Zeitschrift für Elektrotechnik und Elektronik

Hochleistungspumpen mit hoher Helligkeit für kW-Faserlaser

Hemashilpa Kalagara

Hochleistungsfaserlaser werden in der Lasermaterialbearbeitung wie Laserschweißen, -schneiden, -bohren usw. für eine breite Palette von Anwendungen eingesetzt. Diodenlaser sind sehr kostengünstige und effiziente Pumpquellen für Faserlaser. Sie bestehen aus Arrays von Diodenlasern, die Hunderte von Watt Leistung erzeugen, d. h. sie werden mithilfe von Ausrichtungsoptiken in die Fasern eingekoppelt, und alle sind in einem kompakten Gehäuse untergebracht. Als Pumpen werden GaAs-basierte Breitflächenlaser bei 980 nm verwendet. Die wichtigsten Anforderungen für Anwendungen in der Lasermaterialbearbeitung sind hohe Leistung und niedriges Strahlparameterprodukt (BPP). Ein typischer Breitflächenlaser (BAL) hat eine Länge von mindestens 5 mm und eine Breite von 100 µm und erzeugt 14 W Leistung bei 15 A und ein BPP von 3,77. Aufgrund der großen Streifenbreite ist der Laser multimodal und das FF-Profil weist zahlreiche Spitzen auf. In unserer aktuellen Studie haben wir ein Array von schmalen Streifenlasern mit unterschiedlichen Lücken entwickelt, verarbeitet und getestet, deren Gesamtausgangsöffnung der Breite des BAL entspricht, um ein niedrigeres BPP zu erreichen und gleichzeitig die Leistung beizubehalten. Die schmalen Streifenlaser sind an der hinteren Facette 4 µm breit und die Breite wird an der vorderen Facette adiabatisch auf bis zu 20 µm erhöht, um den Einzelmodusbetrieb und ein Gaußsches FF-Profil aufrechtzuerhalten. Das schmale Streifenlaserarray mit denselben Abmessungen wie BAL erzeugt 11 W Leistung bei 15 A und BPP von 3,0. Wir sind in der Lage, die Leistung unseres BAL an das schmale Streifenlaserarray mit einer größeren Anzahl von Emittern anzupassen. Aufgrund des Gaußschen FF-Profils ist zu erwarten, dass die Leistung in NA und die Kopplungseffizienz in die Faser besser sind als beim BAL. Ein weiterer Vorteil des schmalen Streifenlaserarrays ist, dass das Gerät auch dann noch funktioniert, wenn ein oder mehrere Laser im Array ausfallen oder nur noch eine geringe Leistung aufweisen.