Precyzja w miniaturowym formacie: Nowe moduły diodowych laserów do analizy Ramana i kwantowych sensorów w przestrzeni kosmicznej

Diodenlaser mit Wellenlängen

Z okazji targów Laser Optics, Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH), prezentuje wybrane moduły laserowe pod wieżą radiową. Przedstawia je od 18 do 20 marca 2014 roku na stoisku 405 w hali 12. FBH pokazuje m.in. diodowy laser do spektroskopii Ramana, który naprzemiennie emituje światło o dwóch różnych długościach fal. Dzięki temu można mierzyć sygnał Ramana nawet przy silnym oświetleniu zakłócającym, co poprawia granicę wykrywalności w porównaniu do tradycyjnej spektroskopii Ramana. Ponadto instytut prezentuje moduł diodowego lasera do pracy w czujnikach kwantowych, które są potrzebne np. do precyzyjnych pomiarów czasu. Spełnia on wysokie wymagania optyczne dla pracy w zegarach atomowych i jest około 100 razy mniejszy niż tradycyjne systemy laserowe.

FBH jest również obecny na równoległym kongresie naukowo-technicznym Optical Society of America. Dodatkowo, inicjatywy koordynowane przez instytut — „Advanced UV for Life” oraz „Berlin WideBaSe” — są prezentowane na wspólnym stoisku Berlin-Brandenburg, hala 14.1, stoisko 202.

Dwulongowłóknowy diodowy laser do przenośnych systemów analityki Ramana

FBH przedstawia nowatorski diodowy laser do SERDS (Shifted Excitation Raman Difference Spectroscopy). Dzięki tej technologii można precyzyjnie analizować wiele substancji. Cechą wyróżniającą chip FBH jest to, że naprzemiennie emituje światło o dwóch różnych długościach fal. Są one ustalane przez oddzielnie sterowane sekcje w laserze i siatkę, które są zaimplementowane w układzie półprzewodnikowym. Dzięki temu możliwe jest pomiar bardzo słabych sygnałów Ramana nawet przy silnym oświetleniu zakłócającym — takim jak światło dzienne, oświetlenie pomieszczenia czy fluorescencja próbki. Jeśli na próbkę naświetla się ją dwoma długościami fal, linie Ramana związane z długością fali wzbudzenia podążają za nią, podczas gdy źródła zakłóceń nie zmieniają się spektralnie. W ten sposób można odróżnić sygnały Ramana od zakłóceń. Granica wykrywalności w porównaniu do tradycyjnej spektroskopii Ramana może zostać poprawiona o więcej niż rzędów wielkości.

Potencjalnym zastosowaniem dwulongowłóknowego diodowego lasera są miniaturowe, przenośne systemy pomiarowe do spektroskopii Ramana. Nadają się do badania próbek biologicznych, takich jak mięso, owoce czy liście, a także mogą być wykorzystywane do diagnostyki medycznej skóry.

Kompaktowe i wytrzymałe moduły diodowych laserów do czujników kwantowych w przestrzeni kosmicznej

Czujniki kwantowe oparte na zimnych atomach zyskują na znaczeniu w różnych zastosowaniach, takich jak precyzyjne pomiary czasu, nawigacja czy pytania z zakresu fizyki fundamentalnej. Aby obsługiwać takie czujniki kwantowe, do tej pory konieczne było pełne laboratorium optyczne — do zastosowań zewnętrznych czy nawet w przestrzeni kosmicznej nie istniały odpowiednie urządzenia. Od kilku lat FBH pracuje nad hybrydowo zintegrowanymi, bardzo wytrzymałymi modułami diodowych laserów, których rozmiar wynosi około 50 x 25 x 15 mm³, czyli jest około 100 razy mniejszy od tradycyjnych systemów laserowych. Moduły te integrują układy laserowe na półprzewodnikach i mikro-soczewki. Spełniają wysokie wymagania dotyczące stabilności spektralnej i czystości — szerokość linii dla optycznych zegarów atomowych musi zostać zredukowana do poniżej 1 Hz. FBH opracowało m.in. moduły laserowe do kondensacji Bosego-Einsteina i interferometrii atomowej o mocy wyjściowej 1 W. Przechodzą one pomyślnie testy wytrzymałości mechanicznej do 20 gRMS oraz testy przyspieszenia do 50 g.