Ultra-LIFE

Optische Komponenten und Baugruppen
mit hohen Lebensdauern
für Ultrakurzpuls-Laser und Systeme

Ultra-LIFE

Spitzenleistungen erfordern
leistungsfeste Komponenten

Eine immer kürzere Dauer der Laserpulse führt bei etwa gleicher Gesamtenergie pro Puls zu immer höheren Spitzenleistungen währen der Pulsdauer. Schnell sind hier die Belastungsgrenzen bisheriger Optiken und optischer Baugruppen erreicht. Typische Bauelemente in Ultrakurzpulslaser-Anlagen wie optische Kristalle, Spiegel und Beugungsgitter erreichen schnell ihre Zerstörschwelle und müssen daher in kurzen Intervallen ausgetauscht werden. Das Verbundprojekt Ultra-LIFE hat sich daher zum Ziel gesetzt, Möglichkeiten einer erheblichen Steigerung der Leistungsfähigkeit dieser Komponenten zu erforschen. Kritisch ist hierbei zum einen das Material des optischen Bauteils selbst, durch welches der Laserstrahl hindurch geführt wird (z.B. des Kristalls). Des Weiteren ist aber insbesondere die Oberfläche, auf die der Strahl zunächst trifft, entscheidend. Kleinste Fehlstellen können hier Ausgangspunkt für die Zerstörung sein. Jedoch ist z.B. das Material bisheriger Kristalle nur bedingt für die Politur geeignet. Neue Kristallmaterialien und eine anschließende entsprechende Steigerung der Oberflächengüte können somit die Standzeit erhöhen. Spezielle Anti-Reflex-Beschichtungen oder Strukturierungen können die Leistungsfestigkeit der Komponenten weiter steigern. Gleiches gilt für Beugungsgitter. Auch für sie müssen zunächst Verfahren erforscht werden, sie mit möglichst fehlstellenfreien Oberflächen herzustellen oder zu reproduzieren, um anschließend geeignete Beschichtungsverfahren zu erforschen.

Neue optische Kristalle und Hochleistungsbeschichtungen für stärkere Laser

Im Verbund werden daher zum einen neue Materialien für nichtlineare optische Kristalle und neue Herstellungsverfahren für Beugungsgitter erforscht, zum anderen verschiedene Techniken der Oberflächenbehandlung und -beschichtung erprobt. Für diese und weitere optische Komponenten, wie z.B. Spiegel, werden verschiedene Schichtabscheideverfahren, wie z.B. Plasma-Ionen unterstützte Verdampfungsprozesse, Magnetron-Zerstäuben und Ionenstrahl-Zerstäubung, als auch die Kombination neuer Schichtmaterialien, wie z.B. ternäre Oxide, erprobt und verglichen. Das Finden der geeignetsten Kombinationen von Beschichtungsmaterial und –verfahren, der Schichtstruktur aber auch der Prozesskontrolle stellt hierbei eine große Herausforderung dar, da sie für jede Art von zu beschichtendem Bauelement individuell optimiert werden müssen. Jeder der Partner bringt hier seine Expertise in jeweils einem oder mehreren dieser Bereiche in den Verbund ein mit dem Ziel, so zusammen optische Komponenten und Baugruppen zu erarbeiten, welche den aktuell verfügbaren in ihrer Leistungsfähigkeit um etwa das Doppelte überlegen sein werden.

Mit Erreichen dieser anspruchsvollen Ziele wird es gelingen die Ultrakurzpulslaser-Technologie auch in Anwendungsbereichen, beispielsweise von der Herstellung biokompatibler Implantate bis zur Strukturierung von Solarzellen, zu etablieren, für die die bisher hohen Wartungs- und Instandhaltungskosten noch ein Ausschlusskriterium sind.

Koordinator

Dr. Alexandre Gatto

Carl Zeiss Jena GmbH

Carl-Zeiss-Promenade 10

07745 Jena

Tel.: 03641 / 643851

E-Mail: a.gatto@zeiss.de

Projektvolumen

4,7 Mio. € (ca. 46,1% Förderanteil durch das BMBF)

Projektlaufzeit

1.10.2012 — 30.9.2015

Projektpartner

Gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung Teil des Photonik Forschung Deutschland-Programms