optolines No. 9

CHeCKUP
Abb. 5: Versuchsaufbau zur Untersuchung umschaltbarer Faserlaser.
stellt. Ein solcher Laser kann dazu verwendet
werden, beliebige Farbkombinationen
der verwendeten Grundfarben zu erzeugen.
Sogar „weißes“ Laserlicht ist möglich,
indem man die rote 635 nm Linie mit der
grünen bei 520 nm und der blauen bei
492 nm mischt (Abb. 4). Wir verwenden
für diese Systeme ca. 35 cm lange
Pr,Yb-ZBLAN Fasern sowie zwei ringförmige
Piezoelemente zur Translation der
Spiegel (Abb. 5). Die Faser ist rechts zu
sehen, sie ist von einer orangefarbenen
Schutzhülle umgeben und beschreibt
einen Bogen zwischen den beiden zylinderförmigen
Piezoaktoren. Der große
Messingzylinder beinhaltet eine optische
Diode zum Schutz der Laserdiode, die
ganz links zu sehen ist. Die Leistung der
Pumpdiode beträgt ca. 150 mW. Um die
Emission wellenlängenabhängig messen zu
können, wird am Faserende austretendes
Laserlicht durch eine Linse kollimiert und
durch ein Prisma aufgespalten. Dabei werden
beide Spiegel verstellt, d.h. die Dicke
Abb. 6: Mehrfarbige emission einer Pr,Yb-ZBlAn-
Faser unter Variation der Spiegelabstände.
der Luftspalte d1 und d2 wird variiert. Die
Abbildung 6 zeigt einen Ausschnitt der
gemessenen Daten. Die vier verschiedenen
Emissionsfarben 492 nm, 520 nm, 635 nm
und 717 nm sind jeweils in blau, grün, rot
bzw. violett dargestellt. Die horizontalen
Achsen parametrisieren die Breite der Luftspalte
und die normierte Ausgangsleistung
ist als Höhe über der Ebene aufgetragen.
Wirksame Methode
der Farbumschaltung
Es ist auf den ersten Blick zu erkennen,
dass diese Methode der Farbumschaltung
sehr wirksam ist. Die Intensitätsmaxima
der einzelnen Farben sind gut voneinander
zu unterscheiden, und es existieren
sowohl sehr schmale Mischbereiche als
auch flacher abfallende Flanken, die eine
sorgfältige Einstellung der Farbmischung
erlauben. Die Maxima wiederholen sich
in einer periodischen Struktur, und zwar
mit Luftspalt-Abständen, die gemäß den
Interferenzbedingungen dem Vielfachen
der halben Wellenlänge entsprechen. Es
wird deutlich, dass bei bestimmten vorgewählten
Einstellungen schon kleine Variationen
der Luftspalte von unter 100 nm
für eine Farbumschaltung ausreichen. Mit
Hilfe dieser Information ließe sich beispielsweise
eine periodische Umschaltung der
Emissionsfarbe vorgeben und dann ein
Nachweissystem entsprechend der Farbumschaltung
triggern. Da die Umschaltung
auch zwischen allen drei RGB-Farben
funktioniert, ist eine Lichtquelle für Farb-
displays denkbar. Dabei wären alle drei
Farben in einem kompakten Faserlaser
vereint. Abstriche müssten allerdings bei
der Farbqualität gemacht werden: Die
blaue Emission bei 492 nm eignet sich
nur bedingt für die RGB-Farbmischung,
sie ist nahezu komplementär zu der roten
Emission (Abb. 4). Die maximal emittierte
Leistung hängt stark von der Qualität der
einzelnen verwendeten Komponenten ab
und variiert für die einzelnen Farben. Mit
einem speziellen Aufbau des Faserlasers
für einfarbigen Betrieb sind für jede Emissionswellenlänge
Ausgangsleistungen von
mehr als 10 mW typisch. Das gilt selbstverständlich
auch für umschaltbare Systeme,
allerdings erscheint bei den verwendeten
Pr,Yb-ZBLAN Faserlasern die Leistung leider
nicht einfach zu höheren Werten hin skalierbar
zu sein.
14 optolines No. 9 | 1. Quartal 2006
Fazit
Der hier vorgestellte Faserlaser bietet
interessante Vorzüge gegenüber herkömmlichen
mehrfarbigen Lasersystemen.
Der einfache und kompakte Aufbau, der
gleichzeitig unanfällig gegen mechanische
Belastungen wie Stöße oder Vibrationen
ist, könnte in naher Zukunft in verschiedenen
Anwendungen eingesetzt werden.
Zu diesen Anwendungen zählen alle Lasersysteme,
bei denen mehrere Wellenlängen
erforderlich oder einfach auch nur von
Vorteil sind. Die Möglichkeit, die spektralen
Komponenten gezielt ansteuern zu
können, im Zusammenspiel mit der Tatsache,
dass alle Emissionen verschiedener
Wellenlängen auf einer fest definierten
Strahlachse liegen, erleichtern den Einbau
in bereits existierende Systeme. �
LINOS und das Hamburger
Institut für Laser Physik
Diese und viele weitere Lasertypen werden
im Institut für Laserphysik in Hamburg
entwickelt. Der Neubau aus dem
Jahr 2003 ist mit mehr als 30 Labors für
die Laserforschung perfekt ausgestattet,
die alle mit optischen Tischen von LINOS
bestückt wurden (siehe optolines 1,
1. Quartal 2004).