Ferdinand-Braun-Institut

Neue, kompakte Hochleistungs-Laser sollen Laser-Fernseher ermöglichen

12.12.2008 | Redakteur: Andreas Mühlbauer

Messaufbau mit frequenzverdoppeltem blauem Laserlicht
Messaufbau mit frequenzverdoppeltem blauem Laserlicht

Zur Realisierung von Laser-TV-Geräten sind kompakte Laser in den Grundfarben rot, grün und blau nötig. Probleme bereiten hierbei grüne und blaue Laser. Mit einem neu entwickelten Laser des Ferdinand-Braun-Instituts für Höchstfrequenztechnik rückt nun das Ziel der Marktreife von Laserfernsehern in greifbare Nähe.

Laserprojektoren werden bisher meist für aufwändige Großprojektionen etwa in Planetarien oder Flugsimulatoren eingesetzt, denn ein Laserprojektor liefert immer ein scharfes Bild, auch wenn auf eine Kugel oder eine unebene Fläche projiziert wird. Die dafür genutzten Lasertypen sind allerdings schrankgroß und für den Einsatz zu Hause ungeeignet.

Halbleiterlaser dagegen bieten wegen ihrer geringen Größe, Wartungsfreiheit und ihrer Leistungsfähigkeit ideale Voraussetzungen für den Einsatz in der Displaytechnologie. Rotes Licht mit Wellenlängen bei etwa 635 nm lässt sich aus Halbleiterlasern direkt erzeugen. Solche rot emittierenden Laser wurden am Ferdinand-Braun-Institut (FBH) in Berlin mit einer Ausgangsleistung von mehr als 1 W entwickelt.

Schwierigkeiten bereiten derzeit noch die grünen und blauen Lichtquellen, da sie sich mit Halbleiterlasern bislang nur schwer erzeugen lassen. Am FBH ist es nun gelungen, einen blauen Laserstrahl mit 488 nm Wellenlänge auf einer optischen Bank mit einer Ausgangsleistung von derzeit 1,15 W zu erzeugen. Dies ist zugleich weltweit der höchste bislang erreichte Wert bei dieser Wellenlänge mit einem Halbleiterlaser.

Konversionseffizienz von mehr als 16 Prozent

Dabei wird das infrarote Laserlicht (976 nm) aus einem 6 mm langen DBR-Trapezlaser mit einer hohen Ausgangsleistung von 12 W über einen Kristall mittels nichtlinearer Frequenzkonversion in blaues Licht umgewandelt – die Wellenlänge halbiert sich dadurch.

Um hohe Konversionseffizienzen zu erreichen, benötigt man ein Material mit einem möglichst hohen nichtlinearen Koeffizienten. Bei dem 488-nm-Laserstrahl des FBH wurde ein 5 cm langer Kristall aus Lithiumniobat verwendet, der einen der höchsten nichtlinearen Koeffizienten besitzt. Ein Konversionswirkungsgrad vom infraroten zum blauen Licht von mehr als 16% ließ sich auf diese Weise erreichen.

Dieses am FBH erfolgreich demonstrierte Prinzip bei 488 nm soll nun auf die für die Displaytechnologie optimalen Wellenlängen übertragen werden. Bei blauem Licht liegen diese Werte um etwa 460 nm und bei grünem bei circa 530 nm. Das 12-köpfige Wissenschaftlerteam um Katrin Paschke, Gruppenleiterin der „Hybriden Lasersysteme“ im Geschäftsbereich Diodenlaser, möchte zugleich die Ausgangsleistung auf etwa 3 W erhöhen, da eine solche Leistung für großflächige Projektionen von etwa 1 m × 2 m benötigt wird.

Hochleistungslaser im Streichholzschachtel-Format

Dieses Ziel soll durch Anpassungen im Design der Hochleistungslaser erreicht werden, wobei insbesondere die Strahlqualität weiter verbessert werden soll. „Das ist eine echte Herausforderung“, erläutert Katrin Paschke, „da wir sowohl hohe Ausgangsleistungen benötigen als auch eine Modenfilterung integrieren müssen, um einen für die Frequenzkonversion optimalen Strahl zu erzeugen.“

Darüber hinaus soll der Testaufbau, dessen Größe durch die Geometrie der verwendeten Linsen vorgegeben war und fast einen Meter lang ist, stark miniaturisiert werden. Künftig kommen Mikrolinsen und ein kürzerer Kristall zum Einsatz, mit dem die Gesamtlänge des Aufbaus auf nur noch 5 cm schrumpft.

Dies wiederum ermöglicht den Aufbau kleiner Module im Streichholzschachtelformat, mit denen beispielsweise die Größe von Laserprojektoren deutlich schrumpfen würde und auch die gestochen scharfen Bilder des Laserfernsehens in greifbare Nähe rücken.

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