Erfolgreich in San Francisco

Drei unserer Forschenden wurden auf der diesjährigen SPIE Photonics West in San Francisco mit »Best Student Presentation Awards« für die besondere wissenschaftliche Relevanz und die Qualität ihrer Präsentation ausgezeichnet, zwei davon gingen an die Arbeitsgruppe „Waveguide & Fiber Lasers“, ein weiterer an unser Partnerinstitut Fraunhofer IOF.

Jährliches Highlight für die internationale Optik und Photonik Community ist zweifelsohne die größte Konferenz in diesem Bereich – die SPIE Photonics West. Neben der Präsentation neuester wissenschaftlicher Errungenschaften hat sie ihren Reiz wegen des freundlichen Wetters Ende Januar (30. Januar bis 1. Februar 2024) sowie die Stadt San Francisco. In diesem positiven Klima tauschen sich zahlreiche Vertreterinnen und Vertreter aus Wissenschaft und Industrie aus aller Welt neben einer Messe auch auf Subkonferenzen aus, wie »Frontiers in Ultrafast Optics: Biomedical, Scientific, and Industrial Applications XXIV« und » Fiber Lasers XXI: Technology and Systems«, bei denen unsere Forschende aus dem Leistungszentrum PhotonikExterner Link vertreten waren.

Die wissenschaftlich herausragenden Ergebnisse sowie deren Präsentation von Maximilian Karst (IAP), Friedrich Möller (IOF) und Mathias Lenski (IAP) überzeugten die Konferenzkomitees und wurden entsprechend mit »Best Student Presentation Awards« honoriert.

Innovative Forschungsergebnisse im Bereich Faserlaser und ultrakurze Optik

Maximilian Karst präsentierte in »Pulse quality improvement in multipass cells through dispersion engineering« eine experimentelle Demonstration von Enhanced-Frequency-Chirping (EFC) in einer Multipass-Zelle (MPC), die durch Dispersionstechnik nachkomprimiert wird. Die Übertragung der nichtlinearen Wechselwirkung in das EFC-Regime ermöglicht ein glattes Spektrum ohne starke Modulationen, wie sie in regulären selbstphasenmodulierten Spektren vorkommen. Dabei weisen die resultierenden 32 fs-Pulse minimale Nebenmerkmale auf, wobei mehr als 96 % der Energie im zeitlichen Hauptmerkmal enthalten sind. Die Experimente wurden mit einem Yb:Faserlaser der mJ-Klasse mit einer Repetitionsrate von 50 kHz und einer durchschnittlichen Leistung von 70 W durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen die erweiterten Möglichkeiten für dispersionsangepasste Pulsausbreitung in MPCs [1]. Damit belegte Der Doktorand aus der Arbeitsgruppe um Prof. Jens Limpert den ersten Platz der »Frontiers in Ultrafast Optics Best Student Paper Competition«.

Den zweiten Platz in der »Fiber Lasers Best Student Oral Paper Competition« belegte Friedrich Möller, Forscher in der Abteilung Laser- und Fasertechnologie am Fraunhofer IOF zum Thema »Spectral beam combining of kW-class thulium-doped fiber lasers«. Seine Arbeit präsentiert einen Ansatz, um die Leistung von Thulium-dotierte Faserverstärker der kW-Klasse (2030-2050 nm) mittels spektraler Strahlkombination (SBC) wesentlich zu steigern. Die Verstärker bestehen aus drei Stufen und werden mit nicht stabilisierten, fasergekoppelten Diodenlasern bei 790 - 795 nm gepumpt. Es wurden TMI-freie Singlemode-Ausgangsleistungen von über 800 W mit schmalen Linienbreiten von FWHM ⪅115 pm erzielt und anschließend mit hocheffizienten, selbst hergestellten Reflexionsgittern kombiniert. Mit einem Gesamtwirkungsgrad von 90 % und einer thermischen Steigung des Kombinationsgitters von 6,8 K/kW ist eine Skalierbarkeit auf kW-Leistungen möglich. Die kombinierte Ausgangsleistung erreichte rekordverdächtige 1,91 kW bei guter Strahlqualität (M2 ⪅2) und Potenzial für weitere Optimierungen [2].

Auf dem selbigen Symposium erreichte Mathias Lenski den dritten Platz mit seinen Forschungsergebnissen zum Thema »Highly efficient, in-band pumped, thulium-doped, Q-switched fiber laser«. Hierbei stehen Hochleistungslaserquellen im 2 μm-Wellenlängenbereich und emittierenden ns-Pulsen im Mittelpunkt der Forschung, da diese ein großes Potential für zahlreiche Anwendungen in der Materialbearbeitung, der Biologie sowie für Laserplasmaquellen, die auf den extrem ultravioletten Bereich abzielen. Tm-dotierte Hochleistungsverstärker, die eine attraktive Plattform für gütegeschaltete Systeme mit ns-Pulsen im 2 μm-Wellenlängenbereich darstellen, werden in der Regel bei 790 nm gepumpt. Durch die Ausnutzung von Kreuz-Relaxationen (CR) kann die Effizienz deutlich über die Stokes-Grenze hinaus gesteigert werden. In diesen Fasersystemen liegt die Effizienz jedoch kaum über 35 % aufgrund erheblicher thermischer Herausforderungen. In der Präsentation wurde eine Quelle vorgestellt, die bis zu 7 mJ Pulsenergie und bis zu 140 W Durchschnittsleistung bei einer optischen Effizienz von 77 % liefert und somit die herkömmlichen thermischen Herausforderungen bei verbesserter Leistung überwindet.

[1]    Maximilien Karst (IAP): “Pulse quality improvement in multipass cells through dispersion engineering”Externer Link1st place at Subconference "Frontiers in Ultrafast Optics: Biomedical, Scientific, and Industrial Applications XXIV”

[2]    Friedrich Möller (IOF): „Spectral beam combining of kW-class thulium-doped fiber lasers“Externer Link, 2nd place at Subconference “Fiber Lasers XXI: Technology and Systems”

[3]    Mathias Lenski (IAP): „Highly efficient, in-band pumped, thulium-doped, Q-switched fiber laser”Externer Link, 3rd place at Subconference "Fiber Lasers XXI: Technology and Systems”, 

Weitere Informationen über das Fraunhofer IOF finden Sie unter www.iof.fraunhofer.deExterner Link