Hochleistungs-Laser

Diodenlaserbarren mit einer Ausgangsleistung von 2 kW

01.06.15 | Redakteur: Hendrik Härter

Laserbarren mit optimiertem Aufbau für Hochleistungs-Laseranwendungen auf CCP-Mount, die im Projekt CryoLaser entwickelt wurden.
Laserbarren mit optimiertem Aufbau für Hochleistungs-Laseranwendungen auf CCP-Mount, die im Projekt CryoLaser entwickelt wurden. (FBH/P. Immerz)

Spitzenleistung bei Diodenlaserbarren: Forscher konnten eine optische Ausgangsleistung von 2 kW mit einem einzelnen Laserbarren erzielen, der eine Emitterbreite von einem Zentimeter hat. Gekühlt wurde der Barren auf -70 °C.

Aktuelle Entwicklungen aus dem Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) zielen auf leistungsfähige Diodenlaser für künftige Hochleistungs-Laseranwendungen. Zurzeit arbeiten Forscherteams weltweit an einer neuen Generation solcher Laser, die für die Grundlagenforschung, für neuartige Anwendungen in der Medizin und nicht zuletzt für die laserinduzierte Fusion verwendet werden können.

Diese Lasersysteme benötigen nicht nur leistungsfähige, sondern auch in großer Stückzahl kostengünstig herstellbare Diodenlaser. Grundbausteine hierfür sind Diodenlaser-Barren mit Wellenlängen von 930 bis 970 nm. Sie pumpen Ytterbium-dotierte Kristalle in Großlaseranlagen, die wiederum optische Spitzenpulse im Petawatt-Klassenbereich mit Pikosekunden-Pulsbreiten erzeugen.

Laserbarren bis 500 Watt

Ein einzelner Laserbarren in diesem Pumpquellen erreicht eine typische Ausgangsleistung zwischen 300 und 500 Watt. Um die Leistungsfähigkeit der Diodenlaser weiter zu steigern, optimiert das FBH im Leibniz-Projekt CryoLaser sowohl im Design und die zur Fertigung nötige Technik. Nur mit einer höheren Leistungsdichte lassen sich die Kosten pro Photon senken – weniger Material wird benötigt. Zugleich muss der Wirkungsgrad erheblich verbessert werden, um die Effizienz des Gesamtsystems zu steigern.

Das Projekt CryoLaser nutzt Designs, die für den Laserbetrieb bei tiefen Temperaturen bei -70 °C oder 203 K optimiert sind. Bei diesen Temperaturen steigt die Leistungsfähigkeit von Diodenlasern deutlich.

2 kW Spitzenleistung pro Barren

Aktuelle Ergebnisse aus dem Projekt CryoLaser präsentierte das FBH-Team rund um Paul Crump kürzlich in einem eingeladenen Seminar und einem Vortrag bei der CLEO in San Jose, USA. Dank eines weiterentwickelten vertikalen Designs und eines verbesserten Aufbaus liefern die Laserbarren bei Bandbreiten von 940 nm und Temperaturen von -70 °C bzw. 203 K weltweite Bestwerte: 2 kW Spitzenleistung pro Barren bei einem maximal verfügbaren Strom von 2 kA, einer Pulsbreite von 200 µs und einer Frequenz von 10 Hz.

Das entspricht einer Pulsenergie von 0,4 Joule. Für solche Leistungen waren bislang mindestens vier aufeinander gestapelte Einzelbarren notwendig. Bei hohen Leistungen von 1 kW laserten die Barren mit 65 Prozent Konversionseffizienz und erreichten selbst bei 2 kW noch 56 Prozent. Mit diesen Werten haben die Baren das Potenzial, in künftigen Hochleistungs-Laseranlagen genutzt zu werden. Derzeit arbeitet das FBH-Team weiter an der Verbesserung der elektro-optischen Konversionseffizienz.

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