Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

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

14.10.2008
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.

Weitere Informationen erhalten Sie von:

John Caldwell
Corporate Communications
Element Six
Tel: +353-(0)61460015
E-Mail: info@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

John Caldwell | presseportal
Weitere Informationen:
http://www.photonics.ac.uk
http://www.e6.com

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Quantenmechanik ist komplex genug – vorerst …
21.04.2017 | Universität Wien

nachricht Tief im Inneren von M87
20.04.2017 | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Im Focus: Wonder material? Novel nanotube structure strengthens thin films for flexible electronics

Reflecting the structure of composites found in nature and the ancient world, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have synthesized thin carbon nanotube (CNT) textiles that exhibit both high electrical conductivity and a level of toughness that is about fifty times higher than copper films, currently used in electronics.

"The structural robustness of thin metal films has significant importance for the reliable operation of smart skin and flexible electronics including...

Im Focus: Immunzellen helfen bei elektrischer Reizleitung im Herzen

Erstmals elektrische Kopplung von Muskelzellen und Makrophagen im Herzen nachgewiesen / Erkenntnisse könnten neue Therapieansätze bei Herzinfarkt und Herzrhythmus-Störungen ermöglichen / Publikation am 20. April 2017 in Cell

Makrophagen, auch Fresszellen genannt, sind Teil des Immunsystems und spielen eine wesentliche Rolle in der Abwehr von Krankheitserregern und bei der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Forschungsexpedition „Meere und Ozeane“ mit dem Ausstellungsschiff MS Wissenschaft

24.04.2017 | Veranstaltungen

3. Bionik-Kongress Baden-Württemberg

24.04.2017 | Veranstaltungen

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Phoenix Contact übernimmt Spezialisten für Netzleittechnik

24.04.2017 | Unternehmensmeldung

Phoenix Contact beteiligt sich an Berliner Start-up Unternehmen für Energiemanagement

24.04.2017 | Unternehmensmeldung

Phoenix Contact übernimmt Spezialisten für industrielle Kommunikationstechnik

24.04.2017 | Unternehmensmeldung