Ferdinand-Braun-Institut prezentuje kilka nowości na Laser Optics Berlin

Ferdinand-Braun-Institut prezentuje kilka nowych rozwiązań na Laser Optics Berlin

Laser półprzewodnikowe zdobywają coraz większą popularność w zastosowaniach laserowych ze względu na niezawodność, miniaturyzację, wysoką moc i wysoką wydajność. Miejsce spotkań branżowych i prezentacji osiągnięć to Laser Optics Berlin, które odbędzie się w dniach od 22 do 24 marca 2010 roku pod Wieżą Radiową. Towarzyszący kongres stanowi przykład ścisłego powiązania nauki z praktyką w branży laserów optycznych. Na swoim stoisku wystawowym (Hala 18, stoisko 404) oraz podczas kongresu Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH), zaprezentuje różne nowości:

Kompleksowe systemy laserowe do wyświetlaczy

Na drodze do telewizji laserowej lub do znacznie mniejszych wyświetlaczy laserowych dla planetariów i symulatorów lotów naukowcy z FBH osiągnęli duży postęp: Koncepcja budowy hybrydowego systemu została pomyślnie zademonstrowana przy długości fali 488 nanometrów (nm), która jest ustalonym standardem dla różnych zastosowań spektroskopowych, a także dla wyświetlaczy. Za pomocą podwajania częstotliwości, światło laserowe w paśmie podczerwieni przy 976 nm jest przekształcane w światło niebieskie za pomocą nieliniowego kryształu – długość fali jest w ten sposób dzielona na pół, do 488 nm. Dotychczas ten koncept wymagał około metra kwadratowego przestrzeni laboratoryjnej, teraz został zminiaturyzowany do rozmiarów pudełka na zapałki. Moduł działa stabilnie pod względem temperatury i długości fali i jest demonstratorem, który można elastycznie dostosować do wszystkich potrzebnych długości fal.

Podczas miniaturyzacji układu laboratoryjnego – moduł ma zaledwie około 25x10x50 mm – moc wyjściowa utrzymywana jest na poziomie jednego wata – ekspert mówi o stabilnej, niskoszumowej mocy ciągłej. Takie hybrydowe systemy laserów diodowych składają się z różnych modułów, przy czym precyzyjne montaż mikrooptyki stanowi szczególne wyzwanie. Soczewki wielkości ziarenka grochu muszą być ustawione z dokładnością lepszą niż jeden mikrometr (µm). Wymaga to niezwykłej precyzji w rozmiarach rzędu „włosów”, ponieważ 1 µm to mniej więcej jedna pięćdziesiąta średnicy ludzkiego włosa. Kolejnym krytycznym aspektem jest zarządzanie termiczne układu. Kryształ, który jest potrzebny do podwajania częstotliwości i tym samym do konwersji wiązki laserowej na światło widzialne, pracuje w temperaturze 50°C, podczas gdy laser w temperaturze pokojowej. Obie temperatury muszą być ściśle odseparowane: laser nie może się przegrzewać, a temperatura kryształu musi być ustawiona z dokładnością do 0,1°C, ponieważ nawet najmniejsze odchylenia mogą prowadzić do spadku mocy o ponad 50%.

W kolejnym kroku planowane jest przeniesienie tego konceptu na lasery emitujące niebieskie światło przy długości fali 460 nm oraz zielone światło przy 530 nm – są to optymalne długości fal dla technologii wyświetlaczy. Pompki laserowe potrzebne do tego układu, o długościach fali 920 nm dla niebieskich i 1060 nm dla zielonych laserów, zostały już opracowane.

Pulskicker do ultrakrótkich impulsów świetlnych

Kolejnym nowym rozwiązaniem z FBH jest Pulskicker, innowacyjny koncept, w którym można „wybierać” pojedyncze impulsy z wysokoczęstotliwościowych serii impulsów z lasera krótkoimpulsowego. Systemy laserowe z Pulskickerem mogą być wykorzystywane na przykład w obróbce materiałów laserowych, w technikach badań biomedycznych opartych na spektroskopii fluorescencji oraz w pomiarach odległości laserowej. Pulskicker to kompaktowy moduł oparty wyłącznie na technologii półprzewodnikowej, który może generować ultrakrótkie impulsy światła krótsze niż dziesięć pikosekund z niemal dowolną częstotliwością od kilohertzów do setek megaherców. Koncepcja wykorzystuje zarówno specjalnie zaprojektowany układ do prowadzenia światła, oparty na technologii wysokoprężnych laserów diodowych, jak i zoptymalizowane komponenty wysokiej częstotliwości (HF) z elektroniki z azotku galu. Pulskicker łączy w idealny sposób technologię HF i elektronikę z rozwojem wysokowydajnych laserów diodowych, które są kluczowymi kompetencjami Instytutu Ferdinand-Braun.

Wysokoefektywne diody laserowe o ekstremalnie wąskim spektrum

Na targach Laser Optics Berlin FBH zaprezentuje także wysokoefektywne i mocne diody laserowe. Opracowano diody szerokopasmowe DFB, których moc optyczna jest ponad dwukrotnie wyższa od dotychczasowych najbardziej wydajnych laserów DFB. Po raz pierwszy na świecie osiągnięto moc powyżej 10 W z szerokiego na 100 µm pasma laserowego w zakresie spektralnym znacznie mniejszym niż jeden nanometr. Lasery te charakteryzują się także wysoką sprawnością konwersji: odsetek energii elektrycznej zamienianej na światło sięga nawet 58%, co jest nieco poniżej konwencjonalnych wysokowydajnych laserów diodowych, które zwykle mają szerokość spektralną 2–3 nm. Nowe diody laserowe są ekonomiczną opcją źródeł światła o wysokiej mocy optycznej i wąskim spektrum. Otwierają one możliwości zastosowania w nowych systemach laserowych o wysokiej mocy, które wykorzystują multipleksację długości fal w celu poprawy jakości wiązki – różne długości fal mogą być lepiej nakładane na jeden punkt za pomocą elementu selektywnego długości fal, co zwiększa moc systemów. Inną możliwością jest zastosowanie bardzo wydajnych pomp laserowych o wąskiej linii spektralnej. Pompy laserowe są wykorzystywane jako źródła pobudzające dla laserów światłowodowych i krzemowych, na przykład w obróbce materiałów.

Zdjęcie: Kompaktowy moduł laserowy dla technologii wyświetlaczy (C)FBH