Forscher des 4. Physikalischen Instituts der Universität Stuttgart haben einen Durchbruch im Bereich der Lasertechnologie erzielt, indem sie mikroskalige Optiken mittels 3D-Druck direkt auf optische Fasern druckten. Diese Innovation ermöglicht die Entwicklung kompakter, stabiler und kostengünstiger Laserquellen, die in verschiedenen Bereichen, einschließlich autonomer Fahrzeugsysteme, Anwendung finden könnten. Darüber hatte die Universität Stuttgart in einer Pressemitteilung berichtet. Die Forschungen wurden außerdem unter dem Titel „Hybrid fiber–solid-state laser with 3D-printed intracavity lenses“ veröffentlicht.
3D-Druck trifft auf Lasertechnik
Simon Angstenberger, Leiter des Forschungsteams, erklärte, dass es das erste Mal sei, dass solche 3D-gedruckten Optiken in einem realen Laser verwendet wurden. Sie weisen eine hohe Schadensgrenze und Stabilität auf. Die in der Fachzeitschrift „Optics Letters“ der Optica Publishing Group veröffentlichte Studie beschreibt, wie die Forscher Mikrooptiken direkt auf optische Fasern druckten, um Fasern und Laserkristalle in einem einzigen Laserresonator kompakt zu kombinieren. Der resultierende Hybridlaser zeigte eine stabile Leistung mit Ausgangsleistungen von über 20 mW bei 1063,4 nm und einer maximalen Ausgangsleistung von 37 mW.
Widerstandsfähigkeit gegen Hitze
Die 3D-gedruckten Elemente, hergestellt mittels Zweiphotonenpolymerisation, zeigten eine überraschende Stabilität unter hohen Wärme- und Leistungsbelastungen innerhalb eines Laserresonators. Die Wissenschaftler fanden heraus, dass sie selbst nach mehrstündigem Laserbetrieb keinerlei Schäden auf den Linsen feststellen konnten.
Hybridlaser: Eine kompakte Lösung
Das Forschungsteam nutzte einen 3D-Drucker von Nanoscribe, um Linsen mit einem Durchmesser von 0,25 mm und einer Höhe von 80 Mikrometern auf das Ende einer Faser zu drucken. Nach Abschluss des Druckvorgangs montierten die Forscher den Laser und den Laserresonator. Anstatt einen Kristall in einem sperrigen und kostspieligen Spiegelresonator zu verwenden, nutzten sie Fasern als Teil des Resonators, was zu einem Hybrid-Faser-Kristall-Laser führte.
Zukünftige Optimierungen
Die Forscher arbeiten nun daran, die Effizienz der 3D-gedruckten Optiken zu optimieren. Größere Fasern mit optimierten Freiform- und asphärischen Linsendesigns könnten helfen, die Ausgangsleistung zu verbessern. Sie möchten auch verschiedene Kristalle im Laser demonstrieren, um die Ausgabe für spezifische Anwendungen anzupassen.