Faserlaser: Wellenlänge mit neuer Abstimmmethode einstellbar

Explorative Forschung
30.05.2018
Erstellt von Photonik Forschung Deutschland und Leibniz-Institut für Photonische Technologien e. V.

Wichtiger Schritt in Richtung "all fiber"-Konzept mit BMBF-Projekt FlexTune: Neues Resonatorkonzept ermöglicht kurze Laserpulse bei großer spektraler Durchstimmbarkeit und konstanter Pulswiederholrate. Zudem erlaubt es erstmals, verschiedene Emissionswellenlängen zeitlich synchron und voneinander unabhängig zu erzeugen.

Faserlaser mit neuem Abstimmkonzept für Einstellung der Wellenlänge
Abstimmbarer Faserlaser mit neuem Resonatorkonzept – die nächste Generation der Faserlaser. Bild: Tobias Tieß/Leibniz-IPHT

In den Lebens- und Materialwissenschaften besteht ein großer Bedarf an schmalbandigen Laserquellen mit einer an die Anwendung anpassbaren Emissionswellenlänge. Eine solche Abstimmbarkeit ist beispielsweise für spektroskopische Anwendungen und die Medizintechnik interessant. Faserintegrierte Laser verfügen über das Potenzial, diesen Bedarf abzudecken. Sie sind effizient, robust, wartungsarm und zeichnen sich durch eine hohe Strahlqualität aus. Bisher mangelte es allerdings an einem „all fiber“- Konzept, um kurze Laserpulse zu erzeugen und dabei einzelne Wellenlängen flexibel über die komplette Verstärkungsbandbreite der Laser einzustellen.

Schnelles Umschalten zwischen unterschiedlichen Wellenlängen

Am Leibniz-Institut für Photonische Technologien in Jena (Leibniz-IPHT) wurde jetzt eine neue Methode für Wellenlängenselektion im gepulsten Laserbetrieb erforscht. Die Basis dafür sind spektrale Filter, sogenannte Faser-Bragg-Gitter. Mit einem am Institut entwickelten Verfahren können während der Faserherstellung Gitter in großer Anzahl schnell und kostengünstig in den Faserkern eingeschrieben werden. Jedes Gitter besitzt eine andere Brechzahlstruktur und reflektiert dadurch Licht mit einer anderen Wellenlänge.

Die Forscherinnen und Forscher können die einzelnen Gitter ansteuern, indem sie die Laufzeit der Lichtpulse durch die Faser im Nanosekunden-Bereich steuern. So können sie die Wellenlänge des Laserlichts wie gewünscht einstellen – bei konstanter Pulsschussrate und stabilen Pulseigenschaften im kompletten Verstärkungsbereich des Lasers. Diese Flexibilität bildet zudem die Grundlage für einen abstimmbaren Mehrwellenlängenbetrieb: Erstmals ist es möglich, verschiedene Emissionslinien unabhängig voneinander und zeitlich synchron zu erzeugen.

Die Forschungsgruppe des Leibniz-IPHT demonstrierte den Betrieb des Lasers mit bis zu drei Wellenlängen und hoher Synchronisierung (Pulsüberlapp von >99% im 2-Wellenlängenbetrieb) über einen Spektralbereich von 50 nm. Mit den flexiblen, gepulsten Faserlasern macht das Projekt FlexTune nicht nur einen großen Schritt nach vorn im Hinblick auf ein „all fiber“-Konzept. Es eröffnen sich vielfältige neue Anwendungsmöglichkeiten, zum Beispiel in den Lebens- und Materialwissenschaften, aber auch in der industriellen Materialbearbeitung.

Das Projekt

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) förderte das Projekt „Flexibel abstimmbare gepulste Faserlaser mittels FBG-Arrays (FlexTune)“ von Februar 2016 bis April 2018 im Rahmen der Initiative „Wissenschaftliche Vorprojekte (WiVoPro)“ innerhalb des Programms „Photonik Forschung Deutschland“. Die Fördermaßnahme will insbesondere dabei helfen, neue Zukunftsfelder der Photonik mit strategischer Bedeutung zu erschließen und einen schnellen Transfer neuer wissenschaftlicher Erkenntnisse in innovative Produkte zu erleichtern.

Das Leibniz-Institut für Photonische Technologien

Das Leibniz-Institut für Photonische Technologien erforscht die wissenschaftlichen Grundlagen für photonische Verfahren und Systeme höchster Sensitivität, Effizienz und Auflösung. Gemäß dem Motto „Photonics for Life – from ideas to instruments“ entwickeln Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Leibniz-IPHT maßgeschneiderte Lösungen für Fragestellungen aus den Bereichen Lebens- und Umweltwissenschaften sowie Medizin.

Projektkoordinator:

Dr. Matthias Jäger
Telefon: +49 3641 206-203
E-Mail: matthias.jaeger@leibniz-ipht.de

Leibniz-Institut für Photonische Technologien e. V. (IPHT)
Albert-Einstein-Str. 9
07745 Jena

Weitere Informationen:

Mehr zum Projekt FlexTune erfahren.

Weitere Artikel zum Projekt:

„Discrete tuning concept for fiber-integrated lasers based on tailored FBG arrays and a theta cavity layout“, Tobias Tiess, Martin Becker, Manfred Rothhardt, Hartmut Bartelt, and Matthias Jäger. Optic Letters, 2017.
„Independently tunable dual-wavelength fiber oscillator with synchronized pulsed emission based on a theta ring cavity and a fiber Bragg grating array“, Tobias Tiess, Martin Becker, Manfred Rothhardt, Hartmut Bartelt, and Matthias Jäger. Optic Express, 2017.