INLAS - Integriert-optische Komponenten für Hochleistungs-Laserstrahlquellen

INDILAS: Innovationspreis Rheinland-Pfalz für neues Modenkopplungsverfahren verliehen

bachmann — Thu, 15 Dec 2011 13:49:44 +0000

Die Zusammenarbeit zwischen dem Photonik-Zentrum Kaiserslautern e.V. (PZKL) und der LUMERA LASER GmbH wurde am 18. November 2011 mit dem Innovationspreis des Landes Rheinland Pfalz in der Kategorie „Kooperation zwischen einem Industrieunternehmen und einer Forschungseinrichtung“ ausgezeichnet. Der Preis wurde von Wirtschaftsministerin Eveline Lemke überreicht.

Prämiert wurde ein neuartiges Verfahren zur Erzeugung von ultrakurzen Laserimpulsen, das auch im Rahmen des vom BMBF geförderten Verbundprojektes INDILAS erforscht wurde. Das neue Verfahren ist langzeitstabil, leistungsskalierbar und in vollem Umfang industrietauglich. Es überwindet die technischen Beschränkungen der heutigen Lasertechnik und eröffnet mit einer neuen Gerätegeneration neue Anwendungsfelder in der Ultrakurzpulslasertechnologie.

Bild 1: Preisverleihung, von links: Christoph Schäfer und Johannes L’huillier (PZKL), Wirtschaftsministerin Eveline Lemke, Ralf Knappe und Pavel Ambrasovich (LUMERA)

Das neue Modenkopplungsverfahren ersetzt die empfindlichen SAM Halbleiterbauteile als passives optisches Schaltelement durch Kristallmaterialien, in denen sog. kaskadierte nichtlineare Prozesse stattfinden. Hierbei wird ausgenutzt, dass ein Laserpuls infolge der nichtlinearen Wechselwirkung mit dem Kristall lokal die Strahlungseigenschaften (Phase) des Laserlichts ändert und der Laser bei geeigneter Anordnung der Kristalle automatisch in den für ihn energetisch günstigeren Impulsbetrieb wechselt. Das Funktionsprinzip basiert nicht länger auf der Absorption von Strahlung und vermeidet damit schädigenden Wärmeeintrag und Degradation. Die optische Schaltanordnung ist wartungsfrei und kann flexibel auf unterschiedliche Laserkonfigurationen angepasst werden, insbesondere auf Laser mit hoher Ausgangsleistung.

Bild 2: Laboraufbau mit nichtlinearem Kristall zur Pulserzeugung im Laserbetrieb. Die Nahaufnahme des Kristalls zeigt verschiedene Einstellungen der kaskadierten Wechselwirkung.

Durch den Zugewinn an Flexibilität beim Design von Ultrakurzpulslasern und die breite Verfügbarkeit von hochleistungstauglichen optisch nichtlinearen Materialien öffnet diese Technologie einen Pfad zu einer weiteren Steigerung der Impulswiederholrate und mittleren Ausgangsleistung bei gleichzeitig reduzierter Komplexität.

REFERENZEN:

[1] C. Schäfer et al. „Parametric Kerr-lens mode-locked, 888 nm pumped Nd:YVO4 laser“, Optics Letters (2011), DOC-ID 144927 (In Druck)

BIVMIFF: Neuartige sättigbare Absorberspiegel für ps-Mikrochiplaser

bachmann — Sat, 10 Dec 2011 20:28:02 +0000

Innerhalb des vom BMBF geförderten Verbundprojektes BIVMIFF (Neue Bonding- und Integrationsverfahren für einen Pikosekunden-Mikrochiplaser mit integriertem Faserverstärker und Hochleistungsfrequenzkonversion, FKZ 13N9723 ) wurden von der BATOP GmbH aus Jena sättigbare Absorberspiegel (SAM) für den Einsatz als Güteschalter in Mikrochiplasern bei einer Wellenlänge von 1064 nm entwickelt und hergestellt (Abb. (a)). Diese speziellen Absorber besitzen eine Relaxationszeit > 100 ps, wodurch eine optimale Pulsformung möglich ist und zugleich die Lebensdauer erhöht wird. Im Vergleich zu Standard-Absorbern mit Zeitkonstanten im Bereich zwischen 500 fs und 10 ps zum Modenkoppeln von Faserlasern ist der Wärmeeintrag deutlich geringer. Bei den mittels Molekularstrahlepitaxie hergestellten Halbleiterspiegeln sind verschiedene Absorptionswerte zwischen 15 % und 30 % realisiert worden.

(a) Sättigbarer Absorberspiegel mit 124 ps Relaxationszeit. Zu sehen ist der epitaxierte Wafer mit 100 mm Durchmesser; (b) Serie gebondeter Mikrochips (SAM mit Laserkristall auf Wärmesenke) mit einer aktiven Fläche von 1,5 mm x 1,5 mm

Mit diesen neuen Absorberspiegeln wurden bei BATOP komplette Mikrochips aufgebaut. Das Zusammenfügen von Laserkristall und SAM erfolgte mit Hilfe eines speziellen Klebeverfahrens. Erstmals wurde auch eine Charakterisierung der fertigen Mikrochips (Abb. (b)) im passiven Q-switch-Betrieb bei BATOP durchgeführt. Dabei konnten Ausgangsleistungen von bis zu 30 mW und maximale Pulsfolgefrequenzen bis 1,4 MHz bei einer Pumpleistung von 300 mW im Einmodenbetrieb erreicht werden (Abb. (c) und (d)). Die zugehörigen Einzelpulsenergien für die Kristalldicken 100 µm und 300 µm lagen bei 12 nJ und 20 nJ. Für Laserkristalldicken unter 500 µm und einen Pumpfleckdurchmesser kleiner als 100 µm arbeiten die Mikrochiplaser im Einmodenbetrieb. Das Ausgangssignal ist entsprechend der Orientierung des Laserkristalls linear polarisiert. Die experimentelle Bestimmung der Strahlqualität ergab einen Wert M² = 1,04.

(c) Ausgangsleistung als Funktion der Pumpleistung für zwei Laserkristalldicken

(d) Pulsfolgefrequenz als Funktion der Pumpleistung für zwei Laserkristalldicken

Die Pulsfolgefrequenz unterliegt einer zeitlichen Fluktuation (Jitter). Dieser Zeit-Jitter ist besonders groß bei niedrigen Pumpleistungen, die nur wenig oberhalb der Laserschwelle liegen. Mit steigender Pumpleistung verringert sich der Jitter bis zu Werten von etwa 1% (siehe Abb. (e)).

(e) relativer Jitter als Funktion der Pulsfolgefrequenz

Die hier vorgestellten Mikrochips, bestehend jeweils aus einem verklebten Laserkristall mit SAM, sollen ab 2012 bei der BATOP GmbH erhältlich sein.

HEMILAS: Verbesserung der Effizienzen und des Strahlparameterprodukt

bachmann — Fri, 26 Aug 2011 16:04:43 +0000

Eine wesentliche Forderung des Markts für Faserlaser und fasergekoppelte Laser ist die Kosten zu senken. Daher ist es notwendig, die Leistung pro Systemeinheit zu erhöhen, die Konversionseffizienzen zu steigern und Montageverfahren zu automatisieren. Gleichzeitig eröffnet die gesteigerte Brillanz der Laserquellen durch immer kleinere Faserkerndurchmesser und Akzeptanzwinkel bei steigender Ausgangsleistung neue Anwendungen. Dazu sind neue brillante Pumpquellen notwendig, die einerseits die geforderte Leistung als auch an das System angepasste Strahlparameterprodukte aufweisen. Im Förderverbund HEMILAS werden hochbrillante Einzelemitter und Miniarrays für derartige industrielle Diodenlaser untersucht. Die Beteiligten sind Jenoptik DiodeLab, m2k, OSRAM Opto Semiconductors, DILAS, Jenoptik und Laserline.

OSRAM berichtet im BMBF-Projekt HEMILAS Fortschritte bezüglich maßgeschneiderter Diodenlaser-Kurzbarren für Faserkopplung, die die positiven Eigenschaften von Einzelemittern und Barren kombinieren: thermisch entkoppelte Emitter und einfaches Faserkoppelkonzept. Dabei sorgen geringe Füllfaktoren für thermische Entkopplung der einzelnen Emitter des Barrens. Die Miniarrays bestehen aus 5 Emittern mit 100µm Emissionsbreite, 1000µm Raster und 4mm Resonatorlänge. Bei Wellenlängen um 1µm werden im Arbeitspunkt von 8W pro Emitter hohe Effizienz (bis zu 66%) mit Weltbestwerten in SA-Strahldivergenz (7° bei 95% Leistungseinschluss) erreicht. Die Ergebnisse sind in Abbildung 1 und 2 dargestellt. Somit werden exzellente Werte für das Strahlparameterprodukt selbst bei hohen Ausgangsleistungen der 5er-Miniarrays erreicht, was eine Systemeffizienz des fasergekoppelten DILAS-Moduls mit einem Faserkerndurchmesser von 200µm bei NA 0.22 von über 40% ermöglicht. Die verringerte Verlustwärmeerzeugung der Barren und die vereinfachte Faserkopplung erleichtern den Bau sehr kompakter Hochleistungslasersysteme.

Abb. 1: Ausgangsleistung und Konversionseffizienz eines Mini-Barrens (5 Emitter mit je 100µm Breite) im Dauerstrichbetrieb, aufgetragen über dem Strom.

Abb. 2: Volle Divergenzwinkel (95% Leistungs-einschluss) und Strahl-Parameter-Produkt in lateraler (slow axis) Richtung, aufgetragen über der Ausgangsleistung.

Ziel der Arbeiten zur Halbleiterentwicklung bei JENOPTIK Diode Lab GmbH ist die Entwicklung von Einzellemitter-Diodenlasern mit einer Leistung von 20 W, abgestrahlt aus einer Apertur von 100µm Breite. Durch Kombination mehrerer Emitter in Arrays und Halbbarren sollen schließlich Leistungen von bis zu 200 W erreicht werden. Durch eine systematische Weiterentwicklung der 940nm -Laserstruktur konnten im vergangenen Zeitraum Einzelemitter mit 100µm Apertur und 4mm Resonatorlänge hergestellt werden, die eine deutlich verbesserte Konversionseffizienz von bis zu 70 % aufweisen. Gegenüber dem Stand von 2010 konnte hier eine Effizienzsteigerung von etwa 3 bis 5 % im Leistungsbereich bis 15 W erzielt werden. Erreicht wurde diese Steigerung durch eine Verringerung des Schwellenstromes I_th auf etwa 250 mA (Abb. 3).

Abb. 3: Elektrooptische Kennlinie eines 100µm Einzelemitters mit verbesserter Effizienz (940 nm);
Kenndaten Stand 2010: I_th = 650 mA; S = 1,0 W/A; η_max: 65 %
Kenndaten Stand 2011: I_th = 250 mA; S = 1,0 W/A; η _max: 70 %

Die laterale Strahldivergenz zeigt eine schmale Feldverteilung und erreicht bei Leistungen um 14 W einen Wert von 12° (mit 95 % Leistungseinschluss). Zur Vorbereitung eines Langzeittests befinden sich derzeit eine größere Anzahl derartiger Einzelemitter in der Montage. Weiterhin wird die Eignung dieser Laserstruktur als Basis für Laserbarren mit hohem Füllfaktor (50 %) sowie für 5-Emitter Halbbarren untersucht. Entsprechende Barren sind in der Herstellung.

Abb. 4: Laterale Fernfeldverteilung eines 100 µm Einzelemitters bei 11,5 W Leistung

Abb. 5: Abhängigkeit der lateralen Strahldivergenz von der Leistung

Die Firma m2k berichtet eine weitere deutliche Leistungssteigerung bei Trapezlaser-Einzelemittern. Auf Basis neuer Epitaxiestrukturen und eines optimierten Prozesses konnten bei Trapezlasern mit 5mm Resonatorlänge bis zu 16W cw mit einer Kennliniensteigung von 1.05W/A und einer Maximaleffizienz von 60% demonstriert werden. Unter Pulsbedingungen (100µs, 50Hz) konnte die Maximaleffizienz weiter auf 62% erhöht werden (Abb. 6). Die elektro-optischen Kenndaten der Trapezlaser sind damit vergleichbar zu Breitstreifenlasern identischer Resonatorlänge, bieten allerdings aufgrund des Resonatordesigns vergleichsweise mehr Leistungsreserven bei gleichzeitig erhöhter Brillanz. Die Strahlqualität von Trapezlasern kann bei m2k für verschiedene Leistungsbereiche über die verwendete Prozesstechnik eingestellt werden. Im unteren Leistungsbereich bis 5W werden nun sehr reproduzierbar nahezu beugungsbegrenzte Strahlqualitäten erreicht. Im Hochleistungsbereich zwischen 8W und 15W erreicht man über den vollen Leistungsbereich Werte für M2 zwischen 8 und 10 (Abb. 7).

