Precisione in miniatura: Nuovi moduli laser a diodo per l'analisi Raman e i sensori quantistici nello spazio

Laser a diodi a lunghezza d'onda

In occasione della fiera Laser Optics, l'Istituto Ferdinand-Braun, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH), presenta sotto il traliccio delle telecomunicazioni alcuni moduli laser selezionati. Questi verranno mostrati dal 18 al 20 marzo 2014 allo stand 405 nella Hall 12. Il FBH mostra, tra l'altro, un laser a diodi per la spettroscopia Raman, che emette alternativamente luce a due lunghezze d'onda diverse. In questo modo, il segnale Raman può essere misurato anche in presenza di forti disturbi luminosi, migliorando così il limite di rilevabilità rispetto alla spettroscopia Raman convenzionale. Inoltre, l'istituto presenta un modulo laser a diodi per il funzionamento di sensori quantistici, necessari ad esempio per misurazioni temporali di precisione. Questo soddisfa le elevate esigenze ottiche per il funzionamento in orologi atomici ed è circa 100 volte più piccolo rispetto ai sistemi laser tradizionali.

L'FBH è anche presente alla conferenza scientifico-tecnica parallela organizzata dalla Optical Society of America. Inoltre, le iniziative coordinate dall'istituto, "Advanced UV for Life" e "Berlin WideBaSe", sono presentate allo stand congiunto di Berlino-Brandenburg, Hall 14.1, Stand 202.

Laser a diodi a due lunghezze d'onda per sistemi portatili di analisi Raman

L'FBH presenta un innovativo laser a diodi per SERDS (Shifted Excitation Raman Difference Spectroscopy). Con questa tecnologia, molte sostanze possono essere analizzate con precisione. La particolarità del chip FBH è che emette alternativamente luce a due lunghezze d'onda diverse. Queste sono definite tramite sezioni controllabili separatamente nel laser e nel reticolo, implementati nel chip a semiconduttore. Ciò permette di misurare i segnali Raman estremamente deboli anche in presenza di forti disturbi luminosi – come luce diurna, illuminazione di ambienti o fluorescenza delle provette. Irradando una provetta con due lunghezze d'onda, le righe Raman seguono le lunghezze d'onda di eccitazione, mentre le fonti di disturbo non cambiano spettralmente. In questo modo, i segnali Raman possono essere distinti dai disturbi luminosi. Il limite di rilevabilità rispetto alla spettroscopia Raman convenzionale può essere così migliorato di oltre un ordine di grandezza.

Una potenziale applicazione del laser a diodi a due lunghezze d'onda sono sistemi di misura laser miniaturizzati e portatili per la spettroscopia Raman. Sono adatti per analizzare campioni biologici come carne, frutta o foglie e possono essere utilizzati anche per diagnosi mediche sulla pelle.

Moduli laser a diodi compatti e robusti per sensori quantistici nello spazio

I sensori quantistici basati su atomi raffreddati stanno acquisendo importanza per diverse applicazioni, come la misurazione del tempo di precisione, la navigazione o questioni di fisica fondamentale. Per far funzionare tali sensori quantistici, finora era necessario un laboratorio ottico completo – non esistono ancora dispositivi adatti per l'uso esterno o addirittura per applicazioni spaziali. Da diversi anni, l'FBH lavora su moduli laser a diodi ibridi integrati, molto robusti, il cui formato è di circa 50 x 25 x 15 mm³, circa 100 volte più piccoli rispetto ai sistemi laser tradizionali. I moduli integrano chip laser a semiconduttore e micro-lenti. Rispondono alle elevate esigenze di stabilità spettrale e purezza – la larghezza di linea per orologi atomici ottici deve essere ridotta a meno di 1 Hz. L'FBH ha sviluppato, tra l'altro, moduli laser per la condensazione di Bose-Einstein e per interferometria atomica con potenze di uscita di 1 W. Hanno superato con successo test meccanici fino a 20 gRMS e test di accelerazione fino a 50 g.