Universität Stuttgart entwickelt 3D-gedruckte Mikrooptiken für Hybridlaser
Forschern der Universität Stuttgart ist es gelungen, mit Hilfe des Polymer-3D-Drucks hergestellter Mikrooptiken stabile Hybridlaser zu entwickeln, die optische Fasern und Laserkristalle in einem kompakten Laseroszillator kombinieren. Dabei wurde erstmals nachgewiesen, dass mit Hilfe des 3D-Drucks hergestellte Mikrooptiken der Wärmebelastung und Leistungsanforderungen von Lasern erfolgreich standhalten konnten. Durch diese bahnbrechende Entwicklung wird die Herstellung kostengünstiger, platzsparender und zuverlässiger Laserquellen ermöglicht, die für Lidar-Systeme in autonom fahrenden Fahrzeugen und vielen weiteren Anwendungen verwendet werden können. Laut Angstenberger konnte die Größe von Lasern durch den 3D-Präzisionsdruck von mikroskopisch kleinen Linsen direkt auf Glasfasern bedeutend reduziert werden.
Die Wissenschaftler erläuterten in ihrem Artikel in der Fachzeitschrift „Optics Letters“ der Optica Publishing Group, wie sie die mikroskaligen Optiken direkt auf optische Fasern gedruckt haben, um Fasern und Laserkristalle in einem einzigen Laseroszillator auf kompakte Art und Weise zu kombinieren. Im Zuge dessen gelang den Stuttgarter Forschern die Entwicklung eines Hybridlasers, der sich durch seine besondere Stabilität und Reibungslosigkeit im Betrieb bei Ausgangsleistungen von mehr als 20 mW bei 1063,4nm und eine maximale Leistung von 37 mW auszeichnete. Dies betont auch der Leiter des Forschungsteams des 4. Physikalischen Instituts der Universität Stuttgart, Simon Angstenberger: „Dies ist die erste Implementierung solcher 3D-gedruckter Optiken in einem realen Laser, was ihre hohe Zerstörungsschwelle und Stabilität unterstreicht.“ Angstenberger fügte hinzu, dass selbst nach einigen Stunden, die der Laser in Betrieb war, weder an den 3D-gedruckten Optiken im Inneren der Konstruktion noch an den langfristigen Eigenschaften des Lasers Verschlechterungen festgestellt werden konnten.
Mikrooptiken direkt auf optische Fasern 3D-gedruckt zur kompakten Kombination von Fasern und Laserkristallen in einem einzigen Laseroszillator. (Bild: Optica)
Das Vorgehen und die Vorteile beim 3D-Druck von Mikrooptiken
Bereits schon vor dieser neusten Entwicklung legte das 4. Physikalische Institut der Universität Stuttgart einen Fokus auf den 3D-Druck von Mikrooptiken, mit Schwerpunkt auf den direkten Druck der Mikrooptiken auf Fasern. Beim 3D-Druck der Mikrooptiken auf die Fasern wenden die Forscher des Stuttgarter Instituts die Zwei-Photonen-Polymerisation an. Bei diesem 3D-Druckverfahren wird ein Infrarotlaser auf einen UV-empfindlichen Photoresist fokussiert, wobei zwei Infrarotphotonen im selben Moment absorbiert werden. Daraus ergibt sich die Härtung des UV-Fotoresists. Durch Variierung des Brennfokus‘ können mit Hilfe dieser Methode verschiedene Strukturen höchsten Detailgrades angefertigt werden. Darüber hinaus lassen sich durch die Zwei-Photonen-Polymerisation miniaturisierte Optiken und innovative Funktionalitäten wie etwa komplexe Linsensysteme oder Freiformoptiken produzieren. Die Vorteile der Nutzung von 3D-gedruckten Optiken liegen laut Angstenberger insbesondere in Anwendungen mit hoher Leistung sowohl in der Medizin, wo mit Hilfe der neuen Methode die Zerstörung von Krebsgewebe vorgenommen werden könnte, als auch in der Industriebranche in Bereichen der Lithografie und Lasermarkierung.
Im Weiteren wird sich die Forschung des Teams insbesondere auf Effizienzsteigerungen und verschiedenste Kristalle für spezifische Anwendungen fokussieren. Möglicherweise werden im weiteren Vorgehen verschiedene Kristalle von den Forschern ausprobiert und verbesserte Linsendesigns oder Linsenkombinationen entwickelt, die auf die Fasern gedruckt werden, um sie noch geeigneter für die Vielfalt an Anwendungen zu machen.
HIER gelangen Sie zu dem wissenschafltichen Artikel der Optics Letters Fachzeitschrift der Optica Publishing Group. Was halten Sie vom 3D-Präzisionsdruck von Mikrooptiken für die Herstellung von Hybridlasern? Lassen Sie uns dazu einen Kommentar da, oder teilen Sie es uns auf Facebook oder LinkedIN mit. Möchten Sie außerdem eine Zusammenfassung der wichtigsten Neuigkeiten im 3D-Druck und der Additiven Fertigung direkt und bequem in Ihr Postfach erhalten? Dann registrieren Sie sich jetzt für unseren wöchentlichen Newsletter.
*Titelbildnachweis: L’information dentaire
