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

Weißbuch:Verteidigung

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Mit steigenden Präzisionsanforderungen sind Nahinfrarot-Faserlaser (NIR) in den Bereichen Militär, Forschung und industrielle Materialverarbeitung unverzichtbar geworden.

Hochleistungs-Dauerstrichfaserlaser (CW) liefern jetzt Leistungen von 1 kW Singlemode bis zu mehr als 100 kW Multimode. Ihre robuste Zuverlässigkeit, modulare Faseranschlüsse, vielseitige Kollimationsoptik und austauschbare Bearbeitungsköpfe (sowohl Gaußsche als auch Zylinderköpfe) machen sie zur bevorzugten Wahl für anspruchsvolle Materialbearbeitungsaufgaben.

Die Charakterisierung dieser leistungsstarken Strahlen ist jedoch nicht trivial. Während herkömmliche Thermopile-Sensoren Leistungs- und Energiemessungen mit Wasserkühlung durchführen können, erfordern wichtige Parameter – Punktgröße, Strahlform, Fokusposition und M² – fortschrittliche Techniken, die Verzerrungen oder Schäden am Messsystem vermeiden.

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Übersicht

In „Accurate Measurement of High-Power NIR Fiber Lasers“ untersucht Yoni Groisman den dringenden Bedarf an präziser, praktischer Messung von NIR-Faserlasern, die bei etwa 1070 nm mit Leistungspegeln von einigen hundert Watt bis zu mehreren Kilowatt arbeiten. Eine genaue Strahlcharakterisierung ist für die Prozesssteuerung und Qualitätssicherung in allen Hochleistungsanwendungen von entscheidender Bedeutung.

Herkömmliche Methoden versagen bei hohen Leistungsdichten, bei denen die Gefahr einer Beschädigung des Sensors oder einer Strahlverzerrung besteht. Das Papier skizziert drei Hauptstrategien:(1) indirekte Abbildung von seitlich gestreutem Rayleigh-Licht (z. B. Ophir BeamWatch); (2) Lochkamera-Scanning mit einem Einzelelementdetektor, der sperrig und komplex ist; und (3) direkte Messung über CCD-Strahlprofilierer nach extremer optischer Abschwächung.

Im Mittelpunkt der Diskussion steht der Ophir LBS-300HP-NIR, ein bahnbrechender Laserstrahlteiler, der eine optische Dämpfung von über einer Million liefert. Durch den Einsatz gepaarter UVFS-Keile reflektiert es weniger als 0,0001 % des einfallenden Strahls zu einem CCD-Profiler, wodurch Strahlform und Polarisation erhalten bleiben und Hintergrundlicht minimiert wird. Er ist für eine Leistung von bis zu 5 kW ausgelegt und kann Leistungsdichten von bis zu 15 MWcm⁻² bewältigen.

Der LBS-300HP-NIR zeichnet sich durch eine flexible Montage, Kompatibilität mit Standard-C-Mount-Zubehör und eine Reihe austauschbarer Neutralfilter zur Feinabstimmung der Intensität aus, die die Kamera erreicht. Validierungstests zeigen klarere, verzerrungsfreie Strahlprofile im Vergleich zu herkömmlichen Dämpfungsgliedern.

Das Wärmemanagement ist von entscheidender Bedeutung:Die Temperatur des Geräts kann nach 10 Minuten Einwirkung von 4 kW um etwa 23 °C ansteigen. Daher werden aktive oder passive Kühlung und Zeitbegrenzungen empfohlen, um die Messintegrität zu wahren.

Ganz gleich, ob der LBS-300HP-NIR eigenständig verwendet oder in größere Anlagen integriert wird, bietet er eine zuverlässige, kostengünstige und präzise Strahlprofilierung und ebnet damit den Weg für eine breitere Einführung von Hochleistungs-NIR-Lasern in Industrie und Forschung.

Zu den Referenzen gehören verwandte Literatur zur Hochleistungs-Faserlasermessung und zu den BeamWatch- und BeamGage-Systemen von Ophir.