• Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation

• Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung

• Hohe Energiedichte und geringe WEZ

• Es werden Wellen mit gleicher Frequenz erzeugt, die unterschiedliche Amplituden haben, welche eine neue Welle erzeugen

• Einfacher Aufbau des Resonators. Seine Leistungsdichte Profil entspricht der Gaußsche Normalverteilung.

Multiplikation der Radius der Taille und der halbe Öffnungswinkel (Divergenz). Dabei gilt: Je kleiner das Strahlparameterprodukt, desto höher die Strahlqualität

• Für CO2-Laser liegt das erreichbare Minimum bei 3,4 Millimeter Milliradiant

• Festkörperlaser bei 0,3 Millimeter Milliradiant

• CO2-Gaslaser und Nd:YAG-Festkörperlaser stellen den größten Teil aller Strahlquellen

• Diodenlaser immer mehr, vor allem als Pumpquelle für Festkörperlaser

• Excimerlaser nur in Lithografie

Beim Spleißen werden die Endflächen der Faserstücke verschmolzen; das Licht geht nahezu verlustfrei von einem Abschnitt in den nächsten über.

Pumpquellen für Festkörperlaser.

• Weglänge des Strahls änderbar

• Gefahr Unterdruck kann entstehen →  Ausgleichsbehälter als Druckreservoirs

• Verschleißteile die gewechselt werden müssen

Erhöht das Strahldurchmesser, damit dieser über längere Strecken nicht stark zunimmt

Der Abstand zwischen Bearbeitungsoptik und Fokus kann sich ändern und damit ändert sich auch die Fokuslage am Werkstück.   Ursache: Divergenz Änderung z.B Thermisch

Adaptive Spiegel werden eingesetzt, um die Divergenz des Laserstrahls gezielt zu verändern und die Fokuslage auf diese Weise zu steuern.

Die Länge des Strahlweges konstant zu halten. So bleibt die Divergenz des Laserstrahls auf der Fokussierlinse konstant und dadurch auch die Fokuslage. 

3 Schichten: dem Kern, dem Mantel und einer Schutzschicht aus Kunststoff. 

Der Aperturwinkel definiert den maximalen Einfallswinkel, unter dem Lichtwellen auf die Faserendfläche treffen dürfen, um Totalreflexion zu gewährleisten.

Die Laserlichtkabel dürfen jedoch nur bis zu einem gewissen Maß gebogen werden, weil sonst die Lichtwellen in der Faser zu steil auf den Mantel treffen und nicht vollständig reflektiert werden

Man unterteilt das Laserlichtkabel kurz vor dem Roboter mit einem Laserlichtkoppler.

Die vielfache Reflexion im Kabel homogenisiert die Leistungsdichteverteilung im Laserstrahl

Umlenkspiegel: Umlenkspiegel sollen den Laserstrahl möglichst vollständig reflektieren. Bei CO2 Laser → Spiegeln aus Kupfer oder beschichteten Silizium

Bei Festkörper- und Diodenlasern  → Beschichtete Quarzgläser

Anforderung → Exakt positioniert und sehr sauber sein

Strahlteiler

Strahlteiler erlauben es, die Laserstrahlung einer Strahlquelle gleichzeitig an 2 oder mehr Arbeitsstationen zu führen. Strahlteiler sind meist teildurchlässige Spiegel

Strahlweichen

Strahlweichen enthalten einen beweglichen Spiegel, die es Ermöglichen den Strahl gezielt zu teilen und umzulenken

Fokusdurchmesser: Je kleiner der Fokusdurchmesser ist – je stärker also der Strahl fokussiert wird und desto feiner lässt sich das Material bearbeiten.

