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Nachrichten, Termine, Experten
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Auf der Münchner Fachmesse (24. - 27.06.2025) demonstriert das Ferdinand-Braun-Institut (FBH) erneut seine umfassende Expertise im Bereich Diodenlaser – von Design und Chipentwicklung bis hin zu einsatzfertigen Modulen und Prototypen. Am Berlin-Brandenburger Gemeinschaftsstand, Halle A2.117 zeigt das FBH maßgeschneiderte Entwicklungen für vielfältige Anwendungen. Mehr als 20 Vorträge auf der begleitenden CLEO Europe-Konferenz (23. - 27.06.2025) geben vertiefte Einblicke in aktuelle Forschungs- und Entwicklungsergebnisse.
Erneut präsentiert das Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) auf der Laser World of Photonics in München vom 24. - 27. Juni 2025 sein umfassendes Photonik-Leistungsspektrum. Am Berlin-Brandenburger Gemeinschaftsstand, Halle A2.117 zeigt das FBH maßgeschneiderte Halbleiter-Laserchips, Diodenlaser und Module für Anwendungen in Weltraum, Kommunikation, Medizintechnik, Materialbearbeitung und Quantentechnologien. Das Berliner Institut stellt neuartige Quantenlicht- und LiDAR-Module aus sowie das leistungsfähige Direkt-Diodenlasersystem „Samba“ für die additive Fertigung. Vorgestellt wird auch der Einsatz 3D-gedruckter technischer Keramik in kompakten Quantensensor-Systemen, die künftig im Weltraum eingesetzt werden sollen.
Ausgewählte Schlüsselkomponenten für Quantentechnologien präsentiert das FBH parallel auf der World of Quantum in Halle A1.240 am Messestand der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD).
Quantenlichtquellen – verschränkte Photonen für Medizin und Life Sciences
Das Ferdinand-Braun-Institut hat Quantenlichtquellen entwickelt, die in der Medizin zur Frühdiagnostik von Krebs eingesetzt werden können. Für die hyperspektrale Bildgebung, mit der Gewebeproben untersucht werden, nutzt das FBH einzigartige Hochleistungsdiodenlaser, die bei einer Wellenlänge von 720 nm emittieren. In einem nichtlinearen Kristall werden verschränkte Photonenpaare im mittleren und nahen Infrarot (MIR und NIR) erzeugt, die zur Interferenz gebracht und für die Bildgebung verwendet werden. Durch das innovative Verfahren „Messung mittels undetektierter Photonen“ wird die Probe mit den MIR-Photonen abgetastet, die Messinformationen werden durch Detektion der NIR-Photonen erhalten. Bei diesem sogenannten Quantenimaging wird ein Bild nur mit den Photonen erzeugt, die nicht mit dem Objekt wechselwirken. Dies ermöglicht die Diagnostik im kostengünstigeren NIR-Bereich und erfordert keine teuren Lichtquellen und Sensorsysteme mit geringerer Effizienz im MIR-Bereich. Verglichen mit bestehenden Lösungen, verkürzen die im BMFTR-geförderten QEED-Projekt entwickelten Systeme die Messzeiten zudem signifikant und leisten somit einen wichtigen Beitrag für die schnelle Krebsdiagnostik.
Leistungsstarke gepulste Nanosekunden-Laserquellen für ToF-LiDAR
Das FBH stellt gitterstabilisierte Diodenlaser mit mehreren aktiven Bereichen vor, die für den Nanosekunden-Pulsbetrieb in Time-of-Flight (ToF)-LiDAR-Systemen entwickelt wurden. Diese werden beispielsweise zur Abstandsmessung im Automotive-Bereich eingesetzt. Rippenwellenleiterlaser, die für das Scannen im mittleren Bereich bei hohen Leistungen und guter lateraler Strahlqualität ausgelegt sind, liefern mehr als 20 W Ausgangsleistung und ein laterales Strahlpropagationsverhältnis M² von nur 3. Breitstreifen-Diodenlaser hingegen realisiert das FBH mit bis zu 200 µm Streifenbreite und bis zu 420 W Pulsleistung. Damit lässt sich die Ausgangsleistung für das Scannen mit großer Reichweite maximieren. Um die Scan-Reichweite zu erhöhen, wurden 48-Emitter-Laserbarren mit 50 µm Streifenbreite entwickelt, die eine Pulsleistung von über 2.000 W ermöglichen. Der Laser kann zusammen mit einer eigens entwickelten Treiberelektronik, Mikrooptiken und thermischer Steuerung in ein verschließbares Butterfly-Gehäuse mikrointegriert werden. Mit einem Plug-and-Play-Demonstrator ist ein unkompliziertes thermisches Management und die elektrische Verbindung der Butterfly-Module mit einer PC-gesteuerten grafischen Nutzeroberfläche möglich. Für den Betrieb ist nur eine einzige DC-Stromversorgung erforderlich.
