Faserlaser - Versionsgeschichte

JSteiner: Schemaskizze zum Resonatoraufbau ergaenzt

2026-07-29T13:04:29Z

Schemaskizze zum Resonatoraufbau ergaenzt

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	Ein Faserlaser, auch als Fiber Laser oder Fibre Laser bekannt, ist eine spezielle Form des Festkörperlasers, bei dem eine mit seltenen Erden dotierte optische Faser als aktives Medium dient. Diese innovative Lasertechnologie hat in den letzten Jahrzehnten aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften und vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten zunehmend an Bedeutung gewonnen.		Ein Faserlaser, auch als Fiber Laser oder Fibre Laser bekannt, ist eine spezielle Form des Festkörperlasers, bei dem eine mit seltenen Erden dotierte optische Faser als aktives Medium dient. Diese innovative Lasertechnologie hat in den letzten Jahrzehnten aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften und vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten zunehmend an Bedeutung gewonnen.

			[[Datei:Faserlaser-Aufbau-Resonator.png\|mini\|hochkant=1.6\|Aufbau eines Faserlasers: Pumpdioden speisen über den Pumpkoppler in die dotierte Aktivfaser ein, zwei Faser-Bragg-Gitter bilden den Resonator.]]

	Faserlaser zeichnen sich durch ihre hohe Effizienz, exzellente Strahlqualität und kompakte Bauweise aus. Im Gegensatz zu herkömmlichen Festkörperlasern, bei denen das aktive Medium typischerweise ein Kristall oder Glas ist, nutzen Faserlaser eine lange, dünne optische Faser als Verstärkungsmedium. Diese Faser ist in der Regel mit Ytterbium, Erbium oder anderen seltenen Erden dotiert, die als aktive Ionen fungieren.		Faserlaser zeichnen sich durch ihre hohe Effizienz, exzellente Strahlqualität und kompakte Bauweise aus. Im Gegensatz zu herkömmlichen Festkörperlasern, bei denen das aktive Medium typischerweise ein Kristall oder Glas ist, nutzen Faserlaser eine lange, dünne optische Faser als Verstärkungsmedium. Diese Faser ist in der Regel mit Ytterbium, Erbium oder anderen seltenen Erden dotiert, die als aktive Ionen fungieren.

MKrause: Ergänzt: Vergleich der Strahlquellen + Bedeutung in der Fertigung

2026-07-22T12:41:06Z

Ergänzt: Vergleich der Strahlquellen + Bedeutung in der Fertigung

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	[[Kategorie:Technologie]]		[[Kategorie:Technologie]]
	[[Kategorie:Anwendungen]]		[[Kategorie:Anwendungen]]

			== Faserlaser im Vergleich zu anderen Strahlquellen ==

			In der industriellen Materialbearbeitung konkurriert der Faserlaser vor allem mit dem [[CO2-Laser]] und mit klassischen stab- oder scheibenbasierten [[Festkörperlaser]]n wie dem Nd:YAG-Laser. Physikalisch zählt der Faserlaser selbst zu den Festkörperlasern, da das aktive Medium eine dotierte Glasfaser ist; wegen seiner abweichenden Bauform und Betriebseigenschaften wird er in der Praxis jedoch als eigene Kategorie geführt. Die folgende Tabelle stellt die wichtigsten Kriterien gegenüber.

