Desde el chip láser hasta el sistema – Instituto Ferdinand-Braun en la Laser World of Photonics

Módulo de luz cuántica para tomografía de coherencia óptica (OCT) o mediciones de espectroscopía en el rango MIR mediante «fotones no detectados». © FBH/Schurian.com / Módulo de luz cuántica para tomografía de coherencia óptica (OCT) o mediciones de espectroscopía en el rango MIR con «fotones no detectados». © FBH/Schurian.com

Conductor de láser de nanosegundos de alta corriente con diodo láser de guía de ondas en cresta integrado para aplicaciones LiDAR. © FBH/P. Immerz

En la feria profesional de Múnich, el Instituto Ferdinand-Braun demuestra una vez más su amplia experiencia en el campo de los diodos láser, desde el diseño y desarrollo de chips hasta módulos listos para su uso y prototipos. Más de 20 ponencias en la conferencia acompañante CLEO Europe (23 - 27.06.2025) ofrecen una visión profunda de los resultados actuales en investigación y desarrollo.

Una vez más, el Instituto Ferdinand-Braun, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH), presenta su amplio espectro de capacidades en fotónica en la feria Laser World of Photonics en Múnich, del 24 al 27 de junio de 2025. En el stand conjunto de Berlín-Brandenburgo, hall A2.117, el FBH muestra chips de láser de semiconductores a medida, láseres de diodo y módulos para aplicaciones en el espacio, comunicaciones, tecnología médica, procesamiento de materiales y tecnologías cuánticas. El instituto berlinés presenta módulos innovadores de luz cuántica y LiDAR, así como el potente sistema de láser de diodo directo "Samba" para fabricación aditiva. También se presenta el uso de cerámica técnica impresa en 3D en sistemas compactos de sensores cuánticos, que se espera que se utilicen en el espacio en el futuro.

Componentes clave seleccionados para tecnologías cuánticas son presentados en paralelo en la feria World of Quantum, en el hall A1.240, en el stand de la fábrica de investigación de microelectrónica de Alemania (FMD).

Fuentes de luz cuántica – fotones entrelazados para medicina y ciencias de la vida

El Instituto Ferdinand-Braun ha desarrollado fuentes de luz cuántica que pueden ser utilizadas en medicina para el diagnóstico precoz del cáncer. Para la imagen hiperespectral, que examina muestras de tejido, el FBH utiliza láseres de diodo de alta potencia únicos que emiten a una longitud de onda de 720 nm. En un cristal no lineal, se generan pares de fotones entrelazados en infrarrojo medio y cercano (MIR y NIR), que se llevan a cabo para interferencia y se utilizan en la obtención de imágenes. A través del innovador método de "medición mediante fotones no detectados", la muestra se escanea con los fotones MIR, y la información de medición se obtiene mediante la detección de los fotones NIR. En esta técnica de imagen cuántica, se crea una imagen solo con los fotones que no interactúan con el objeto. Esto permite diagnósticos en el rango NIR, más económico, y no requiere fuentes de luz costosas ni sistemas de sensores con menor eficiencia en el rango MIR. Comparado con soluciones existentes, los sistemas desarrollados en el proyecto QEED, financiado por BMFTR, reducen significativamente los tiempos de medición, contribuyendo así a un diagnóstico rápido del cáncer.

Fuentes láser de nanosegundos pulsados de alta potencia para ToF-LiDAR

El FBH presenta láseres de diodo estabilizados en rejilla con múltiples zonas activas, diseñados para operación en pulsos de nanosegundos en sistemas LiDAR de Tiempo de Vuelo (ToF). Estos se utilizan, por ejemplo, para medición de distancia en el sector automotriz. Los láseres de guía de onda en cresta, diseñados para escaneo en el rango medio con altas potencias y buena calidad de haz lateral, entregan más de 20 W de potencia de salida y una relación de propagación del haz lateral M² de solo 3. Por otro lado, el FBH realiza láseres de diodo de banda ancha con hasta 200 µm de ancho de tira y hasta 420 W de potencia de pulso. Esto permite maximizar la potencia de salida para escaneo a gran distancia. Para aumentar el alcance del escaneo, se han desarrollado barras de láser con 48 emisores y 50 µm de ancho de tira, capaces de alcanzar una potencia de pulso superior a 2000 W. El láser puede integrarse en un sistema microintegrado en una carcasa butterfly sellable, junto con electrónica de control, microópticas y gestión térmica. Con un demostrador plug-and-play, es posible gestionar térmicamente y conectar eléctricamente los módulos butterfly mediante una interfaz gráfica controlada por PC. Para su funcionamiento, solo se requiere una fuente de alimentación de corriente continua.

