Laser für mobile Mikroprojektoren
Ein Berliner Konsortium hat grüne Laserdioden für Handy-Mikrobeamer entwickelt. Die Deutschen liegen Kopf an Kopf mit dem Optik-Spezialisten Corning.
- Anette Weingärtner
Die gegenwärtige Projektortechnologie basiert noch überwiegend auf LEDs. Obwohl sie eine stromsparende Alternative darstellen, haben diese Projektoren den Nachteil, dass sie nicht sehr helle Bilder erzeugen. Eine von einem Berliner Konsortium unter der Leitung der Firma Eagleyard Photonics entwickelte Technologie soll den Einsatz von deutlich hellerem Laserlicht im Bereich mobiler Mikroprojektoren vorantreiben. Die Firma verfügt über den Prototypen eines grünen Lasers, der mit einer optischen Ausgangsleistung von 20 mW bestens für mobile Projektoranwendungen geeignet wäre. Ein Handy könnte dann dazu benutzt werden, Bilder auf eine beliebige weiße Projektionsfläche zu werfen. Profititieren könnten davon zunächst vor allem Geschäftsreisende, indem der deutlich schwerere Laptop im Gepäck überflüssig würde. Parallel dazu arbeitet in den USA auch das Unternehmen Corning an der Entwicklung grüner Laserdioden.
Während rote und blaue Laserdioden bereits auf dem Markt verfügbar sind und auch von ihrer Größe her keine Schwierigkeiten im Hinblick auf ihren Einsatz in sehr kleinen Projektoren bereiten, ist dies bisher bei grünen Lasern nicht der Fall gewesen. "Eine direkt grün emittierende Laserdiode ist derzeit auf dem deutschen Markt einmalig", sagt Jörg Muchametow, Geschäftsführer von Eagleyard Photonics.
Den Hauptanteil an der neuen Entwicklung hat das Berliner Ferdinand-Braun-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) mit seinem "Distributed-Bragg-Reflector Master Oszillator Power Amplifier" (DBR-MOPA). "Dieser grüne Laser zeichnet sich nicht nur durch eine präzise Wellenlänge, eine direkte Modulierbarkeit und kleine Abmessungen aus, sondern auch dadurch, dass er über einen geringen Energieverbrauch und eine hohe Lebensdauer verfügt", sagt Professor Götz Erbert, Abteilungsleiter Optoelektronik am FBH.
Die Technologie beruht vor allem auf dem definierten kristallinen Schichtwachstum unterschiedlicher Kristallmaterialien im Nanometer-Breich. Der Laserchip besteht aus mehreren Sektionen. In eine dieser Sektionen ist das so genannte Bragg-Gitter integriert – ein Muster mikroskopisch feiner Furchen, von denen Zweihundert nebeneinander so breit wären wie ein menschliches Haare. Es ist vor allem dieses feine Gitter, das die so genannte Linienbreite – also die Frequenz-Ungenauigkeit – des Lasers auf weniger als 20 Pikometer drückt.
Die anderen Sektionen dienen dazu, das Licht entsprechend den Anforderungen der Bildgebung zu modulieren. Entscheidend für die Anwendung in Mikroprojektoren ist dabei, dass die Linienbreite auch bei einem Modulationsschub von 300 mW noch unter 150 Pikometern liegt. Die Schichtstrukturen wurden so ausgelegt, dass die Laserstrahlung eine für Diodenlaser sehr geringe Divergenz aufweist. Dadurch ist die optische Kopplung des Diodenlasers an einen Kristall möglich, mit dem die Frequenz verdoppelt wird. Bei diesem Prozess wird Licht aus dem nahen Infrarot in grünes Licht umgewandelt.
Ein Vorteil des neuen Verfahrens besteht darin, dass die Effizienz der Frequenzverdopplung mit diesem Laser erheblich gesteigert werden konnte: Aus 500 mW elektrischer Leistung können 50 mW und mehr in grünes Licht umgewandelt werden. "Während die Modulation bei anderen Projektionsverfahren derart verläuft, dass ein Teil des Lichtes vernichtet wird, zeichnet sich unsere Technologie dadurch aus, dass bei der Modulation nur so viel Licht erzeugt wird, wie jeweils benötigt wird", ergänzt Erbert.