Abb. 6: Optische Ausgangsleistung und Konversionseffizienz eines Trapezlasers (Resonatorlänge 5 mm) in Abhängigkeit vom Strom

Abb. 7: typische M²-Werte von Trapezlasern (5 mm Resomatorlänge), optimiert für unterschiedliche Ausgangsleistungen

Laserline hat im Rahmen des Hemilas Projektes als Zwischenziel ein Lasersystem mit 5kW Ausgangsleistung und einem Strahlparameterprodukt von ca. 30mm*mrad realisiert. Dieses Labormustersystem basiert auf Mini-Arrays des Projektpartners OSRAM. Das System wurde in der Zwischenzeit einem Dauertest von ca. 600h unterzogen. Im Rahmen der Messgenauigkeit konnte bei diesem Dauertest keine Degradation nachgewiesen werden. Zur Erreichung des Projektzieles eines Lasersystems des Projektpartners Laserline mit einem Strahlparameterprodukt von ca. 20mm*mrad und einer Ausgangsleistung von 5kW sind die Arbeiten weit fortgeschritten. Dabei kommt ein Strahlformungskonzept zum Einsatz, welches auf Halbleiterchips mit geringerem Füllfaktor (ca. 30%) beruht. Von diesen Bauteilen kommen insgesamt 8 Stacks mit vier verschiedenen Wellenlängen zum Einsatz. Die Kennlinie für die Kopplung eines einzelnen Stacks mit einem Strahlparameterprodukt von ca. 20mm*mrad ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Es konnten über 600W aus einer Faser (ohne AR-Beschichtung) extrahiert werden. Das Multiplexen von 8 Stacks ermöglicht den Übergang in den geforderten Multi-Kilowatt-Bereich.

Abb. 8: Kopplung eines einzelnen Stacks mit 20mm*mrad

SPEKTRALAS: Wellenlängen-Stabilisierung und Überlagerung

bachmann — Fri, 17 Jun 2011 12:35:56 +0000

Am Fraunhofer Institut für Lasertechnik werden im Rahmen des BMBF-Projektes SpektraLas Möglichkeiten zur Brillanzsteigerung und zur spektralen Stabilisierung von Hochleistungsdiodenlasern untersucht. Beide Thematiken sind eng miteinander verknüpft, da eine Variante der Brillanzsteigerung darin besteht, Strahlung verschiedener Wellenlängen inkohärent zu überlagern. Dazu müssen die einzelnen Diodenlaserbarren bzw. Einzelemitter vorher spektral stabilisiert werden.

Die Stabilisierung wird durch externe Volumenbeugungsgitter (VBGs) realisiert. Diese können direkt in die FAC-Linse (fast-axis collimation lens) integriert werden (sogenannte VBG-FAC-Linsen).

Grundlagen der Modelltheorie und Aufbau des Programms

Die Modellierung der Beugung basiert auf den drei Annahmen, dass (1) die transversale Charakteristik der Laserstrahlung durch die des freilaufenden Diodenlasers approximiert werden kann, dass (2) zur Stabilisierung des Spektrums ein Mindestanteil der Ausgangsleistung in den Diodenlaser polarisationsrichtig zurückgekoppelt werden muss und dass (3) die auftretenden Verluste durch die Anteile des elektrischen Feldes beschrieben werden, die vom Gitter gebeugt werden, aber nicht in den Resonator Waveguide wieder einkoppeln. Das sind die Anteile des elektrischen Feldes, die nach Beugung am VBG nicht auf die Austrittsfacette des Diodenlasers auftreffen oder nicht die passende Phase und Polarisation aufweisen.

Mit dem am ILT entwickelten Programm ist sowohl die Berechnung der Beugungseffizienz möglich, als auch die (rechenzeitintensive) Berechnung des elektrischen Feldes nach Austritt der Strahlung aus dem VBG (und damit die ortsabhängige Intensitätsverteilung) für die in zwei Achsen unkollimierte Diodenlaserstrahlung. Die Diodenlaserstrahlung kann in Slow-Axis sowohl durch inkohärente Überlagerung von Gauß-Hermite-Moden (GHM) modelliert werden, als auch durch eine Super-Gauß-(SG)-Feldverteilung.

Zur Berechnung des elektrischen Feldes nach Beugung am Gitter wird das Eingangsfeld in ebene Wellen zerlegt. Anschließend wird für jede einzelne ebene Welle das elektrische Feld nach Beugung am Gitter berechnet. Das resultierende Feld nach Beugung ergibt sich durch Summation der Ergebnisse für die einzelnen ebenen Wellen, wobei jede Welle mit einem komplexwertigen Entwicklungskoeffizienten gewichtet werden muss. Diese Koeffizienten sind die Fourier-Koeffizienten. Das Feld nach Beugung einer ebenen Welle wird mit der Gittertheorie nach H. Kogelnik bestimmt, wobei die Theorie so erweitert wurde, dass auch Grenzflächen- und Polarisationseffekte berücksichtigt werden können.

Ergebnisse der Wellenlängenstabilisierung mittels VBG-FAC-Linsen

Die spektrale Verteilung der stabilisierten Diodenlaserstrahlung kann qualitativ und quantitativ mit Hilfe des entwickelten Programms in guter Näherung berechnet werden. Dadurch sind zwei physikalische Effekte verstanden und quantitativ beschrieben worden. Zum einen ist die Zentralwellenlänge eines im zweiachsig unkollimierten Strahl stabilisierten Diodenlasers gegenüber der Zentralwellenlänge des VBGs leicht verschoben, weil die Bragg-Bedingung für Einfallswinkel, die größer als null Grad sind, bei kleineren Wellenlängen als der Zentralwellenlänge des VBGs erfüllt ist. Zum anderen ist aus dem gleichen Grund das Spektrum durch Rückkopplung im zweiachsig unkollimierten Strahl gegenüber Rückkopplung im kollimierten Strahl verbreitert.

Gemessene und berechnete Wellenlängenverteilung

Mit Hilfe der Berechnungen kann gezeigt werden, dass das VBG-FAC-Konzept insbesondere dann zukunftsweisend ist, wenn eine spektrale Breite von Δλ > 0,9 nm bei 95% Leistungseinschluss akzeptabel ist, wie es beispielsweise der Fall ist für das effiziente Pumpen von Standardfestkörperlasern.

Ergebnisse zur Wellenlängenüberlagerung mittels VBGs

Für eine nahezu verlustfreie inkohärente Überlagerung ist Voraussetzung, dass die Combiner-Gitter eine kritische Dicke nicht überschreiten und dass gleichzeitig die Restdivergenz der kollimierten Diodenlaserstrahlung nicht zu groß ist. Andernfalls verschlechtern sich die resultierende Beugungseffizienz und die Strahlqualität.

Mit größer werdender EFL (effective focal length) verringert sich der Einfluss des Smiles auf die Restdivergenz. Daher eignen sich zur Brillianzsteigerung mittels Wellenlängenüberlagerung besonders Barren kleiner FA-Divergenz. Die am Ferdinand Braun Institut für Höchstfrequenztechnik im Rahmen des SpektraLas-Projektes entwickelten Barren mit ELOD-Struktur (extreme low divergence) sind somit sowohl auf die spektrale Stabilisierung mittels VBG-FAC-Linsen als auch auf die Stabilisierung im kollimierten Strahl in Verbindung mit Wellenlängen-Multiplexing mittels VBGs abgestimmt.

FALAMAT: Neuer Entwicklungsstand bei Hochleistungs-Faserlasern auf der Basis alternativer Materialien

bachmann — Thu, 05 May 2011 10:57:40 +0000

Motivation

Durch das im FaLaMat-Projekt verfolgte Extra-Large-Mode-Area (XLMA) Faserkonzept (40 … 100 µm Kerndurchmesser, 1000 µm Faserdurchmesser) ist es möglich, kostengünstige, optimierte Pumpdioden-Barren mit reduzierter aber dennoch ausreichender Strahlqualität zu nutzen und so eine kosteneffiziente, wirtschaftliche Multimode-Faserlaser-Strahlquelle aufzubauen.

Herstellung und Vermessung von Yb-dotiertem synthetischem Quarzglas

Um das XLMA-Faserdesign umzusetzen, wurde ein Yb-dotiertes, synthetisches Bulkquarzglas entwickelt. Abb. 1 gibt einen Überblick über die Herstellung von Yb-dotiertem, synthetischem Bulkquarzglas.

Abb. 1: Herstellung von Yb-dotiertem synthetischem Bulkquarzglas

Die Brechungsindex-Profile wurden mit einem Vorformanalysator P104 gemessen (Abb. 2). Die Homogenität der Brechzahl ist exzellent ohne radiale und axiale Gradienten. Probe A (baue Messkurve) weist eine hohe Yb-Dotierung auf (0,2 mol % Yb2O3 und 1,5 mol % Al2O3), während Probe B (grüne Kurve) nur leicht mit Yb dotiert ist (0,05 mol % Yb2O3 and 1,5 mol% Al2O3). Die Brechzahlschwankungen hängen geringfügig vom Yb-Gehalt ab. Bei Probe A liegt die Brechzahlschwankung im Bereich ± 0,7×10-4, bei Probe B ist die Schwankung aufgrund des geringeren Dotierlevels sogar etwas kleiner (± 0,2×10-4).

Abb. 2: Brechungsindex von Yb-dotiertem, synthetischem Bulkquarzglas

Die Faserdämpfung (Abb. 3) wird in einer im Durchmesser verringerten XLMA-Faser gemessen (z.B. d_Kern 13 µm, d_Faser 310 µm). Der Dämpfungsanstieg unterhalb 750 nm ist vermutlich auf eine leichte Gelbfärbung des Kernmaterials aufgrund von Yb²⁺ und auf Rayleigh-Streuung zurückzuführen. Die Grunddämpfung der Faser in der Abbildung rechts beträgt 20 dB/km bei 1200 nm. Aus dem Verlauf der ansteigenden Flanke der Dämpfungskurve unterhalb von ~750 nm lässt sich eine Grunddämpfung von ca. 20 dB/km bis 70 dB/km bei der Laserwellenlänge zwischen 1030 nm und 1080 nm interpolieren.

Abb. 3: Dämpfungseigenschaften von XLMA-Fasern

Beschleunigte Alterungstests

Das beschleunigte “Photodarkening” (PD) wird in dem in Abb. 4 gezeigten Aufbau mit einer im Durchmesser verringerten XLMA-Faser gemessen (d_Kern= 13 µm). Dazu wird ein 4 cm langes Faserstück kerngepumpt, um eine hohe Inversionsrate zu erzielen. Die durch das PD induzierte Zusatzdämpfung wird bei der Testwellenlänge 633 nm gemessen, da bei dieser Wellenlänge die Zusatzdämpfung etwa um einen Faktor 50 höher ist als bei der Laserwellenlänge.

Abb. 4: Testaufbau für den Alterungstest

Es wurden Fasern mit unterschiedlichen Yb-Gehalten charakterisiert und verglichen. Der Trend, dass Fasern mit geringerem Yb-Gehalt auch ein geringeres PD aufweisen, konnte bestätigt werden (vgl. Abb. 5, links). Die PD-Performance von niedrig-Yb-dotierten Fasern (1000 ppm Yb₂O₃) ist sehr gut und vergleichbar mit ähnlich dotierten MCVD-Fasern (vgl. rote und schwarze Kurve in Abb. 5, rechts).

Abb. 5: Photodarkening-Messung über die Zeit; links) für verschiedene Yb2O3-Konzentrationen; rechts) Vergleich verschiedener Fasern

Laser-Performance von XLMA-Fasern (1000 µm Faserdurchmesser)

Die Laser-Performance von XLMA-Fasern wird in einem endgepumpten Lasersetup getestet (s. Abb. 6). Die Fasern werden typischer Weise bei 976 nm oder 915 nm mit einer maximalen Pumpleistung von 3,3 kW angeregt.

Abb. 6: Aufbau zur Messung der Performance der XLMA-Fasern

Die hier vorgestellte XLMA-Faser wurde für die Dauer von ca. 5 Wochen bei unterschiedlichen Pumpleistungen getestet, ohne dass die Faser ausfiel. Dabei wurde eine maximale Faserlaser-Ausgangsleistung von 1,925 kW bei 1085 nm Laserwellenlänge erzielt (s. Abb. 7) Die reduzierte Lasereffizienz bei höheren Pumpleistungen (oberhalb von ~2,2 kW Pumpleistung) ist auf eine Verschiebung der Emissionswellenlänge der Pumpdioden bei höheren Diodenströmen zurückzuführen. Es ist anzumerken, dass die maximale Faserlaserleistung nur durch die zum Testzeitpunkt verfügbare Pumpleistung limitiert war.

