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TECHNIK
OPSL – OPTISCH GEPUMPTE HALBLEITERLASER
Anwender rufen schon lange nach unkomplizierten
Lasersystemen ohne große Folgekosten. Starkstromanschluss
und Wasserkühlung hatten in der Vergangenheit die Gaslaser
fast unbezahlbar gemacht. Die Lösung liegt im Festkörpersektor.
Mit der neuen OPSL-Technologie gibt es nun Systeme mit großer
Helligkeit, kompaktem Strahl und brillanter Farbqualität.
Deutlicher Schritt nach vorn im Showlaserbereich: Die OPSL-Technologie sorgt für kraftvolle Projektionen.
ie Lasertechnik ist ein ausgesprochen dynamischer Bereich.
Nicht nur technische Laser, auch die in der Showtechnik
eingesetzten Systeme unterlagen in den vergangenen Jahren einer Entwicklung, die immer mehr Optionen erschlossen hat. Und in dieser Welt besitzt ein Unternehmen einen überaus
klangvollen Namen: Coherent. Die 1966 gegründete Coherent Inc.
mit Sitz in Santa Clara, Kalifornien, USA (von lat. cohaerere – zusammenhängen, coherent, engl. Fachbegriff für Licht einer Wellenlänge
und Richtung) ver fügt in Deutschland über Entwicklungs- und Produktionsstätten in Lübeck, Göttingen und die Verkaufsniederlassung
in Dieburg und hat während der letzten Jahre neue Laser t e c h n o l ogien für die Systemhersteller im Bereich der Showlaser entdeckt und
in Produkte umgesetzt.
Jede neue Generation in der Entwicklung verfügte über Vorteile, die
die vorangegangenen Laser typen vermissen ließen. Die optisch
gepumpten Halbleiter-Laser OPSL (Optically Pumped Semiconductor
Lasers) verfügen über die aktuell heißeste und neueste Technologie
und bieten eine große Auswahl an Farben inklusive Rot. Dieser neue
Lasertypus besitzt eine nahezu ideale Kombination von Output-Parametern und praktischen Eigenschaften, die sowohl dem Systemhersteller als auch den Nutzern zugutekommen. Bei der Frage nach
den idealen Eigenschaften eines Showlasers trifft man auf zwei wichtige Kategorien: Die Output-Charakteristik und die praxisrelevanten
Faktoren. In Sachen Output ist die Hauptanforderung eine große
Bandbreite an verfügbaren Farben. Insbesondere wenn bestimmte
Wellenlängen im roten, grünen und blauen Spektralbereich vorh a nden sind, besteht die Möglichkeit, diese Farben zu mischen und somit
nahezu jede beliebige Farbe zu erzeugen.
Um das Farbmix-Konzept zu verstehen, ist es hilfreich, sich das
so genannte „CIE xy“-Farbendiagramm (siehe S. 45) genauer anzusehen. Dieses Diagramm ist ein international anerkanntes Konzept zur Darstellung aller Farben, die das menschliche Auge bei einem
bestimmten Helligkeitsgrad erkennen kann. Die reinen spektralen
Farben, wie sie ein Laser erzeugt, liegen auf den Kanten des Diagramms.
Mit dem Diagramm kann man bei der Mischung von drei oder mehr
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Laserquellen alle Farben erkennen, die sich durch die Mischung erh a lten lassen: Sie liegen innerhalb der Verbindungslinien der einzelnen Quellen. Bei drei Quellen handelt es sich um alle Farben innerhalb eines Dre iecks, bei zwei Quellen um alle Farben, die auf der Verbindungslinie liegen. Diese Gebiete nennt man Farbskala. Wie man an dem Diagramm
erkennen kann, lassen sich durch das Mixen der Wellenlängen 460 nm,
532 nm und 639 nm nahezu alle Farben erzeugen, die das menschliche
Auge sehen kann.
Die zweite wichtige Eigenschaft für einen Showlaser ist seine Strahlqualität. Ein hoch parallelisiertes Strahlenbündel kann sehr viel eff e ktiver durch verschiedene Optiken und über lange Distanzen geschickt
werden, ohne merkbar auseinanderzulaufen. Weiterhin ist die Helligkeit
– definiert als die optische Leistung der Quelle geteilt durch seine Strahlfläche und den Raumwinkel – ein wichtiger optischer Parameter. Mit einer
höheren Helligkeit kann man den Laserstrahl mit guter Sichtbarkeit und
scharfem Fokus über längere Distanzen projizieren.
In Bezug auf die praktischen Eigenschaften ist der ideale Showlaser folgendermaßen zu beschreiben: Seine Betriebskosten sind minimal, er ist
klein und handlich für ein Maximum an Flexibilität und Transportfähig-
Auf den ersten Blick fast unspektakulär:
Der Coherent „Taipan“-Laser hat den Festkörpersektor revolutioniert.
keit, er benötigt weder eine spezielle Stromzufuhr
noch eine Wasserkühlung, und er ist hochgradig verlässlich. Für Systemintegratoren, welche mehrere
verschiedenfarbige Laser in ein Produkt integriere n ,
sind darüber hinaus gebräuchliche mechanische und
e l e k t ronische Schnittstellen wünschenswert. In den
frühen großen Laseranlagen wurden Ionen-Gaslaser
eingesetzt, welche über eine hohe Bandbreite an
Farben verfügen und außerdem eine exzellente Strahlqualität aufweisen. Dies macht das Mischen einzelner Farben und die Manipulation des Strahls durch
Scanner und andere Optiken einfach. Allerd i n g s
schränken den Ionen-Laser seine unattraktiven physischen Eigenschaften ein: Seine Abmessungen sind
sehr groß, er ist ausgesprochen empfindlich und
benötigt einen Starkstromanschluss sowie eine Wasserkühlung.
