Die kompakten, hybrid-integrierten Diodenlasermodule des Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) lassen sich je nach Anforderung optimieren - von der Materialanalytik, Sensorik oder Displaytechnologie bis hin zur Materialbearbeitung.


Mit der PLS 1000 stellt das FBH eine sehr effiziente, gepulste Laserstrahlquelle vor, die auf selbst entwickelten optischen und elektronischen Halbleiterkomponenten basiert. Das Lasersystem liefert ultrakurze Lichtimpulse kleiner 10 Pikosekunden und bietet frei wählbare Folgefrequenzen vom Hertz- bis in den Megahertz-Bereich. Die Pulsspitzen­leistung liegt bei über 20 Watt. Dank dieser Eigenschaften eignet sich das kompakte Lasersystem ideal für Anwendungen in der Materialbearbeitung, für biomedizinische Untersuchungen auf Basis der Fluoreszenz­spektroskopie und für mobile LIDAR-Systeme für den Nahbereich.


Das System ist mit Halbleiterkomponenten für die Wellenlänge 1064 Nanometer (nm) bestückt, lässt sich jedoch flexibel auf andere Wellenlängen übertragen. Es besteht aus einem modengekoppelten Laser mit einer Wiederholrate von etwa 4 Gigahertz, einem Pulspicker-Konzept sowie einem Verstärker. PLS 1000 lässt sich sowohl manuell wie auch computergesteuert betreiben und selektiert flexibel vom Einzelpuls bis zu mehreren aufeinander folgenden Pulsen (burst mode).


Spektral stabilisierte Diodenlaser im Wellenlängenbereich 630 nm bis 680 nm sind für die Materialanalytik und Längenmesstechnik von großem Interesse. Gaslaser wie Helium-Neon (HeNe)- und Krypton-Laser sind langjährig verfügbar und haben im roten Spektral­bereich bereits viele Messverfahren etabliert. Neu entwickelte Diodenlaser in diesem Spektralbereich können Gaslaser ersetzen und ermöglichen ein kompakteres Messequipment. Die Strahlung der monolithischen Diodenlaser mit integriertem Gitter zur Wellenlängenstabilisierung lässt sich flexibel auf bestimmte Wellenlängen einstellen und einfach hinsichtlich Leistung und Wellenlänge modulieren. Oberflächen-Bragg-Reflek­toren sind in rot-emittierende Diodenlaser integriert. Das Verfahren verwendet Oberflächengitter höherer Ordnung und basiert auf der Standard-i-Line-Stepperlithografie und herkömmlichem reaktivem Ionenätzen bei niedrigen Temperaturen und eignet sich auch für die Fertigung hoher Stückzahlen.


Anwendungen der Gittertechnologie zielen unter anderem auf den Ersatz von HeNe-Lasern durch Diodenlaser in der Lasermetrologie. Es konnten Linienbreiten unter 1 MHz bei 14 mW optischer Ausgangsleistung demonstriert werden – das entspricht einer Kohä­renzlänge von mehr als 100 Metern.


Von der Gittertechnologie profitieren auch spektroskopische Applikationen in der Sen­sorik. Mittels Raman-Spektroskopie lassen sich viele Substanzen präzise analysieren. Bestrahlt man eine Probe mit mono­chromatischem Laserlicht, so wird sie je nach Substanz unterschiedlich zurück­gestreut. Die spektral verschobenen Signaturen sind für jedes Molekül so einzigartig wie ein Fingerabdruck. Die Raman-Signale werden jedoch häufig von einem um mehrere Größenordnungen stärkeren Fluoreszenzsignal überdeckt. Hier hilft die Shifted Excitation Raman Difference Spectroscopy (SERDS). Regt man die Probe mit Licht auf zwei dicht beieinanderliegenden Wellenlängen an, so verändert sich die spektrale Lage der Raman-Linien – das Fluoreszenzsignal variiert dagegen kaum. Eine einfache Subtraktion beider Raman-Spektren trennt die Raman-Signale vom Störlicht. Die Funktionalität lässt sich mit der Gittertechnologie in einem einzigen Laserchip implementieren. Die Wellenlängen liegen um 671 nm und sind nur 0,5 nm voneinander getrennt. Anwendungen von SERDS liegen dort, wo viel Störlicht, wie etwa Fluoreszenz, auftritt. Dies betrifft insbesondere biologische Proben wie Fleisch, Früchte, Blätter oder auch die medizinische Diagnostik an Haut.