Das ITN (Innovative Training Networks) ist Teil des europäischen Forschungsprogramms HORIZON 2020 und zielt darauf ab, Netzwerke von Nachwuchsforschern (ESRs) aufzubauen. Im Rahmen dieses Projekts arbeiten 15 ESRs in verschiedenen Einrichtungen an der Entwicklung, Herstellung und Implementierung von Gitterwellenleiterstrukturen (GWS) in Hochleistungslasersystemen.
Ein GWS ist eine Kombination aus einem planaren Wellenleiter und einem Subwellenlängen-Gitter und weist einzigartige Eigenschaften auf. Unter bestimmten Beleuchtungsbedingungen wie Einfallswinkel, Polarisation und Wellenlänge können Resonanzeffekte beobachtet werden [1]. Diese können gezielt beeinflusst werden und machen GWS zu einer leistungsstarken Lösung für die Formung, Kombination und Polarisationskontrolle von Hochleistungslaserstrahlen [2].
Am ITO untersuchen wir die Herstellung von kreisförmigen und segmentierten GWS mit einer Reflektivität von bis zu 99,9 % auf der Grundlage von Entwürfen des Projektpartners IFSW ("Institut für Strahlwerkzeuge"). Zirkuläre GWS (binäre Gitter mit kreisförmigen Linien) werden entweder Endspiegel oder Ausgangskoppler in Dünnscheiben-Laserresonatoren ersetzen und die Extraktion zylindrischer Vektorstrahlen (radial oder azimutal polarisiert) direkt aus einem Laserresonator gewährleisten. Dies wird durch die Unterdrückung unerwünschter Polarisationszustände erreicht, und aufgrund der Zirkularität der Gitterlinien werden zylindrische Vektorstrahlen innerhalb eines Resonators erzeugt. Segmentierte GWS werden als Polarisationswandler eingesetzt, die einfallende linear polarisierte Strahlen in zylindrische Vektorstrahlen mit einem Wirkungsgrad von mehr als 90% umwandeln.
Diese Strukturen werden mittels Laserinterferenzlithographie und anschließendem Plasmaätzen hergestellt. Für die Herstellung der Intra-Cavity-Elemente wird die selbst entwickelte Scanning Beam Interference Lithography (SBIL)-Anlage verwendet, bei der ein gedrehtes Substrat mit einem kleinen (einige zehn µm) Interferenzmuster abgetastet wird. Als Ergebnis wird ein kreisförmiges Gitter erzeugt. Für Extra-Cavity-Konverter wird ein SMILE-Aufbau (Stepped Mask Interference Lithography Exposure) verwendet. Dieser Aufbau basiert auf einem klassischen Lloyds-Spiegelaufbau, bei dem das Substrat um einen rotatorischen Freiheitsgrad erweitert wurde. Eine spezielle Rotationsmaske deckt einen Teil des Substrats ab, so dass nur ein Segment des Substrats belichtet wird. Dies ermöglicht die Herstellung von segmentierten Gitterelementen mit beliebiger Ausrichtung der Gitterlinien.
ITN-GREAT Project Teaser
References
- T. Rosenblatt, et al., “Resonant Grating Waveguide Structures”, IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. 33, no. 11, pp. 2038-2059 (1997).
- T. Dietrich, et al., “Highly-efficient continuous-wave intra-cavity frequency-doubled Yb:LuAG thin-disk laser with 1 kW of output power”, Opt. Exp. 25, 4917-4925 (2017).