Lasermodule mit hoher Leistung & Effizienz

Wir entwickeln und montieren die passenden Lichtquellen für Anwendungen, die hohe Ausgangsleistungen und zugleich eine hohe Effizienz benötigen. Für den Einsatz als Pumplaser im Weltraum beispielsweise bündeln wir die Laserstrahlung mittels Linsen, um sie in eine optische Faser einzukoppeln. Diodenlaser - Einzelemitter oder Laserbarren -, die u.a. in der Materialbearbeitung genutzt werden, stapeln wir zu Stacks und erreichen so Leistungen im Kilowattbereich.  In miniaturisierten Mikromodulen kombinieren wir die Emission mehrerer Halbleiterlaser mittels Wellenlängenmultiplexing und/oder Polarisationskopplung.

Diodenlaser-Stacks

Diodenlaser-Stacks bestehen aus vertikal gestapelten Laserbarren oder Einzelemittern. Damit lässt sich die Gesamtleistung entsprechend der Anzahl von Emittern bis in den Kilowatt-Bereich skalieren. Stacks können als Pumpquellen von Festkörper-, Faser- und Alkali-Gaslasern, beispielsweise in der Materialbearbeitung oder von Hochenergie-Festkörperlasersystemen, eingesetzt werden. Sie eignen sich aber auch als Strahlquellen für spektral kombinierte Lasersysteme für den direkten Einsatz in der Materialbearbeitung. Weitere Anwendungen liegen in der Freiraumkommunikation, Druck- und Medizintechnik.

Wellenlängen

  • 650 bis 1060 nm, z.B. 950 nm zum Pumpen von Yb: YAG-Scheibenverstärkern

Chip-Technologie

  • Halbleiter-Schichtstrukturen mit MOVPE
  • monolithisch-integrierte Gitter mittels Oberflächenätzungen oder Zweischritt-Epitaxie
  • Kontaktfenster durch
    • Projektionslithografie
    • Implantation und Isolationsschichten
    • Metallisierung
  • Abdünnen
  • Ritzen, Brechen, Spalten
  • Facettenbeschichtung und -passivierung mit sehr langen Lebensdauern

Montage

  • Hartlöten von Laserbarren und Einzelemittern mit langer Apertur auf passive CuW-Wärmesenken
  • Stapeln der CuW-Träger und Fixieren mit AuSn-Lot, geeignet für sehr lange Lebensdauern
  • Klebuen von FAC-Linsen (fast axis collimator) am Stack
  • Einkoppeln in Fasern

Typische Daten

  • QCW Betrieb t= 1 ms f = 10...200 Hz
  • maßgeschneiderte Einzelemitter mit 1,2 mm Apertur
    • verlässliche Ausgangsleistung >120 W
    • Leistungsdichte ~ 1 kW/cm
    • lateraler Fernfeldwinkel von 12° (95% Leistung)
    • Wirkungsgrad > 60%
  • Stack mit 28 Ebenen und FAC
    • Ausgangsleistung 3,5 kW bei einer Effizienz von > 60%
    • geeignet für einfache und effiziente Kopplung in Fasern
      • vertikale Divergenz (> 95% Lichtleistung) < 2 mrad
      • vertikales Strahlparameterprodukt < 90 mm·mrad
      • laterale Divergenz (> 95% Lichtleistung) < 210 mrad
      • laterales Strahlparameterprodukt < 90 mm·mrad

Hochleistungs-Mikromodule

In unseren kompakten Hochleistungs-Mikromodulen kombinieren wir die Emission mehrerer Halbleiterlaser mittels Wellenlängenmultiplexing und/oder Polarisationskopplung. Dadurch lassen sich hohe optische Ausgangsleistungen bei exzellenter Strahlqualität realisieren. Diese Module können sowohl als Pumpquelle für Festkörperlaser als auch in der direkten Materialbearbeitung genutzt zu werden.

Neben dem optischen Konzept ist die thermische Auslegung entscheidend. Die hybride Integration aktiver und passiver Elemente wird mittels Präzisionsmontage auf individuell angepasstem Inlay realisiert. Zudem können Elektronik für den gepulsten Betrieb und eine Faserkopplung (von Single-Mode-Fasern über 20-µm-Low-Mode-Number-Fasern bis zu Multi-Mode-Fasern) integriert werden.

In kompakter Bauweise liefern die Mikromodule

  • hohe optische Ausgangsleistungen von bis zu 35 W (Freistrahl)
  • exzellente Strahlqualität (M² < 3)

Unsere aktuellen Projekte

In Satelliten zur weltraumgestützten Sensorik für die Klimaforschung werden unsere Laser eingesetzt. In der MERLIN-Mission, die von der Französischen und Deutschen Weltraumagentur geleitet wird, soll mittels eines Licht-Radar-Systems (LiDAR) die Konzentration des klimaschädlichen Methangases in der Erdatmosphäre kartiert werden.

Laser für Weltraum- & Satellitenanwendungen

BMBF-Verbundprojekt HECMIR im Programm KMU-NetC, koordiniert vom Berlin-Brandenburger Kompetenznetz für Optische Technologien (OpTecBB).

Gemeinsam entwickeln Forschungsinstitute aus Berlin und Jena mit kleinen- und mittelständischen Unternehmen die weltweit erste gepulste Laserlichtquelle der Joule-Klasse für den mittleren Infrarotbereich. Im Verbundprojekt soll zunächst ein diodengepumpter Festkörperlaser mit einer Wellenlänge von 1,9 μm und hoher Laser-Energie im Joule-Bereich entwickelt und erstmalig demonstriert werden. Dieser bietet ein hohes Innovationspotenzial für Anwendungen im medizinischen Bereich, in der Werkstoffbearbeitung sowie der Grundlagenforschung. Aufgrund mehrerer physikalischer Herausforderungen ist eine derartig leistungsstarke gepulste Laserquelle in diesem Wellenlängenbereich bislang nicht kommerziell verfügbar.