Hochleistungsdiodenlaser für Laserfusion, additive Fertigung und Power Beaming
Hochleistungsdiodenlaser aus dem FBH sind Schlüsselkomponenten, die verschiedene Anwendungen überhaupt erst möglich machen. Dazu zählen etwa die Energiegewinnung durch Trägheitsfusion (IFE), die additive Fertigung (AM) und weltraumgestütztes Power Beaming – die effiziente drahtlose Energieübertragung über größere Distanzen durch gerichtete elektromagnetische Strahlung. Das Potenzial dieser Laserkomponenten für Zukunftsanwendungen belegt das Institut in drei Vorträgen auf der CLEO Europe. Beispielhaft präsentiert das FBH am Messestand sein SAMBA-Direkt-Lasersystem mit Kilowatt-Ausgangsleistungen für die additive Fertigung von Aluminium. Der Prototyp wird bei den Projektpartnern Photon Laser Manufacturing und SKDK bereits umfassend getestet. Zudem stellt das FBH Ergebnisse aus der Demonstration von Single-Mode-Diodenlasern für weltraumgestütztes Power Beaming vor, die in Zusammenarbeit mit der Universität Glasgow entstanden sind. Der Projektkoordinator TRUMPF präsentiert die Entwicklung von leistungsstarken Pumplasern für künftige IFE-Systeme, für die das FBH effiziente, gitterstabilisierte Multi-Junction-Diodenlaserbarren der Kilowatt-Klasse entwickeln und bereitstellen wird.
3D-Druck von Keramik für kompakte und robuste Quantensensoren
Das FBH verfügt über eine leistungsfähige Infrastruktur zum 3D-Druck vielfältiger Materialien für anspruchsvolle Anwendungen. Ein FBH-Team berichtet nun über die erstmalige Nutzung von lithografiebasierter 3D-gedruckter technischer Keramik (Aluminiumoxid) in kompakten Quantensensor-Systemen. Die innovative Technologie ermöglicht es, komplexe Bauteile für miniaturisierte Systeme mit hervorragender mechanischer Stabilität bei geringem Gewicht zu fertigen. Kurze Produktionszyklen erlauben die agile Entwicklung und skalierbare Fertigung. Eine weitere Funktionalisierung durch topologische Optimierung sowie direkte Metallisierung der Oberflächen und der 3D-Druck weiterer Materialien (Zirkonoxid, Aluminiumnitrid) ist geplant. Mit dem Druckverfahren wurde eine optische Frequenzreferenz realisiert, die auf der Laserspektroskopie von Rubidium basiert. Die optischen Komponenten wurden mittels hochpräziser hybrider Mikrointegration auf den gedruckten Keramiksubstraten positioniert und anschließend zu einem robusten Gesamtsystem gefügt. Dieses eignet sich ideal für die Laserstabilisierung in quantentechnologischen Anwendungen. Zugleich konnten Volumen (7 ml) und Masse (15 g) gegenüber Laboraufbauten deutlich reduziert werden. In Verbindung mit den ebenfalls am Institut entwickelten ultra-stabilen, miniaturisierten Optiksystemen zur Atommanipulation eröffnet dieser Ansatz einen Weg zu robusten und mobilen Quantensensoren.
Einzigartiges Know-how bei Chiptechnologie und -entwicklung
Das FBH zählt zu den international führenden Forschungseinrichtungen im Bereich Chipdesign und -fertigung von Diodenlasern auf Galliumarsenid-Basis (GaAs). In zwei Vorträgen stellt das Institut aktuelle Forschungsergebnisse im Bereich der photonischen Integration vor. Dazu zählt eine neuartige GaAs-basierte photonisch-integrierte Schaltungs (PIC)-Plattform mit On-Chip-Verstärkung sowie passiven, flach- und tiefgeätzten Wellenleitern. Sie liefert die Basis für Ringresonator-gekoppelte Laser, die bis zu 14 mW bei einer Wellenlänge von etwa 1050 nm emittieren. Zudem präsentiert das FBH heterogen, mittels Transferdruck auf passive Wellenleiter-Plattformen integrierbare GaAs-Verstärker-Chiplets mit einer Emissionswellenlänge von 890 nm. Diese Ergebnisse bringt das FBH künftig auch in die APECS-Pilotlinie ein, die von der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD) im Rahmen des EU Chips Acts implementiert wird. Am FBH sollen GaAs-basierte Laser- und Verstärker-Chiplets auf passive Siliziumnitrid-Wellenleiterplattformen integriert werden.
Quantenlichtmodul für die Optische Kohärenztomographie (OCT) oder Spektroskopie-Messungen im MIR-B ...
Bernhard Schurian
FBH/Schurian.com
LiDAR-Lasermodul: Hochstrom-Nanosekunden-Lasertreiber mit integrierter Rippenwellenleiter-Laserdiode ...
Petra Immerz
FBH/P. Immerz
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten, Studierende, Wirtschaftsvertreter, Wissenschaftler
Medizin, Physik / Astronomie
überregional
Forschungs- / Wissenstransfer, Wissenschaftliche Tagungen
Deutsch
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