Ferdinand-Braun-Institut präsentiert Laser-Neuheiten auf der Photonics West 2025
Das Adlershofer Institut entwickelt maßgeschneiderte Diodenlaser – vom Chip bis zum Prototyp
Auf der Photonics West 2025 in San Francisco (USA) stellt das Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) neu- und weiterentwickelte Diodenlaser vor. Das FBH präsentiert sich sowohl auf der Messe (28. bis 30. Januar 2025) als auch auf den begleitenden Konferenzen (25. bis 30. Januar 2025) mit 18 wissenschaftlichen Vorträgen. An Stand 4205-18 im German Pavilion zeigt das Institut sein komplettes Leistungsspektrum – vom Design über die Chipentwicklung bis hin zu Modulen und Prototypen. Neben weiterentwickelten Halbleiter-basierten Lichtquellen, stellt das FBH neuartige Quantenlicht-Module sowie das leistungsfähige Direkt-Diodenlasersystem „Samba“ vor.
In einem eingeladenen Vortrag berichtet ein FBH-Team von Raman-spektroskopischen Untersuchungen mit seinen 785 Nanometer (nm) Zwei-Wellenlängen-Diodenlasern. Untersucht wurden gefärbte und ungefärbte Textilien sowie schwarze Kunststoffe mittels der Shifted Excitation Raman Difference Spectroscopy (SERDS). Das Verfahren zeigt dabei sein Potenzial für die Recyclingindustrie. Die untersuchten Materialien konnten mittels SERDS eindeutig identifiziert werden – ein Schritt in Richtung effiziente Sortierung und Wiederverwertung.
Hier gibt es eine Übersicht mit allen FBH-Vorträgen auf der Photonics West.
Zu den Exponaten zählen:
Leistungsstarke monolithisch gitterstabilisierte Diodenlaser für die industrielle Fertigung und Laserfusion
Durch Verbesserungen auf Chipebene und bei der Aufbau- und Verbindungstechnik konnte das FBH deutliche Fortschritte bei seinen Diodenlasern erzielen. Ausgangsleistung und Effizienz industriell einsetzbarer, monolithisch gitterstabilisierter Diodenlaser konnten gesteigert und neue Wellenlängen erstmalig bereitgestellt werden. Unter anderem erzielte das Institut in Kooperation mit dem Industriepartner Trumpf Rekordwerte für Diodenlaser um 880 nm. Diese erreichten maximale Dauerstrich-Ausgangsleistungen von 26 Watt mit 1 nm Spektralbreite aus gitterstabilisierten (DBR) 885 nm Einzelemittern mit 200 Mikrometern Streifenbreite. Sie sollen zeitnah als Laserbarren der nächsten Generation in industriellen Fertigungslasern zum Pumpen von Nd:YAG-Festkörperlasern eingesetzt werden. Diese Diodenlaser legen zudem die Basis für zukünftige gepulste Anwendungen, die extreme Hochleistungen erfordern. Dazu zählen etwa Pumplaser für die Energieerzeugung durch Laserfusion, bei denen gitterstabilisierte Laser im Bereich 870 - 885 nm eine wichtige Rolle spielen.
Herzstück des ebenfalls vorgestellten „Samba“-Lasersystems sind Diodenlasermodule, die hohe Ausgangsleistungen bei 780 nm emittieren. Zwei dieser Module, die aus übereinander gestapelten Einzelemittern mit jeweils 1,2 Millimeter (mm) Apertur bestehen – so genannten Stacks – werden in den kompakten „Samba“-Laserkopf integriert. Damit lässt sich die Leistung auf ein Kilowatt Dauerstrich-Ausgangsleistung skalieren, die in einem präzisen Laserstrahl mit nur 1 mm Durchmesser auf das Werkstück trifft. Dieses Direkt-Diodenlasersystem integrieren Industriepartner auf einen Roboterarm und setzen es zur effizienten Additiven Fertigung von Aluminium in der industriellen Laser-Draht-Bearbeitung ein. Aufgrund der höheren Absorption bei 780 nm sind die dafür entwickelten FBH-Diodenlaser bei der Bearbeitung bis zu vier Mal effizienter als herkömmlich genutzte Laser um 1030 nm. Das Verfahren wird im ersten Schritt anhand eines Laser-Draht-Beschichtungsprozesses demonstriert, bei dem Seitenwände von Hochgeschwindigkeitszügen mit deutlich reduziertem Gewicht hergestellt werden. Dank der kompakten Größe lassen sich damit auch komplexe Bauteile fertigen. Das neuartige System kommt ohne optische Faser aus und ist daher weniger fehleranfällig. Die Wellenlänge kann zudem an die gewünschte Materialabsorption angepasst werden.
