産業用アプリケーション向けにコスト効果の優れたダイオードレーザを開発

May, 10, 2016, Aachen--BRIDLE(Brilliant Industrial Diode Lasers)プロジェクトが42カ月の研究活動を正常に完了した。
　BRIDLEは、欧州委員会(EU)第7次フレームワークプログラムの助成を受けている。プロジェクトの調整役はDILAS Diodenlaser GmbH。
　高性能ダイオードレーザの設計と技術開発は、BRIDLE内のパートナー3機関が担当した。まず、Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH)が新しいエピタキシャル設計とプロセス技術を開発した。この開発により、わずか30µmの狭いストライプ幅を持つブロードエリアミニバーを利用して、最先端のストライプ幅100µmのチップと比べて輝度が少なくとも2倍向上する動作が可能になった。さらに、表面グレーティングをモノリシック集積した高輝度狭ストライプDFBダイオードレーザが開発され、初めてロービームパラメータ(<2㎜-mrad)で、狭スペクトル(<1㎜)、高出力(5W)、高効率(50％)を同時に提供できるように最適化された。コヒレント結合実験では、記録的な変換効率(54%)のモノリシックグレーティング安定化テーパーダイオードレーザが開発された。次に、モジュライト(Modulight Inc)が、コヒレント結合実験用にリッジ導波路ダイオードレーザを開発した。これは、エミッタ当たりの出力が1W。最後に、設計最適化はノッティンガム大学(Univeristy of Nottingham)の詳細なシミュレーションでサポートした。 　BRIDLEプロジェクトで開発された高輝度ダイオードレーザミニバーをベースにして、DILASは105µmファイバ結合向けの周知のTバーコンセプトを簡素化することができた。さらにDILASは光出力を300W ex 100µmまで高めることができた。モジュールの波長は安定化され、出力と輝度をさらに増やすために稠密波長多重(WDM)に利用することができる。アセンブリプロセスは完全に自動化されている。 　フラウンホーファーILTは、WDM向けの様々な技術を分析、比較した。これらの技術には様々なアプローチが含まれる。ベースになっているのは、表面グレーティング、同時波長安定化、誘電体フィルタを利用する多重化、VBGs、誘電体フィルタによる波長チャープDFBダイオードレーザのDWDM。様々な国際的メーカーのフィルタが徹底的にテストされた。10W～100Wの中出力のコンパクトな、ファイバコア径35µm、NA 0.2、モジュールに実装しテストするために使えるコンセプトをフラウンホーファーILTが初めて開発した。実験では46Wを実現。さらなるパワー拡大のために、7 : 1ファイバコンバイナ(35/105µm)が開発された。 　フランス国立科学研究センタ/光研究所(CNRS-IO)が、リッジダイオードレーザ(モジュライト提供)とテーパーレーザ(FBH提供)の新しいパッシブコヒレント結合アーキテクチャを実証。セットアップは、位相ロック段とビーム結合段の分離をベースにしている。位相ロックは、レーザ後側の外部キャビティで起こり、ビーム結合はフロントサイドのキャビティ外側で起こる。この構成は、特殊設計の回折コンバイナを使って、5個の高輝度エミッタからのシングルビームで、出力7.5Wを実証している。さらに、5個のテーパー増幅器をアクティブコヒレント結合することで、結合効率76％で11W超の出力を達成した。 　ノッティンガム大学(UNott)は、外部オプティクスとダイオードレーザそのものの結合を調べることができるソフトウエアツールを開発した。ツールを使って、コヒレント結合、波長安定化、パラジティック後方反射の理解を深めることができる。NRottは、CBCダイオードレーザシステム向けにダイナミックレーザシミュレーションツールを開発した。このツールは、CNRS-IOが開発した外部キャビティモデルと連動して使用し、CBCレーザシステムの位相ロック機構の性質と動力学を調べることができる。さらに、UNottのレーザシミュレーションツールSpeclaseは、サブシステムレベルでの外部キャビティシミュレーションに外部の光学設計ソフトウエア(Zemax)と連結している。 　開発されたプロトタイプの産業応用は、Bystronic Laser AGとフラウンホーファーILTが調査している。例えば、DILASが製造したレーザは、フラウンホーファーILTで金属の選択的レーザ溶融に用いられる。