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

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

https://hdl.handle.net/2346/87079

Cebeci, P., Mosquera, J.V., Höfer, M., Fitzau, O., Giesberts, M., Erben, B., Hoffmann, D.:

Highly stable, high power hybrid fiber and Innoslab amplifier for narrow linewidth signals

Proc. SPIE 11259, Solid Stage Lasers XXIX: Technology and Devices, 112590L (4 March 2020)

https://doi.org/10.1117/12.2545934

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

Klein, S. Giesberts, M., Baer, P., Raguse, M., Fitzau, O. Traub, M., Hoffmann, D., Krause, V., Rehmann, G.:

Fiber Bragg gratings in active multimode XLMA fibers for high-power kW-class fiber lasers

Proc. SPIE 11260, Fiber Lasers XVII: Technology and systems, 1126025 (21st February 2020)

https://doi.org/10.1117/12.2545738

Fitzau, O.:

Fasergekoppelte optische Isolatoren für Hochleistungs-Faserlaser

Ergebnisse aus der Lasertechnik, Apprimus Verlag (2020)

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

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

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

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., Köster, A., Krause, V., Giesberts, M., Fitzau, O. Hoffmann, D.:

Fully integrated Q-switch for commercial high-power resonator with solitary XLMA-fiber

Proc. SPIE 10512, Fiber Lasers XV: Technology and Systems, 1051217 (26 February 2018)

https://doi.org/10.1117/12.2288309

Neumann, A., Giesberts, M. Witte, U., Fitzau, O., Hoffmann, D.:

Analytical model for diode-to-fiber coupling and beam propagation in weakly guiding fibers

IEEE High Power Diode Lasers and Systems Conference (HPD), 11-12 Oct. 2017

https://doi.org/10.1109/HPD.2017.8261091

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

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)

https://doi.org/10.1117/12.2212319

Fitzau, O.:

Polarized Fiber Lasers and Amplifiers

Springer Series in Optical Sciences. Vol 189, P. 251-263 (2015)

http://doi.org/10.1007/978-1-4939-1179-0_11

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)

https://doi.org/10.1117/12.2077400

Becker, M., Werner, M. Fitzau, O., Esser, D., Kobelke, J., LLorenz, A., Schwuchow, A., Rothhardt, M., Schuster, K., Hoffmann, D., Hartmut, B.:

Laser-drilled free-form silica fiber preforms for microstructured optical fibers

Optical fiber Technology Vol 19, Issue 5, P. 482-485, Oct. 2013

https://doi.org/10.1016/j.yofte.2013.06.001

Becker, M., Werner, M. Fitzau, O., Esser, D., Kobelke, J., LLorenz, A., Schwuchow, A., Rothhardt, M., Schuster, K., Hoffmann, D., Hartmut, B.:

Laser processed preforms for microstructured optical fibers

Proc. SPIE 8785, 8th Iberoacmerican Optics Meeting and 11th Latin American Meeting on Optics, Lasers and Applications, 18. Nov. 2013

https://doi.org/10.1117/12.2023223

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)

https://doi.org/10.1364/OE.21.012302

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. - Feb. 1. 2012

https://doi.org/10.1364/ASSP.2012.AT4A.6

Fitzau, O., Geiger, J., Hoffmann, D.:

Experimental and theoretical studies on kW class polarized fiber lasers for cw operation

Proc. SPIE 7195, Fiber Lasers VI: Technology, Systems, and Applications, 719509 (19 February 2009)

https://doi.org/10.1117/12.812112

Giesberts, M., Geiger, J., Traub, M., Hoffmann, D.:

Novel design of a gain-switched diode-pumped fiber laser

Proc. SPIE 7195, Fiber Lasers VI: Technology, Systems, and Applications, 71952P (19 February 2009)

https://doi.org/10.1117/12.807721

Geiger, J., Fitzau, O., Zintzen, B., Hoffmann, D.:

Single-mode, highly polarized Yb-doped fiber laser with 850 W output power

Advanced Solid-State Photonics 2008, Nara Japan, 27.-30. January 2008

https://doi.org/10.1364/ASSP.2008.WA7

Zintzen, B., Langer, T., Geiger, G., Hoffmann, D., Loosen, P.:

Heat transport in solid and air-clad fibers for high-power fiber lasers

Optics Express, Vol. 25, Issue 25, pp. 16787-16793 (2007)

https://doi.org/10.1364/OE.15.016787

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