Nanosekunden-Faserlaser

Die Wellenlänge sollte anhand der Absorption des Zielmaterials, der Ansprechcharakteristik des Detektors und der Kompatibilität des gesamten optischen Pfads gewählt werden. Das Sortiment umfasst 266, 343 und 355 nm im UV-Bereich, 515, 532 und 540 nm im grünen Spektralbereich sowie 1030, 1064, 1080 und 1550 nm im nahen Infrarot. UV-Wellenlängen eignen sich für die Bearbeitung feiner Strukturen, bei denen kürzere Wellenlängen und potenziell kleinere fokussierte Spots vorteilhaft sind, während Modelle von 1030 bis 1080 nm für viele Anordnungen in der Materialbearbeitung, Bildgebung und LiDAR geeignet sind. Die 1550-nm-Modelle sind für Anwendungen wie Distanzmessung, Faser­sensorik und optische Instrumentierung vorgesehen. Die Wellenlänge sollte festgelegt werden, bevor Leistung, Beschichtungen, Scanner, Detektoren und Laserschutzkomponenten final definiert werden.

FL-Nano-Modelle sind die erste Wahl, wenn die durchschnittliche Ausgangsleistung und die Flexibilität des Nanosekunden-Timings die wichtigsten Auswahlkriterien sind. Sie decken Pulsbreiten von 0,5 bis 250 ns, Wiederholraten in der Regel bis 1 MHz und durchschnittliche Leistungen bis 30 W ab. FL-S-Modelle werden über angegebene Spitzenleistungswerte spezifiziert, bieten einstellbare Pulse von 5 bis 100 ns und erweitern den Wiederholratenbereich von 1 Hz bis 10 MHz. FL-AO-Modelle werden über die Energie pro Puls spezifiziert, mit 10 bis 100 nJ bei 532 nm und nominellen Optionen von 1 bis 20 µJ bei 1064 und 1550 nm. Welche Serie geeignet ist, hängt daher davon ab, ob das Design vor allem von der durchschnittlichen Leistung, dem Timing-Bereich oder der Pulsenergie bestimmt wird.

Sie können Bearbeitungsprozesse unterstützen, bei denen eine reduzierte Wärmeausbreitung erforderlich ist, aber die Pulsdauer allein bestimmt das thermische Ergebnis nicht. Das Sortiment bietet Pulsbreiten von 0,5 bis 250 ns, während die verfügbare durchschnittliche Leistung von Milliwatt-Bereichen bis 30 W reicht. Bei fester durchschnittlicher Leistung erhöht eine niedrigere Wiederholrate die pro Puls eingebrachte Energie, während eine kürzere Pulsbreite bei gleicher Pulsenergie die ungefähre Spitzenleistung erhöht. Materialabsorption, Fokusspot, Scangeschwindigkeit, Überlappung und Wärmeabfuhr müssen deshalb immer gemeinsam betrachtet werden. Prozessversuche mit repräsentativen Materialien sollten abgeschlossen sein, bevor ein Produktionsfenster definiert oder ein Kaltbearbeitungsverhalten beansprucht wird.

Viele der Modelle mit 1030, 1064, 1080 und 1550 nm bieten einen FC/APC-Anschluss oder einen optional kollimierten Ausgang. Für mehrere Modelle ist ein nominell 4 ±1 mm kollimierter Strahl spezifiziert, während die leistungsstärkere Konfiguration FL-1064-Nano einen Ausgang von 6 ±1 mm verwendet. Typische Faserlängen sind je nach gewählter Version 0,6, 1 oder 4 m; für spezifizierte Konfigurationen sind PVC-Mäntel und optionale Metallmäntel verfügbar. UV- und grüne harmonische Modelle verwenden integrierte Konversionsanordnungen und sollten als vollständige optische Baugruppen behandelt werden. Bei der Integrationsplanung sollten außerdem Biegeradius, Sauberkeit der Steck­verbinder, Rückreflexion, Strahlausrichtung und der mechanische Schutz des Strahlpfads berücksichtigt werden.

