Forschung & Entwicklung

Membranlasermodul für spektrale Messverfahren

Gemeinsam entwickeln das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF und das Stuttgarter Start-up Twenty-One Semiconductors ein neuartiges, effizientes und kompaktes Membranlasermodul.

Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF entwickelt gemeinsam mit dem Start-up Twenty-One Semiconductors GmbH (21s) ein Lasermodul, das in der Durchflusszytometrie zum Einsatz kommen soll. Bei diesem spektralen Messverfahren, das unter anderem schon lange als Routineverfahren in der Medizin genutzt wird, werden Zellsuspensionen mit Laserlicht bestrahlt. Das dabei entstehende Streulicht ist bei jedem Zelltyp unterschiedlich und ermöglicht, die Zellen zu bestimmen und zu zählen. Dafür werden Lasermodule mit Zentralwellenlängen im sichtbaren Spektralbereich benötigt. Die Nachfrage für solche Module wächst und sie finden breite Anwendung in der Spektroskopie und Fluoreszenzmikroskopie.

Ein neuartiges Laserkonzept für einen ‚membrane external-cavity surface-emitting laser‘, kurz MECSEL, soll nun die gewünschten Frequenzen im ultravioletten Bereich effizienter und kompakter erreichen als etablierte Lasermodule. Die Idee für das innovative Laserkonzept stammt von den Gründern von 21s, die mit dem Fraunhofer IAF einen Partner im Bereich der Halbleiterlastertechnologie gefunden haben, um das laborerprobte Konzept ihres MECSEL für die Industrie zu realisieren. Ziel ist es, gemeinsam ein marktreifes Lasermodul zu entwickeln, das in der Durchflusszytometrie zum Einsatz kommen soll. Das einjährige FMD-Space Projekt ist Anfang des Jahres gestartet und wird von der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD) unterstützt und vom Bundesministerium für Forschung und Bildung gefördert (BMBF).

Das Herzstück des MECSEL bildet eine hauchdünne Halbleitermembran, die 40-mal dünner ist als ein menschliches Haar und zwischen zwei Wärmespreizern aus transparenten Siliziumcarbidschichten eingebettet ist. Durch die effiziente Wärmeabfuhr kann der Membranlaser rotes Licht mit hoher Ausgangsleistung erzeugen, das wiederum mit nur einem Intracavity-Frequenzverdoppler in Ultraviolettstrahlung konvertiert werden kann. Dadurch bietet das Konzept des MECSEL entscheidende Vorteile und ermöglicht kompaktere und effizientere Laserbauteile als etablierte Lasermodule, die auf zwei Konversionsstufen angewiesen sind, um die gewünschte Wellenlänge zu erreichen.

Die Funktionalität des MECSEL konnte in Laboraufbauten schon bewiesen werden und auch die Hürde, den komplexen Herstellungsprozess des Halbleiterchips auf ein industrietaugliches Waferlevel zu skalieren, konnte 21s erfolgreich bewältigen. „Der nächste Schritt ist die Optimierung der Aufbautechnik und der Laserkavität sowie die Entwicklung eines kompakten und stabilen Lasermoduls. Hier setzen wir auf die Zusammenarbeit mit den Experten am Fraunhofer IAF“, erklärt Norbert Witz, CEO von 21s.

von mn

www.iaf.fraunhofer.de

www.21semiconductors.com

Firmeninformationen
© photonik.de 2020 - Alle Rechte vorbehalten