Heute gibt es Laser technologien, die
eine Festkörper- A l t e rnative bieten.
Eine sehr bekannte Technologie
ist der diodengepumpte Festkörper-Scheiben-Laser. Dieser bietet bis zu mehre ren Watt grünes
(532 nm) Licht
bzw. ungefähr
ein Watt an
rotem
qualität. Besonders das optische System,
welches einzelne Dioden miteinander koppelt, erzeugt ein eher rechteckiges Strahlprofil, was zudem eine relativ hohe Divergenz zeigt. Dieses Strahlprofil ist nicht ideal für die Optiken, die typischer weise in
Showlaser-Systemen eingesetzt werden.
Vor allem ist es die Kombination der von
Natur aus geringeren Helligkeit und der
hohen Divergenz der Diodenlaser, die es
erschweren, helle und scharfe Bilder über
eine nennenswerte Distanz zu projizieren.
Die neuen OPSLs wurden erst vor Kurzem
in den Markt eingeführt und stellen in vielerlei Hinsicht die ideale Lichtquelle für
Showlasersysteme dar. Der OPSL ist ein
Festkörperlaser und zeigt dieselbe hohe
Verlässlichkeit, kompakte Größe, elektrische Effizienz und ebenso niedrige Betriebskosten wie Dioden- und Scheibenlaser. Ein
g roßer Vorteil der OPSLs liegt in ihren optischen Eigenschaften. Die OPSL-Te c h n o l ogie ist sowohl in der Leistung als auch in
der Wellenlänge skalierbar. OPSLs mit hoher
Leistung im blauen (460 nm), grünen (532
nm) und gelben (577 nm) Spektralbereich
gibt es schon seit einiger Zeit. Erst kürzlich
hat Coherent einen OPSL im roten (639
nm) Spektralbereich auf den Markt
gebracht. Wie man im vorher gezeigten Diagramm erkennen kann, kann man eine
extrem große Palette an Farben erzeugen,
wenn man einen roten, blauen und grünen
OPSL von Coherent mischt. We i t e rhin zeigt
das Diagramm, dass man allein durch das
Mischen des blauen und gelben Lasers
weißes Licht erzeugen kann. Aufgrund der
Wellenlängen-Skalierbarkeit der OPSLs gibt
es keinen technischen Hinderungsgrund,
neue Laser mit anderen Wellenlängen zum
Produktspektrum hinzuzufügen – wenn der
Alle Farben innerhalb des schwarzen Dreiecks können durch
Markt weitere Farben fordert.
das Mischen der drei Laserfarben bei 460 nm, 532 nm und
639 nm erreicht werden. Die Farben entlang der grauen
Ein weiterer optischer Vorteil der OPSLLinie können durch Mischen der beiden Laserlinien bei 460
Technologie liegt in ihrer her vorragenden
nm und 577 nm erzeugt werden.
Strahlqualität bei der gleichen Helligkeit wie
sie ein Ionen-Laser bietet. Damit kann man
(671 nm) Licht. Auch in Sachen Praktikabilität genü- ihren Strahl sehr leicht kombinieren und
gen diese Scheibenlaser den Anforderungen für ihren manipulieren, sodass man auch über sehr
Einsatz in der Lightshow: Sie sind kompakt, sehr ver- lange Distanzen schar fe und helle Bilder
lässlich, verursachen geringe Betriebskosten und projizieren kann. Um allen praktischen Anbenötigen weder einen Starkstromanschluss noch f o rd e rungen zu genügen, ver fügen alle
eine Wasserkühlung. Das Handicap der Scheiben- OPSLs von Coherent über gewöhnliche
laser liegt in ihren optischen Eigenschaften. Es gibt mechanische und elektronische Schnittsie derzeit nur in zwei Farben, und die Technologie stellen. Das vereinfacht das Systemdesign
erschwert die Ausweitung auf andere Wellenlängen. und verbesser t die Modularität für EquipZudem haben die Scheibenlaser eine schlechte ment-Hersteller.
Strahlqualität, was die Strahlprojektion über lange Die Entwicklungen und aktuellen For tDistanzen stark einschränkt.
schritte in der Lasertechnologie bieten jetzt
Auch Halbleiter-Laserdioden finden ihren Einsatz in den Systemintegratoren und Endanwendern
Show-Applikationen. Dieser Laser typ ist elektrisch kleinere, kosteneffektivere und verlässlieffizient, was sich in sehr geringen Betriebskosten chere Produkte als jemals zuvor. Vor allem
niederschlägt und er ist extrem verlässlich und kom- stellt die OPSL-Technologie aber er eine einpakt. Diodenlaser gibt es in einem großen Spektrum zigar tige Kombination von gewünschten
an sichtbaren Wellenlängen. Wegen der einge- physischen und optischen Eigenschaften
schränkten optischen Leistung der Diodenlaser muss dar, wobei ein weiteres relevantes Merkman mehrere einzelne Diodenlaser betreiben und mal eine immer weiter expandierende Paletzusammenschalten, was einen komplexen mecha- te an Farben ist. Der Lasershow der Zukunft
nischen und optischen Aufbau erfordert. Verglichen stehen dank der neuen OPSL-Laser also
mit anderen Showlasern zeigen die Diodenlaser eine strahlende und farbige Zeiten bevor.
verminderte Helligkeit und eine schlechtere Strahl- Thomas Lanfer
disco-magazin 7-8/09
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