L'Institut Ferdinand-Braun présente les nouveautés laser à Photonics West 2025

Amplificateur de puissance à oscillateur maître miniaturisé (MOPA) avec isolateur optique intercalé, monté sur un dissipateur thermique CCP3. (Image : FBH/P. Immerz) / Amplificateur de puissance à oscillateur maître (MOPA) avec isolateur optique intercalé monté sur un dissipateur thermique CCP3. ©FBH/P. Immerz

Module de diode laser haute puissance - Deux de ces modules empilés sont intégrés dans la tête laser Samba. Cette tête laser fournit une puissance de sortie en continu de 1 kW et est utilisée dans la fabrication additive. (Image : FBH/P. Immerz) / Sous-module de diode laser haute puissance - Deux de ces modules empilés sont intégrés dans la tête laser Samba, fournissant une puissance de sortie en continu de 1 kW, utilisée pour la fabrication additive. ©FBH/P. Immerz

L'institut berlinois développe des diodes laser sur mesure pour une utilisation dans l'industrie, la médecine et les technologies quantiques – du chip au prototype. Lors de la Photonics West 2025 à San Francisco (États-Unis), l'Institut Ferdinand-Braun, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH), présentera des diodes laser neuves et améliorées – lors du salon dans le Pavillon allemand et lors des conférences associées.

Lors de la Photonics West 2025 à San Francisco (États-Unis), l'Institut Ferdinand-Braun, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH), présentera des diodes laser neuves et améliorées. Le FBH se présente à la fois sur le salon (du 28 au 30 janvier 2025) et lors des conférences accompagnantes (du 25 au 30 janvier 2025) avec 18 présentations scientifiques. Sur le stand 4205-18 dans le Pavillon allemand, l'institut montrera toute sa gamme de performances – de la conception au développement de puces, en passant par les modules et prototypes. En plus de sources lumineuses à base de semi-conducteurs améliorées, le FBH présentera de nouveaux modules de lumière quantique ainsi que le puissant système laser à diodes directes « Samba ».

Lors d'une conférence invitée, une équipe du FBH rapportera des investigations spectroscopiques Raman avec ses diodes laser à deux longueurs d'onde de 785 nanomètres (nm). Les textiles colorés et non colorés ainsi que les plastiques noirs ont été étudiés à l'aide de la Spectroscopie Raman par différence d'excitation décalée (SERDS). La méthode montre son potentiel pour l'industrie du recyclage. Les matériaux étudiés ont pu être identifiés de manière claire grâce à la SERDS – une étape vers un tri et une valorisation efficaces.

Parmi les expositions :

Lasers à diodes monolithiquement stabilisés par réseau pour la fabrication industrielle et la fusion laser

Grâce à des améliorations au niveau de la puce et de la technique d'assemblage, le FBH a réalisé des progrès significatifs dans ses lasers à diodes. La puissance de sortie et l'efficacité des lasers à diodes monolithiquement stabilisés par réseau utilisables industriellement ont été augmentées, et de nouvelles longueurs d'onde ont été mises à disposition pour la première fois. Parmi d'autres, l'institut a obtenu en coopération avec le partenaire industriel Trumpf des valeurs record pour des lasers à diodes autour de 880 nm. Ces lasers ont atteint des puissances de sortie en continu maximales de 26 watts avec une largeur spectrale de 1 nm, à partir de diodes à réseau stabilisé (DBR) à 885 nm avec une largeur de bande de 200 micromètres. Ils sont destinés à être rapidement utilisés comme barres laser de prochaine génération dans des lasers industriels pour l'excitation de lasers à solide Nd:YAG. Ces lasers à diodes posent également les bases pour des applications pulsées futures nécessitant des performances extrêmes, telles que les lasers de pompage pour la génération d'énergie par fusion laser, où les lasers stabilisés par réseau dans la gamme 870 - 885 nm jouent un rôle important.

