Kompakte, grün emittierende Laser auf Basis von Pr:YLF

Aachen / Publikationsserver der RWTH Aachen University (2013) [Doktorarbeit]

Seite(n): 145 S. : Ill., graph. Darst.

Kurzfassung

Festkörperlaser sind ein etabliertes Werkzeug im Bereich der Produktion und Messtechnik. Aus den Rahmenbedingungen der Prozesse ergeben sich dabei Anforderungen an die energetischen, räumlichen, zeitlichen und spektralen Eigenschaften des jeweiligen Lasers. Während bei der Materialbearbeitung vor allem hohe Leistungen bei kurzen Pulsdauern im Vordergrund stehen, erfordern Anwendungen z. B. im Bereich der Medizin, Messtechnik und Unterhaltung moderate, kontinuierliche Leistungen unter einem Watt bei einer angepassten Wellenlänge im sichtbaren Spektralbereich. Diese Anforderungen grenzen die Wahl der aktiven Lasermedien und Konzepte stark ein und werden erst in den letzten Jahren verstärkt untersucht. Mit Lasern auf Basis von Pr:YLF lassen sich Emissionen im sichtbaren Spektralbereich von Cyan über Grün, Orange bis Rot realisieren. Der Einsatz von blau emittierenden InGaN-Dioden als Pumpquellen ermöglicht eine hohe Effizienz und einen kompakte Aufbau des Lasers. Diese Laser weisen somit ein hohes Potenzial für einen Einsatz in diversen Anwendungsfeldern der Medizin, Messtechnik und Unterhaltung auf, bei denen ein mobiler Einsatz oder die Integration in ein Behandlungs-, Mess- oder Unterhaltungsgerät gefordert ist. Ein aktuelles Beispiel für den Einsatz von Strahlquellen moderater Leistung im sichtbaren Spektralbereich in großen Stückzahlen stellt die Entwicklung eines laserbasierten digitalen Projektors für den mobilen Einsatz dar. Der Einsatz von laserbasierten Projektoren würde die Effizienz bei gleichzeitig deutlich kleinerem Bauraum steigern, scheiterte bislang jedoch an einer kompakten und effizienten Laserquelle mit einer ausreichenden Ausgangsleistung im grünen Spektralbereich. Die Anforderung an einen hohen Integrationsgrad der Quelle stellt eine Herausforderung dar, die bislang für Quellen auf Basis von Pr:YLF nicht untersucht wurde. In dieser Arbeit wird ein systematischer Vergleich des Potenzials hochkompakter Freistrahl- und Wellenleiterlaser auf Basis dieses Kristallmaterials dargestellt. Dazu werden Laserstrahlquellen mit einer Emission im grünen Spektralbereich untersucht, die einen möglichst hohen Grad an Kompaktheit und Effizienz zum Ziel haben. Die konkreten Anforderungen ergeben sich aus einer Anwendung als Strahlquelle für digitale Projektionen, der Einsatz der untersuchten Quelle ist jedoch nicht auf diese Anwendung begrenzt. Als Pumpquelle wird eine blau emittierende InGaN-Laserdiode genutzt, deren Emissionswellenlänge zu einer Absorptionslinie von Pr:YLF passt. Es werden Konfigurationen sowohl von Freistrahllasern als auch von Wellenleiterlasern analytisch, numerisch und experimentell untersucht. Dabei werden mit einem sehr kompakten Demonstrator eines Freistrahllasers sämtliche Anforderungen bezüglich Ausgangsleistung, Strahlqualität, Effizienz und Volumen an die Strahlquelle erfüllt. Hierdurch wird erstmals die Machbarkeit eines kompakten Pr:YLF-Lasers mit einem Leistungsdichte von 200 mW / cm^3 demonstriert. Zusätzlich erlauben das Design und die Aufbaustrategie eine Automatisierung und ermöglichen damit eine kostengünstige Massenfertigung. Es wird darüber hinaus vergleichend dargestellt, unter welchen Bedingungen bezüglich Dimensionen und Dämpfung sich mit Wellenleiterlasern Vorteile gegenüber dem vorgestellten Design des Freistrahllasers erzielen lassen. Hierfür werden Wellenleiterstrukturen mittels fs-Laserstrahlung erzeugt und durch die experimentelle Untersuchung eines Wellenleiterlasers seine Dämpfung ermittelt. Darüber hinaus wird erstmals das Potenzial untersucht, das mikrooptisch gefertigte Wellenleiter aus Pr:YLF aufweisen.

Autorinnen und Autoren

Autorinnen und Autoren

Strotkamp, Michael

Gutachterinnen und Gutachter

Poprawe, Reinhart

Identifikationsnummern

  • URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-47327
  • REPORT NUMBER: RWTH-CONV-144896