Ferdinand-Braun-Institut presenteert verschillende nieuwe ontwikkelingen op de Laser Optics Berlin

Ferdinand-Braun-Institut presenteert meerdere nieuwe ontwikkelingen op Laser Optics Berlin

Halbleiterlasers zetten zich op het gebied van betrouwbaarheid, miniaturisatie, hoge prestaties en hoge efficiënties steeds meer door in diverse laserapplicaties. De branchebijeenkomst en prestatiebeurs is de Laser Optics Berlin, die van 22 tot 24 maart 2010 plaatsvindt onder de Funkturm. Het bijbehorende congres staat voor de nauwe verwevenheid van wetenschap en toepassing in de laser-optiekbranche. Zowel op de beursstand (Hal 18, Stand 404) als op het congres presenteert het Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) verschillende nieuwe ontwikkelingen:

Kleine lasersystemen voor displays

Op weg naar laser-tv of naar aanzienlijk kleinere laserdisplays voor planetaria en vliegsimulators hebben de wetenschappers van het FBH grote vorderingen gemaakt: Het opbouwconcept van een hybride systeem werd succesvol gedemonstreerd bij 488 nanometer (nm), een gevestigde golflengte voor diverse spectroscopische toepassingen, maar ook voor displays. Door middel van frequentievermenigvuldiging wordt infrarood laserlicht bij 976 nm via een niet-lineair kristal omgezet in blauw licht – de golflengte wordt daardoor gehalveerd tot 488 nm. Tot nu toe vereiste dit concept ongeveer een vierkante meter laboratoriumruimte, nu is het miniaturiseerd tot de grootte van een luciferdoosje. Het module werkt temperatuur- en golflengtestabiel en dient als demonstrator die flexibel op alle benodigde golflengten kan worden overgebracht.

Bij de miniaturisering van de laboratoriumopstelling – het module meet slechts ca. 25x10x50 mm – wordt de uitgangsvermogen van één watt constant gehouden – de expert spreekt van ruisarme continue stroom. Dergelijke hybride diode-lasergesystemen zijn opgebouwd uit verschillende modules, waarbij de uiterst precieze montage van de micro-optieken een bijzondere uitdaging vormt. De ongeveer erwtgrote lenzen moeten met een nauwkeurigheid van beter dan één micrometer (µm) worden afgesteld. Dit vereist een buitengewone precisie in ‘haren’ groottes, want 1 µm komt ongeveer overeen met een vijftigste van de diameter van een menselijk haar. Een tweede kritische factor is het thermisch beheer van de opbouw. De kristal, dat nodig is voor de frequentievermenigvuldiging en daarmee voor de omzetting van de laserstraal in zichtbaar licht, werkt bij 50°C, terwijl de laser bij kamertemperatuur blijft. Beide temperaturen moeten strikt gescheiden worden: de laser mag niet opwarmen en de temperatuur van het kristal moet op 0,1°C nauwkeurig worden ingesteld, omdat zelfs kleine afwijkingen leiden tot prestatieverlies van meer dan 50%.

In de volgende stap wordt het concept overgebracht op lasers die blauw licht bij een golflengte van 460 nm en groen licht bij 530 nm uitzenden – dit zijn de optimale golflengten voor displaytechnologie. De benodigde pumplaser voor de opbouw met golflengten van 920 nm voor blauw en 1060 nm voor groen zijn al ontwikkeld.

Pulspicker voor ultrakorte lichtpulsen

Een andere nieuwe ontwikkeling van het FBH is de pulspicker, een innovatief concept waarbij individuele pulsen uit de hoogfrequente pulsgolven van een kortpulslaser kunnen worden ‘uitgezocht’. Lasersystemen met pulspickers kunnen bijvoorbeeld worden ingezet in laserbewerking, bij biomedische onderzoekstechnieken gebaseerd op fluorescentiespectroscopie en bij laserafstandmeting. Met de pulspicker is een compact module beschikbaar op basis van halfgeleitertechnologie, dat ultrakorte lichtpulsen kleiner dan tien pikoseconden met vrijwel willekeurige herhalingsfrequenties van kilohertz tot in de 100-megahertz-range kan leveren. Het concept maakt gebruik van zowel een op maat gemaakt ontwerp voor de lichtgeleiding uit de technologie voor hoogvermogen diode-lasers als van geoptimaliseerde hoogfrequent (HF) componenten van galliumnitride-elektronica. De pulspicker combineert dus op ideale wijze HF-technologie en elektronica met de ontwikkeling van hoogvermogen diode-lasers, beide kerncompetenties van het Ferdinand-Braun-Institut.

Hoge-efficiënte diode-lasers met extreem smal spectrum

Het FBH presenteert op Laser Optics Berlin ook hoogefficiënte en krachtige diode-lasers. Zo zijn DFB-breedstrookdiodelasers ontwikkeld, waarvan het optische vermogen meer dan verdubbeld is ten opzichte van de krachtigste tot nu toe beschikbare DFB-lasers. Wereldwijd is voor het eerst uit een 100 µm brede laserstrook een vermogen van meer dan 10 watt gerealiseerd in een spectraBereik dat duidelijk kleiner is dan één nanometer. De lasers hebben tevens een hoge conversie-efficiëntie: het aandeel elektrische energie dat wordt omgezet in licht bedraagt tot 58 procent en ligt daarmee net onder dat van conventionele hoogvermogen diode-lasers, die doorgaans een veel bredere spectrale breedte van 2 tot 3 nm hebben. De nieuwe diode-lasers vormen een kosteneffectief alternatief voor laserstraalbronnen met hoge optische prestaties en smal spectrum. Ze openen nieuwe toepassingsmogelijkheden voor high-power lasersystemen die golflengtemultiplexing gebruiken om de stralingskwaliteit te verbeteren – hierbij kunnen verschillende golflengten via een golflengte-selectief element beter op één punt worden samengevoegd, waardoor de systemen krachtiger worden. Een andere toepassingsmogelijkheid zijn bijzonder efficiënte pumplasers met een smal spectraal lijnenbreedte. Pumplasers worden bijvoorbeeld als excitatiebronnen voor vezel- en vaste-stoflasers gebruikt in de materiaalbewerking.

Afbeelding: Compact laserunit voor displaytechnologie (C)FBH