Quantenlichtmodule – Analytik, Sensorik und Bildgebung mit verschränkten Photonen
Das FBH entwickelt Quantenlicht-Module, die auf verschränkten Photonenpaaren basieren und vielfältig einsetzbar sind. Auf der Messe stellt das Institut eines seiner miniaturisierten Sensormodule vor. Das Modul ist Kernelement eines mobilen Systems, mit dem künftig Mikroplastik erstmalig vor Ort in Gewässern analysiert werden soll. Die Messungen finden ausschließlich im nahinfraroten Bereich (NIR) statt. Es werden weder Detektoren noch Strahlungsquellen im mittleren Infrarot (MIR) benötigt. Dadurch lassen sich Kosten reduzieren, da Detektoren und Kameras im NIR-Bereich preisgünstiger sind als im MIR-Bereich. Mit dem System können spezielle Kunststoffe auch in geringsten Konzentrationen und Größen nachgewiesen werden.
Für seine Quantenlicht-Module integriert das FBH neuartige Laserdioden mit weiteren Elementen auf kleinstem Raum. Ein intensiver Laserstahl trifft darin auf einen nichtlinearen optischen Kristall. Dieser sorgt dafür, dass die Photonen des Laserstrahls in verschränkte Photonenpaare zerfallen – wobei beide Photonen jeweils unterschiedliche Wellenlängen besitzen. Das Photon mit der MIR-Wellenlänge wird zu einer Probe und zurück in das Sensormodul geleitet. Das Photon mit NIR-Wellenlänge verbleibt im Modul. Nach dem Informationsaustausch der beiden Photonen werden nur die NIR-Photonen analysiert. Dieses Verfahren eignet sich für Anwendungen in Medizin, Messtechnik, Mikroskopie und Umweltanalytik.
Master-Oszillator-Leistungsverstärker mit exzellenten optischen Eigenschaften
Forschende am FBH haben einen miniaturisierten Master-Oszillator-Leistungsverstärker (MOPA) entwickelt, der eine hohe optische Leistung von mehr als acht Watt im Dauerstrichbetrieb mit geringer spektraler Breite (< 100 MHz) und hoher Strahlqualität (M² < 2) liefert. Dieser kann in verschiedensten Anwendungen eingesetzt werden, von Medizin und Messtechnik bis hin zur Quantenphysik. Dank seiner geringen Abmessungen von nur 25 x 25 mm² ermöglicht er kompakte und mobil einsetzbare Geräte. Um den MOPA gegen optische Rückkopplungen zu schützen, ist er mit einem miniaturisierten optischen Isolator ausgestattet. Der MO wird durch einen internen verteilten Bragg-Reflektor (DBR) spektral stabilisiert, für den PA wurde ein Trapezverstärker gewählt. Die kompakte CCP3-Halterung lässt sich unkompliziert in Messaufbauten und -systeme einbauen. Optional kann der MOPA auch in ein geschlossenes Butterfly-Gehäuse integriert werden. Die Wellenlängen sind im Bereich zwischen 620 - 1180 nm flexibel einstellbar.
Kontakt
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Pressemitteilung FBH vom 6. Januar 2025