Met laser lichtbronnen kunnen fascinerende levensechte beelden worden geproduceerd. In vliegtuigsimulatoren of bij grote projecties worden ze al gebruikt. Voor veel toepas-singen zijn ze echter nog te groot. Wetenschappers van het Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchst-frequenztechnik (FBH) hebben een kleine, briljante laser lichtbron te ontwikkelen, die beduidend compactere systemen voor displays mogelijk maken.
„Bij die rit in de achtbaan voelde ik me beroerd “, herinnert dr. Katrin Paschke, directeur van een onderzoeksgroep aan het FBH, zich. Ze zat niet eens in een wagen maar zag de rit op de film. De zeer realistische beelden zijn ontstaan door een bijzondere projectortechniek. “Met laserprojectie dekken we het gamma van het menselijk oog voor 90% af. De beeldkwaliteit is daardoor fascinerend. De huidige flatscreens halen amper 50%“, aldus Paschke.
Size matters
Het nadeel van laserprojectoren tot nu toe is vooral de afmeting. In een vluchtsimulator wordt een lasersysteem van kasthoogte ingezet. Dat beperkt de gebruiksmogelijkheden aanzienlijk. Als televisie thuis komt deze technologie daardoor nog niet in aanmerking. Daarom ontwikkelen wetenschappers steeds kleinere onderdelen. De laser lichtbronnen moeten tegelijkertijd hoge optische projectieprestaties bij een excellente lichtkwaliteit hebben.
In het kader van de door het BMBF gefinancierde initiatief InnoProfile en een ontwikkelingsproject met LDT Laser Display Technology heeft Paschke met haar groep rode laser lichtbronnen ontwikkeld ter grootte van een lucifersdoosje, die LDT in zijn nieuwe generatie van projectoren wil integreren.
De wetenschappers van het FBH hebben in hun rood licht uitstralende micromodules meerdere elementen zoals de laserchip en het micro optiek gecombineerd (foto). Het rode licht wordt door een halfgeleiderlaser ter grootte van een rijstkorrel opgewekt.
Uitvoering
Een van de uitdagingen bij de voor displaysystemen benodigde hoge vermogens bestond daarin, dat de aanzienlijke vermogensdichtheid zodanig werd teruggebracht dat het lasermateriaal niet smelt. Dit vermogen mag dus niet worden geconcentreerd op een te kleine lensoppervlakte van de laserstraal.
Daarom ontwikkelde het FBH één laserchip, die trapeziumvormig verloopt richting het lichtvenster aan de uitgang. Zo kan de laserstraal met de juiste kwaliteit in de compacte module worden opgewekt en in het trapeziumdeel breder worden, zodat het hoge uitgangsvermogen toch over een relatief breed uittredevenster van enkele honderden micro-meters wordt verdeeld.
Om te zorgen dat de straal van de lasermodule voor laserprojectoren kan worden toegepast, moeten de stralen in kolommen nog parallel gericht worden. De straal, die door de halfgeleider laser overwegend wordt geëmitteerd, wordt snel breder op grotere afstand en vermindert daardoor in sterkte.
Uitdagingen
De hele module mocht de grootte van een luciferdoosje niet over-schrijden. Daarom werden voor de kolomvorming een speciaal daarvoor geproduceerde micro-optiek (ca. 1 mm x 1 mm x 1 mm) gebruikt, die met een nauwkeurigheid van minder dan een micrometer moet worden gepositioneerd en gefixeerd. Een uitgekiend warmtemanagement zorgt er voor dat de laserdiodes beneden het optimale temperatuur werkgebied van 15 °C blijven werken. Voor het afleiden van de overtollige warmte gebruiken de onderzoekers speciaal aangemaakte industriediamanten.
Met deze minuscuul kleine briljante laser lichtbronnen wil het team er voor zorgen dat niet alleen in planetaria of vluchtsimulatoren scherpe beelden worden opgewekt. In de toekomst moeten ook in de huiskamer levensechte beelden met een laser televisie kunnen worden geleverd.
Paschke verwacht op het gebied van entertainment zelfs nog meer: op een zeker moment zullen hologrammen door onze woning springen.
