05/07/2018
Door Ad Spijkers
De Fraunhofer-Gesellschaft lanceert een ambitieus project met de Fraunhofer Cluster of Excellence 'Advanced photon sources'. Het doel is maximale prestaties te behalen met ultrakorte pulsen (UKP) plus het onderzoek naar hun mogelijke toepassingen.
Het nieuwe cluster start met twaalf instituten om een nieuwe lasergeneratie voor industrie en onderzoek te ontwikkelen. Het plan is een 'disruptive' technologie te ontwikkelen, op basis waarvan de toepassingsgebieden voor lasertechnologie aanzienlijk worden vergroot, van het opschalen van nauwkeurige productieprocessen tot de ontwikkeling van nieuwe pulsduur- en golflengtegebieden voor onderzoek.
UKP-lasers
Zelfs bij relatief kleine pulsenergieën genereren UKP-lasers hoge intensiteiten. Lange tijd werden ze alleen gebruikt in fundamenteel onderzoek. De ontwikkeling van hoogrendement hoogwaardige pompdiodes maakte het gebruik van nieuwe lasermedia mogelijk, met name met ytterbium gedoopte vezels en kristallen. Op basis hiervan hebben UKP-lasers de afgelopen jaren middelgrote laservermogens en een robuustheid bereikt, die industriële toepassingen mogelijk maken.
Voor toepassingen in micromachining hebben UKP-lasers twee belangrijke voordelen. Aan de ene kant kunnen ze vrijwel alle materialen verwerken. Anderzijds is de bewerking bijzonder nauwkeurig en daarom zacht, omdat de ultrasnelle interactie nauwelijks warmte afgeeft aan het aangrenzende materiaal. Daarom waren deze lasers al vroeg van belang voor medische technologie, bijvoorbeeld voor oogoperaties.
Wat betreft economische verwerkingssnelheden bij het snijden van ultraharde keramische materialen en vezelversterkte kunststoffen zijn de prestaties van de huidige 100 W-klasse UKP-lasers vaak onvoldoende. Gezien de mogelijke toepassingen in de industrie en de behoeften van het fundamenteel onderzoek willen de partners in het nieuwe cluster het gemiddelde vermogen van UKP bronnen aan de Fraunhofer-Instituten für Lasertechnik (ILT) en für Angewandte Optik und Feinmechanik (IOF) tot de 10 kW range laten toenemen. In 2018 worden bij deze twee instituten applicatielaboratoria opgezet, waar de andere partners in een vroeg stadium de systeemtechnologie en innovatieve toepassingen kunnen ontwikkelen.
Toepassingen
De applicatieontwikkeling heeft tot doel nieuwe processen te onderzoeken en werkwijzen tot industrieel relevant niveau te ontwikkelen. Voorbeelden variëren van de microstructuur en oppervlaktefunctionaliteit van zonnecellen, ultrahard keramiek en batterijcomponenten tot het snijden van brillen en lichtgewicht materialen.
Behalve doorbraken in ultranauwkeurige productie met hoge productiviteit moet met de straalbronnen ook straling genereren tot in het zachte röntgenbereik, met fotonfluxen die twee tot drie orden van grootte hoger zijn dan eerder werd bereikt. Voor de materiaalkunde moeten toepassingen worden bepaald zoals het genereren en onderzoeken van nieuwe materialen. Bovendien ontstaan er nieuwe mogelijkheden voor het afbeelden van biologische monsters, op het gebied van halfgeleiders en lithografie.
De nieuwe lasers zijn ook interessant voor fundamenteel onderzoek. Laserdeeltjesversnellers worden bijvoorbeeld krachtiger, kleiner en kunnen zelfs worden geïntegreerd in bestaande laboratoria. Bovendien kunnen deze zogenaamde secundaire bronnen ook het materiaalonderzoek en de medische technologie versterken.