Technologie

Neue Ultrakurzpulslaser für Wissenschaft und Industrie

01.03.2021 - Startup-Unternehmen will innovatives Verfahren zur Impulsverkürzung zur Marktreife führen.

Ultrakurzpulslaser sind aus Forschung und Industrie nicht mehr wegzudenken. Sie werden beispiels­weise in modernen Mikroskopie­verfahren, in der Beobachtung schneller chemischer Reaktionen, bei denen zeitliche Infor­ma­tionen ausgewertet werden sollen, oder in der Material­bearbeitung von immer kleineren Strukturen für die Medizin­technik oder für Quanten­computer einge­setzt. Zur Deckung der wachsenden Nachfrage nach stabilen und zuver­lässigen ultra­schnellen Lasern mit immer kürzeren Impuls­dauern und extremen Band­breiten hat sich das Team des Startup-Unter­nehmens n2-Photonics zum Ziel gesetzt, ein inno­va­tives Verfahren zur Impuls­verkürzung zur Markt­reife zu führen.

Derzeit kommerziell erhältliche Laser­quellen sind durch die verwendeten Laser­medien in der Ausgangs­impuls­dauer auf etwa zwei­hundert Femto­sekunden begrenzt, was die Spitzen­intensität und die erreich­bare Zeit­auf­lösung einschränkt. Anwender verwenden deshalb externe Impuls­kompressoren, um Impuls­dauern von weniger als zehn Femto­sekunden zu erzeugen. Wegen ihrer Komplexität stehen aktuelle Verfahren zur spektralen Verbreiterung und Kompression nur einem kleinen Experten­kreis zur Verfügung.

„Die Impulsverkürzung an sich ist mittler­weile eine bekannte Techno­logie. Unsere Inno­vation besteht darin, diese einfach und zuver­lässig anwendbar zu machen“, erläutert Jürgen Raab aus dem Gründer­team von n2-Photonics. „So können auch Wissen­schaftler aus anderen Fach­bereichen die Techno­logie nutzen, um zum Beispiel Super­zeit­lupen mikro­skopischer Systeme aufzu­zeichnen. In der Material­bearbeitung kann die Erhöhung der Spitzen­leistung durch die Impuls­verkürzung für neuartige Fertigungs­verfahren verwendet werden.“ Die in fünf­jähriger Forschungs­arbeit entwickelte Techno­logie ist weltweit einzig­artig und auf dem Markt eine Neuheit. Sie zeichnet sich durch bisher unerreichte Prozess­stabilität und Lang­lebig­keit bei den erreichten Impuls­dauern und Spitzen­leistungen aus.

Das von n2-Photonics entwickelte System macht sich Festkörper oder Edelgase zu Nutze, um das Frequenz­spektrum von Laser­impulsen bei Spitzen­leistungen von mehreren Megawatt bis hin zu Gigawatt um mehr als das Zehnfache zu verbreitern und so die Impuls­dauer zu verkürzen. Das Herzstück dieses inno­vativen Ansatzes ist ein passiver optischer Aufbau aus zwei gegen­über­liegenden Spiegeln mit einem durch­sichtigen Medium – beispiels­weise Glas oder Saphir – oder einem Gas dazwischen. Dieses wird von den Laser­impulsen viele Male durch­laufen und kann so auf kosten­günstige, platz­sparende Weise mit hoher Stabilität und Effizienz die notwendige spektrale Verbreiterung von perspek­tivisch mehreren einhundert Nanometern erzeugen.

Diese Technologie verspricht eine hohe Band­breite. Das bedeutet, sie überführt das einfarbige Licht der Laser­quelle, ähnlich dem eines Laser­pointers, in mehr­farbiges, weißes Licht ähnlich dem der Sonne. So soll das System aufgrund seiner Einfachheit Impuls­dauern von weniger als zehn Femto­sekunden unter industriellen Bedingungen bereit­stellen, um so Anwendern aus Industrie und Forschung Zugang zu dieser Techno­logie zu verschaffen.

Das n2-Photonics-Team konnte mit der inno­vativen Techno­logie und dem zugehörigen Business Plan die Jury des EXIST-Forschungs­transfers, einem Förder­programm des Bundes­ministeriums für Wirtschaft und Energie, überzeugen. Die Umsetzung des Dritt­mittel­projekts findet an der Professur für Laser­techno­logie und Spektro­skopie der Helmut-Schmidt-Universität, Universität der Bundeswehr Hamburg statt. Dank der Forschungs­infra­struktur der HSU, unter anderem einer eigenen Konstruktions­abteilung und einer modernen mechanischen Werkstatt, kann das Team die Proto­typen­entwicklung deutlich beschleunigen. Die Wissens- und Technologie­transfer Institutionen Max-Planck-Innovation und Hamburg Innovation standen dem Team bereits während der Bewerbungs­phase beratend zur Seite.

HSU / RK

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