Abb. 7: Leistungskurve einer typischen XLMA-Faser

Langzeit-Laserstabilität von XLMA Fasern

Die PD-Performance von XLMA Fasern wurde bei niedrigen Laserleistungen (~310 W, siehe Abb. 8, links) und höheren Leistungen (~1050 W, siehe Abb. 8b) getestet. Der anfängliche Rückgang der Ausgangsleistung innerhalb der ersten 400 h von ~320 W auf ~310 W ist nicht signifikant für die komplette Lebensdauer der Faser. Die Degradationsrate bei diesen niedrigen Leistungsleveln stabilisiert sich nach einigen hundert Stunden und erreicht nach ca. 750 h Laseremission einen Wert von 1,7 %/1000 h. Das Kurzzeit-Degradationsverhalten bei höheren Leistungen (s. Abb. 8, rechts) ist vergleichbar zum Verhalten bei niedrigeren Leistungen. Daher kann man auch bei höheren Leistungen nach ca. 300 bis 600 h eine Stabilisierung der Degradationsrate auf in etwa konstante Leistungslevel erwarten.

Abb. 8: Degradationsverhalten der XLMA-Fasern

Autoren:

Andreas Langner^a*, Mario Such^a, Gerhard Schötz^a, Stephan Grimm^b, Florian Just^b, Martin Leich^b, Christian Mühlig^b, Jens Kobelke^b, Anka Schwuchow^b, Oliver Mehl^c, Olaf Strauch^c, Roman Niedrig^c, Björn Wedel^c, Georg Rehmann^d, Volker Krause^d

^aHeraeus Quarzglas GmbH & Co. KG, Quarzstraße 8, D-63450 Hanau, Germany
^bInstitut für Photonische Technologien e.V., Albert-Einstein-Str. 9, D-07745 Jena, Germany
^cHIGHYAG Lasertechnologie GmbH, Ruhlsdorfer Str. 95, D-14532 Stahnsdorf, Germany
^dLaserline GmbH, Fraunhoferstraße, D-65218 Mülheim-Kärlich, Germany

PULSAR: Flexibel, exakt, preisgünstig – Faserlasersystem optimiert industrielle Mikromaterialbearbeitung

bachmann — Thu, 21 Apr 2011 15:50:14 +0000

Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat in Zusammenarbeit mit sechs Industriepartnern ein vollständig faserbasiertes Pikosekundenlasersystem entwickelt, das hervorragende Ergebnisse in der Mikrobearbeitung von Messing und Aluminium erzielt.

Die Wunschliste der Industrie an Lasersysteme für die Mikromaterialbearbeitung ist lang und anspruchsvoll: Der Laserstrahl muss gut fokussierbar und ohne Justage annähernd schwankungsfrei sein. Möglichst kompakt und dicht am Werkstück platzierbar, sollte das System außerdem den rauen Fertigungsbedingungen ohne Veränderung der Eigenschaften widerstehen.

Bisher setzt man in der Mikrobearbeitung von Metallen Festkörperlaser ein, die auf Freistrahlaufbauten basieren und dadurch anfällig für Dejustage sind. Aufgrund der meist notwendigen Wasserkühlung sind diese Systeme zudem relativ groß und schwierig zu integrieren.

Dagegen erfüllt der im Rahmen des Forschungsprojekts PULSAR (GePUlstes LaserSystem mit Adaptierbaren PulspaRametern) entwickelte faserbasierte Pikosekundenlaser alle der genannten Vorgaben industrieller Fertigung. Das Besondere an dem kürzlich vorgestellten System ist die sehr flexible Anpassungsfähigkeit verschiedener Einstellgrößen aufgrund der Entkopplung von Laseroszillator und Verstärker. Je nach eingesetztem Werkstoff und gewünschtem Prozessergebnis können Wiederholfrequenz sowie mittlere Leistung im laufenden Prozess angepasst werden. So wird eine schnelle und bisher einzigartige Optimierung der Bearbeitungsschritte ermöglicht.

Als Pulsquelle dient eine Laserdiode mit einer Wellenlänge von 1,03 µm sowie einer Pulsdauer von etwa 40 ps. Die Pulswiederholrate kann flexibel zwischen 50 kHz und 40 MHz gewählt werden. Diese kann mittels eines dreistufigen Verstärkers von einigen 10 µW bis auf mittlere Leistungen von 14 W verstärkt werden. Bei einer Wiederholrate von 1 MHz ent-spricht dies einer Pulsenergie von 14 µJ.

Bei exzellenter Strahlqualität widersteht das faserbasierte Pikosekundenlasersystem schwierigen Produktionsbedingungen wie Kontamination durch Staub, Temperaturschwankungen oder mechanischen Vibrationen mit überzeugenden aktuellen Ergebnissen an Werkstücken aus Aluminium und Messing. Im Vergleich zu den bisher üblichen Festkörperlasern ist es zudem kleiner und preisgünstiger. Das Beschriften von Aluminium und die Herstellung von Stempeln aus Hartmetall (V70) z.B. für das Prägen von Geldstücken seien beispielhaft für viele mögliche Anwendungsfelder dieser neuen Hochleistungsstrahlquelle genannt.

Das Projekt PULSAR wird im Rahmen der BMBF-Initiative INLAS (Integriert-optische Komponenten für Hochleistungs-Laserstrahlquellen) gefördert (FKZ: 13N9685). An dem Projekt sind die Firmen PicoQuant GmbH, InnoLight GmbH, LPKF Laser & Electronics AG, cicor Microelectronics sowie die Alltec GmbH FOBA Laser Marking + Engraving beteiligt (s. auch www.ot-inlas.de/pulsar/).

Ergebnisse des LZH-Teilprojektes wurden auf der LASE Konferenz / Photonics West 2011 in San Francisco (Beitragsnummer 7914-36) und in der Fachzeitschrift Optics Express 19(3), S. 1854 (2011) unter dem Titel „All-fiber based amplification of 40 ps pulses from a gain-switched laser diode“ vorgestellt. http://www.opticsinfobase.org/oe/abstract.cfm?URI=oe-19-3-1854

Kontakt:

Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)
Michael Botts
Hollerithallee 8
D-30419 Hannover
Tel.: +49 511 2788-151
Fax: +49 511 2788-100
E-Mail: m.botts@lzh.de
http://www.lzh.de

SPEKTRALAS: Leistungsstarke DFB-Breitstreifenlaser erzielen erstmalig mehr als 60% Konversionseffizienz

bachmann — Wed, 23 Feb 2011 19:45:52 +0000

Leistungsstarke Breitstreifenlaser mit internen, epitaktisch überwachsenen distributed feedback (DFB) Gittern für die Stabilisierung auf eine geringe spektrale Breite, zeigen signifikante Verbesserungen: Zum ersten Mal konnte eine elektro-optische Konversionseffizienz h_c > 60% und eine maximale Ausgangsleistung P_max > 12W demonstriert werden. Die verbesserte Effizienz- und Leistungscharakteristik basiert auf Fortschritten beim Design und im Bereich der Herstellungstechnologie. Drei Schlüsselfaktoren wurden dafür bearbeitet. Zum ersten wurde eine verbesserte Technologie zum Ätzen der Gitterstruktur und deren epitaktisches Überwachsen angewendet. Zum zweiten wurde die Dicke der Gitterschicht auf 10 nm reduziert, ausreichend um ein Tunneln der Ladungsträger durch diese Schicht zugunsten eines geringeren elektrischen Widerstands zu ermöglichen. Schließlich wurde die Gitterwirkung durch eine Verschiebung des Gitters weiter von der aktiven Zone weg reduziert, wodurch der Koppelkoeffizient k auf nur 0,5cm^-1 verringert werden konnte.

Abbildung 1(a) zeigt, dass die Spannung, über einen solchen 3 mm langen und 90 µm breiten DFB–BA-Laser nun die gleiche Charakteristik zeigt wie die Spannung über einem BA-Laser von einem Referenz-Wafer, der bis auf die Gitterschicht das gleiche Epitaxiedesign besitzt. Zuvor wurden bei 15A um wenigstens 90 mV erhöhte Spannungen für DFB-BA-Laser gemessen [1]. Die Beseitigung der zusätzlichen Spannung ergänzt nun die zuvor erzielte Beseitigung zusätzlicher optischer Verluste aufgrund der Gitterschicht [1]. Die Spaltfacetten der Laser wurden antireflektierend (AR) < 0,1% und hochreflektierend (HR) > 95% beschichtet und mit der Epitaxieseite auf CuW-Wärmesenken gelötet. Die Messungen wurden bei einer Temperatur von 15°C und 25°C an der Wärmesenke unter Konstantstrom-Bedingungen (cw) durchgeführt.

Abb. 1: (a) Flussspannung von drei DFB-BA-Diodenlasern von drei gemeinsam prozessierten Wafern und eines Referenz-BA-Diodenlasers mit gleichem Design ohne Gitterbereich. (b) Flussspannung, opt. Ausgangsleistung und Konversionseffizienz eines DFB-BA-Diodenlasers bei 15°C und 25°C Trägertemperatur.

Abbildung 1(b) zeigt die Kennlinien hinsichtlich Leistung, Spannung und Konversionseffizienz eines 3 mm langen DFB-BA-Lasers mit einer Streifenbreite von 100 µm. Die Konversionseffizienz erreicht einen Maximalwert von 63,3% bei 15°C und 62,2% bei 25°C an der Wärmesenke. Bisher lag die höchste publizierte Konversionseffizienz eines DFB-BA-Lasers bei 58% [1]. Bei 10 W Ausgangsleistung liegt die Konversionseffizienz bei 59,2% bei 15°C und 57,6% bei 25°C. Der Laser erzielt eine Spitzenleistung von mehr als 12 W. Eine derart hohe Ausgangsleistung bei zugleich hohem Konversionswirkungsgrad wurde damit weltweit erstmalig bei einem DFB-BA-Laser erreicht.

Fig 2: (a) Spektren der DFB-BA Diodenlaser von Abb. 1 (b) bei 15°C Trägertemperatur. Zwischen 1A und 8A, Emission von einer optisch Obermode ist um 962nm zu sehen. (b) Spektren der DFB-BA Diodenlaser bei 25°C Trägertemperatur. Die Spektren sind weder von Fabry-Pérot Moden noch optische Obermoden beeinflusst.

Die integrierte Spektralbreite des DFB-BA-Lasers wurde ebenfalls reduziert. Bei 10 W Ausgangsleistung und 25°C, liegt die Spektralbreite mit 95% Leistungseinschluss bei 0,7 nm; frühere Werte lagen bei 1 nm [1]. Abb. 2 zeigt die Spektren des DFB-BA-Lasers zwischen 0 und 15A bei 15°C (a) und 25°C (b); die Intensität ist in einer linear abgestuften Falschfarbenabbildung dargestellt.

Der optische Verlust und elektrische Widerstand des Gitterbereichs sind nun vollständig eliminiert. Weitere Verbesserungen von Konversionseffizienz und Spitzenleistung sind durch eine optimierte vertikale Schichtstruktur zu erwarten.

[1] Schultz, C. M., Crump, P., Wenzel, H., Brox, O., Maaßdorf, A., Erbert, G. and Tränkle, G., “11W broad area 976 nm DFB lasers with 58% power conversion efficiency”, Electron. Lett. 46(8), 580-581 (2010).

Autoren:
C. M. Schultz*, P. Crump and G. Erbert
Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik,
Gustav-Kirchhoff-Straße 4, 12489 Berlin

Kontakt:
christoph.schultz@fbh-berlin.de

FaZit: Miniaturisierte, hoch integrierte Seedquellen als Basis für Faserverstärker

bachmann — Mon, 17 Jan 2011 22:29:47 +0000

Die an dem BMBF geförderten Projekt FaZit beteiligten Firmen und Institute arbeiten an der Untersuchung und technischen Umsetzung von Komponenten für gepulste Faserlaser mit einer mittleren Leistung im Bereich einiger 10 W bis zu mehreren 100 W, wie sie beim Markieren, in der Mikromaterialbearbeitung, aber auch in der Medizin- und Messtechnik eingesetzt werden.

Neben den Untersuchungen und der technischen Realisierung von Verstärkerstufen, sowie Komponenten für die Frequenzkonversion ist ein wesentlicher Arbeitspunkt der Projektpartner die Seedeinheit, die durch die zur Verfügung gestellten mittleren Leistung entscheidend den Aufbau und die Eigenschaften der Systeme bestimmt. Um auf Laserdioden basierende Seedeinheiten realisieren zu können, die im sub-ns Bereich mit einer Spitzenleistung im ein- und zweistelligen Watt-Bereich emittieren, müssen neue Konzepte angewandt werden. Dabei ist eine Erhöhung der Integrationsdichte und damit gleichzeitig auch der Komplexität unvermeidbar. Im Rahmen dieses Projektes haben drei Partner zusammen (FBH, Eagleyard und Picolas) miniaturisierte, hoch integrierte Seedeinheiten realisiert, deren Ansteuerung es erlaubt, Pulse im sub-ns Bereich mit einer Spitzenleistung von mehreren 10 W zu erzeugen.

