Osram koordiniert BMBF-Projekt zur Entwicklung hochbrillanter infraroter Laserquellen

Ziel: Höhere Leistung und geringere Kosten für Lasersysteme zur Materialbearbeitung

Im Rahmen der Förderinitiative 'Integrierte Mikrophotonik' koordiniert Osram Opto Semiconductors das Verbundprojekt IMOTHEB (Integrierte mikrooptische und mikrothermische Elemente für Diodenlaser hoher Brillanz). Ziel ist es, die Leistungsfähigkeit von Lasersystemen zu steigern und gleichzeitig die Produktionskosten zu senken. Projektpartner sind DILAS Diodenlaser sowie das Max-Born-Institut. Das Projekt (FKZ 13N12312) läuft vom 1.10.2012 bis 30.9.2015 und wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt.

Diodengepumpte Hochleistungslasersysteme zur optischen Materialbearbeitung, wie Schneiden oder Schweißen, spielen in der Industrie eine immer wichtigere Rolle. Ihre Vorteile gegenüber Kohlendioxidlasern oder blitzlampengepumpten Lasern sind geringere Betriebskosten, eine höhere Effizienz und kleinere Baugrößen. Insbesondere Faserlaser und fasergekoppelte Diodenlaser gewinnen für die optische Materialbearbeitung zunehmend an Bedeutung. Ihre wachsende Verbreitung rückt jedoch Kostenaspekte immer mehr in den Mittelpunkt. Für die Zukunft sind daher Entwicklungen gefragt, welche die Leistungsfähigkeit der Lasersysteme erhöhen und gleichzeitig die Produktionskosten senken. Zu den Schlüsselkomponenten zählen dabei infrarote Halbleiterlaserdioden, die man auch zum Pumpen – also zum Anregen mit optischer Energie – von Faserlasern verwendet. Sie bieten großes Potenzial für die Automatisierung der Produktion und für die Miniaturisierung der Systeme, weil sich beispielsweise die Anzahl an Halbleiterchips durch Leistungssteigerung reduzieren lässt.

Ziel des Verbundprojekts IMOTHEB ist es daher, neue Ansätze und Technologien zu erforschen, welche die Kosten für die Pumpmodule, die neben den Halbleiterlasern auch Kühlelemente, Optiken und Sensorik enthalten, zukünftig signifikant reduzieren. Gleichzeitig ist geplant, über die Projektlaufzeit bis September 2015 die Leistung der Halbleiterlaser bei gleichbleibender Strahlqualität um 40 Prozent zu erhöhen. IMOTHEB bildet die gesamte Wertschöpfungskette vom Halbleiterchip bis zum kompletten Lasersystem ab. Die dafür erforderlichen Kompetenzen bringen die Verbundpartner mit:

• Osram Opto Semiconductors koordiniert das Verbundprojekt und bringt sein Know-how für Halbleiter, Laserdioden und Laserbarren ein; Simulationen werden im Unterauftrag an das Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik vergeben.
• DILAS verantwortet die Aufbautechnik mit verbesserten Wärmewiderständen sowie einer höheren Integration in Lasermodule, und realisiert die Automatisierung in der Modulfertigung.
• Das Max-Born-Institut fungiert als wissenschaftlicher Partner, der die Chips und Module analysiert und charakterisiert.

Osram Opto Semiconductors hat sich das Ziel gesetzt, eine höhere Integrationsstufe auf Halbleiterebene zu erreichen und damit die Brillanz von infraroten Laserdioden deutlich zu steigern. Dazu werden mikrooptische und mikrothermische Elemente direkt auf den Chip integriert. Auf diese Weise soll die Leistung im Projektverlauf gegenüber heutigen Bestwerten um 40 Prozent gesteigert werden - bei gleichbleibender Strahlqualität. Die anvisierten hohen Leistungen machen Laserchips besonders für Faserlaser-Pumpmodule und für fasergekoppelte Diodenlaser interessant. Dr. Alexander Bachmann, der das Projekt bei Osram betreut, erklärt: "Wir brauchen Ergebnisse, die neben technischen auch wirtschaftliche Vorteile und damit eine Stärkung der Wettbewerbsposition mit sich bringen. Unsere brillanten Laserdioden sollen – basierend auf den Projektergebnissen – mehr Leistung in die Faser bringen, so dass weniger Chips im System benötigt und die Lasersysteme dadurch effizienter und kostengünstiger werden."