Organic Photonics

Organische Polymerlaser der neuen Generation, CW-Betrieb mittels Dye-Laser-Discs (DLDs)

Der an der Universität Siegen entwickelte durchstimmbare Polymerlaser vereint die Vorteile eines Festkörperlasers mit der Variabilität eines klassischen Farbstofflasers.

Klassische Farbstoff-Laser, die 1966 entdeckt wurden 1,2, basieren auf einem organischen Fluoreszenzfarbstoff als eigentliches Lasermedium, der meist in einer Flüssigkeit gelöst ist. Diese sehr intensiv eingefärbten Flüssigkeiten stellen im Betrieb nun oftmals ein großes Problem dar. Die verwendeten Lösungsmittel und Farbstoffe müssen chemisch äußerst rein sein, weil sonst kleinste Verunreinigungen sofort den Laserprozess unterbinden würden. Dabei altern die Lösungen im Einsatz relativ schnell und die kleinsten Lecks im Durchfluss-System führen sofort zu großen Kontaminationen der Umgebung. Weiterhin müssen die alten Lösungen als Sonderabfall behandelt werden, was wiederum nicht nur eine Kostenfrage darstellt.

Deshalb hat man schon früh versucht, die Farbstoffe in einer festen Matrix zu binden 3. Um den Laserbetrieb zu ermöglichen, wurden diverse Resonator-Konfigurationen in der Literatur beschrieben. Nur einen stabilen Laserbetrieb über einen längeren Zeitraum (>=100 µs) aufrecht zu erhalten, wurde erst im Jahre 2006 gezeigt 4.

Dabei zeigte sich, dass diese Konfiguration viele Probleme anderer Polymerlaser gleich mit löst. So konnte der Laserbetrieb über mehrere Stunden mit nur einer Laserscheibe aufrecht erhalten werden 5. Dabei wurde dieser

Betrieb sogar mit einem im oberen mW-Bereich liegenden Leistungsbereich aufrecht erhalten (Dauerstrichleistung um 300 mW, Spitze 800 mW). Dies gleichzeitig bei einer guten spektralen Reinheit (<= 1GHz) und zudem noch im laufenden Betrieb über einen großen Bereich fein abstimmbar (>= 30 nm bei 575 nm im Maximum). Die Strahlqualität M² ist dabei kleiner als 1.2. Dies gestattet für optische Anwendungen eine gute Fokussierbarkeit.

Weitere Vorteile dieses Systems: Minimaler Einsatz von teuren und teilweise umweltbelastenden Chemikalien und die Möglichkeit eines sehr schnellen und sicheren Austausches der Lasermedien.

Die hohe Leistungsdichte im Resonator, der aufgrund des Aufbaus auch gut experimentell zugänglich ist, gestattet mit Hilfe von nichtlinearen Kristallen zudem noch eine Erweiterung des Abstimmbereichs in den tiefen UV-Bereich um 290 nm 6.

Weitere Arbeiten zielen daraufhin ab, die breite Emissionsbandbreite zu nutzen und die Leistungsdaten noch weiter zu treiben, d.h. längere Standzeiten bei höheren Ausgangsleistungen und einen kompakteren Aufbau zu realisieren.