			{\| class="wikitable"
			! Kriterium !! Faserlaser !! [[CO2-Laser]] !! [[Festkörperlaser]] (z. B. Nd:YAG)
			\|-
			\| Wellenlänge \|\| ca. 1.064 nm (nahes Infrarot) \|\| ca. 10.600 nm (mittleres Infrarot) \|\| ca. 1.064 nm (nahes Infrarot)
			\|-
			\| Wirkungsgrad \|\| hoch; typischerweise etwa 30 bis 50 % (Steckdose zu Strahl) \|\| niedrig; typischerweise etwa 10 bis 15 % \|\| lampengepumpt nur wenige Prozent, diodengepumpt etwa 10 bis 25 %
			\|-
			\| Wartung \|\| sehr wartungsarm; keine justierbaren Resonatorspiegel, keine Pumplampen, kein Lasergas \|\| regelmäßige Wartung von Resonator, Spiegeloptiken und Gasversorgung erforderlich \|\| Pumplampen bzw. Pumpdioden sind Verschleißteile; Resonator muss justiert werden
			\|-
			\| Typische Einsatzfelder \|\| [[Laserschneiden Metall\|Schneiden von Metall]], [[Laserschweißen]], Markieren und Beschriften \|\| Schneiden und Gravieren von Nichtmetallen (Holz, Acrylglas, Textilien, Papier), daneben klassisches Blechschneiden \|\| Markieren, Mikrobearbeitung, gepulste [[:Kategorie:Anwendungen\|Anwendungen]] mit hoher Pulsenergie
			\|-
			\| Strahlführung über [[LWL]] möglich? \|\| ja, systembedingt; der Strahl entsteht bereits in der Faser und kann direkt in einer Transportfaser weitergeführt werden \|\| nein; die Wellenlänge von 10.600 nm wird von Quarzglas absorbiert, die Strahlführung erfolgt über Umlenkspiegel \|\| ja; bei 1.064 nm ist die Einkopplung in einen Lichtwellenleiter möglich
			\|}

			== Bedeutung in der industriellen Fertigung ==

			Beim [[Laserschneiden]] von Metall haben Faserlaser den lange Zeit dominierenden [[CO2-Laser]] weitgehend abgelöst. Ausschlaggebend sind mehrere Faktoren: Der hohe Wirkungsgrad senkt die Energiekosten im Dauerbetrieb deutlich, der wartungsarme Aufbau ohne Resonatorgas, Pumplampen und justierbare Spiegel reduziert Stillstandszeiten, und die sehr gute Strahlqualität erlaubt kleine Fokusdurchmesser mit hohen Schneidgeschwindigkeiten, insbesondere im Dünnblechbereich. Hinzu kommt, dass die Wellenlänge im nahen Infrarot von den meisten Metallen besser absorbiert wird als die langwellige Strahlung des CO2-Lasers. Ein weiterer konstruktiver Vorteil ist die Strahlführung über [[LWL]]: Statt einer empfindlichen Spiegelstrecke, die gegen Verschmutzung und Dejustage geschützt werden muss, genügt eine flexible Transportfaser. Moderne [[Laserschneidmaschine]]n für die Flachbett-Blechbearbeitung werden daher heute fast ausschließlich mit Faserlasern ausgerüstet; Näheres zum Verfahren beschreibt der Artikel [[Laserschneiden Metall]].

			Auch beim [[Laserschweißen]] hat sich der Faserlaser als Standardstrahlquelle etabliert. Da sich der Strahl über eine Faser direkt an Roboter und Bearbeitungsoptiken koppeln lässt, eignet er sich besonders für automatisierte Schweißzellen, etwa im Karosseriebau oder beim Fügen von Batteriekomponenten in der Elektromobilität. In den letzten Jahren bis 2026 sind die kommerziell verfügbaren Strahlleistungen kontinuierlich gestiegen; Quellen mit mehreren Kilowatt Dauerleistung gehören zum Industriestandard, für das Dickblechschneiden werden auch deutlich höhere Leistungsklassen angeboten. Parallel dazu wurden Verfahren zur Strahlformung weiterentwickelt, etwa umschaltbare Strahlprofile mit Ringfokus, die Spritzerbildung beim Schweißen verringern. Eine jüngere Entwicklung sind kompakte handgeführte Systeme auf Faserlaserbasis, die das Schweißen mit Laserstrahlung auch für kleinere Betriebe zugänglich machen; sie werden im Artikel [[Laser-Schweißgerät]] behandelt. Grundlagen zur Schutzklassifizierung solcher Anlagen nach DIN EN 60825-1 finden sich unter [[Laser Sicherheit]].

