„Vorteil“: Kostengünstige und robuste Lasersysteme
BMBF-Verbundprojekt zu VCSEL-Lasermodulen für Oberflächenreinigung und Laserzündung.
Einem breiten Einsatz des Lasers stehen vor allem die bisherige Komplexität der Systeme und die sich daraus ergebenden hohen Kosten entgegen. Das Verbundprojekt VORTEIL bringt die Kompetenz führender deutscher Unternehmen und Forschungsinstitute zusammen, um durch weitgehende Integration von Funktionen Lasersysteme mit deutlich weniger Produktionsaufwand zu fertigen. Der hohe Integrationsgrad macht diese Systeme außerdem besonders kompakt und robust.
Abb.: Mikroskopaufnahme eines Ausschnittes aus einem VCSEL-Array. (Bild: Philips)
Die Technologie der „Vertical Cavity Surface Emitting Laser“ wird bereits erfolgreich bei niedrigen Leistungen z.B. in der Lasermaus oder zur Datenübertragung eingesetzt. Der Aufbau eines solchen VCSELs besteht aus mehr als hundert Schichten, die in einem einzigen Herstellungsschritt abgeschieden werden können. Einige dieser Schichten dienen der Lichterzeugung, andere bilden die Laserspiegel und ermöglichen die Strominjektion. Auf diese Weise können bis zu einer Million komplette Laser auf einem einzigen Substrat und in einem einzigen Arbeitsgang hergestellt werden.
Die Skalierung zu höheren Leistungen gelingt durch die Anordnung vieler VCSEL in einem dichtgepackten Array. Diese Arrays werden mit Optiken und Strukturen zur Stromzufuhr und Wärmeabfuhr integriert d.h. diese Strukturen werden bevorzugt auf Waferskala hinzugefügt. Ziel des Projektes ist es die Zahl der bis zum Lasermodul benötigten Unterteile und Arbeitsschritte drastisch zu reduzieren.
Die im Verbundprojekt erforschten Systeme können für so unterschiedliche Anwendungen wie die umweltschonende Reinigung von Oberflächen oder den Ersatz von Zündkerzen in kraftstoffsparenden Motoren verwendet werden.
Abb.: Aufbau eines Pumpmoduls mit 700 W Pulsleistung. (Bild: Philips)
Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert diese Arbeiten im Rahmen der Initiative „Integrierte Mikrophotonik“ von März 2013 bis Februar 2016 mit einem Betrag von knapp drei Millionen Euro. Mit der Projektträgerschaft hat das BMBF die VDI Technologiezentrum GmbH beauftragt.
Partner im Verbund sind Philips Photonics (Ulm und Aachen), Curamik (Eschenbach), Cicor (Radeberg), Clean Lasersysteme (Herzogenrath), Bosch (Stuttgart) und das Fraunhofer IZM (Berlin). In Unteraufträgen nehmen auch das Fraunhofer IOF (Jena, integrierte Mikrooptik) und die Universität Kassel (Modellierung) teil.
Die am Verbund beteiligten Unternehmen decken die komplette Wertschöpfungskette ab und wollen sowohl die Komponenten als auch fertige Systeme in Deutschland fertigen. Die angestrebte Kostensenkung wird es ermöglichen, wesentlich breitere Anwendungsgebiete zu adressieren und den Laser vermehrt aus speziellen Hochtechnologie-Nischen in alltägliche Anwendungen zu verbreiten.
VDI / CT
