 | Newsletter – Nr 12
Polarisation des Laserstrahls - der Phasenschieber bringt´s
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Natürlich schneidet (oder schweißt) ein CO2-Laser auch ohne Polarisationsoptiken. Aber eben nicht gleich gut in alle Richtungen...
Anfang der 80er Jahre wurde die Polarisationsabhängigkeit (der Laserstrahlung) in Bezug auf optimale Bearbeitungsergebnisse bei metallischen Werkstoffen erkannt. Aufgrund des prinzipiellen Aufbaus der Hochleistungslaser ist deren emittierte Strahlung normalerweise „linear“ polarisiert. Dies bedeutet, dass die zum Schneiden notwendige Energie/Leistung eine „Vorzugsrichtung“ aufweist. Stimmt diese (zufällig!) mit der Schnittrichtung überein, so erreicht man optimale Schnittbedingungen (hohe Geschwindigkeit, gerade Schnittkanten, geringe Gratbildung und glatte Schneidfugen). Weicht man von der „Vorzugsrichtung“ ab, was der Normalfall ist, verschlechtert sich das Schnittbild zusehends. Die schlechtesten Ergebnisse zeigen sich, wenn der Schnitt senkrecht zur „optimalen“ (Vorzugs-) Richtung verläuft. Die Schnittgeschwindigkeit muss heruntergenommen werden und es bildet sich ein mehr oder weniger ausgeprägter Grat. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Laserstrahlung – so wie sie aus dem Laserresonator austritt – in der Richtung, die die Konstruktion des Lasers vorgibt, linear polarisiert ist, so wie man ein Messer beim Schneiden von Butter am Besten in Richtung der Messerschneide – und nicht etwa quer dazu – benutzt! |
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10 mm Edelstahl-Schneidmuster mit unterschiedlicher Schnittqualität
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Nun kann man allerdings das Messer beim Schneiden in beliebige Richtung drehen und somit Konturen schneiden, was beim Laserstrahl nur mit größerem Aufwand möglich ist. Aus diesem Grund muss man sich von der „Vorzugsrichtung“ und der „linearen“ Polarisation unabhängig machen, was durch entsprechende Optiken auch erreicht wird.
Um beim Beispiel des Messers zu bleiben: Wenn wir die Messerklinge z.B. durch einen dünnen Draht ersetzen, so sieht man sofort, dass die Schnittrichtung nun beliebig gewählt werden kann – bei gleichbleibender Schnittqualität. Die Polarisationsoptik in Ihrem Strahlführungssystem bewirkt genau das. |
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10 mm Edelstahl-Schneidmuster 5 kW-CO2-Laser, leicht elliptisch polarisiert, Phasenverschiebung <90°
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| Die „lineare“ Polarisation wird umgewandelt in „zirkulare“ Polarisation – die Klinge wird zum Draht! Die dazu benötigten Optiken heißen entweder „Zirkularpolarisatoren“ oder „Phasenschieber“ (englisch: Phase Retarder) oder auch einfach „Polarisationsoptiken“. Diese Optiken sind im Wesentlichen speziell beschichtete Spiegel, wobei die spiegelnden Schichten allerdings die hohen Leistungen vertragen müssen. Gleichzeitig sollen sie den Laserstrahl durch definierte Aufspaltung in seine beiden linearen Komponenten so beeinflussen, dass er „zirkular“ polarisiert wird und damit seine Leistung in jede Richtung gleich effektiv an das zu bearbeitende Werkstück abgibt. |
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110 mm Edelstahl-Schneidmuster, 5 kW-CO2-Laser, zirkularpolarisiert, Phasenverschiebung 90° (±2°)
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Dies ist durchaus nicht so einfach wie es sich anhört, denn um wirklich gute Ergebnisse zu erzielen ist es nötig, die Optiken und deren dielektrisches Schichtsystem mit sehr geringen Toleranzen zu fertigen. Die Zirkularpolarisation muss auf kleiner als 1% stimmen (d.h.: der „Draht“ darf nicht unrund – z. B.: elliptisch - sein) und gleichzeitig sollen diese Optiken aber viele Kilowatt Laserleistung vertragen, ohne sich nennenswert zu erwärmen, zu verziehen oder anderweitig zu verändern.
II-VI stellt diese Optiken her! Mit reproduzierbarer Qualität. Auf Kupfer- oder Siliziumsubstrat. Für höchste Leistungen und Leistungsdichten.
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