Generacija ultrakratkih laserskih pulzov za zelo hitro in visoko prilagodljivo vzporedno mikro-procesiranje

Unikatna lastnost laserjev z ultrakratkimi pulzi je, da omogočajo zelo natančne mikro obdelave  skoraj vseh materialov. Z njimi lahko zelo natančno odstranimo del materiala, ne da bi povzročili škodo v okolici. Slabost takšnih sistemov pa je relativno nizka stopnja prilagodljivosti aplikaciji in počasna obdelava, ki ne more zadostiti potrebam po zelo hitrem procesiranju (industrija 4.0). Laserski obdelovalni sistem za hitro in natančno procesiranje naslednje generacije tako potrebuje vir ultrakratkih pulzov in velikih povprečnih moči (območje kW) in razdelitev izhodnega žarka za vzporedno procesiranje. Takšni laserji morajo biti tudi zelo zanesljivi, da jih lahko vključimo v industrijsko okolje delujoče 24/7. Vlakenska tehnologija omogoča ne samo visoko zanesljivost, ampak tudi veliko kvaliteto žarka, zelo velike energijske izkoristke in delovanje brez vzdrževanja.

V projektu smo demonstrirali novo rešitev originalnega problema učinkovitega zelo hitrega procesiranja z uporabo vlakenski laserjev. V nasprotju z že obstoječimi rešitvami smo laserski žarek razdelili znotraj laserja na posamezne ojačevalne kanale. Glavna prednost večkanalnega koncepta je, da v tem primeru ni potrebno ojačevati laserskih pulzov do visokih energij v enem kanalu, kar je glavni razlog, da se poveča kompleksnost in nastopijo težave (zaradi nelinearnih pojavov). Energija tako generiranih pulzov se tako tudi direktno prilagodi obdelovalnemu procesu, v nasprotju z laserjem z veliko izhodno energijo, katerega žarek se šele na izstopu razdeli na primerno število žarkov. Tekom projekta smo raziskali in v koncept vpeljali inovativne rešitve pri čemer izpostavljamo prilagodljivi vzbujevalni vira za večkanalni laser, pasivni nadzor ojačenja, hitro modulacijo laserskih pulzov itd.

Glavne prednosti koncepta večkanalnega vlakenskega laserja so:

1.       Zadostuje samo ena enota, ki lahko direktno generira več izhodnih žarkov, potrebnih za več- žarkovno obdelavo.

2.       Večkanalni koncept omogoča tako relativno nizko energijo laserskih pulzov, kot tudi povprečno moč na kanal. Posledično lahko v tem primeru uporabimo tehnologijo optičnih vlaken, ki nudi številne prednosti.

3.       Krmiljenje vsakega kanala posebej (povprečna moč in pulzi na zahtevo) je lahko pri relativno nizkih močeh bolj učinkovito (na primer na vhodu v vsak močnostni ojačevalnik) – uporabimo lahko modulator majhnih moči in velikih hitrosti.

4.       Kanale lahko krmilimo neodvisno, z visoko prostostno stopnjo.

DS1       Skupna veja laserja – vzbujevalni vir

Raziskave izvedbe primarnega in sekundarnega vzbujevalnega vira in njuno ojačevanje v skupni veji laserja. 

Ocena stopnje uresničitve: 100%

DS2       Raziskave kompaktne izvedbe hitre modulacije

Kompaktna izvedba modulacije zaporedja laserskih pulzov v enokanalni in večkanalni različici

Ocena stopnje uresničitve: 100%

DS3       Močnostni ojačevalnik

Raziskave optimalnega ojačevanja ultrakratkih pulzov in stabilizacija ojačenja

Ocena stopnje uresničitve: 100%

DS4       Večkanalni pristop

Raziskave in realizacija koncepta večkanalnega laserja

Ocena stopnje uresničitve: 100%