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