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Vielseitig einsetzbar – halbleiterbasierte Lichtquellen aus dem FBH

07.01.2020

Das Ferdinand-Braun-Institut stellt auf der Photonics West 2020 neuartige Diodenlaser und Module aus. Diese werden in Anwendungen wie Materialbearbeitung, LiDAR, Medizin und (Raman)-Spektroskopie eingesetzt. Fortschritte bei UV-LEDs präsentiert das Institut gemeinsam mit seinem Spin-off UVphotonics.

Auf der Photonics West 2020 in San Francisco (USA) präsentiert das Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) vom 4. bis 6. Februar 2020 seine Neu- und Weiterentwicklungen bei Diodenlasern und UV-Leuchtdioden (LEDs).


Stack aus Hochleistungs-Diodenlasern als Pumplaserquelle für industrielle Laseranwendungen

FBH/schurian.com

Das Institut zeigt auf dem Deutschen Pavillon sein gesamtes Leistungsspektrum vom Design über Chips bis hin zu Modulen und Prototyp-Systemen. Außerdem demonstriert dort BeamXpert, ein weiteres Spin-off des FBH, seine Software, die Laserstrahlung in optischen Systemen in Echtzeit simuliert.

Auch auf den begleitenden Konferenzen (1. bis 6. Februar) ist das Ferdinand-Braun-Institut mit 20 wissenschaftlichen Beiträgen gut vertreten. Am Messestand stellt das FBH zusätzlich zu seinen Diodenlaser-basierten Lichtquellen einen Terahertz-Kamerasensor vor, der in einem breiten Frequenzbereich zwischen 500 - 2500 GHz arbeitet.

Er bietet eine hohe Empfindlichkeit von NEP ≤ 50 pW/Hz hoch 0.5 bei gleichzeitig schneller Reaktionszeit. Damit eignet er sich ideal für bildgebende Systeme zur Qualitätskontrolle in industriellen Anwendungen. Er lässt sich zudem in medizinische Geräte integrieren, beispielsweise für die Diabetes-Diagnostik und Spektroskopie.

Weitere Exponate am Stand sind:
Hochleistungs-Diodenlaserstacks für den Betrieb mit großem Tastverhältnis
In industriellen Laseranwendungen werden Hochleistungsdiodenlaser als Pumpquellen für Faser- und Scheibenlaser eingesetzt, die kontinuierlich betrieben werden (CW-Betrieb).

Insbesondere beim Schneiden und Schweißen, einem milliardenschweren kommerziellen Markt, sind sie unverzichtbar. Gepulste, exakt auf die jeweilige Anwendung zugeschnittene Pumplaserquellen der Hochenergieklasse werden auch für vielfältige innovative Systeme in der industriellen und grundlagenorientierten Forschung benötigt.

Derartige Anwendungen, die eine hohe Pulsenergie erfordern, adressiert das FBH, indem es effiziente Einzelemitter-Diodenlaser mit großer Apertur (1200 µm) zu neuartigen, passiv seitengekühlten Stacks der Multi-Kilowatt-Klasse kombiniert.

Diese eignen sich für quasi-kontinuierliche Pumpanwendungen mit großem Tastverhältnis. Aktuell verfügbar sind Stacks mit 940 nm Wellenlänge und > 3 kW Ausgangsleistung zum Pumpen von Yb:YAG-Lasern (1 ms 200 Hz) und > 1 kW-Stacks bei 780 nm zum Pumpen von Th:YAG-Lasern (10 ms 10 Hz), die erstmalig bei der Photonics West 2020 vorgestellt werden (LASE - Conference 11262, Session 1).

LiDAR-Laserquelle der nächsten Generation für Linienscanner

Die Hochleistungs-Pulslaserquelle des FBH basiert auf einem Diodenlaserbarren mit 48 Emittern und eignet sich hervorragend zur 3D-Objekterkennung, wie sie etwa für Linienscanner im Bereich Automotive LiDAR benötigt wird. Scannende LiDAR-Systeme emittieren schnelle Laserpulse, die von Gegenständen reflektiert werden.

Ein Detektor misst die Zeit zwischen dem Aussenden und der Rückkehr eines Pulses. Dadurch entsteht eine Punktwolke der gemessenen Oberfläche. Im Gegensatz zu Punktscannern, die Objekte Punkt für Punkt über 2D-Lenkspiegel erfassen, verwenden Linienscanner ein Laser-Array. Dieses Array misst Abtastpunkte über eine breite Linie und erfasst die zurückkehrenden Laserpulse mit einer Detektorreihe.