Le cœur du système laser « Samba » présenté est constitué de modules laser à diodes émettant de hautes puissances à 780 nm. Deux de ces modules, composés de piles empilées de sources individuelles de 1,2 millimètres (mm) d'ouverture – appelées stacks – sont intégrés dans la tête de laser compacte « Samba ». Cela permet de faire évoluer la puissance jusqu'à un kilowatt en sortie continue, concentrée dans un faisceau laser précis d'un diamètre de seulement 1 mm sur la pièce à usiner. Ce système laser à diodes directes est intégré par des partenaires industriels sur un bras robotisé et utilisé pour la fabrication additive efficace d'aluminium dans le traitement laser par fil industriel. En raison de l'absorption plus élevée à 780 nm, les lasers à diodes FBH développés pour cette application sont jusqu'à quatre fois plus efficaces pour le traitement que ceux utilisés traditionnellement à 1030 nm. La première étape de la démonstration de cette méthode est un processus de revêtement par fil laser, permettant de produire des parois latérales de trains à grande vitesse avec un poids nettement réduit. Grâce à sa taille compacte, il permet également de fabriquer des pièces complexes. Ce système innovant ne nécessite pas de fibre optique et est donc moins sensible aux erreurs. La longueur d'onde peut également être adaptée à l'absorption souhaitée du matériau.

Modules de lumière quantique – Analyse, détection et imagerie avec des photons intriqués

Le FBH développe des modules de lumière quantique basés sur des paires de photons intriqués, qui ont de multiples applications. Lors du salon, l'institut présentera l'un de ses modules de capteur miniaturisés. Ce module est un élément clé d'un système mobile destiné à analyser pour la première fois la microplastique sur place dans les eaux. Les mesures se déroulent exclusivement dans le proche infrarouge (NIR). Ni détecteurs ni sources de rayonnement dans l'infrarouge moyen (MIR) ne sont nécessaires. Cela permet de réduire les coûts, car les détecteurs et caméras dans le domaine du NIR sont moins chers que dans celui du MIR. Avec ce système, il est possible de détecter des plastiques spécifiques même à très faibles concentrations et tailles.

Pour ses modules de lumière quantique, le FBH intègre de nouvelles diodes laser avec d'autres éléments dans un espace très réduit. Un faisceau laser intense frappe un cristal optique non linéaire, qui provoque la conversion des photons du faisceau en paires de photons intriqués – chacun ayant une longueur d'onde différente. Le photon à longueur d'onde MIR est dirigé vers un échantillon et revient dans le module de capteur. Le photon à longueur d'onde NIR reste dans le module. Après l'échange d'informations entre les deux photons, seuls les photons NIR sont analysés. Cette méthode est adaptée aux applications en médecine, métrologie, microscopie et analyse environnementale.

Oscillateur maître-amplificateur à haute performance avec d'excellentes propriétés optiques

Des chercheurs du FBH ont développé un oscillateur maître-amplificateur (MOPA) miniaturisé, délivrant une haute puissance optique de plus de huit watts en mode continu, avec une largeur spectrale faible (< 100 MHz) et une excellente qualité de faisceau (M² < 2). Il peut être utilisé dans diverses applications, de la médecine et la métrologie à la physique quantique. Grâce à ses dimensions réduites de seulement 25 x 25 mm², il permet la fabrication d'appareils compacts et mobiles. Pour protéger le MOPA contre les rétroactions optiques, il est équipé d’un isolateur optique miniaturisé. Le MO est stabilisé spectralement par un réflecteur à réseau distribué (DBR) interne, et un amplificateur en trapèze a été choisi pour l’amplificateur de puissance (PA). La fixation compacte CCP3 peut être facilement intégrée dans des systèmes et montages de mesure. En option, le MOPA peut également être intégré dans un boîtier Butterfly fermé. Les longueurs d'onde sont modulables dans la plage de 620 à 1180 nm.