Die thermischen und elektrischen Anforderungen unterscheiden sich je nach Modell deutlich und sollten daher auf Konfigurationsebene statt für das gesamte Sortiment definiert werden. Die spezifizierte Betriebstemperatur liegt in der Regel zwischen 15 und 35 °C. Viele Nano- und AO-Modelle nutzen Luftkühlung, die kompakte S-Serie setzt auf Leitungskühlung. Wasserkühlung ist als Sortimentsoption aufgeführt, eine Zuordnung zu bestimmten Modellen ist jedoch nicht definiert. Zu den elektrischen Versionen gehören 12 VDC/11,5 A, 24 VDC/21 A und 110/220 VAC; bei ausgewählten Modellen sind optional auch 100–240 VAC-Netzteile erhältlich. OEM-, Labor- und Industrievarianten können RS-232-, Touchscreen- oder Drehregler-Steuerungen verwenden, daher müssen Gehäuse und Schnittstelle gemeinsam mit der optischen Spezifikation ausgewählt werden.

Die Stabilität hängt von der Wellenlänge, der Ausgangsklasse und der gewählten Option ab. Nano-Modelle spezifizieren in der Regel RMS-Leistungsstabilitätsoptionen zwischen <2 % und <5 %, üblicherweise gemessen über vier Stunden bei einer Umgebungsschwankung von ±3 °C. Die Optionen der S-Serie reichen bis <1 % RMS, während AO-Modelle Energiestabilitätsoptionen von <2 % oder <3 % RMS angeben. Die Aufwärmzeit liegt typischerweise bei unter 15 Minuten für Nano- und AO-Konfigurationen und bei unter fünf Minuten für die S-Serie. Diese Angaben beziehen sich auf die Laserquelle und nicht auf das vollständige optische System; zusätzliche Drifteffekte durch Halterungen, Konversionsstufen, Scanner und Umgebungstemperatur sollten daher im System-Fehlerbudget berücksichtigt werden.

Es sind sowohl feste als auch einstellbare Konfigurationen verfügbar, und das genaue Verhalten hängt vom Modell ab. Mehrere Nano-Modelle im UV- und grünen Bereich können mit einer festen Pulsbreite zwischen 0,5 und 50 ns bestellt werden; zusätzlich sind einstellbare Bereiche von 0,5 bis 5 ns oder 5 bis 50 ns erhältlich. Entsprechend kann auch die Wiederholrate entweder als fester Wert im Bereich von 0,1 bis 1 MHz oder als einstellbarer Bereich geliefert werden. Die Nano-Modelle mit 1030 und 1080 nm decken einstellbare Pulsbreiten bis 250 ns ab, während ausgewählte leistungsstärkere Versionen mit 532 und 1064 nm definierte Breiten von 4, 8, 14, 20 oder 30 ns verwenden. Die benötigten festen Sollwerte und Einstellbereiche sollten in der Kaufspezifikation festgehalten werden.

Der genaue Modellzusatz, die Wellenlänge, die Ausgangsklasse, die Pulsbreite, die Wiederholrate, die Polarisation, die Strahlführung, die Kühlmethode und die Steuerschnittstelle sollten vollständig bestätigt werden. Für FL-1064-AO ist die Wiederholrate uneinheitlich mit 1–1000 Hz und 1–1000 kHz angegeben, daher müssen die korrekte Einheit und der Einstellbereich schriftlich bestätigt werden. Die AO-Konfigurationen mit 1064 und 1550 nm kombinieren außerdem eine nominelle Bereichsangabe von 1–20 µJ mit Konfigurationseinträgen von >2 und >20 µJ, weshalb die benötigte Pulsenergieklasse unbedingt dokumentiert werden sollte. Bei UV- und grünen harmonischen Modellen sollte bestätigt werden, ob Pulsbreite und Wiederholrate bei der Bestellung festgelegt oder durch den Anwender einstellbar sind. Die finalen Abnahmekriterien sollten außerdem Versorgungsspannung, Interlocks, Steck­verbindertyp, Faserlänge und Ausgangsstrahlparameter abdecken.