Extrem vielseitig – FBH bietet maßgeschneiderte Diodenlaser vom Chip bis zum System

Eine Auswahl aktueller Weiter- und Neuentwicklungen bei Diodenlasern und UV-Leucht­dioden (LEDs) stellt das Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) auf der Fachmesse „Laser World of Photonics“ in München vom 26. bis 29. Juni 2017 vor. Das Institut bietet die volle Wertschöpfungskette im eigenen Haus: vom Design über Chips bis hin zu Modulen – und zunehmend bis zum fertigen Gerät. Am Messestand sind unter anderem eine einzigartige computergesteuerte Pikosekunden-Lichtquelle zu sehen, die hochpräzise Pulse im Piko- und Nanosekundenbereich liefert, und ein Pumpmodul mit kW-Ausgangsleistungen aus der Faser. Die Applikationen der FBH-Lichtquellen sind vielfältig und reichen von der Medizintechnik, Präzisionsmesstechnik und Sensorik bis hin zur Materialbearbeitung. Zudem stellt das FBH einen Demonstrator mit UV-C-LEDs zur Wasserdesinfektion vor. Die LEDs wurden im Rahmen des vom FBH geleiteten Konsortiums „Advanced UV for Life“ entwickelt, das sich ebenfalls am Stand präsentiert.

Flexible All-in-One-Pulslichtquelle PLS 1030

Mit seiner PLS-Reihe bietet das FBH einzigartige Laserstrahlquellen, die hochpräzise Pulse im Piko- und Nanosekundenbereich mit Nanojoule-Energien liefern. Pulsenergie, -weite, und -abstand sowie Wiederholfrequenzen lassen sich dabei flexibel anpassen. Das Lasersystem bietet frei wählbare Folgefrequenzen vom Hertz- bis in den Megahertz-Bereich und Pulsspitzenleistungen von bis zu 50 Watt. Die Quellen nutzen maßgeschneiderte Diodenlaser für die Impulserzeugung in Verbindung mit optimierten HF-Komponenten für die Ansteuerung – beides sind Kernkompetenzen des Instituts. Das All-in-One-System kann computergesteuert in mehreren Puls-Modi geschaltet werden und lässt sich einfach in verschiedenste Lasersysteme integrieren. Es emittiert bei 1030 nm Wellenlänge, kann jedoch unkompliziert auf andere Wellenlängen übertragen werden. Damit eignet es sich für Anwendungen wie etwa Materialbearbeitung, biomedizinische Untersuchungen und mobile LIDAR-Systeme. PLS 1030 wurde gemeinsam von Laser- und Schaltungsexperten mit Ingenieuren des hauseigenen EntwicklungsZentrums aufgebaut, das industrietaugliche und nutzerfreundliche Prototypen entwickelt. Damit bekommen Unternehmen einen einfacheren Zugang zu Ergebnissen auf dem aktuellen Stand der Forschung.

Effiziente Diodenlaser für Anwendungen mit Leistungen im Kilowattbereich

Das Institut entwickelt hochbrillante Diodenlaser in vielfältigen Bauformen im Wellenlängenbereich von 630 nm bis 1180 nm. Die Aktivitäten des FBH zielen darauf, die Effizienz, Zuverlässigkeit und Ausgangsleistung von Diodenlasern und Barren stetig zu optimieren. Erst kürzlich haben Laserbarren mit 6 mm langem Resonator und einer Apertur von 10 mm Ausgangsleistungen von 1 kW erreicht. Ihre Konversionseffizienz lag dabei bei exzellenten 63% – detaillierte Ergebnisse stellt das FBH auf der CLEO vor. Der Vorteil von Barren mit solch langen Kavitäten liegt in den ultraniedrigen thermischen und elektrischen Widerständen; sie eignen sich daher ideal für den Dauerstrichbetrieb im Kilowatt-Leistungsbereich. Derartige Quellen sind insbesondere für industrielle und wissenschaftliche Hochleistungsanwendungen wie etwa die Materialbearbeitung attraktiv. Dort werden sie als Pumpquellen für Festkörper- und Faserlaser genutzt oder kommen direkt zum Einsatz.

Innovationen aus dem FBH hinsichtlich Chipdesign und Technologie sowie in der Montagetechnologie und beim Moduldesign ermöglichen zugleich Fortschritte beim Pumpen von Festkörpersystemen. Zu diesem Zweck wurden neuartige Chips mit einer sehr breiten Apertur von 1,2 mm in innovative seitengekühlte Stacks integriert. Sie eignen sich besonders für den gepulsten Betrieb mit einem größeren Tastverhältnis von 20%. Die Einzelstrahlen der Emitter werden in Stacks zu einem Strahlenbündel mit hoher Energiedichte kombiniert und in eine Faser eingekoppelt. Damit steht erstmals ein Pumplasersystem zur Verfügung, das eine hohe Leistung, gute Effizienz und ein langes Tastverhältnis bietet. Neueste Hochenergieklasse-Festkörperlaser lassen sich damit effizient optisch pumpen. Ein Pumplasermodul mit 6 kW Spitzenleistung und einem elektrooptischen Wirkungsgrad von 50% präsentiert das FBH auf seinem Messetand.

Ausgangsleistung bei hochbrillanten Trapezlasern weiter gesteigert

Trapezlaser liefern hohe optische Ausgangsleistungen bei gleichzeitig sehr guter Strahlqualität. Dem FBH ist es gelungen, deren Ausgangsleistung weiter zu erhöhen. Statt bislang 8 W beugungsbegrenzter Leistung im spektralen Bereich von 980 nm bis 1120 nm liefern die neu entwickelten 1030 nm Trapezlaser bis zu 10,3 W beugungsbegrenzte Ausgangsleistung. Dies entspricht 76% der emittierten Lichtleistung. Möglich wurde dies durch eine weitere Optimierung der lateralen räumlichen Modenfilterung sowie der internen wellenlängenselektiven Gitter. Letztere sorgen für eine spektrale Breite der Laseremission von etwa 22 pm über den gesamten Leistungsbereich. Somit ist diese Art von Diodenlasern auch für anspruchsvolle Anwendungen wie etwa die nicht-lineare Frequenzkonversion geeignet.