3D-Darstellung zum Thema Fokus beim Lasern

Fokus beim Lasern: Fokusdurchmesser, Tiefenschärfe und Einstellung

10. November 2026 Patrick Mehner

Der Fokus beim Lasern ist die engste Stelle des gebündelten Strahls, die Strahltaille. Deren Durchmesser bestimmt, wie schmal Linie oder Schnittfuge werden; ihr Abstand zur Werkstückoberfläche heißt Fokuslage. Je kleiner der Fokus, desto kürzer der Bereich, in dem er nahezu gleich klein bleibt – die Fokushöhe wird deshalb per Test bestimmt, nicht geschätzt.

Eine Gravur, die auf den ersten Blick scharf wirkt, belegt noch keinen richtig eingestellten Fokus. Bei langer Brennweite verzeiht der Strahl Höhenfehler von mehreren Millimetern, bei kurzer vergrößert schon ein halber Millimeter den Fleck merklich. Wer die Höhe einmal mit der Fokuslehre einstellt und danach dickere oder verzogene Platten auflegt, verschiebt die Fokuslage jedes Mal mit.

Strahltaille, Fokusdurchmesser und Fokuslage

Eine Fokussierlinse bündelt den annähernd parallelen Rohstrahl nicht in einem mathematischen Punkt, sondern in einer engsten Stelle mit endlichem Durchmesser, der Strahltaille. Davor und dahinter wird der Fleck wieder größer. Entscheidend sind der Fokusdurchmesser d₀ und die Fokuslage, also der Abstand der Taille von der Werkstückoberfläche.

Laut TRUMPF beeinflusst die Fokuslage beim Laserschneiden die Bestrahlungsstärke und die Form der Schnittfuge; der Fokusdurchmesser bestimmt die Fugenbreite. Bei der Gravur ergibt ein kleinerer Fleck entsprechend schmalere Linien. Wie Fokuslage, Düsenabstand und Höhenregelung zusammenhängen, ordnet der Beitrag zum Laserkopf und seiner Fokussieroptik ein, den Weg bis zur Linse die Strahlführung beim Laser.

Tiefenschärfe: wie weit der Fokus trägt

Die Tiefenschärfe ist der Bereich entlang der Strahlachse, in dem der Fleck ausreichend klein bleibt. Trotec definiert sie über die Strecke, nach der sich die Fokusfläche verdoppelt hat. Das entspricht der Rayleighlänge z_R der Gaußstrahl-Optik; dort ist der Strahlradius um den Faktor √2 gewachsen. Für einen idealen Gaußstrahl gilt z_R = π · w₀² / λ mit dem Taillenradius w₀ = d₀/2 und der Wellenlänge λ. Der nutzbare Bereich von −z_R bis +z_R ist 2 z_R lang.

Eigene schematische Grafik, nicht maßstäblich: links Taille und Tiefenschärfe für die 2-Zoll-Linse des Rechenbeispiels, rechts der Rampentest mit überhöhtem Anstieg.

Darin steckt der Zielkonflikt: Ein halb so großer Taillenradius ergibt nur ein Viertel der Rayleighlänge, ein feiner Fokus muss also genauer eingestellt werden. Bei realen Strahlen verkürzt sich die Rayleighlänge laut RP Photonics bei gleichem Taillenradius zusätzlich um die Beugungsmaßzahl M².

Eigenes Rechenbeispiel: vier Brennweiten im Vergleich

Wir nehmen einen CO₂-Laser mit λ = 10,6 µm und einem Rohstrahl von 6 mm Durchmesser an der Linse an, also den Strahlradius w_L = 3 mm. Für einen idealen, annähernd parallel einfallenden Gaußstrahl gilt näherungsweise w₀ ≈ f · λ / (π · w_L). Mit f = 50,8 mm (2 Zoll) folgen w₀ ≈ 0,057 mm, also d₀ ≈ 0,11 mm, und z_R ≈ 0,97 mm.

Brennweite f	d₀ ideal	2 z_R ideal	Hinweis von Trotec (CO₂)
1,5 Zoll (38,1 mm)	0,09 mm	1,1 mm	Feine Details über 500 dpi; Acryl unter 6 mm
2,0 Zoll (50,8 mm)	0,11 mm	1,9 mm	Standardgravur; Acryl unter 8 mm
2,5 Zoll (63,5 mm)	0,14 mm	3,0 mm	Grafiken unter 500 dpi; Acryl unter 12 mm
4,0 Zoll (101,6 mm)	0,23 mm	7,7 mm	Holzbrand, grobe Grafiken bei hoher Leistung

Doppelte Brennweite verdoppelt im Modell den Fokusdurchmesser und vervierfacht die Tiefenschärfe. Trotec nennt für seine 5-Zoll-Linse dagegen die doppelte Fokustoleranz einer 2,5-Zoll-Linse; reale Strahlqualität und andere Toleranzkriterien können in solche Angaben eingehen. Die Tabelle zeigt Tendenzen, keine Maschinenwerte.

