Faserlaser

Das Fraunhofer ILT entwickelt Faserlaser und -verstärker mit angepassten Eigenschaften für den gepulsten und für den CW-Betrieb. Im Vordergrund steht die Kontrolle spezieller Eigenschaften – beispielsweise der Wellenlänge, der spektralen Bandbreite, der Polarisation oder der Strahlqualität. Zur Adressierung unterschiedlicher Anwendungen werden Faserlaser basierend auf Ytterbium-, Thulium, Holmium- sowie Neodym-dotierten Fasern entwickelt, die die Bereitstellung von Wellenlängen in den Bereichen von 900-1100 nm, sowie 1900-2100 nm ermöglichen. Weiterhin lassen sich durch den Einsatz unterschiedlicher Konzepte zur Pulserzeugung, von Gewinnschalten bis Modenkoppeln, Pulsdauerbereiche von einigen 10 Pikosekunden bis hin zu Millisekunden erzeugen. Mit kommerziellen und selbstentwickelten Tools können Oszillatoren und lineare Verstärker spektral, zeitlich und modal aufgelöst simuliert werden.

Aktuelle Forschungsschwerpunkte sind ultrahochstabile Faserverstärker, CW-Faserlaser hoher Ausgangsleistung, sowie gepulste Faserlaser, in QCW-, gütegeschalteter oder modengekoppelter Konfiguration. Weiterhin werden faserbasierte Komponenten wie zum Beispiel Multimode-Faser-Bragg-Gitter entwickelt. Die verwendete Aufbau- und Verbindungstechnik ermöglicht Lasersysteme mit geringer Dämpfung und hoher Leistungsstabilität. Durch den hohen Integrationsgrad entstehen robuste und justagefreie Strahlquellen. Realisiert wurden zum Beispiel Systeme auf Basis aktiver Fasern mit großen Kernen im Bereich von 50 µm bis 100 µm für den gepulsten Betrieb mit Pulsdauern von einigen 10 Nanosekunden sowie schmalbandige Verstärker für den CW-Betrieb mit Linienbreiten von weniger als 10 kHz.

Das Fraunhofer ILT bietet seinen Kunden Machbarkeitsstudien zu individuellen Aufgabenstellungen, die Entwicklung von Faserlasern mit angepassten Strahlungseigenschaften, die Integration, Weiterentwicklung oder Simulation von Faserlasersystemen sowie Beratung bei der Konzeption.

CW-Hochleistungs-Laser mit Grundmode-Strahlqualität

• Freistrahlresonatoren
• Faser-Bragg-Gitter
• All-Fiber-Laser
• Polarisierte Laser
• Faserlaserresonatoren und -verstärker
• Optische und thermische Simulation

Gepulste Faserlaser und -verstärker

• Faserverstärker für gepulste Laserdioden
• Ein- und mehrstufige Verstärker
• Gewinngeschaltete Faserlaser
• Pulsdauern von ps bis μs
• Repetitionsraten von kHz bis MHz

Effiziente, hochbrillante Pumptechnologie

• Konzentriertes und verteiltes Pumpen
• Multimode-Pumpkoppler
• Einzelemitter, Multi-Einzelemitter und Multiemitter

Aufbau- und Verbindungstechnik, Faserlaserkomponenten

• Brechen, Spleißen, Recoaten
• Fasertaper
• Modenabstreifer
• Isolatoren
• Thermische Simulation von Komponenten
• 3D-Laserstrukturierung von Preformen und Komponenten

Baer, P., Cebeci, P., Reiter, M., Bontke, F., Giesberts, M., Hoffmann, D.:
Ultra-low-noise, single-frequency, all-PM Thulium- and Holmium-doped Fiber Amplifiers at 1950 nm and 2090 nm for third-generation Gravitational Wave Detectors.
IEEE Photonics Journal 16(1), 1500809, (2024)
https://doi.org/10.1109/JPHOT.2024.3354454 (Open Access)

Baer, P., Elshani, A., Reiter, M., Cebeci, P., Giesberts, M., Ebert, J., Hoefer, M., Hoffmann, D.:
Thulium- and Holmium-doped high stability fiber amplifiers at 2 µm for next generation gravitational wave detectors.
SPIE LASE, 2023, San Francisco, California, United States. Proceedings Volume 12400, Fiber Lasers XX: Technology and Systems; 124000J (2023)
https://doi.org/10.1117/12.2649611

