Lasersimulation

Bei der Entwicklung neuartiger Lasersysteme ist die Analyse optischer Parameter, wie der mittleren Leistung, der Absorption der Pumpleistung, des optischen Spektrums, der Puls- und Wiederholfrequenz zur Charakterisierung und Optimierung der Lasersysteme wichtig. Bei Hochleistungslasern tritt ab einer bestimmten Leistung Modeninstabilität auf. Das bedeutet, dass der Laser nicht mehr den transversalen Grundmode emittiert, sondern eine zeitliche Dynamik in der transversalen Leistungsverteilung zeigt. Dieses Verhalten verhindert eine weitere Leistungsskalierung und führt zu einer schlechten Strahlqualität des Lasers.
Zur Unterdrückung der für Anwendungen unerwünschten Effekte werden die Lasersysteme bzgl. Modulationsinstabilitäten (z. B. Strahlqualität) an den Instituten Fraunhofer IOF und Fraunhofer ILT grundlegend analysiert. Auf Basis der detaillierten Analyse lassen sich neuartige Faser-, Pump- und Laserdesigns zur Unterdrückung der Modeninstabilitäten und damit für die weitere Leistungsskalierung von Hochleistungsfaserlasersystemen entwickeln.

Für die Simulation von Lasersystemen und der Strahlerzeugung stehen den Instituten verschiedene Werkzeuge zur Berechnung zur Verfügung, die folgende Bereiche abdecken

• Wellenoptik

• Geometrische Optik

• Hydromechanik, Strukturmechanik

• Datenauswertung (Statistik, Klassifizierung etc.)

Für weitergehende Analysen von Wellenfeldern und zur Optimierung von Strahlquellendesigns existieren eine Reihe numerischer Modelle und Tools, mit denen die komplexen Bedingungen in vielfältigen Strahlquellenkonstellationen beschrieben und modelliert werden können. Darüber hinaus werden eigene Werkzeuge entwickelt, mit denen Laserentwickler und Strahlquellenhersteller ihre Systeme auslegen und optimieren können, wie beispielsweise die am Fraunhofer ILT entwickelten, wellenoptischen Simulationstools OPT sowie eine Designsoftware für Freiformoptiken.