Erstmals wurde eine Fluor-gegendotierten REPUSIL-Faser mit großer Modenfläche zur Verstärkung hoher Spitzenleistungen in einem Ultrakurzpulsverstärker integriert. Eine komplette Faserintegration und hohe Strahlqualität werden durch einen lokalen Taper erreicht. Demonstriert wurde ein Yb-Faserverstärker mit nahezu beugungsbegrenzter Strahlqualität von M2 = 1.3 bis zu einer Pulsspitzenleistung von 2 MW.

Im Rahmen eines internationalen BMBF-geförderten Industrieprojekts ist es Forschern des Leibniz-IPHT Jena gelungen, aus gemeinsam mit Heraeus Quarzglas GmbH entwickelten Laserfasern und anspruchsvoller Nachprozessierung höchste Pulsspitzenleistungen bei hervorragender Strahlqualität zu erzeugen.

Faserlaser und -verstärker werden aufgrund ihrer Robustheit, ihrer hervorragenden Strahlqualität, Leistung und Flexibilität immer mehr zur führenden Technologie in der industriellen Fertigung für eine Vielzahl von Anwendungen in der Materialbearbeitung. Eine große Herausforderung für kommerzielle Faserlaser ist die Kombination aus hoher Spitzenleistung bei nahezu beugungsbegrenzter Strahlqualität und Anpassungsfreiheit. Für Remote-Prozesse, z.B. die Oberflächenstrukturierung von Solarpanels sind eine hohe Strahlqualität und ultrakurze Pulse mit sehr hohen Spitzenleistungen entscheidend.

Der hier verfolgte Ansatz zur Erzielung von Spitzenleistungen im MW-Bereich aus einer einzigen Faser mit hoher Strahlqualität basiert auf der Verwendung lokaler adiabatischer Taper zur Stimulierung und Verstärkung der Grundmode sehr kurzer Großkern-, sogenannter LMA-Stufenindexfasern. Diese neuartigen LMA-Fasern wurden mit der von IPHT und Heraeus Quarzglas entwickelten REPUSIL Technologie realisiert. Eine große Herausforderung bei der Faserentwicklung besteht darin, hohe Seltenerd-Dotierungskonzentrationen einzubringen und gleichzeitig die effektive Kern-NA zu reduzieren, um den lokalen Taper an eine Singlemode-Seed-Faser anzupassen. Dies konnte durch eine Gegendotierung des Kernglases mit Fluor realisiert werden (Abb. oben).

Anhand dieser neuartigen fluor-gegendotierten LMA-Fasern konnten bis zu 2 MW Pulsspitzenleistung mit 30ps Pulsdauer bei hervorragender Strahlqualität M2≈1.3 erreicht werden. Die getaperte Faser, welche einen Kerndurchmesser von 52µm und eine Länge von 0,75 m aufweist, zeigt im monolithischen Verstärker bei höchsten Pulsspitzenleistungen kaum signifikante stimulierte Raman-Streuung (Abb. unten).

Gefördert durch: 
Bundesministerium für Bildung und Forschung

Projektpartner: 
Dörte Schönfled, Andreas Langner, Gerhard Schötz

 

Im Bild oben: Kennlinie und Spektrum des Faserverstärkers für Pulsspitzenleistungen im MW-Bereich.