Hierfür hat das Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) gepulste Laserdioden für Pulsdauern im Zeitbereich von 100 ns bis hinunter zu 500 ps, sowie in den Bereichen um 100 ps und unterhalb von 10 ps hergestellt.

Bild 1: MOPA Seedlaser basierend auf Kantenemitter-Technologie ausgeführt (FBH)

Die Laserdioden sind als Kantenemitter im Grundmodebetrieb mit integrierter Wellenlängenstabilisierung (Bragg-Gitter) und geringer Divergenz für eine effiziente Kopplung in Single-Mode Fasern ausgeführt. Für die Skalierung der mittleren Leistung und der Pulsenergie werden Verstärkereinheiten nachgeschaltet, die ebenfalls auf der Basis von Kantenemittern realisiert werden. Die Montage und Justage dieser einzelnen Komponenten erfordert eine Präzision im sub-µm Bereich. So erfolgt die Kopplung zwischen der Laserdioden und dem Verstärker mit einer Gradientenindex-Linse, die mit einer Genauigkeit von kleiner als 0,5 µm in allen drei Raumrichtungen justiert und montiert werden muß. Zusätzlich sind die elektrische Anschlüsse herzustellen und weitere Mikrooptiken zu montieren, um die in den Verstärker generierte, divergente Strahlung zu einem parallelen Strahlenbündel zu transformieren.

In enger Zusammenarbeit hat die Firma Picolas entsprechende Laserdiodentreiber entwickelt, die die komplexe Einheit aus Laserdiode und Verstärker ansteuern. Neben reinen Rechteck-Pulsen können diese Laserdiodentreiber auch analog modulierte Pulsformen erzeugen, die vor allem in Hinblick auf die Unterdrückung von nichtlinearen Effekten in faserbasierten Verstärkersystemen interessant sind. Für die schnelle Erzeugung definierter Pulsformen müssen aufgrund des Tiefpassverhaltens der Laserdioden völlig neue Wege bei der Ansteuerung und Regelung gegangen werden. Mit Hilfe eines modernen DSP werden die in sich unterlagerten Regelkreise in prädiktiver feed-forward Regelung auf Basis des invertierten Modells der Regelschleife so angesteuert, dass sich ein typisches dead-beat Regelverhalten ohne Überschwingen ergibt. Zusammen mit einem arbiträren Funktionsgenerator ist das Ergebnis dieses neuartigen Konzeptes die Erzeugung von 32 frei wählbaren Pulsformen mit einer Dauer von bis zu 320 ns, 2,5 ns Abtastintervall und einer Auflösung von 16 bit.

Bild 2: Treiberplatine für Seedlaser in Butterfly-Gehäuse (Fa. Picolas)

Das Packaging, sowie die Vermessung und Charakterisierung der beim FBH hergestellten Module zusammen mit der von Picolas bereitgestellten Elektronik erfolgt bei der Fa. Eagleyard. Neben der mechanischen Integration dieser Module in entsprechende Gehäuseformen und effizienten Kopplung der Strahlung aus der Verstärkereinheit in eine Faser, stellen die thermischen und elektrischen Verbindungen eine weitere Herausforderung dar. Vor allem die Induktivitäten und Kapazitäten der Verbindungsleitungen zwischen Anschluß des Treibers und der Laserdiode oder Verstärker müssen durch das Packaging so gering wie möglich gehalten werden, um die gewünschten Pulsdauern zu erreichen.

Bild 3: Fertiger Seedlaser mit schematisch dargestellter Faserkopplung (Eagleyard)

Die Ergebnisse dieser Bemühungen und der erfolgreichen Zusammenführung dieser neuartigen Konzepte resultieren in mehreren verschiedenen Seedeinheiten, die Pulse im ns- und sub-ns Bereich mit einstellbarer Pulsform, sowie im ps-Bereich erzeugen. So werden mit diesen Konzepten ns-Pulse mit Spitzenleistungen von bis zu 15 W erreicht, die über einen weiten Pulsbreitenbereich konstant sind.

Der gütegeschalteten Betrieb von Mehrsektions-Laserdioden erzielt Pulsbreiten (FWHM) von 80 ps bei einer Spitzenleistung von 35 W. Erreicht wird dies durch das periodisch transparent geschaltete Absorberelement innerhalb der Mehrsektions-Laserdiode. Gleichzeitig wurde die Emissionswellenlänge durch ein Bragg-Gitter, welches ebenfalls in die Mehrsektions-Laserdioden integriert wurde, erfolgreich stabilisiert.

Bild 4a: P-I Kurve des ps-Seedlasers (Eagleyard)
Bild 4b: Spektrale Wellenlängenverteilung des ps-Seedlasers (FBH)
Bild 4c: Pulsform des ps-Seedlasers (FBH)

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Markus Röhner
ROFIN-BAASEL Lasertech GmbH & Co. KG
Petersbrunner Straße 1b
82319 Starnberg

Email: m.roehner@baasel.de
Tel.: (08151) 776-4303
Fax: (08151) 776-4159

OPTIMISE: Erfolgreiche Synthese von ORMOCER®en mit hohem Brechzahlhub nach UV-Bestrahlung

bachmann — Tue, 28 Dec 2010 12:29:35 +0000

Für die erfolgreiche Realisierung eines abstimmbaren Lasers, wie er im Verbundprojekt OPTIMISE vorgeschlagen wurde, sind ganz wesentlich zwei Voraussetzungen zu erfüllen: zum einen ist ein geeignetes ORMOCER^® zu identifizieren, zu synthetisieren und zu optimieren, zum anderen muss ein geeignetes Laserdesign gefunden werden.

Das ORMOCER^® dient als Füllmaterial in der Gittersektion des Lasers, wo es den effektiven Brechungsindex beeinflusst und über dessen optisch induzierte Veränderung die Emissionswellenlänge steuern kann.

ORMOCER^®e bilden eine ganze Materialklasse von anorganisch-organischen Hybridpolymeren. Sie zeichnen sich durch anpassbare Materialeigenschaften aufgrund chemischer Modifikation auf molekularer Ebene aus. Sie haben deutliche Vorteile gegenüber rein organischen (z.B. Polymeren) und anorganischen (z.B. Gläser) Materialien, insbesondere verfügen sie über

- eine hohe Temperaturstabilität bei gleichzeitig niedrigen Prozesstemperaturen,
- eine hohe mechanische Stabilität und
- eine sehr gute chemische Stabilität.

Die Anforderungen an ORMOCER^®e für den Einsatz in abstimmbaren Lasern sind vielfältig, unter anderem sind gefordert:

- eine UV-induzierte, kontrollierte Veränderung der Brechzahl,
- eine hohe chemische, thermische und mechanische Stabilität,
- Lagerungsbeständigkeit (_ thermische Stabilität) sowie
- eine hohe Kompatibilität zu Standard-Prozesstechniken der Laserherstellung.

Die Beeinflussung der Brechzahl erfolgt dabei über die Verdichtung des Materials durch Lichtinduzierte Polymerisation und auch über die Licht-induzierte Generierung von chemischen Funktionalitäten mit anderer Polarisierbarkeit. Steuerungsgröße ist hierbei wesentlich die Materialzusammensetzung, die über Parameter wie funktionelle Gruppen, sterische Wechselwirkung, Strukturbildung, usw., auf Eigenschaften wie Dichte, thermischer Ausdehnungskoeffizient, Brechzahl, thermo-optischer Koeffizient, Polarisierbarkeit, … Einfluss nimmt. Zum anderen spielen Initiatorart und –menge sowie die verwendete Energiedosis eine erhebliche Rolle.

So wurde z.B. ein ORMOCER^® (OC-20) als Vier-Komponenten-System synthetisiert, das als bifunktionales Material zwei unterschiedliche Gruppen (Methacrylat- sowie Epoxidgruppen in unterschiedlichem Molverhältnis) zur Vernetzung bereit stellt. Die Vernetzung der unterschiedlich funktionellen Gruppen kann frei getriggert werden:

(a) rein radikalische Vernetzung (nur Vernetzung der im Material vorhandenen Methacrylatgruppen)
(b) rein kationische Vernetzung (nur Vernetzung der im Material vorhandenen Epoxidgruppen)
(c) radikalische und kationische Vernetzung (Vernetzung der Methacrylat- und Epoxidgruppen im Material)

Abbildung 1: links: Methacrylatgruppe – rechts: Epoxidgruppe

Über diese Gruppen lässt sich beispielsweise auch die Vernetzungsgeschwindigkeit steuern.

Die Arbeiten haben in der Zwischenzeit zu erfreulichen Ergebnissen geführt. So konnte die maximale Änderung der Brechzahl bis auf über 5 % gesteigert werden.

Außerdem konnten Antworten auf wichtige Fragestellungen gefunden werden – so steht mittlerweile fest, dass eine stufenweise Vernetzung möglich ist, d.h. dass der Vernetzungsprozess kontrolliert angehalten werden kann. Dieser Aspekt ist für die Einstellbarkeit der Wellenlänge im Laser von wesentlicher Bedeutung.

Kontakt:

Dr. Ruth Houbertz
Fraunhofer-Institut für Silicatforschung (FhG ISC), Würzburg
Email: ruth.houbertz@isc.fraunhofer.de

HEMILAS: Fasergekoppelter Diodenlaser mit Wellenlängenstabilisierung

bachmann — Fri, 03 Dec 2010 12:36:49 +0000

Von JENOPTIK wurde ein fasergekoppeltes Lasermodul auf Basis wellenlängenstabilisierter Einzelemitter demonstriert. Da die Gitterstrukturen jeweils direkt in den Laserdiodenelementen eingebracht sind, ist kein externes Gitterbauelement erforderlich. Die Ausgangsleistung des Moduls beträgt 40W aus einer Faser mit 105µm Kerndurchmesser. Eine elektrooptische Effizienz von über 30% wurde erreicht. Die Leistungskennlinie ist linear (siehe Abbildung 1). Die Wellenlängendriften sowohl bei Änderung des Betriebsstromes als auch der Betriebstemperatur sind gegenüber unstabilisierten Systemen erheblich verringert (siehe Abbildung 2 und Tabelle 1).

Abbildung 1: Leistungskennlinie JENOPTIK Demonstrator FF09174

Abbildung 2: Wellenlänge in Abhängigkeit vom Betriebsstrom

Tabelle 1: Verbesserte Wellenlängendrift JENOPTIK Demonstrator FF09174

Vorteilhaft ist die geringe spektrale Breite des Lasers, die nur 1nm FWHM beträgt (siehe Abbildung 3). Die Wellenlänge des Demonstrators liegt bei 978nm. Gegenwärtig wird mit verbessertem Chipmaterial eine Wellenlänge von 976nm angestrebt. Mit dieser Wellenlänge können beispielsweise Faserlaser effektiv gepumpt werden. Aufgrund der Wellenlängenstabilisierung wird der schmalbandige Absorptionsbereich des zu pumpenden Lasers bei jedem Betriebsstrom getroffen. Sogar der Pulsbetrieb des Pumpmoduls ist in dieser Anwendung möglich.

Abbildung 3: Spektrum JENOPTIK Demonstrator FF09174

Ansprechpartner:

Dr. Jürgen Wolf

Jenoptik Laser GmbH

juergen.wolf@jenoptik.com

BIVMIFF: Einzigartiges Pikosekundenlasersystem realisiert

bachmann — Fri, 08 Oct 2010 20:11:14 +0000

In Zusammenarbeit zwischen dem Institut für Angewandte Physik der Friedrich-Schiller-Universität in Jena und der InnoLight GmbH ist im Rahmen des BMBF Projektes BIVMIFF (Neue Bonding- und Integrations Verfahren für einen Pikosekunden-Mikrochiplaser mit integriertem Faserverstärker und Hochleistungsfrequenzkonversion) ein weltweit einzigartiges Pikosekundenlasersystem entstanden, dass im Hinblick auf eine Anwendung in der industriellen Materialbearbeitung effizient in den sichtbaren und ultravioletten Spektralbereich konvertiert wurde.

