Hochleistungs-Laserbarren mit einzigartiger Brillanz

Laserdiode von Osram vereinfacht fasergekoppelte Systeme

Mit dem Laserbarren SPL BF98-40-5 gelingt Osram Opto Semiconductors eine bisher unerreichte Kombination von Leistung und Strahlqualität. Aufgrund ihrer hohen Brillanz reduziert die Laserdiode den Aufwand für die Lichteinkopplung in Fasern erheblich. Dioden- und Lasersysteme für die Materialbearbeitung können so technisch einfacher und damit kostengünstiger werden. Das Bauteil überzeugt auch bei maximalen optischen Leistungen von über 60 Watt mit einer sehr guten Lebensdauer.

Für den neuen Laserbarren SPL BF98-40-5 hat Osram Opto Semiconductors konsequent das Chipdesign in Hinblick auf die Strahlqualität optimiert. Das Ergebnis ist ein Laser mit 976 Nanometern (nm) Wellenlänge und hoher Brillanz – dem Maß für die Strahlqualität eines Lasers. So erzielt der Laser beispielsweise eine bisher unerreichte Kombination aus einer Brillanz von 3 Watt (W) pro Millimeter und Raumwinkel (W/mm*mrad) bei einer optischen Leistung von 44 W. Der Laserbarren SPL BF98-40-5 ist 5 mm breit und besteht aus fünf, je 100 Mikrometer (μm) breiten Emittern mit einer Resonatorlänge von jeweils 4 mm.

Brillante Laserquellen erzeugen einen schmalen Lichtstrahl mit extrem geringer Strahldivergenz und hoher Leistungsdichte. Die laterale Divergenz des emittierten Strahls des SPL BF98-40-5 liegt zwischen 6° bei 30 W und ca. 9,5° bei 60 W. Bestimmt wurde die Divergenz für den Bereich des Laserstrahls, der 95 Prozent der optischen Leistung enthält.

Einfache Einkopplung in Fasern

Mit seiner einzigartigen Brillanz setzt der Laserbarren SPL BF98-40-5 neue Maßstäbe für fasergekoppelte Systeme. Die Strahlqualität eines Lasers ist ein ausschlaggebender Faktor für die Einkopplung der Laserstrahlung in optische Fasern. Je schlechter die Brillanz der Lichtquelle, desto weniger Licht wird in die Faser eingekoppelt. Dadurch werden die Systeme ineffizienter und teurer. Umgekehrt vereinfacht eine brillante Lichtquelle das Optikdesign erheblich. „Unser neuer Laserbarren kann die Systemkosten bei fasergekoppelten Diodenlasern maßgeblich reduzieren“, betont Dr. Christian Lauer, Entwickler für Laserbarren bei Osram Opto Semiconductors.

Fasergekoppelte Diodenlasersysteme werden vorwiegend im Karosseriebau der Automobilindustrie zum Schweißen, Löten oder Beschichten eingesetzt. Häufig werden die Laserdioden auch zum Pumpen sogenannter Faserlaser eingesetzt. Die Wellenlänge von 976 nm ist dabei ideal geeignet, um speziell Ytterbium-dotierte Faserlaser zu pumpen. Dies sind Lasertypen, die aufgrund der sehr guten Strahlqualität auch zum Schneiden von Blechen genutzt werden können. Osram hat deshalb die Wellenlänge des SPL BF98-40-5 speziell auf diese Pumpanwendung abgestimmt.

Sehr hohe Lebensdauer

Neben der hohen Brillanz überzeugt der neue Laserbarren auch mit seiner sehr guten elektrooptischen Effizienz von 65 Prozent bei 44 W. Diese Eigenschaft reduziert den Aufwand für die Kühlung der Laserdiode und verbessert den Wirkungsgrad des Gesamtsystems. Weil sich der Chip dadurch weniger stark erwärmt, erreicht der Laser auch eine sehr gute Alterungsstabilität. Tests zeigen einen Leistungsabfall von weniger als einem Prozent nach über 4000 Stunden Betriebsdauer bei 65 W optischer Leistung und 25° C Kühlwassertemperatur.

Die Grundlage für die Entwicklung des Hochleistungs-Laserbarrens mit höchster Brillanz erarbeitete Osram Opto Semiconductors im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekts HEMILAS.

Technische Daten