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	* Service und Support des Herstellers		* Service und Support des Herstellers

	Es ist ratsam, vor dem Kauf eine gründliche Bedarfsanalyse durchzuführen und gegebenenfalls Testläufe mit verschiedenen Systemen durchzuführen. Führende Hersteller von Faserlasern bieten oft umfassende Beratung und maßgeschneiderte Lösungen für spezifische Anwendungen.		Es ist ratsam, vor dem Kauf eine gründliche Bedarfsanalyse durchzuführen und gegebenenfalls Testläufe mit verschiedenen Systemen durchzuführen. Führende Hersteller von Faserlasern bieten oft umfassende Beratung und maßgeschneiderte Lösungen für spezifische [[:Kategorie:Anwendungen\|Anwendungen]].

	== Zukunftsperspektiven ==		== Zukunftsperspektiven ==

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	=== Medizinische Anwendungen ===		=== Medizinische Anwendungen ===

	In der Medizin finden Faserlaser zunehmend Anwendung in verschiedenen Bereichen:		In der [[:Kategorie:Medizin\|Medizin]] finden Faserlaser zunehmend Anwendung in verschiedenen Bereichen:

	* Ophthalmologie: Netzhautbehandlungen und refraktive Chirurgie		* Ophthalmologie: Netzhautbehandlungen und refraktive Chirurgie
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	=== Wissenschaftliche Forschung ===		=== Wissenschaftliche Forschung ===

	In der wissenschaftlichen Forschung werden Faserlaser für verschiedene Anwendungen eingesetzt, darunter:		In der wissenschaftlichen Forschung werden Faserlaser für verschiedene [[:Kategorie:Anwendungen\|Anwendungen]] eingesetzt, darunter:

	* Spektroskopie: Hochauflösende Spektralanalyse		* Spektroskopie: Hochauflösende Spektralanalyse

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|title=Faserlaser: Technologie, Anwendungen und Zukunftsperspektiven
|description=Entdecken Sie die Welt der Faserlaser: Von Grundlagen über industrielle Anwendungen bis hin zu zukunftsweisenden Entwicklungen in der Lasertechnologie.
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Ein Faserlaser, auch als Fiber Laser oder Fibre Laser bekannt, ist eine spezielle Form des Festkörperlasers, bei dem eine mit seltenen Erden dotierte optische Faser als aktives Medium dient. Diese innovative Lasertechnologie hat in den letzten Jahrzehnten aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften und vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten zunehmend an Bedeutung gewonnen.

Faserlaser zeichnen sich durch ihre hohe Effizienz, exzellente Strahlqualität und kompakte Bauweise aus. Im Gegensatz zu herkömmlichen Festkörperlasern, bei denen das aktive Medium typischerweise ein Kristall oder Glas ist, nutzen Faserlaser eine lange, dünne optische Faser als Verstärkungsmedium. Diese Faser ist in der Regel mit Ytterbium, Erbium oder anderen seltenen Erden dotiert, die als aktive Ionen fungieren.

Die Entwicklung der Faserlasertechnologie begann in den 1960er Jahren, kurz nach der Erfindung des Lasers selbst. Jedoch dauerte es bis in die 1990er Jahre, bis signifikante Fortschritte in der Faseroptik und der Halbleitertechnologie die Herstellung leistungsfähiger und zuverlässiger Faserlaser ermöglichten. Seitdem hat sich diese [[:Kategorie:Technologie|Technologie]] rasant weiterentwickelt und findet heute Anwendung in zahlreichen Bereichen wie der Materialbearbeitung, Telekommunikation, [[:Kategorie:Medizin|Medizin]] und Wissenschaft.

Ein wesentlicher Vorteil von Faserlasern ist ihre hervorragende Wärmeableitung. Da das aktive Medium eine lange, dünne Faser ist, kann die erzeugte Wärme effizient über die große Oberfläche abgeführt werden. Dies ermöglicht den Betrieb bei hohen Leistungen ohne die Notwendigkeit komplexer Kühlsysteme, wie sie bei anderen Lasertypen oft erforderlich sind. Zudem bieten Faserlaser eine außergewöhnlich gute Strahlqualität und -stabilität, was sie für präzise [[:Kategorie:Anwendungen|Anwendungen]] besonders geeignet macht.

