Das FBH präsentiert weiterentwickelte Halbleiter-Lichtquellen auf der Photonics West 2023
Auf der Photonics West 2023 in San Francisco (USA) stellt das Ferdinand-Braun-Institut (FBH) seine neu und weiterentwickelten Diodenlaser und UV-Leuchtdioden (LEDs) vor. Das FBH präsentiert sich sowohl auf der Messe (31. Januar bis 2. Februar 2023) als auch auf den begleitenden Konferenzen (28. Januar - 2. Februar 2023) mit 19 wissenschaftlichen Vorträgen. Im German Pavilion zeigt das Institut an Stand 4105-55 sein komplettes Leistungsspektrum: Dieses reicht vom Design über die Chipentwicklung bis hin zu Modulen und Prototypen. Neben etablierten Diodenlaser-basierten Lichtquellen zeigt das FBH neueste Fortschritte bei der Entwicklung von Hochleistungs-Pumplasermodulen der Kilowattklasse. Das Institut skaliert diese derzeit vom Puls- in den Dauerstrichbetrieb und von Emissionswellenlängen um 1 µm hin zu längeren Wellenlängen um 1,5 µm. Darüber hinaus präsentiert es seine LED-basierten Bestrahlungssysteme. Diese können mit selbst entwickelten UVC-LEDs ausgestattet werden. Damit eignen sie sich zur Desinfektion von Oberflächen und können sogar direkt auf der Haut eingesetzt werden, um etwa multiresistente Erreger wie MRSA sowie weitere Bakterien und Viren unschädlich zu machen.
Weitere Exponate auf dem Stand sind:
Kompakte fasergekoppelte Verstärkermodule – vom NIR bis zum sichtbaren Spektralbereich
Das FBH hat kompakte fasergekoppelte Verstärkermodule entwickelt, die mehrere Hundert Milliwatt CW-Ausgangsleistung über polarisationserhaltende Singlemode-Fasern emittieren. Diese Module wurden für die Superresolution-Mikroskopie konzipiert, lassen sich aber flexibel an weitere Anwendungen anpassen. Die halbleiterbasierten Verstärkersysteme können optional mit nichtlinearen Kristallen ausgestattet werden und erreichen so mithilfe von Frequenzverdopplung Laseremission im sichtbaren Spektralbereich. Jede beliebige fasergekoppelte Laserquelle kann verwendet werden, um die erforderliche Eingangsleistung bereitzustellen. So lassen sich beispielsweise aus nur 50 mW Eingangsleistung bei 1122 nm mehr als 450 mW Ausgangsleistung erzielen. Bei gleicher Eingangsleistung liefert das Modul mit einem integrierten nichtlinearen Kristall über 200 mW Ausgangsleistung bei 561 nm – und erfüllt damit unter anderem die Anforderungen der Superresolution-Mikroskopie. Alle Varianten basieren auf einem Butterfly-Gehäuse mit einer Grundfläche von nur 47 x 34 mm² und nutzen industrielle Standard-Faserstecker. Da das Konzept nicht auf eine bestimmte Wellenlänge festgelegt ist, kann die verstärkte Ausgangsemission bei nahezu jeder Wellenlänge im Bereich zwischen 630 nm und 1180 nm realisiert werden.
Rote DBR-Laserchips für optische Atomuhren auf Strontiumbasis
Optische Atomuhren liefern die bisher präzisesten Zeitmessungen und können daher sowohl Anwendungen in der Grundlagenforschung als auch der Satellitennavigation verbessern. Für optische Strontium-Atomuhren haben Wissenschaftler*innen am FBH rot emittierende DBR-Laser (Distributed Bragg Reflector) mit Emissionswellenlängen von 689 nm bis 712 nm entwickelt. Durch ihre Frequenzstabilität mit einer sensationell schmalen spektralen Linienbreite von nur 0,4 MHz eignen sich die Laser für die Laserkühlung, zum Rückpumpen und zum Anregen des Uhrenübergangs.
Bei den DBR-Lasern gewährleistet ein Rippenwellenleiter den lateralen Singlemode-Betrieb. Ein Oberflächen-Bragg-Gitter, das an einer Seite der Laserdiode in den Chip integriert ist, sorgt für eine stabile Frequenz und die spezifische Emissionsfrequenz. Laser mit derartigen Gittern lassen sich kleiner und kompakter realisieren als vergleichbare Systeme mit externen Gittern. Daher eignen sich DBR-Laser ideal für den Einsatz in optischen Quantensensoren im Weltraum.
Besonders robust & kompakt – monolithisch integrierter Extended Cavity Diodenlaser (mECDL)
Das FBH präsentiert zudem seine laufenden Forschungsaktivitäten zur weiteren Miniaturisierung von Extended-Cavity-Diodenlasern (ECDLs). Die Wissenschaftler*innen übertragen dabei das hybrid mikrointegrierte Konzept von Galliumarsenid-basierten ECDLs mit geringer Linienbreite auf einen einzigen Chip. Der neuartige monolithisch integrierte ECDL (mECDL) wird in einem neuartigen 2-Schritt-Wachstumsverfahren hergestellt – mit diesem Konzept lassen sich mECDLs mit verschiedenen Wellenlängen realisieren.
AlGaAs/GaAs-basierte mECDLs mit ultraschmaler Linienbreite, die bei 1064 nm (für Jodspektroskopie) und 778 nm (für die 2-Photonen-Rubidium-Spektroskopie) emittieren, wurden bereits erfolgreich demonstriert. Durch die monolithische Integration werden die Laser thermisch und mechanisch stabiler und lassen sich kostengünstig auf Waferebene für weltraumgestützte Anwendungen der Quantenphotonik herstellen.
