Von Chips bis zu Prototypen

FBH zeigt weiterentwickelte Diodenlaser und UV-LEDs auf der Laser World of Photonics.

Das FBH präsentiert auf der Münchener Fachmesse seine Fortschritte. Es stellt Live-Demonstratoren vor und präsentiert Neu- und Weiterentwicklungen seiner Diodenlaser und UV-LEDs.

Das Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) präsentiert auf der Laser World of Photonics in München vom 26. – 29. April 2022 sein gesamtes Leistungsspektrum – vom Design über Chips bis hin zu Modulen und Systemen. Am Berlin-Brandenburger Gemeinschaftsstand B5.528 zeigt das Institut unter anderem ein Bestrahlungssystem mit optimierten 233 nm UVC-LEDs. Derartige Systeme werden in medizinischen Anwendungen genutzt, um multiresistente Krankheitserreger und Corona-Viren direkt auf der Haut unschädlich zu machen.

Zu sehen ist auch ein transportables, spektrometerloses System für Raman-Messungen an einer ausgewählten Substanz. Demonstratorsysteme mit integriertem Spektrometer wurden bereits mehrfach erfolgreich für Vor-Ort-Messungen eingesetzt: an Obst, auf Ackerböden und im medizinischen Umfeld. Das bisherige Messprinzip, das auf einem schnell zwischen zwei Wellenlängen umschaltbaren, spektral einstellbaren Diodenlasersystem beruht, wurde jetzt vereinfacht. Dank eines integrierten Filters kann es ohne Spektrometer genutzt werden. Das macht das Messsystem kostengünstiger und noch kompakter.

Das FBH stellt auch seine Fortschritte bei gepulsten Pumplasern (Pulsbreite 5…10 ms) mit hoher Wiederholrate (10…100 Hz) für zukünftige Festkörperlasersysteme der Hochenergieklasse vor, die sich nun auch zum Pumpen von Thulium-dotierten Kristallen eignen. So konnte mit einem verbesserten Chipdesign mit einer Wellenlänge um 780 nm die Effizienz um etwa 10 % und die Ausgangsleistung pro Stack auf 1,6 kW gesteigert werden.
Ausgewählte weitere Entwicklungen, die am Stand vorgestellt werden:

LiDAR-Pulslaserquelle für Linienscanner mit 2 kW Ausgangsleistung

Die Hochleistungs-Pulslaserquelle des FBH basiert auf einem Diodenlaserbarren mit 48 Emittern und eignet sich ideal für die 3D-Objekterkennung, wie sie für Linienscanner im Bereich Automotive LiDAR benötigt wird. Scannende LiDAR-Systeme emittieren schnelle Laserpulse, die von Gegenständen reflektiert werden. Die Linienscanner nutzen dafür ein Laser-Array, das Abtastpunkte über eine breite Linie misst. Die zurückkehrenden Laserpulse werden mit einer Detektorreihe erfasst. Mithilfe von 1D-Laserstrahllenkung decken Linienscanner daher eine große Fläche ab. Die weiterentwickelte Laserquelle liefert eine Pulsspitzenleistung von 2 kW für 8 ns lange Impulse bei einem Pulsstrom von 1,15 kA. Sie basiert auf wellenlängenstabilisierten Multidiodenlasern bei 905 nm mit mehreren Tunneldioden und aktiven Schichten in einem gemeinsamen Wellenleiter. Durch den On-Chip-DBR ändert sich die Emissionswellenlänge mit der Temperatur lediglich um 0,06 nm/K, die spektrale Breite der Laseremission beträgt nur 0,25 nm.

RGB-Lasermodule für holografische Laserdrucker in der Medizin

Das FBH entwickelt Halbleiter-Lasermodule, die in ein innovatives und kostengünstiges Lasersystem für holografische Laserdrucker integriert werden. Die Laser emittieren im roten, grünen und blauen Spektralbereich (RGB). Für letztere wird das Licht durch Frequenzverdoppelung mithilfe nichtlinearer Kristalle aus dem Nahinfrarotbereich (NIR) bei 914 nm und 1064 nm erzeugt. Dank der einzigartigen Eigenschaften der breit einsetzbaren RGB-Lasermodule lassen sich 3D-Hologramme effizient erstellen. Die Lichtquellen werden derzeit in einen Hologrammdrucker für den medizinischen Gebrauch integriert. Damit wird ein spezieller Kunststoff bedruckt, der anschließend beleuchtet wird und so ein animiertes Vollfarb-Hologramm mit vollständigen Objektinformationen erzeugt, das bei der Diagnostik sowie bei Operationsplanungen eingesetzt werden kann. Die hohe Kohärenz seiner Laserquellen zeigt das FBH an einem Live-Demonstrator, einem gelb emittierenden Diodenlaser-Modul, das für die Augenheilkunde aber auch für Laserprojektionen eingesetzt werden kann.

Umfassende Kompetenz bei robusten Lasern im Weltraum

Das FBH verfügt über langjährige und umfassende Erfahrungen in der Entwicklung von III/V-basierten Bauelementen und Subsystemen für Raumfahrt- und Satellitenanwendungen. Unter anderem fertigt das FBH derzeit 55 ultra-schmalbandige Lasermodule für die BECCAL-Apparatur (Bose-Einstein Condensate – Cold Atom Laboratory). Sie sollen für quantenoptische Experimente mit ultra-kalten Atomen an Bord der internationalen Raumstation ISS eingesetzt werden. Derartige schmalbandige Lasermodule wurden zuvor bereits in verschiedenen Experimenten im Weltraum eingesetzt. Unter anderem wurde damit das erste Bose-Einstein-Kondensat im Weltraum realisiert. Das bewährte Konzept des hybrid-aufgebauten Extended Cavity Diode Laser (ECDL) wird derzeit auf einen einzigen Chip übertragen. Erste experimentelle Charakterisierungen eines 8 mm langen, kompakten mECDL, der bei einer Wellenlänge von 1064 nm emittiert, ergaben eine für monolithische Diodenlaser bisher unerreichte 3 dB-Linienbreite von 25 kHz bei 1 ms.
Zu den Entwicklungen zählen auch Pumplaserquellen, die in Laserkommunikationsterminals zur optischen Datenübertragung (EDRS) oder zur Satellitenüberwachung des klimaschädlichen Methangases (MERLIN) genutzt werden. Jedes FBH-Modul für MERLIN ist mit zwei Hochleistungslaser-Halbbarren ausgestattet, die 130 W gepulste Emission bei 808 nm Wellenlänge liefern. Ihre Zuverlässigkeit über die gesamte Missionsdauer wurde in unabhängigen Tests bestätigt. Neu entwickelte DBR-Laserarray-Module bieten dank eines integrierten Bragg-Reflektors auf Chipebene sowohl ein geringes Rauschen als auch eine hohe Zuverlässigkeit. Qualifiziert wurden die Module im Dauerbetrieb für mehr als 15 Jahre. Damit eigenen sie sich als Flughardware beispielsweise zum Pumpen von Nd:YAG-Lasern für die optische Datenkommunikation.

Weitere Informationen:

https://www.fbh-berlin.de/media-center/presseinformationen/fbh-zeigt-weiterentwi…