== Physikalische und technische Grundlagen ==

=== Aufbau und Funktionsweise ===

Ein Faserlaser besteht im Wesentlichen aus drei Hauptkomponenten: der aktiven Faser, den Pumpquellen und den optischen Resonatoren. Die aktive Faser ist eine optische Faser, deren Kern mit seltenen Erden dotiert ist. Typischerweise werden Ytterbium (Yb), Erbium (Er), Thulium (Tm) oder Praseodym (Pr) als Dotierungselemente verwendet, wobei die Wahl des Elements die Emissionswellenlänge des Lasers bestimmt.

Die Pumpquellen sind in der Regel Halbleiterdioden, die Licht in die aktive Faser einkoppeln. Dieses Pumplicht regt die Dotierungsionen an und erzeugt so die für den Laserprozess notwendige Besetzungsinversion. Die optischen Resonatoren, bestehend aus Faser-Bragg-Gittern oder anderen reflektierenden Elementen, bilden den Laserresonator und sorgen für die selektive Verstärkung der gewünschten Laserwellenlänge.

Der Laserprozess in einem Faserlaser lässt sich durch folgende vereinfachte Ratengleichung beschreiben:

dN₂/dt = R₁₂ - (A₂₁ + W₂₁)N₂

Hierbei ist N₂ die Besetzungsdichte des oberen Laserniveaus, R₁₂ die Pumprate, A₂₁ die spontane Emissionsrate und W₂₁ die stimulierte Emissionsrate.

=== Strahlführung und -formung ===

Eine Besonderheit von Faserlasern ist die Möglichkeit, den Laserstrahl direkt in einer Faser zu führen. Dies ermöglicht eine flexible Strahlführung ohne die Notwendigkeit komplexer Spiegelsysteme. Zur Strahlformung und -fokussierung werden oft spezielle Faserkopplungen und Kollimatorlinsen eingesetzt.

Die Strahlqualität eines Faserlasers wird üblicherweise durch den M²-Faktor charakterisiert, der das Verhältnis des Strahlparameterprodukts des realen Strahls zu dem eines idealen Gauß-Strahls angibt. Faserlaser können M²-Werte nahe 1 erreichen, was einer nahezu beugungsbegrenzten Strahlqualität entspricht.

== Laser-spezifische Aspekte ==

=== Wellenlängen und Leistungsbereiche ===

Faserlaser decken ein breites Spektrum an Wellenlängen ab, typischerweise im Bereich von 1 µm bis 2 µm. Die genaue Emissionswellenlänge hängt von der verwendeten Dotierung ab:

{| class="wikitable"
! Dotierungselement !! Typische Wellenlänge
|-
| Ytterbium (Yb) || 1060-1080 nm
|-
| Erbium (Er) || 1530-1560 nm
|-
| Thulium (Tm) || 1800-2100 nm
|-
| Praseodym (Pr) || 1300-1500 nm
|}

Die Ausgangsleistung von Faserlasern reicht von wenigen Milliwatt bis hin zu mehreren Kilowatt im Dauerstrichbetrieb. Durch Techniken wie das Coherent Beam Combining (CBC) können sogar Leistungen im Megawattbereich erreicht werden.

=== Effizienz und Wärmemanagement ===

Faserlaser zeichnen sich durch eine außergewöhnlich hohe Effizienz aus. Der optisch-optische Wirkungsgrad, also das Verhältnis von Laserausgangsleistung zu eingestrahlter Pumpleistung, kann bei modernen Faserlasern über 80% betragen. Dies übertrifft die Effizienz der meisten anderen Lasertypen deutlich.

Das effiziente Wärmemanagement ist ein weiterer Vorteil von Faserlasern. Aufgrund des hohen Oberflächen-zu-Volumen-Verhältnisses der aktiven Faser kann die erzeugte Wärme effektiv abgeführt werden. Dies ermöglicht den Betrieb bei hohen Leistungen ohne die Notwendigkeit aufwendiger Kühlsysteme, wie sie beispielsweise bei CO2-Lasern erforderlich sind.

