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2002
Conference Paper
Titel
Ausblick zu Entwicklung und Anwendung von neuen Hochleistungs-Laserstrahlquellen
Abstract
Zwei Jahre sind bei der momentanen Entwicklungsgeschwindigkeit der Lasertechnik eine lange Zeit. Der Ausgangspunkt waren leistungsfähige und zuverlässige Lasersysteme, die ihre Industrietauglichkeit bereits unter Beweis gestellt haben. Diffusionsgekühlte CO2-Laser im multi-kW-Bereich und lampengepumpte Nd:YAG Laser im kW-Bereich markierten den Stand der Technik. lm Vergleich dazu zeigte die Entwicklung heute, daß diodengepumpte Festkörperlaser ernstzunehmende Alternative mit systembedingter Überlegenheit darstellen. Im Sinne einer kontinuierlichen Fortschreibung der erprobten Stabgeometrie wurde die Lampe durch den Diodenlaser ersetzt. Diese Stablaser werden als diodengepumpte Festkörperlaser der ersten Generation bezeichnet. Sie erreichen 6-10 kW Ausgangsleistung, erledigen präzise Schneid- und Schweißaufgaben im industriellen Einsatz und haben dazu beigetragen, neue Anwendungen aufzuzeigen. Beispiele sind das Generieren durch Selective Laser Melting (SLM) und das Reinigen. Die Erweiterung durch die neuen Scheiben- und Slab-Geometrien kennzeichnen den Stand der Entwicklung. Resonatordesign und Pumpgeometrie charakterisieren diodengepumpte Feskörperlaser der zweiten Generation. Scheiben- und Stablaser haben ihre hohe Leistungsfähigkeit in den neuen laserspezifischen Anwendungen demonstriert und markieren den Eintritt in die Zukunft der Lasertechnik: "The Bright Future of Laser Technology". Dem diodengepumpten Stablaser werden Scheiben- und Stablaser in der Zukunft folgen. Sie haben das Potential, CO2-Laser auch im Hochleistungsbereich zu ersetzen. Die Entwicklung von Diodenlasern im Hochleistungsbereich für direkte Anwendungen sind Gegenstand der aktuellen Forschung. Die direkte Anwendung der Diodenlaser eröffnet neue Verfahrensstrategien, wie z. B. die simultane Bearbeitung durch Anordnen der Diodenstrahlung entlang der zu bearbeitenden Kontur. Excimer Laser (Pentium 4 Lithographie, 130 nm Strukturgröße) und gepulste Nd:YAG Laser (0.1 mm Strukturgröße, 1-10 µm Formgenauigkeit) werden industriell zur Strukturierung eingesetzt. Bei der Grundwellenlänge schwach absorbierende Werkstoffe (Keramiken, Gläser) können mit frequenz-konvertierten Nd:YAG Lasern (532 nm, 355 nm, 266 nm) effizient bearbeitet werden. Die neuen Konzepte für die diodengepumpten Festkörperlaser der zweiten Generation werden daran gemessen werden, mit welcher Effizienz und mit welchem technischen Aufwand die Eigenschaften des Laserlichtes (Wellenlänge, Pulsenergie, Repetitionsrate, Pulsdauer und Strahlqualität) nach den Anforderungen des Verfahrens und des Werkstoffes maßgeschneidert werden können. Neben dem Polieren von Metalloberflächen ist die Modifikation (Innenbeschriftung, Schreiben von Wellenleiterstrukturen im Volumen, etc.) von Gläsern bedeutende Anwendungen von gepulsten (ps) Lasern. Insbesondere für die Lithographie werden DUV-Laser (F2 157nm, ArF 193 nm) von neuen Strahlquellen Konkurrenz erfahren, die im Extreme-UV Bereich (13 nm) emittieren.