Für die präzise industrielle Materialbearbeitung werden seit Jahrzehnten immer kürzere Pulse eingesetzt. Waren vor dreißig Jahren noch Nanosekunden-Pulsdauern (10-9s) exotisch, so werden für besonders präzise Prozesse heute schon Pulsdauern im Pikosekunden (10-12s) und Femtosekunden (10-15s) Bereich eingesetzt. Dies ermöglicht zum einen eine höhere Präzision und zum anderen völlig neue Bearbeitungsprozesse durch die nichtlineare Wechselwirkung des Lichts mit Materie z.B. Mehrphotonen-Absorption oder Filamentbildung in Glas oder Luft.
Eine hohe Produktivität erfordert hohe mittlere Leistungen von Ultrakurzpuls (UKP) Lasern. Industriell eingesetzte UKP Laser erreichen heute mittlere Leistungen von bis zu 150 W bei Pulsdauern zwischen 500 fs und 10 ps. Kürzere Pulsdauern mit hoher mittlerer Leistung sind aufgrund ihrer Bauart nicht direkt möglich.
Anfang September 2015 ist das Vorhaben „EPALAS“ mit dem Ziel gestartet, die Pulsdauer um eine Größenordnung zu verkürzen, was durch ein hocheffizientes, flexibles und kompaktes Zusatzmodul gelingen soll. Damit könnten neue Bearbeitungsprozesse erschlossen werden.
Das Zusatzmodul zur Pulsverkürzung ist für jeden UKP Laser geeignet und basiert auf der nichtlinearen spektralen Verbreiterung mit anschließender Pulskompression. Dieses Verfahren ist seit langem bekannt, konnte sich in der technischen Realisierung als Wellenleiter für industrielle Prozesse aber bislang nicht durchsetzen.
Durch den Verzicht auf einen Wellenleiter wird die neuartige Pulsverkürzung unabhängig von Schwankungen der Strahllage, dem Strahlprofil und der Leistung des UKP Lasers. Nach dem bisherigen Wissensstand ist dieser Ansatz nicht realisierbar bzw. verschlechtert die Strahleigenschaften. Diese Nachteile werden nun durch den neuen Lösungsansatz in der Ausführung als Linsenleiter mit verteilter Nichtlinearität umgangen. Angestrebtes Alleinstellungsmerkmal ist die Kombination der hohen mittleren Leistung von 500 W, Pulsdauern unter 100 fs und Multi-10GW Pulsspitzenleistung.
In diesem Vorhaben sollen erstmals Laserparameter nachgewiesen werden, mit denen das Regime der extrem-nichtlinearen Wechselwirkung für die Entwicklung neuer oder verbesserter Laserprozesse erschlossen werden kann und zwar mit mittleren Leistungen, die für den Einsatz in der industriellen Produktion relevant sind.
Die signifikante Erweiterung des Parameterbereichs ermöglicht im Erfolgsfall eine frühzeitige Erschließung der Nutzungspotentiale sowie eine konkrete technische Umsetzung und damit ein Vorsprung vor internationalen Wettbewerbern.
Das „Wissenschaftliche Vorprojekt“ EPALAS ist Anfang September 2015 am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik in Aachen gestartet und wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung über zwei Jahre mit rund 290.000 Euro gefördert. Das Verbundakronym EPALAS steht für „Erweiterung des Parameterbereichs von Ultrakurzpulsstrahlquellen zur Erschließung neuer Prozessregime – Sub-100 fs Laserstrahlung mit 20 GW Pulsleistung und 500 W mittlerer Leistung“.