Das Lasersystem basiert auf einem faserverstärkten passiv-gütegeschalteten Mikrochiplaser und lieferte 100 ps Pulse mit einer Pulswiederholrate von 1 MHz bei mittleren Leistung von bis zu 40 W und einer zentralen Wellenlänge von 1064 nm. Aufgrund eines neuartigen Designs des Mikrochiplasers und des adaptiven Faserverstärkerdesigns wurden stabil Pikosekundenpulse im longitudinal-einmodigen Betrieb emittiert. Anschließend wurde die linear polarisierte Grundwelle mit einer Effizienz von >60 % frequenzverdoppelt und bis zu 23,7 W mittlere Leistung bei einer Wellenlänge von 532 nm erzeugt. Die Frequenzverdreifachung erreichte eine mittlere Leistung von mehr als 9.5 W bei einer Wellenlänge von 355 nm, womit vielfältige Applikationen in den Bereichen Photovoltaik und Halbleitertechnik adressiert werden können.

Die Ergebnisse dieser fruchtbaren Kooperation werden auf der SPIE Photonics-West-2011, LASE- Konferenz (http://spie.org/lase.xml) unter der Beitragsnummer 7912-39 vorgestellt.

Die Abbildung zeigt die Frequenzverdopplung des neuartigen Pikosekundenlasers

INDILAS: Projektpartner eröffnet Kompetenz- & Anwenderzentrum für Zukunftstechnologie moderne Photonik / Lasertechnologie

bachmann — Fri, 03 Sep 2010 10:31:53 +0000

Ein neues Photonik-Zentrum soll ab sofort kleinen und mittleren Unternehmen unter anderem Zugang zu modernen Laserstrahlquellen und deren technisch-industriellen Anwendungen verschaffen. Das sagte Wirtschaftsminister Hendrik Hering (SPD) bei der Eröffnung des Zentrums am 12.8.2010. Von diesem Zentrum profitierten sowohl die Unternehmen aus dem Kernbereich der Lasertechnik als auch Unternehmen mit Anwendungen in der Laser-Materialbearbeitung, so Hering weiter laut Mitteilung seines Ministeriums. Das Zentrum soll Zugang verschaffen zu modernen Laserstrahlquellen und deren technisch-industriellen Anwendungen sowie modernster optischer Mess- und Analysetechnik. Darüber hinaus soll mit dem Zentrum ein kontinuierlicher Know-how-Transfer aus der Forschung gewährleistet werden.

Einzelne Forschungsabteilungen haben bereits im September 2009 ihre Arbeit aufgenommen und forschen z.B. im Unterauftrag der LUMERA LASER GmbH im BMBF-Verbund INDILAS an innovativen Diodenlasern. Mittlerweile sind alle Abteilungen ausgestattet und das Photonik-Zentrum wird das Bindeglied zwischen angewandter Forschung und der industriellen Anwendung sein. Fragen nach der geeigneten Laserstrahlung, nach den Möglichkeiten der Lasermikrobearbeitung oder nach der Wirtschaftlichkeit von Laseranwendungen, werden zukünftig im Photonik-Zentrum Kaiserslautern kompetent beantwortet werden können. Ein weiterer Bedarf besteht in der Aus- und Weiterbildung von qualifiziertem Personal in allen Qualifizierungsstufen, d.h. vom Facharbeiter bis zum Auszubildenden in allen Bereichen der Lasertechnik.

Laut Wirtschaftsministerium soll das Zentrum mit anderen Forschungseinrichtungen im Land kooperieren, darunter die TU Kaiserslautern, die Fachhochschule Koblenz und das Laserzentrum der Handwerkskammer Koblenz.

Das Land unterstützt den Aufbau des neuen Photonik-Zentrums den Angaben zufolge mit insgesamt 2,7 Millionen Euro, die Hälfte davon sind EU-Mittel.

Wirtschaftsminister Hendrik Hering (Mitte) justiert einem Festkörperlaser im Labor des PZKL (links: Geschäftsführer Dr. habil. Johannes L‘huillier, rechts: Dr. Marco Weitz)

HEMILAS: aktuelle Ergebnisse der Projektpartner

bachmann — Wed, 24 Mar 2010 21:27:53 +0000

Bei Festkörperlasern geht der Entwicklungstrend in Richtung Faserkopplung und Faserlaser weiter. Gleichzeitig eröffnet die gesteigerte Brillanz der Laserquellen durch immer kleinere Faserkerndurchmesser, Akzeptanzwinkel bei steigender Ausgangsleistung neue Anwendungen. Dazu sind neue brillante Pumpquellen notwendig, die einerseits die geforderte Leistung als auch an das System angepasste Strahlparameterprodukte aufweisen. Im Förderverbund HEMILAS werden hochbrillante Einzelemitter und Miniarrays für derartige, industrielle Diodenlaser untersucht. Die Beteiligten sind Jenoptik DiodeLab, m2k, Osram Opto Semiconductors, DILAS, Jenoptik und Laserline.

Für das DILAS-Faserkoppelmodul werden innovative Pumpquellen bei 976nm benötigt, die durch hohe Brillanz und einfaches Handling bestechen. Diesen Anforderungen werden miniaturisierte Anordnungen von Diodenlasern gerecht, die aus schmalen Emittern und kleinen Emissionsflächen sehr hohe Leistungsdichten und somit die benötigte Brillanz bereitstellen. Die auf diese Anforderungen und die erforderliche Strahlqualität angepassten Miniarrays werden als T-Bars (tailored-bars) bezeichnet und im Rahmen dieses Projekts wird ihr Einsatz in speziell dafür entwickelten Strahlquellen getestet. In ihnen wird das von den T-Bars emittierte Licht nur mittels FAC und SAC geformt, um die Kosten für mikrooptische Komponenten zu reduzieren. Dieses Vorgehen ist aufgrund der optimierten Lateralstruktur des Barrens möglich. Zusätzlich ergibt die thermische Simulation des Barrens auf seiner Wärmesenke, dass durch den kleinen Füllfaktor eine sehr gute Kühlanbindung realisierbar ist, wodurch im Betrieb hohe Emitterleistungen ermöglicht werden.

Kürzlich gelang es, mit den vom Projektpartner OSRAM hergestellten Barren, eine Strahlquelle aufzubauen, die aus einer optischen Faser mit einem Kerndurchmesser von 200µm und einer numerischen Apertur von 0,22 eine optische Leistung von mehr als 210W emittiert. Dieses Ergebnis zeigt das Potential, mit diesem Konzept Pumpquellen für Faserlaser der kW-Klasse zu realisieren.

Abb.1: P-I-Kennlinie der kürzlich auf der Basis von T-Bars realisierten DILAS-Strahlquelle. Bei einem Strom von 40 A wurden 212 W aus einer Faser miteinem Kerndurchmesser von 200 µm realisiert.

JENOPTIK untersucht verschiedene Ansätze zur Faserkopplung von Diodenlasern. Der Schwerpunkt liegt auf Einzelemittern. Die Einzelemitter werden mit Hartlot auf eine isolierende keramische Wärmesenke aus Aluminiumnitrid gelötet. Die Automatisierbarkeit dieser Montagetechnik insbesondere hinsichtlich der erforderlichen hohen Genauigkeit wird untersucht. Die so konfektionierten Laser werden mit einem bleifreien Weichlot in eine Anordnung zur Faserkopplung montiert. Sowohl die verwendete Hartlot- als auch die Weichlot- Technologie sind auch für die Montage von Halbbarren geeignet.

Mit den Untersuchungen zur Faserkopplung werden mehrere Ziele verfolgt. Erstens soll eine kostengünstige Lösung zur Einkopplung eines einzelnen Emitters in eine Faser mit 105µm Kerndurchmesser und NA 0.15 demonstriert werden. Ziel ist ein Kopplungsgrad von über 80%. Dazu wurde eine spezielle Präparation des Faserendes als hyperbolische Zylinderlinse verwendet, die eine direkte Einkopplung der Laserstrahlung ohne weitere optische Elemente ermöglicht. Die Justage lässt sich durch eine neu entwickelte spielfreie Faserführung vereinfachen. Bisher wurde eine Ausgangsleistung von 13W aus der Faser bei einem Kopplungsgrad von über 80% gezeigt. Derzeit wird eine Optimierung der Endflächengeometrie der Faser untersucht, die eine verminderte Rückreflexempfindlichkeit erwarten lässt.

Zweitens wird eine Faserkopplung von mehreren Einzelemittern in eine 105µm Faser entwickelt. Mit der Kopplung von 10 Einzelemittern wurde eine Ausgangsleistung von 80W dargestellt. Weitere Ziele sind die Erhöhung der Ausgangsleistung und die Prozeßentwicklung von der Montagetechnik bis zur Faserkopplung für wellenlängenstabilisierte Emitter mit DBR-Struktur bei 976nm, die am FBH entwickelt werden.

Abb. 2: Elektro-optische Kenndaten eines fasergekoppelten Lasermoduls der Firma JENOPTIK Laserdiode auf Basis von 10 Einzelemittern

Der Projektpartner Laserline arbeitet an Diodenlasersystemen mit deutlich verbesserter Brillanz. Dazu wurden erfolgreiche Miniarrays aus den Vorarbeiten der Chip-Hersteller verarbeitet. Die Langzeitalterungstest (Hartpuls und cw im Wechsel) von Einzelbauteilen über ca. 2500h sind in Abbildung 3 gezeigt. Die Degradationsrate ist mit <0.4%/1000h sehr niedrig, was zu einer erwartete Lebensdauer im Bereich von 50.000h führte., D.h., dass das für ein spateres Produkt notwendige Qualitätsniveau gezeigt ist.

Abb. 3: Langzeit-Stabilitätstests der Firma Laserline an montierten Miniarrays

Jeweils 10 Mini-Arrays wurden zu einem vertikalen Stapel zusammengebaut. In Projekt angepasste Strahltransformation und Strahlformung erlaubt eine Faserkopplung mit Strahlparameterprodukt von BPP=30mm*mrad (600µm Faser mit NA=0.1). Ziel ist dann eine Wellenlängen- und Polarisationskopplung von insgesamt 4 Stapeln. Als Zwischenschritt wurden bereits zwei Stapel (980nm und 1020nm) zu einer Gesamtleistung von ca. 2500W gekoppelt. Die Leistungskennlinie ist in Abbildung 4 gezeigt. Der Gesamtwirkungsgrad WPE betrug ca. 40%. Das Strahhlparameterprodukt BPP erreicht Werte von 31.7mm*mrad (2.Momente Methode).

Abb. 4: Laserline Leistungskennlinien fasergekoppelter Stacks aus Miniarrays. Grün und blau: jeweis ein Stack, rot und schwarz: Wellenlängenkopplung zweier Stacks.

Abb. 5: Primes Focusmonitor: das Laserline-System zeigt ein Strahlparameterprodukt BPP von 31.7mm*mrad (2.Momente Methode)

ONE2FEL: Nachwuchsphysiker der Universität Jena bei amerikanischer Photonik-Konferenz ausgezeichnet

bachmann — Mon, 08 Feb 2010 22:52:25 +0000

Dipl.-Physiker Jens Thomas von der Friedrich-Schiller-Universität Jena ist bei der „Photonics West 2010“ in San Francisco mit dem 2. Platz des „LASE Best Student Paper Award“ ausgezeichnet worden. Der Doktorand am Institut für Angewandte Physik (IAP) erhielt den mit 1.000 US-Dollar dotierten Preis für seinen Beitrag „Mode selective fiber bragg gratings“ (Proc. SPIE 7589-16).

Mit grünem Laser beleuchtete Faser mit Faser-Bragg-Gitter (linke Bildhälfte). Rechts: Schematische Darstellung einer Faser mit FBG (Bild: Friedrich Schiller Universität Jena).

Faser-Bragg-Gitter sind Spiegel, die in eine Faser integriert sind (siehe Abbildung). Mit ihrer Hilfe kann die Lichtausbreitung in Hochleistungsfaserlasern gezielt gesteuert werden. Die Forschungsarbeiten werden im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Verbundvorhabens „one2FEL – Innovative Komponenten für 2µm-Faserlaser hoher Leistung“ durchgeführt. Hier arbeitet Thomas mit seinen Kollegen an der Aufgabe, effizientere 2µm-Faserlaser mit Ausgangsleistungen von bis zu 250W zu realisieren. Dieses ehrgeizige Ziel ist jedoch nur durch die Entwicklung neuartiger, integriert-optischer Komponenten zu erreichen.

Die „Photonics West“ ist eine der größten Fachmessen und -konferenzen auf den Gebieten Photonik, Laser und optische Technologien. Anlässlich des 50. Jahrestages der Erfindung des Lasers wählte eine Fachjury aus über 60 hochkarätigen Arbeiten die besten drei „Student Paper“ aus. Überreicht wurden die Urkunden an die drei Gewinner von Charles Townes, der 1964 für grundlegende Arbeiten auf dem Gebiet der Quantenelektronik den Nobelpreis für Physik erhalten hat.

