Jasper X1 kompakter Hochleistungs-Femtosekunden-Faserlaser

Wählen Sie das Modell anhand von Durchschnittsleistung, Pulsenergie, nominaler Wiederholrate und der erforderlichen Trigger-Methode aus. Das JX30-100 liefert 100 µJ bei nominal 300 kHz und lässt sich auf 8 ps einstellen, während die JX30-200 Modelle 200 µJ bei 150 kHz liefern und auf 20 ps einstellbar sind. Die JX60-200 Modelle kombinieren 60 W Durchschnittsleistung, 200 µJ Pulsenergie und eine nominale Rate von 300 kHz. Versionen mit dem Suffix P ergänzen Advanced Pulse-on-Demand mit weniger als 50 ns Jitter, nutzen jedoch kürzere Burst-Sequenzen mit 2–12 Pulsen. Standardversionen sind in der Regel die passendere Wahl, wenn lange, konfigurierbare Bursts für den Prozess zentral sind, während sich P-Versionen für hochdynamisches positionssynchrones Scannen eignen.

Advanced Pulse-on-Demand ist für Anwendungen vorgesehen, bei denen jeder optische Puls einem externen Trigger mit präzise kontrolliertem Timing folgen muss. Standardversionen wählen Pulse über einen Pulse Picker aus, während die erweiterten Versionen einen Jitter von unter 50 ns und externen Betrieb bis 1 MHz im Stabilised Energy Mode spezifizieren. Das sorgt für gleichmäßigere Pulsabstände, wenn ein Scanner oder eine Achse die Geschwindigkeit an Ecken, Kanten oder kurzen Konturen verändert. Außerdem kann der Laser so mit positionssynchronisierten Ausgängen kompatibler Motion-Control-Systeme arbeiten. In der Praxis sollten JX30-200P und JX60-200P dann in Betracht gezogen werden, wenn die Präzision der Pulsplatzierung wichtiger ist als der Zugriff auf einen 80-Puls Custom Envelope Burst.

Der Jasper X1 kann die Pulsdauer je nach gewähltem Modell von unter 270 fs auf entweder 8 ps oder 20 ps variieren. So können Ingenieure bewerten, wie sich unterschiedliche Pulsdauern auf Ablationsverhalten, thermische Belastung, Oberflächenqualität und Abtragseffizienz bei einem bestimmten Material auswirken. Standardmodelle unterstützen 2–80 Pulse im MHz-Burst-Modus, während P-Varianten 2–12 Pulse unterstützen. Mit Custom Envelope Burst lässt sich bei kompatiblen Varianten die Amplitude einzelner Pulse innerhalb eines Bursts anpassen, statt über die gesamte Sequenz hinweg ein identisches Energieprofil anzuwenden. Welche Einstellung sinnvoll ist, hängt weiterhin von Material und Geometrie ab. Daher sind Prozessversuche empfehlenswert, bevor die Produktionsparameter final festgelegt werden.

Der Laserkopf misst 1096 × 446 × 100 mm und wiegt 50 kg. Maschinenrahmen und Montagefläche müssen daher ausreichend Tragfähigkeit bieten und die optische Ausrichtung sicherstellen. Er kann horizontal oder vertikal montiert werden und ist über ein abnehmbares 5-m-Kabelbündel mit einer 13 kg schweren Strom­versorgung im 3U-Rackformat verbunden. Das System erfordert Wasserkühlung, eine einphasige 100–240 V AC Versorgung und eine elektrische Leistungsaufnahme von weniger als 620 W. Die spezifizierte Betriebsumgebung liegt bei 15–30 °C und 10–80 % relativer, nicht kondensierender Luftfeuchtigkeit. USB-, RS232-, TTL- und analoge Anschlüsse ermöglichen die Einbindung des Lasers in Leitsteuerungs-, Scanner- und Bewegungs-Synchronisationsarchitekturen.

Der Ausgang weist einen M²-Wert von unter 1,2 auf; 1,1 ist als typischer Wert angegeben. Das spricht in Verbindung mit passend ausgewählter Optik für einen Strahl, der sich für eine enge Fokussierung eignet. Der Strahldurchmesser beträgt bei 1 m nach der 1\/e²-Definition 2,5 ± 0,5 mm, die Divergenz liegt unter 1 mrad und die Zirkularität über 87 %. Der Ausgang ist vertikal polarisiert und weist ein Polarisations-Extinktionsverhältnis von über 28 dB auf. Nachgelagerte Komponenten sollten daher für lineare Polarisation ausgewählt und entsprechend ausgerichtet werden. Die Richtungsstabilität ist mit unter 20 µrad\/°C spezifiziert. Diese Werte sollten Ingenieure bei der Berechnung von Aperturfreiraum, Eingangsanforderungen des Scankopfes, Verhalten des Fokusspots und der Empfindlichkeit gegenüber thermischen Veränderungen innerhalb der Arbeitsstation berücksichtigen.

Das harmonische Modul sollte dann in Betracht gezogen werden, wenn 1030 nm nicht die erforderliche Absorption, Merkmalskontrolle oder das nötige Prozessfenster für das Zielmaterial bietet. Es ergänzt automatisierte Ausgänge bei 515 nm, 343 nm und nominal 258 nm, abhängig von der bestellten Konfiguration. Beim Jasper X1 ist die Umwandlungseffizienz für 515 nm mit über 40 % und für 343 nm mit über 20 % spezifiziert; typische Werte liegen bei etwa 50 % beziehungsweise 30 %. Das Modul akzeptiert eine Pumpleistung von unter 60 W und eine Pulsenergie von unter 200 µJ, während die Dauer der harmonischen Pulse unter 300 fs bleibt. Dadurch erhalten Prozessentwickler zusätzliche Wellenlängenoptionen für Glas, Polymere, Halbleitermaterialien, Oberflächenstrukturierung und feine Merkmale bei Medizinprodukten, ohne die grundlegende Laserquelle austauschen zu müssen.

Die vollständig faserbasierte, SESAM-freie Konstruktion ist darauf ausgelegt, den routinemäßigen optischen Wartungsaufwand zu reduzieren und den kontinuierlichen 24-Stunden-Betrieb zu unterstützen. Die Langzeit-Leistungsstabilität ist mit unter 0,5 % über 100 Stunden spezifiziert, während die Puls-zu-Puls-Energiestabilität unter stabilen Umgebungsbedingungen bei unter 1 % über 24 Stunden liegt. Für die Bewertung dieser Grenzwerte ist es daher wichtig, die erforderliche Leistung der Wasserkühlung, die Umgebungstemperatur und nicht kondensierende Luftfeuchtigkeit einzuhalten. Für den kompletten Laser gilt standardmäßig eine zweijährige Garantie, für den Oszillator eine fünfjährige. Diese Stabilitäts- und Garantieangaben sollten zusammen mit dem geplanten Duty Cycle, der Strategie zur vorbeugenden Wartung und der Zugänglichkeit des Laserkopfs innerhalb der Maschine berücksichtigt werden.