Faserlaser: hohe Effizienz & präzise Ergebnisse

Der Faserlaser ist ein Festkörperlaser der besonderen Art, der z. B. aus einer mit Ytterbium (Yb) dotierten Glasfaser besteht, die als aktives Medium dient. Diese Glasfaser ist so ausgelegt, dass sie die Laserstrahlung leitet und auf Basis ihrer Länge eine sehr hohe Verstärkung des Lasers ermöglicht.
Der Glasfaser-Laser wurde ursprünglich zur Verstärkung in optischen Relais für die Fernkommunikation entwickelt und ist heute für seine hohe Leistung und Effizienz bekannt.
Für mehr Informationen können Sie sich kostenfrei die Produkt-Broschüre unseres 3-Achsen-Faser-Beschriftungslaser der Modellreihe MD-F herunterladen.

1. 1 Dotierung der Faser: Der Kern der optischen Faser (Glasfaser) wird mit seltenen Erden wie z. B. Ytterbium, Erbium oder Neodym dotiert. Diese Dotierungselemente haben die Fähigkeit, Licht bestimmter Wellenlängen zu absorbieren und zu emittieren.
2. 2 Optisches Pumpen: Eine externe Lichtquelle, z. B. ein Diodenlaser, sendet Anregungslicht entweder direkt in den Kern oder in den Mantel der Faser, wo es von den Dotierungselementen aufgenommen wird. Die Pumpstrahlung wird von den dotierten Atomen im Faserkern absorbiert und bringt die Elektronen dieser Atome auf ein höheres Energieniveau.
3. 3 Stimulierte Emission: Wenn diese angeregten Elektronen auf ein niedrigeres Energieniveau zurückfallen, senden sie Licht der gleichen Wellenlänge aus, die sie absorbiert haben. Dieser Prozess wird als stimulierte Emission bezeichnet und ist grundlegend für die Laseraktivität.
4. 4 Verstärkung des Lichts: Da die Faser sehr lang sein kann, durchläuft das Licht auf seinem Weg durch diese viele solcher Absorptions- und Emissionszyklen. Mit jedem Zyklus nimmt die Intensität des Lichts zu, da immer mehr Photonen gleichzeitig emittiert werden.
5. 5 Optischer Resonator: An den Enden der Faser befinden sich oft Spiegel, die einen optischen Resonator bilden. Einer der Spiegel ist teilweise durchlässig, um Licht auszukoppeln. Der Resonator hilft dabei, das Licht hin und her zu reflektieren, wodurch die Verstärkung weiter erhöht wird.
6. 6 Ausgabe des Laserstrahls: Das verstärkte Licht tritt schließlich durch den teildurchlässigen Spiegel als kohärenter und intensiver Laserstrahl aus.

A : Anregungslicht　B : Laser　C : Ummantelung　D : Kern (Ytterbium-Dotiert)　E : Innere Ummantelung　F : Steuereinheit　G : Verstärker　H : Hauptoszillator　I : Q-Switch　J : LD (Einzelemitter)　K : Beschriftungskopf

Glasfaser-Laser, auch als Faserlaser bezeichnet, bieten mehrere Vorteile, weshalb sie für eine Vielzahl industrieller und wissenschaftlicher Anwendungen verwendet werden:

• Hohe Effizienz: Glasfaser-Laser haben eine sehr hohe Umwandlungseffizienz von elektrischer Energie in Laserlicht, was den Energieverbrauch reduziert.
• Geringer Wartungsaufwand: Da sie keine komplexen Resonatorstrukturen benötigen und eine effektive Wärmeabfuhr haben, sind Faserlaser wartungsarm und haben eine längere Lebensdauer als viele andere Lasertypen.
• Flexibilität in der Anwendung: Die Bauweise der Faser ermöglicht es, den Laserstrahl leicht über lange Strecken zu leiten, was flexible Konfigurationen für verschiedenste Anwendungsbereiche erlaubt.
• Robustheit und Zuverlässigkeit: Faserlaser sind aufgrund ihrer festen Struktur und Unempfindlichkeit gegenüber äußeren Einflüssen (wie Vibrationen und Temperaturschwankungen) sehr robust und zuverlässig.

Laserbeschriftungssysteme mit hoher Ausgangsleistung können Prozesszeiten stark reduzieren und für tiefe Gravuren auf Metall oder zur Laserbearbeitung eingesetzt werden.

Konventionelle Faserlaser haben oft eine schwierigere Scanner-Steuerung, was sich direkt auf die Beschriftungszeit und -qualität auswirkt. Beschriftungslaser der Modellreihe MD-F optimieren ihre Scanner-Bewegung durch die spezielle KEYENCE eigene Programmierung und überzeugen durch eine bessere Leistung in kürzerer Zeit.

Die Modellreihe MD-F kombiniert die hohe Ausgangsleistung in einem kompakten Gehäuse. Das KEYENCE eigene System der passiven Luftkühlung ermöglicht eine vollständig gekapselte Bauweise. Es kommt zu keinerlei Beeinträchtigung der internen Funktionen durch gefährliche Bestandteile der Umgebungsluft, wie etwa Schmutz, Staub, Wasser oder Ölnebel. Das verleiht den Lasern der Modellreihe MD-F eine hohe Umgebungstoleranz, sodass diese auch unter widrigsten Bedingungen sicher eingesetzt werden können.

Die Modellreihe MD-F ist mit einer 3-Achsen-Steuerung ausgestattet. Der Brennpunkt, der normalerweise fest ist, kann an eine beliebige Stelle (im Bereich von +/-21 mm) verschoben werden. So ist der Brennpunkt bei der Beschriftung und/oder Bearbeitung von Objekten stets optimal auf die Oberfläche des Werkstücks ausgerichtet.

Der Hauptunterschied zwischen Hybrid- und Faserlasern liegt in der Spitzenleistung und der Pulsdauer. Hybridlaser erzeugen Licht mit hoher Spitzenleistung und kurzer Pulsdauer, während Faserlaser Licht mit niedriger Spitzenleistung und langer Pulsdauer erzeugen. Die Beschriftungsergebnisse mit einem Laser sind stark von den Pulsunterschieden abhängig.

Ein hoher Spitzenwert und eine kurze Pulsdauer ermöglichen eine bessere Reaktion des Lichts auf das Material bei geringer Wärmewirkung. Dadurch kann eine breite Palette an hitzeempfindlichen Metallen und Kunststoffen, mit hohem Kontrast und geringerer Wärmewirkung beschriftet werden.

Der niedrige Spitzenwert und die lange Pulsdauer führen zu einer stärkeren Hitzeeinwirkung auf den zu beschriftenden Materialien. Dadurch wird es schwieriger, Kunststoffe oder hitzeempfindliche Materialien zu kennzeichnen, ohne sie zu verbrennen. Allerdings ermöglicht der niedrige Spitzenwert und die lange Pulsdauer eine tiefe Gravur.