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News zu OR Laser

Kleiner Exkurs: Kenngrößen eines Lasersystems

Der OR Laser Newsletter erfreut sich immer größerer Beliebtheit. Grund genug, wirklich allen Lesern, auch Laien, das spannende Thema Lasertechnologie etwas detaillierter näher zu bringen. Anwender von OR Lasersystemen müssen keine ausgesprochenen Laserexperten sein – dieser Exkurs soll lediglich wesentliche Begrifflichkeiten klären.

Begriffe wie Fokussierbarkeit, Pulsbreite, Frequenz, mittlere Leistung oder Spitzenleistung eines Lasersystems werden im Bereich der Lasermaterialbearbeitung stets verwendet. Doch was bedeuten die Begriffe genau? Und wie können Anwender dieses Wissen nutzen, um das Lasersystem ihrer Wahl zusammenzustellen? Eine kleine Übersicht über die Kenngrößen eines Lasersystems soll hier weiterhelfen.

Fokussierbarkeit

Zunächst soll die Fokussierbarkeit eines Lasers betrachtet werden:

Jeder Laserpuls wird durch sein Strahlparameterprodukt definiert. Unter dem Strahlparameterprodukt (engl. beam parameter product BPP) versteht man das Produkt aus Strahltaillie ω0 und Divergenzwinkel φ.

Illustration einer Laserfokussierung

Illustration einer mathematischen Formel

Das Besondere ist, dass das Strahlparameterprodukt für einen Laser immer gleich ist. Es verändert sich beim Durchgang durch verschiedene optische Elemente (Linsen, Spiegel) nicht. Die Fokussierlinse einer Laserschweißanlage bestimmt durch ihre charakteristische Brennweite f die Position des Fokuspunktes. Je größer die Brennweite der Fokussierlinse ist, desto weiter von der Linse entfernt wird der Laserfokus zu finden sein. Damit bestimmt die Fokussierlinse jedoch auch den Divergenzwinkel φ des Laserstrahls. Je größer die Linse gewählt wird, desto flacher (kleiner) wird auch der Divergenzwinkel φ. Da jedoch das Strahlparameterprodukt BPP immer gleich bleiben muss, vergrößert sich automatisch die Größe des Fokus ω0.

Illustration einer Tabelle

Merke:

Je größer die Brennweite der Fokussierlinse desto größer wird der Laserfokus.

Je kleiner die Brennweite der Fokussierlinse desto kleiner wird der Laserfokus.

Leistungsparameter

Weitere wichtige Parameter eines Lasersystems sind die Pulsbreite, Frequenz, mittlere Leistung, Spitzenleistung und Energie. Was genau bedeuten diese Begriffe?

Dies zu verstehen ist denkbar einfach, wenn man sich die Pulsfolge eines Lasers als Verlauf der Leistung über der Zeitachse anschaut.

Illustration einer Formel02

Pulsbreite oder Pulslänge Δt

Die Pulsbreite ist die zeitliche Breite eines Pulses und wird mit Δt abgekürzt.

Pulsperiode T

Der zeitliche Abstand der Einzelpulse wird als Pulsperiode bezeichnet und mit dem Formelzeichen T abgekürzt.

Frequenz f

Illustration einer Formel03

Die Frequenz ist der Kehrwert der Pulsperiode. 

Pulsenergie E

Die Pulsenergie wird im Diagramm durch die Fläche (blau) unter dem Verlauf der Laserleistung während eines Pulses veranschaulicht.

Pulsspitzenleistung Ppeak

Jeder Puls besitzt in diesem Diagramm eine gewisse Höhe. Diese Höhe bezeichnet man als Pulsspitzenleistung.

Illustration einer Formel04

Mittlere Leistung Pavg

Die mittlere Leistung ergibt sich aus der Pulsenergie und der Periode der Laserpulsfolge.

Illustration einer Formel05

Aus den Formeln für die Pulsspitzenleitung und der mittleren Leistung erhält man:

Illustration einer Formel06

Illustration einer Formel07

Das Verhältnis von Pulsdauer zur Periodendauer bezeichnet man als Duty Cycle DC (im deutschen auch Tastgrad genannt).

Mit Hilfe des Tastgrades kann leicht zwischen den Größen der Spitzenleistung und mittleren Leistung umrechnet werden:

Illustration einer Formel08

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