Kompake Lasersysteme für Displays
10.03.2010
Ferdinand-Braun-Institut stellt mehrere Neuentwicklungen auf der Laser Optics Berlin vor
Forschungsverbund Berlin e.V. 08.03.2010 - PE auch hier zu lesen
Halbleiterlaser setzen sich im Hinblick auf Zuverlässigkeit, Miniaturisierung, hohe Leistungen und hohe Effizienzen in immer mehr Laseranwendungen durch. Branchen-treffpunkt und Leistungsschau ist die Laser Optics Berlin, die vom 22. - 24. März 2010 unter dem Funkturm stattfindet. Der begleitende Kongress steht für die enge Verzahnung von Wissenschaft und Anwendung in der Laser-Optik-Branche. An seinem Messestand (Halle 18, Stand 404) wie auch auf dem Kongress stellt das Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) verschiedene Neuentwicklungen vor:
Kompake Lasersysteme für Displays
Auf dem Weg zum Laserfernsehen oder hin zu deutlich kleineren Laserdisplays für
Planetarien und Flugsimulatoren sind die Wissenschaftler am FBH ein großes
Stück vorangekommen: Das Aufbaukonzept eines hybriden Systems wurde bei 488
Nanometern (nm), einer etablierten Wellenlänge für verschiedene
spektroskopische Anwendungen aber auch für Displays, erfolgreich demonstriert.
Mittels Frequenzverdoppelung wird dabei infrarotes Laserlicht bei 976 nm über
einen nichtlinearen Kristall in blaues Licht umgewandelt - die Wellenlänge
halbiert sich dadurch auf 488 nm. Bislang brauchte dieses Konzept in etwa einen
Quadratmeter Laborfläche, nun wurde es auf die Größe einer Streichholzschachtel
miniaturisiert. Das Modul läuft temperatur- und wellenlängenstabil und ist ein
Demonstrator, der flexibel auf alle benötigten Wellenlängen übertragen werden
kann.
Bei der Miniaturisierung des Laboraufbaus - das Modul misst nur ca. 25x10x50 mm
- wird die Ausgangsleistung von einem Watt konstant gehalten - der Experte
spricht von rauscharmer Dauerstrichleistung. Solche hybriden Diodenlasersysteme
sind aus unterschiedlichen Baugruppen aufgebaut, bei denen die hochpräzise
Montage der Mikrooptiken eine besondere Herausforderung darstellt. Die etwa
erbsengroßen Linsen müssen mit einer Genauigkeit von besser als ein Mikrometer
(µm) justiert werden. Das verlangt eine außerordentliche Präzision in
"haarigen" Größenordnungen, denn 1 µm entspricht in etwa einem
Fünfzigstel des Durchmessers eines menschlichen Haares. Ein zweiter kritischer
Punkt ist das thermische Management des Aufbaus. Der Kristall, der für die
Frequenzverdopplung und damit für die Umwandlung des Laserstrahls in sichtbares
Licht benötigt wird, arbeitet bei 50°C, der Laser jedoch bei Zimmertemperatur.
Beide Temperaturen müssen strikt voneinander getrennt werden: Der Laser darf
sich nicht erwärmen und die Temperatur des Kristalls muss auf 0,1°C genau
eingestellt werden, da schon kleinste Abweichungen zu Leistungseinbußen von
mehr als 50% führen würden.
Im nächsten Schritt steht nun die Übertragung des Konzepts auf Laser an, die
blaues Licht bei einer Wellenlänge von 460 nm und grünes Licht bei 530 nm
emittieren - dies sind die für die Displaytechnologie optimalen Wellenlängen.
Die für den Aufbau benötigten Pumplaser mit Wellenlängen von 920 nm für blaue
bzw. 1060 nm für grüne Laser wurden bereits entwickelt.