Mithilfe von 1D-Laserstrahllenkung decken Linienscanner daher eine große Fläche ab. Die FBH-Laserquelle liefert 4 - 10 ns lange optische Impulse mit >600 W Pulsspitzenleistung. Die Wellenlänge liegt bei 905 nm und verändert sich mit der Temperatur lediglich um 0,06 nm/K.

Mithilfe von DBR-Gittern wird die Laseremission stabilisiert; die Breite liegt bei 0,15 nm und die Seitenmodenunterdrückung bei >30 dB. Ein neu entwickelter Hochgeschwindigkeits-GaN-Lasertreiber sorgt für Stromimpulse von bis zu 800 A mit einer Wiederholrate von 100 kHz und höher.

Kompaktes Zweiwellenlängen-Turnkey-Lasersystem für die Shifted Excitation Raman Difference Spektroskopie (SERDS)
SERDS ist ein sehr leistungsfähiges, einfach zu bedienendes Tool, mit dem sich Ramansignale effizient und schnell von störenden Hintergrundsignalen wie Fluoreszenz oder Tageslicht extrahieren lassen.

Für derartige Anwendungen hat das FBH ein kompaktes Turnkey-System entwickelt, das auf den Zweiwellenlängen-Diodenlasern des Instituts basiert. Es umfasst die Lichtquelle mit integrierter Temperaturregelung und fünf Stromquellen, um die Emission präzise einzustellen.

Über eine USB-Schnittstelle lässt es sich einfach programmieren. Das System bietet einen schnellen Wechselbetrieb zwischen den beiden Laserlinien für SERDS und extrahiert so Ramansignale effizient aus störenden Hintergründen.

Der Spektralabstand zwischen den beiden Wellenlängen des DBR-RW-Lasers kann mittels implementierter On-Chip-Mikroheizungen elektrisch eingestellt werden. Das System wurde für Wellenlängen um 785 nm und 671 nm getestet und erfolgreich für Messungen an Lebensmitteln, Böden und Pflanzen eingesetzt.

Auf der Photonics West 2020 in San Francisco (USA) präsentiert das Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) vom 4. bis 6. Februar 2020 seine Neu- und Weiterentwicklungen bei Diodenlasern und UV-Leuchtdioden (LEDs).

Das Institut zeigt auf dem Deutschen Pavillon sein gesamtes Leistungsspektrum vom Design über Chips bis hin zu Modulen und Prototyp-Systemen. Außerdem demonstriert dort BeamXpert, ein weiteres Spin-off des FBH, seine Software, die Laserstrahlung in optischen Systemen in Echtzeit simuliert.

Auch auf den begleitenden Konferenzen (1. bis 6. Februar) ist das Ferdinand-Braun-Institut mit 20 wissenschaftlichen Beiträgen gut vertreten. Am Messestand stellt das FBH zusätzlich zu seinen Diodenlaser-basierten Lichtquellen einen Terahertz-Kamerasensor vor, der in einem breiten Frequenzbereich zwischen 500 - 2500 GHz arbeitet.

Er bietet eine hohe Empfindlichkeit von NEP ≤ 50 pW/Hz0.5 bei gleichzeitig schneller Reaktionszeit. Damit eignet er sich ideal für bildgebende Systeme zur Qualitätskontrolle in industriellen Anwendungen. Er lässt sich zudem in medizinische Geräte integrieren, beispielsweise für die Diabetes-Diagnostik und Spektroskopie.

Weitere Exponate am Stand sind:
Hochleistungs-Diodenlaserstacks für den Betrieb mit großem Tastverhältnis
In industriellen Laseranwendungen werden Hochleistungsdiodenlaser als Pumpquellen für Faser- und Scheibenlaser eingesetzt, die kontinuierlich betrieben werden (CW-Betrieb).

Insbesondere beim Schneiden und Schweißen, einem milliardenschweren kommerziellen Markt, sind sie unverzichtbar. Gepulste, exakt auf die jeweilige Anwendung zugeschnittene Pumplaserquellen der Hochenergieklasse werden auch für vielfältige innovative Systeme in der industriellen und grundlagenorientierten Forschung benötigt.

Derartige Anwendungen, die eine hohe Pulsenergie erfordern, adressiert das FBH, indem es effiziente Einzelemitter-Diodenlaser mit großer Apertur (1200 µm) zu neuartigen, passiv seitengekühlten Stacks der Multi-Kilowatt-Klasse kombiniert.

