Leistungsstarke Infrarot-Laserbarren für Metallbearbeitung von Osram

Lasertechnologie ist in den vergangenen Jahren immer mehr zu einem unverzichtbaren Bestandteil verschiedenster Industrien geworden – von der Medizintechnik bis hin zum Automobilbau. Der übergeordnete Effilas-Verband hat sich zum Ziel gesetzt, die technologisch und wirtschaftlich führende Position Deutschlands in der Photonik zu sichern und weiter auszubauen. Bezogen auf die Laserlichtquellen geht es beispielsweise darum, verschiedene Parameter wie die Leistung und Energieeffizienz weiter zu optimieren.

Zusammen mit den Partnern Laserline, Heraeus, Fraunhofer ILT, Fiberware und Welser Profile hat Osram Opto Semiconductors im EffiLAS-Verbundprojekt Ekolas verschiedene Arbeitspakete bearbeitet. Im Kern ging es um die Entwicklung hocheffizienter, infraroter Laserbarren mit herausragenden Ausgangsleistungen und deren Demonstration in der industriellen Materialbearbeitung.

Vor rund zehn Jahren erreichten die damals besten Laserbarren eine Leistung von 200 Watt bei einer Effizienz von etwa 63 %. Fünf Jahre später glaubte man sich mit einer erzielten Leistung von 250 Watt bei einer Effizienz von immerhin 60 % bereits an der Grenze des mit bisher existierenden Technologien Erreichbaren. Vor allem die Konversionseffizienz und die Frage der Kühlung begrenzten hier die Ausgangsleistung der Laser. Am Ende des im Februar 2020 abgeschlossenen Ekolas-Projekts können die Partner nun einen infraroten Laserbarren mit einer maximalen Leistung von 400 Watt im Dauerstrichbetrieb präsentieren. Bei einer Leistung von 300 Watt beeindruckt der Barren mit einer Effizienz von etwa 70 % in den Wellenlängen 1.000 und 1.020 Nanometer.

Die Projektpartner konnten hierzu auch auf Erfahrungen zurückgreifen, die in anderen Projekten unterhalb des Effilas-Dachverbandes gewonnen werden konnten. Dazu zählt vor allem materialwissenschaftliches und simulationsgestütztes Verständnis im Bereich der Epitaxie wie auch grundlegende Expertise hinsichtlich Chip- und Facettentechnologien.

"Wir freuen uns sehr, dass wir alle gesteckten Ziele erreicht und manche davon sogar übertroffen haben", erklärt Sebastian Hein, Projektleiter Ekolas von Osram Opto Semiconductors. "Das Mittel zum Erfolg war die Entwicklung neuartiger Softwaretools zur Simulation der elektro-optischen Eigenschaften der Laser, die sowohl die thermische Verteilung, temperaturabhängige Materialeigenschaften wie auch die modenabhängige Wellenausbreitung im Resonator berücksichtigen. Dies hat erheblich zur Beschleunigung und Vereinfachung der notwendigen Testläufe geführt und darum fundamentalen Anteil an den Resultaten des Projekts."

Gerade die neugewonnenen Erkenntnisse in Bezug auf die Simulation bestimmter Prozesse lassen sich nun im Nachgang auf andere Produktgruppen und Wellenlängen – im Bereich zwischen 800 und 1.060 Nanometer – übertragen. Neben den Vorteilen für die Produktentwicklung fördern die Ergebnisse auch den Aufbau von Lieferketten in Deutschland und Europa und stärken den Industriestandort dadurch nachhaltig.