Das Leibniz-Institut für Photonische Technologien (IPHT) hat gemeinsam mit Industriepartnern ein verbessertes Verfahren zur Herstellung optischer Hochleistungsfasern entwickelt.

Zentrales Ziel des Mitte 2013 beendeten BMBF-Projektes „Hochleistungs-Faserlaser hoher Strahlqualität auf der Basis alternativer Materialien und integrierter optischer Komponenten (FALAMAT)“ war die Realisierung eines kosteneffizienten Hochleistungsfaserlasers bis in den 4 kW-Bereich. Im Verlauf des Projektes wurde dafür ein neuartiges Xtra-Large-Mode-Area Faserkonzept (XLMA) mit vergrößerten Pump- (1000 – 1200 µm) und Laserkerndurchmessern (50 – 100 µm) umgesetzt, welches wiederum besondere Anforderungen an die Material- und Faserherstellung stellte.

In Kooperation mit dem Technologiekonzern Heraeus Quarzglas GmbH entwickelte das IPHT ein Verfahren (REPUSIL) zur Herstellung von dotiertem synthetischem Bulkquarzglas aus hochreinen Siliziumdioxyd-Partikeln. Für diese technologische Leistung erhielt das IPHT den renommierten Thüringer Forschungspreis für angewandte Forschung. Der Projektpartner Heraeus zeichnete das neuentwickelte Verfahren mit dem ersten Platz beim firmeninternen Innovationspreis 2013. Vor allem die Tasache, dass mit der Materialinnovation Multikilowatt-Faserlaser gebaut werden können, die aus nur einer einzigen Glasfaser Spitzenleistungen von mehr als fünf Kilowatt Laserleistung erzeugen, überzeugte die Jury.

Die im Rahmen des FALAMAT-Projektes aus REPUSIL-Material hergestellten Fasern des neuartigen XLMA-Designs wurden von den Projektpartnern Highyag GmbH und Laserline GmbH mit Faserendcaps veredelt und schließlich in ein komplettes, kosteneffizientes Strahlkonvertersystem mit hervorragenden Lasereigenschaften integriert. Bei den applikativen Partnern Audi AG und Volkswagen AG wurden erste erfolgreiche Prototypen-Tests zum Verschweißen von Aluminium und Edelstahl durchgeführt.

Die Projektergebnisse führten dazu, dass weitere Aktivitäten zur Entwicklung verbesserter, neuer oder effizienterer Lichtquellen gestartet wurden. Hierzu zählt unter anderem das im Rahmen der BMBF-Ausschreibung „Photonische Verfahren und Werkzeuge für den ressourceneffizienten Leichtbau“ geförderte Projekt „Remotefähiges Fügen von leichtbaurelevanten Mischverbindungen mit effizienter Lasertechnik (ReMiLas)“. Weiterhin werden in der Arbeitsgruppe Optische Fasertechnologien des IPHT unter Leitung von Dr. Kay Schuster im Rahmen der Thüringer Forschergruppen wissenschaftliche Fragestellungen auf der Basis des REPUSIL-Verfahrens bearbeitet.

Darüber hinaus boten die Ergebnisse Material für Beiträge auf wissenschaftlichen Konferenzen und für wissenschaftliche Publikationen. Der Verfügbarkeit dieser neuen Gläser sorgte für internationale Aufmerksamkeit und war Anlass für neue wissenschaftliche Kooperationen des IPHT. Besonders hervorzuheben sind hier die Aktivitäten mit XLIM (Universität Limoges, Frankreich). Hier wurde eine Dissertation mit dem Kernthema neuartige Faserstrukturen für Ultra-Large-Mode-Area Fasern durchgeführt. Diese Faserstrukturen sollen nun mit Hilfe der REPUSIL-Technologie umgesetzt und praktisch verifiziert werden. Weitere neue Kooperationen wurden mit dem College of Optics & Photonics in Orlando (CREOL), USA und dem Institute of Photonics and Advanced Sensing School of Chemistry & Physics The University of Adelaide, Australia etabliert.

Der Wissenschaftliche Direktor des IPHT, Prof. Jürgen Popp, wertet die Fasertechnologie als eine der Kern-kompetenzen des Jenaer Leibniz-Institutes. „Die Tatsache, dass es uns möglich ist Grundlagenforschung auf dem Gebiet der Faseroptik zu betreiben und neue Technologien für die Herstellung von Glasfasern zu erforschen, versetzt uns in die Lage, Spezialfasern für vielfältige Anwendungen, zum Beispiel in der Biophotonik, zu entwickeln,“ resümiert Popp.

Leibniz-Institut für Photonische Technologien

Das Leibniz-Institut für Photonische Technologien e.V. erforscht die wissenschaftlichen Grundlagen für photonische Verfahren und Systeme höchster Sensitivität, Effizienz und Auflösung. Gemäß dem Motto „Photonics for Life“ entwickeln Wissenschaftler daraus maßgeschneiderte Lösungen für Fragestellungen aus den Bereichen Lebens- und Umweltwissenschaften sowie Medizin.