Moduli micro ad alte prestazioni e nuova tecnologia a reticolo nei laser a diodi rossi

Sistema laser pulsato_PLS_1000

Laser a diodi a emissione rossa

Laser a doppia lunghezza d'onda

Il FBH presenta alla fiera specializzata Laser World of Photonics diverse sorgenti di laser miniaturizzate e laser a diodi per la regione spettrale rossa, che utilizzano una tecnologia a reticolo innovativa per la selezione della lunghezza d'onda.

Con moduli laser a diodi compatti, integrati in modo ibrido, l'Istituto Ferdinand-Braun, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH), apre a molteplici applicazioni. I "tuttofare" flessibili possono essere ottimizzati a seconda delle esigenze, dalla analisi dei materiali, sensoristica o tecnologia display fino alla lavorazione dei materiali.

Sorgente di impulsi luminosi picosecondi su misura e flessibile PLS 1000

Con la PLS 1000, il FBH presenta una sorgente laser a impulsi molto efficiente, basata su componenti ottici ed elettronici a semiconduttore sviluppati internamente. Il sistema laser fornisce impulsi di luce ultracorti inferiori a 10 picosecondi e offre frequenze di ripetizione selezionabili da Hertz fino a megahertz. La potenza di picco degli impulsi supera i 20 watt. Grazie a queste caratteristiche, il sistema laser compatto è ideale per applicazioni nella lavorazione dei materiali – soprattutto in combinazione con fibre rinforzate –, per indagini biomediche basate sulla spettroscopia di fluorescenza e per sistemi LIDAR mobili per il vicino campo. Il sistema innovativo è dotato di componenti a semiconduttore per la lunghezza d'onda di 1064 nanometri (nm), ma può essere facilmente adattato ad altre lunghezze d'onda. È composto da un laser accoppiato in modo modulare con una frequenza di ripetizione di circa 4 gigahertz, da un concetto innovativo di selettore di impulsi e da un amplificatore. Un controllo elettronico, che utilizza i transistor a nitruro di gallio sviluppati dal FBH, rende il sistema ancora più veloce. Ciò garantisce un funzionamento stabile e user-friendly. La PLS 1000 può essere controllata sia manualmente che tramite computer e seleziona in modo flessibile tra singolo impulso e più impulsi consecutivi (modalità burst).

Nuova tecnologia a reticolo nei laser a diodi emettitori rossi

Laser a diodi stabilizzati spettralmente nell'intervallo di lunghezze d'onda da 630 nm a 680 nm sono di grande interesse per l'analisi dei materiali e la metrologia delle lunghezze. I laser a gas come Helium-Neon (HeNe) e Krypton sono disponibili da molti anni e hanno già stabilito numerosi metodi di misura nel campo rosso dello spettro. Nuovi laser a diodi sviluppati in questa regione spettrale possono sostituire tali laser a gas e permettere apparecchiature di misura più compatte. La radiazione di questi laser a diodi monolitici, dotati di reticolo integrato per la stabilizzazione della lunghezza d'onda, può essere regolata in modo flessibile su lunghezze d'onda specifiche e modulata facilmente in termini di potenza e lunghezza d'onda. Inoltre, si prevedono miglioramenti significativi nei metodi di misura consolidati e la possibilità di svilupparne di nuovi. Il passo tecnologico decisivo è stato integrare i riflettori a Bragg di superficie nei laser a diodi rossi. La tecnologia già consolidata al FBH per il campo spettrale vicino-infrarosso utilizza reticoli di superficie di ordine superiore e si basa sulla litografia standard i-Line e sull'etching reattivo di ioni tradizionale a basse temperature. Ciò consente al FBH di disporre di un processo flessibile per la realizzazione di laser a diodi rossi stabilizzati spettralmente, adatto anche alla produzione di grandi quantità.

Le applicazioni di questa tecnologia a reticolo mirano, tra l'altro, a sostituire i laser HeNe nella metrologia laser. Sono stati dimostrati spettri di linee con larghezza inferiore a 1 MHz a una potenza ottica di 14 mW – corrispondente a una lunghezza di coerenza di oltre 100 metri, già sufficiente per molte applicazioni.

La tecnologia a reticolo beneficia anche di applicazioni spettroscopiche in sensoristica, su cui il FBH lavora da diversi anni. La spettroscopia Raman permette di analizzare con precisione molte sostanze. Quando si irradia un campione con luce laser monocromatica, questa viene diffusa in modo diverso a seconda della sostanza. Queste firme spettrali spostate sono uniche per ogni molecola, come un'impronta digitale. Tuttavia, i segnali Raman sono spesso coperti da un segnale di fluorescenza molto più forte di diversi ordini di grandezza. Qui la Shifted Excitation Raman Difference Spectroscopy (SERDS) offre una soluzione. Se si eccita il campione con luce a due lunghezze d'onda vicine, la posizione spettrale delle linee Raman cambia – mentre il segnale di fluorescenza varia poco. La semplice sottrazione di due spettri Raman separa i segnali Raman dal rumore. Questa funzionalità può ora essere implementata in un singolo chip laser grazie alla nuova tecnologia a reticolo. Le lunghezze d'onda sono di circa 671 nm e sono separate di soli 0,5 nm. Le applicazioni di SERDS sono particolarmente utili in presenza di molto rumore, come fluorescenza, ad esempio per campioni biologici come carne, frutta, foglie o anche per diagnosi mediche della pelle.

Stand espositivo alla "Laser World of Photonics"

Questi e altri sviluppi saranno presentati dal Ferdinand-Braun-Institut alla fiera mondiale Laser World of Photonics, Hall C1 Stand 312, dal 13 al 16 maggio 2013 a Monaco di Baviera, nonché alla conferenza specialistica collegata CLEO Europe.