Une expertise complète et une création de valeur intégrale, du développement technologique jusqu'au système complet

Une sélection des développements actuels en matière de lasers à diodes et de diodes électroluminescentes UV (LEDs) présente l'Institut Ferdinand-Braun, Institut Leibniz pour la technique des hautes fréquences (FBH), lors du salon professionnel « Laser World of Photonics » à Munich du 22 au 25 juin 2015. Grâce à la chaîne de valeur intégrée dans ses propres locaux, le FBH exploite, avec des lasers à diodes sur mesure, une multitude d'applications diverses : de l'analyse des matériaux, la détection ou la technologie d'affichage à la fabrication de matériaux — en fonction des exigences, les « tout-en-un » flexibles peuvent être ciblés et optimisés. Le FBH va de plus en plus jusqu'à la fabrication de l'appareil final, avec lequel les développements dans chaque application sont testés. Le FBH est également représenté lors de la conférence accompagnant, CLEO Europe, avec le cours court « Diodes laser à haute puissance et haute luminance et leurs applications » ainsi que plusieurs conférences et posters.

Module d’éclairage des plantes avec LEDs UV-B

Le FBH développe la technologie LED dans le spectre UV-B et UV-C, du puce au module de rayonnement fini. Les applications vont du diagnostic médical et la spectroscopie par fluorescence à la durcissement des laques et la désinfection. Un autre domaine d’utilisation est l’éclairage des plantes, pour lequel le FBH a développé et fabriqué un module permettant l’irradiation avec une lumière UV-B à longueur d’onde spécifique. Dans ce cas, des LEDs à une longueur d’onde d’environ 310 nm sont utilisées pour stimuler la production de composés secondaires bénéfiques pour la santé dans certaines plantes. L’intensité lumineuse peut être ajustée de manière flexible entre 0 et 100 %. La nouvelle méthode a été testée avec succès dans des expériences menées à l’Institut Leibniz pour la culture de légumes et de plantes ornementales (IGZ e.V.). Un module d’exposition est visible sur le stand d’exposition.

Segmentation des signaux : Lasers à diodes à deux longueurs d’onde pour la spectroscopie Raman

Pour une utilisation dans des systèmes de mesure laser miniaturisés et portables pour la spectroscopie Raman, le FBH a développé de nouveaux lasers à diodes. Ces lasers émettent alternativement, sur une seule puce, de la lumière à deux longueurs d’onde fixes différentes. Ces longueurs d’onde sont définies par des réseaux intégrés dans la puce semi-conductrice et peuvent être sélectionnées via des sections contrôlables séparément dans le laser. La puce laser innovante est utilisée pour la technologie SERDS (Shifted Excitation Raman Difference Spectroscopy), qui permet de mesurer des spectres Raman même dans des environnements fortement fluorescents et sous lumière du jour. Cela permet d’extraire les signaux Raman des signaux de fond perturbateurs. De plus, avec SERDS, la limite de détection peut être améliorée d’un ordre de grandeur par rapport à la spectroscopie Raman conventionnelle. Sur la base de sources lumineuses monolithiques de la taille d’un grain de riz, le FBH a réalisé une tête de mesure compacte compatible SERDS, de la taille d’un pointeur laser. Cette optode offre pour la première fois la base d’un système de spectroscopie SERDS miniaturisé et polyvalent, qui pourra être utilisé à l’avenir pour des mesures sur site dans divers domaines liés à la sécurité ou à la santé, tels que la biologie, la médecine, le contrôle alimentaire et la pharmacie. Des applications en spectroscopie d’absorption et pour la génération de rayonnement terahertz sont également envisageables.

Intégration simple du système via connexion par fibre optique – FaBriDi

Pour intégrer facilement un rayonnement laser à haute luminance dans différents systèmes et en faciliter l’utilisation, de nouveaux démonstrateurs couplés par fibre pour l’industrie ont été développés. Ils offrent des sources de lumière laser efficaces et compactes pour le spectre proche infrarouge, émettant un rayonnement limité par diffraction et à bande spectrale étroite dans la plage de puissance multi-watt (mode continu). Parmi leurs utilisations, on trouve le pompage de lasers à solide et la doubling de fréquence. Le micromodule intègre sur une surface inférieure à 10 cm² un laser en trapèze à réflecteur à diffraction distribuée (DBR) à 1064 nm, un système optique micro-monté avec précision inférieure à la micron et des composants stabilisateurs de température. Un faisceau en mode unique avec une connectique FC/APC standard complète l’ensemble.

Plus de brillance et de puissance de sortie pour les lasers à diodes et les barres

L’institut développe des lasers à diodes à haute luminance dans diverses configurations, dans la gamme de longueurs d’onde de 630 nm à 1180 nm. Ainsi, des émetteurs individuels avec une largeur de bande de 90 µm atteignent une luminance de 3,5 W/mm-mrad, atteignant des valeurs de pointe mondiales. Avec des bandes encore plus étroites, il a été possible d’obtenir jusqu’à 4…5 W/mm-mrad à partir d’apertures de 30 µm — également un record mondial. Pour la fabrication rapide de prototypes, appelés Rapid Prototyping, des matrices de guides d’ondes à crête (RW) à DBR ont été développées, pouvant fournir jusqu’à 24 émetteurs adressables individuellement avec un espacement de longueur d’onde supérieur à 0,3 nm et une largeur spectrale inférieure à 1 pm. D’autres activités visent à optimiser en permanence l’efficacité, la fiabilité et la puissance de sortie des lasers à diodes et des barres. Grâce à une conception verticale améliorée et à une structure optimisée, les barres laser à 940 nm fournissent à -70°C (203 K) une puissance de pointe de 2 kW par barre, avec une durée d’impulsion de 200 µs. Pour de telles performances, il fallait auparavant au moins quatre barres individuelles empilées.