Bright Future: Rekorde bei Festkörperlasern

Application Panel "Novel developments in solid state laser technology" der LASER 2009

Die LASER 2009 hat in diesem Jahr viele Vorträge in den Münchener Messehallen veranstaltet, Plattform dafür waren die sogenannten Application Panels. Eines dieser Application Panel befasste sich mit „Novel developments in solid state laser technology“ (Photonik Forum B2.403, Di 13-17:00 Uhr). Mehr als 200 Zuhörer folgten den Vorträgen von John Clowes (Fianium), Denis Gapontsev (IPG Photonics), Kim P. Hansen (NKT Photonics), Ulrich Hefter (Rofin-Sinar Laser), Clemens Hönniger (JT Optical Engine), Robert Martinsen (nLight), Axel Ruehl (IMRA America), François Salin (EOLITE Systems), Dirk Sutter (Trumpf Laser) und Andreas Tünnermann (Fraunhofer IOF).

Mit dabei waren natürlich einige herausragende Ergebnisse. Ein Beispiel ist der cw-single-mode Faserlaser von IPG mit 9.6 kW Ausgangsleistung aus einer Faser mit einer Gesamteffizienz größer als 23%. Der Faserlaser emittiert bei 1070 nm mit nahezu perfekter Strahlqualtität; der Quantendefekt ist durch die Pumpwellenlänge von 1018 nm besonders gering.  Denis Gapontsev sieht aber hier noch nicht das Ende für die Skalierung seiner Laser. Für sm-Faserlaser gab er auf der Schlussfolie noch eine Prognose im Bereich von 15-20 kW für 2010-2011 ab – bei  einem M2 von 1.1 versteht sich. Harte Arbeit versprach er, um uns auch weiterhin zu beeindrucken.

Eine mittlere Leistung von 325 W wurde mit einem hochrepetierenden (40MHz) Faser-CPA-System von der FSU Jena/Fraunhofer IOF erzielt. Die komprimierte Pulsdauer von 375 fs führt zu Spitzenleistungen von 22 MW. Skalierungspotential in den kW-Bereich ist nicht ausgeschlossen.

Im Bereich der Scheibenlaser beeindruckte Trumpf mit neuen Systemen auch im grünen Bereich, u.a. mit über 500 W (bzw. 400 W in den Produktspezifikationen) mittlerer Leistung bei  515 nm, 300-400 ns Pulslänge und einer Taktrate von 100 kHz. „Dies dürfte alle bisher publizierten Laserleistungen im grünen Spektralbereich deutlich übersteigen“, so Sutter.  Ein Anwendungsfeld des grünen Q-switch Lasers ist die Halbleiterbearbeitung, z.B. bei Solarzellen.  Auch Dirk Sutter wies darauf hin, dass dies noch nicht das Ende der Fahnenstange sein wird. Immerhin hat sich die Ausgangsleistung pro Laserscheibe in den vergangenen sechs Jahren verachtfacht. Wichtiger findet er es jedoch, bei  Rekordmeldungen immer auch die Kosten zu berücksichtigen. „Der Kostentrend, der inzwischen zu sehr günstigen kW-Scheibenlasern führte, hat sich bereits auch sehr positiv auf den hellgrünen Scheibenlaser ausgewirkt“, so Sutter.

NKT Photonics, ein Zusammenschluss aus Koheras und Crystal Fiber, ist mit ihren state-of-the-art Fasern immer an vorderster Front dabei. Auch zwischen den Vortragenden bestehen enge Netzwerke, die die guten Ergebnisse erst ermöglichen. Ein Beispiel ist die Zusammenarbeit von EOLITE Systems, der FSU Jena/Fraunhofer IOF und NKT bezüglich der rod-type Faser, die nach François Salin (EOLITE) kein Photodarkening mehr zeigt.  Ein GW Spitzenleistung-fs-CPA-System wurde bereits mit mikrostrukturierten Fasern präsentiert.

Über Materialbearbeitung mittels (Ultrakurzpuls)faserlaser und Halbleiterlaser wurde unter anderem von Fianium, JT Optical Engine, Rofin-Sinar und nLight berichtet. JT Optical Engine, ein in 2007 gegründetes Joint Venture von Jenoptik und Trumpf, präsentierte mit der in Zusammenarbeit mit der FSU Jena erfolgten Bearbeitung von biologischem Gewebe sowie Dünnschichtablation mögliche Applikationsfelder im medizinischen und industriellen Bereich. Ein weiteres wichtiges Thema der Session war der Vorstoß zu Wellenlängenbereichen im UV, mid-IR etc.. Die Erzeugung von GHz Frequenzkämmen für spektroskopische Anwendungen ist ein Thema bei IMRA America über das Axel Rühl auch im Rahmen der CLEO/Europe-EQEC Postdeadline Session (Do 18:30-20:00 Uhr, Vortrag PDA.5) sprach.

Andreas Tünnermann, gemeinsam mit Friedrich Bachmann (Rofin-Sinar Laser) Chair der Session, fasste zusammen, dass die Parameterbereiche von Faser- und Scheibenlaser immer weiter werden. „Die Faserlaser gehen zu immer höheren Ausgangsleistungen im kontinuierlichen und gepulsten Betrieb. Besonders eindrucksvoll ist die jüngste Skalierung der Pulsspitzenleistung. Wir erreichen im Moment den GW-Bereich und werden in kurzer Zeit den 10 GW Bereich erreichen“, so Tünnermann.

Die zentrale Botschaft der Veranstaltung sieht Tünnermann darin, dass beide Lasergeometrien inzwischen weite Parameterbereiche abdecken und sich an vielen Stellen komplementär ergänzen. Damit können Beiträge für die Lösung wichtiger Fragen in einer modernen Gesellschaft u.a. in den Bereichen Energie, Transport, Mobilität und Wasser geleistet werden.

Wie sehen die Prognosen für die Zukunft aus? Auf welche Inhalte können wir bei der nächsten LASER  gespannt sein? Es gibt die Hoffnung auf den brillantesten Laser überhaupt mit Leistungen bis in den 100 kW Bereich hinein. Zudem werden wir laut Tünnermann hören, dass die Pulse immer kürzer und die Emissionsbereiche immer weiter vergrössert werden – vom extrem ultravioletten Spektralbereich bis hin in den THz-Bereich. So spricht man schon heute von den Hyperspectral-applications als einem wichtigen Thema der nächsten Jahre.

Weitere Infos zu den Application Panels finden Sie hier.