Wertschöpfungskette Lasertechnologie

Aufbau und Sicherung der nationalen technologischen Souveränität

Das Fraunhofer IOSB erforscht und entwickelt neuartige Laserquellen entlang kritischer Prozesse der Lasertechnologie und photonischer Komponenten mit besonderem Fokus auf die Festkörperlaser- und Faserlaser-Technologie sowie spezielle Optomechanik von Simulation und Design bis zu Demonstratoren. Marktverfügbare kritische Kristalle oder laseraktive Fasern werden in Deutschland teilweise nicht industriell gefertigt, unterliegen fremden Exportbeschränkungen oder werden den hohen Anforderungen häufig nicht gerecht. Zur Erlangung nationaler technologischer Souveränität in diesen Bereichen werden am Fraunhofer IOSB neue und verbesserte Materialien als Grundlage für die weitere Forschung und Entwicklung von Laserquellen und nichtlinearen Quellen sowie zur Schaffung einer Versorgungssicherheit hergestellt und untersucht. 

Laserkristalle und nichtlineare optische Materialien

Für die Erzeugung von Laserstrahlung werden derzeit insbesondere seltenerddotierte Oxidkristalle untersucht. Der Fokus liegt auf speziellen Dotierungen und Geometrien, die in eigens konzipierten Laserquellen untersucht werden um thermische Effekte in Lasermedien zu reduzieren. Auch passive Güteschalter und akustooptische Materialien werden in diesem Kontext untersucht und optimiert. Nichtlineare optische (NLO) Materialien finden für die Abwärtskonversion im SWIR- bis LWIR-Spektralbereich Verwendung. Sie erlauben eine Anpassung der Wellenlänge in Bereichen, in denen keine direkten Laseremitter existieren. Der Hauptfokus bei NLO-Kristallen liegt aktuell auf der Klasse der Chalcopyrite und III/V Halbleiter. 

Wir betreiben dazu eine spezifische Labor-Infrastruktur zur Synthese, Züchtung und Politur von Laserkristallen und NLOMaterialien. Die Kristalle werden in speziellen Öfen gezüchtet, mittels Röntgenbeugung untersucht und verbesserte Züchtungsbedingungen erforscht, um höchste Qualität zu erreichen und sicherzustellen. Aus den gezüchteten Kristallen werden anschließend die optischen Bauteile herausgesägt und zur Verbesserung der optischen Zerstörschwelle mittels spezieller Verfahren poliert.

Aktive Laserfasern und Faserkomponenten 

Der neue Standort Oberkochen des Fraunhofer IOSB widmet sich der Glasfaserforschung. Für die Erzeugung von Laserstrahlung in Faserlasern werden derzeit insbesondere seltenerd-dotierte Quarzglasfasern und fluoridische Laserfasern untersucht. 

Die Preformherstellung für Quarzglasfasern basiert einerseits auf modifizierter Gasphasenabscheidung (MCVD). Dies ist eine spezielle Technik zur Herstellung von hochreinen Glasfaserpreformen mit spezifischen optischen Eigenschaften. Andererseits wird auch die Realisierung von Faserpreformen durch Zusammensetzung verschiedener Glasstrukturen für mikrostrukturierte Fasern abgedeckt.

Für fluoridische Gläser im MWIR bis über 5 μm Wellenlänge werden direkte Syntheseverfahren eingesetzt und Preformen aus verschiedenen Gläsern zusammengeschmolzen. Auch hier werden verschiedene, maßgeschneiderte Prozesse genutzt, um höchste optische Qualität und somit erreichbare Laserleistung und Strahlqualität sicherzustellen. Hochqualitative anwendungs- und kundenspezifi sche aktive und passive Fasern sind zentral für die Faserlaserforschung und -entwicklung. 

Basierend auf zwei auf die jeweiligen Glasarten angepasstenFaserziehtürmen mit mehreren Ziehlinien wird auf modernste adaptive Technologien gesetzt um multiple Prozessparameter gezielt variieren und messen zu können und so neue komplexe Fasergeometrien bis hin zu mikrostrukturierten Fasern und darauf angepasste anwendungsspezifi sche Faserummantelungen zu ermöglichen. Ein weiterer Schwerpunkt der Hochleistungs-Faserlasertechnologie am Fraunhofer IOSB sind spezifische Faserlaserkomponenten wie Faserendkappen, Fasermantel-Modenabstreifer, Signal-Pump-Koppler, Fasertaper, etc., die die Integration spezifi scher Funktionen oder erhöhte Zerstörschwellen ermöglichen.

Angebote des Fraunhofer IOSB

Unser Knowhow aus dem Bereich der Kristallzüchtung sowie der Glasfaserforschung werden Kunden und Partnern des Fraunhofer IOSB im Rahmen von gemeinsamen Forschungsprojekten zur Verfügung gestellt. Am Standort Oberkochen entwerfen und realisieren wir Spezialfasern ab 2026 auch im Rahmen der Auftragsforschung für Partner und externe Kunden.