Ferdinand-Braun-Institut prezentuje nowości laserowe na Photonics West 2025

Miniaturisiertierter Master-Oszillator-Leistungsverstärker (MOPA) mit zwischengeschaltetem optischem Isolator, montiert auf CCP3-Kühlkörper. (Bild: FBH/P. Immerz) / Master oscillator power amplifier (MOPA) with interposed optical isolator mounted on CCP3 heat sink. ©FBH/P. Immerz

Moduł laserowy diodowy wysokiej mocy - dwa takie moduły stosowe są zintegrowane w głowicy laserowej Samba. Ta głowica laserowa zapewnia moc wyjściową ciągłą 1 kW i jest używana w technologii wytwarzania przyrostowego. (Zdjęcie: FBH/P. Immerz) / Podmoduł laserowy diodowy wysokiej mocy - Dwa takie moduły stosowe są zintegrowane w głowicy laserowej Samba, zapewniając moc wyjściową ciągłą 1 kW, używaną do wytwarzania przyrostowego. ©FBH/P. Immerz

Berliński instytut opracowuje dostosowane do potrzeb diodowe lasery do zastosowań w przemyśle, medycynie i technologiach kwantowych – od układów scalonych po prototypy. Na Photonics West 2025 w San Francisco (USA) Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH), zaprezentuje nowo opracowane i rozwinięte lasery diodowe – na targach w Pavilionie Niemieckim oraz podczas towarzyszących konferencjach.

Na Photonics West 2025 w San Francisco (USA) Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH), zaprezentuje nowo opracowane i rozwinięte lasery diodowe. FBH prezentuje się zarówno na targach (28–30 stycznia 2025), jak i na towarzyszących konferencjach (25–30 stycznia 2025) z 18 referatami naukowymi. Na stoisku 4205-18 w Pavilionie Niemieckim instytut pokaże pełen zakres swoich możliwości – od projektowania, przez rozwój układów scalonych, po moduły i prototypy. Oprócz udoskonalonych źródeł światła opartych na półprzewodnikach, FBH zaprezentuje nowatorskie moduły kwantowego światła oraz wydajne systemy laserów diodowych „Samba”.

W ramach zaproszonego wykładu zespół FBH opowie o badaniach spektroskopii Ramana z użyciem swoich dwuwiązkowych laserów diodowych o długości fali 785 nanometrów (nm). Badano barwione i niebarwione tkaniny tekstylne oraz czarne tworzywa sztuczne metodą Shifted Excitation Raman Difference Spectroscopy (SERDS). Metoda ta wykazuje potencjał dla przemysłu recyklingowego. Badane materiały można jednoznacznie zidentyfikować za pomocą SERDS – krok w kierunku efektywnego sortowania i recyklingu.

Do eksponatów należą:

Wydajne monolitycznie stabilizowane laserowe diody do zastosowań przemysłowych i fuzji laserowej

Dzięki ulepszeniom na poziomie układów scalonych oraz technikach montażu i połączeń, FBH osiągnął znaczące postępy w swoich laserach diodowych. Moc wyjściowa i sprawność przemysłowo wykorzystywalnych, monolitycznie stabilizowanych laserów diodowych udało się zwiększyć, a po raz pierwszy udostępniono nowe długości fal. Współpracując z partnerem przemysłowym Trumpf, instytut osiągnął rekordowe wartości dla laserów diodowych o długości fali 880 nm. Uzyskano maksymalne ciągłe moce wyjściowe do 26 watów przy szerokości spektralnej 1 nm z pojedynczych ścieżek stabilizowanych (DBR) o długości 885 nm i szerokości taśmy 200 mikrometrów. Lasery te mają być wkrótce wykorzystywane jako bloki laserowe nowej generacji w przemysłowych laserach do spawania i cięcia, służących do napędu laserów Nd:YAG. Te lasery diodowe stanowią także podstawę przyszłych pulsujących zastosowań, które wymagają ekstremalnych mocy. Do takich zastosowań należą m.in. lasery do napędu energii w fuzji laserowej, gdzie stabilizowane lasery o zakresie 870–885 nm odgrywają kluczową rolę.