Cebeci, P., Giesberts, M., Baer, P., Eßer, J., Gützlaff, J., Hoffmann, H.-D., Dahl, K.:
Highly stable fiber amplifier development and environmental component-testing for the space-based gravitational wave detector LISA.
SPIE LASE, 28.1-2.2. 2023 , San Francisco CA, United States, California, United States. Proceedings Volume 12400, Fiber Lasers XX: Technology and Systems; 124001H (2023)
https://doi.org/10.1117/12.2649881

Sider, A., Di Fronzo, C., Amez-Droz, L., Amorosi, A., Badaracco, F., Baer, P., Bertolini, A., Bruno, G., Cebeci, P., Collette, C., Ebert, J., Erben, B., Esteves, R., Ferreira, E., Gatti, A., Giesberts, M., Hebbeker, T., van Heijningen, J., Hennig, J., Hennig, M., Hild, S., Hoefer, M., Hoffmann, H., Jacques, L., Jamshidi, R., Joppe, R., Kuhlbusch, T., Lakkis, M., Lenaerts, C., Locquet, J., Loicq, J., Le Van, B., Loosen, P., Nesladek, M., Reiter, M., Stahl, A., Steinlechner, J., Steinlechner, S., Tavernier, F., Teloi, M., Vilaboa Pérez, J., Zeoli, M.:
E-TEST: a compact low-frequency isolator for a large cryogenic mirror.
Classical and Quantum Gravity 40(16), 165002- (2023)
http://dx.doi.org/10.1088/1361-6382/ace230 (Open Access)

Baer, P., Cebeci, P., Giesberts, M., Hoffmann, H-D., Loosen, P., ETpathfinder Konsortium,:
ETpathfinder: a cryogenic testbed for interferometric gravitational-wave detectors.
Classical and Quantum Gravity 39(21), (2022)
https://doi.org/10.1088/1361-6382/ac8fdb (Open Access)

Baer, P., Cebeci, P., Giesberts, M., Hoffmann, D.:
High stability fiber amplifiers for terrestrial and space sensing applications at 1 and 2 µm.
Optica Advanced Photonics Congress 2022, 25-28 Juni 2022, Busan, South Korea. Application of Lasers to Sensing and Free Space Communication (LS&C).
Technical Digest Series (Optica Publishing Group, 2022), LsM6C.6, (2022)
https://doi.org/10.1364/LSC.2022.LsM6C.6

Baer, P., Klein, S., Raguse, M., Giesberts, M., Reiter, M., Hoffmann, D.:
Monolithic highly Multi-Mode XLMA-Fiber Resonator for High Power Operation.
OPTICS EXPRESS 30(19), 33842-33849 (2022)
https://doi.org/10.1364/OE.464861 (Open Access)

Raguse, M., Klein, S., Baer, P., Giesberts, M., Traub, M., Hoffmann, H-D.:
Investigations on high-reflective Fiber-Bragg-Gratings in multimode fibers.
OSA Continuum 1(5), 965-973, (2022)
https://doi.org/10.1364/OPTCON.450150 (Open Access)

Baer, P., Klein, S.; Raguse, M., Reiter, M., Giesberts, M., Fitzau, O., Hoffmann, H.-D:
Highly reflective Fiber Bragg Gratings in active Fibers for fiber-integrated Multi-Mode Resonators.
SPIE LASE, 2022, San Francisco, California, United States, 22 January -28. February 2022.
Proceedings Volume 11981, Fiber Lasers XIX: Technology and Systems, 1198114 - (5 S.) (2022)
https://doi.org/10.1117/12.2606583

Betz, P., Eßer, J., Gräfe, C., Plum, J. B.:
Temperature systems based on Peltier-elements for the use in a Thermal Vacuum Chamber and a Bakeout Facility for space laser components.
50th International Conference on Environmental Systems ICES, 12.-15. July 2021, virtuel only. Proceedings
https://hdl.handle.net/2346/87079

Baer, P., Giesberts, M., Fitzau, O.:
Investigations on single-mode fibers with rectangular core geometry
OSA Continuum, Vol. 3, Issue 8, pp. 2243-2252 (2020)
https://doi.org/10.1364/OSAC.396103

Cebeci, P., Vera Mosquera, J., Höfer, M., Fitzau, O., Giesberts, M., Erben, B., Hoffmann, H.,
Highly stable, high power hybrid fiber and Innoslab amplifier for narrow linewidth signals.
SPIE LASE, 1-6 February 2020, San Francisco, California, United States.
Proceedings Volume 11259, Solid State Lasers XXIX: Technology and Devices; 112590L (2020)
http://dx.doi.org/10.1117/12.2545934

