Výkonné mikromoduly a nová technologie mřížek u červených diodových laserů

Puls-Lasersystem_PLS_1000

Rot-emittierender_Diodenlaser

2-vlnové délky diodové lasery

FBH představuje na odborném veletrhu Laser World of Photonics různé zmenšené laserové zdroje paprsku a diodové lasery pro červený spektrální rozsah, které využívají inovativní mřížovou technologii pro výběr vlnové délky.

S kompaktními, hybridně integrovanými diodovými laserovými moduly umožňuje Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH), široké spektrum použití. Flexibilní „všestranné“ moduly lze přizpůsobit podle požadavků, od materiálové analýzy, senzoriky nebo zobrazovacích technologií až po zpracování materiálů.

Na míru šitý, flexibilní pikosekundový zdroj světelných impulsů PLS 1000

S PLS 1000 představuje FBH velmi účinný pulzní laserový zdroj, který je založen na vlastních optických a elektronických polovodičových komponentách. Laserový systém dodává ultrakrátké světelné impulzy menší než 10 pikosekund a nabízí volitelnou frekvenci následných impulsů od Hertzů až po megahertzy. Vrcholový výkon pulzů přesahuje 20 wattů. Díky těmto vlastnostem je kompaktní laserový systém ideální pro použití při zpracování materiálů – především ve spojení s vláknovými zesilovači –, pro biomedicínské vyšetření založené na fluorescenční spektroskopii a pro mobilní LIDAR systémy v blízkém rozsahu. Nový systém je vybaven polovodičovými komponenty pro vlnovou délku 1064 nanometrů (nm), ale lze jej flexibilně přenést na jiné vlnové délky. Skládá se z modulačního laseru s opakovací frekvencí přibližně 4 gigahertzy, inovativního konceptu pulzního výběru a zesilovače. Elektronické řízení, využívající vyvinuté Gallium Nitride tranzistory od FBH, činí systém ještě rychlejším. To zajišťuje stabilní a uživatelsky přívětivý provoz. PLS 1000 lze ovládat jak manuálně, tak počítačem a nabízí flexibilní výběr od jednotlivých impulsů po několik po sobě jdoucích impulsů (burst mode).

Nová mřížková technologie u červeně emitujících diodových laserů

Spektálně stabilizované diodové lasery v rozsahu vlnových délek 630 nm až 680 nm jsou velmi zajímavé pro materiálovou analýzu a délkovou měřicí techniku. Plynové lasery, jako helium-neon (HeNe) a kryptonové lasery, jsou dlouhodobě dostupné a v červeném spektrálním rozsahu již etablovaly řadu měřicích metod. Nově vyvinuté diodové lasery v tomto spektrálním rozsahu mohou tyto plynové lasery nahradit a umožnit kompaktnější měřicí zařízení. Paprsek těchto monolitických diodových laserů s integrovanou mřížkou pro stabilizaci vlnové délky lze flexibilně nastavit na určité vlnové délky a lze jej snadno modulovat podle výkonu a vlnové délky. Navíc lze očekávat výrazná zlepšení u zavedených měřicích metod a umožnit vznik nových. Klíčovým technologickým krokem bylo začlenění povrchových Braggových odrazových mřížek do červeně emitujících diodových laserů. Metoda, kterou již FBH používá pro blízké infračervené spektrum, využívá povrchové mřížky vyššího řádu a je založena na standardní litografii i-line-stepper a běžném reaktivním iontovém leptání při nízkých teplotách. Tím má FBH flexibilní proces pro realizaci spektrálně stabilizovaných červeně emitujících diodových laserů, který je vhodný i pro výrobu ve velkých sériích.

Použití této mřížkové technologie je například zaměřeno na nahrazení helium-neonových laserů diodovými lasery v laserové metrologii. Byly demonstrovány linie šířky pod 1 MHz při optickém výstupním výkonu 14 mW – což odpovídá koherenční délce přes 100 metrů, která je již dostačující pro mnoho aplikací.

Z mřížkové technologie těží také spektroskopické aplikace v sensorice, na kterých FBH pracuje již několik let. Pomocí Ramanovy spektroskopie lze přesně analyzovat mnoho látek. Pokud je vzorek ozářen monochromatickým laserovým světlem, je toto světlo různě rozptýleno v závislosti na látce. Tyto spektrálně posunuté signály jsou pro každou molekulu tak jedinečné jako otisk prstu. Ramanovy signály však často zakrývá signál fluorescenčního záření, který je řádově silnější. Zde přichází na řadu Shifted Excitation Raman Difference Spectroscopy (SERDS). Pokud vzorek ozáříme světlem o dvou těsně po sobě jdoucích vlnových délkách, dojde ke změně spektrální polohy Ramanových čar – signál fluorescenčního záření se téměř nemění. Jednoduchým odečtením obou Ramanových spekter lze oddělit Ramanovy signály od šumu. Tato funkce může být nyní s novou mřížkovou technologií implementována do jednoho laserového čipu. Vlnové délky jsou kolem 671 nm a jsou od sebe vzdáleny pouze 0,5 nm. Aplikace SERDS jsou vhodné tam, kde je přítomen velký šum, například u fluorescenčních vzorků. To se týká zejména biologických vzorků, jako je maso, ovoce, listy nebo lékařská diagnostika kůže.

Vystavovací stánek na „Laser World of Photonics“

Tato a další vývojové novinky představí Ferdinand-Braun-Institut na světovém veletrhu Laser World of Photonics, hala C1 stánek 312, od 13. do 16. května 2013 v Mnichově, stejně jako na přidružené odborné konferenci CLEO Europe.