L'Istituto Ferdinand-Braun presenta diverse nuove innovazioni a Laser Optics Berlin

Ferdinand-Braun-Institut presenta diverse novità a Laser Optics Berlin

I laser a semiconduttori si stanno affermando sempre di più in molte applicazioni laser per quanto riguarda affidabilità, miniaturizzazione, alte prestazioni ed elevata efficienza. Il punto di incontro e vetrina delle innovazioni del settore è Laser Optics Berlin, che si svolgerà dal 22 al 24 marzo 2010 sotto il funkturm. Il congresso parallelo rappresenta l'intensa integrazione tra scienza e applicazione nel settore dell'ottica laser. Presso il suo stand (Padiglione 18, stand 404) e anche al congresso, l'Istituto Ferdinand-Braun, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH), presenterà varie novità:

Sistemi laser compatti per display

Per la strada verso la televisione laser o verso display laser molto più piccoli per planetari e simulatori di volo, i ricercatori del FBH hanno fatto grandi progressi: il concetto di un sistema ibrido è stato dimostrato con successo a 488 nanometri (nm), una lunghezza d'onda consolidata per diverse applicazioni spettroscopiche ma anche per display. Mediante raddoppio di frequenza, la luce laser infrarossa a 976 nm viene convertita in luce blu attraverso un cristallo non lineare — la lunghezza d'onda si dimezza così a 488 nm. Finora, questo concetto richiedeva circa un metro quadrato di spazio di laboratorio, ora è stato miniaturizzato alla dimensione di una scatola di fiammiferi. Il modulo funziona in modo stabile in temperatura e lunghezza d'onda ed è un dimostratore che può essere trasferito con flessibilità a tutte le lunghezze d'onda necessarie.

Nella miniaturizzazione dell'apparato di laboratorio — il modulo misura circa 25x10x50 mm — la potenza in uscita di un watt viene mantenuta costante — l’esperto parla di potenza continua a basso rumore. Tali sistemi laser a diodi ibridi sono costituiti da diversi moduli, in cui la montatura di micro-ottiche di altissima precisione rappresenta una sfida particolare. Le lenti, grandi circa un pisello, devono essere regolate con una precisione migliore di un micrometro (µm). Ciò richiede una precisione eccezionale in ordini di grandezza "sottile", poiché 1 µm corrisponde circa a un cinquantesimo del diametro di un capello umano. Un secondo punto critico è la gestione termica dell'apparato. Il cristallo, necessario per il raddoppio di frequenza e quindi per la conversione del raggio laser in luce visibile, lavora a 50°C, mentre il laser stesso a temperatura ambiente. Entrambe le temperature devono essere rigorosamente separate: il laser non deve surriscaldarsi e la temperatura del cristallo deve essere regolata con precisione di 0,1°C, poiché anche piccole deviazioni porterebbero a perdite di potenza superiori al 50%.

Il passo successivo è la trasposizione del concetto su laser che emettono luce blu a 460 nm e verde a 530 nm — queste sono le lunghezze d'onda ottimali per la tecnologia display. I laser di pompa necessari per la costruzione, con lunghezze d'onda di 920 nm per il blu e 1060 nm per il verde, sono già stati sviluppati.

Pick-up di impulsi per impulsi di luce ultracorti

Un'altra novità dell'FBH è il pick-up di impulsi, un concetto innovativo che permette di "prelevare" singoli impulsi dalle sequenze di impulsi ad alta frequenza di un laser a impulsi brevi. Sistemi laser con pick-up di impulsi possono essere utilizzati, ad esempio, nella lavorazione dei materiali laser, nelle tecniche di indagine biomedica basate sulla spettroscopia di fluorescenza e nella misurazione della distanza laser. Con il pick-up di impulsi, è disponibile un modulo compatto basato esclusivamente sulla tecnologia a semiconduttori, in grado di fornire impulsi di luce ultracorti inferiori ai dieci picosecondi con frequenze di ripetizione quasi arbitrarie, da kilohertz a centinaia di megahertz. Il concetto utilizza sia un design su misura per la guida della luce, derivato dalla tecnologia dei laser a diodi ad alte prestazioni, sia componenti ad alta frequenza (HF) ottimizzati della elettronica a nitruro di gallio. Il pick-up di impulsi combina in modo ideale la tecnologia HF e l'elettronica con lo sviluppo di laser a diodi ad alte prestazioni, entrambi competenze chiave dell'Istituto Ferdinand-Braun.

Laser a diodi ad altissima efficienza con spettro estremamente stretto

L'FBH presenta anche a Laser Optics Berlin laser a diodi altamente efficienti e potenti. Sono stati sviluppati laser DFB a banda larga, i cui livelli di potenza ottica sono stati più che raddoppiati rispetto ai laser DFB più potenti disponibili finora. Per la prima volta al mondo, da una striscia laser larga 100 µm sono stati ottenuti livelli di potenza superiori a 10 watt in una regione spettrale molto più piccola di un nanometro. Questi laser possiedono anche un'elevata efficienza di conversione: la quota di energia elettrica convertita in luce raggiunge fino al 58%, appena sotto quella dei laser a diodi ad alte prestazioni convenzionali, che tuttavia hanno tipicamente una larghezza spettrale molto maggiore, tra 2 e 3 nm. I nuovi laser a diodi rappresentano un'opzione economica per sorgenti laser con alta potenza ottica e spettro stretto. Aprono possibilità di applicazione per nuovi sistemi laser ad alte prestazioni che utilizzano il multiplexing di lunghezza d'onda per migliorare la qualità del raggio — in questo modo, diverse lunghezze d'onda possono essere sovrapposte meglio su un punto tramite un elemento selettivo di lunghezza d'onda, rendendo i sistemi più potenti. Un'altra possibilità di applicazione sono i pompe laser estremamente efficienti con una linea spettrale stretta. I laser di pompa sono necessari come laser di eccitazione per laser a fibra e solidi, ad esempio, nell'industria dei materiali.

Immagine: Modulo laser compatto per la tecnologia display (C)FBH