Fitzau, O.:
Fasergekoppelte optische Isolatoren für Hochleistungs-Faserlaser
Ergebnisse aus der Lasertechnik, Apprimus Verlag (2020)

Klein, S., Giesberts, M., Baer, P., Raguse, M., Fitzau, O., Traub, M., Hoffmann, H.-D., Krause, V., Rehmann, G.:
Fiber Bragg gratings in active multimode XLMA fibers for high-power kW-class fiber lasers.
SPIE LASE, 01-06 Feb. 2020, San Francisco, California, United States. Proceedings Volume 11260, Fiber Lasers XVII: Technology and Systems, 1126025 (2020)
https://doi.org/10.1117/12.2545738

Baer, P., Cebeci, P., Giesberts, M., Fitzau, O.:
Design and fabrication of a fused 7 x 1 35/50 µm into 125/250 µm fiber combiner
OSA Continuum, Vol. 2, Issue 4, pp. 1106-1112 (2019)
https://doi.org/10.1364/OSAC.2.001106

Dahl, K., Cebeci, P., Fitzau, O. Giesberts, M., Greve, C., Kruztik, M., Peters, A., Amairi Pyka, S., Sanjuan, J., Schiemangk, M., Schuldt, T., Voss, K., Wicht, A.:
A new laser technology for LISA
Proc. SPIE 11180, International Conference on Space Optics — ICSO 2018, 111800C (12 July 2019)
https://doi.org/10.1117/12.2535931

Fitzau, O., Betz, P., Cebeci, P., Giesberts, M., Hoffmann, D., Schiemangk, M., Wicht, A., Sanjuan, J., Dahl, K., Amairi Pyka, S., Kovalchuk, E., Peters, A.:
Highly stable fiber lasers for satellite-based gravitational measurements
Proc. SPIE 10897, Fiber Lasers XVI: Technology and Systems, 108972H (7 March 2019)
https://doi.org/10.1117/12.2509950

Greve, C., Dahl, K., Barwood, G., Cebeci, P., Deutsch, C., Fitzau, O., Giesberts, M., Ghulinyan, M.,  Gill, P., Kassner, B., Koller, S., Krutzik, M., Kundermann, S., Le Goff, R., Oswald, M., Peters, A., Pyka Amairi, S., Sanjuan, J., Schiemangk, M., Schilt, S., Schuldt, T., Sell, A., Stenzel, C., Voss, K., Wicht, A., Zhukov, A.:
Space based lasers for gravitational wave detection
Laser Applications Conference 2019 (ASSL, LAC, LS&C), 2019
https://doi.org/10.1364/LAC.2019.CM3C.4

Klein, S., Fitzau, O., Giesberts, M., Traub, M., Hoffmann, D., Krause, V., Rehmann, G.:
Investigation of fiber Bragg gratings for high-power multi-mode XLMA-based fiber lasers
Proc. SPIE 10897, Fiber Lasers XVI: Technology and Systems, 1089713 (7 March 2019)
https://doi.org/10.1117/12.2508385

Langner, A., Moser, F., Plass, J., Schönfeld, D., Schötz, G., Brabant, T., Kuka, G., Giesberts, M., Baer, P., Klein, S., Fitzau, O., Hoffmann, D., Rehmann, G., Krause, V.:
Improvement of the manufacturing process chain of sintered active XLMA fibers and their preforms for use in high power, high efficiency fiber resonators
Proc. SPIE 10897, Fiber Lasers XVI: Technology and Systems, 108970F (7 March 2019)
https://doi.org/10.1117/12.2508597

Giesberts, M., Fitzau, O., Hoffmann, D., Lange, R., Bachert, C., Krause, V.:
Directly q-switched high power resonator based on XLMA-fibers
Proc. SPIE 105122, Fiber Lasers XV: Technology and Systems, 1051218 (26 February 2018)
https://doi.org/10.1117/12.2287783

Lange, R., Bachert, C., Rehmann, G., Weber, H., Luxen, R.,Enns, H.,Schenk, M., Hosdorf, S., Marfels, S., Bay, M., Kösters, A., Krause, V., Giesberts, M., Fitzau, O., Hoffmann, H.-D.:
Fully integrated Q-switch for commercial high-power resonator with solitary XLMA-fiber.
SPIE LASE, 27 January-1 February 20182018, San Francisco, California, United States.
Proceedings Volume 10512, Fiber Lasers XV: Technology and Systems, 1051217, (7 S.) (2018)
https://doi.org/10.1117/12.2288309

