Faserlaser: Aufbau, Pulsbetrieb und Beschriften von Metall

9. November 2026 Patrick Mehner

Ein Faserlaser erzeugt sein Licht in einer Glasfaser, die mit Seltenen Erden wie Ytterbium dotiert ist und von Laserdioden gepumpt wird. Die Wellenlänge liegt im nahen Infrarot um 1 µm; die meisten Metalle nehmen sie gut auf. Im Dauerstrich schweißen und schneiden solche Quellen Metall, gepulst markieren und gravieren sie Metall und viele Kunststoffe.

Der Name führt leicht in die Irre: Beim Faserlaser ist die Glasfaser nicht nur das Kabel zum Bearbeitungskopf, sondern selbst das laseraktive Medium. Auch das Bild vom reinen Beschriftungsgerät für Metall ist zu eng, denn dasselbe Prinzip arbeitet in Schneid- und Schweißanlagen mit mehreren Kilowatt. Schneiden, Gravieren und Markieren grenzt der Überblick zur Laserbearbeitung ab; hier geht es um die Strahlquelle selbst.

Wie ein Faserlaser Licht erzeugt

RP Photonics beschreibt Faserlaser als Laser mit einer dotierten Faser als Verstärkungsmedium, meist mit Ionen Seltener Erden wie Ytterbium. Gepumpt wird mit fasergekoppelten Laserdioden, in den dortigen Beispielen bei 975 nm. Bei hohen Leistungen gelangt das Pumplicht in einen größeren Pumpmantel um den dünnen Kern (double-clad).

Als Resonatorspiegel dienen häufig Faser-Bragg-Gitter, in die Faser eingeschriebene Strukturen, die einen schmalen Wellenlängenbereich zurückwerfen. In den Beispielen von RP Photonics sind es 1.030 nm oder, mit geändertem Gitter, 1.080 nm. Die lange, dünne Faser hat im Verhältnis zu ihrem Volumen viel Oberfläche und erwärmt sich deshalb nicht übermäßig.

Vom Pumplicht zum Markierfleck

Bei einem Markiergerät folgt auf die Strahlquelle ein Scankopf. Nach Coherent stellt ein Strahlaufweiter die Fleckgröße ein, zwei rechtwinklig angeordnete Galvanometerspiegel lenken den Strahl in x und y, und ein F-Theta-Objektiv fokussiert ihn auf das Bauteil. Bewegt wird nur der Strahl; solche Geräte heißen oft Galvo-Laser. Spiegel, Linsen und Fokuslage behandelt der Beitrag zur Strahlführung beim Laser.

Eigene schematische Grafik, nicht maßstäblich. Aufbau nach RP Photonics und Coherent; die Werte im Kasten stammen aus dem eigenen Rechenbeispiel.

Der Strahlweg Schritt für Schritt

Startet nur auf Wunsch. Pause hält den aktuellen Stand fest. Die Darstellung läuft in Lerngeschwindigkeit; sie simuliert kein reales Gerät. Ohne Bewegung erklären Grafik und Liste denselben Inhalt.

Fasergekoppelte Laserdioden liefern das Pumplicht, im Beispiel von RP Photonics bei 975 nm.
In der mit Ytterbium dotierten Faser entsteht das Laserlicht; zwei Faser-Bragg-Gitter wirken als Spiegel des Resonators.
Eine Faser führt den unsichtbaren Strahl um 1 µm zum Kopf; ein Strahlaufweiter stellt die passende Fleckgröße ein.
Zwei Galvanometerspiegel lenken den Strahl in x und y über das Markierfeld, ohne dass sich eine Achse bewegt.
Das F-Theta-Objektiv fokussiert den Strahl auf das Werkstück; dort verändern die Pulse den Werkstoff.

Dauerstrich zum Schneiden, Pulse zum Markieren

Viele Anwendungen nutzen laut RP Photonics den Dauerstrichbetrieb, mit Hunderten Watt bis mehreren Kilowatt aus einer einzigen Faser, etwa zum Schweißen und Schneiden von Metallen.

Zum Markieren wird gepulst. Gütegeschaltete Faserlaser (Q-Switch) liefern nach RP Photonics Pulse von typisch einigen zehn bis einigen hundert Nanosekunden mit Pulsenergien von mehreren Millijoule. Coherent nennt daneben MOPA-Laser, deren Pulsform sich stärker steuern lässt, was bei Kunststoffen hilft, und für das Gravieren von Metall typisch 50–100 W. Den Zusammenhang von Pulsdauer, Spitzenleistung und Wärmeeintrag erklärt der Beitrag zur Pulsdauer beim Laser.

Markierarten auf Metall und Kunststoff

Gepulste Faserlaser um 1 µm passen laut Coherent gut zur Absorption der meisten Metalle und markieren auch viele Kunststoffe. Das Markier-Handbuch von TRUMPF unterscheidet für Infrarot-Markierlaser mit 1.064 oder 1.030 nm unter anderem diese Verfahren:

Verfahren	Wirkung	Werkstoffe laut TRUMPF
Gravieren	Schmelz- und Verdampfungsabtrag, mit Nanosekundenpulsen bleibt ein Schmelzgrat	Metalle, bis in den Millimeterbereich
Weißgravur	leicht angeschmolzen, hell reflektierend	dunkle Metalle, verchromte Teile
Anlassbeschriftung	Oxidschicht mit Anlassfarbe, knapp unter dem Schmelzpunkt	nur Stähle und Titan
Aufschäumen	erhabene, helle Markierung, etwa 20–40 µm	dunkle Kunststoffe
Karbonisieren	Oberfläche verkohlt	helle Kunststoffe
Abtragen	Deckschicht entfernt, Grundmaterial bildet den Kontrast	lackierte, mehrschichtige Kunststoffe

In der Werkstatt betrifft das etwa Seriennummern auf Frästeilen oder Typenschilder für Modelle. Für flammhemmende Kunststoffe nennt TRUMPF einen photochemischen Farbumschlag mit 355 nm, also mit einem UV-Laser. Glas absorbiert Infrarot laut TRUMPF kaum; Holz und viele Kunststoffplatten bleiben nach Coherent das Feld des CO2-Lasers um 10 µm.

