Ferdinand-Braun-Institut bemutatja a lézerújdonságokat a Photonics West 2025-ön

Miniatürizált Mester-Oszcillátor-Erősítő (MOPA) közbeiktatott optikai elszigetelővel, CCP3 hűtőtestre szerelve. (Kép: FBH/P. Immerz) / Mester oszcillátor teljesítményerősítő (MOPA) közbeiktatott optikai elszigetelővel, CCP3 hűtőtestre szerelve. ©FBH/P. Immerz

Nagy teljesítményű diódalézer-modul - két ilyen stack modul van integrálva a Samba lézerfejbe. Ez a lézerfej folyamatos kimeneti teljesítménye 1 kW, és az additív gyártásban használják. (Kép: FBH/P. Immerz) / Nagy teljesítményű diódalézer almodul - Két ilyen stack modul van integrálva a Samba lézerfejbe, 1 kW CW kimeneti teljesítményt biztosítva, az additív gyártáshoz. ©FBH/P. Immerz

A Berlini Intézet egyedi diódalézert fejleszt az ipar, az orvostudomány és a kvantumtechnológiák számára – a chiptől a prototípusig. A Photonics West 2025-ön San Franciscóban (USA) bemutatja a Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) az új és továbbfejlesztett diódalézereket – a szakkiállításon a German Pavilionban és a kísérő konferenciákon.

A Photonics West 2025-ön San Franciscóban (USA) bemutatja a Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) az új és továbbfejlesztett diódalézereket. Az FBH mind a kiállításon (2025. január 28–30.), mind a kísérő konferenciákon (2025. január 25–30.) 18 tudományos előadással képviseli magát. A német pavilonban, a 4205-18 standnál az intézet teljes kínálatát mutatja be – a tervezéstől a chipfejlesztésen át a modulokig és prototípusokig. A továbbfejlesztett félvezetőalapú fényforrások mellett az intézet bemutatja az újszerű kvantumfény-modulokat, valamint a nagy teljesítményű „Samba” közvetlen diódalézerrendszert.

Egy meghívott előadásban az FBH egyik csapata a 785 nanométeres (nm) kéthullámhosszú diódalézerek Raman-spektroszkópiai vizsgálatairól számol be. Vizsgálták színezett és színtelen textíliákat, valamint fekete műanyagokat a Shifted Excitation Raman Difference Spectroscopy (SERDS) módszerrel. A módszer potenciálját a hulladékfeldolgozó iparban mutatja be. A vizsgált anyagokat egyértelműen azonosítani lehetett a SERDS segítségével – ez egy lépés a hatékony válogatás és újrahasznosítás felé.

A kiállítási tárgyak közé tartoznak:

Erőteljes monolitikus rácsstabilizált diódalézerek ipari gyártáshoz és lézerfúzióhoz

Az intézet chipszinten és az összeszerelési- és kötési technológiában elért fejlesztésekkel jelentős előrelépést ért el diódalézereinél. A kiindulási teljesítmény és hatékonyság növelhető ipari alkalmazásra alkalmas, monolitikus rácsstabilizált diódalézerek esetében, és új hullámhosszakat is elsőként tudnak biztosítani. Többek között az intézet a Trumpf ipari partnerével együtt rekordértékeket ért el az 880 nm-es diódalézerek esetében. Ezek maximális folyamatos kimeneti teljesítménye 26 watt, 1 nm spektrális szélességgel, rácsstabilizált (DBR) 885 nm-es egyedi középpontokkal, 200 mikrométeres csíkvastagsággal. Ezeket a lézereket a következő generációs ipari lézerekben, például Nd:YAG szilárdtest lézerek pumpálására tervezi az intézet. Ezek a diódalézerek alapot adnak a jövőbeli pulzáló alkalmazásokhoz is, amelyek extrém nagy teljesítményt igényelnek, például a lézerfúzió energiatermeléséhez használt pumpálólézerek, ahol az 870–885 nm-es rácsstabilizált lézerek fontos szerepet játszanak.