Serce systemu laserowego „Samba” stanowią moduły laserowe diodowe, które emitują wysoką moc wyjściową przy 780 nm. Dwa takie moduły, składające się z ułożonych jeden na drugim pojedynczych źródeł o aperturze 1,2 mm – tzw. stosy – są zintegrowane w kompaktowej głowicy laserowej „Samba”. Umożliwia to skalowanie mocy do kilowata ciągłej mocy wyjściowej, która jest skupiona w precyzyjnym wiązce laserowej o średnicy zaledwie 1 mm, trafiającej na obrabiany element. Ten system laserów diodowych zintegrowany jest przez partnerów przemysłowych na ramieniu robota i wykorzystywany do efektywnej produkcji addytywnej aluminium w przemysłowej obróbce drutowej laserowej. Ze względu na wyższą absorpcję przy 780 nm, opracowane laserowe diody FBH są do czterech razy bardziej wydajne w obróbce niż konwencjonalne lasery o długości fali 1030 nm. Proces ten jest demonstrowany w pierwszym etapie na podstawie procesu pokrywania drutem laserowym, w którym wytwarzane są boczne ściany pojazdów szybkobieżnych o znacznie zmniejszonej masie. Dzięki kompaktowym rozmiarom możliwa jest także produkcja skomplikowanych elementów. Nowy system nie wymaga światłowodów optycznych i jest mniej podatny na awarie. Długość fali może być także dostosowana do pożądanej absorpcji materiału.

Moduły kwantowego światła – analiza, sensorystyka i obrazowanie z ograniczonymi fotonami

FBH rozwija moduły kwantowego światła oparte na sparowanych fotonach, które mają szerokie zastosowanie. Na targach instytut zaprezentuje jeden ze swoich miniaturowych modułów sensorowych. Moduł ten jest kluczowym elementem mobilnego systemu, który ma umożliwić wstępną analizę mikroplastiku na miejscu w akwenach wodnych. Pomiar odbywa się wyłącznie w zakresie bliskiej podczerwieni (NIR). Nie są potrzebne detektory ani źródła promieniowania w zakresie średniej podczerwieni (MIR). Dzięki temu można obniżyć koszty, ponieważ detektory i kamery w zakresie NIR są tańsze niż w zakresie MIR. System umożliwia wykrywanie specjalnych tworzyw sztucznych nawet w najmniejszych stężeniach i rozmiarach.

Do swoich modułów kwantowego światła FBH integruje nowatorskie diody laserowe z dodatkowymi elementami na najmniejszej przestrzeni. Silny wiązek laserowy pada na nieoświecony kryształ optyczny, który powoduje rozpad fotonów wiązki na sparowane fotony o różnych długościach fal. Foton o długości fali MIR trafia do próbki i z powrotem do modułu sensorowego, natomiast foton NIR pozostaje w module. Po wymianie informacji między dwoma fotonami, analizowane są wyłącznie fotony NIR. Metoda ta znajduje zastosowanie w medycynie, technice pomiarowej, mikroskopii i analizie środowiskowej.

Master-oscylator z wzmacniaczem mocy o doskonałych właściwościach optycznych

Fachowcy z FBH opracowali miniaturowy master-oscylator z wzmacniaczem mocy (MOPA), który zapewnia wysoką moc optyczną ponad 8 watów w trybie ciągłym, przy wąskiej szerokości spektralnej (< 100 MHz) i wysokiej jakości wiązki (M² < 2). Może być wykorzystywany w różnych dziedzinach, od medycyny i techniki pomiarowej, po fizykę kwantową. Ze względu na niewielkie rozmiary – 25 x 25 mm² – umożliwia tworzenie kompaktowych i przenośnych urządzeń. Aby chronić MOPA przed optycznymi sprzężeniami zwrotnymi, wyposażono go w miniaturowy izolator optyczny. MO jest stabilizowany spektralnie przez wewnętrzny rozproszony reflektor Bragga (DBR), a dla PA wybrano wzmacniacz trapezowy. Kompaktowa mocowanie CCP3 można łatwo zintegrować z układami pomiarowymi i systemami. Opcjonalnie, MOPA może być także zamknięte w obudowie typu Butterfly. Długości fal w zakresie 620–1180 nm są elastycznie regulowane.