Extreem veelzijdig – FBH biedt op maat gemaakte diode lasers van chip tot systeem

Een selectie van actuele doorontwikkelingen en nieuwe ontwikkelingen op het gebied van diode lasers en UV-LEDs (ultraviolet-LEDs) presenteert het Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH), op de vakbeurs 'Laser World of Photonics' in München van 26 tot 29 juni 2017. Het instituut biedt de volledige waardeketen in eigen huis: van ontwerp via chips tot modules – en steeds meer tot het uiteindelijke apparaat. Op de stand zijn onder andere een unieke computergestuurde picoseconde-lichtbron te zien, die zeer precieze pulsen in het pico- en nanosecondenbereik levert, en een pumpmodule met kW-uitgangsvermogens uit de vezel. De toepassingen van de FBH-lichtbronnen zijn veelzijdig en variëren van medische technologie, precisie-meettechniek en sensoriek tot materiaalkunde. Daarnaast presenteert het FBH een demonstrator met UV-C-LEDs voor waterdesinfectie. De LEDs zijn ontwikkeld in het kader van het door het FBH geleide consortium 'Advanced UV for Life', dat eveneens op de stand wordt gepresenteerd.

Flexibele All-in-One-Pulslichtbron PLS 1030

Met zijn PLS-reeks biedt het FBH unieke laserstraalbronnen die zeer precieze pulsen in het pico- en nanosecondenbereik met nanojoule-energie leveren. Pulsenergie, -duur, en -afstand evenals herhaalfrequenties kunnen flexibel worden aangepast. Het lasersysteem biedt vrij instelbare volgfrequenties van Hertz- tot in de megahertz-range en pulsspitzenvermogens tot 50 watt. De bronnen gebruiken op maat gemaakte diode lasers voor de impulsproductie in combinatie met geoptimaliseerde RF-componenten voor de aansturing – beide zijn kerncompetenties van het instituut. Het all-in-one-systeem kan computergestuurd in meerdere pulsmodi worden geschakeld en eenvoudig worden geïntegreerd in diverse lasersystemen. Het straalt bij een golflengte van 1030 nm uit, maar kan gemakkelijk worden overgezet op andere golflengten. Daarmee is het geschikt voor toepassingen zoals materiaalkunde, biomedisch onderzoek en mobiele LIDAR-systemen. PLS 1030 is gezamenlijk ontwikkeld door laser- en schakelingsexperts en ingenieurs van het interne ontwikkelingscentrum, dat industrietrouwe en gebruiksvriendelijke prototypes ontwikkelt. Hierdoor krijgen bedrijven gemakkelijker toegang tot resultaten op het hoogste onderzoeksniveau.

Efficiënte diode lasers voor toepassingen met vermogens in het kilowattbereik

Het instituut ontwikkelt hoogheldere diode lasers in diverse bouwvormen in het golflengtegebied van 630 nm tot 1180 nm. De activiteiten van het FBH richten zich op het voortdurend verbeteren van de efficiëntie, betrouwbaarheid en uitgangsvermogen van diode lasers en barres. Recentelijk hebben laserbarres met een resonator van 6 mm lang en een opening van 10 mm een uitgangsvermogen van 1 kW bereikt. Hun conversie-efficiëntie lag daarbij op uitstekende 63% – gedetailleerde resultaten worden gepresenteerd op de CLEO. Het voordeel van barres met zulke lange kavitatie ligt in de ultralaag thermische en elektrische weerstanden; ze zijn daarom ideaal voor continu bedrijf in het kilowattbereik. Dergelijke bronnen zijn vooral aantrekkelijk voor industriële en wetenschappelijke high-power toepassingen zoals materiaalkunde. Daar worden ze gebruikt als pumpbronnen voor vaste-stof- en vezel-lasers of worden ze direct ingezet.

Innovaties van het FBH op het gebied van chipontwerp en technologie, evenals in montage- en moduleontwerp, maken tegelijkertijd vooruitgang mogelijk bij het pumpen van vaste-stofsystemen. Daartoe zijn nieuwe chips met een zeer brede opening van 1,2 mm geïntegreerd in innovatieve zijgekoelde stacks. Ze zijn bijzonder geschikt voor pulsbewerking met een groter duty cycle van 20%. De individuele stralen van de emitter worden in stacks gecombineerd tot een straalbundel met hoge energiedichtheid en in een vezel gekoppeld. Daarmee is voor het eerst een pumplasersysteem beschikbaar dat een hoog vermogen, goede efficiëntie en een lang duty cycle biedt. Nieuwste high-energy-klasse vaste-stoflasers kunnen hiermee efficiënt optisch worden gepompt. Een pumplasermodule met 6 kW piekvermogen en een elektro-optisch rendement van 50% presenteert het FBH op zijn beursstand.

Uitgangsvermogen van hoogheldere trapezlasers verder verhoogd

Trapezlasers leveren hoge optische uitgangsvermogens bij zeer goede stralingskwaliteit. Het FBH is erin geslaagd om het uitgangsvermogen verder te verhogen. In plaats van tot nu toe 8 W diffractiebegrensde kracht in het spectrale bereik van 980 nm tot 1120 nm, leveren de nieuw ontwikkelde 1030 nm trapezlasers nu tot 10,3 W diffractiebegrensd uitgangsvermogen. Dit komt overeen met 76% van de uitgezonden lichtkracht. Dit is mogelijk gemaakt door verdere optimalisatie van de laterale ruimtemodenfiltering en het interne golflengte-selectieve rooster. Laatstgenoemden zorgen voor een spectrale breedte van de laseremissie van ongeveer 22 pm over het gehele vermogensbereik. Hierdoor is dit type diode laser ook geschikt voor veeleisende toepassingen zoals niet-lineaire frequentieconversie.