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Vorlesungsinhalte

Grundlagen der Laserstrahlquellen

(Prof. Dr. phil. nat. Thomas Graf)

Elektromagnetische Wellen und Lichtstrahlen, Lichtausbreitung und Strahlmatrizen, physikalische Grundlagen der Erzeugung und Verstärkung von Licht, optische Resonatoren, laseraktive Medien, Inversionserzeugung, Laserstrahlquellen, die Ratengleichungen, optimale Auskopplung, Güteschaltung, Modenkopplung, thermisch induzierte Effekte und deren Auswirkungen, Strahlformung in optischen Resonatoren.

Zugang für Studierende


Empfohlenes Lehrbuch zur Vorlesung:

Laser – Grundlagen der Laserstrahlquellen
Graf, Thomas
Vieweg+Teubner ISBN: 978-3-8348-0770-0

siehe auch Praktikum zur Vorlesung Laserstrahlquellen

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Materialbearbeitung mit Lasern

(Prof. Dr. phil. nat. Thomas Graf)

Einführung in das Strahlwerkzeug Laser: Ausbreitung und Charakterisierung von Laserstrahlen, Laser für die Fertigung (Funktionsweise und Bauformen). Systemtechnik, Werkstückhandhabung. Grundlagen der Wechselwirkung Laserstrahl/Werkstück (Einfluss von Wellenlänge, Intensität, Polarisation, Werkstoffeigenschaften). Fertigungsverfahren: physikalische und technologische Grundlagen zum Schneiden, Schweißen, Oberflächenmodifikation, Bohren und Abtragen. Prozesskontrolle, Sicherheitsaspekte, Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen.

Zugang für Studierende


Empfohlenes Lehrbuch zur Vorlesung:

Laser in der Fertigung – Strahlquellen, Systeme, Fertigungsverfahren
Hügel, Helmut / Graf, Thomas
Vieweg+Teubner ISBN: 978-3-8351-0005-3

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Physikalische Prozesse der Laser-Materialbearbeitung

(Prof. Dr. phil. nat. Thomas Graf, Akad. Oberrat Dipl.-Ing. Peter Berger)

Modellmäßige Beschreibung und Simulation ausgewählter Lasermaterialbearbeitungsverfahren: Laserstrahlschweißen, -bohren, -abtragen, -schneiden und -härten. Modellierung der physikalischen Prozesse bei der Wechselwirkung Laserstrahl/ Werkstück: Absorption, Wärmeleitung, Schmelzen/Erstarren, Schmelzbadbewegung, Verdampfung, Plasmaausbildung. Anhand zahlreicher Beispiele wird die Bedeutung der einzelnen Wechselwirkungsmechanismen für das jeweilige Verfahrensergebnis erläutert.

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Scheibenlaser

(Dr. Uwe Brauch)

Innerhalb der letzten 10 Jahre sind brillante diodengepumpte Scheibenlaser zu einem der wichtigsten “Arbeitspferde” in der Lasertechnik und insbesondere in der Lasermaterialbearbeitung geworden. Aufbauend auf den Grundlagen des Scheibenlaserprinzips werden dessen besondere Eigenschaften (u.a. Grenzen der Skalierbarkeit) in seinen verschiedenen Betriebsarten (cw-Multimode, cw-TEM00, güteschaltet, modengekoppelt etc.) diskutiert und exemplarische Auslegungen, Ausführungsformen und Anwendungen vorgestellt. Unter anderem werden die resonatorinterne Polarisationsformung und Frequenzkonversion, Hochleistungs-Ultrakurzpulsoszillatoren und -verstärker sowie Verfahren zur Kompensation der thermischen Linse behandelt.

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Anlagentechnik für die laserbasierte Fertigung – Teil I: von der Anwendung zur Anlage

(Dr. phil. nat. Rudolf Weber)

Eine korrekte Auslegung von Systemen und Anlagen ist Voraussetzung für einen sinnvollen und effizienten Einsatz von Lasern für die Materialbearbeitung. Anwendungen in einer Übersicht, Optische Komponenten von Strahlführung bis Wendelbohren, Mechanische Komponenten von Strahlführungssystemen bis Achsendynamik, Anlagenkonzepte von Roboterschweißen bis Laserfusion, Kommerzielle Aspekte von Stückkostenrechnung bis Anlagenamortisation.

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Anlagentechnik für die laserbasierte Fertigung – Teil II: von der Anlage zum Betrieb

(Dr.-Ing. Andreas Letsch)

Übertragung und Formung des Werkzeugs Laserstrahl von der Quelle bis zum Werkstück. Spezifikation und Auslegung der Komponenten. An Hand von Beispielen aus der Praxis werden verschiedene Anlagenkonzepte für Anwendungen des Lasers in der Materialbearbeitung diskutiert. Normgerechte Vermessung von Laserstrahlung. Lasersicherheit.

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Diodenlaser

(Dr. Uwe Brauch)

Diodenlaser sind wegen ihrer Vielfalt, der Möglichkeit, die Materialien maßzuschneidern, dem kompakten monolithischen Aufbau, also der Integration von laseraktivem Medium und Laserresonator, und natürlich dem Betrieb an der Steckdose, die am häufigsten eingesetzten Lasersysteme. Die Anwendungen reichen von der optischen Datenübertragung im Terabit/s-Bereich, über die verschiedenen optischen Speichermedien (CD, DVD, Blu-Ray) bis hin zu Diodenbarren und -stacks im Multi-kW-Bereich für Material-Direktbearbeitung und zum Pumpen von Faser- und Scheibenlasern. Der überwiegend phänomenologischen Behandlung der Halbleiter-Grundlagen (Energieniveaus und deren Besetzung, optische Übergänge, Dotierung, pn-Übergang, Materialaspekte) folgt eine eingehende Diskussion von Aufbau und Eigenschaften der verschiedenen Laserdioden-Bauformen für die genannten Anwendungen (Kanten- und Vertikalemitter, Leistungsskalierung, Faserkopplung) sowie deren technologischer Realisierung (Epitaxie, Lithographie, Konfektionierung).

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Grating Waveguide Structures for High-Power Lasers

(Dr. Marwan Abdou Ahmed)

Definition of grating waveguide structures and their different operation modes (resonant reflection, resonant diffraction, etc.). Basics and applications of GWS. Fabrication technologies of GWS. GWS for polarization shaping in high-power lasers (linear, radial and azimuthal polarization): application to CO2 and Yb:YAG thin-disk (CW and ultrafast) lasers. GWS for spectral and polarization selection in high-power lasers: application to Yb:YAG thin-disk lasers (including Second harmonic generation SHG). Study of scientific publications reporting on GWS.

Lernmaterialien:

Folien der Vorlesungen
G. Loewen and E. Popov: Diffraction gratings and applications, M. Dekkers, Inc. (1997)
Publications IFSW: www.ifsw.uni-stuttgart.de

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