Nächste Lasergeneration für Metrologie und Life Science

KMU-innovativ
04.05.2016
Erstellt von BMBF-Verbundprojekt FINDLING / TOPTICA Photonics AG

BMBF-Projekt FINDLING erforscht frequenzstabilisierte Diodenlasersysteme.

Das jüngst gestartete Verbundprojekt „FINDLING“ erforscht neuartige Lichtquellen für robuste und kompakte Lasersysteme. Diese Systeme sollen die technischen Limitierungen der Gaslasertechnologie aufheben und so neue innovative Systemansätze ermöglichen.

Kohärente und absolut frequenzstabilisierte Laser bilden heute die Grundlage für viele Anwendungen in der Metrologie, Fertigungstechnik, Medizin und Quantenoptik. In der Metrologie besonders wichtig sind die sehr präzise Distanzmessung und die Bereitstellung von Frequenz- bzw. Längennormalen. Die optische Distanzmessung beruht auf dem Prinzip der Interferometrie und erfordert daher eine hohe Kohärenz sowie eine hohe Absolutgenauigkeit der Lichtquelle.

In vielen Anwendungen werden bis heute noch veraltete Gaslaser – wie z.B. Helium-Neon Laser – eingesetzt. Diese haben aber einige fundamentale Einschränkungen welche die Weiterentwicklung vieler Systeme und damit die Umsetzung neuer Metrologie-Verfahren einschränkt: 1. eine große Bauform, 2. Einsatz einer Hochspannungsquelle, 3. Begrenzung der Ausgangsleistung und 4. spektrale Einschränkungen.

Gitterstabilisierte Diodenlaser (siehe Bild 1) stellen schon heute eine vielversprechende Alternative zu Gaslasern dar und haben sich in vielfältigen Laborexperimenten bereits als absolut-stabilisierte Lichtquellen bewährt. Vorteile der Diodenlaser sind die Flexibilität hinsichtlich der Wellenlänge, die hohe Ausgangsleistung und die Effizienz. Die große Herausforderung besteht in der Miniaturisierung und der Integration der Lasersysteme in Industriegeräte.

Ein Beispiel für die Limitierung durch die Eigenschaften der Gaslaser sind Geräte zur präzisen Distanzmessung (sogenannte „Tracker“, Bild 2). Hier ist vor allem die Größe des Lasers problematisch. Der Gaslaser befindet sich im Kopf des Geräts und nimmt einen signifikanten Teil des Bauraums ein. Eine Verringerung der Größe der Lichtquelle würde daher die Entwicklung von Trackern ermöglichen, die kompakter sind und eine erhöhte Funktionalität besitzen.

Neben der Metrologie finden sich weitere Anwendungsgebiete für die absolut-stabilisierten Laser im industriellen Umfeld, das reicht vom Life Science-Bereich (z.B. in der Augenheilkunde) bis hin zur Halbleiterindustrie (z.B. Wafer Stepper).

Ziel des Projektes FINDLING ist es, die Eignung von neuartigen Diodenlasern und optischen Komponenten für Anwendungen in der Metrologie zu untersuchen. Hierzu haben sich im Rahmen des Verbundprojekts die drei Partner TOPTICA Photonics AG aus München, das Ferdinand-Braun-Institut für Höchstfrequenztechnik in Berlin und LEICA Geosystems AG in Unterentfelden (Schweiz) die Forschungsarbeiten aufgeteilt.

TOPTICA steuert jahrelange Erfahrung im Bereich der gitterstabilisierten Halbleiterlaser und Frequenzstabilisierung für die Entwicklung des Gesamtsystems bei. Die Entwicklung und Herstellung der benötigten Halbleiter wird am FBH durchgeführt. Der Endanwender LEICA wird das entwickelte System in einen Tracker einbauen und testen. Darüber hinaus wird in dem Projekt zusammen mit der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt untersucht, bis zu welchen Absolutgenauigkeiten die neuen Lichtquellen getrieben werden können, und ob diese in Zukunft als sekundäre Frequenzstandards eingesetzt werden können.

Das FINDLING-Projekt wird bis Ende März 2019 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Initiative „KMU-innovativ / Photonik“ gefördert.

Ansprechpartner

Dr. Patrick Leisching
Tel.: +49 89 85837-162
Email: patrick.leisching(at)toptica.com

TOPTICA Photonics AG
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