Preisverleihung: Dipl.Phys. Jens Thomas (3. v. links), Prof. Charles Townes (rechts)

Kontakt:

Prof. Dr. Stefan Nolte
Institut für Angewandte Physik der Friedrich-Schiller-Universität Jena

Max-Wien-Platz 1, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 947820
E-Mail: nolte@iap.uni-jena.de

Homepage: http://www.iap.uni-jena.de

FALAMAT: Neue Fasern getestet

bachmann — Tue, 03 Nov 2009 20:14:18 +0000

Die Schwerpunkte des Projektes liegen auf der Entwicklung von laseraktivem Yb-dotiertem Quarzglas und dessen Weiterverarbeitung zu Laserfaser-Vorformen und Laserfasern (Projektpartner IPHT und Heraeus Quarzglas GmbH), die dann bei der Laserline GmbH in verschiedenden Faserlaserkonfigurationen bezüglich der maximal extrahierbaren Leistung und ihrer Langzeitgbeständigkeit getetstet werden. Die HIGHYAG Lasertechnologie GmbH konfektioniert die Fasern und entwickelt faserbasierte Komponenten für intergrierte Systemlösungen.

Zur Herstellung der Yb-dotieren Quarzgläser wird zunächst ein Schlicker aus synthetischen SiO₂-Partikeln mit einer Dotandenlösung versetzt. Nach der Trocknung und Granulation des Schickers erhält man ein dotiertes Granulat, das zu dotierten Quarzglasstäben gesintert wird (vgl. Abb. 1, Foto links). Die wichtigsten Aufgaben der Materialentwicklung sind hierbei die Optimierung der Materialreinheit, die Reduktion der Grunddämpfung, das Unterbinden von Defekten und Blasen sowie die Unterdrückung der Materialalterung (Photodarkening). Bei der Optimierung dieser Parameter wurden in enger Abstimmung zwischen Heraeus und IPHT in den vergangenen 12 Monaten deutliche Fortschritte erzielt. Durch systematische Untersuchung der Einflüsse von Zusammensetzung und einzelner Prozessschritte konnten insbesondere die Ursachen für Blasenbildung und die erhöhte Grunddämpfung identifiziert und schrittweise abgestellt werden werden. Im Ergebnis konnten reproduzierbar Fasern mit der erforderlichen Yb-Konzentration hergestellt werden, die Grunddämpfungen deutlich unter 100 dB/km @ 1200 nm aufwiesen.

Die dotierten Quarzglasstäbe werden dabei durch eine Kombination mehrerer Produktionsverfahren wie z.B. Plasmabeschichtung mit undotiertem und F-dotiertem Quarzglas, Bohr-, Schleif-und Poliertechniken sowie Überfangtechniken zu Double-Clad- Vorformen mit Ultra-Large-Mode-Area-Design (XLMA) weiterverarbeitet. Die aus den Vorformen gezogenen Fasern weisen einen Yb-dotierten Kern (Ø 50 bis 100 µm), ein undotiertes Pumpcladding (Ø_max 900 µm) sowie einen F-dotierten Quarzglasmantel (Ø 1000 µm) auf. Zur besseren Pumplicht-Absorption im aktiven Kern ist das Pumpcladding 2D- oder 4D-förmig ausgebildet (vgl. Abbildung, mittleres und rechtes Foto)

Abbildung: Links: Yb-dotierte Quarzglasstäbe, die als Kernmaterial für Laserfasern dienen. Mitte: Hergestellte Laserfaser mit 2D-förmigem Pumpcladding. Rechts: Realisierte Laserfaser mit 4D-förmigem Pumpcladding

Bislang wurden Quarzgläser mit unterschiedlichen Yb-Konzentrationen und Kodotanden erfolgreich gesintert. Die Materialien wurden zu Laserfasern weiterverarbeitet und bei Laserline getestet.

Begleitend zur Materialentwicklung wurde am IPHT die Messtechnik zur Charakterisierung der Bulk-Materialien, Performen und Fasern kontinuierlich erweitert. Insbesondere die Möglichkeit der Messung von spannungsinduzierten Brechzahveränderungen an Preformen und Fasern, aber auch die Erweiterung der Möglichkeiten zur beschleunigten Untersuchung des Phortodarkenings in laseraktiven Fasern sind hier zu nennen.

Aktuell wurde dabei aus solchen Fasern eine Maximalleistung von ca. 630 W extrahiert. Die dabei gemessene Fasertemperatur stellt derzeit eine Begrenzung dar. Die Ursachen hierfür liegen vor allem in der erhöhten Grunddämpfung und der kürzeren Faserlänge (große laseraktive Kerne) mit der daraus resultierenden geringeren Kühlfläche an der Außenseite der Faser. Jüngste Ergebnisse von etwa 70 dB/km Fasergrunddämpfung stimmen jedoch zuversichtlich, so dass auch hier zeitnah Leistungen jenseits der 1.000 W zu erwarten sind.

Die bisher im Projekt maximal erzielte Faserlaser-Ausgangsleistung liegt bei 1.130 W und wurde bei Laserline mit einer zu Vergleichszwecken angeschafften Benchmarkfaser erreicht.

Mit verbesserten Fasern und auf der Basis einer neuen Laserbarrengeneration sollten Ausgangsleistungen von 1.300 -1.500 W erreichbar sein.

Ein weiteres Hauptaugenmerk der Laserline GmbH liegt auf der systematischen Analyse des Langzeitverhaltens der unterschiedlich dotierten Fasermaterialien.

Von der HIGHYAG Lasertechnologie GmbH wurden für die Realisierung einer Strahlführung mit Lichtleitfasern zur effizienten Ein- und Auskopplung Lichtleitkabelstecker mit Endcap entwickelt und für die Steckertypen Standard LLK und LLK Auto realisiert. Dabei spielten die besonderen optischen und thermischen Anforderungen eine wichtige Rolle. Das spiegelte sich in der Wahl der Materialien und der Dimensionierung der Baugruppen wider. Die Endcaps sind mit einer AR-Schicht versehen, die mechanische Anordnung des Steckers und die Konfektionierung der Faser tragen der thermischen Beanspruchung Rechnung.

Zerstörschwellentests der Spleißverbindungen ergaben Werte bis nahe an die Zerstörschwelle des Faser-Grundmaterials, Untersuchungen zur Widerstands-fähigkeit gegenüber Verlustleistungen der Steckerkonstruktion waren bis in den kW-Bereich erfolgreich.

Weiteres Tätigkeitsfeld von HIGHYAG liegt im Bereich der faseroptischen Komponenten und Verbindungstechnik für den Aufbau einer „optical engine“, insbesondere der Herstellung von Spleißverbindungen aktiver und passiver Fasern und der Konfektionierung von Fasercombiner/ -splitter. Ziel ist die Herstellung eines 1,5 kW Funktionsmusters.

FAZIT: Gewinngeschalteter Dioden-gepumpter Faserlaser

bachmann — Mon, 02 Nov 2009 19:17:41 +0000

Ziele: Für Aufgaben wie das Beschriften, Abtragen und Bohren in der Mikromaterialbearbeitung bieten sich gepulste Faserlaser aufgrund ihrer hohen Effizienz, einfachen Bauform und ihrer Grundmode-Stahlqualität an. Als kostengünstige Alternative zu gütegeschalteten Faserlasern und gepulsten Faserverstärkern, deren Kosten durch die verwendeten optischen Modulatoren und Isolatoren in die Höhe getrieben werden, wurde im Rahmen des BMBF-Projektes FAZIT am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ein gewinngeschalteter, diodengepumpter Faserlaser demonstriert.

Vorteile: Im Vergleich zu gepulsten Faserverstärker-Aufbauten und gütegeschalteten Faserlasern besitzt das Konzept des gewinngeschalteten Faserlasers den Vorteil, dass der Laser hier als komplett faserintegrierter Oszillator, bestehend aus einer aktiven Faser und zwei Faser-Bragg-Gittern, realisiert werden kann.

Die Pulse werden durch zeitliche Modulation der Pumpdioden erzeugt. Dadurch ist es im Gegensatz zu den anderen beiden Konzepten möglich den Pulsfrequenzbereich von etwa 100 kHz bis hinunter in den Einzelschussbetrieb zu erweitern.

Ergebnisse: Um die Realisierbarkeit des Konzeptes zu zeigen wurde eine 12,5 m lange Ytterbium-dotierte Singlemode-Faser mit einem Kerndurchmesser von 6 µm in Verbindung mit einem bei 1080 nm hoch-reflektierenden FBG und einem schwach reflektierenden Auskoppelgitter mit einem gepulsten Diodenlasermodul gepumpt [1]. Die in die Faser gekoppelte Pumpenergie beträgt bis zu 30 µJ bei einer Pulsdauer von ca. 200 ns und Repetitionsraten von 10-50 kHz.

Das Ausgangsspektrum ist mit einer Halbwertsbreite von ca. 250 pm sehr schmal bei einem guten Signal-zu-Rausch-Verhältnis von mehr als 30 dB (Bild 1)

Bild 1: Ausgangsspektrum des gewinngeschalteten Faserlasers bei einer Pumpenergie von ca. 30 µJ und 50 kHz

Aufgrund der geringen zur Verfügung stehenden Pumpenergien sind die Pulsaufbauzeiten mit 5-8 µs, ebenso wie die die Pulsdauern im Bereich von 1,4-1,7 µs noch recht lang (Bild 2).

Bild 2: Pulsformen der Pumpleistung und der Laser-Ausgangsleistung bei verschieden Pumpenergien

Es wurden Pulsenergien im Bereich von bis zu 7 µJ erreicht bei Pumpenergien bis zu 30 µJ. Allerdings ist zu sehen, dass ein Einzelschussbetrieb des gewinngeschalteten Faserlasers noch nicht möglich und die Ausgangsenergie stark von der Repetitionsrate abhängig ist (Bild 3), da sich wegen der schwachen Extraktionseffizienz die Pulse gegenseitig über eine in der Faser verbleibende Restinversion beeinflussen.

Bild 3: Laser-Ausgangsenergie in Abhängigkeit der Pumpenergie bei verschiedenen Repetitionsraten

Zur Erhöhung der verfügbaren Pumpenergie und, um somit auch den Einzelschussbetrieb des gewinngeschalteten Faserlasers zu demonstrieren, wurde im Rahmen des BMBF-Projektes ein fasergekoppelter, gepulster Pumplaser bestehend aus 4 geometrisch überlagerten und polarisationsgekoppelten Laserdioden entwickelt (Bild 4), der eine Pulsenergie von mehr als 150 µJ liefert [2], wodurch die Effizienz des gewinngeschalteten Faserlasers erhöht und die Pulsdauer verringert werden kann.

Bild 4: Strahlformung des gepulsten Laserdiodenmoduls

Autor / Kontaktperson:

Dipl. Phys. Martin Giesberts

Fraunhofer-Institut für Lasertechnik

Steinbachstr. 15

52074 Aachen

martin.giesberts@ilt.fraunhofer.de

[1] Giesberts, Martin; Geiger, Jens; Traub, Martin; Hoffmann, Hans-Dieter: Novel design of a gain-switched diode-pumped fiber laser, Proc. Of Spie, Vol 7195 (2009)

[2] Traub, Martin; Giesberts, Martin; Geiger, Jens; Johnigk, Carsten; Hoffmann, Hans-Dieter: High-peak-power fiber coupled super-pulsed diode lasers, Proc. Of Spie, Vol 7198(1) (2009)

SPEKTRALAS: spektrale Stabilisierungskonzepte weiterentwickelt

bachmann — Sun, 18 Oct 2009 23:22:24 +0000

Im Rahmen des BMBF-Projektes SPEKTRALAS beschäftigt sich das Ferdinand-Braun-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) mit der Verbesserung der Eigenschaften von Diodenlasern. Die spektrale Breite bei 975 nm Breitstreifenlasern liegt in der Regel zwischen 3 und 5 nm –was für viele Anwendungen jedoch zu groß ist. Zwei unterschiedliche Diodenlaserstrunkturen wurden am FBH für zwei verschiedene spektrale Stabilisierungskonzepte entwickelt und an die Projektpartner ausgeliefert.

