Uitgebreide knowhow en volledige waardeketens, van technologische ontwikkeling tot het volledige systeem

Een selectie van actuele doorontwikkelingen en nieuwe ontwikkelingen bij diode lasers en UV-LED's (UV-lichtdiodes) presenteert het Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) op de vakbeurs "Laser World of Photonics" in München van 22 tot 25 juni 2015. Dankzij de volledige waardeketen in eigen huis ontsluit het FBH met op maat gemaakte diode lasers een overvloed aan verschillende toepassingen: van materiaalanalyse, sensoriek of displaytechnologie tot materiaalbewerking – afhankelijk van de eisen kunnen de flexibele "alleskenners" gericht worden geoptimaliseerd. Steeds vaker gaat het FBH de weg tot het eindproduct, waarmee de ontwikkelingen in de betreffende toepassing worden getest. Het FBH is met de Short Course "High Power and High Brightness Semiconductor Laser Diodes and Applications" en meerdere lezingen en posters ook vertegenwoordigd op de bijbehorende conferentie CLEO Europe.

Module voor plantverlichting met UV-B-LEDs

Het FBH ontwikkelt de LED-technologie in het UV-B- en UV-C- spectraal bereik van de chip tot het voltooide straler- module. De toepassingen variëren van medische diagnostiek en fluorescentiespectroscopie tot het uitharden van lakken en desinfectie. Een ander toepassingsgebied is plantverlichting, waarvoor het FBH een module heeft ontwikkeld en vervaardigd die bestraling met UV-B-licht van een specifieke golflengte mogelijk maakt. In dit geval worden LEDs bij golflengten rond 310 nm gebruikt om de productie van gezondheidsbevorderende secundaire plantstoffen in bepaalde gewassen te stimuleren. De verlichtingsintensiteit kan flexibel worden ingesteld tussen 0 en 100%. De nieuwe methode is succesvol getest in experimenten aan het Leibniz-Institut für Gemüse- und Zierpflanzenbau (IGZ e.V.). Een tentoonstellingsmodule is te zien op de stand.

Signalen scheiden: Twee-golflengte diode laser voor Raman-spectroscopie

Voor gebruik in geminiaturiseerde, draagbare lasersystemen voor toepassingen in Raman-spectroscopie heeft het FBH innovatieve diode lasers ontwikkeld. De lasers zenden afwisselend licht uit op slechts één chip op twee verschillende vaste golflengten. Deze worden via gratings, die in de halfgeleiderchip zijn geïntegreerd, vastgesteld en kunnen via afzonderlijk aanstuurbare secties in de laser worden geselecteerd. De innovatieve diode laserchip wordt gebruikt voor de SERDS-technologie (Shifted Excitation Raman Difference Spectroscopy), die metingen van Raman- spectra zelfs in sterk fluorescerende omgevingen en onder daglicht mogelijk maakt. Hiermee kunnen Raman-signalen worden geëxtraheerd van storende achtergrondsignalen. Bovendien kan met SERDS de detectiegrens meer dan een orde van grootte verbeteren ten opzichte van conventionele Raman-spectroscopie. Op basis van de rijstkorngrote, monolithische lichtbronnen op chipebene heeft het FBH nu een SERDS-geschikte, compacte meetkop gerealiseerd ter grootte van een laserpointer. Deze opto- module biedt voor het eerst de basis voor een geminiaturiseerd en veelzijdig inzetbaar SERDS-spectroscopiesysteem, dat in de toekomst voor veldmetingen in verschillende veiligheids- of gezondheidsgerelateerde gebieden van de biologie, geneeskunde, voedselcontrole en farmacie zal worden gebruikt. Ook toepassingen in absorptiespectroscopie en voor de generatie van terahertz-straling zijn mogelijk.

Eenvoudige systeemintegratie door optische vezelaansluiting – FaBriDi

Hoogwaardige laserstraling eenvoudig integreren in verschillende systemen en gemakkelijk toepassen, dat is het doel van nieuw ontwikkelde vezelkoppelde demonstratoren voor industrieel gebruik. Daarmee staan efficiënte en compacte laserlichtbronnen ter beschikking voor het nabij-infrarode spectraal bereik, die diffrentie-beperkte en spectraal smalbandige straling in multi-watt vermogen (continu bedrijf) uitzenden. Onder andere worden ze gebruikt voor het pompen van vaste-kerelasers en voor frequentievermenigvuldiging. Het micromodule integreert op een ondergrond van minder dan 10 cm2 een 1064 nm Distributed Bragg Reflector (DBR) trapezlazer, een met sub-micrometer nauwkeurigheid gemonteerd microsysteem en temperatuurstabilisatoren. Daarnaast is er een single-mode vezuitgang met een FC/APC-standaardstekker.

Meer helderheid en uitgangsvermogen bij diode lasers en barsten

Het instituut ontwikkelt hoogheldere diode lasers in diverse bouwvormen in het golflengtegebied van 630 nm tot 1180 nm. Zo bereiken enkele emitteren met een strookbreedte van 90 µm met 3,5 W/mm-mrad helderheid wereldtopwaarden. Bij nog smallere stroken konden uit 30 µm openingen zelfs 4…5 W/mm-mrad worden bereikt – ook dit is een wereldrecord. Voor het snel vervaardigen van proefonderdelen, het zogenaamde Rapid Prototyping, zijn DBR Ridge Waveguide (RW) arrays ontwikkeld die tot 24 individueel adresseerbare emitteren leveren met een golflengte-afstand > 0,3 nm bij een spectrale breedte van < 1 pm. Verdere activiteiten richten zich op het voortdurend optimaliseren van de efficiëntie, betrouwbaarheid en uitgangsvermogen van diode lasers en barsten. Dankzij een verder ontwikkeld verticaal ontwerp en een verbeterde opbouw leveren 940 nm laserbarsten bij temperaturen van -70°C (203 K) 2 kW piekvermogen per bar met een pulslengte van 200 µs. Voor dergelijke vermogens waren tot nu toe minimaal vier gestapelde individuele barsten nodig.