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Erhöhung der Strahldichte von Hochleistungs-Diodenlaserbarren mittels dielektrischer Kantenfilter

ISBN: 978-3-86359-611-8

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Kurzübersicht

Zwei neuartige Konzepte zum dichten Wellenlängen-Multiplexing von Diodenlaserstrahlung werden modelltheoretisch und experimentell untersucht. Zur Überlagerung werden ultra-steile, dielektrische Kantenfilter verwendet. Die Wellenlängenstabilisierung wird entweder durch Verwendung von DFB-Diodenlaserbarren mit Wellenlängen-Chirp oder durch einen externen Resonator, der ausschließlich aus den zur Überlagerung benötigten Filtern und einem Auskoppelspiegel besteht, realisiert.

Erhöhung der Strahldichte von Hochleistungs-Diodenlaserbarren mittels dielektrischer Kantenfilter

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Details

Mittels dichter Wellenlängen­über­lagerung (DWDM) können zusätzliche An­wen­dungs­felder für Hochleistungsdiodenlaser erschlossen werden. Allerdings ist der Ein­satz der in den vergangen 10 Jahren entwickelten Konzepte bislang durch eine zu hohe Komplexität oder zu hohe Bauteilkosten limitiert. Im Rahmen der vor­liegen­den Dissertation werden zwei neuartige DWDM-Konzepte experimentell und modell­theoretisch untersucht. Als Überlagerungselemente werden ultra-steile, dielek­tri­sche Kantenfilter verwendet. Die Wellenlängenstabilisierung wird bei dem ersten Kon­zept durch Verwendung von DFB-Diodenlaserbarren mit Wellenlängen-Chirp und bei dem zweiten durch einen externen Resonator realisiert. Der externe Resona­tor besteht aus den zur Überlagerung verwendeten Filtern und einem Aus­koppel­spiegel. Dadurch basieren beide Konzepte ausschließlich auf potentiell kosten­günsti­gen Elementen. Die Konzepte sind ausgelegt für den Leistungsbereich von 10 W bis 100 W in Kombination mit einem Strahl­parameter­produkt von zirka 2,5 mm mrad.

Mehrere optische Systeme zur Überlagerung und Einkopplung der Strahlung in eine Faser mit einem Kerndurchmesser von 35 µm werden ausgelegt und hinsichtlich ihrer optischen Effizienz analysiert. Diese wird in Abhängigkeit von den spektralen und Polarisations-Eigenschaften der Filter und Diodenlaser modelliert. Zur Erpro­bung der Über­lagerungs­konzepte werden die ver­wendeten Filter und Diodenlaser charakterisiert und jeweils ein System auf Basis der Messwerte ausgewählt.

Die experimentell ermittelte Überlagerungs­effizienz stimmt im Rahmen der Mess­ge­nau­igkeit für das Konzept auf Basis von DFB-Diodenlaserbarren mit der Modell­theorie überein und beträgt ηMP = 75%. Sie ist insbesondere durch die Depola­ri­sa­tion der zur Verfügung stehenden Diodenlaser limitiert. Mit einem Demonstrator wird eine Ausgangsleistung von 46 W bei einer Strahldichte von 59 MW/(cm² sr) erreicht. Bei dem Konzept mit externem Resonator tritt optisches Übersprechen zwi­schen Nachbaremittern auf, das die Überlagerungs­effizienz um 10% reduziert.

Potenzielle Anwendungsfelder sind u.a. der Low-Cost-3D-Druck von Metallen und das Pumpen kompakter und kostengünstiger Ultrakurzpulslaser. Jedoch erfordert eine kommerzielle Nutzung die Entwicklung kostengünstiger DFB-Diodenlaser mit einem Polarisationsgrad von zirka 98% oder die Opti­mierung des externen Resonators – beispielsweise durch Erweiterung um ein geeignetes Filterelement.

Zusatzinformation

Autor Witte, Ulrich Winfried
ISBN/Artikelnr. 978-3-86359-611-8
Gewicht 0.208 kg
Erscheinungsdatum 04.04.2018
Lieferzeit 3-4 Tage
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