1) „Extreme low divergence“-Diodenlaser (ELOD) für VBG-Nutzung

Bei diesem Ansatz wird die Linienbreite mit einem externen Volumen-Bragg-Gitter verringert. Um besser extern eingekoppelt zu werden, sollten Diodenlaser idealerweise einen möglichst kleinen Fernfeldwinkel besitzen. Dem FBH ist es gelungen, das Fernfeld eines Breitstreifen-Diodenlasers bei 975 nm auf 28° (95 % Leistung) zu verringern.¹Der Konversionswirkungsgrad von 58 % konnte beibehalten werden. Die Abbildungen zeigen den SPEKTRALAS-ELOD im Vergleich zu früheren FBH-Dioden.²

2) Breitstreifen DFB-Laser – monolithisch integriertes Gitter

Werden Gitter direkt in den Diodenlaser integriert, sind keine externen optischen Elemente notwendig. Leider verschlechtert dies typischerweise die Lasereigenschaften.³ Im SPEKTRALAS-Projekt hat das FBH das Design und die Materialeigenschaften integrierter Gitter so verbessert, dass schmale Spektrallinien und ein hoher Wirkungsgrad bei hohen Leistungen erreicht werden konnten. So wurden Diodenlaser mit 55 % Wirkungsgrad bei 7 W mit 0.3 nm Linienbreite entwickelt. Das vertikale Fernfeld liegt bei 46° (95 % Leistung). Die Abbildungen zeigen den SPEKTRALAS-DFB-BA-Laser im Vergleich zu früheren FBH-Dioden.⁴

Ref:

1) P. Crump et al. Proc. SPIE 7483, Paper 748310 (2009)
2) P. Crump et al. Proc. SPIE 7198, Paper 719814 (2009)
3) C.M. Schultz et al. IEEE Photon. Techn. Lett. 21, pp. 593-595 (2009)
4) P. Crump et al.. Angenommen Photonics West 2010. Anmeldung bei Electronic Letters geplant

PULSAR: Kleinster aktiv gütegeschalteter Laser der Welt

bachmann — Fri, 09 Oct 2009 19:40:28 +0000

Aktiv gütegeschalteter Mikrolaser der Fa. InnoLight

Im Rahmen des vom BMBF geförderten Projektes „PULSAR“ (Gepulstes Lasersystem mit Adaptierbaren Pulsparametern) haben die beteiligten Firmen InnoLight GmbH und RHe Microsystems GmbH herausragende Resultate im Bereich der Mikrochip-Lasertechnologie erzielt. Mit einer Baugröße von nur 25 mm x 50 mm entstand in dieser Kooperation der weltweit kleinste aktiv gütegeschaltete Mikrochip-Laser bei einer Wellenlänge von 1 µm. Bei einer Wiederholrate von 40 kHz und kurzen Pulsdauern von 1 ns wird eine Ausgangsleistung von 700 mW erreicht. Bei der Produktion dieses neuartigen Lasers kommen Schweiß- und Löttechniken zur Verbindung des Gehäuses und Austrittsfensters zur Anwendung. Die von RHe entwickelte, automatisierte Aufbautechnik für optische und elektrische Bauteile finden dabei mit flussmittelfreien Löt- bzw. Wire-Bonding Prozessen unter Schutzgas-Atmosphäre statt. In weiteren Entwicklungsschritten sollen diese Techniken auf möglichst alle Bauteile des Lasers übertragen werden, um zukünftig hohe Stückzahlen zeit- und materialeffizient herzustellen.

Erzielte Pulsdauer und mittlere Leistung bei einer Pulswiederholrate von 40 kHz

Damit stellt dieser sehr kompakte Prototyp Mikrochip-Laser eine extrem zuverlässige und attraktive Quelle für Anwendungen in verschiedenen Bereichen der Mikromaterialbearbeitung dar. Zur Erschließung weiterer Applikations-felder werden diese Laser im Rahmen des PULSAR-Projektes in Faserverstärkern vom Laser Zentrum Hannover e.V. in ihrer Leistung und Pulsenergie auf über 10 W und 300 µJ weiter skaliert.

Kontakt:

Dr. Stefan Spiekermann

Tel. +49 511 760 727-0

Fax. +49 511 760 727-99

Email: sales@innolight.de

BIVMIFF: Mikrochip-Laser hergestellt und charakterisiert

bachmann — Wed, 30 Sep 2009 15:29:26 +0000

In dem Zeitabschnitt vom April bis August 2009 wurden mehrere monolithische Mikrochip-Laser auf der Bondinggrundlage „Spin-on-Glass“ hergestellt und charakterisiert. Die Bilder 1 und 2 zeigen so einen extrem kompakten Mikrochiplaser ( 1,5mm x 1,5mm x 0,7mm ) mit einem 1-Cent Geldstück und einer M8-Sechskantmutter im Hintergrund als Größenvergleich.

Eine temperaturstabile Montagetechnologie für Laserkristalle auf sättigbaren Absorbern wurde erarbeitet. Die Verbindung hält Temperaturen bis 250°C stand und verträgt hohe optische Leistungsdichten von ~10 GW/cm². Die hergestellten µChip-Laser lieferten Pulsfolgefrequenzen von mehreren 100 kHz bis in den MHz Bereich und Impulsenergien von ein bis mehreren Hundert Nanojoule.

Bild 1 und 2: Ein mit Spin-On-Glass monolithisch-gebondeter Mikrochip-Laser basierend auf Nd:YVO₄Kristall und sättigbaren Halbleiter-Absorberspiegel (SAM) mit Abmessungen 1,5 mm x1,5 mm

Auf der Grundlage eines Mikrochiplaser als Seed-Quelle mit variablen Pulsfolgefrequenz von 1MHz bis ~2 MHz wurde ein Faserverstärker realisiert. Das Signal mit einer zentralen Wellenlänge von 1064nm konnte im Einzeldurchgang in einer Ytterbium-dotierten photonischen Kristallfaser auf 38.7 W mittlere Leistung bei 1 MHz Repetitionsrate verstärkt werden. Das verstärkte Signal wies keine Verformung der zeitlichen Pulsform auf und wurde nur geringfügig spektral verbreitert. Ein solches Signal eignet sich zur Frequenzvervielfachung. Eine Frequenzverdopplung mit einem LBO-Kristall lieferte 17 Watt mittlere Leistung bei 532 nm Wellenlänge.

HEMILAS: Hochbrillante Einzelemitter und Miniarrays zum Bau von Diodenlasern für industrielle Anwendungen

bachmann — Tue, 29 Sep 2009 19:35:14 +0000

Bei Festkörperlasern geht der Entwicklungstrend in Richtung Faserkopplung und Faserlaser weiter. Gleichzeitig eröffnet die gesteigerte Brillanz der Laserquellen durch immer kleinere Faserkerndurchmesser, Akzeptanzwinkel bei steigender Ausgangsleistung neue Anwen-dungen. Dazu sind neue brillante Pumpquellen notwendig, die einerseits die geforderte Leistung als auch an das System angepasste Strahlparameterprodukte aufweisen. Im Förderverbund HEMILAS werden hochbrillante Einzelemitter und Miniarrays für derartige, industrielle Diodenlaser untersucht. Die Beteiligten sind Jenoptik DiodeLab, m2k, Osram Opto Semiconductors, Dilas Diodenlaser, Jenoptik und Laserline.

Elektro-optische Kenndaten eines Kurzbarrens mit 9 Emittern und Resonatorlänge 4000 µm der Firma Osram

Osram untersucht verschiedene Designs der Minibarren. Ein Ziel sind Kurzbarren mit niedrigem Füllfaktor, die sich thermisch wie Einzelemitter verhalten und die speziell auf Faserkopplung optimiert sind. Das zweite Ziel sind Kurzbarren höchster Leistung, um mittels 4-fachem Wellenlängenmultiplexing einen direkten fasergekoppelten Laser mit 4-5 kW zu demonstrieren. Das zu erreichende Strahlparameterprodukt beträgt 20 mm mrad. Osram ist im Verbund für die Wellenlängen 980 und 1020 nm zuständig. Die Breite der Barren für höchste Leistungen wurde auf 3,6 mm festgelegt, der Füllfaktor ist 50 %. Osram hat einen neuen Epitaxieprozess für die Wellenlänge 1020 nm und neue Wellenleiterstrukturen untersucht. In der Abbildung ist die cw-Kennlinie eines derartigen 1020 nm-Kurzbarrens dargestellt. Der Barren wurde mit Hartlot auf einem Mikrokanalkühler montiert und erreicht die Zielleistung von 80W mit sehr hoher Effizienz von 63 %, die selbst bei hohen Leistungsdichten erhalten bleibt. Dies ist eine deutliche Steigerung der Brillanz der Pumpquelle für Industrielaser mit kleinem Strahlparameterprodukt.

60 %. Die internen Verluste sind <5 cm-1" width="300" height="198" />

Elektro-optische Kenndaten eines 90 x 5000 µm2 Breitstreifenlasers. Der Wirkungsgrad erreicht 65 % und ist auch bei 10 A >60 %. Die internen Verluste sind <5 cm-1

Die Firma m2k demonstrierte neue Trapezlaser-Daten: Es wurden Vertikalstrukturen entwickelt und bei Epinova bzw. am Fraunhofer IAF epitaxiert, die unter Beibehaltung der guten elektro-optischen Eigenschaften der Diodenlaser nun eine reduzierte Fast-Axis-Divergenz von 45° (95 % Leistungseinschluss) anstatt der 67° zu Beginn des Projektes aufweisen. Die internen Verluste wurden auf unter 0,5 cm^-1 gesenkt. Gleichzeitig konnte auch der Serienwiderstand vor allem im Hochstrombereich gesenkt werden. Mit diesen neuen Strukturen konnten bereits 5 mm lange Breitstreifenlaser mit >65% Gesamtwirkungsgrad demonstriert werden. Basierend auf diesen Strukturen konnten bei 4 mm langen Trapezlasern 5,7 W bei einem Betriebstrom von 8 A demonstriert werden. Ein Serienwiderstand von 40 mW und eine Kennliniensteigung von über 1 W/A resultiert in einem maximalen Wirkungsgrad von 51 %. Die Strahlqualität liegt bei den Einzelemittern derzeit bis 4 W bei M²< 1,6 und bei 5 W bei M²< 3.

Kernpunkt der Arbeiten zur Halbleiterentwicklung bei JENOPTIK ist die Entwicklung von Einzellemitter-Diodenlasern mit einer Leistung von 20 W, abgestrahlt aus einer Apertur mit 100 µm Breite. Durch Anordnung mehrerer derartiger Emitter in Arrays bis hin zu Halbbarren sollen schließlich Leistungen bis zu 200 W erreicht werden. Zur Verbesserung der spektralen Brillanz ist insbesondere für die Einzelemitter eine zusätzliche Stabilisierung der Arbeitswellenlänge vorgesehen. Diese ist notwendig, um auch bei Variation von Leistung und Temperatur den Einsatz als effektive Pumpquelle zu gewährleisten. Die Wellenlängen-stabilisierung wird durch Integration einer Gittersektion in Form eines DBR-Oberflächen-gitters hoher Ordnung erreicht. Aktuelle Ergebnisse an Einzelemittern mit integrierten DBR-Gittern (90 µm Aperturweite, 4 mm Resonatorlänge) zeigen, dass ab einem Betriebsstrom von etwa 3,5 A die Gitterwirkung einsetzt und mit zunehmendem Strom eine Leistung von 17 W erreicht wird (siehe Abb.). Die Gittersektion weist hier eine Reflektivität von etwa 60 % auf. Die Wellenlänge bleibt über dem gesamten Leistungsbereich unverändert und beträgt etwa 980 nm (siehe Abb.). Mit Linienbreiten des Spektrums (95% Leistungsinhalt) von deutlich unter 1 nm (0,6 nm bei 10 A bzw. 0,8 nm bei 17 A) wird eine hohe spektrale Brillanz erreicht. Diese Arbeiten zur Wellenlängenstabilisierung werden im Rahmen eines Unterauftrages am Ferdinand-Braun-Institut durchgeführt.

Links: Elektrooptische Kennlinie eines 90 µm-DBR-Einzelemitter mit Oberflächengitter 7. Rechts: Stromabhängigkeit des Laserspektrums (DBR-Einzelemitter entsprechend nebenstehender Abb.) mit einer spektalen Breite < 1 nm

Projekt FALKO gestartet: neue Hochleistungs-Faserlaser für die industrielle Fertigung

bachmann — Wed, 01 Jul 2009 18:47:36 +0000

BMBF-Forschungsprojekt FALKO soll Komponenten in Deutschland verfügbar machen

Hochleistungs-Faserlaser für Anwendungen der industriellen Materialbearbeitung wie das Schneiden und Schweißen werden seit einigen Jahren intensiv untersucht. Inzwischen sind Faserlaser mit Leistungen von mehr als 2kW bei exzellenter Strahlqualität kommerziell verfügbar. Dem Angebot der hohen optischen Leistung steht aber noch keine kompakte, justage- und wartungsarme hybrid oder monolithisch integrierte Infrastruktur („all-fiber“-Ansatz) zur Verfügung. Die Suche nach derartigen Lösungen ist das Ziel des auf drei Jahre angelegten Verbundprojektes „Komponenten für multi-kW-Faserlaser – FALKO“, das vom BMBF mit ca. 2,9 Mio. Euro unterstützt wird. Die Projektpartner entwickeln Strahlkoppler, optische Isolatoren, Faserschalter und Lichtwellenleiter zum Transport von Laserstrahlung, die speziell auf Hochleistungs-Faserlaser mit exzellenter Strahlqualität angepasst sind. Damit soll in Deutschland die gesamte Technologiekette für solche Faserlaser verfügbar gemacht werden.

