San Francisco (USA) / 13. Februar 2025
Erfolg auf der Photonics West – Drei Best Student Paper Awards für Jenaer Forschende
Erneut wurden gleich drei Forschende des Instituts für Angewandte Physik (IAP) und des Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF auf der renommierten SPIE Photonics West in San Francisco mit dem Best Student Paper Award ausgezeichnet.
Die SPIE Photonics West ist das internationale Highlight der Optik und Photonik Community, welche jährlich Ende Januar in San Francisco führende Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sowie Vertreter der Industrie lockt, um sich über neueste Entwicklungen auszutauschen.
Mit ihren innovativen Forschungsbeiträgen zu Hochleistungslasern im 2-µm-Wellenlängenbereich überzeugten Philipp Gierschke (Fiber & Waveguide Laser / Fraunhofer IOF), Mathias Lenski (Fiber & Waveguide Laser) und Gonzalo Palma Vega (Fraunhofer IOF) die Konferenzkomitees. Ihre Arbeiten leisten einen wichtigen Beitrag zur Weiterentwicklung der Lasertechnologie und eröffnen neue Möglichkeiten für Anwendungen in der Spektroskopie, Materialbearbeitung und Halbleiterindustrie.
v.l.n.r. M. Lenski, G. Palma Vega, P. Gierschke
Gonzalo Palma Vega – 1. Platz »Best Student Paper Award« in Fiber Lasers XXII: Technology and Systems
Gonzalo Palma Vega erhielt die Auszeichnung für seine Arbeit »Comparison of TMI thresholds in non-PM and PM Fibers«. Darin untersucht er transversale Modeninstabilitäten (TMI) in verschiedenen Faserarchitekturen.
Die Arbeit untersucht die Schwellenwerte für thermisch induzierte Modeninstabilität (TMI) von zwei Glasfasern mit großer Modefläche: einer polarisationserhaltenden (PM) und einer nicht-PM-Faser. Beide wurden unter identischen Bedingungen getestet.
Die TMI-Schwelle gibt an, ab welcher Leistung das Laserstrahlprofil instabil wird und die Strahlqualität verringert wird. Die PM-Faser zeigt entlang der langsamen Achse eine TMI-Schwelle von 300 W, während die non-PM-Faser 330 W erreicht. Der Unterschied von 10 % resultiert aus mechanischen Spannungen in der PM-Faser, was u.a. den Brechungsindex verändert.
»Allerdings kann die TMI-Schwelle der PM-Faser deutlich erhöht werden, wenn die Polarisationsrichtung angepasst wird. Dies zeigt, dass PM-Fasern trotz anfänglich geringerer Schwelle Vorteile in der Unterdrückung von Modeninstabilitäten bieten können.«, erklärt Gonzalo Palma Vega und weist darauf hin, dass diese Ergebnisse Implikationen für den Einsatz von Hochleistungsfaserlasern in der Industrie und Wissenschaft bedeuten.
Originalpublikationen:
G. Palma-Vega et al., Opt. Express 31, 24730-24738 (2023).
G. Palma-Vega et al., Opt. Express 31, 41301-41312 (2023).
Mathias Lenski – 2. Platz »Best Student Paper Award« in Fiber Lasers XXII: Technology and Systems
Mathias ist sozusagen ein Wiederholungstäter – schon im letzten Jahr wurde er auf dieser Konferenz für seine Forschungsergebnisse ausgezeichnet. Dieses Mal war die Jury von seinem Beitrag »Pump noise transfer in a highly efficient, in-band pumped thulium-doped fiber amplifier« überzeugt.
Mathias Lenski erforscht mit seinen Kollegen neue Wege, um Thulium-dotierte Faserlaser effizienter und leistungsstärker zu machen. Diese Laser haben großes Potenzial für Anwendungen mit hohen Leistungen und hohen Pulsenergien. Normalerweise werden sie mit Licht bei 793 nm „gepumpt“, also mit Energie versorgt. Allerdings geht dabei viel Energie als Wärme verloren, was technische Herausforderungen mit sich bringt.
