Lasertechnik
Laser - Ganz in grün
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Die letzten Entwicklungen der Laserhersteller
Beim Wettlauf um den direkt emittierenden grünen Laser konnte Osram punkten: Im Sommer 2009 demonstrierte das Unternehmen seinen Laborerfolg mit dem direkt emittierenden grünen Indium-Gallium-Nitrid-Laser, der eine optische Ausgangsleistung von 50 mW bei 515 nm Wellenlänge lieferte. Damit war, zumindest auf Forschungsseite, das RGB-Farbmodell komplett, sodass der effizienteren Herstellung von Laserprojektoren im Miniformat nur noch die großtechnische Realisierung im Wege stand.
Diesen Schritt ging Osram Opto Semiconductors Ende 2010 (Bild 3). Da sich derartige Laserdioden mit mehreren hundert Megahertz direkt analog modulieren lassen, können für Anwendungen wie Güteschaltung, Modenkopplung, Interferometrie oder Spektroskopie akusto-optische Modulatoren (Bragg-Zellen) entfallen.
Bei InGaN handelt es sich um ein recht vielseitiges Material. Der III-V-Halbleiter ist aus den beiden Grundsubstanzen Galliumnitrid und Indiumnitrid zusammengesetzt. In der Optoelektronik dient er der Herstellung von blauen, violetten und grünen Leuchtdioden und von blau-violetten Laserdioden, die etwa in Blu-ray-Laufwerken eingesetzt werden - und nun auch von grünen Laserdioden.
Durch das wählbare Verhältnis von Galliumnitrid zu Indiumnitrid kann die Bandlücke, und damit die emittierte Farbe, im Rahmen des Herstellungsprozesses im Bereich von 0,7 eV bis 3,37 eV gewählt werden. Bei einem Verhältnis von 2% InN und 98% GaN ergibt sich ein Bandabstand, der für eine Emission im nahen Ultraviolett sorgt, bei 20% InN und 80% GaN entsteht dagegen blau-violette Strahlung mit einer Wellenlänge von 420 nm.
Bei einem Verhältnis von 30% zu 70% ergibt sich eine Strahlung mit 440 nm, echtes Blau also. Weiterhin ist das Material einer der heißesten Kandidaten für die Produktion effizienterer Solarzellen. So wie hohe, steile Berge zehn Jahre nach der mühsamen Erstbesteigung gerne zum Ausflugsziel fürs Rentnerpicknick werden, gilt auch in der Elektronik: Ist der Durchbruch erst einmal geschafft, ist alles weitere meist gar nicht mehr so schwer. Das sieht auch der Laserhersteller Omicron Laserage so. Das Unternehmen stellte im Februar 2011 515-nm-Diodenlaser für alle seine Lasermodelle vor. Sie lassen sich mit bis zu 500 MHz direkt analog modulieren.
Die optische Ausgangsleistung des Modells »Luxx« liegt bei 25 mW bei einer Leistungsaufnahme von 5 W. Laut Angaben des Herstellers ist das System in weniger als zwei Minuten einsatzbereit.
Eine spezielle Optik gleicht den Astigmatismus aus, wodurch nicht nur der Strahl mit einem Durchmesser von circa 1,1 mm (übliche Begrenzung durch den Abfall der Intensität auf 1/e 2, entsprechend 13,5%) sondern auch der Fokus absolut rund sind.
In Kombination mit dem Modell »Deepstar« (Bild 4) von Omicron, das mit einer Modulationstiefe von etwa 2 500 000:1 aufwartet, kann der Einsatz der 515-nm-Dioden durchaus interessante Ergebnisse liefern.
Die speziell für die Biotechnologie entwickelten Laserserien »Luxx« und »Phoxx« sollen mit der neuen Wellenlänge von 515 nm vor allem dioden-gepumpte Festkörperlaser der gleichen Wellenlänge ersetzen. Darin sind sich die Pioniere der grünen Laser-dioden einig: Sobald die Massenproduktion richtig läuft, dürften sie aufwändigere Lasersysteme in vielen Anwendungen recht schnell verdrängen - die blaue Laserdiode hat es vorgemacht.
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