Ferdinand-Braun-Institut presenta le novità sui laser a Photonics West 2025

Amplificatore di potenza a oscillatore master miniaturizzato (MOPA) con isolatore ottico interposto, montato su dissipatore di calore CCP3. (Immagine: FBH/P. Immerz) / Master oscillator power amplifier (MOPA) con isolatore ottico interposto montato su dissipatore di calore CCP3. ©FBH/P. Immerz

Modulo laser a diodi ad alte prestazioni - Due di questi moduli impilati sono integrati nell'unità laser Samba. Questa unità laser fornisce una potenza di uscita continua di 1 kW ed è utilizzata nella produzione additiva. (Immagine: FBH/P. Immerz) / Sottounità laser a diodi ad alta potenza - Due di questi moduli impilati sono integrati nell'unità laser Samba, che fornisce una potenza di uscita continua di 1 kW, utilizzata per la produzione additiva. ©FBH/P. Immerz

Il Istituto di Berlino sviluppa laser a diodi su misura per l'uso nell'industria, nella medicina e nelle tecnologie quantistiche – dal chip al prototipo. Alla Photonics West 2025 a San Francisco (USA), l'Istituto Ferdinand-Braun, Istituto Leibniz per le alte frequenze (FBH), presenterà laser a diodi rinnovati e ulteriormente sviluppati – presso il padiglione tedesco e nelle conferenze correlate.

Alla Photonics West 2025 a San Francisco (USA), l'Istituto Ferdinand-Braun, Istituto Leibniz per le alte frequenze (FBH), presenterà laser a diodi rinnovati e ulteriormente sviluppati. Il FBH si presenterà sia alla fiera (dal 28 al 30 gennaio 2025) sia nelle conferenze correlate (dal 25 al 30 gennaio 2025) con 18 presentazioni scientifiche. allo stand 4205-18 nel Padiglione Tedesco, l'istituto mostrerà la sua gamma completa di prestazioni – dal design allo sviluppo del chip fino ai moduli e ai prototipi. Oltre a sorgenti luminose a semiconduttore ulteriormente sviluppate, il FBH presenterà moduli di luce quantistica innovativi e il potente sistema laser a diodi diretto "Samba".

In una conferenza invitata, un team del FBH riferirà su studi spettroscopici Raman condotti con i suoi laser a diodi a due lunghezze d'onda da 785 nanometri (nm). Sono stati analizzati tessuti colorati e non colorati, nonché plastiche nere, mediante la spettroscopia differenziale di Raman con eccitazione spostata (SERDS). La tecnica dimostra il suo potenziale per l'industria del riciclo. I materiali analizzati sono stati identificati in modo univoco tramite SERDS – un passo verso una classificazione e un riciclo più efficienti.

Tra le esposizioni:

Laser a diodi monolitici stabilizzati a reticolo ad alte prestazioni per la produzione industriale e la fusione laser

Grazie a miglioramenti a livello di chip e nelle tecniche di assemblaggio e connessione, il FBH ha ottenuto progressi significativi nei suoi laser a diodi. La potenza in uscita e l'efficienza di laser a diodi monolitici stabilizzati a reticolo, utilizzabili industrialmente, sono stati aumentati e sono state fornite per la prima volta nuove lunghezze d'onda. Tra le altre cose, l'istituto, in collaborazione con il partner industriale Trumpf, ha raggiunto valori record per laser a diodi intorno a 880 nm. Questi hanno raggiunto potenze di uscita massime di 26 watt in modalità continua, con una larghezza spettrale di 1 nm, da singoli emettitori stabilizzati a reticolo (DBR) a 885 nm con una larghezza di striscia di 200 micrometri. Si prevede che vengano impiegati come barre laser di nuova generazione in laser industriali per la pompa di laser a stato solido Nd:YAG. Questi laser a diodi costituiscono anche la base per future applicazioni pulsate che richiedono alte prestazioni. Tra queste, ci sono i laser di pompaggio per la produzione di energia tramite fusione laser, in cui laser stabilizzati a reticolo nell'intervallo 870 - 885 nm svolgono un ruolo importante.

