Neuartiges Festkörperlaserdesign auf Basis von synthetischen Diamanten von Element Six eröffnet neue Anwendungsmöglichkeiten

Ascot, England (ots/PRNewswire) - Forscher des Institute
of Photonics an der University of Strathclyde haben die Arbeit an
einem dreieinhalbjährigen Projekt zur Entwicklung eines neuartigen
Festkörperlaserdesigns aufgenommen, das von Element Six Ltd.
hergestellte CVD-(Chemical Vapor Deposition = Chemische
Gasphasenabscheidung) Diamanten enthält. Element Six ist im Bereich
der CVD-Diamantsynthese und entsprechenden Anwendungsbereichen
weltweit führend.

Die Entwicklung eines Diamanten-Raman-Lasers könnte eine Vielzahl
neuer Anwendungsbereiche eröffnen, beispielsweise in den Bereichen
Unterwasserbildgebung, medizinische Bildgebung, Augenheilkunde,
Krebsbehandlung und multispektrale Bildgebung. Das Projekt wird von
Dr. Alan Kemp am Institute of Photonics der University of Strathclyde
geleitet und über Subventionen in Höhe von mehr als 600.000
Britischen Pfund vom britischen, öffentlich finanzierten Engineering
and Physical Sciences Research Council (EPSRC) unterstützt.

Der Einsatz von Diamanten als Festkörperlasermaterial eröffnet
neue Möglichkeiten zur Entwicklung kleiner, kompakter Festkörperlaser
mit grösserer Leistungsumschlagskapazität, die mit bislang nicht
verfügbaren Wellenlängen betrieben werden können und so neue
Anwendungsbereich eröffnen. Diamanten verfügen über eine einzigartige
Kombination aus optischen und thermischen Eigenschaften durch die sie
sich ausgezeichnet für diesen Anwendungsbereich eignen. Durch
Verwendung des neuesten von Element Six hergestellten
CVD-Einzelkristallmaterials lassen sich diese Eigenschaften
instrumentalisieren. Raman-Laser wurden bereits mit Materialien wie
beispielsweise Silizium entwickelt und werden heute im
Telekommunikationssektor eingesetzt. Durch den Einsatz von Diamanten
könnten diese Geräte auf ein höheres Leistungsniveau mit ganz neuen
Wellenlängen erweitert werden.

Wie Raman-Laser funktionieren

Raman-Laser bauen auf einem 1922 entdeckten Phänomen auf, das als
Raman-Streuung bezeichnet wird. Wenn Photonen auf einen Stoff
treffen, interagieren einige wenige von ihnen, indem sie in den
Atomen des Stoffs eine Vibration auslösen. Bei solchen
"unelastischen" Kollisionen gewinnen oder verlieren die Photonen
spezifische Energiemengen, was zu Licht mit einer unterschiedlichen
Wellenlänge führt. Ein Raman-Laser verstärkt das Sekundärlicht, indem
es dieses oszilliert und Energie in das System pumpt, um einen
kohärenten Laserstrahl abzugeben.

Dieser Typ von Laser ist vor allem deshalb von Bedeutung, weil
die Wellenlänge verändert werden kann. Wie Dr. Kemp sagt, bietet die
Fähigkeit, die Wellenlängen zu verlagern, "Zugang zum
anwendungsreichen aber derzeit quellenarmen gelb-orangen Bereich des
Spektrums." Die meisten kommerziellen Laser agieren heute im nahen
Infrarotbereich des Spektrums zwischen 0,8 und 1,1 Mikrometern mit
einer besonders hohen Konzentration im Bereich um 1 Mikrometer (1,03
- 1,07 Mikrometer) wo der Grossteil der Hochleistungslaserarbeit
erledigt wird. "Die womöglich wichtigste Herausforderung bei der
Entwicklung moderner Festkörperlaser", sagt Dr. Kemp, "ist die
Entdeckung von Möglichkeiten zur Generierung neuer Wellenlängen, ohne
auf den Komfort und die Leistungsfähigkeit jetziger Lasergeräte
verzichten zu müssen."