== Anwendungen und Einsatzgebiete ==

=== Materialbearbeitung ===

Faserlaser haben sich in der industriellen Materialbearbeitung als vielseitige Werkzeuge etabliert. Sie werden eingesetzt für:

* Laserschneiden: Präzises Schneiden von Metallen, Kunststoffen und anderen Materialien
* Laserschweißen: Hochgeschwindigkeitsschweißen mit geringer Wärmeeinflusszone
* Laserbohren: Erzeugung von Mikrolöchern mit hohem Aspektverhältnis
* Lasermarkieren und -gravieren: Dauerhafte Beschriftung und Kennzeichnung von Produkten

Die hohe Strahlqualität und Effizienz von Faserlasern ermöglicht dabei oft eine höhere Bearbeitungsgeschwindigkeit und Präzision im Vergleich zu konventionellen Lasersystemen.

=== Telekommunikation ===

In der optischen Telekommunikation spielen Faserlaser eine Schlüsselrolle als Signalquellen für die Datenübertragung über große Entfernungen. Erbium-dotierte Faserlaser und -verstärker (EDFAs) werden häufig in der C-Band (1530-1565 nm) eingesetzt, da diese Wellenlängen minimale Dämpfung in Glasfasern aufweisen.

=== Medizinische Anwendungen ===

In der Medizin finden Faserlaser zunehmend Anwendung in verschiedenen Bereichen:

* Ophthalmologie: Netzhautbehandlungen und refraktive Chirurgie
* Dermatologie: Hautbehandlungen und Tattooentfernung
* Urologie: Lithotripsie (Zertrümmerung von Nierensteinen)
* Zahnmedizin: Präzise Bearbeitung von Zahnhartsubstanz

Die Möglichkeit, den Laserstrahl über flexible Fasern zu führen, macht Faserlaser besonders geeignet für minimalinvasive Eingriffe.

=== Wissenschaftliche Forschung ===

In der wissenschaftlichen Forschung werden Faserlaser für verschiedene Anwendungen eingesetzt, darunter:

* Spektroskopie: Hochauflösende Spektralanalyse
* Metrologie: Präzise Distanz- und Geschwindigkeitsmessungen
* Erzeugung von Terahertz-Strahlung: Für Bildgebung und Materialanalyse
* [[Laserscanning]]: Hochauflösende 3D-Bildgebung und Topographiemessungen

== Faserlaser kaufen ==

Beim Kauf eines Faserlasers sollten verschiedene Faktoren berücksichtigt werden, um das optimale System für die jeweilige Anwendung zu finden. Wichtige Kriterien sind:

* Ausgangsleistung und Wellenlänge
* Strahlqualität (M²-Faktor)
* Pulsdauer und Wiederholrate (bei gepulsten Systemen)
* Kühlung und Energieeffizienz
* Integrierbarkeit und Schnittstellen
* Service und Support des Herstellers

Es ist ratsam, vor dem Kauf eine gründliche Bedarfsanalyse durchzuführen und gegebenenfalls Testläufe mit verschiedenen Systemen durchzuführen. Führende Hersteller von Faserlasern bieten oft umfassende Beratung und maßgeschneiderte Lösungen für spezifische Anwendungen.

== Zukunftsperspektiven ==

Die Faserlasertechnologie entwickelt sich kontinuierlich weiter. Aktuelle Forschungsrichtungen umfassen:

* Entwicklung von Faserlasern mit höheren Ausgangsleistungen
* Erweiterung des Wellenlängenbereichs, insbesondere in den mittleren Infrarotbereich
* Verbesserung der Strahlqualität bei hohen Leistungen
* Integration von Faserlasern in additive Fertigungsprozesse
* Entwicklung ultraschneller Faserlaser für wissenschaftliche Anwendungen

Mit fortschreitender Entwicklung ist zu erwarten, dass Faserlaser in immer mehr Anwendungsgebieten konventionelle Lasertypen ersetzen und neue Möglichkeiten in Industrie und Forschung eröffnen werden.

