Präzise Messung von Hochleistungs-NIR-Faserlasern: Lösungen & Best Practices

White Paper: Verteidigung

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Mit wachsenden Präzisionsanforderungen sind Nahinfrarot (NIR)-Faserlaser in militärischen, Forschungs- und industriellen Materialverarbeitungssektoren unverzichtbar geworden.

Hochleistungs-CW-Faserlaser liefern nun von 1 kW Single-Mode bis über 100 kW Multi-Mode. Ihre robuste Zuverlässigkeit, modulare Faserenden, vielseitige Kollimationsoptiken und austauschbare Bearbeitungsköpfe (sowohl Gaussian als auch Top-Hat) machen sie zur bevorzugten Wahl für anspruchsvolle Materialverarbeitungsaufgaben.

Die Charakterisierung dieser leistungsstarken Strahlen ist jedoch nicht trivial. Während konventionelle Thermopile-Sensoren Leistungs- und Energiemessungen mit Wasserkühlung bewältigen können, erfordern Schlüsselparameter – Spotgröße, Strahlform, Fokusposition und M² – fortgeschrittene Techniken, die Verzerrung oder Beschädigung des Messsystems vermeiden.

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Überblick

In „Präzise Messung von Hochleistungs-NIR-Faserlasern“ untersucht Yoni Groisman den dringenden Bedarf an präziser, praktischer Messung von NIR-Faserlasern, die bei ca. 1070 nm mit Leistungen von wenigen hundert Watt bis mehreren Kilowatt operieren. Akkurate Strahlcharakterisierung ist kritisch für Prozesskontrolle und Qualitätssicherung in allen Hochleistungsanwendungen.

Traditionelle Methoden scheitern bei hohen Leistungsdichten, die Sensorbeschädigung oder Strahlverzerrung riskieren. Das Papier skizziert drei Hauptstrategien: (1) indirekte Abbildung von seitengestreutem Rayleigh-Licht (z. B. Ophir BeamWatch); (2) Lochblenden-Scanning mit Einzel-Element-Detektor, das sperrig und komplex ist; und (3) direkte Messung via CCD-Strahlprofilern nach extremer optischer Dämpfung.

Zentral für die Diskussion ist der Ophir LBS-300HP-NIR, ein bahnbrechender Laserstrahlteiler, der optische Dämpfung über einer Million liefert. Durch gepaarte UVFS-Keile reflektiert er weniger als 0,0001 % des einfallenden Strahls auf einen CCD-Profilierer, bewahrt Strahlform, Polarisation und minimiert Streulicht. Er ist für bis zu 5 kW ausgelegt und handhabt Leistungsdichten bis 15 MW cm⁻².

Der LBS-300HP-NIR bietet flexible Montage, Kompatibilität mit Standard-C-Mount-Zubehör und eine Suite austauschbarer Neutraldichtefilter zur Feinabstimmung der den Kamera erreichenden Intensität. Validierungstests demonstrieren klarere, verzerrungsfreie Strahlprofile im Vergleich zu konventionellen Dämpfern.

Thermomanagement ist essenziell: Die Gerätetemperatur kann nach 10 Minuten Exposition bei 4 kW um ~23 °C steigen, daher werden aktives oder passives Kühlen und Zeitlimits empfohlen, um Messintegrität zu bewahren.

Ob standalone oder in größere Setups integriert – der LBS-300HP-NIR bietet zuverlässige, kosteneffektive und präzise Strahlprofilierung – ebnet den Weg für breitere Adoption von Hochleistungs-NIR-Lasern in Industrie und Forschung.

Referenzen umfassen verwandte Literatur zu Hochleistungs-Faserlaser-Messung und Ophirs BeamWatch und BeamGage Systemen.