Eigenes Rechenbeispiel: Pulsenergie, Spitzenleistung und Pulsabstand

Wir nehmen einen gütegeschalteten Faserlaser mit 20 W mittlerer Leistung, 20 kHz und 100 ns Pulsdauer an; die Pulsdauer liegt in dem von RP Photonics genannten Bereich. Der Fleck im Fokus sei 50 µm groß, die Pulse gelten vereinfacht als Rechteck.

Größe	Rechnung	Ergebnis
Pulsenergie	20 W : 20.000 s⁻¹	1 mJ
Spitzenleistung	1 mJ : 100 ns	10 kW
Fleckfläche	π/4 × (0,05 mm)²	≈ 0,00196 mm²
Leistungsdichte im Mittel	20 W : 0,00196 mm²	≈ 10.200 W/mm²
Leistungsdichte im Puls	10 kW : 0,00196 mm²	≈ 5,1 MW/mm²
Pulsabstand bei 1.000 mm/s	1.000 mm/s : 20.000 s⁻¹	0,05 mm
Füllzeit 20 × 10 mm, Linienabstand 0,05 mm	200 × 20 mm : 1.000 mm/s	4 s je Durchgang

Das Licht liegt nur 20.000 s⁻¹ × 100 ns = 0,2 % der Zeit an; im Puls ist die Leistungsdichte deshalb 500-mal so hoch wie im Mittel. Bei 1.000 mm/s berühren sich die Pulse gerade, bei 500 mm/s überlappen sie zur Hälfte, und die Streckenenergie steigt von 0,02 auf 0,04 J/mm. Eine höhere Frequenz bei gleicher mittlerer Leistung ändert die Streckenenergie nicht, sondern verteilt sie auf mehr, schwächere Pulse.

Sprungwege und Beschleunigung sind nicht enthalten. Die Werte sind ein Lehrbeispiel, keine Einstellempfehlung; maßgeblich sind die Herstellerangaben und ein Test am Reststück.

Typische Fehler und Grenzen

Ein Markierlaser mit einigen zehn Watt ist kein Blechschneider. Tiefe Gravuren sind möglich, brauchen bei kleiner Leistung aber viele Durchgänge; TRUMPF nennt als Beispiel Fahrzeug-Identifikationsnummern mit mindestens 300 µm Tiefe. Mit Nanosekundenpulsen bleibt am Rand ein Schmelzgrat.

Anlassbeschriftungen auf Edelstahl können laut TRUMPF korrosionsanfälliger sein; schwache Parameter mit zwei bis vier Überläufen helfen. Für Aluminium, Buntmetalle und Hartmetall eignet sich das Verfahren laut TRUMPF nicht.

Schwerer wiegt der Strahl selbst. Licht um 1 µm ist unsichtbar; wohin ein Reflex vom blanken Metall geht, ist nicht zu erkennen. Das Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) bezeichnet Klasse 4 als immer gefährlich für Auge und Haut, auch über den reflektierten Strahl; Klasse 1 gilt nur für das ungeöffnete Gerät als Ganzes. Ab Klasse 3R sind beim Betrieb Laserschutzbeauftragte zu bestellen. Die Einstufung erklärt der Beitrag zur Lasersicherheitsklasse, die Auswahl nach Wellenlänge der Beitrag zur Laserschutzbrille.

Beim Abtragen von Lack, Beschichtungen und Kunststoffen entstehen Rauch und Partikel; eine Absaugung gehört von Anfang an dazu.

Prüfliste vor dem ersten Markierauftrag

Werkstoff und Wirkung festlegen: Gravur, Weißgravur, Anlassen, Aufschäumen oder Abtragen.
Laserklasse des Gesamtgeräts prüfen; offene Aufbauten wie Klasse 4 behandeln.
Schutzbrille nach Wellenlänge und Leistung wählen, nicht nach der Tönung.
Markierfeld, Brennweite und Arbeitsabstand aus dem Datenblatt übernehmen, Fokuslage am Reststück prüfen.
Pulsabstand (v : f) mit dem Fleckdurchmesser vergleichen, Streckenenergie (P : v) notieren.
Testmatrix aus Leistung, Frequenz, Geschwindigkeit, Linienabstand und Durchgängen dokumentieren.
Absaugung einschalten; bei unbekannten Beschichtungen erst die Herstellerangaben klären.
Bei Edelstahl mit Korrosionsanforderung das Verfahren gezielt prüfen.

Quellen und fachliche Einordnung

Primärquellen, geprüft am 08.11.2026. Eigene Lehrbeispiele und schematische Grafiken. Markierverfahren und Werkstoffangaben beziehen sich auf Infrarot-Markierlaser; im Einzelfall gelten die Angaben der Geräte- und Werkstoffhersteller.