SILITEC – mit Sand zu mehr Effizienz und weniger Kosten

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lightwave of the future
SILITEC – mit Sand zu mehr Effizienz und weniger
Kosten
Erst seit wenigen Jahren nutzt die industrielle Fertigung die hohe Strahlqualität
der Faserlaser für die Materialbearbeitung. Ihre hohe Leistungsdichte auf
dem Werkstück ermöglicht mit geeignet ausgelegten Systemen eine hohe
Bearbeitungsgeschwindigkeit. Für die Herstellung der dazu geeigneten Laser
sind spezielle Fasern notwendig, deren Herstellung derzeit an Grenzen
stösst. Diese Grenzen kann die Firma Silitec in Boudry sprengen.
Optische Fasern herzustellen ist ein heikles Unterfangen,
doch stets steht am Anfang die so genannte Preform,
ausgerüstet mit den Eigenschaften der späteren Faser.
Dieses Rohr aus Quarzglas wird innen beschichtet. Indem
man mit der Modifizierten Chemischen Gasabscheidung
(MCVD-Verfahren) Gase wiederholt zuführt und verändert, werden die Ausgangsstoffe auf der Innenseite des
Rohrs aufgeschmolzen und so Schichten mit unterschiedlichem Brechungsindex erzeugt.
Der Trick mit dem Sand
Zwar erhöhte sich in den vergangenen 10 Jahren die Leistungsfähigkeit von Faserlasern fortwährend, womit sie
eine Alternative zu Festkörperlasern wurden. Negativ zu
Buche schlägt jedoch, dass nicht lineare Störungen wie
inelastische Lichtstreuung die Effizienz beeinträchtigen.
Es braucht einen einmodigen Laserstrahl, damit die Kraft
des Lichts sich im Innern des Strahls gleichmässig verteilt. Aktive Grosskernfasern – Large Mode Area (LMA) Fasern – können den Kerndurchmesser vergrössern, gestatten eine genauere Kontrolle des Kerns und besonders des
Brechungsindexes, der einheitlich und homogen sein soll.
Eine mikrostrukturierte Fasertechnik mit der «stackanddraw»-Methode ermöglicht einen gleichmässig verteilten
Strahl und – mit Beizug des Multidrawing-Verfahrens –
einen Durchmesser von 60 Mikrometer. Doch mit klassischen Vorgehen wie dem MCVD-Prozess sind solche Raffinessen kaum machbar.
Silitec war im Jahr 1978
eine der ersten Firmen
weltweit, die optische
Fasern herstellte. Heute
erlaubt ihre einzigartige
Sandtechnologie optische
Faser höchster
Leistungsfähigkeit.
Foto: Silitec SA
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Neue Wege geht deshalb die Firma SILITEC in Boudry mit
ihrer patentierten Sandtechnologie. Dazu wird ein Rohr aus
reinem Siliziumdioxid mit Sand gefüllt, der beispielsweise
mit seltenen Erden dotiert ist, vor allem mit Ytterbium und
Erbium. Über dieses Rohr stecken die SILITEC-Ingenieure
einen Tubus mit wesentlich grösserem Durchmesser und
füllen den Raum zwischen den beiden Rohren mit reinem
oder dotiertem Sand auf. Anschliessend entfernen sie das
innere Rohr so von der Struktur, dass sich eine gute Grenzfläche ergibt zwischen dem inneren Sandkern und der äusseren Sandschicht, die den späteren Mantel bilden wird.
Sodann heizt das SILITEC-Team die ganze Struktur auf,
leitet gleichzeitig eine Reingasbehandlung ein, damit aller
Sand verglast wird und eine solide Vorform entsteht.
Flexibilität gefragt
«Mit dem Sandverfahren haben wir einen flexiblen Prozess, der erlaubt, den Kern mit seltenen Erden Oxiden zu
dotieren, so den Unterschied im Brechungsindex perfekt
einzustellen und schliesslich einen grösseren Kerndurchmesser zu erzielen», erläutert Geschäftsführer Frédéric
Sandoz. Die Sandtechnologie ermöglicht ebenso, aktive
Mehrkern-Faser herzustellen, indem die SILITEC-Equipe
verschiedene dotierte Kernstäbe montiert. «Besonders
geeignet ist der Prozess zur Realisierung nicht symmetrischer Strukturen, wie die Polarisationserhaltung oder eine
exzentrische Anordnung des Kernmaterials.» Dank ihrer
neuen Fertigungsmethode mit dotiertem SiliziumdioxidPulver betreten die SILITEC-Forscher Neuland auf dem
Gebiet der Fertigung aktiver Fasern für Laseranwendungen. Denn nun können sie grosse und hoch aktive Kernstücke mit sehr einheitlichem Brechungsindex realisieren,
ohne aufwändige Produktionsausrüstung.
«Der Indexunterschied zwischen Kern und Mantel kann
kleiner und homogener realisiert werden als mit den traditionellen Methoden», so Frédéric Sandoz. Damit lassen
Preform für eine mikrostrukturierte Faser.
Im oberen Teil ist
Sand klar erkennbar,
der noch nicht durchgeschmolzen ist.
Foto: Silitec SA
sich Faserlaser realisieren, die einen um 74 % höheren Wirkungsgrad aufweisen in Bezug auf die eingeführt Pumpleistung. Mit dem Fabrikationsprozess erschliesst sich die
Fertigung hoch dotierter, grosser Kerne mit einem sehr
tiefen Indexkontrast und kosteneffiziente, leistungsfähige
Large-Mode-Area (LMA) Fasern mit einer Single-ModeFührung.
Text: Elsbeth Heinzelmann
CST Communication Science & Technology GmbH
Kontakt:
> [email protected]
> Infos: www.silitec.ch
Die SILITEC
Als Frédéric Sandoz, heutiger Plant Manager von SILITEC, im
Jahr 1978 mit seinen Mitarbeitern die erste optische Faser zog,
gehörte er zu den weltweit ersten Herstellern, die sich in dieses
neue Gebiet wagte. Seit Jahren ist stete Innovation gross
geschrieben, wobei der Partnerschaft mit der BFH-TI, besonders
mit Professor Valerio Romano am Institute for Applied Laser,
Photonics and Surface Technologies, hohe Bedeutung zukommt.
Heute gilt das stets innovierende Unternehmen als Pionier mit
seiner patentierten Sandtechnologie, die für Leistungsfähigkeit
und Kosteneffizienz steht. Die speziellen optischen Fasern von
SILITEC gehen sowohl in die Industrie wie in die Telekommunikation, dienen der Medizin, Militär und Luftfahrt, finden Anwendung
in Messausrüstungen und Instrumentierung, sind vor allem aber
auch geschätzt als kundenspezifische Anwendungen.
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