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Dem Laserstrahl auf die Taille geschaut

20.05.2008
Die dauerhafte Stabilität lasergestützter Bearbeitungsprozesse stellt auch heute noch ein erhebliches Problem dar. Insbesondere bei höheren Leistungen kann aufgrund thermischer und anderer Effekte von den Laserherstellern nicht immer eine Garantie für einen zeitlich konstanten und gleichmäßig geformten Strahl gegeben werden.

Daher sind on-line-Diagnosetechniken zur Erfassung des Laserstrahls sowie standardisierte Methoden zur Auswertung relevanter Strahlkenngrößen oft unverzichtbar, um Laser auch über längere Zeiträume stabil betreiben zu können.

Im April trafen sich am Laser-Laboratorium Göttingen rund 50 Experten aus Forschung und Industrie, um Messverfahren sowie neuere Entwicklungen in der Diagnostik, Propagation und Formung von Laserstrahlung zu diskutieren. Zum Forum "Charakterisierung von Laserstrahlung" hatte PhotonicNet, das niedersächsische Kompetenznetz für Optische Technologien, eingeladen.

Umfassende Charakterisierung mit nur einer Messung

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Im Mittelpunkt der acht Fachvorträge stand insbesondere die Strahldiagnostik mit dem Hartmann-Shack-WellenfrontSensor, der für kohärente Quellen eine vollständige Charakterisierung des Strahlpropagationsverhaltens erlaubt und wichtige Strahlkenngrößen wie Durchmesser, Divergenz und M² in Echtzeit liefern kann - alternativ zur Kaustikmessung nach ISO. Damit ist zum Beispiel auch eine Vorhersage der Intensitätsverteilungen an verschiedenen Stellen entlang der Strahlachse sowie im Fernfeld oder der Strahltaille möglich, wie für verschiedene Klassen von Lasern demonstriert werden konnte. Das Verfahren weist Vorteile vor allem bei gepulster oder aber zeitlich fluktuierender Laserstrahlung auf, da eine einzige Messung genügt, um gleichzeitig Intensitäts- und Richtungsverteilung zu erfassen. Rüdiger Grunwald vom Max-Born-Institut in Berlin zeigte, dass Hartmann-Shack-Sensoren auch zur Charakterisierung ultrakurzer Femtosekundenlaser eingesetzt werden können. So ist mit Hilfe spezieller Mikrolinsen-Konfigurationen eine ortsaufgelöste Pulslängenmessung realisierbar.

Bernd Eppich vom Ferdinand-Braun-Institut behandelte in seinem Vortrag die Messung und Auswertung der vier-dimensionalen Wignerverteilung, die über die Kohärenzfunktion die vollständige Beschreibung der Propagation auch bei teilkohärenter Strahlung erlaubt. An Hand von Beispielen aus der industriellen Praxis wurden zudem die verwandten Themen Strahlformung und Homogenisierung durch Strahlführungsoptiken (ray-tracing, Optik-Design) angesprochen, und zwar sowohl für Festkörperlaser als auch für Excimerlaser im UV-Spektralbereich.

Extreme Anforderungen bei Hochleistungslasern

Einen neuartigen Sensor zur Strahlprofildiagnostik von Hochleistungs-CO2-Lasern stellte die junge Firma CINOGY vor. Die Technologie basiert auf einem speziellen Bildwandler mit großer Empfindlichkeit und einer Ortsauflösung im Mikrometerbereich. Abgerundet wurde das Spektrum des Forums in einem Vortrag zur besonderen Problematik der Strahlcharakterisierung an dem im EUV-Spektralbereich emittierenden Freien Elektronen-Laser (FLASH / DESY), in Hamburg. Hier stellt die Kombination aus hohen Leistungen, Femtosekunden-Pulsdauern und Wellenlängen im Bereich weniger Nanometer extreme Anforderungen an die bei der Messtechnik verwendeten Materialien. Bei den sich anschließenden Gerätedemonstrationen zeigte das LLG u.a. die quantitative Vermessung thermischer Linsen mit einem hochempfindlichen Wellenfrontsensor. Mit dieser Neuentwicklung lassen sich schnelle und präzise Absorptionsmessungen an optischen Komponenten für Hochleistungslaser durchführen.

In guter Nachbarschaft

Die Besichtigung des Laser-Laboratoriums vermittelte den Teilnehmern einen guten Einblick in die aktuellen Entwicklungen an diesem bedeutenden niedersächsischen Laser-Forschungsstandort. Angesiedelt am Nordcampus der Universität mit Physik-Instituten und anderen naturwissenschaftlichen Fakultäten, liegt das LLG auch in unmittelbarer Nachbarschaft zum Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie und dem Universitätsklinikum. Göttingen bietet darüber hinaus eine hohe Dichte von Unternehmen der Optischen Industrie mit Marktführern wie Coherent, Carl Zeiss und LINOS Photonics. Eine gute Grundlage für den zielgerichteten Dialog und Kooperationen zwischen Wissenschaft und Wirtschaft.

Eine überaus positive Resonanz auf das PhotonicNet-Forum zur Laserstrahl-Charakterisierung hat die große Relevanz der angesprochenen Thematik verdeutlicht. Aus diesem Grund ist eine Fortsetzungsveranstaltung geplant.

Kontakt:

PhotonicNet GmbH
Kompetenznetz Optische Technologien
Garbsener Landstr. 10
30419 Hannover
Tel: (0511) 277 16 40
Fax: (0511) 277 16 50
Mail: info@photonicnet.de
Laser-Laboratorium Göttingen e.V.
Dr. Klaus Mann
Hans-Adolf-Krebs Weg 1
37070 Göttingen
(0551) 50 35 41
(0551) 30 35 99
kmann@llg-ev.de

Anja Nieselt-Achilles | idw
Weitere Informationen:
http://www.photonicnet.de
http://www.llg-ev.de
http://www.photonicnet.de/content/charakterisierung-von-laserstrahlung-17-04.08/Bildergalerie_neu

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