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Lasermodule mit hoher Leistung & Effizienz

Wir entwickeln und montieren die passenden Lichtquellen für Anwendungen, die hohe Ausgangsleistungen und zugleich eine hohe Effizienz benötigen. Für den Einsatz als Pumplaser im Weltraum beispielsweise bündeln wir die Laserstrahlung mittels Linsen, um sie in eine optische Faser einzukoppeln. Diodenlaser - Einzelemitter oder Laserbarren -, die u.a. in der Materialbearbeitung genutzt werden, stapeln wir zu Stacks und erreichen so Leistungen im Kilowattbereich.  In miniaturisierten Mikromodulen kombinieren wir die Emission mehrerer Halbleiterlaser mittels Wellenlängenmultiplexing und/oder Polarisationskopplung.

Stackelement mit Büroklammer als Größenvergleich
Einzelnes Stackelement eines 3,5 kW-Stacks
Stackelement mit einer Linse und Büroklammer als Größenvergleich
Stackelement mit einer Linse
Stackelemente vor der Montage in einen Pumpmodulstack
Stackelemente vor der Montage in einen Pumpmodulstack
Hochleistungs-Laserstack mit Linsen
Hochleistungs-Laserstack mit Linsen, der 3,5 kW Ausgangsleistung liefert
Hochleistungs-Mikromodul
Hochleistungs-Mikromodul, in das sechs Diodenlaser zum Wellenlängenmultiplexing integriert wurden.
Hochleistungs-Mikromodul
Hochleistungs-Mikromodul, in das sechs Diodenlaser integriert wurden
SAMBA: 780-nm Direktdiodenlasermodul für die additive Fertigung
SAMBA: 780-nm Direktdiodenlasermodul für die additive Fertigung

Diodenlaser-Stacks

Diodenlaser-Stacks bestehen aus vertikal gestapelten Laserbarren oder Einzelemittern. Damit lässt sich die Gesamtleistung entsprechend der Anzahl von Emittern bis in den Kilowatt-Bereich skalieren. Stacks können als Pumpquellen von Festkörper-, Faser- und Alkali-Gaslasern, beispielsweise in der Materialbearbeitung oder von Hochenergie-Festkörperlasersystemen, eingesetzt werden. Sie eignen sich aber auch als Strahlquellen für spektral kombinierte Lasersysteme für den direkten Einsatz in der Materialbearbeitung. Weitere Anwendungen liegen in der Freiraumkommunikation, Druck- und Medizintechnik.

Wellenlängen

  • 650 bis 1060 nm, z.B. 950 nm zum Pumpen von Yb: YAG-Scheibenverstärkern

Chip-Technologie

  • Halbleiter-Schichtstrukturen mit MOVPE
  • monolithisch-integrierte Gitter mittels Oberflächenätzungen oder Zweischritt-Epitaxie
  • Kontaktfenster durch
    • Projektionslithografie
    • Implantation und Isolationsschichten
    • Metallisierung
  • Abdünnen
  • Ritzen, Brechen, Spalten
  • Facettenbeschichtung und -passivierung mit sehr langen Lebensdauern

Montage

  • Hartlöten von Laserbarren und Einzelemittern mit langer Apertur auf passive CuW-Wärmesenken
  • Stapeln der CuW-Träger und Fixieren mit AuSn-Lot, geeignet für sehr lange Lebensdauern
  • Klebuen von FAC-Linsen (fast axis collimator) am Stack
  • Einkoppeln in Fasern

Typische Daten

  • QCW Betrieb tP = 1 ms f = 10...200 Hz
  • maßgeschneiderte Einzelemitter mit 1,2 mm Apertur
    • verlässliche Ausgangsleistung >120 W
    • Leistungsdichte ~ 1 kW/cm
    • lateraler Fernfeldwinkel von 12° (95% Leistung)
    • Wirkungsgrad > 60%
  • Stack mit 28 Ebenen und FAC
    • Ausgangsleistung 3,5 kW bei einer Effizienz von > 60%
    • geeignet für einfache und effiziente Kopplung in Fasern
      • vertikale Divergenz (> 95% Lichtleistung) < 2 mrad
      • vertikales Strahlparameterprodukt < 90 mm·mrad
      • laterale Divergenz (> 95% Lichtleistung) < 210 mrad
      • laterales Strahlparameterprodukt < 90 mm·mrad

Hochleistungs-Mikromodule

In unseren kompakten Hochleistungs-Mikromodulen kombinieren wir die Emission mehrerer Halbleiterlaser mittels Wellenlängenmultiplexing und/oder Polarisationskopplung. Dadurch lassen sich hohe optische Ausgangsleistungen bei exzellenter Strahlqualität realisieren. Diese Module können sowohl als Pumpquelle für Festkörperlaser als auch in der direkten Materialbearbeitung genutzt zu werden.

Neben dem optischen Konzept ist die thermische Auslegung entscheidend. Die hybride Integration aktiver und passiver Elemente wird mittels Präzisionsmontage auf individuell angepasstem Inlay realisiert. Zudem können Elektronik für den gepulsten Betrieb und eine Faserkopplung (von Single-Mode-Fasern über 20-µm-Low-Mode-Number-Fasern bis zu Multi-Mode-Fasern) integriert werden.

In kompakter Bauweise liefern die Mikromodule

  • hohe optische Ausgangsleistungen von bis zu 35 W (Freistrahl)
  • exzellente Strahlqualität (M² < 3)

ProFIT-Projekt SAMBA

Hier finden Sie Informationen zum Projekt SAMBA, bei dem wir gemeinsam mit unseren Projektpartnern eine innovative, direkte Strahlquelle für die Additive Fertigung entwickeln.

Projekt BriSCL

Im Projekt BriSCL werden Diodenlaser bei Wellenlängen um 915 nm mit höherer Brillanz für den industriellen Einsatz entwickelt.

Der Schwerpunkt im Projekt liegt sowohl auf Bauelementen, die gleichzeitig eine hohe Ausbeute und eine hohe Leistung ermöglichen, als auch auf neuartigen Techniken der Stahlzusammenführung, optischer Resonatoren und führenden Technologien für stärkere Laserdiodenmodule. Dabei kommt auch die BRIS (buried regrown implant structure) Halbleitertechnologie des FBH zum Einsatz.
Hier geht es zur Projekt-Website.

ProFIT-Projekt HOTSTACK

Im Projekt HOTSTACK beteiligen wir uns an der Entwicklung von Hochleistungs-Diodenlaserstacks mit hohem Tastverhältnis. Dies sind Schlüsselkomponenten für die gepulste Lasertechnologie.

Ausgewählte Publikationen