Diodos láser de alta potencia para fusión láser, fabricación aditiva y transmisión de energía

Los diodos láser de alta potencia del FBH son componentes clave que hacen posibles diversas aplicaciones. Entre ellas, la generación de energía mediante fusión por inercia (IFE), la fabricación aditiva (AM) y la transmisión de energía por espacio, mediante radiación electromagnética dirigida. El potencial de estos componentes láser para aplicaciones futuras lo demuestra el instituto en tres ponencias en la feria CLEO Europe. Como ejemplo, el FBH presenta en su stand su sistema láser directo SAMBA con potencias de kilovatios para fabricación aditiva de aluminio. El prototipo ya está siendo sometido a pruebas exhaustivas por los socios del proyecto, Photon Laser Manufacturing y SKDK. Además, presenta resultados de la demostración de láseres de modo único para transmisión de energía espacial, desarrollados en colaboración con la Universidad de Glasgow. El coordinador del proyecto, TRUMPF, presenta el desarrollo de potentes láseres de bombeo para futuros sistemas IFE, para los cuales el FBH desarrollará y proporcionará barras láser de múltiples uniones estabilizadas en rejilla y de potencia en kilovatios.

Impresión 3D de cerámica para sensores cuánticos compactos y robustos

El FBH cuenta con una infraestructura potente para la impresión 3D de diversos materiales para aplicaciones exigentes. Un equipo del FBH informa sobre el uso pionero de cerámica técnica impresa en 3D basada en litografía (alúmina) en sistemas de sensores cuánticos compactos. La tecnología innovadora permite fabricar componentes complejos para sistemas miniaturizados con excelente estabilidad mecánica y peso reducido. Los ciclos de producción cortos facilitan el desarrollo ágil y la fabricación escalable. Se planea también funcionalizar mediante optimización topológica y metallización directa de superficies, así como imprimir en 3D otros materiales (zirconia, nitruro de aluminio). Con este método de impresión, se ha logrado una referencia de frecuencia óptica basada en espectroscopía láser de rubidio. Los componentes ópticos se colocaron mediante microintegración híbrida de alta precisión sobre los sustratos de cerámica impresos y posteriormente se ensamblaron en un sistema robusto completo. Este sistema es ideal para la estabilización láser en aplicaciones de tecnologías cuánticas. Además, se ha logrado reducir significativamente el volumen (7 ml) y peso (15 g) en comparación con montajes de laboratorio. Junto con los sistemas ópticos miniaturizados y ultrestables desarrollados en el instituto para la manipulación de átomos, este enfoque abre camino a sensores cuánticos robustos y portátiles.

Conocimiento único en tecnología y desarrollo de chips

El FBH es una de las principales instituciones de investigación a nivel internacional en diseño y fabricación de chips de láser de diodo basados en arseniuro de galio (GaAs). En dos ponencias, el instituto presenta resultados actuales en investigación en integración fotónica. Esto incluye una plataforma innovadora de circuitos fotónicos integrados (PIC) basada en GaAs, con amplificación en chip y guías de onda pasivas, planas y profundas. Esta plataforma sirve de base para láseres acoplados a resonadores en anillo, que emiten hasta 14 mW a una longitud de onda de aproximadamente 1050 nm. Además, el FBH presenta chiplets de amplificadores GaAs integrables de manera heterogénea mediante transferencia en plataformas pasivas de guías de onda de nitruro de silicio, con una longitud de onda de emisión de 890 nm. Estos resultados también se incorporarán en la línea piloto APECS, implementada por la Fábrica de Investigación de Microelectrónica de Alemania (FMD) en el marco del EU Chips Act. En el futuro, en el FBH se integrarán chiplets de láser y amplificadores basados en GaAs en plataformas pasivas de guías de onda de nitruro de silicio.