Es hat lange gedauert, bis Halbleiterlaser zuverlässig blaues Licht emittieren konnten. Doch die lange Entwicklungszeit hat sich gelohnt. Man denke nur an die enormen Mengen an Bauelementen, die in Blu-Ray-Playern verwendet werden. Heute gibt es Anwendungen in vielen Branchen, und in einigen Fällen ersetzen Laserdioden die LEDs.

Neue Entwicklungen in der Fertigungstechnik eröffnen neue Möglichkeiten. So hat sich die Effizienz von blauen Lasern in den letzten Jahren deutlich verbessert. Außerdem hat die Einführung des 405-nm-Lasers für die Blu-ray-Technologie die Kosten für blaue Laserdioden erheblich gesenkt. Blaue Laserdioden zeichnen sich durch Robustheit und hohe Leistungsdichte aus und ermöglichen dadurch kleinere Optiken und Formfaktoren. Sie erreichen größere Leuchtweiten und bieten im Vergleich zu LEDs eine bessere Einkopplungseffizienz in Glasfasern und anderen Wellenleitern.

Die blauen Laserdioden von ams Osram sind ein gutes Beispiel dafür. Durch ihre Leistungsfähigkeit und Effizienz lassen sich diese Komponenten in einer Vielzahl neuer Anwendungen einsetzen, von der Medizin über die Bühnenbeleuchtung bis hin zur Produktion. Die Laserdioden basieren auf Indium-Gallium-Nitrid und emittieren einen Lichtstrahl mit einer typischen Wellenlänge von 447 nm. Sie werden immer häufiger eingesetzt, da sie im Vergleich zu LEDs viele Vorteile bieten, z. B. einen engen Abstrahlwinkel, eine hohe Leistungsdichte und eine bessere Leuchtkraft. Blaue Laserdioden können auch bei hohen Betriebstemperaturen eingesetzt werden, ohne dass ihre Lebensdauer darunter leidet.

Entertainment mit blauen Lasern!

Früher ging es bei einem Konzert vor allem um die Musik, doch heute spielt auch die Beleuchtung eine entscheidende Rolle bei der Unterhaltung des Publikums. Blaue Hochleistungslaserdioden eröffnen den Herstellern von Showlasern und Bühnenscheinwerfern neue Möglichkeiten zur Erzeugung von Effekten, die bisher nicht möglich waren. Ein solches Produkt ist der PLPT9_450LB_E von ams Osram. Dabei handelt es sich um eine blaue Multimode-Laserdiode in einem hermetisch abgeschlossenen TO-Metallgehäuse. Laser verbinden in der Regel einen hervorragenden Formfaktor mit einer exzellenten Strahlqualität und eignen sich damit sehr gut als Lichtquelle für die Bühnenbeleuchtung.

Bei einem typischen Betriebsstrom von 3 A erreicht der PLPT9_450LB_E eine optische Leistung von 5 W und emittiert blaues Licht mit einer Wellenlänge von 447 nm. Der Laser kann als blaue Lichtquelle oder in Kombination mit einem speziellen Leuchtstoff zur Weiß- oder Farblichtumwandlung eingesetzt werden. Die erreichte Leuchtdichte der weißen Lichtquelle ist deutlich höher als die einer vergleichbaren LED.

Industrielle Anwendungen

Beim Schweißen oder Schneiden reflektieren beispielsweise Materialien wie Kupfer und Gold besonders stark infrarotes Licht. Die Reflexion von blauem Licht ist im Vergleich dazu weitaus geringer und die Absorption im Material ist daher deutlich höher. Dadurch ist die benötigte optische Leistung geringer und die Produktionstechniker haben eine bessere Prozesskontrolle. Dies ist besonders wichtig bei dünneren Materialien, wie z. B. den Kupferkontakten in Lithium-Ionen-Batterien im Automotive-Bereich.

Die Produkte mit blauen Lasern von ams Osram sind in drei verschiedenen Kategorien erhältlich:

• ams OSRAM TO56- und TO90-Laserdioden mit Metallgehäuse, 447 nm Wellenlänge, hermetisch versiegeltes Gehäuse, optische Leistung für Single-Mode-Laser 100 mW, Multi-Mode-Laser 1,6 W bis 5 W
• Chip on submount (CoS), 45 µm Öffnungsweite, 5 W erhältlich
• Unmontierte Laserbarren, 50 W optische Leistung, 23 Emitter, 7,5 % Füllfaktor, 445 nm Wellenlänge, 38 % Konversionswirkungsgrad; Barren mit höherer Leistung sind in Planung

Die Laserdiode im TO90-Gehäuse zeichnet sich durch ihre gute Wärmebeständigkeit aus. Die von der Laserdiode erzeugte Wärme wird vom Bauelement effizient abgeleitet und ermöglicht so eine hervorragende Leistung und eine lange Lebensdauer. Mit einem Temperaturbereich von bis zu 85 °C und einer Betriebsspannung von <5 V eignet sich das TO90-Gehäuse ideal für kleine und leichte Designs.

Die Laserdiode im TO56-Gehäuse wurde für Anwendungen entwickelt, bei denen es auf eine kleine Laseröffnung ankommt, z. B. bei der Einkopplung in Glasfasern. Für industrielle Anwendungen ist eine 447-nm-Laserdiode mit 1,6 W optischer Ausgangsleistung und 15 µm Öffnungsweite erhältlich.

Zur besseren Systemintegration bietet ams OSRAM auch ein CoS-Bauelement an. CoS sind zwar im Vergleich zu hermetisch abgeschlossenen TO-Gehäusen empfindlich gegenüber äußeren Störeinflüssen, zeigen aber Vorteile in der Handhabung und Leistung gegenüber einem reinen Chip. Neuartige Submount-Materialien reduzieren die thermische Belastung und ermöglichen eine geeignete Wärmebrücke für eine verbesserte Wärmeableitung. Der Vorteil von CoS ist die geringe Bauteilgröße, die sich leicht in Kundenmodule integrieren lässt und kurze optische Pfade ermöglicht.

Ausblick

Laserdioden werden ständig weiterentwickelt, insbesondere im Wellenlängenbereich von 447 nm. Das ermöglicht robustere, kostengünstigere und zuverlässigere Produkte, die eine hohe Leistungsdichte in einem kompakten Gehäuse bieten. Daher werden blaue Laserdioden auch in Zukunft in immer mehr Anwendungen und auf immer mehr Märkten zum Einsatz kommen.