 | Newsletter – Nr 4
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Dicke Dinger
Die Leistungen und Leistungsdichten der Laser werden immer höher. Daher stellt sich mittlerweile die Frage, ab wann Linsen, die sich ja nur schwer kühlen lassen, zur Fokussierung des Laserstrahls nicht mehr zum Einsatz kommen können.
Manche Systemhersteller setzen daher zum Schweißen Spiegel-Fokussiersysteme ein, und oft wird die Linse als ungeeignet für Leistungen größer 6 kW angesehen. Dies ist aber so nicht unbedingt richtig. Neben exotischen Lösungen des Problems (z.B. GaAs und Diamantoptiken) können auch die bewährten Zinkselenid-Optiken weiter zum Einsatz kommen.
Allerdings müssen Linsen für den Hochleistungsbereich deutlich dicker sein als in den üblichen Anwendungen. Viele Leser werden nun verdutzt vor diesem Artikel sitzen und denken "dicker"? Das muss doch "dünner" heißen, denn schließlich wird der Laserstrahl beim Durchgang durch dickere ZnSe Linsen mehr absorbiert als beim Durchgang durch dünne Linsen.
Dies ist unbestreitbar richtig, aber man lässt dabei außer acht, dass die Hauptabsorption der Linse durch die Beschichtung verursacht wird. Für eine normale Antireflexbeschichtung liegt die Absorption bei ≤0,1% je Seite. Das hochwertige Substratmaterial ZnSe, das II-VI herstellt, absorbiert nur noch weniger als 0,05% pro cm Dicke. |
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Die Absorption des Substrats liegt also deutlich unter der Absorption der Beschichtung. Geht nun ein Laserstrahl durch eine dünne Linse, so kann der Abtransport der Absorptionswärme fast nur in radialer Richtung geschehen. Bei einer dicken Linse wird dagegen die Absorptionswärme der Beschichtung auch zur Linsenmitte hin – also dreidimensional – abgeleitet. Daher ist es nur logisch, dass dickere Linsen durch den dreidimensionalen Abtransport der Wärme gegenüber dünneren Linsen deutlich überlegen sind.
Der Effekt verstärkt sich noch, wenn die Linsenoberflächen verschmutzen und damit die Absorption auf der Oberfläche noch deutlicher gegen die Absorption des Substratmaterials erhöht ist. Einige Kunden kennen das Phänomen schon: Beim Bearbeiten "schmutziger" Materialien halten die dicken sogenannten Hochdrucklinsen oft merklich länger als dünne Niederdrucklinsen. Hinzu kommt, dass sich der Wärmeübergang wegen des größeren Linsenrandes der dicken Linsen wesentlich effektiver gestaltet.
Für die Zukunft lässt sich feststellen, dass die relativ einfach zu handhabende und preiswerte Linse als Fokussiermedium Ihren Platz noch lange nicht abgeben muss.
Ergänzend zu diesem Thema senden wir Ihnen gerne den Vortrag "Warum CO2-Laser zur Materialbearbeitung?" zu. |
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| Ihr Ansprechpartner: |
| Martin Benzing (Tel.: +49-6151-8806-23, E-mail: mbenzing@ii-vi.de). |
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