NEXUS

Konzepte für ultrakurzgepulste Strahlquellen
der nächsten Generation

NEXUS: Schema eines geplanten Vier-Kristall-Oszillators mit cavity-dumping (Quelle: IQ – Universität Hannover)

Ultrakurz und hochenergetisch –
Zukunftsmarkt für Deutschland

Je kürzer ein Laserpuls desto weniger Zeit bleibt der Energie sich im bearbeiteten Material auszudehnen und es zu erwärmen. Laserpulse bei gleicher Gesamtenergie zeitlich zu verkürzen bringt also einen hohen Gewinn für Präzision und geringeren Wärmeeintrag bei der Bearbeitung von Werkstoffen. Ultrakurzpuls-Strahlquellen sind heutzutage in ihrem Aufbau immer noch sehr komplex, die Pulse werden in der Regel durch Kopplung verschiedener Laserformen erzeugt. Sie werden deshalb oft mit dem Prädikat „nicht industrietauglich“ und „zu teuer“ versehen. Große Herausforderungen bei immer kürzeren Lichtpulsen sind zum einen, hohe Energien zu gewinnen, da mit der zeitlichen Verkürzung die Spitzenleistung stark ansteigt. Hier kommen Lasermaterialien schnell an ihre Grenzen. Auch die Kombination mehrerer Pulse wird deutlich schwieriger da sie sehr exakt synchronisiert werden müssen. Die Lösungsansätze müssen dabei nicht nur effektiv, sondern auch einfach und kostengünstig bleiben um Anwendbarkeit in der Industrie sicherzustellen. Während sich für Pulsdauern von vielen Pikosekunden und für kontinuierliche Strahlquellen bereits starke Firmen etabliert haben, haben sich im Zeitbereich unterhalb von Pikosekunden aus diesem Grund erst wenige in Deutschland ansässige Firmen auf bisher sehr spezifische Märkte konzentriert. 

Neues Lasersystem verhilft Deutschland
zu weiterem Ausbau seiner Spitzenposition 

Da Quellen im Sub-Pikosekundenbereich (<10−12 s) in Zukunft jedoch eine wesentliche Rolle in der Anwendung spielen werden, haben sich im Forscherverbund NEXUS das Laser Zentrum Hannover, die Friedrich-Schiller-Universität Jena, die Leibnitz Universität Hannover und die Ludwig-Maximilians-Universität München zusammengeschlossen um durch gemeinsame Grundlagenforschung auf diesem Gebiet ein Portfolio an Basispatenten für die Verwertung in Deutschland zu schaffen. Ziel des Verbundes ist die Erhöhung der Pulsenergie einerseits durch den Einsatz mehrerer Kristalle bereits im Oszillator, andererseits durch das Zusammenführen mehrerer Laserpulse durch optische Fasern, welche einzeln den hohen Pulsenergien nicht standhalten würden. Eine große Herausforderung besteht in beiden Fällen in der entsprechenden Synchronisation. Die Partner forschen zudem an der effizienten Frequenzkonversion, hier insbesondere der Erschließung des schwerer zugänglichen mittleren Infrarot. Für diesen Spektralbereich werden Wachstumsraten von jährlich 30 % prognostiziert. Ursache dafür ist die Vielzahl der unterschiedlichen Anwendungen, wie z.B. Materialbearbeitung, Medizintechnik, Messtechnik, Umwelttechnik, Schadstoffanalyse und Sensortechnik, welche eine starke Absorption im mittleren Infrarot zeigen. Mit dem Forscherverbund NEXUS wird somit für effektive Ultra-Kurzpuls-Laser neues Grundlagen-Know-how geschaffen woraus deutsche Laserhersteller einen entscheidenden Vorteil im internationalen Wettbewerb gewinnen. Dies stärkt nicht nur den Wissenschaftsstandort Deutschland sondern sichert und schafft auch neue Arbeitsplätze in der deutschen Photonik Industrie durch die anschließende industrielle Verwertung.

Koordinator

Prof. Dr. Jens Limpert
Institut für Angewandte Physik,
Friedrich-Schiller-Universität Jena
Albert-Einstein-Str. 15
07745 Jena
Tel.: 03641 / 947 811
E-Mail: Jens.Limpert@uni-jena.de

Projektvolumen

2,1 Mio. €
(100% Förderanteil durch das BMBF)

Projektlaufzeit

1.4.2012 — 30.9.2015

Projektpartner

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