Ultra-Kurz-Puls Laser (UKP-Laser) gewinnen in industriellen Anwendungen, im medizinischen Bereich sowie in der Lebenswissenschaft seit etwa einem Jahrzehnt immens an Bedeutung. Dies ist vor allem auf die Wechselwirkung der UKP-Strahlung mit der Materie zurückzuführen, die eine Bearbeitung mit einem sehr geringen Energieeintrag ermöglicht. Die thermischen Schädigungszonen durch die Laserstrahlung können so weit minimiert werden, dass sich beispielsweise präzise Strukturen bis in den Nanometermaßstab erzeugen lassen.
Das Laserprinzip zur Erzeugung solcher kurzen Laserpulse basiert auf der Modenkopplung, die mit einer Vielzahl von Technologien und Komponenten erreicht werden kann. Eine weitverbreitete Methode ist der Einsatz von sättigbaren Halbleiterspiegeln (sog. SESAMs: Semiconductor-Saturable-Absorber Mirrors). Diese ermöglichen insbesondere einen kompakten Aufbau und stabile Modenkopplung für Laser im nahen infraroten Spektralbereich.
Trotz der unbestrittenen Vorzüge weist das Konzept auch spezifische Nachteile auf. Ein Nachteil resultiert aus dem Einsatz von Halbleitermaterialen, die den Spektralbereich begrenzen. Zudem basiert das Schalten des SESAM auf der Absorption eines Teils des Laserlichtes, was bei hohen Leistungen zu einer unerwünschten Erwärmung der Komponente führt.
Mit dem neuartigen Kerr-Band-Schalter soll hier ein alternatives Modenkopplungskonzept umgesetzt werden, welches auf der Ausnutzung des Kerreffektes in Dünnschichtsystemen beruht. Der Kerr-Band-Schalter besteht dabei aus einem dielektrischen Schichtsystem, in das eine oder mehrere Kerr-aktive Schichten eingebettet sind. Bei der Einwirkung von hohen Lichtintensitäten ändern diese ihren Brechwert geringfügig, wodurch das Übertragungsverhalten der Komponente beeinflusst wird. Damit würde das Kerr-Band Schalterkonzept ein verlustfreies Schalten der Resonatorgüte gestatten.
Weiter Vorteile des innovativen Konzepts: Die dielektrischen Materialien, die bei der Umsetzung des Kerr-Band-Schalters verwendet werden, weisen Zerstörschwellen auf, die um mehr als eine Größenordnung höher sind als die von Halbleitermaterialien. Zudem sind die Materialen vom ultravioletten bis in den infraroten Spektralbereich transparent und gestatten eine preisgünstigere Herstellung im Vergleich zu den als epitaktisch gewachsenen Halbleiterspiegeln. Die Komponenten könnten flexibel, auch auf gekrümmten Substraten, hergestellt werden.
Zur Umsetzung des Konzepts werden am Laser Zentrum Hannover e.V. Prototypen mit einem Ionenstrahlzerstäubungsverfahren hergestellt, das die Fertigung von optischen Komponenten mit geringsten Verlusten gestattet. Neben der Realisierung der eigentlichen Komponente steht die Demonstration ihrer Eignung für die Modenkopplung in einem UKP-Laser im Vordergrund der Arbeiten. Zielstellung des Projektes ist somit die Erforschung und Demonstration von schnellen dielektrischen optischen Schaltern, deren Schaltvorgang auf dem Kerr-Effekt in Dünnschichtsystemen basiert.
Das Projekt „Kerr-Band-Schalter“ ist Anfang April 2016 am Laser Zentrum Hannover e.V. gestartet und wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung innerhalb des Programms „Photonik Forschung Deutschland“ mit rund 300.000 Euro gefördert. Das BMBF unterstützt das das Forschungsprojekt über einen Zeitraum von zwei Jahren im Rahmen der Initiative „Wissenschaftliche Vorprojekte - WiVoPro“.