FaBriDi – Fasergekoppelte hochbrillante Diodenlaser
Abb. 1. Beispiel für ein optisches System zur Kopplung der Strahlung eines DBR-Trapezlasers in eine Single-Mode-Faser.
Abb. 2. Koppeleffizienz η in eine Single-Mode-Faser in Abhängigkeit der Dejustage der Faserfacette, gemessen an einem konstanten Arbeitspunkt des Diodenlasers mit auf 100 mW abgeschwächter optischer Eingangsleistung.
Anwendungen im Bereich des Pumpens von Festkörper- und Faserlasern oder der Frequenzkonversion erfordern effiziente Hochleistungslaser im Dauerstrichbetrieb, die räumlich beugungsbegrenzte und spektral schmalbandige, nah-infrarote Strahlung emittieren. Dafür eignen sich DBR-Trapezlaser. Jedoch hat dieser Lasertyp einen astigmatischen Laserstrahl, dessen Eigenschaften sich geringfügig in Abhängigkeit von seinem Arbeitspunkt ändern. Entsprechend anspruchsvoll ist die Verwendung solcher Diodenlaser. Das Ferdinand-Braun-Institut (FBH) arbeitet an der Stahlformung und der Kopplung in Single-Mode-Fasern und Low-Mode-Nummer-Fasern. Dabei soll sowohl die hohe spektrale Strahldichte beibehalten wie auch der Einsatz dieser Laserlichtquellen deutlich vereinfacht werden.
Zu diesem Zweck wird am FBH die Strahlung der DBR-Trapezlaser in Single-Mode- und Low-Mode-Nummer-Fasern eingekoppelt und in einem Laboraufbau systematisch untersucht. Ein optisches System, das zur Kopplung der Strahlung eines DBR-Trapzelasers in eine Single-Mode-Faser verwendet werden kann, ist in Abb. 1 exemplarisch dargestellt. Das Ziel ist es, die räumlichen Eigenschaften des spektral schmalbandigen Hochleistungslaserstrahles zu verbessern. Insbesondere wird ein stigmatischer, annähernd beugungsbegrenzter Laserstrahl unabhängig von der Stromstärke durch die Trapezsektion und somit unabhängig von der optischen Leistung bereitgestellt. Im Rahmen der Experimente wird auch die Koppeleffizienz in optische Fasern in Abhängigkeit verschiedener Faktoren untersucht: von den räumlichen Eigenschaften des Laserstrahls, von der Position der optischen Linsen, von der Dejustage der Fasereingangsfacette (exemplarisch in Abb. 2 dargestellt) ebenso wie von der optischen Eingangsleistung. Des Weiteren werden auch die spektralen und räumlichen Eigenschaften der Laserstrahlung hinter der Faser bestimmt. Aktuell wird dabei eine maximale Leistung von mehr als 3 W aus einer Single-Mode-Faser mit einem Kerndurchmesser von ungefähr 6 µm bei einer Koppeleffizienz von mehr als 60% erreicht.
Die laufenden Arbeiten werden durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen des InnoProfile-Transfer-Projektes "FaBriDi" unter FKZ 03IPT613A finanziert. Die Ergebnisse der Laborexperimente sind die Basis für die künftige Entwicklung von kompakten, fasergekoppelten Hochleistungslasermodulen, die auf im longitudinalen Single-Mode emittierenden DBR-Trapezlasern basieren, mit Wellenlängen bei 920, 976 und 1064 nm.
Publikationen:
C. Fiebig, S. Pekarek, K. Paschke, M. Uebernickel, T. Südmeyer, U. Keller, G. Erbert, "High-brightness distributed-bragg-reflector tapered diode lasers: pushing your application to the next level", Proc. SPIE, vol. 7918, no. 79180R (2011).
C. Fiebig, G. Blume, C. Kaspari, D. Feise, J. Fricke, M. Matalla, W. John, H. Wenzel, K. Paschke, G. Erbert, "12W high-brightness single-frequency DBR tapered diode laser", Electron. Lett ., vol. 44, no. 21, pp. 1253-1255 (2008).
Ausblick:
D. Jedrzejczyk, P. Asbahr, M. Pulka, B. Eppich, K. Paschke, "High-power single-mode fiber coupling of a laterally tapered single-frequency diode laser", to be published in IEEE Photonics Technology Letters.
D. Jedrzejczyk, P. Asbahr, M. Pulka, B. Eppich, K. Paschke, "Coupling of DBR tapered diode laser radiation into a single-mode-fiber at high powers,” to be presented at LASE SPIE Photonics West 2014, Paper 8965-47.
FBH-Forschung: 26.11.2013