ProFIT-Projekt HOTSTACK

Gegenwärtig entsteht eine neue Generation von Laseranwendungen, die auf gepulsten Festkörperlasern der höchsten Energieklasse basieren. Deren ultrakurze Pulse mit Pulsenergien bis in den Petawattbereich werden genutzt, um die verschiedensten Strahlungsformen zu erzeugen. Dadurch werden Anwendungen in der Materialbearbeitung, der Spektroskopie und der Bildgebung möglich, die mit keiner anderen Technik erzielt werden können. Eine Schlüsselkomponente für diese neuartigen Lasersysteme sind Pumpquellen, die aus gestapelten Diodenlasern aufgebaut sind (engl. diode-laser stack).

Im Projekt HOTSTACK werden die aktuellen technologischen Grenzen dahingehend untersucht, die Diodenlaser- und Montagetechnologien dieser Pumpquellen erheblich zu verbessern. Dazu werden zwei Typen von Hochleistungsdiodenlaserstacks als Forschungsmuster aufgebaut wobei der Entwicklungsfokus auf der Erhöhung der Pulswiederholrate und der Steigerung der optischen Leistung bei gleichzeitiger Reduzierung der Herstellungskosten liegt.

Typ 1 (Industriedesign) zielt dabei auf die wachsende Sekundärquellenindustrie ab und baut auf einem kostengünstigen und bereits weit entwickeltem Industriedesign auf. Der Verbundpartner TRUMPF will die mittlere Pumpleistung gegenüber derzeitig existierenden Systemen um das 20-fache erhöhen – ermöglicht durch eine simultane Steigerung der Pulswiederholfrequenz und der optischen Pulsleistung. Durch die Forschung des Verbundpartners Finetech an neuen Fügetechnologien und Automatisierungen in der Produktion sollen die Herstellungskosten zudem drastisch sinken.

Ergänzend dazu soll Typ 2 (Forschungsdesign) die Forschung an weiteren neuartigen und innovativen Lasersystemen der Höchstenergie bedienen, zum Beispiel der kommenden EuPRAXIA-Anlage. Hierbei soll durch die Verwendung neuartiger Diodenlaser und Moduldesigns die mittlere Pumpleistung bis um das 100-fache gesteigert werden. Die Arbeiten hierzu werden überwiegend bei uns am Ferdinand-Braun-Institut stattfinden.

Da die Herstellung der Laser komplexe Herstellungsprozesse wie Epitaxie, Strukturierung und Ätzprozesse erfordert, ist eine verlässliche Prozesskontrolle zum Verständnis und zur Steuerung der Herstellung unabdingbar. Durch Innovationen in der optischen Analytik der III/V-Epitaxie- und Prozesstechnologie des Verbundpartners LayTec sollen in enger Kooperation mit dem FBH das Prozessverständnis und -kontrolle für derartige Strukturen verbessert werden. Dadurch soll die Ausbeute steigen und die Herstellungskosten derartiger Lasersysteme weiter reduziert werden.

HOTSTACK ist ein "ProFIT Innovation"-Projekt und wird von 2023 - 2025 aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) Berlin kofinanziert.