MOPA - Realisierung eines hybriden Diodenlasersystems mit hoher Ausgangsleistung und exzellenter Strahlqualität

Diodenlaser zeichnen sich im Vergleich zu anderen Laserbauformen dadurch aus, dass sie kompakt sind, einen hervorragenden Wirkungsgrad besitzen, und prinzipiell kostengünstig herzustellen sind. Im Allgemeinen ist aber bei Diodenlasern ein Kompromiss

zwischen erreichbarer Strahlqualität und möglicher Ausgangsleistung erforderlich. Durch den Aufbau eines hybriden MOPA (Master Oscillator Power Amplifier) kann aber ein spektral schmalbandiges Diodenlaser-System mit hoher Ausgangsleistung und exzellenter Strahlqualität realisiert werden.

Der hybride MOPA besteht aus zwei Diodenlasern, die durch optische Komponenten gekoppelt werden. Der Master Oscillator ist ein DFB- oder DBR-Diodenlaser mit nahezu gaußförmigem Strahlprofil und schmalbandiger Emission. Die mögliche Ausgangsleistung des Master Oscillators ist unter diesen Vorgaben auf weniger als ein Watt begrenzt. Um höhere Leistungsbereiche zu erschließen, wird das Licht in einen Power Amplifier eingekoppelt, der als optischer Verstärker die Strahlqualität weitestgehend nicht beeinflusst. Schon die Einkopplung von etwa 100 mW Leistung eines Master Oscillators reicht aus, um eine Ausgangsleistung des MOPA-Systems von mehreren Watt zu realisieren. Ein solches System arbeitet im benötigten Leistungsbereich wellenlängen- und modenstabil.

Im Rahmen einer ZEMI-Kooperation (FBH, BESSY) wurde ein Demonstrator entwickelt, bei dem sämtliche Komponenten, also Laserdioden und koppelnde Optik, auf einem Submount in Form einer mikro-optischen Bank integriert wurden. Die Feinjustage der Koppellinse, mit erforderlichen Toleranzen von etwa einem µm, erfolgte durch den Einsatz verformbarer Linsenhalter, die mit LIGA-Technologie gefertigt wurden. Mit dem Demonstrator konnte eine Ausgangsleistung von 3 Watt bei einer Wellenlänge von 1060 nm (bis zwei Watt monomodig) erreicht werden.

Das hier als Muster hergestellte hybride MOPA-System hat das Potenzial, eine hohe Ausgangsleistung mit einer hervorragenden Strahlqualität und spektraler Schmalbandigkeit zu verknüpfen. Die innovative Bauform mit verformbaren Linsenhaltern auf einer mikro-optischen Bank verspricht eine im Vergleich zu anderen Lasersystemen kompakte und kostengünstige Herstellung. Solchen Systemen steht ein weiter Bereich von Anwendungen offen, etwa in der Spektroskopie, der Medizintechnik, der Kommunikationstechnik, oder der Bilderzeugung (Displaytechnologie).

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