Die InnoProfile-Transfer-Initiative

Aufbauend auf den Ergebnissen der InnoProfile-Initiative „Hybride Diodenlaser-Systeme“ möchte das InnoProfile-Transfer-Vorhaben industrietaugliche, miniaturisierte Diodenlasermodule mit Faserausgang entwickeln.

Wesentliche Bestandteile aus dem vorangegangenen InnoProfil sind hierfür die hochbrillanten Laserstrahlquellen sowie eine flexible Technologieplattform, die auf verschiedene Erfordernisse angepasst werden kann. Die Arbeiten erfolgen im Verbund mit KMUs der Region.

Die Ziele

In einem innovativen Lösungsansatz sollen die bereits entwickelten monolithischen Trapezlaserdioden mit einem industriekompatiblen, standardisierten Gehäusedesign (z.B. Butterfly-Gehäuse), einem elektrischen Interface sowie einem optischen Faseranschluss kombiniert werden. Dies ermöglicht es, die Module unkompliziert in verschiedene Systeme zu integrieren und einfach anzuwenden.

Die zuverlässige Ausgangsleistung der Demonstratoren soll bei > 8 W aus einer Low-Mode-Number-Faser bzw. > 5 W aus einer Single-Mode-Faser liegen. Damit übertreffen sie die bisherigen kommerziell verfügbaren Diodenlaser-Strahlquellen um das 10-fache an Strahldichte und Brillanz.

Die Entwicklung der miniaturisierten Module wird in enger Kooperation des Ferdinand-Braun-Institutes, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) mit den KMUs C2GO inprocess solutions GmbH, eagleyard Photonics (eyP), PicoQuant GmbH (PQ) und FCC FibreCableConnect GmbH (FCC) durchgeführt, wobei PQ assoziierter Partner ist.

Im Verbund entwickelt das FBH die Chiptechnologie weiter, berechnet das optische Design und optimiert das Wärmemanagement. FCC wählt die Faser basierend auf Simulationsergebnissen aus und konfektioniert die Faserstecker. Neben der Präzisionsmontage der passiven Komponenten übernimmt C2GO das gesamte Packaging. eyP ermittelt die Kundenbedürfnisse, definiert daraus Zielspezifikationen und charakterisiert die entwickelten Module. Im Ergebnis dessen werden im Verbund gegebenenfalls weitere Optimierungsschritte festgelegt.
 

Die Abbildung zeigt schematisch die Weiterentwicklung der Technologieplattform für Trapezlaser mit integriertem Gitter, welche in der InnoProfile-Initiative „Hybride Diodenlaser-Systeme“ aufgebaut wurde, zu industrietauglichen, miniaturisierten Demonstratoren mit Faserausgang; im Verbund mit den Partnern FCC, eyP und C2GO.

Die thematischen Schwerpunkte

Weiterentwicklung der Chiptechnologie

Die Schwerpunkte der Arbeiten liegen in der Optimierung der Halbleiterschichtstrukturen und der Chiptechnologie für die Wellenlängenbereiche um 920 nm, 976 nm und 1060 nm. Auf Basis der bisher erzielten Ergebnisse sollen die Quantenwell-Laserstrukturen hinsichtlich ihrer Effizienz weiterentwickelt werden. Über eine Variation der Geometrieparameter der Trapezlaser mit integriertem Gitter wird die Resonatorgeometrie auf die gewählte Vertikalstruktur hin optimiert, um reproduzierbare homogene Laserchips für den Entwicklungsprozess des industrietauglichen Demonstrators zur Verfügung zu stellen.

Design des industrietauglichen Demonstrators mit effizienten Wärmemanagement und optimierter Faserkopplung

Wahl von Fasern und optischem System
Die Auswahl der Fasern und die Berechnung des optischen Systems erfolgt vor allem im Hinblick auf deren einfache Integrierbarkeit in das Package, einer effizienten Faserkopplung, geringer Einkoppelverluste und einer Reduzierung der Rückkopplung in den Diodenlaser. Für die Berechnung des optischen Systems ist eine entsprechende Beschreibung der räumlichen Strahlung des Lasers notwendig. Mithilfe dieser können ein optimiertes mikrooptisches System entwickelt, Justagetoleranzen und Einkoppeleffizienzen abgeschätzt werden.

Wahl der Materialien und Verbindungsverfahren für das Modul
Ziel ist die Entwicklung eines geeigneten Wärmemanagements für das fasergekoppelte Modul. Dazu sollen anhand von thermischen Simulationen geeignete Materialien identifiziert und ihre Eigenschaften anschließend verifiziert werden. Auf dieser Basis wird eine Technologie entwickelt, mithilfe der eine reproduzierbare Montage der Laserchips auf Submounts erfolgen kann.

Packaging industrietauglicher Demonstratoren
Angestrebt ist ein Konzept für industriekompatibles Packaging der einzelnen Komponenten, wie Laserchip mit Submount, temperaturstabilisierende Elemente und Faser. Die notwendigen Justagetoleranzen des optischen Systems werden ermittelt.

Modulcharakterisierung und Analyse für die Systemintegration

Zur Verifizierung der Zielspezifikationen werden die Module charakterisiert. Damit sind quantitative Aussagen zum Wirkungsgrad, zur erreichten Einkopplung und zur Temperaturstabilität möglich. Um die Zuverlässigkeit der Module zu testen, werden ergänzend Lebensdauer- und Umwelttests durchgeführt.

Personalqualifizierung und Profilbildung

KMUs, insbesondere aus der Region, aber auch deutschlandweit, sollen über die Ergebnisse des Verbundvorhabens informiert werden, z.B. durch Öffentlichkeitsarbeit, wie Pressemitteilungen zu herausragenden Ergebnissen, Newsletter und Veröffentlichungen sowohl in wissenschaftlichen Fachjournalen als auch in Anwenderzeitschriften. Darüber hinaus wird der Verbund durch Konferenzbeiträge und Messeauftritte seine Ergebnisse präsentieren.
Im Personalbereich werden Fachkräfte für Wissenschaft und Wirtschaft gewonnen und qualifiziert, die die künftigen wirtschaftlichen und technologischen Prozesse in der Region mitgestalten. Zur Nachwuchssicherung sind daher u.a die Betreuung von Praktika, Bachelor-, Master- und Doktorarbeiten im Rahmen des Verbundes vorgesehen.

Die Partner

• eagleyard Photonics, Berlin
• PicoQuant GmbH, Berlin
• C2GO inprocess solutions GmbH, Berlin
• FCC FibreCableConnect GmbH, Berlin

Kontakt

Dr. Katrin Paschke
Business Area Diode Lasers
Ferdinand-Braun-Institut
Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik
Gustav-Kirchhoff-Straße 4
12489 Berlin
Tel.: 030 6392-3955
Fax: 030 6392-2642
E-Mail: katrin.paschke[at]fbh-berlin.de
www.fbh-berlin.de

Berichterstattung aus dem "Blickpunkt" finden Sie hier. 

Nähere Informationen zum vorangegangenen InnoProfile-Projekt "Hybride Diodenlaser-Systeme" finden Sie hier. Weitere Informationen zu der ebenfalls aus dieser InnoProfile-Initiative hervorgegangenen InnoProfile-Transfer-Nachwuchsgruppe „YELLOW” finden Sie hier.