Kompakte Diodenlasermodule mit Single-Mode-Faserausgang im Multi-Watt-Leistungsbereich
Abb. 1: Foto des Butterfly-Moduls mit Single-Mode-Faserausgang
Abb. 2: Optische Leistung und Koppeleffizienz in Abhängigkeit vom Injektionsstrom in die Trapezsektion
Effiziente und kompakte Laserlichtquellen für den nahinfraroten (NIR) Spektralbereich, die beugungsbegrenzte und spektral schmalbandige Strahlung bei hoher Leistung im Dauerstrichbetrieb emittieren, sind für eine Vielzahl von Anwendungen attraktiv. Unter anderem werden sie zum Pumpen von Festkörperlasern und für die Frequenzverdopplung benötigt. Im Rahmen des Verbundprojekts "FaBriDi" entwickelt das Ferdinand-Braun-Institut (FBH) fasergekoppelte Demonstratoren für den uneingeschränkten Industrieeinsatz. Am Projekt mitbeteiligt sind C2GO inprocess solutions, FCC FibreCableConnect und eagleyard Photonics.
Erst kürzlich präsentierten die Partner ein Mikromodul mit einer Grundfläche von weniger als 10 cm2. Das Modul integriert einen bei 1064 nm emittierenden DBR-Trapezlaser, ein mit Sub-Mikrometergenauigkeit montiertes Mikrooptiksystem und temperaturstabilisierende Komponenten. Hinzu kommt ein Single-Mode-Faserausgang mit einem FC/APC-Standardstecker (Abb. 1). Mit diesem Aufbau stehen effiziente, spektral schmalbandige Laserlichtquellen im Multi-Watt-Leistungsbereich zur Verfügung, die einen stigmatischen, beinahe beugungsbegrenzten Laserstrahl unabhängig von der Ausgangsleistung aufweisen.
Die optische Leistung des Butterfly-Moduls aus der Faser steigt nahezu linear mit dem Injektionsstrom in die Trapezsektion, wie Abb. 2 zeigt. Mit dem Demonstrator wird eine maximale Leistung von 2,5 W bei einer Koppeleffizienz von 57% erreicht. Jedoch wird das einmodige Emissionsspektrum des DBR-Trapezlasers bei einigen Werten des Trapezstroms gestört, was sich durch mehrere Peaks in der spektralen Verteilung bemerkbar macht. Diese spektrale Instabilität kann auf Reflektionen von den Faserfacetten zurückgeführt werden. Nichtdestotrotz, bleibt die spektrale Emission im untersuchten Trapezstrombereich stets innerhalb von 0,3 nm. Der Laserstrahl aus der Single-Mode-Faser ist rotationssymmetrisch mit beinahe gaußförmigen Intensitätserteilungen in der Strahltaille und im Fernfeld. Die Beugungsmaßzahl M2 wurde bestimmt durch eine Kaustikmessung bei einer optischen Leistung von 2,1 W zu 1,0 (1/e2) und 1,4 (4σ).
Die laufenden Arbeiten werden durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung unter FKZ 03IPT613A finanziert. Derzeit wird das Moduldesign optimiert, um noch höhere optische Ausgangsleistungen erreichen zu können. Künftig sollen zudem Mikromodule mit weiteren Wellenlängen, wie etwa 976 nm oder 920 nm, demonstriert werden, ebenso wie Module mit einem Low-Mode-Number-Faserausgang.
Publikationen
D. Jedrzejczyk, P. Asbahr, M. Pulka, B. Eppich and K. Paschke, "Coupling of DBR tapered diode laser radiation into a single-mode-fiber at high powers", Proc. SPIE, vol. 8965, Photonics West, San Francisco, USA, Feb. 1-6, 89651A (2014).
D. Jedrzejczyk, P. Asbahr, M. Pulka, B. Eppich, and K. Paschke, "High-Power Single-Mode Fiber Coupling of a Laterally Tapered Single-Frequency Diode Laser", IEEE Photonics Technol. Lett., vol. 26, no. 8, pp. 845-847 (2014).
Outlook: D. Jedrzejczyk et al., "Coupling of a high-power tapered diode laser beam into a single-mode-fiber within a compact module", to be published in SPIE Proc. 9348 (2015).
FBH-Forschung: 04.03.2015