Forschung

RULS: Raman-UV-Lasersystem für Anwendungen in der Spektroskopie und Materialbearbeitung

Titel: Raman-UV-Lasersystem für Anwendungen in der Spektroskopie und Materialbearbeitung

Kurzform: RULS

Kurzbeschreibung:

Ziel des Projektes ist die Entwicklung robuster und kompakter Festkörper-Kurzpuls-Laserstrahlquellen mit hoher Strahlgüte für den UV-B-Bereich, bzw. UV-C-Bereich. Hierbei kann die Projektaufgabe wie folgt konkretisiert werden: „Theoretische und experimentelle Untersuchungen zur Optimierung der Raman-Konversion und Frequenzverdopplung.“

Dabei sollen zwei Entwicklungsrichtungen verfolgt werden. Die erste Richtung umfasst Laser mit niedriger Pulsleistung und sehr hoher Strahlgüte, welche sich für den Einsatz in der Spektroskopie und der Materialcharakterisierung eignen. Die zweite Arbeitsrichtung zielt auf die Erzeugung hoher Pulsenergie bei möglichst hoher Strahlgüte ab. Grundlage beider Entwicklungsrichtungen bildet die Raman-Konversion der zweiten Harmonischen eines kompakten ns-Pumplasers hoher Strahlgüte (Nd:YAG-, Nd:YVO3-Laser) gefolgt von einer Frequenzverdopplung des erzeugten Raman-Signals in den Spektralbereich nahe 280 nm unter Beibehaltung einer hohen Strahlgüte. Der im Projekt vorgeschlagene Lösungsansatz sieht die Erzeugung der ersten und zweiten Stokes-Welle mit Hilfe eines geeigneten Kristalls vor (Bariumnitrat, Gadolinium-Wolframat). Hierfür soll die Effizienz der Konversion durch diese Kristalle bei verschiedenen ns-Pulsenergien für unterschiedliche Strahlgeometrie und Pumpleistungen untersucht und mit dem Ziel des Erreichens einer möglichst hohen Strahlgüte optimiert werden. Die angestrebte hohe Strahlgüte soll eine effiziente Frequenzverdopplung des Raman-Signals in den interessierenden UV-Bereich sicherstellen, auch für hohe Pulsenergien.

Da für eine solche Quelle intensiver kohärenter UV-Kurzpuls-Strahlung sehr interessante und vielversprechende Anwendungen existieren, sollen zusätzlich zur Systementwicklung auch Experimente zur Demonstration von Anwendungsszenarien während der Erprobungsphase dieser neuartigen Laserstrahlquelle durchgeführt werden. Dabei bilden Anwendungen zum Nachweis atmosphärischen Ozons einen Schwerpunkt der Entwicklung. Die Festkörper-Laserstrahlquelle soll sich insbesondere auch für den Einsatz in unbemannten und bemannten, luftgestützten Systemen zur Atmosphärenforschung, wie Drohnen, Ballons oder Kleinflugzeugen eignen. Bisher eingesetzte Systeme zum atmosphärischen Ozon-Nachweis nutzen meist Excimer-Laser, welche wegen ihrer Größe und des hohen Gewichts, auf Lastwagen montiert worden sind. Als Alternative zu diesen veralteten Systemen soll die zu entwickelnde Laserstrahlquelle klein, leicht, kompakt und robuster als die bisher genutzten Laser-Systeme und deshalb für den Einbau in luftgestützte Systeme geeignet sein.

Darüber hinaus existieren weitere potenzielle Anwendungen in der Lasermaterialbearbeitung, der Oberflächentechnologie, der UV-Raman-Spektroskopie in Biologie und Medizin, der Hochleistungs-UV-Lithographie und der hochdichten optischen Datenspeicherung. Bei der Entwicklung des Designs der UV-Quelle sollen die genannten Anwendungen bereits Berücksichtigung finden.

Mitarbeiter:
Christoph Zesch M. Eng.; Daniel Jahns M. Eng.

Laufzeit:
01.01.2020 – 31.12.2021

Projektvolumen für die TH Wildau:
337.691,31 €

davon Zuschuss der EU: 270.153,04 €

Mittelgeber/Förderprogramm:
StaF (85037466) – EFRE (Europäischer Fonds für Regionale Entwicklung)

Projektträger:
ILB - Investitionsbank des Landes Brandenburg)

Fördermittelgeber:
Europäische Fonds für regionale Entwicklung (EFRE)

Ansprechpartner:
Christoph Zesch M. Eng.