Was die Chiptechnologie anbelangt, gibt es, wie Erbert sagt, keine Probleme mehr. Wohl aber im Hinblick auf die technische Realisierung eines Mini-Beamers: "Ein Handy fällt gelegentlich einmal herunter oder wird warm oder kalt. Offen ist derzeit noch, wie man diesen Tatsachen bei der Montagetechnologie Rechnung tragen soll", sagt er. Auch sei noch nicht klar, ob sich beispielsweise Laser- oder Lötverfahren als Fügetechnologie besser eignen würden. Zudem müssten die vom Institut entwickelten Chips in entsprechend hoher Stückzahl und zu einem dementsprechend niedrigen Preis produzierbar sein. "Das mit dem Mini-Beamer ausgestattete Endgerät in der Größe eines derzeit marktgängigen Handys soll in eine kleine Kiste passen, hinreichend stabil sein und darf sich nicht zu stark erhitzen. Hier sind noch Probleme zu lösen", erläutert Erbert.
Hergestellt werden sollen die Mikroprojektoren jedoch nicht in Deutschland. Hier werde es aller Wahrscheinlichkeit nach nur zu einer Produktion von Komponenten kommen. Als Hersteller kämen japanische oder koreanische Firmen oder beispielsweise auch der US-amerikanische Displayspezialist Microvision in Frage.
Was die Markteinführung anbetrifft, zeigt sich die Firma Eagleyard Photonics recht optimistisch: "Wir rechnen für Ende 2009 mit einer Markteinführung von Handys mit einem entsprechend konzipierten Mikroprojektor", sagt Jörg Muchametow, Geschäftsführer der eagleyard Photonics GmbH. Die Kosten der Geräte sollen sich anfangs allerdings noch zwischen 500 und 1000 Euro bewegen.
Auch das US-Unternehmen Corning hat bereits im Sommer 2007 die Entwicklung von miniaturisierten Laserdioden in der Farbe Grün bekannt gegeben. Laut Unternehmensangaben sind diese Laser wesentlich heller als die zuvor erprobten roten Laserdioden. Mit der grünen Diode sei es möglich, bei einem Projektorvolumen von nur einem Kubikzentimeter eine Lichtleistung von zehn bis 20 Lumen zu erzeugen, womit sich ein Bild von neun bis zwölf Zoll Bilddiagonale projizieren lasse.
Die Firma arbeitet mit Lasern auf Halbleiterbasis, die über eine Wellenlänge von 1060 nm verfügen. Diese werden als infrarote Laserquelle benutzt, um damit durch Frequenzverdopplung grünes Licht zu erzeugen. Die Frequenzverdopplung wird auch hier durch eine optische Kopplung des Lasers an einen Kristall erreicht. Corning benutzt einen periodisch gepolten Lithiumniobat-Kristall (PPLN).
"Der grüne Laser von Corning ermöglicht eine bessere Farbqualität der Bilder und eine längere Lebensdauer der Batterien als LED-basierte Lösungen. Die Technologie des grünen Lasers führt auch zu neuen Erfahrungen der Konsumenten, die in einer besseren Interaktion mit mobilen Multimedia-Inhalten bestehen", beschreibt Thomas Mills, Geschäftsführer der Abteilung grüne Laser bei Corning die Vorteile der Innovation.
Beim Einsatz der von Corning entwickelten Technologie in entsprechenden Mikroprojektoren setzt das Unternehmen ebenfalls auf die Firma Microvision. Diese plane, die Laserdioden in seinen "PicoP"-Projektoren zu verbauen. Die Mini-Beamer sollen weniger als sieben Millimeter dick sein und Bilder in DVD-Qualität projizieren können. Geeignet sind diese Miniprojektoren laut Microvision für den Einsatz in Handys, PDAs, Mediaplayern und Digitalkameras. (bsc)
