Kompakte ps-Lichtquelle für Materialanalytik und Materialbearbeitung

Am FBH wurde eine neuartige ps-Lichtquelle entwickelt, die aus einem modengekoppelten Diodenlaser mit hybrid integriertem Pulspicker und Verstärker besteht. Die Lichtquelle nutzt optimierte Komponenten der Diodenlaser- und HF-GaN-Technologie sowie ein maßgeschneidertes Schaltungsdesign – alle Bestandteile basieren auf den Kernkompetenzen des FBH

Die optischen Komponenten sowie die HF-Elektronik sind auf einer Fläche von nur 5 x 5 cm² aufgebaut (siehe Abb.). Der optische Teil besteht aus einem 1 cm langen 4-Sektions-DBR-Laser (Masteroszillator), der mittels Modenkopplung optische Pulse mit einer Halbwertsbreite von 10 ps und einer Folgefrequenz von ~4,3 GHz (230 ps Impulsabstand) erzeugt. Ein aus 2 Sektionen bestehendes optoelektronisches Bauelement (HF-ansteuerbarer RW-Wellenleiter und Trapezverstärker) wird zur Pulsselektion und Verstärkung genutzt. Die Kopplung zwischen diesen Bauteilen und die Strahlformung nach dem Trapezverstärker erfolgt mittels mikro-optischer Linsen. Alle Teile sind mit hoher Präzision zueinander justiert und fixiert. Der kompakte Aufbau ermöglicht eine hohe Stabilität der Anordnung. Für die elektronische Ansteuerung setzt das FBH selbst entwickelte, ultraschnelle GaN-Transistoren mit geringer Kapazität und großer Stromdichte ein. Eine besondere Herausforderung für das Picken einzelner Impulse ist dabei das An- und Ausschalten von Stromimpulsen innerhalb von 100 ps.

Mit dieser Laserquelle aus dem FBH ist ein kompaktes Modul entstanden, das ultrakurze Lichtimpulse <10 ps mit wählbaren Folgefrequenzen vom Hz- bis GHz-Bereich bereitstellen kann. Die Anwendungen dieser leistungsfähigen und hoch flexiblen Laserquelle liegen insbesondere in der Materialanalytik und in der Materialbearbeitung. Dort kann sie als flexibler Seeder für Faser- oder Festkörperlaserverstärker genutzt werden.

Publikationen:

"Laser Driver Switching 20 A with 2 ns Pulse Width Using GaN", A. Liero, A. Klehr, S. Schwertfeger, T. Hoffmann, W. Heinrich, Proc. IMS 2010, Anaheim,USA, may 25-27, pp1110.

"Compact ps-pulse laser source with free adjustable repetition rate and nJ pulse energy on microbench", A. Klehr, A. Liero, Th. Hoffmann, S. Schwertfeger, H. Wenzel, G. Erbert, W. Heinrich and G. Tränkle, Novel In-Plane Semiconductor Lasers X, edited by Alexey A. Belyanin, Peter M. Smowton, Proc. of SPIE Vol. 7953, 79531D · © 2011 SPIE · CCC code: 0277-786X/11.

FBH-Forschung: 10.11.2011