Um die Vorteile von Faserlasern in Anwendungen voll nutzen zu können, werden Lichtwellenleiter benötigt, die die Laserstrahlung ohne Verlust an Strahlqualität an das Werkstück führen bzw. die auf die Anwendung angepasste Strahlprofile (z. B. „flat top“) emittieren. Die zu realisierenden Faserschalter ermöglichen, dass die Faserlaserstrahlung an verschiedenen Bearbeitungsstationen zur Verfügung steht.

Fasergekoppelte Isolatoren für singlemode-Laserstrahlung im kW-Bereich sind derzeit nicht erhältlich, wären aber für einige Anwendungen in der Materialbearbeitung von großer Bedeutung. So kann es bei der Bearbeitung von Materialien wie Messing und Kupfer aufgrund starker Reflektionen zu Leistungsinstabilitäten und sogar zur Beschädigung des Faserlasers oder seiner Pumpquellen kommen.

Mantelmodenabstreifern („mode strippers“) haben eine besondere Bedeutung bei der Nutzung von Hochleistungs-Faserlasern mit exzellenter Strahlqualität. „Mode stripper“ verhindern, dass im Fasermantel geführtes Licht aufgrund seiner schlechten Strahlqualität die Anwendungsergebnisse negativ beeinflusst oder gar die Bearbeitungsoptik zerstört.

Jeder der Verbundpartner Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT), Institut für Photonische Technologien (IPHT), FEE GmbH, LEONI Fiber Optics GmbH, Rofin-Sinar Laser GmbH und CeramOptec GmbH verfügt über langjährige Erfahrung in der Entwicklung und Realisierung faseroptischer Komponenten, ihrer Konfektionierung und der Systemintegration für die Anwendung in der industriellen Materialbearbeitung.

Die Arbeiten der Partner zielen auf Wachstumsmärkte im Bereich der Lasertechnik. So betrug der Markt für Lasersysteme in der Materialbearbeitung im Jahr 2008 etwa 6,4 Mrd. Euro (Quelle: OPTECH Consulting). Festkörper- und Faserlaser stellten etwa 43% der Strahlquellen. Für Faserlaser wird ein starker Anstieg der Marktanteile erwartet. Voraussetzung für die breite Marktdurchdringung des Hochleistungs-Faserlasers bei den dahinter stehenden Anwendungen wie dem Karosserieschweißen oder dem Schneiden ist die Verfügbarkeit leistungsstabiler und kostengünstiger Komponenten. Hier setzen die Arbeiten der Verbundpartner an.

Weitere Informationen zu den beteiligten Partnern:

Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT) zählt weltweit zu den bedeutendsten Auftragsforschungs- und Entwicklungsinstituten seines Fachgebietes. In der Abteilung Laser und Laseroptik werden innovative Laserquellen für verschiedene Anwendungen von Materialbearbeitung bis Klimaforschung entwickelt, sowie neue Laserkonzepte zur Marktreife gebracht. Die Beiträge der Faserlaser-Gruppe zum Forschungsprojekt „FALKO“ beinhalten die gesamte Infrastruktur, die zum Betreiben eines Hochleistungs-Faserlasers notwendig ist, angefangen bei neuen Verfahren zur Herstellung von Preforms, über die Weiterentwicklung von Schmelzkopplern bis hin zu faserintegrierten Isolatoren.

Im Jenaer Institut für Photonische Technologien (IPHT) steht das Licht im Mittelpunkt der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten. Seit seiner Gründung 1992 betreibt das Institut weltweit anerkannte Spitzenforschung; die Kompetenz des Forschungsbereiches „Optische Fasern und Faseranwendungen“ liegt auf den Technologien des geführten Lichtes: optischen Spezialfasern, passiven und aktiven Faserkomponenten und Fasermodulen sowie faseroptischen Sensorsystemen. Deshalb beinhalten die Arbeitspakete des IPHT die Entwicklung und Realisierung von aktiven sowie angepassten passiven Fasern und Faser-Bragg-Gittern für hohe optische Leistungen.

Das Forschungsinstitut für mineralische und metallische Werkstoffe – Edelsteine / Edelmetalle – GmbH (FEE) wurde 1989 im Zuständigkeitsbereich des Ministeriums für Wirtschaft, Verkehr, Landwirtschaft und Weinbau des Landes Rheinland-Pfalz gegründet und verfügt derzeit über 41 Mitarbeiter. Im Bereich Forschung und Entwicklung konzentriert sich die Arbeit des Institutes im Wesentlichen auf die Entwicklung neuer Laserkristalle sowie nichtlinear optischer Kristalle. In diesem Zusammenhang werden kontinuierlich Bearbeitungstechnologien von kristallinen Materialien entwickelt und verbessert.

Die LEONI Fiber Optics GmbH gehört zur börsennotierten Unternehmensgruppe LEONI, die weltweit als Anbieter von Drähten, optischen Fasern, Kabeln und Kabelsystemen tätig ist. Am Standort Jena produziert LEONI Fiber Optics faseroptische Schalter für unterschiedlichste Anwendungsbereiche, angefangen von der Telekom-Messtechnik bis hin zur Lasermesstechnik und Produktionsautomatisierung. Im Projekt „FALKO“ wird LEONI Fiber Optics optische Faserschalter für hohe optische Leistungen zur Materialbearbeitung entwickeln.

Die Hamburger Rofin-Sinar Laser GmbH gehört zur börsennotierten ROFIN-SINAR Technologies Inc., welche weltweit zu den Markt- und Technologieführern in der Lasertechnik zählt. Am Hamburger Standort werden leistungsstarke CO₂-, Festkörper-, Dioden- und Q-Switch-Laser für die industrielle Macro-Materialbearbeitung entwickelt und gefertigt. Rofin-Sinar Laser GmbH wird sich mit der Entwicklung von „free-space“- und „all-fiber“-Laserkopplern sowie als Systemintegrator an dem Forschungsvorhaben beteiligen.

Die zur börsennotierten biolitec-Gruppe gehörende CeramOptec GmbH entwickelt, produziert und vertreibt innovative Lichtwellenleiter für Medizintechnik, Analytik und industrielle Anwendungen wie z.B. Materialbearbeitung. Im Rahmen des „FALKO“-Projektes werden u.a. neuartige, faserlasertaugliche Transportfasern mit speziellen Kern/Mantelstrukturen, beam combiner und Modenabstreifer für hohe optische Leistungen realisiert und untersucht.

HEMILAS: Optimiert für effiziente Faserkopplung

admin — Mon, 15 Jun 2009 10:05:20 +0000

Bemusterungsstart für brillante Mini-Laserbarren.

Die neue Mini-Laserbarren-Generation von OSRAM Opto Semiconductors besticht durch ihre außerordentliche Brillanz im Wellenlängenbereich von 910 bis 1020 nm. Leistung und Strahlparameter sind so aufeinander abgestimmt, dass sich der enorm starke Lichtstrahl, der in einem definierten Winkel die kleine Austrittsfläche verlässt, perfekt in einen kleinen Faserkerndurchmesser mit beschränktem Akzeptanzwinkel einkoppeln lässt. Die Bemusterung läuft ab sofort, die Serienfertigung startet Anfang 2010.

Die Brillanz eines Lasers ist ein Maß für die Leistung pro Fläche und Raumwinkel und definiert, wie gut und wie viel Licht eines Mini-Laserbarrens in eine Glasfaser eingekoppelt werden kann. Erreicht wurde die hohe Brillanz durch die neue Epitaxie-Struktur VLOC (Very large optical Cavity) sowie eine herstellereigene, neue Spiegelbeschichtungstechnologie. Dr. Jörg Heerlein, Leiter Produktmarketing Laser bei OSRAM Opto Semiconductors versichert: „Unsere neuen Minibarren mit hoher optischer Leistung und Effizienz versetzen uns in die Lage, maßgeschneiderte Lösungen für kostengünstige, fasergekoppelte Laserdioden anzubieten.“

Mini-Laserbarren vereinen darüber hinaus die Vorteile von Einzelemittern mit denen von klassischen 1-cm-Barren: Sie sind kostengünstig, langlebig und können aufgrund ihrer geringen Größe flexibel an die Anforderungen unterschiedlicher Applikationen angepasst werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen fasergekoppelten Diodenlasersystemen ermöglichen die neuen Barrenstrukturen den Einsatz kostengünstigerer Strahlformungskonzepte zur Faserkopplung. Die so reduzierten Systemkosten tragen wesentlich dazu bei, dass Diodenlasersysteme zur direkten Materialbearbeitung immer attraktiver werden – gerade auch im Vergleich zu alternativen Laserlösungen.

Hochbrillante Mini-Laserbarren gibt es in verschiedenen, anwendungsspezifischen Produktfamilien, mit Füllfaktoren von 10 bis 20% und typischen Effizienzen bis zu 65%. Neben dem Pumpen von Faserlasern dienen die Laserbarren auch der direkten Mikromaterialbearbeitung, wie Markieren oder Mikroschweißen.

Die für Faserkopplungen optimierten, neuen Mini-Laserbarren überzeugen durch hohe Brillanz. Sie eignen sich besonders für die Mikromaterialbearbeitung wie Markieren oder Mikroschweißen (Quelle: OSRAM / HighYAG)

Beispielhaft lässt sich die Brillanz der Mini-Laserbarren anhand der Serie SPL BF beschreiben. Sie hat einen Füllfaktor von 10% und liefert bei 100 μm Emitterbreite pro Emitter 8 W Leistung, bei einer Slow-Axis-Divergenz < 7° (Wert gilt für 95% Leistungsinhalt). Die maximale Leistung bei gleichzeitig hoher Lebensdauer liegt bei etwa 12 W pro 100-μm-Emitter. Mit fünf Emittern erreicht man ein Strahlparameterprodukt von 15 mm x mrad. Das Licht mehrerer Mini-Laserbarren lässt sich so mit einfachen Optiken gleichzeitig in eine Faser mit 200 μm Kerndurchmesser und einer numerischen Apertur von 0,22 einkoppeln. Auf diese Weise sind Ausgangsleistungen von mehr als 200 W aus der Faser möglich. Abhängig von den Kundenanforderungen können auf Grundlage der neuen Technologie zahlreiche weitere Designs und Spezifikationen abgeleitet werden. Neue technologische Konzepte, die die Brillanz der Diodenlaser noch weiter steigern, werden aktuell im Förderprojekt des Bundesministeriums für Bildung und Forschung “HEMILAS” im Rahmen des INLAS-Verbands erforscht (FKZ 13N9575).

PRESSEKONTAKT:

Marion Reichl

Tel. +49 941 850 1693

Fax +49 941 850 444 1693

e-mail: marion.reichl@osram-os.com

Projekt BIVMIFF gestartet

admin — Tue, 24 Mar 2009 21:50:17 +0000

Ein gemeinsames Forschungsprojekt der Friedrich Schiller Universität Jena und der Firmen BATOP GmbH aus Jena und InnoLight GmbH aus Hannover soll zu einem völlig neuartigen Lasersystem führen.

In dem Projekt, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen des Förderprogramms „Optische Technologien“ unterstützt wird, sollen unkonventionelle Verbindungstechnologien als innovative Lösungsansätze für moderne Laser untersucht werden.

Die angestrebten Laserkenndaten übersteigen hinsichtlich der Durchschnittsleistung mit bis zu 50 Watt, Pulsdauern von unter 200 ps und Pulsfolgeraten von einigen 100 kHz die Parameter existierender Laser in dieser Kombination erheblich. Durch miniaturisierte, monolithische Bauteile soll die Größe des Lasers auf die eines Schuhkartons vermindert werden, wodurch klassische, justageaufwendige modengekoppelte Laser ersetzt werden können.

Laserstrahlquellen dieser Art sind hervorragend für die Laser Mikro-Materialbearbeitung geeignet, z.B. um die Herstellung von Druckwalzen schneller und effizienter zu ermöglichen, als auch den Prozess der Isolation von Dünnfilmsolarzellen durch industrietaugliche ultrakurze Laserpulse zu revolutionieren.

Durch das Know-how der drei Partner im Design und bei der Herstellung sättigbarer Absorberspiegel (BATOP), bei innovativen Festkörperlaserkonzepten (Universität Jena), Mikrochip Lasern und Frequenzkonversionsmodulen (InnoLight) sollen Synergieeffekte genutzt werden, um die anspruchsvollen Ziele zu erreichen und am Standort Deutschland den Vorsprung bei Hochleistungslaserstrahlquellen gegenüber der internationalen Konkurrenz weiter auszubauen.