Přesnost v miniaturizovaném formátu: Nové diodové laserové moduly pro Ramanovou analýzu a kvantové senzory ve vesmíru

Wellenlängen-Dielektrischer Laser

Při příležitosti odborného veletrhu Laser Optics představuje Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH), pod vysílačem vybrané laserové moduly. Tyto představí od 18. do 20. března 2014 na stánku 405 v hale 12. FBH ukazuje mimo jiné diodový laser pro Ramanovu spektroskopii, který střídavě emitují světlo na dvou různých vlnových délkách. Tak může být Ramanův signál měřen i při silném rušivém světle a tím je zlepšena hranice detekce oproti běžné Ramanově spektroskopii. Dále institut představí modul diodového laseru pro provoz kvantových senzorů, které jsou například potřebné pro přesné časové měření. Tento modul splňuje vysoké optické požadavky pro provoz v atomových hodinách a je přibližně 100krát menší než běžné laserové systémy.

FBH je také zastoupen na paralelně konaném vědecko-technickém kongresu Optical Society of America. Navíc představují iniciativy „Advanced UV for Life“ a „Berlin WideBaSe“, které koordinuje institut, na společném stánku Berlín-Braniborsko v hale 14.1, stánek 202.

Dvouvlnové diodové lasery pro přenosné Ramanové analytické systémy

FBH představuje nový diodový laser pro SERDS (Shifted Excitation Raman Difference Spectroscopy). S touto technologií lze přesně analyzovat mnoho látek. Specifičností čipu FBH je, že střídavě emitují světlo na dvou různých vlnových délkách. Ty jsou stanoveny pomocí samostatně řízených sekcí v laseru a mřížky, které jsou implementovány v polovodičovém čipu. Díky tomu je možné měřit extrémně slabé Ramanovy signály i při silném rušivém světle – například denním světle, pokojovém osvětlení nebo fluorescenci vzorků. Pokud osvítíme vzorek na dvou vlnových délkách, Ramanovy linie následují vzbuzenou vlnovou délku, zatímco zdroje rušení se spektrálně nemění. Tím lze Ramanovy signály odlišit od rušivého světla. Hranice detekce oproti běžné Ramanově spektroskopii může být takto zlepšena o více než řád.

Potenciální využití dvouvlnového diodového laseru jsou miniaturizované, přenosné laserové měřicí systémy pro Ramanovu spektroskopii. Jsou vhodné pro zkoumání biologických vzorků, například masa, ovoce nebo listů, a mohou být také použity pro lékařskou diagnostiku kůže.

Kompaktní a odolné moduly diodových laserů pro kvantové senzory ve vesmíru

Kvantové senzory založené na chladných atomech získávají na významu pro různé aplikace, například pro přesné časové měření, navigaci nebo fundamentální fyzikální otázky. Pro provoz takových kvantových senzorů je dosud nutná kompletní optická laboratoř – pro venkovní použití či dokonce vesmírné aplikace zatím neexistovala vhodná zařízení. FBH již několik let pracuje na hybridně integrovaných, velmi odolných modulech diodových laserů, jejichž tvar je přibližně 50 x 25 x 15 mm³, což je asi 100krát menší než běžné laserové systémy. Moduly integrují polovodičové laserové čipy a mikroobjektivy. Splňují vysoké požadavky na spektrální stabilitu a čistotu – šířka linie pro optické atomové hodiny musí být snížena na méně než 1 Hz. Například FBH vyvinulo laserové moduly pro Bose-Einsteinovu kondenzaci a atomové interferometry s výstupními výkony 1 W. Úspěšně absolvovaly mechanické stresové testy do 20 gRMS a zrychleníové testy do 50 g.