Ultrakurzpulslaser mit 2,7 Picosekunden
BMBF-Verbundprojekt iPLASE demonstriert Pikosekunden-Lasersystem auf Basis eines verstärkten Mikrochiplasers.
Anfang des Jahres ist der vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Verbund iPLASE (innovatives Pikosekunden-Lasersystem für die hochpräzise industrielle Materialbearbeitung) gestartet. Das Ziel des Verbundprojektes, bestehend aus den Projektpartnern BATOP GmbH, InnoLight GmbH sowie dem Institut für Angewandte Physik (IAP) der Universität Jena, ist die Demonstration und Umsetzung eines neuartigen, einfachen, und kostengünstigen Pikosekunden-Lasersystems. Dieses soll in den bisherigen Pulsdauerbereich von klassischen modengekoppelten Lasersystemen vordringen und speziell für industrielle Anwendungen als kostengünstige Alternative geeignet sein.
Abb.: Transmissions-Mikrochiplaser auf Wärmesenke. (Bild: BMBF-Verbundprojekt iPLASE)
Ausgangspunkt für das neuartige Laserkonzept sind passiv-gütegeschaltete Mikrochiplaser mit denen sehr einfach optische Pulse mit Zeitlängen im Bereich von 100 Picosekunden erzeugt werden können. Der erste Schritt, die angestrebte Reduzierung in den sub-10-Picosekunden-Pulsdauerbereich, wurde im Rahmen des Projektes bereits erfolgreich im Labor demonstriert. Eine weitere Verkürzung hin zu sub-Picosekunden würde das potentielle Applikationsspektrum jedoch enorm erweitern.
Am IAP wurde im Rahmen des Projektes iPLASE ein Verfahren zur zeitlichen Verkürzung von Laserpulsen erarbeitet und die Eignung im Hochleistungs-, und Hochenergiebereich gezeigt. Basierend auf einem einfrequenten, passiv-gütegeschalteten Mikrochiplaser (bisher jedoch mit sättigbarem Halbleiterspiegel als passiver Güteschalter) wurde eine anfängliche Pulsdauer von 70 Picosekunden mittels nichtlinearer Kompression auf 2,7 Picosekunden verkürzt. Die hierfür erforderliche spektrale Verbreiterung erzeugte ein Faserverstärker durch Selbstphasenmodulation.
Mit einem nachfolgenden dispersiven Element wurde die spektrale Verbreiterung in eine zeitliche Kompression (26-fache Pulsdauerreduzierung) umgesetzt. Nach der Kompression betrug die mittlere Leistung 80 Watt bei einem Megahertz Pulswiederholfrequenz. Die Verstärkung energetischer Pulse hoher Spitzenleistungen ist nun Gegenstand der weiteren Untersuchungen.
Abb.: Schematische Darstellung des neuartigen Ultrakurzpulslasers: ein passiv gütegeschalter Mikrochiplaser, ein Faserverstärker und ein dispersives Element zum Komprimieren z.B. ein gechirptes volumen-optisches Bragggitter (Bild: iPLASE)
Der Verbundpartner BATOP erarbeitet im Rahmen des BMBF Verbundprojektes iPLASE neuartige sättigbare Halbleiter-Auskoppelspiegel in Transmissionsanordnung, die für die passive Güteschaltung von Mikrochiplasern benötigt werden. Der Vorteil dieser Spiegel im Vergleich zur herkömmlichen Reflexionsanordnung ist ein sehr kompakter, hybrider und damit stabiler Laser- und Pumplichtaufbau. Erstmals ist es gelungen diese sättigbaren Halbleiter-Auskoppelspiegel mit den benötigten Eigenschaften herzustellen.
Die neuartigen sättigbaren Auskoppelspiegel besitzen für diesen Transmissions-Laserbetrieb speziell abgestimmte Parameter, wie eine Relaxationszeit von etwa Hundert Picosekunden und einen Auskoppelgrad von ca. zwanzig Prozent. Mit diesen Halbleiterspiegeln wurden erste Mikrochiplaser in Transmission aufgebaut und vermessen.
Diese Laboraufbauten (ohne Verstärkung) erreichten Ausgangsleistungen bis 65 Milliwatt, Pulsfolgefrequenzen bis 400 Kilohertz und Pulsenergien bis 170 Nanojoule. Für die Bestimmung der Pulsdauer der Mikrochiplaser wurden mehrere dieser Bauelemente zur Charakterisierung an den Projektpartner IAP übergeben. Unter Verwendung dieser Transmissions-Mikrochiplaser als Oszillatorquelle werden die Projektpartner InnoLight GmbH und IAP die Forschungsarbeiten am innovativen Pikosekunden-Lasersystem weiter vorantreiben.
iPLASE / PH