A „Samba” rendszer központi elemei a magas kimeneti teljesítményt adó diódalézer modulok, amelyek 780 nm-es hullámhosszon működnek. Két ilyen modul, amelyek egymás fölé rakott, egyenként 1,2 milliméteres (mm) nyílású egységek – úgynevezett stack-ek – kerülnek a kompakt „Samba” lézercsőbe. Ez lehetővé teszi a teljesítmény skálázását akár egy kilowatt folyamatos kimeneti teljesítményre, amely egy 1 mm átmérőjű precíziós lézersugárral éri el a munkadarabot. Ezt a közvetlen diódalézerrendszert ipari partnerek robotkarra integrálják, és az alumínium hatékony additív gyártására használják az ipari lézeres huzaltechnológiában. A 780 nm-es hullámhossznál a magasabb abszorpció miatt a fejlesztett FBH-diódalézerek akár négyszer hatékonyabbak, mint a hagyományos 1030 nm-es lézerek. Az eljárás első lépésben egy lézerhuzal-bevonatoló folyamatban mutatkozik be, ahol nagysebességű vonatok oldalát jelentősen csökkentett súllyal gyártják. A kompakt méret lehetővé teszi összetettebb alkatrészek gyártását is. Az új rendszer optikai szál nélkül működik, így kevésbé érzékeny a hibákra. A hullámhossz az anyagok abszorpciójához igazítható.

Kvantumfény modulok – Analitika, szenzorok és képalkotás szűkített fotonokkal

Az FBH kvantumfény modulokat fejleszt, amelyek szűkített fotonpárokon alapulnak, és sokféle alkalmazásra alkalmasak. A kiállításon az intézet bemutat egy miniaturizált szenzormodult. Ez a modul egy mobil rendszer kulcseleme, amely segítségével a jövőben mikroplasztikokat elsőként helyben, a vízben lehet elemezni. A mérések kizárólag a közeli-infravörös (NIR) tartományban történnek. Nincs szükség detektorokra vagy sugárforrásokra a középső infravörös (MIR) tartományban. Ezáltal csökkenthetők a költségek, mivel a NIR tartományban lévő detektorok és kamerák olcsóbbak, mint a MIR tartományban. A rendszer segítségével különleges műanyagokat még minimális koncentrációban és kis méretben is kimutathatunk.

A kvantumfény modulokhoz az FBH új típusú lézerdiódaokat integrál a legkisebb helyen, amelyek egy nemlineáris optikai kristályra irányított intenzív lézersugár segítségével szűkített fotonpárokat hoznak létre – mindkettő különböző hullámhosszú. A MIR hullámhosszú foton egy mintához kerül, majd visszakerül a szenzormodulba, míg a NIR hullámhosszú foton marad a modulban. A két foton információcseréje után csak a NIR fotonokat elemzik. Ez a módszer alkalmazható orvosi, mérési, mikroszkópos és környezeti analitikai területeken.

Master-oszcillátor teljesítményerősítő kiváló optikai tulajdonságokkal

A FBH kutatói kifejlesztettek egy miniaturizált master-oszcillátor teljesítményerősítőt (MOPA), amely több mint nyolc watt optikai teljesítményt nyújt folyamatos működés mellett, alacsony spektrális szélességgel (< 100 MHz) és magas sugárminőséggel (M² < 2). Ezt számos alkalmazásban lehet használni, az orvostól és mérési technikától a kvantumfizikáig. Mérete mindössze 25 x 25 mm², így kompakt és hordozható eszközökben is alkalmazható. A MOPA optikai visszacsatolás elleni védelmére egy miniaturizált optikai izolátort alkalmaztak. A MO belső, elosztott Bragg-reflektorral (DBR) színileg stabilizált, a PA-hoz trapezoidális erősítőt választottak. A kompakt CCP3 tartó könnyen beépíthető mérőrendszerekbe. Opcionálisan a MOPA zárt butterfly házba is integrálható. A hullámhossz rugalmasan állítható 620 és 1180 nm között.