Prototypen für Laser- und LED-Anwendungen

Das EntwicklungsZentrum stellt Prototypen und Forschungsmuster her, die die UV-LEDs und Diodenlaser des FBH für spezifische Anwendungsgebiete nutzbar machen.

PLS – maßgeschneiderte, flexible Pikosekunden-Lichtimpulsquellen

Pikosekunden-Pulsquelle PLS 1000
Pikosekunden-Pulsquelle PLS 1000
Pikosekunden-Pulsquelle PLS 1030
All-in-One-Pulsquelle PLS 1030

Mit seiner PLS-Reihe bietet das FBH sehr effiziente, gepulste Laserstrahlquellen, die auf selbst entwickelten optischen und elektronischen Halbleiterkomponenten basieren.  Das Lasersystem wird derzeit so optimiert, dass es neben einer höheren Leistungsfähigkeit die Funktionalitäten in nur noch einem kompakten Gerät integriert – statt bislang zwei Einzelkomponenten. Diese All-in-One-PLS 1030 liefert ultrakurze Lichtimpulse bei einer Wellenlänge von 1030 nm in einem einstellbaren Zeitbereich von 5 bis 15 ps mit frei wählbaren Folgefrequenzen vom Hertz- bis in den Megahertz-Bereich. Die Pulsspitzenleistung liegt bei über 20 Watt. Dank dieser Eigenschaften eignet sich die Laserquelle ideal für Anwendungen in der Materialbearbeitung, vor allem in Verbindung mit Faserverstärkern, für biomedizinische Untersuchungen auf Basis der Fluoreszenzspektroskopie und für mobile LIDAR-Systeme.

Das All-in-One-System kann mit Halbleiterkomponenten für die Wellenlängen 1030 nm und 1064 nm bestückt werden, lässt sich jedoch flexibel auf andere Wellenlängen übertragen. Es besteht aus einem modengekoppelten Laser mit einer Wiederholrate von etwa 4 GHz, einem innovativen Pulspicker-Element sowie einem optischen Verstärker. Die komplette elektronische Ansteuerung wurde am FBH entwickelt und nutzt selbst entwickelte Galliumnitrid-Transistoren. Durch Einsatz dieser Transistoren können kurze Impulse flexibel vom Einzelpuls bis zu mehreren aufeinander folgenden Pulsen (burst mode) selektiert und verstärkt werden. Die All-in-One-PLS 1030 wird computergesteuert betrieben, sodass sie einfach in verschiedenste Lasersysteme integriert werden kann. Dies sichert einen stabilen und nutzerfreundlichen Betrieb.

UV-B-LED-Modul
UV-B-LED-Modul zum Triggern der Biosynthese von protektiven Sekundärmetaboliten in Pflanzen
UV-C-LED-Modul
UV-C-LED-Modul zur Entkeimung von Zellträgerflüssigkeit bei Durchflusszytometern
UV-C-LED-Stabmodul
Stabmodul zur Wasserdesinfektion – Demonstrator mit UV-C-LEDs aus dem FBH (mit Wasseranschlüssen oben und Kühlung links)

UV-B-Modul für die Pflanzenzucht

Dieses Modul ermöglicht die flächige Bestrahlung mit UV-B-Strahlung spezifischer Wellenlänge. UV-B-LEDs des FBH bieten ein schmalbandiges Emissionsspektrum, und ihre zentrale Wellenlänge kann exakt auf die im Anwendungsfall wirksamste abgestimmt werden. Dieses UV-B Modul kann zum Beispiel eingesetzt werden, um die Biosynthese spezieller Pflanzenwirkstoffe in Gang zu bringen.

UV-C-LED-Modul zur Desinfektion in Durchflusszytometern

Das UV-C-LED-Modul ermöglicht die Desinfektion geringer Flüssigkeitsmengen im Durchfluss und kann insbesondere in Durchflusszytometern zur Entkeimung von Zellträgerflüssigkeit eingesetzt werden. Die Wellenlänge der eingesetzten LEDs kann exakt gewählt werden, um die höchste keimabtötende Rate zu erreichen. Abhängig von der LED-Leistung ist die zu desinfizierende Wassermenge zurzeit auf 10-20 ml/min beschränkt.

Modul zur Wasserdesinfektion mit UV-C-LEDs

Für die Wasserdesinfektion hat das FBH ein Stabmodul mit 262 nm LEDs aus eigener Herstellung entwickelt, das auf den Ersatz bislang genutzter Niederdruck-Quecksilberdampf­lampen zielt. UV-LEDs können mit ihrer längeren Lebensdauer und Wartungsfreiheit punkten. Da sie ohne giftige Chemikalien wie Quecksilber auskommen, sind sie zugleich umweltfreundlich – Quecksilberlampen müssen nach wenigen 1.000 Stunden Betrieb sicher entsorgt werden. Bei den LEDs lassen sich zudem die Wellenlänge und Abstrahleigenschaften gezielt verändern und somit auf die gewünschte Anwendung optimieren. In dem FBH-Demonstrator wurden 40 LEDs mit optischen Leistungen von jeweils 1,7 mW verbaut – die mittlere Bestrahlungsstärke in einem Abstand von 2 cm liegt bei etwa 2,0 W/m2. Die Geometrie wurde an herkömmliche Durchfluss-Wasserentkeimungs-Reaktoren – etwa zur Trink- und Prozesswasser-Aufbereitung – angepasst. Der Aufbau ist modular erweiterbar und kann daher an verschiedene Reaktorgrößen angepasst werden. Zwei LEDs bilden je eine Baugruppe inklusive Konstantstromversorgung (max. 100 mA pro LED) und Sicherheitstemperaturabschaltung. Die entstehende Wärme wird über eine Heatpipe mit angeschlossenem Ventilator abgeführt.