Neue Lasertechnologie für den digitalen Druck
Heidelberger Druckmaschinen AG präsentiert mit Hochleistungs-VCSEL-Arrays auf der DRUPA 2012 erste Ergebnisse des BMBF-Verbundprojekts FREELAS.
Neue Bebilderungstechnologien für zukünftige, variable High Speed-Drucktechnologien benötigen in jedem einzelnen Pixel eine ausreichend hohe Laserenergie. Möglich wird dies durch eine seitenbreite Bebilderungseinheit auf der Basis von kostengünstig herstellbaren speziellen Laserdioden, den Vertical Cavity Surface Emitting Diode Lasers oder kurz VCSELs. Eine zentrale Herausforderung hierbei besteht in der Steigerung der Ausgangsleistung der VCSEL bei gleichzeitigem Erhalt der Strahlqualität, so dass die einzelnen Pixel sauber belichtet werden.
VCSEL-Hochleistungslasersysteme stellen Leistungen von vielen Kilowatt für die Lasermaterialbearbeitung zur Verfügung. Die einfache Herstellung der VCSEL und die ideale Kombinierbarkeit mit Mikrooptiken erlauben deren Einsatz in vielen neuen Anwendungsbereichen bei denen maßgeschneiderte Intensitätsprofile gefragt sind.
Abb.: Integrierte Mikrooptik auf einem Halbleiterlaser (Konzept und Photo eines im Verbund realisierten Prototypen). (Bild: FREELAS)
Im dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Verbundprojekt FREELAS arbeitet der Laserhersteller Philips eng mit den Herstellern von Mikrooptiken (Ingeneric) und den Experten zu deren Vermessung (Trioptics) zusammen. Die Heidelberger Druckmaschinen AG will die fertigen Lasersysteme in ihren optisch anspruchsvollen Druckanwendungen einsetzen und so die Möglichkeiten dieser VCSEL für die Entwicklung neuer Digitaldrucktechnologien nutzen.
Die im Verbund erforschte Integration von Mikrooptiken auf Waferskala erlaubt die Erzeugung von beliebigen Intensitätsverteilungen selbst bei höchsten Anforderungen an deren Homogenität. Da alle Fertigungsschritte gleichzeitig für sehr viele Laser durchgeführt werden ist diese Technologie auch kostengünstig und skalierbar.
Abb.: Der modulare Systemaufbau verwendet Bausteine verschiedener Größen-und Leistungsskalen. Von links nach rechts: einzelner VCSEL, Array mit tausenden VCSELn, Sub-Modul mit 1 cm Länge und eine Trocknungslinie für die Drucktechnik. (Bild: FREELAS)
Diese neuen Möglichkeiten wurden vom Verbund auf der internationalen Konferenz „Photonics West 2012“ in mehreren Vorträgen vorgestellt. Auf der internationalen Messe für Druckmedien „DRUPA 2012“ wird auf dem Stand von Heidelberger Druckmaschinen vom 3. bis 16. Mai 2012 nun ein Array aus 256 einzeladressierbaren VCSEL für den Einsatz in Druckmaschinen präsentiert. Weitere Einsatzmöglichkeiten solcher, vom Verbund FREELAS angestrebter VCSEL-Systeme mit speziell angepasster Intensitätsverteilung bestehen auch bei der Trocknung von Druckfarben.
Der Verbund FREELAS ist im Mai 2010 gestartet und wird durch das BMBF im Rahmen des Programms Photonik Forschung Deutschland mit gut 2,1 Millionen Euro gefördert.
Abb.: Schema von vertikal emittierenden Laser (links) und kantenemittierenden Laser (rechts). (Bild: FREELAS)
Der vor 35 Jahren erfundene „vertikal emittierende Laser“ wird seit längerem in der Sensorik und der Datenkommunikation eingesetzt. Epitaktisch gewachsene AlGaAs Bragg-Spiegel (DBRs) bilden den Laserresonator und ermöglichen die Strominjektion in den aktiven Bereich, die Laseremission erfolgt senkrecht zur Waferebene und die bis zu einer Million VCSEL sind bereits auf dem Wafer funktionsfähig. Dies bietet wesentliche Vorteile im Vergleich zu „kantenemittierenden Laserdioden“, welche zuerst vereinzelt und beschichtet werden müssen.
VDI Technologiezentrum GmbH / PH