Il cuore del sistema laser "Samba" presentato è costituito da moduli laser a diodi che emettono alte potenze a 780 nm. Due di questi moduli, composti da singoli emettitori impilati uno sopra l'altro con un'apertura di 1,2 millimetri (mm) – chiamati "stack" – sono integrati nella testa del laser compatta "Samba". Ciò consente di scalare la potenza fino a un kilowatt di uscita continua, che viene focalizzata in un raggio laser preciso di soli 1 mm di diametro sul pezzo da lavorare. Questo sistema laser a diodi diretto viene integrato da partner industriali su un braccio robotico e utilizzato per la produzione additiva efficiente di alluminio nel processo di saldatura laser a filo industriale. A causa dell'assorbimento superiore a 780 nm, i laser a diodi FBH sviluppati per questa applicazione sono fino a quattro volte più efficienti rispetto ai laser tradizionali a circa 1030 nm. Il processo viene dimostrato inizialmente tramite un processo di rivestimento con filo laser, in cui vengono prodotti i bordi laterali di treni ad alta velocità con un peso significativamente ridotto. Grazie alle dimensioni compatte, è possibile realizzare anche componenti complessi. Il sistema innovativo non utilizza fibra ottica ed è quindi meno soggetto a errori. La lunghezza d'onda può essere inoltre adattata alle assorbimenti desiderati del materiale.

Moduli di luce quantistica – Analisi, sensoristica e imaging con fotoni entangled

L'FBH sviluppa moduli di luce quantistica basati su coppie di fotoni entangled, che sono molto versatili. Alla fiera, l'istituto presenterà uno dei suoi moduli sensore miniaturizzati. Il modulo è un elemento chiave di un sistema mobile che, in futuro, analizzerà per la prima volta microplastiche direttamente in acqua. Le misurazioni avvengono esclusivamente nell'intervallo vicino infrarosso (NIR). Non sono necessari rilevatori né sorgenti di radiazioni nell'infrarosso medio (MIR). Ciò consente di ridurre i costi, poiché i rilevatori e le fotocamere nel campo NIR sono più economici rispetto a quelli nel MIR. Con questo sistema, è possibile rilevare anche plastiche in concentrazioni e dimensioni molto ridotte.

Per i suoi moduli di luce quantistica, l'FBH integra laser a diodi innovativi con altri elementi in uno spazio estremamente ridotto. Un intenso raggio laser colpisce un cristallo ottico non lineare, che provoca la divisione dei fotoni del raggio in coppie entangled, ciascuna con lunghezze d'onda diverse. Il fotone con lunghezza d'onda MIR viene indirizzato verso un campione e quindi reintrodotto nel modulo sensore. Il fotone con lunghezza d'onda NIR rimane nel modulo. Dopo lo scambio di informazioni tra i due fotoni, vengono analizzati solo i fotoni NIR. Questa tecnica è adatta per applicazioni in medicina, metrologia, microscopia e analisi ambientale.

Amplificatori di potenza a oscillatore master con eccellenti proprietà ottiche

Ricercatori dell'FBH hanno sviluppato un amplificatore di potenza a oscillatore master (MOPA) miniaturizzato, che fornisce una potenza ottica elevata di oltre otto watt in modalità continua, con una larghezza spettrale ridotta (< 100 MHz) e un'elevata qualità del fascio (M² < 2). Può essere impiegato in molteplici applicazioni, dalla medicina alla metrologia fino alla fisica quantistica. Grazie alle sue dimensioni compatte di soli 25 x 25 mm², permette di realizzare dispositivi compatti e mobili. Per proteggere il MOPA da feedback ottici, è dotato di un isolatore ottico miniaturizzato. Il MO è stabilizzato spettralmente da un riflettore a Bragg distribuito (DBR) interno, mentre per il PA è stato scelto un amplificatore trapezoidale. Il supporto CCP3 compatto può essere facilmente integrato in sistemi di misura e configurazioni di laboratorio. Facoltativamente, il MOPA può essere anche inserito in una custodia a farfalla chiusa. Le lunghezze d'onda sono regolabili in modo flessibile tra 620 e 1180 nm.