Spezialfasern für stärkere Hochleistungsfaserlaser

Das mit dem Thüringer Forschungspreis 2012 ausgezeichnete Team der Forschungsabteilung Faseroptik: Volker Reichel, Florian Just, Martin Leich, Stephan Grimm (v.l.) /Bildquelle: IPHT/Döring

Das Leibniz-Institut für Photonische Technologien (IPHT) hat ein vielfach ausgezeichnetes Verfahren zur Herstellung von Glasfasern mit verbesserten Qualitätsmerkmalen entwickelt. Mit dieser Materialinnovation können Hochleistungsfaserlaser gebaut werden, die aus nur einer einzigen Glasfaser mehr als fünf Kilowatt Laserleistung erzeugen. In einem Folgeprojekt wollen die Jenaer Wissenschaftler gemeinsam mit ihren Partnern das Herstellungsverfahren weiter optimieren. Damit soll die Ausgangslage geschaffen werden, um neue, verbesserte Lichtquellen zu entwickeln.

Für die Herstellung des neuen Glasfasermaterials wird in mehreren Prozessschritten ein hochreines synthetisches Quarzglasgranulat hergestellt, das zu Stäben und später zu Glasfasern weiterverarbeitet wird. Das REPUSIL genannte Verfahren wurde im Rahmen eines vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Verbundprojektes entwickelt und erhielt zahlreiche Auszeichnungen. Die wissenschaftliche Leistung bestand darin, dass es gelang den Faserkerndurchmesser zu erweitern, um dadurch die Laserleistung besser zu verteilen und das System insgesamt stabiler zu machen. Anstatt der bislang sehr aufwendigen und kostenintensiven Koppelung mehrere Einzelfasern reicht nun eine einzige Glasfaser für die Erzeugung der hohen Laserleistung. Weitere Vorteile des neuen Verfahrens liegen in der Robustheit und den niedrigen Herstellungskosten der Glasfasern, so Dr. Kay Schuster, Leiter der Arbeitsgruppe Fasertechnologie. In dem kürzlich gestarteten Folgeprojekt soll das REPUSIL-Verfahren weiterentwickelt werden, um so die Leistungsfähigkeit der Faserlaser zu steigern.

Die aus den IPHT-Fasern entwickelten Multikilowattfaserlaser könnten unter anderem im Karosseriebau der Automobilindustrie zur Anwendung kommen, um mehrere Millimeter dicke Metallbleche zu schneiden, zu schweißen oder zu bohren. Erste Prototypentests bei den Projektpartnern VW und Audi waren erfolgreich.

Die Verfügbarkeit der neuen Gläser sorgte für internationale Aufmerksamkeit und war Anlass für neue wissenschaftliche Kooperationen des IPHT unter anderem mit der Universität Limoges in Frankreich, dem College of Optics & Photonics in Orlando, USA sowie der Universität Adelaide in Australien.

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

Faserlaser sind eine spezielle Form des Festkörperlasers, die im Kern eine Glasfaser enthalten. Während der Festkörperlaser eine Pumplichtquelle benötigt, ist bei einem Faserlaser das Licht in die Glasfaser eingekoppelt. Das neue Herstellungsverfahren, genannt REPUSIL, wurde in Kooperation mit dem Technologiekonzern Heraeus Quarzglas entwickelt und mit dem Thüringer Forschungspreis und dem Heraeus Innovationspreis ausgezeichnet.

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.

www.ipht-jena.de