Wärmetransport in optisch gepumpten Hochleistungs-Halbleiter-Scheibenlasern (PDF)

Der Laser ist eine der Schlüsselkomponenten des 21. Jahrhunderts und der Verzicht auf das Werkzeug „Licht“ ist in vielen technischen Bereichen schon heute undenkbar. Die Anforderungen, die hierbei an Laserlicht und -strahl gestellt werden, sind von der Anwendung vorgegeben und lassen sich zumeist nur von speziellen Lasertypen erfüllen. Die Halbleiter-Scheiben-Laser oder Vertical-external-cavity surface-emitting laser (VECSEL) sind eine noch relativ junge Laserklasse, welche sich durch eine Kombination aus hoher Ausgangsleistung, guter Strahlqualität und variabler Emissionswellenlänge auszeichnet. Die Kombination dieser Eigenschaften ist einzigartig und eröffnet einen nahezu universellen Einsatzbereich der Systeme.
Die erreichbaren Ausgangsleistungen hängen dabei direkt vom Wärmemanagement ab. Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung des Wärmetransports im VECSEL und die Verbesserung der für diesen Zweck verwendeten Kühlsysteme. Die Ergebnisse beinhalten umfassende thermische Modelle, die eine direkte Berechnung des Wärmeflussverhaltens ermöglichen und neue Messmethoden, welche es erlauben den thermischen Widerstand experimentell zuverlässig zu bestimmen. Anhand der theoretischen Modelle lassen sich mögliche Engpässe identifizieren, welche das Wärmemanagement negativ beeinflussen. Hierauf basierend wird das Kühlkonzept entscheidend verbessert und erstmalig ein VECSEL mit einer Ausgangsleistung von über 100 W demonstriert. Zudem werden weitere Verbesserungsmöglichkeiten des Wärmemanagements aufgezeigt, die eine Steigerung der Leistung auf über 200 W ermöglichen.