Dahl, K., Nicklaus, K., Herding, M., Wang, X., Beller, N., Fitzau, O. Giesberts, M., Herper, M., Williams, R.A., Barwood, G.P., Lovelock, P., Gill, P., Koegel, H., Sell, A.:
High stability laser for interferometric earth gravity measurements
Proc. SPIE 10562, International Conference on Space Optics — ICSO 2016, 105620J (25 September 2017)
https://doi.org/10.1117/12.2296095

Neumann, A., Giesberts, M., Witte, U., Fitzau, O., Hoffmann, H.-D.:
Analytical model for diode-to-fiber coupling and beam propagation in weakly guiding fibers.
2017 IEEE High Power Diode Lasers and Systems Conference (HPD), 11 Oct - 12 Oct 2017, Coventry, UK.
Proc. IEEE High Power Diode Lasers & Systems, 35-36 (2017)
http://dx.doi.org/10.1109/HPD.2017.8261091

Löhring, J., Winzen, M., Faidel, H., Miesner, J., Plum, D., Klein, J. Fitzau, O., Giesberts, M., Brandenburg, W., Seidel, A., Schwanen, N., Riesters, D., Hengesbach, S., Hoffmann, D.:
Key optical components for spaceborne lasers
Proc. SPIE 9730, Components and Packaging for Laser Systems II, 97300O (22 April 2016)
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Fitzau, O.:
Polarized fiber lasers and amplifiers
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Herper, M., Fitzau, O., Giesberts, M., Nicklaus, K., Barwood, G. P., Williams, R. A., Gill, P., Koegel, H., Hoffmann, D.:
High stability single-frequency Yb fiber amplifier for next generation gravity missions
Proc. SPIE 9344, Fiber Lasers XII: Technology, Systems, and Applications, 93440B (4 March 2015)
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Mingareev, I., Gehlich, N., Bonhoff, T., Abdulfattah, A., Sincore, A. M., Kadwani, P., Shah, L., Richardson, M.:
Principles and applications of trans-wafer processing using a 2-µm thulium fiber laser
Int. J. Adv. Manuf. Technol. (Online first) (12 S.) (2015)

Becker, M., Werner, M., Fitzau, O., Esser, D., Kobelke, J.: Lorenz, A., Schwuchow, A., Rothhardt, M., Schuster, K., Hoffmann, D., Bartelt, H.:
Laser-drilled free-form silica fiber preforms for microstructured optical fibers
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Becker, M., Werner, M., Fitzau, O., Esser, D., Kobelke, J., Schuster, K., Lorenz, A., Schwuchow, A., Rothhardt, M., Hoffmann, D., Bartelt, H.:
Laser processed preforms for microstructured optical fibers
Proc. SPIE 8785, 8785C9 (8 S.) (2013)

Larsen, C., Giesberts, M., Nyga, S., Fitzau, O., Jungbluth, B., Hoffmann, D., Bang, O.:
Gain-switched all-fiber laser with narrow bandwidth
Optics Express, Vol. 21, Issue 10, pp. 12302-12308 (2013)
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Katzy, V., Giesberts, M., Fitzau, O., Hoffmann, D.:
Single mode all-fiber pulse-pumped Raman amplifier for picosecond pulses
Advanced Solid-State Photonics (ASSP), San Diego, California, Jan. 29^th - Feb. 1^st, 3 S., 2012

Fitzau, O., Geiger, J., Hoffmann, H.D.:
Experimental and theoretical studies on kW class polarized fiber lasers for cw operation
Proc. SPIE
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Novel design of a gain-switched diode-pumped fiber laser
Proc. SPIE 7195, 71952P (9 S.), 2009

Geiger, J., Fitzau, O., Zintzen, B., Hoffmann, D.:
Single-mode, highly polarized Y1456b-doped fiber laser with 850 W output power
ASSP 2008, Nara, Japan, Jan 27-30,(3 S.), 2008

Zintzen, B., Emmerich, A., Geiger, J., Hoffmann, D., Loosen, P.:
Effective cooling for high-power fiber lasers
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Zintzen, B., Langer, T., Geiger, J., Hoffmann, D., Loosen, P.:
Heat transport in solid and air-clad fibers for high-power fiber lasers
Opt. Expr.
15, 16787-16793, 2007

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