Cut-Off-Frequenz

Was bedeutet Cut-Off-Frequenz?

Die Cut-Off-Frequenz ist die obere Grenze, bei der ein Laser – vor allem ein Faserlaser oder MOPA-Faserlaser – noch seine volle Pulsenergie liefern kann. Oberhalb dieser Grenze wird die Energie pro Puls zu gering, um Material effizient abzutragen.

Einfach gesagt: Wenn man den Laser zu schnell pulsen lässt, hat er nicht genug Zeit, zwischen den Pulsen wieder Energie aufzubauen. Das Ergebnis: schwächere Pulse, geringere Gravurtiefe, matte statt dunkle Markierungen.^[1]

Warum ist die Cut-Off-Frequenz wichtig?

• Leistungsgrenze: Oberhalb der Cut-Off-Frequenz bricht die Pulsenergie ein. Die Gravur wird flach oder verschwindet ganz.
• Qualitätsgrenze: Feine Oberflächen wirken zwar gleichmäßiger, aber mit weniger Kontrast.
• Effizienzgrenze: Die maximale Abtragsleistung wird nur unterhalb der Cut-Off-Frequenz erreicht.^[2]

Die Cut-Off-Frequenz bestimmt also, bis wohin man sinnvoll mit hoher Frequenz arbeiten kann, bevor der Laser ineffizient wird.

Wie hängt die Cut-Off-Frequenz mit Pulsenergie und Leistung zusammen?

Ein Laser hat eine feste maximale Durchschnittsleistung (z. B. 60 W). Diese Leistung verteilt sich auf die Pulse:

Pulsenergie = Durchschnittsleistung / Frequenz

Wenn man die Frequenz zu stark erhöht, sinkt die Energie pro Puls unter ein nutzbares Niveau – das ist der Punkt, an dem die Cut-Off-Frequenz erreicht ist. Darüber hinaus werden Pulse so schwach, dass sie kaum noch Material beeinflussen.^[3]

Typische Cut-Off-Frequenzen verschiedener Laser

Je nach Hersteller variiert dieser Punkt leicht – er hängt von der internen Verstärkerelektronik und Wärmeverwaltung ab.^[4]

Was passiert oberhalb der Cut-Off-Frequenz?

• Weniger Pulsenergie: Die Pulse werden „schwächer“.
• Geringerer Abtrag: Gravuren werden flacher, Farben verändern sich.
• Verlust der Effizienz: Die Laserquelle läuft elektrisch weiter, aber die Materialwirkung sinkt drastisch.
• Instabile Pulsformen: Unregelmäßige Intensitäten zwischen den Pulsen.

In der Praxis bedeutet das: Wenn ein Laser bei 60 W und 200 kHz noch stark graviert, aber bei 400 kHz nur noch hell färbt, dann liegt die Cut-Off-Frequenz irgendwo zwischen 200–300 kHz.

Zusammenhang mit Pulsdauer und Frequenz

Die Pulsdauer beschreibt, wie lange ein Puls anhält (z. B. 50 ns). Je kürzer der Puls, desto präziser kann Energie abgegeben werden. Wird die Frequenz erhöht, überlappen sich Pulse zeitlich immer mehr, wodurch die Leistung im Material ansteigt – bis zur Cut-Off-Grenze. Danach kann der Laser die Energie nicht mehr sauber aufbauen.^[5]

Bei MOPA-Faserlasern können Frequenz und Pulsdauer getrennt eingestellt werden – aber auch hier gilt: Jedes Modul hat eine physikalische Obergrenze.

Einfluss auf Gravur und Farbe

• Tiefengravur: Frequenzen deutlich unterhalb der Cut-Off (z. B. 30–70 kHz) liefern kräftige, tiefe Gravuren.
• Farbgravur: Nähe der Cut-Off (z. B. 150–300 kHz) erzeugt sanfte Erwärmung → Anlassfarben.
• Feinmarkierung: Oberhalb der Cut-Off wird die Gravur heller, die Farbe verblasst.

Wer also dunkle, kontrastreiche Gravuren möchte, arbeitet unterhalb der Cut-Off. Für glänzende, feine Oberflächen liegt man knapp darüber.

Wie erkennt man die Cut-Off-Frequenz in der Praxis?

1. Eine Testreihe mit steigender Frequenz anlegen (z. B. 20, 50, 100, 200, 400 kHz).
2. Leistung, Pulsdauer und Geschwindigkeit konstant halten.
3. Beobachten, ab wann die Gravur sichtbar schwächer oder heller wird.
4. Die Frequenz direkt davor ist die effektive Cut-Off-Grenze des Lasers.

Einige Hersteller (z. B. JPT, Raycus, MAX) geben diesen Bereich auch im Datenblatt als „Full Power Range“ oder „Efficient Pulse Range“ an.^[4]

Beispiel: JPT YDFLP-E2-60-M7-M-R

Dieses weit verbreitete 60 W-Modul arbeitet stabil zwischen 25–200 kHz. Bis etwa 130 kHz liefert es volle Leistung. Zwischen 150–250 kHz fällt die Pulsenergie ab, darüber hinaus nimmt die Gravurwirkung stark ab. Viele Anwender nutzen daher:

• 30–70 kHz → Tiefengravur
• 120–180 kHz → gleichmäßige, dunkle Gravur
• 200–300 kHz → Anlassfarben / feine Struktur

Wie man die Cut-Off-Frequenz berücksichtigt

• Immer innerhalb des vollen Leistungsbereichs arbeiten.
• Für dunkle Gravuren: 50–150 kHz (je nach Laser).
• Für Farbmarkierungen: nahe der oberen Grenze, aber nicht darüber.
• Bei unbekanntem Laser: Testreihen durchführen, um die effektive Grenze zu ermitteln.

Oberhalb der Cut-Off-Frequenz steigt zwar die Wiederholrate, aber die Materialwirkung sinkt. Die Bearbeitung dauert dann oft länger, weil man mehr Durchgänge braucht.

Sicherheitsaspekte

• Die Cut-Off-Frequenz ist keine Sicherheitsgrenze – sondern eine Leistungsgrenze. Auch oberhalb davon bleibt der Laser gefährlich.
• Hochfrequente Pulse können starke Reflexionen an metallischen Oberflächen erzeugen – daher Laserschutzbrille tragen.
• Instabile Pulse können Lichtblitze oder sichtbare Störungen im Strahlmuster erzeugen – kein Zeichen für Defekt, sondern für falsche Frequenz.

Kurz zusammengefasst

Die Cut-Off-Frequenz ist die Leistungsgrenze eines gepulsten Lasers. Sie zeigt an, bis zu welcher Frequenz der Laser volle Pulsenergie liefern kann. Oberhalb dieser Grenze sinkt die Abtragsleistung, Gravuren werden heller oder verschwinden ganz. Wer seinen Laser optimal nutzt, arbeitet knapp unterhalb dieser Grenze – dort ist die Energieausbeute am höchsten und die Gravur am stärksten.

Quellen

1. Wikipedia – Frequenz
2. TRUMPF – Laserbeschriften: Pulsenergie und Frequenz
3. Edmund Optics – Pulsed vs. Continuous Wave Lasers
4. JPT – Datenblatt YDFLP-E2-60-M7-M-R
5. RP Photonics – Pulse Energy and Repetition Rate