Die Fokushöhe mit Fokustest oder Rampe bestimmen

Ein Datenblattwert für den Arbeitsabstand ist nur ein Ausgangspunkt. Bei steuerbarer Z-Achse bietet LightBurn einen Fokustest: Die Software graviert mehrere Linien bei jeweils anderer Z-Höhe und beschriftet sie. Die dünnste Linie liegt der optimalen Fokushöhe am nächsten; zur Verfeinerung wird der Test zwischen den beiden besten Höhen wiederholt.

Ohne steuerbare Z-Achse erfüllt eine schräg gelegte Platte denselben Zweck. Der Kopf fährt bei unveränderter Höhe eine gerade Linie darüber, die dabei die Fokuslage durchläuft. Aus der Lage der schmalsten Stelle lässt sich die Höhe zurückrechnen.

Fokus und Rampentest Schritt für Schritt

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

Die Linse bündelt den Rohstrahl zu einer Taille mit dem Durchmesser d₀; davor und dahinter wird der Fleck größer.
Innerhalb von ±z_R wächst die Fleckfläche höchstens auf das Doppelte. Diese Strecke 2 z_R ist die Tiefenschärfe, im Beispiel rund 1,9 mm.
Für den Rampentest liegt eine Platte schräg: 10 mm Anstieg auf 200 mm. Der Kopf fährt bei gleicher Höhe eine gerade Linie darüber.
Die Linie ist bei 84 mm am schmalsten. Dort liegt die Oberfläche 84 × 10 / 200 = 4,2 mm höher als am tiefen Ende und damit in der Fokusebene.

Eigenes Zahlenbeispiel: Eine 3 mm dicke Platte liegt am einen Ende auf der Auflage und 200 mm weiter, entlang der Platte gemessen, auf einer 10 mm hohen Unterlage. Angenommen, die Linie erscheint zwischen 66 mm und 102 mm gleich schmal. Die Mitte liegt bei 84 mm; dort steht die Oberfläche 84 mm × 10 mm / 200 mm = 4,2 mm höher als am tiefen Ende. Eine gleich dicke, flach aufgelegte Platte muss also 4,2 mm näher an den Kopf.

Der gleich schmal wirkende Bereich entspricht 1,8 mm Höhe. Er ist nicht exakt die Tiefenschärfe, weil das Auge keine Flächenverdopplung misst; seine Mitte ist aber verlässlicher als ein einzelner geschätzter Punkt.

Fokuslage beim Gravieren und Schneiden

Für feine Gravuren liegt die Taille in der Regel auf der Oberfläche, weil dort die schmalste Linie entsteht. LightBurn weist jedoch darauf hin, dass bewusst defokussierte, breitere Linien bei Füllgravuren einen größeren Zeilenabstand erlauben und den Auftrag beschleunigen können. Den Zusammenhang von Zeilenabstand und Auflösung erklärt der Beitrag zur Lasergravur mit Raster und Vektor.

Beim Schneiden dickerer Platten zählt die Tiefenschärfe. Außerhalb von ±z_R wächst der Fleck rasch, sodass sich Fugenbreite und Kantenbild über die Dicke ändern können. Trotec empfiehlt für dicke Werkstoffe deshalb lange Brennweiten. Ob eine Fokuslage etwas unterhalb der Oberfläche eine gleichmäßigere Kante ergibt, klären Herstellerangaben und ein Versuch, keine Faustregel.

Typische Fehler und eine Prüfliste

Ein häufiger Fehler ist eine einmal eingestellte Fokushöhe, die bei anderer Plattendicke beibehalten wird: Jeder Dickenunterschied verschiebt die Fokuslage um denselben Betrag. Ebenso verbreitet ist es, eine unscharfe Gravur mit mehr Leistung auszugleichen, statt Fokus und Optik zu prüfen. Wie sich Abtrag vergleichbar messen lässt, zeigt der Beitrag zur Gravurtiefe beim Lasern.

Die Formeln gelten für ideale Gaußstrahlen; bei abweichendem Strahlprofil entscheidet der Versuch. Fokustests laufen mit geschlossener Einhausung und wirksamen Schutzeinrichtungen. Was die Kennzeichnung einer Maschine dazu aussagt, erklärt die Lasersicherheitsklasse.

Linse und Brennweite zur Aufgabe wählen: kurz für feine Details, lang für dicke Platten.
Bezug der Fokushöhe klären: Oberfläche, Düse, Fokuslehre oder Z-Nullpunkt.
Fokushöhe per Fokustest oder Rampe bestimmen und mit Werkstoff und Linse notieren.
Bei jedem Wechsel der Plattendicke neu einstellen und die Ebenheit prüfen.
Optik nach Herstellervorgabe prüfen, bevor Leistung oder Geschwindigkeit geändert werden.
Ermittelte Werte mit den Herstellerangaben abgleichen.

Quellen und fachliche Einordnung

Primärquellen, geprüft am 08.11.2026. Eigene Lehrbeispiele und schematische Grafiken. Die Formeln gelten für ideale Gaußstrahlen, die Bedienschritte für die genannte Software.