Ferdinand-Braun-Institut bemutat több új fejlesztést a Laser Optics Berlinen

Ferdinand-Braun-Institut bemutat több új fejlesztést a Laser Optics Berlinen

A félvezető lézerek egyre inkább elterjednek a megbízhatóság, a miniaturizálás, a nagy teljesítmény és a magas hatékonyság szempontjából egyre több lézeralkalmazásban. Az iparági találkozó és kiállítás a Laser Optics Berlin, amely 2010. március 22-24. között kerül megrendezésre a Funk-torony alatt. A kísérő kongresszus szoros összefonódást jelent a tudomány és az alkalmazás között a lézeroptika iparágban. A standján (Halle 18, Stand 404) valamint a kongresszuson a Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) különböző újdonságokat mutat be:

Kompakt lézeres rendszerek kijelzőkhöz

A lézeres tévézés vagy a lényegesen kisebb lézerek kijelzők irányába történő fejlődés útján a FBH tudósai nagy lépést tettek: egy hibrid rendszer felépítési koncepcióját sikeresen demonstrálták 488 nanométeres (nm) hullámhosszon, amely egy jól ismert hullámhossz számos spektroszkópiai alkalmazáshoz, de kijelzőkhöz is. A frekvencia megkettőzése révén infravörös lézerfény (976 nm) kék fényre alakul egy nemlineáris kristály segítségével – így a hullámhossz fele akkora lesz, mint eredetileg, azaz 488 nm. Eddig ez a koncepció kb. egy négyzetméteres laboratóriumi területet igényelt, most azonban egy gyufaskatulya méretűre miniaturizálták. A modul hőmérséklet- és hullámhossz-stabil, és egy demonstrátor, amely rugalmasan átvihető minden szükséges hullámhosszra.

A laboratóriumi felépítés miniaturizálásánál – a modul mindössze kb. 25x10x50 mm – a kimeneti teljesítményt egy wattban tartják állandóan – a szakértő "zajmentes folyamatos teljesítményként" említi. Az ilyen hibrid diódalézer rendszerek különböző egységekből állnak, ahol a mikrooptikák rendkívüli precíziós összeállítása külön kihívást jelent. A kb. borsószemnyi lencsék pontosan, 1 mikrométernél (µm) jobb pontossággal állíthatók be. Ez rendkívüli precizitást igényel, hiszen 1 µm nagyjából az emberi haj átmérőjének az ötvened része. Egy másik kritikus pont a felépítés hőmenedzsmentje. A frekvencia megkettőzéséhez szükséges kristály 50°C-on működik, míg a lézer szobahőmérsékleten. Mindkét hőmérsékletet szigorúan külön kell tartani: a lézert nem szabad felmelegednie, a kristály hőmérsékletét pedig 0,1°C pontossággal kell beállítani, mert a legkisebb eltérések is több mint 50%-os teljesítménycsökkenést eredményeznének.

A következő lépés a koncepció átültetése lézerekre, amelyek kék fényt 460 nm hullámhosszon, illetve zöld fényt 530 nm hullámhosszon bocsátanak ki – ezek az optimális hullámhosszok a kijelzőtechnológiához. A szükséges pumpálólézerek 920 nm hullámhosszon kék, illetve 1060 nm hullámhosszon zöld lézerek már kifejlesztésre kerültek.

Impulzuskiválasztó az ultrarövid fényimpulzusokhoz

Egy másik újdonság a FBH-tól a impulzuskiválasztó, egy új koncepció, amely lehetővé teszi, hogy a rövid impulzolláseres impulzusok magas frekvenciájú sorozataiból egyes impulzusokat "kiválasszunk". Az impulzuskiválasztóval ellátott lézeres rendszerek például anyagkezelésben, biomedicinális vizsgálati technikákban fluoreszcens spektroszkópia és lézeres távolságmérés alkalmazására alkalmasak. A pulzuskiválasztó kompakt modulként érhető el, kizárólag félvezetőtechnológián alapulva, amely ultrarövid, kevesebb mint tíz pikosekundumos fényimpulzusokat képes szinte bármilyen sorozatszámítással, a kilohertz-től a 100 megahertz tartományig. A koncepció egyedi kialakítást alkalmaz a fényvezetéshez a nagy teljesítményű diódalézerek technológiájából, valamint optimalizált magas frekvenciájú (HF) gallium-nitrid elektronikát. A pulzuskiválasztó így tökéletesen ötvözi a HF-technológiát és az elektronikát a nagy teljesítményű diódalézerek fejlesztésével, mindkettő a Ferdinand-Braun-Institut szakterülete.

Magas hatékonyságú diódalézerek rendkívül szűk spektrummal

Az FBH a Laser Optics Berlinen bemutatja a magas hatékonyságú és nagy teljesítményű diódalézereket is. Kifejlesztettek DFB-széles sávú diódalézereket, amelyek optikai teljesítménye több mint megkétszerezte a legnagyobb eddig elérhető DFB-lézerekét. Világszerte elsőként 100 µm széles lézercsíkból több mint 10 watt teljesítményt értek el egy jelentősen kisebb, mint egy nanométeres spektrális tartományban. A lézerek magas konverziós hatékonysággal rendelkeznek: az elektromos energia aránya, amely fényké alakítódik, akár 58%-os, és közel áll a hagyományos nagy teljesítményű diódalézerekhez, amelyek általában 2-3 nm-es spektrális szélességgel rendelkeznek. Az új típusú diódalézerek költséghatékony megoldást jelentenek magas optikai teljesítményű, szűk spektrumú lézerforrásokhoz. Lehetővé teszik új nagy teljesítményű lézerrendszerek alkalmazását, amelyek hullámhossz-multiplexelést használnak a sugárminőség javítására – különböző hullámhosszakat egy hullámhossz-szelektív elemmel jobban össze lehet illeszteni egy pontra, így a rendszerek teljesítménye növekszik. Egy másik alkalmazási lehetőség a különösen hatékony pumpálólézerek, amelyek szűk spektrális vonalszélességgel rendelkeznek. Pumpálólézerek például a szál- és szilárdtest lézerek gerjesztő lézerei anyagfeldolgozásban.

Kép: Kompakt lézermodul kijelzőtechnológiához (C)FBH