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Seite: https://www.hochschule-ruhr-west.de//forschung/fachbereich-4/institut-naturwissenschaften/forschung-projekte/strahlanalytik-von-halbleiterlasern/
Datum: 27.02.2017, 01:40Uhr

Strahlanalytik von Halbleiterlasern

Kontakt

Prof. Dr. rer. nat. Martin Reufer
Lehrgebiet: Angewandte Physik

Institut Naturwissenschaften
Duisburger Str. 100, 45479 Mülheim an der Ruhr
Gebäude 01

Telefon: +49 208 88254-425
Fax: +49 208 88254-454

martin.reufer hs-ruhrwest "«@&.de

Sprechzeiten:
Nur nach Vereinbarung

Dr. Inga-Maria Eichentopf
Wissenschaftliche Mitarbeiterin

Institut Naturwissenschaften
Duisburger Str. 100, 45479 Mülheim an der Ruhr
Gebäude 01

Telefon: +49 208 88254-444
Fax: +49 208 88254-454

inga-maria.eichentopf hs-ruhrwest "«@&.de

Diodenlaserbarren finden Anwendung in der Materialbearbeitung, z. B. beim Laserschweißen und Laserschneiden. Auch in der Medizintechnik sind in den letzten Jahren die Einsatzmöglichkeiten der photonischen Technologien stark gestiegen. Typische etablierte Anwendungen finden sich z.B. in der Augenheilkunde, in der Chirurgie (Laserscalpell) aber auch in der Tumorbekämpfung (Photodynamische Therapie).

Ein Schwerpunkt liegt dabei in der Nutzung von Lasern mit hohen Leistungsdichten. Das Licht einer Vielzahl von Laserdioden wird dazu in eine Glasfaser eingekoppelt, die zum Material geführt werden kann. Eine Steigerung der Systemleistung zielt primär auf eine Erhöhung der Ausgangsleistung der einzelnen Laserdioden. Optische Ausgangsleistungen größer als 10 W je Einzelemitter werden zur Realisierung zukünftiger Laserschweißanlagen mit einer optischen Ausgangsleistung von 10 kW angestrebt.

Breitstreifenlaserbarren im nahen Infrarot basieren auf dem Materialsystem GaAs. Sie emittieren aufgrund ihrer Resonatorgeometrie eine Vielzahl optischer Moden. Die Anzahl und Ausprägung der Moden wird dabei von thermischen und elektrischen Effekten im aktiven Medium beeinflusst. Infolgedessen kann die Emission dieser Bauteile stark mit den Betriebsparametern variieren. So verringert sich beispielweise die optische Ausgangsleistung mit wachsender Betriebstemperatur und der Öffnungswinkel der sog. slow diverging axis (SA) steigt mit dem Betriebsstrom der Laserdiode an.

Von besonderer Bedeutung für die Anwendungen, bei denen das Laserlicht in Glasfasern eingekoppelt wird, ist es daher, die räumlichen Abstrahlcharakteristika für einen weiten Leistungsbereich konstant zu halten, um Effizienzeinbußen durch Koppelverluste zu minimieren.

In unserer Untersuchungen betrachten wir deshalb den Einfluss der Betriebsbedingung auf die Emission von Halbleiterdioden. Dabei werden die Intensität und die Wellenfront im Fernfeld mit Hilfe eines Shack-Hartmann-Sensors aufgezeichnet. Um Rückschlüsse auf die Modenstruktur ziehen zu können, werden die experimentellen Messergebnisse mit den Ergebnissen einer optischen Simulationssoftware korreliert.

Grundannahme der Simulationen der Modenstruktur ist es, dass die zu beobachtende Intensitätsverteilung der Halbleiterlaser im Nah- und Fernfeld durch teilkohärente Hermite-Gauss-Moden beschrieben werden kann. So wird zunächst die im Fernfeld mit Hilfe eines Shack-Hartmann-Sensors gemessene Intensitätsverteilung durch eine Kombination von teilkohärenten Hermite-Gauß-Moden angepasst. Die für das Strahlprofil ermittelten Parameter werden anschließend in eine Modellquelle eingespeist und die Intensitätsverteilungen im Nah- und Fernfeld simuliert.

Ziel ist es ein Modell des Lasers zu erstellen mit dem es möglich ist neben der Intensitätsverteilung auch die Form der emittierten Phasenfront nachzuvollziehen. Durch Veränderungen im Design des Laserresonators soll eine möglichst plane Wellenfront geschaffen werden, die einen Strahl mit kleinen Öffnungswinkeln und damit geringen Kopplungsverlusten ermöglicht.