Ein Strahl wie mit 100.000 Laserpointern
Erneuter Laser-Weltrekord aus dem Ländle – Pikosekundenlaser mit 145 Watt Ausgangsleistung ermöglicht verbesserte Frequenzkonversion.
Bei der Impulsenergie waren sie bereits Weltmeister, jetzt haben sie auch im Bereich Ausgangsleistung die Spitze erreicht: Die Kooperationspartner vom Zentrum für Angewandte Photonik (CAP) der Universität Konstanz und der Firma Trumpf Laser haben einen Laser weiterentwickelt, mit dem sie bereits vor vier Jahren Rekorde gebrochen haben. Nun konnten sie die Ausgangsleistung auf 145 Watt und die Impulsenergie auf 41 Mikrojoule steigern. Diese Weiterentwicklung könnte – neben dem Einsatz in der Grundlagenforschung – unter anderem auch die Solarzellenherstellung weiter optimieren.
Abb.: Im Schema der aktiven Multipass-Zelle (AMC, r.) sind zur Vereinfachung nur vier Durchläufe gezeigt, die die Laserscheibe auf sich selbst abbilden (GTI: Gires–Tournois-Interferometer, SESAM: Semiconductor saturable absorber mirror; Bild: Bauer et al. / Opt. Express)
Durchläuft ein Pikosekunden-Laserimpuls mit dieser Leistung und der Wellenlänge eines Mikrometers einen nichtlinear-optischen Kristall, halbiert sich die Wellenlänge. Aus dem Kristall tritt – anstatt des anfänglichen unsichtbaren Lichts – grünes Licht, das immer noch fast 100 Watt Leistung besitzt. Möglich ist sogar, durch einen weiteren Kristall die Frequenz zu verdreifachen und so UV-Strahlung zu erzeugen.
Das grüne Licht des Lasers könnte etwa der Solarzellenfertigung einen enormen Entwicklungsschub verschaffen. Das grüne Licht wird viel besser vom Silizium absorbiert als Infrarot, was eine deutlich effektivere Bearbeitung zur Folge hat. „Entscheidend bei der Anwendung ist, wie viel Energie solch ein Impuls hat und dass die ganze Energie in dem kurzen Impuls gebündelt ist. Mit unserem Laserstrahl fliegt das Material einfach weg, ohne das Material zu erhitzen“, erklärt CAP-Gruppenleiter Thomas Dekorsy. Außerdem würde sich die Produktionszeit verkürzen und die Bearbeitungsqualität verbessern. Zum Vergleich: Die Leistung des grünen Lichts entspricht 100.000 Laserpointern, gebündelt in einem einzigen Strahl.
Dekorsys Mitarbeiter Dominik Bauer hat in der Niederlassung der Firma Trumpf in Schramberg im Rahmen seiner Doktorarbeit an der Weiterentwicklung des Lasers gearbeitet. Die technische Plattform der Firma, die langjährige Erfahrung in der Laserentwicklung hat, bilden speziell von ihr entwickelte Laserscheiben. Der Anteil, den Bauer in die Entwicklungsarbeiten eingebracht hat, ist technischer aber auch grundlagentheoretischer Natur. Letzteres gehört vor allem in den Bereich der nichtlinearen Optik. „Bei den realisierten Lichtleistung verhält sich Luft nicht mehr wie ein einfaches Medium, durch das ein Laserstrahl durchgeht, sondern der Brechungsindex der Luft verändert sich durch den Laserstrahl“, erklärt Bauer. In der Folge divergiert der sehr kurze Laserimpuls in der Luft und verliert damit seine Effektivität, die gerade auf seiner Kürze liegt. Spezielle Spiegel, die in dem neuen Laser nochmals verbessert wurden, machen diesen Effekt wieder rückgängig.
U. Konstanz / OD
