Ein kompaktes, energieeffizientes Lasersystem für Präzisionsmessungen und den medizinischen Markt – daran arbeitete das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) zusammen mit drei Partnern im Eurostars-Projekt CELL-UV. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des LZH verbesserten die funktionalen Schichten der eingesetzten Optiken, um die Ausgangsleistung und die Effizienz von bestehenden Laserquellen im UV-Bereich (355 nm) zu erhöhen.

Langlebige, leistungsfeste Optiken mit geringer Absorption sind die Grundvoraussetzung für energieeffiziente Lasersysteme. Für die Vergütung der Laserkomponenten hat die Gruppe Beschichtungen des LZH daher das Ionenstrahlsputtern (Ion Beam Sputtering, IBS) eingesetzt. Diese Beschichtungstechnik ermöglicht eine hohe Dichte der optischen Schichten, macht sie so besonders stabil und lässt sie hohe Laserleistungen aushalten. Um Absorption und Streuung der Optiken zu reduzieren, wurden zwei Ansätze untersucht: die Kombination von Beschichtungsmaterialien sowie der Einsatz einer zusätzlichen Ionenquelle.

Neue Materialkombination: HfO₂ und Al₂O₃
Um die Absorption und die Streuung des im UV-Bereich eingesetzten Hafniumoxids zu senken, sollten Materialien beigemischt werden, bei denen die Verluste in diesen Bereichen geringer ausfallen. Die Wissenschaftler verwendeten daher eine Mischung aus Hafniumoxid (HfO₂) und Aluminiumoxid (Al₂O₃) für die optischen Beschichtungen. Mit diesem Ansatz konnten die Partner die angestrebte Ausgangsleistung des Lasersystems von 60 mW im Laboraufbau erreichen.

Schichtoptimierung durch Ionenbeschuss
Der Einsatz einer zusätzlichen Ionenquelle während des IBS-Prozesses erhöhte die Energie der aufwachsenden Teilchen und verringerte die Streuung der Schichten. Die Stützquelle ermöglichte es außerdem, bereits aufgetragene Schichten wieder kontrolliert zu entfernen, ohne die Beschichtung zu beschädigen. Wird dieses Vorgehen in bestimmten Phasen des Beschichtungsprozesses gezielt angewendet, verringert es die Absorption der Schichten. Den Schichtdickenverlauf bestimmten die Wissenschaftler im laufenden Prozess durch den am LZH entwickelten optischen Breitbandmonitor BBM.

Über CELL-UV
Am Eurostars-Projekt CELL-UV (Compact and Efficient Laser for Life science and other applications, emitting > 60 mW continuous-wave radiation at 355 nm) waren neben dem LZH die Cutting Edge Coatings GmbH (Hannover), die die Beschichtungstechnik lieferte, und HC Photonics Corp. (Taiwan), welche die benötigten Frequenzkonversionskristalle beisteuerte, beteiligt. Koordiniert wurde das Projekt von der Cobolt AB (Schweden), die nun das System zur Serienreife bringen wird.