== Weiterführende Links ==
* [https://de.wikipedia.org/wiki/Festkörperlaser Festkörperlaser auf Wikipedia]
* [https://de.wikipedia.org/wiki/Laserdiode Laserdiode auf Wikipedia]

== Literatur ==
* '''Limpert, J., Röser, F., Klingebiel, S., & Tünnermann, A.''' (2007). '''High-power ultrafast fiber laser systems'''. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 13(3), 537-545. ISBN 978-1-4244-0925-9.
[[Kategorie:Geräte]]
[[Kategorie:Technologie]]
[[Kategorie:Anwendungen]]

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	Ein Faserlaser besteht im Wesentlichen aus drei Hauptkomponenten: der aktiven Faser, den Pumpquellen und den optischen Resonatoren. Die aktive Faser ist eine optische Faser, deren Kern mit seltenen Erden dotiert ist. Typischerweise werden Ytterbium (Yb), Erbium (Er), Thulium (Tm) oder Praseodym (Pr) als Dotierungselemente verwendet, wobei die Wahl des Elements die Emissionswellenlänge des Lasers bestimmt.		Ein Faserlaser besteht im Wesentlichen aus drei Hauptkomponenten: der aktiven Faser, den Pumpquellen und den optischen Resonatoren. Die aktive Faser ist eine optische Faser, deren Kern mit seltenen Erden dotiert ist. Typischerweise werden Ytterbium (Yb), Erbium (Er), Thulium (Tm) oder Praseodym (Pr) als Dotierungselemente verwendet, wobei die Wahl des Elements die Emissionswellenlänge des Lasers bestimmt.

	Die Pumpquellen sind in der Regel Halbleiterdioden, die Licht in die aktive Faser einkoppeln. Dieses Pumplicht regt die Dotierungsionen an und erzeugt so die für den Laserprozess notwendige Besetzungsinversion. Die optischen Resonatoren, bestehend aus Faser-Bragg-Gittern oder anderen reflektierenden Elementen, bilden den Laserresonator und sorgen für die selektive Verstärkung der gewünschten Laserwellenlänge.		Die Pumpquellen sind in der Regel Halbleiterdioden, die [[Licht]] in die aktive Faser einkoppeln. Dieses Pumplicht regt die Dotierungsionen an und erzeugt so die für den Laserprozess notwendige Besetzungsinversion. Die optischen Resonatoren, bestehend aus Faser-Bragg-Gittern oder anderen reflektierenden Elementen, bilden den Laserresonator und sorgen für die selektive Verstärkung der gewünschten Laserwellenlänge.

	Der Laserprozess in einem Faserlaser lässt sich durch folgende vereinfachte Ratengleichung beschreiben:		Der Laserprozess in einem Faserlaser lässt sich durch folgende vereinfachte Ratengleichung beschreiben:
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	Faserlaser haben sich in der industriellen Materialbearbeitung als vielseitige Werkzeuge etabliert. Sie werden eingesetzt für:		Faserlaser haben sich in der industriellen Materialbearbeitung als vielseitige Werkzeuge etabliert. Sie werden eingesetzt für:

	* Laserschneiden: Präzises Schneiden von Metallen, Kunststoffen und anderen Materialien		* [[Laserschneiden]]: Präzises Schneiden von Metallen, Kunststoffen und anderen Materialien
	* Laserschweißen: Hochgeschwindigkeitsschweißen mit geringer Wärmeeinflusszone		* Laserschweißen: Hochgeschwindigkeitsschweißen mit geringer Wärmeeinflusszone
	* Laserbohren: Erzeugung von Mikrolöchern mit hohem Aspektverhältnis		* Laserbohren: Erzeugung von Mikrolöchern mit hohem Aspektverhältnis
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	* Verbesserung der Strahlqualität bei hohen Leistungen		* Verbesserung der Strahlqualität bei hohen Leistungen
	* Integration von Faserlasern in additive Fertigungsprozesse		* Integration von Faserlasern in additive Fertigungsprozesse
	* Entwicklung ultraschneller Faserlaser für wissenschaftliche Anwendungen		* Entwicklung ultraschneller Faserlaser für wissenschaftliche [[:Kategorie:Anwendungen\|Anwendungen]]

	Mit fortschreitender Entwicklung ist zu erwarten, dass Faserlaser in immer mehr Anwendungsgebieten konventionelle Lasertypen ersetzen und neue Möglichkeiten in Industrie und Forschung eröffnen werden.		Mit fortschreitender Entwicklung ist zu erwarten, dass Faserlaser in immer mehr Anwendungsgebieten konventionelle Lasertypen ersetzen und neue Möglichkeiten in Industrie und Forschung eröffnen werden.