Diese eignen sich für quasi-kontinuierliche Pumpanwendungen mit großem Tastverhältnis. Aktuell verfügbar sind Stacks mit 940 nm Wellenlänge und > 3 kW Ausgangsleistung zum Pumpen von Yb:YAG-Lasern (1 ms 200 Hz) und > 1 kW-Stacks bei 780 nm zum Pumpen von Th:YAG-Lasern (10 ms 10 Hz), die erstmalig bei der Photonics West 2020 vorgestellt werden (LASE - Conference 11262, Session 1).

LiDAR-Laserquelle der nächsten Generation für Linienscanner

Die Hochleistungs-Pulslaserquelle des FBH basiert auf einem Diodenlaserbarren mit 48 Emittern und eignet sich hervorragend zur 3D-Objekterkennung, wie sie etwa für Linienscanner im Bereich Automotive LiDAR benötigt wird. Scannende LiDAR-Systeme emittieren schnelle Laserpulse, die von Gegenständen reflektiert werden. Ein Detektor misst die Zeit zwischen dem Aussenden und der Rückkehr eines Pulses.

Dadurch entsteht eine Punktwolke der gemessenen Oberfläche. Im Gegensatz zu Punktscannern, die Objekte Punkt für Punkt über 2D-Lenkspiegel erfassen, verwenden Linienscanner ein Laser-Array. Dieses Array misst Abtastpunkte über eine breite Linie und erfasst die zurückkehrenden Laserpulse mit einer Detektorreihe. Mithilfe von 1D-Laserstrahllenkung decken Linienscanner daher eine große Fläche ab. Die FBH-Laserquelle liefert 4 - 10 ns lange optische Impulse mit >600 W Pulsspitzenleistung.

Die Wellenlänge liegt bei 905 nm und verändertsich mit der Temperatur lediglich um 0,06 nm/K. Mithilfe von DBR-Gittern wird die Laseremission stabilisiert; die Breite liegt bei 0,15 nm und die Seitenmodenunterdrückung bei >30 dB. Ein neu entwickelter Hochgeschwindigkeits-GaN-Lasertreiber sorgt für Stromimpulse von bis zu 800 A mit einer Wiederholrate von 100 kHz und höher.

Kompaktes Zweiwellenlängen-Turnkey-Lasersystem für die Shifted Excitation Raman Difference Spektroskopie (SERDS)
SERDS ist ein sehr leistungsfähiges, einfach zu bedienendes Tool, mit dem sich Ramansignale effizient und schnell von störenden Hintergrundsignalen wie Fluoreszenz oder Tageslicht extrahieren lassen.

Für derartige Anwendungen hat das FBH ein kompaktes Turnkey-System entwickelt, das auf den Zweiwellenlängen-Diodenlasern des Instituts basiert. Es umfasst die Lichtquelle mit integrierter Temperaturregelung und fünf Stromquellen, um die Emission präzise einzustellen. Über eine USB-Schnittstelle lässt es sich einfach programmieren.

Das System bietet einen schnellen Wechselbetrieb zwischen den beiden Laserlinien für SERDS und extrahiert so Ramansignale effizient aus störenden Hintergründen. Der Spektralabstand zwischen den beiden Wellenlängen des DBR-RW-Lasers kann mittels implementierter On-Chip-Mikroheizungen elektrisch eingestellt werden. Das System wurde für Wellenlängen um 785 nm und 671 nm getestet und erfolgreich für Messungen an Lebensmitteln, Böden und Pflanzen eingesetzt.

Kontakt
Petra Immerz, M.A.
Communications Manager

Ferdinand-Braun-Institut
Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik
Gustav-Kirchhoff-Straße 4
12489 Berlin

Tel. 030.6392-2626
Fax 030.6392-2602

E-Mail petra.immerz@fbh-berlin.de
Web www.fbh-berlin.de

Weitere Informationen:

https://www.fbh-berlin.de/nachrichten-termine/termine/detail/fbh-auf-der-photoni... - Besuchen Sie das Ferdinand-Braun-Institut und seine Spin-offs auf der Photonics West 2020, Deutscher Pavillon, Stand 4545. Einen Überblick über die Beiträge des FBH zu den Begleitkonferenzen finden Sie unter dem angegebenen Link.

Anja Wirsing | Forschungsverbund Berlin e.V.

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