3D-Druck mikroskaliger Optiken könnte Kosten von Lasern verringern

Forschende haben zum ersten Mal gezeigt, dass 3D-gedruckte Mikrooptiken auf Polymerbasis der Hitze und den Leistungspegeln in einem Laser standhalten können. Dieser Fortschritt ermöglicht kostengünstige, kompakte und stabile Laserquellen, die für eine Vielzahl von Anwendungen nützlich sein könnten, darunter auch Lidar-Systeme für autonome Fahrzeuge.

“Wir haben die Größe eines Lasers erheblich reduziert, indem wir 3D-Druck zur Herstellung hochwertiger Mikrooptiken direkt auf Glasfasern, die in Lasern verwendet werden, eingesetzt haben”, sagte der Leiter des Forschungsteams Simon Angstenberger vom 4. “Dies ist die erste Implementierung solcher 3D-gedruckten Optiken in einem realen Laser, was ihre hohe Zerstörungsschwelle und Stabilität unterstreicht.”

In der Zeitschrift “Optics Letters” der Optica Publishing Group beschreiben die Forschenden, wie sie Mikrooptiken direkt auf optische Fasern 3D-druckten. Dies ermöglichte es, Fasern und Laserkristalle in einem einzigen Laserresonator auf kompakte Weise zu kombinieren. Der resultierende Hybridlaser zeigte einen stabilen Betrieb bei Ausgangsleistungen von über 20 mW bei 1063,4 nm und erreichte eine maximale Ausgangsleistung von 37 mW.

Der neue Laser vereint die Kompaktheit, Robustheit und Kosteneffizienz von faserbasierten Lasern mit den Vorteilen kristallbasierter Festkörperlaser, die ein breites Spektrum an Eigenschaften wie verschiedene Leistungen und Farben aufweisen können.

Bislang wurden 3D-gedruckte Optiken hauptsächlich für Anwendungen mit niedriger Leistung wie Endoskopie verwendet.

“Bisher wurden 3D-gedruckte Optiken vor allem für Anwendungen mit geringer Leistung, wie z.B. in der Endoskopie, eingesetzt”, so Angstenberger. “Die Möglichkeit, sie für Hochleistungsanwendungen zu nutzen, könnte zum Beispiel für die Lithografie und Lasermarkierung nützlich sein. Wir haben gezeigt, dass diese auf Fasern gedruckten 3D-Mikrooptiken verwendet werden können, um große Mengen an Licht auf einen einzigen Punkt zu fokussieren, was für medizinische Anwendungen wie die präzise Zerstörung von Krebsgewebe nützlich sein könnte.”

“Interessanterweise waren die gedruckten Optiken stabiler als das kommerzielle Faser-Bragg-Gitter, das wir verwendet haben und das unsere maximale Leistung begrenzt hat”, so Angstenberger.

Die Stabilität und Effizienz der 3D-gedruckten Mikrooptiken in Hochleistungslasern stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Laserforschung und -anwendung dar. Die Universität Stuttgart arbeitet nun daran, die Effizienz der gedruckten Optiken zu optimieren, um die Ausgangsleistung weiter zu verbessern. Diese Entwicklung eröffnet neue Möglichkeiten in verschiedenen Anwendungsbereichen und unterstreicht das Potenzial des 3D-Drucks in der hochpräzisen Fertigung von optischen Komponenten.