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Neue Produktionstechniken für HF-Serienprodukte ermöglichen neue Anwendungen

Höchstfrequenz-Elektronik wird kostengünstiger

24. Februar 2009, 12:11 Uhr | Dr. Florian Krug

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Großstückzahl-Fertigungsverfahren für die Optoelektronik

Einzelbreitstreifenlaser und Laserbarren (mehrere Breitstreifenlaser, die parallel angeordnet sind) zeichnen sich durch hohe Effizienz und Leistung bei mittlerweile hervorragender Zuverlässigkeit aus. Bei 940 nm Wellenlänge betragen die Spitzenleistungen rund 20 W für den Einzellaser und 100 W für Laserbarren, und mit 73 % Wirkungsgrad erreichen sie Rekordwerte. Rippenwellenleiter-Laser und Trapezlaser kommen in diesem Zusammenhang zum Einsatz, wenn neben der hohen optischen Leistung die Brillanz der Laserstrahlung eine entscheidende Rolle spielt. Sie besitzen eine hervorragende Strahlqualität mit nahezu gaußförmiger Feldverteilung und eignen sich unter anderem für Anwendungen in der Medizintechnik und Materialbearbeitung. Bei Wellenlängen von 730 bis 1160 nm liefern Trapezlaser Ausgangsleistungen im W-Bereich.

Ist eine hohe Wellenlängenstabilität gefragt, wie bei Anwendungen in der Spektroskopie und der Messtechnik, werden „Distributed Feedback-“ und „Distributed Bragg Reflector“-Laser genutzt. Das Ferdinand-Braun-Institut für Höchstfrequenz-Technik (FBH) setzt dazu seine selbst entwickelte, patentierte Schichttechnologie ein. Diese ermöglicht eine extrem hohe Wellenlängenstabilität mit einer Wellenlängenabweichung im Bereich von 10^–8. Für höhere Leistungen werden hybrid integrierte Systeme aus Oszillator und Verstärker (MOPA, Master Oscillator Power Amplifier) aufgebaut.

Neuartige Diodenlaser für den roten Spektralbereich wurden am FBH speziell für Anwendungen in der Medizintechnik entwickelt (Bild 7). Bei einer Wellenlänge von 650 nm bieten sie optische Ausgangsleistungen mit bislang unerreichter Lebensdauer: 500 mW für Einzellaser bzw. 5 W für Laserbarren. In Verbindung mit speziellen lichtempfindlichen Wirkstoffen eröffnen diese Diodenlaser neue Möglichkeiten in der photodynamischen Krebstherapie. Für einen Medizintechnik-Hersteller wurde z.B. ein Laser mit höchst präzise eingehaltener Wellenlänge entwickelt. Dieser aktiviert ein Medikament, das gezielt Krebszellen zerstört, ohne angrenzendes Gewebe zu schädigen [8].

Die Displaytechnik ist übrigens ein weiteres Anwendungsgebiet, in dem ebenfalls kleine, einfach zu handhabende und kompakte Diodenlaser benötigt werden. Als hocheffiziente RGB-Lichtquellen (Rot, Grün, Blau) sollen sie künftig Lampen in Projektoren ersetzen. Auch für diese Anwendung sind die vorgestellten Verfahren, die eine hochvolumige kosteneffiziente Fertigung ermöglichen, essentiell.

Durch die in den letzten Jahren verfügbar gewordenen frequenzmodulierbaren Laserdioden ist es nun möglich, ein dem Mikrowellenradar ähnliches Verfahren im optischen Bereich zu realisieren. Mit dem so genannten „Chirped Laser Radar“ können aus mehreren Metern Entfernung an natürlichen Oberflächen Genauigkeiten bis zu 10 μm Tiefe erreicht werden – das ist weniger als ein Fünftel eines Haardurchmessers (Bild 4). Die Daten-Taktfrequenz liegt bei einigen kHz.

Während bisher mehrere Fernsehbilder für die Aufnahme eines 3D-Bildes erforderlich waren, kann nun bei entsprechender zweidimensionaler Gestaltung des Farbcodes mit einem einzigen Videobild die Information für die Berechnung eines 3D-Bildes erfasst werden („Color Coded Triangulation“). Seit kurzem ermöglichen spezielle CMOS-Bildwandler mit extrem kurzen Integrationszeiten (z.B. 30 ns) in Verbindung mit schnellen Laserdioden die Erfassung dreidimensionaler Bilder unter ausschließlicher Verwendung von Halbleiterkomponenten. Die erreichbare Datenrate der Bildpunkte liegt dabei im MHz-Bereich, die Systeme sind äußerst robust und bei großen Stückzahlen auch kostengünstig herstellbar.