Eine vielversprechende Alternative, die untersucht wurde, ist die Nutzung spezieller Raman-Faserlaser als Pumpquellen. Diese arbeiten mit einer Wellenlänge von 1692 nm und sind effizienter. Allerdings erzeugen sie kleine Leistungsschwankungen, die sich möglicherweise auf das verstärkte Signal übertragen können. In seinen Studien vergleicht Mathias Lenski diese neue Pumpmethode mit der herkömmlichen Variante bei 793 nm, um herauszufinden, welche Technologie sich besser eignet.
Diese Forschung ist besonders relevant für Hochleistungslaser im 2-µm-Wellenlängenbereich. Diese werden unter anderem in der Materialbearbeitung, Sensorik und bei der Erzeugung spezieller Lichtwellen, z. B. im mittleren Infrarot- oder EUV-Bereich, eingesetzt. Durch eine Anpassung der Pumpwellenlänge auf ca. 1700 nm kann die Effizienz deutlich gesteigert werden.
Dies birgt ein enormes Skalierungspotenzial dieser Technologie. Die gesteigerte Effizienz führt zu weniger Energieverlusten und ermöglicht leistungsfähigere Laser mit neuen Anwendungsmöglichkeiten. Das macht sie besonders wertvoll für Sekundäranwendungen, bei denen Hochleistungslaser als Lichtquellen dienen – von präzisen Materialbearbeitungsverfahren bis hin zur Grundlagenforschung in der Physik.
Die Auszeichnung erfolgte in der Subkonferenz »Fiber Lasers XXII: Technology and Systems«.
Originalpublikation:
M. Lenski et al., Opt. Lett. 49, 4042 (2024).
Philipp Gierschke – 3. Platz »Best Student Paper Award« in Frontiers in Ultrafast Optics
Philipp Gierschke wurde für seine Arbeit »100 W-class, mJ-level, few-cycle source at 1.9 µm wavelength« ausgezeichnet. Seine Forschung beschäftigt sich mit der Entwicklung neuartiger Faserlaserquellen im 2-µm-Wellenlängenbereich – einem bislang kaum erforschten Feld mit enormem Potential. Im Speziellen beschäftigte er sich mit der Leistungsskalierung solcher Ultrakurzpulslaser; genauer: mit der nachträglichen Pulsdauerverkürzung zu wenigen optischen Zyklen (few-cycle).
Das Kernstück der Forschung ist die Entwicklung und experimentelle Demonstration einer sogenannte nichtlinearen Multipasszelle – eine Art optischer Resonator – mit welcher in Kombination mit einem 2 µm Ultrakurzpulsfaserlaser Weltrekord Ausgangsparameter erreicht wurden. »Die Herausforderung war vor allem die richtige Wahl der Hochleistungsoptiken, sowie deren Beschichtungen zum stabilen Betrieb, da es bei diesen Pulsdauern bzw. Laserleistungsklassen keine ‚Standard‘ Komponenten gibt.«, beschreibt Philipp Gierschke den Kern seiner Arbeit und unterstreicht, dass diese Leistung eine Teamarbeit ist, für die er stellvertretend die Auszeichnung entgegengenommen hat.
Durch die Nutzung von 2µm UKP-Lasern kann die Konversionseffizienz von Sekundärquellen wesentlich gesteigert werden im Vergleich zu 1µm Wellenlänge Treiberlasern. Diese Sekundärquellen ermöglichen es, in neue Wellenlängenbereiche vorzu dringen bspw. bis in den weichen Röntgenbereich. Dies ist besonders interessant für Spektroskopie, Mikroskopie von biologischen Proben oder um noch feinere Auflösung zu bekommen. Da die Erzeugung einer Sekundärstrahlung verlustbehaftet ist, ist es das Ziel, die Treiberlaser - hier den 2µm UKP-Laser - in der Leistung zu Skalieren. Eine andere Anwendung ist das direkte in-volume Bearbeitung von Silizium, was für die Halbleiterindustrie von starkem Interesse ist.
Die Auszeichnung erfolgte in der Subkonferenz »Frontiers in Ultrafast Optics«, in der er sich mit einem 4-minütigen Pitch-Talk gegen die Konkurrenz durchsetzen konnte.
Autorin: Ira Winkler / IAP