Pulspicker für ultrakurze Lichtimpulse
Eine weitere Neuentwicklung aus dem FBH ist der Pulspicker, ein neuartiges
Konzept, bei dem einzelne Pulse aus den hochfrequenten Impulsfolgen eines
Kurzpulslasers "herausgepickt" werden können. Lasersysteme mit
Pulspickern können beispielsweise in der Lasermaterialbearbeitung, bei
biomedizinischen Untersuchungstechniken auf der Basis der
Fluoreszenzspektroskopie und der Laserentfernungsmessung eingesetzt werden. Mit
dem Pulspicker steht ein kompaktes Modul auf rein halbleitertechnologischer
Basis zur Verfügung, das ultrakurze Lichtimpulse kleiner als zehn Pikosekunden
mit nahezu beliebigen Folgefrequenzen vom Kilohertz- bis in den
100-Megahertz-Bereich bereitstellen kann. Das Konzept nutzt sowohl ein
maßgeschneidertes Design für die Lichtführung aus der Technologie für
Hochleistungsdiodenlaser als auch optimierte Hochfrequenz (HF)-Komponenten der
Galliumnitrid-Elektronik. Der Pulspicker vereint somit in idealer Weise
HF-Technologie und Elektronik mit der Entwicklung von Hochleistungsdiodenlasern,
beides sind Kernkompetenzen am Ferdinand-Braun-Institut.
Hocheffiziente Diodenlaser mit extrem schmalem Spektrum
Das FBH stellt auf der Laser Optics Berlin zudem hocheffiziente und
leistungsstarke Diodenlaser vor. So wurden DFB-Breitstreifen-Diodenlaser
entwickelt, deren optische Leistung gegenüber den leistungsstärksten bisher
verfügbaren DFB-Lasern mehr als verdoppelt wurde. Weltweit erstmalig wurden aus
einem 100 µm breiten Laserstreifen Leistungen von mehr als 10 Watt in einem
Spektralbereich deutlich kleiner als ein Nanometer erzielt. Die Laser besitzen
zugleich eine hohe Konversionseffizienz: Der Anteil an elektrischer Energie,
der in Licht umgewandelt wird, beträgt bis zu 58 Prozent und liegt damit knapp
unter dem konventioneller Hochleistungsdiodenlaser, die jedoch typischerweise
eine deutlich größere spektrale Breite von 2 bis 3 nm haben. Die neuartigen
Diodenlaser sind eine kostengünstige Option für Laserstrahlquellen mit hoher
optischer Leistung und schmalem Spektrum. Sie erschließen Anwendungsmöglichkeiten
für neue Hochleistungslasersysteme, die Wellenlängenmultiplex zur Verbesserung
der Strahlqualität nutzen - dabei können verschiedene Wellenlängen über ein
wellenlängenselektives Element besser auf einen Punkt überlagert werden, die
Systeme werden leistungsfähiger. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit sind
besonders effiziente Pumplaser mit einer schmalen spektralen Linienbreite.
Pumplaser werden als Anregungslaser von Faser- und Festkörperlasern
beispielsweise in der Materialbearbeitung benötigt.
Weitere Informationen
Petra Immerz, M.A.
Referentin Kommunikation
Ferdinand-Braun-Institut
Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik
Gustav-Kirchhoff-Straße 4
12489 Berlin
Tel. 030.6392-2626
Fax 030.6392-2602
E-Mail petra.immerz@fbh-berlin.de
Hintergrundinformationen - das FBH
Das Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH)
ist eines der weltweit führenden Institute für anwendungsorientierte und
industrienahe Forschung in der Mikrowellentechnik und Optoelektronik. Es
erforscht elektronische und optische Komponenten, Module und Systeme auf der
Basis von Verbindungshalbleitern. Diese sind Schlüsselbausteine für
Innovationen in den gesellschaftlichen Bedarfsfeldern Kommunikation, Energie,
Gesundheit und Mobilität. Leistungsstarke und hochbrillante Diodenlaser,
UV-Leuchtdioden und hybride Lasersysteme entwickelt das Institut vom sichtbaren
bis zum ultravioletten Spektralbereich. Die Anwendungsfelder reichen von der
Medizintechnik, Präzisionsmesstechnik und Sensorik bis hin zur optischen
Satellitenkommunikation. In der Mikrowellentechnik realisiert das FBH
hocheffiziente, multifunktionale Verstärker und Schaltungen, unter anderem für
energieeffiziente Mobilfunksysteme und Komponenten zur Erhöhung der Kfz-Fahrsicherheit.
Kompakte atmosphärische Mikrowellenplasmaquellen mit Niederspannungsversorgung
entwickelt es für medizinische Anwendungen, etwa zur Behandlung von
Hauterkrankungen. Die enge Zusammenarbeit des FBH mit Industriepartnern und
Forschungseinrichtungen garantiert die schnelle Umsetzung der Ergebnisse in
praktische Anwendungen. Das Institut beschäftigt 230 Mitarbeiter und hat einen
Etat von 21 Millionen Euro. Es gehört zum Forschungsverbund Berlin e.V. und ist
Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft.
Weitere Informationen:
