Lehrstuhl für Lasergestützte Fertigung
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Optik und Laserentwicklung

Ansprechpartner: Dr. Ferdinand Bammer

Der Bereich Optik- und Laser-Entwicklung umfaßt alle Aktivitäten, welche den Einsatz neuartiger optischer Elemente oder die Entwicklung innovativer Laserquellen umfassen. Dies betrifft die Themen:

Laser-Unterstütztes Umformen

Ellipsometrie

Einkristall-Modulatoren

Gepulste Lasers

Zögern Sie nicht, sich an ihren Ansprechpartner Herrn Privatdoz. Dipl.Ing. Dr.techn. Ferdinand Bammer zu wenden.

Laserunterstütztes Umformen

In diesem Bereich werden Verfahren entwickelt, die Umformvorgängen wie Biegen oder Tiefziehen mittels Laserbeheizung, vor und während der Umformung unterstützen.Am weitesten gediehen ist hierbei das LUGB...Laser-Unterstütztes Gesenk-Biegen. Dabei wird durch die Integration von Diodenlasern in Biegewerkzeuge, das Abkanten spröder Materialien ermöglicht. Diese sind meist leichte und/oder hochfeste Werkstoffe wie, Mg-, Al-, Ti-, Stahl-Legierungen.

Das Verfahren erfordet sehr klein bauende Optiken, bzw. Laser, welche im Unterwerkzeug einer Abkantmaschine verbaut werden müssen. Die derzeit am weitesten gediehene Lösung basiert auf Diodenlaserbarren mit 200W Ausgangsleistung. Auf 100mm Biegelänge sind acht dieser Laser verbaut.

LUGB Abkantpresse.
1,6mm Mg-Blech, simulierte & gemessene Temperaturverteilung.
Laserdiodenbarren mit 200W Ausgangsleistung.
Mg-Blech, links kalt gebogen, rechts warm mit LUGB gebogen.
Strahlengang innerhalb eines Biegegesenks für 100mm Biegelinie.

Weiterentwicklung und Charakterisierung von Einkristall-Modulatoren

Ein SCPEM (Single Crystal Photo-Elastic Modulator) basiert auf einem piezoelektrischen Kristall, welcher resonant angeregt wird.
Dies ermöglicht eine sehr starke Polarisations-Modulation von Licht mit geringen Spannungsamplituden von ~5V. Zusammen mit einem Polarisationsfilter resultiert daraus eine sehr starke Modulation der Transmission, was für verschiedene Anwendungen, wie Time-Multiplexing, Pulse-Picking, Laserpulsbetrieb und Ellipsometrie, benutzt werden kann. 
Als SCPEM-Material sehr bewährt haben sich LiTaO3 und LiNbO3, getestet wurden bzw. werden ferner GaAs, BBO und KTP.

Weitere Variationen ergeben sich durch die Wahl verschiedener Schwingungsmoden, wie Längs-, Dicken-, Scher-, Biegeschwingungen. Durch deren gleichzeitige Anregung und Überlagerung können kurze Schaltzeiten erzielt werden. 

LiTaO3-Kristall (30 x 9 x 4mm, Grundfrequenz 90kHz) im Laserresonator.
Ruhender LiTaO3 in divergentem RGB-Licht zwischen gekreuzten Polarisatoren.
Gedehnter LiTaO3 in divergentem RGB-Licht zwischen gekreuzten Polarisatoren.

Ellipsometrie

Hier handelt es sich um ein Verfahren zur Oberflächen-Charakterisierung.

Das hier erforschte Messprinzip benutzt einen Polarisations-modulierten Lichtstrahl, erzeugt durch einen SCPEM (Single-Crystal Photo-Elastic Modulator, ein piezo-elektrischer Kristall, welcher resonant angeregt wird). Die Analyse des von der Oberfläche refektierten Signals ergibt die gesuchten ellipsometrischen Parameter ψ und Δ (in °).

Als Vorteil gegenüber konventionellen Ellipsometern ist die enorm hohe Samplingrate von bis zu 40 kHz zu nennen. Im Falle von Bild gebender Ellipsometrie (auch Imaging-Ellipsometrie, ψ und Δ werden innerhalb einer Fläche von ~1mm² ermittelt und bildlich dargestellt.) ist mit Samplingraten von ~10Hz zu rechnen (~0.1Hz bei konventioneller Imaging-Ellipsometrie).

Inline 2D-thickness-measurement with stroboscopic ellipsometry.
Inline measurement of thickness-distribution of PEDOT on PET-foil with stroboscopic ellipsometry.

Gepulste Laser

Bau und Erforschung von SCPEM-gepulsten Lasern soll zu quasi-kontinuierlichen Lasern führen, also einem Betrieb mit relativ hoher Pulsfrequenz (~100-300kHz) der ähnlich wie ein kontinuierlicher Laserstrahl einzusetzen ist, aber doch aufgrund der hohen Pulsspitzenleistung besondere Eigenschaften zeigt.

Realsiert wird dies mit einem internem Single Crystal Photo-Elastic Modulator (SCPEM) welcher den Laser zu Pulsbetrieb zwingt. Dieser soll aufgrund seiner Einfachheit eine besonders simple Laserkonstruktion und ein rasches Umschalten zwischen kontinuierlichem und gepulsten Laserbetrieb ermöglichen.

Verschiedene Lasertypen wurden getestet, die letzten Tests erfolgten mit einem Fiber-rod-Laser mit 60W Durchschnitsleistung, bei einer Pulsfrequenz von 92 kHz und einer Spitzenleistung von 10 kW. 

Gepulster Nd:YVO4-Laser mit internem SCPEM.
Typische Pulssequenz eines SCPEM-geschalteten Lasers.