Potenzial synthetischer Diamanten

Darüber hinaus sind bisherige Generationen kontinuierlicher
Raman-Festkörperlaser aufgrund von thermischen Problemen auf eine
Leistung von wenigen Watt beschränkt. Diamanten weisen eine
ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit und einen niedrigen
Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, was eine grössere
Leistungsumschlagskapazität ermöglicht. "Das am wenigsten glamouröse
aber dringendste Problem bei der Konstruktion von Lasern, vor allem
wenn es um hohe Leistungen bei geringem Platzbedarf geht, ist der
Umgang mit Hitze", sagt Dr. Kemp. "Dies ist vor allem bei
Raman-Hochleistungslasern ein grosses Problem, weil Kristalle, die
gute Raman-Wandler sind, in der Regel relativ schlechte Wärmeleiter
sind. An dieser Stelle kommen Diamanten ins Spiel. Mit einer
Wärmeleitfähigkeit, die um zwei bis drei Grössenordnungen besser ist
als bei typischen Raman-Aktivkristallen, sollte dies ein
ausgezeichnetes Raman-Medium sein, das die Generierung deutlich
höherer Ausgangsleistungen ermöglicht." Darüber hinaus verlagern
Diamanten die Wellenlänge ein wenig stärker als die derzeit
eingesetzten Raman-Aktivkristalle, wodurch sich das
Anwendungspotenzial erweitern dürfte. "Das Team am Institute of
Physics hat erkannt, dass Diamanten im Vergleich zu herkömmlichen
Raman-Medien über einen hohen Raman-Verstärkungskoeffizienten und
eine starke Raman-Verschiebung verfügen", sagte Chris Wort, Technical
Manager bei Element Six.

Eine essentielle Eigenschaft des von Element Six hergestellten
Diamanten ist eine ultraniedrige Doppelbrechung. Doppelbrechung tritt
auf, wenn die Geschwindigkeit des Lichts in einem Medium abweicht,
wenn sich die Polarisierung des Lichts ändert. Dies muss in einem
Laserresonator genau kontrolliert werden, damit der Laser korrekt
funktioniert. Dr. Kemp sagte: "Die ultraniedrige Doppelbrechung der
von E6 hergestellten CVD-Einzelkristalldiamanten ist ein erheblicher
Fortschritt für alle Photonikanwendungen für Diamanten, vor allem in
Laseranwendungen. Sie ermöglicht eine Instrumentalisierung der
ausserordentlichen Eigenschaften von Diamanten, ohne andere Aspekte
der Leistung des Lasers zu beeinträchtigen."

Element Six wird das Forschungsteam während der gesamten
Projektdauer mit qualitativ hochwertigen CVD-Einzelkristalldiamanten
versorgen. Das Institute of Photonics hat eine gute Arbeitsbeziehung
mit Element Six. Die Organisationen haben zuvor an dem von der
Regierung unterstützten MIDDI-Projekt zusammengearbeitet, das
beispielsweise zur Möglichkeit geführt hat, Präzisionsätzungen für
Mikrooptikkomponenten aus Einzelkristalldiamanten durchzuführen.

Informationen zu Element Six

Element Six ist der weltweit führende Anbieter hochwertiger
Supermaterialien, die überall in der Fertigungsindustrie für eine
breite Palette von Anwendungen eingesetzt werden. Das Unternehmen ist
Vorreiter bei der Entwicklung synthetischer Diamanten und neuartiger
technischer Werkstoffe, die bei industriellen Anwendungen, z. B. in
der Optik, Mechanik, Wärmetechnik, Elektronik, im Automobilbau, in
der Telekommunikation und Medizin zum Einsatz kommen. Mit einem
Umsatz von über 500 Mio. USD und fast 4.000 Mitarbeitern verfügt
Element Six über Produktions- und Verarbeitungsanlagen in China,
Deutschland, Irland, Schweden, Südafrika, in der Ukraine und in
Grossbritannien, die von einem weltweiten Vertriebsnetz ergänzt
werden.

Informationen zum Institute of Photonics

Das 1995 gegründete Institute of Photonics ist eine kommerziell
ausgerichtete Forschungsorganisation an der Universität Strathclyde.
Das Hauptziel des Instituts besteht darin, die Lücke zwischen
akademischer Forschung und industriellen Anwendungen und
Entwicklungen im Bereich der Photonik zu schliessen. Zu den
Forschungsgebieten des Instituts zählen Halbleitermaterialien und
-geräte, praktische Festkörperlaser, Mikro-LED-Arrays sowie eine
breite Palette von Anwendungen, vor allem im Bereich der Biophotonik.
Das Institute of Photonics befindet sich am Strathclyde-Campus im
Stadtzentrum Glasgows. Das IoP übernimmt Vertrags- und
Kollaborationsforschungsaufträge aus der Industrie und bietet
Beratungsdienste an. Viele Dr.- und Dr.ing.-Studenten studieren an
der Einrichtung, welche zudem Technologien für Unternehmen
lizenziert.

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John Caldwell
Corporate Communications
Element Six
Tel: +353-(0)61460015
E-Mail: info@e6.com
http://www.e6.com
Institute of Photonics
University of Strathclyde
Wolfson Centre
106 Rottenrow
Glasgow G4 0NW
Tel: +44-141-548-4120
Fax: +44-141-552-1575
E-Mail: info@photonics.ac.uk
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Originaltext: Element Six Ltd
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Communications, Element Six, Tel: +353-(0)61460015, E-Mail:
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Wolfson Centre, 106 Rottenrow, Glasgow G4 0NW, Tel: +44-141-548-4120,
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