Laser für Life Sciences, Messtechnik & Displays

... mit Ausgangsleistungen bis in den Wattbereich werden in biomedizinischen Anwendungen wie etwa in Dermatologie, Ophthalmologie  und Durchflusszytometrie benötigt. Für medizinische Behandlungen wie die Photothermolyse von dermalen vaskulären Läsionen oder die Photokoagulation in der Ophthalmologie ist eine Wellenlänge um 577 nm ideal, da hier ein deutlicher Absorptionspeak von Oxyhämoglobin vorliegt. Dies vermindert zusätzlich die Melaninabsorption und -streuung in der Epidermis im Vergleich zu kürzeren Wellenlängen. Derzeit werden meist Farbstoff- oder Kupferbromidlaser eingesetzt, die Nachteile wie Ineffizienz, große Abmessungen, Toxizität, Komplexität oder hohe Wartungszyklen mit sich bringen.

... ermöglichen die Behandlung von Augenkrankheiten mittels Laserkoagulation. Sie addressieren damit auch die zwei Hauptursachen für Erblindung: diabetische Retinopathie (DR) und die altersbedingte Makulardegeneration (AMD). Im Bereich der sensorischen Anwendungen kommen Diodenlaser auch für die Point-of-Care-Technologie (POC) am Patienten zum Einsatz, beispielsweise um chronisch-entzündliche Atemwegserkrankungen zu erforschen, vorherzusagen und zu diagnostizieren. Dazu zählen etwa Asthma oder die chronisch-obstruktive Lungenerkrankung (COPD).

... ermöglichen eine schnelle, färbefreie und nichtinvasive Gewebediagnostik. Wir haben hierfür Diodenlaser entwickelt, deren Wellenlänge bei 460 nm stabilisiert ist. Sie eröffnen neue Möglichkeiten, Gewebe noch während eines operativen Eingriffs mit funktionellen Raman-Bildern klinisch zu bewerten wie etwa Tumorränder in der Krebsmedizin. Dadurch können chirurgische Interventionen verkürzt und präzisiert werden.

... werden in der medizinischen Bildgebung, aber auch der wissenschaftlichen Darstellung, der virtuellen Modellierung sowie für Kunst und Werbung benötigt. Digital erzeugte statische Hologramme sind inzwischen bis zur kommerziellen Anwendung gereift, jedoch verhindern die aktuell verfügbaren hochkohärenten Laserquellen eine weite Verbreitung. Sie sind noch zu groß und komplex, nicht effizient genug und zu teuer. Zudem ist noch immer ein nasschemischer Prozess notwendig, um die Hologramme zu entwickeln.

Gemeinsam mit unseren Partnern wollen wir daher Prototypen von Laserdruckern für die Produktion von digitalen Reflexionshologrammen entwickeln. Die Möglichkeit der dreidimensionale Darstellung erschließt dabei die schnelle und anschauliche Analyse komplexer Zusammenhänge. Insbesondere medizinische Anwendungen können durch die einfache Visualisierung gesamter Organe bzw. Gewebestrukturen von der holographischen Bildgebung profitieren. Grundlage dafür sind zwei zu entwickelnde Technologien: RGB-Lasermodule mit ausreichend hohen Kohärenzeigenschaften für die Holografie und ein chemiefreier Entwicklungsprozess für die zu druckenden Hologramme. Die darauf basierenden holografischen Laserdrucker sollen wirtschaftlich sein und einen entsprechend hohen Anteil im globalen Markt für digitale Hologramme erreichen.

Der für das menschliche Auge sichtbare Farbraum kann nicht komplett aus den drei Grundfarben Rot, Grün und Blau abgebildet werden. Mit gelbem Laserlicht kann zusätzlich ein größerer Bereich des Farbraumes abgedeckt und die Farbwiedergabe verbessert werden. Gelbes Licht lässt sich jedoch bislang nicht direkt mit Halbleiterlasern erzeugen. Daher haben wir spezielle Laserlichtquellen entwickelt, die auf Laserdioden im nah-infraroten Bereich von 1120 nm bis 1190 nm beruhen. Mittels Frequenzverdopplung wird deren Strahlung in den gelben Spektralbereich von 560 nm bis 595 nm konvertiert. Hierbei werden optische Ausgangsleistungen zwischen 100 mW und 1,5 W mit einem nahezu beugungsbegrenzten Strahl (M² < 2) bereitgestellt. Die Modulierbarkeit liegt im MHz-Bereich.

Echte Flying-Spot-Displays erzeugen scharfe Bilder unabhängig von der Entfernung und Oberflächenform der Leinwand. Für den roten Spektralbereich von 635 nm bis 660 nm haben wir spezielle Trapezlaser entwickelt, die Ausgangsleistungen von 500 mW bei 635 nm und bis 1 W bei 660 nm emittieren. Die Strahlqualität ist nahezu beugungsbegrenzt (M² < 3) und es sind Modulationsgeschwindigkeiten bis in den MHz-Bereich möglich.

Kohärente und absolut frequenzstabilisierte Laser bilden heute die Grundlage für viele Anwendungen in der Metrologie, Fertigungstechnik, Medizin und Quantenoptik. Für die Metrologie sind insbesondere die sehr präzise Distanzmessung und die Bereitstellung von Frequenz- bzw. Längennormalen wichtig. Die optische Distanzmessung beruht auf dem Prinzip der Interferometrie und erfordert eine hohe Kohärenz sowie eine hohe absolute Frequenzgenauigkeit der Lichtquelle. In derartigen Anwendungen werden bis heute veraltete Systeme mit HeNe-Lasern mit fundamentalen Einschränkungen hinsichtlich der Baugröße, Wellenlänge und Leistung eingesetzt. Die Größe dieser Laser verhindert derzeit die Entwicklung von Messinstrumenten, die kompakter sind und eine höhere Funktionalität besitzen.

Im Verbundprojekt haben die drei Partner TOPTICA Photonics AG aus München, das Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) in Berlin und Hexagon als assoziierter Partner einen neuartigen kompakten Laserkopf entwickelt der Licht bei 633 nm emittiert. Das System erreicht eine absolute Frequenzstabilität im Bereich von 10^-8. Die Eignung für den Einsatz in der interferometrischen Messtechnik wurde dabei in einer realen Anwendungsumgebung (sogenannter „Laser Tracker“) demonstriert.