Kompakte Diodenlasersysteme eröffnen neue Anwendungsfelder für Metrologie und Life Science

KMU-innovativ
24.11.2017
Erstellt von BMBF-Verbundprojekt FINDLING

Halbzeit für BMBF-Verbundprojekt FINDLING / Entwicklung von frequenzstabilisierten Diodenlasern der nächsten Generation.

Kleine kompakte und rechteckige Box mit einer langen Faser, an deren Ende ein kleiner Laserkopf befestigt ist.
Demonstrator des miniaturisierten Laserkopfs. Bild: TOPTICA Photonics AG

Kohärente und absolut frequenzstabilisierte Laser bilden heute die Grundlage für viele Anwendungen in der Metrologie, Fertigungstechnik, Medizin und Quantenoptik. Für die Metrologie sind insbesondere die sehr präzise Distanzmessung und die Bereitstellung von Frequenz- bzw. Längennormalen wichtig. Die optische Distanzmessung beruht auf dem Prinzip der Interferometrie und erfordert eine hohe Kohärenz sowie eine hohe absolute Frequenzgenauigkeit der Lichtquelle. In derartigen Anwendungen werden bis heute veraltete Systeme mit fundamentalen Einschränkungen hinsichtlich der Baugröße, Wellenlänge und Leistung eingesetzt.

Das im April 2016 gestartete und vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Initiative „KMU-innovativ: Photonik“ geförderte Verbundprojekt „FINDLING“ erforscht neuartige Lichtquellen für robuste und kompakte Lasersysteme. Diese Systeme sollen die derzeitigen technischen Limitierungen aufheben und so neue innovative Systemansätze ermöglichen. Ziel des Projektes ist es, die Eignung von neuartigen Diodenlasern und optischen Komponenten für Anwendungen in Metrologie und Life Science zu untersuchen. Ein Anwendungsbeispiel sind Geräte zur präzisen Distanzmessung. Hier limitiert die Größe der derzeit verwendeten Laser die Entwicklung von Messinstrumenten, die kompakter sind und eine höhere Funktionalität besitzen.

Die Projektpartner und ihre Vorhaben

Im Verbundprojekt teilen sich die drei Partner TOPTICA Photonics AG aus München, das Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) in Berlin und Hexagon als assoziierter Partner die Forschungsarbeiten auf. In der ersten Projekthälfte wurden am FBH neuartige Halbleiterlaser mit hoher Kohärenz hergestellt, die für Anwendungen in der Interferometrie optimiert sind. Parallel dazu hat TOPTICA die Miniaturisierung weiterer benötigter Komponenten wie z.B. optische Isolatoren und Referenzgaszellen erforscht.

Darauf basierend wurde mit neuartigen Mikromontage-Technologien am FBH ein kompakter Laserkopf entwickelt der Licht bei 633 nm emittiert. Der Laser wurde von TOPTICA in ein System integriert welches eine absolute Frequenzstabilität mit einer Genauigkeit im Bereich von 10-8 erreicht. Dieser Prototyp wurde zum Meilenstein im Oktober 2017 erfolgreich demonstriert und wird nun unter realen Anwendungsbedingungen getestet. Bis zum Projektende im März 2019 werden weitere Demonstratoren hergestellt und in anderen Anwendungsfeldern erprobt, sowie Systeme mit höheren Leistungen und weiteren Wellenlängen untersucht.

Darüber hinaus untersuchen die Projektpartner zusammen mit der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig, bis zu welcher Frequenzgenauigkeit die neuen Lichtquellen ausgereizt werden können, und ob Diodenlaser in Zukunft als sekundäre Frequenzstandards als Ersatz für veraltete Helium-Neon-Laser eingesetzt werden können.

Ansprechpartner

Dr. Christian Nölleke
Tel.: +49 89 85837 286
Email: christian.noelleke(at)toptica.com

TOPTICA Photonics AG
Lochhammer Schlag 19
82166 Gräfelfing