HEMILAS

Hochbrillante Einzelemitter und Miniarrays zum Bau von Diodenlasern für Industrieanwendungen

HEMILASIn den letzten Jahren haben sich mit dem Festkörper-Scheibenlaser und dem Faserlaser zwei Konzepte parallel zum klassischen Festkörper-Stablaser im Markt für die Materialbearbeitung etabliert. Insbesondere der Faserlaser Markt zeigte mit >40% jährlichen Wachstumsraten (2004-2007) ein ausgesprochen dynamisches Wachstumsverhalten. Zum Pumpen von z.B. Faserlasern müssen die Pumplaserdioden höchste Brillanz und damit höchste optische Leistungen aus schmalen Emitterbreiten aufweisen. Die Laserdioden zum Pumpen von Scheibenlasern müssen heute min. 100W Ausgangsleistungen aus einem 10mm Barren liefern. Mittelfristig sehen die Anwender den Trend zu 200W Laserbarren. Diese Trends zeigen die Notwendigkeit einer neuen Generation von Halbleiterlasern mit höheren Leistungen, schmaleren Emissionsflächen und damit extrem hohen Leistungsdichten. Diodenlaser entwickeln sich rasant weiter und können zukünftig auch CO2-Laser verdrängen. Für diese Weiterentwicklung entscheiden sowohl technische Leistungsfähigkeit als auch die Kosten pro Watt Ausgangsleistung. Um am Marktwachstum teilzunehmen, müssen daher neue Konzepte für Diodenlaser verfolgt werden, z.B. Faserkopplung mit Miniarrays und einfacher Optik statt bisherige Systeme mit entweder komplexer Optik oder Systeme mit hoher Anzahl von Optiken für eine große Zahl an Faserkoppeleinheiten.

Das Ziel des Verbundes ist die Erforschung und Entwicklung von Einzelemittern und Miniarrays höchster Leistungen. Diese müssen gleichzeitig für einfache Optikkonzepte geeignet sein, d.h. geringe Abstrahldivergenzen und hohe elektro-optische Konversionseffizienz. Mit diesen Breitstreifen- und Trapezlasern sollen bei minimalen optischen Aufwendungen hochbrillante Pumpquellen für Festkörperlaser und für Faserkopplung entstehen. In diesem Verbund soll nun zum einen die Leistung der Breitstreifen-Emitter massiv gesteigert werden, um optische Leistungen zu erzielen, die bislang nur mit 10mm-Barren erreicht. Das Ziel sind 20W aus 90…100µm Apertur und 100W aus einem 2mm-Miniarray bzw. 200W aus einem 5mm-Array zu erreichen. Gleichzeitig ist als Eignung für Industrieanwendungen ein Lebensdauerziel von >20.000Stunden angestrebt. Zum anderen sollen Trapezlaser untersucht werden. Diese überzeugen im Vergleich zu Breitstreifenlasern aufgrund ihrer sehr hohen Strahlqualität durch ihre sehr gute Fokussierbarkeit, was insbesondere für die Faserkopplung einen großen Vorteil darstellt. Die guten Stahlqualitäten und die daraus resultierenden aktuellen Faserkoppelergebnisse im BRILASI-Verbund rücken Trapezlaser-Kurzbarren in das Interesse für Faser-Pumpquellen.

Basierend auf den zu realisierenden Chipmaterialien sollen Multi-kW Diodenlaser erforscht und entwickelt werden, die eine Strahlqualität von 20 mm mrad und Ausgangsleistung über 5 kW haben, welche oberhalb konventioneller, lampengepumpter Festkörperlaser liegt. Ein weiterer Anspruch hinsichtlich des Einsatzes der Diodenlaser als Pumpquelle für Festkörperlaser ist die Wellenlängenstabilität bei Änderung des Diodenstroms und der Diodentemperatur. Mögliche Methoden der Wellenlängenstabilisierung durch externe und interne Bragg-Gitter sollen deshalb untersucht und realisiert werden.

Ansprechpartner

Dr. Uwe Strauß
OSRAM Opto Semiconductors GmbH
Leibnizstr. 4
93055 Regensburg
e-mail: uwe.strauss@osram-os.com
Tel.: (0941) 850-1421
Fax: (0941) 850-444-1421

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