Rayleighlänge:

Die Rayleighlänge gibt an, in welchem Abstand zum Fokus sich die Strahlquerschnittsfläche verdoppelt hat. Wird als SChärfentiefe bezeichnet

Bildweite

Die Bildweite gibt den Abstand zwischen Linsenmitte und Fokus an. Sie entspricht näherungsweise der Brennweite

Top Hat 

Bedeutet, dass die Strahlung keine Mode mehr aufweist. Tritt durch Festkörperlaser auf, bei denen die Strahlung einen langen Weg mit Laserlichtkabel aufweist.

• Sie führt Zusatzstoffe zu, die für das Verfahren benötigt werden, zum Beispiel Gas zum Schneiden oder Schweißen, oder Zusatzwerkstoffe zum Schweißen. 

• Sie enthält Sensoren für die Prozesskontrolle, zum Beispiel die Abstandsregelung beim Laserschneiden oder die Prozessbeobachtung beim Laserschweißen. 

• Sie bietet Schnittstellen zur Maschine und zur Maschinensteuerung, zum Beispiel Energie- und Kühlwasseranschlüsse sowie Datenschnittstellen. 

• Sie enthält Schutzvorrichtungen, die Schmutz und Staub von den empfindlichen Linsen oder Spiegeln fernhalten, zum Beispiel Schutzgläser oder Crossjets – Luftströme die Spritzer ablenken. 

• Sie kann zusätzlich Leistungsmesser und ein Pilotlicht enthalten, das beim Einrichten des Bearbeitungsprozesses hilft – oft als Teach-Hilfe bezeichnet.

Hauptaufgabe Fokussieren

Eine Linse

• Fokussieren des Laserstrahls event. Druckabschluss zwischen beiden Räumen

• Bei CO2 Gaslaser → Zinkselenid und Galliumarsenid 

• BEi Festkörperlasern → Quarzglas

• Nachteil von Zinkselenid und Galliumarsenid 

  • Wenn sie warm werden, verändert sich ihr Brechungsindex stärker als der von Quarzglaslinsen

Zwei Linsen

• Festköperlaser typischerweise 2 Linsen

• Erste Linse richtet (Kollimator), zweite Linse Fokussiert#

• Crossjet sorg damit SChutzglas frei von Spritzer bleibt

Mehrere Fokusse

• Erforderlich bei einigen Anwendungen wie z.B Doppelnahtschweißen

• Mehrere Fokusse möglich

• Ein Doppelfokus lässt sich unterschiedlich erzeugen:

  • mit Quarzglaskeil in der Linsenoptik 

  • mit Dachspiegel in der Spiegeloptik 

• Spiegeloptiken werden nur in CO2-Laseranlagen eingesetzt, für Anwendungen, die hohe Laserleistungen erfordern. Grund: Bei hohen Leistungen können die herkömmlichen Linsen nicht eingesetzt werden

• Typische Formen für die Spiegelfläche sind die Ausschnitte von

  • Kugeloberflächen (sphärische Spiegel), 

  • Paraboloiden (Parabolspiegel)

  • Ellipsoiden (Ellipsoidspiegel) 

  • Zylindern (Zylinderspiegel)

• Spiegel fokussiert und lenkt den Strahl

• Spiegel müssen gekühlt werden, da geringe Absorption zwischen 0,5-1 Prozent

• Bei hohen Leistungen von über 8 kW werden Spiegeloptiken eingesetzt z.B Flachbett Laserschneidanlagen

Arten von Polarisationen

• Unpolarisiertes Licht | Die Lichtwellen schwingen zufällig (statistisch) in unterschiedliche Richtungen

• Linear polarisiertes Licht | Alle Lichtwellen schwingen in die gleiche Richtung. Die Schwingungsrichtung liegt in einer Ebene, senkrecht zur Ausbreitungsrichtung

•  Zirkular polarisiertes Licht | Die Schwingungsrichtung dreht sich. Die Welle hat die Form einer Spirale.

Linear Polarisiertes Licht nur für Anwendungen mit einer Bearbeitungsrichtun

Durch Kristalle mit nichtlinearen Eigenschaften