Hybride Lasermodule für den grünen Spektralbereich mit hohen Ausgangsleistungen und hoher Konversionseffizienz
Abb. 1: Abhängigkeit der sichtbaren von der nah-infraroten Leistung während der Frequenzverdopplung von Diodenlasern in einem Volumenkristall, einem planaren Wellenleiter und einem Kanalwellenleiter.
Abb. 2: Sichtbares Spektrum bei maximaler Ausgangsleistung von 1.07 W
Kompakte, robuste und effiziente Laserlichtquellen, die im grünen Spektralbereich emittieren, werden für viele Anwendungen benötigt. Je nach Ausgangsleistung werden sie in der Biotechnologie, Displaytechnologie oder zum Pumpen von Ti:Saphir-Festkörperlasern eingesetzt. Derartige Module können mithilfe der Frequenzverdopplung von nah-infraroten GaAs-Diodenlasern in nichtlinearen Kristallen realisiert werden. Im Vergleich zu Diodenlasern auf GaN-Basis, erreichen sie eine höhere Ausgangsleistung bei gleichbleibend guter Strahlqualität. Zudem kann das Konzept auf andere Wellenlängen, etwa in den gelben Spektralbereich übertragen werden.
Am Ferdinand-Braun-Institut wird die Frequenzverdopplung von Diodenlasern in Volumenkristallen, planaren Wellenleitern und Kanalwellenleitern systematisch untersucht. In Kanalwellenleitern werden bereits moderate Leistungen im Bereich von 200 mW bei sehr hohen Umsetzungsraten erreicht (Abb. 1 - blaue Dreiecke). In Volumenkristallen dagegen können sehr hohe Leistungen von ca. 1,8 Watt bei relativ kleinen Umsetzungsraten realisiert werden (Abb. 1 - gelbe Quadrate). Planare Wellenleiter bieten die Möglichkeit, hohe Leistungen im Watt-Bereich bei hohen Konversionseffizienzen zu erzielen. In einem Laboraufbau wurde eine Leistung von bislang 1,1 W bei einer opto-optischen Konversionseffizienz von 26% und einer elektro-optischen Konversionseffizienz von 8,4% erreicht (Abb. 1 - grüne Kreise). Daher ist das Konzept der Frequenzverdopplung von Diodenlasern in planaren Wellenleitern zurzeit die beste Lösung für die Realisierung kompakter Strahlquellen im sichtbaren Bereich mit Ausgangsleistungen von mehreren Watt und einer elektro-optischen Konversionseffizienz von mehr als 10%. Des Weiteren zeigte die im Experiment erzeugte grüne Strahlung bei maximaler Ausgangsleistung eine spektrale Halbwertsbreite von 0,8 pm und eine Seitenmodenunterdrückungsrate von mehr als 20 dB (Abb. 2).
Publikationen:
D. Jedrzejczyk, R. Güther, K. Paschke, B. Eppich, G. Erbert, "200 mW at 488 nm From a ppMgO:LN Ridge Waveguide by Frequency Doubling of a Laser Diode Module", IEEE Photon. Technol. Lett. 22, pp. 1282–1284 (2010).
K. Paschke, Ch. Fiebig, D. Jedrzejczyk, "Kompakte Laser für Medizintechnik und Displays", Optik & Photonik 3 - Oktober 2010, Wiley-VCH Verlag, pp. 43-46 (2010).
D. Jedrzejczyk, R. Güther, K. Paschke, W.-J. Jeong, H.-Y. Lee, G. Erbert, "Efficient high-power frequency doubling of DBR tapered laser radiation in a ppMgO:LN planar waveguide", Opt. Lett. 36, pp. 367-369 (2011).
D. Jedrzejczyk, R. Güther, K. Paschke, G. Erbert, "1 W at 531 nm generated in a ppMgO:LN planar waveguide by means of frequency doubling of a DBR tapered diode laser", SPIE Proc. 7917-2, pp. 80710N-1 - 80710N-7 (2011).
FBH-Forschung: 06.06.2011