Weltraumtaugliche Quantensensoren und mehr
Auf der Fachmesse Laser Optics in Berlin stellt das Ferdinand-Braun-Institut seine Neuheiten vor.
Das Ferdinand-Braun-Institut (FBH) zeigt auf der Fachmesse Laser Optics in Berlin unter anderem einen Diodenlaser für die Raman-Spektroskopie, der alternierend Licht auf zwei verschiedenen Wellenlängen emittiert. So kann das Raman-Signal auch bei starkem Störlicht gemessen und damit die Nachweisgrenze gegenüber der herkömmlichen Raman-Spektroskopie verbessert werden. Außerdem präsentiert das Institut ein Diodenlaser-Modul für den Betrieb von Quantensensoren, die etwa für Präzisionszeitmessungen benötigt werden. Es erfüllt die hohen optischen Anforderungen für den Betrieb in Atomuhren und ist etwa um den Faktor 100 kleiner als herkömmliche Lasersysteme.
Abb.: Mikrointegrierter Master-Oszillator-Power-Amplifier für die Präzisionsspektroskopie (Bild: FBH / schurian.com)
Das FBH ist auch auf dem parallel stattfindenden wissenschaftlich-technischen Kongress der Optical Society of America vertreten. Zudem stellen die vom Institut koordinierten Initiativen „Advanced UV for Life“ und „Berlin WideBaSe“ auf dem Gemeinschaftsstand Berlin-Brandenburg Halle 14.1, Stand 202 aus.
Das FBH präsentiert auch einen neuartigen Diodenlaser für SERDS (Shifted Excitation Raman Difference Spectroscopy). Mit dieser Technologie lassen sich viele Substanzen präzise analysieren. Die Besonderheit des FBH-Chips ist, dass er alternierend Licht auf zwei verschiedenen Wellenlängen emittiert. Diese werden über separat ansteuerbare Sektionen im Laser und Gitter, die in den Halbleiterchip implementiert sind, festgelegt. Dadurch ist es möglich, die extrem schwachen Raman-Signale auch bei starkem Störlicht – wie Tageslicht, Zimmerbeleuchtung oder Fluoreszenz von Proben – messen zu können. Bestrahlt man nämlich eine Probe auf zwei Wellenlängen, so folgen die Raman-Linien der Anregungswellenlänge, während sich die Störquellen spektral nicht verändern. Auf diese Weise lassen sich die Raman-Signale vom Störlicht unterscheiden. Die Nachweisgrenze gegenüber der herkömmlichen Raman-Spektroskopie kann so um mehr als eine Größenordnung verbessert werden.
Eine potenzielle Anwendung des Zwei-Wellenlängen-Diodenlasers sind miniaturisierte, portable Lasermesssysteme für die Raman-Spektroskopie. Sie eignen sich, um biologische Proben wie etwa Fleisch, Früchte oder Blätter zu untersuchen und können auch für die medizinische Diagnostik an Haut genutzt werden.
Quantensensoren, die auf kalten Atomen basieren, gewinnen für verschiedene Anwendungen an Bedeutung, wie etwa für Präzisionszeitmessung, für die Navigation oder fundamentalphysikalische Fragestellungen. Um derartige Quantensensoren zu betreiben, ist bisher ein komplettes optisches Labor erforderlich – für den Außeneinsatz oder gar Weltraumanwendungen gab es bis dato keine geeigneten Geräte. Seit mehreren Jahren arbeitet das FBH an hybrid-integrierten, sehr robusten Diodenlaser-Modulen, deren Formfaktor etwa um den Faktor 100 kleiner ist als der herkömmlicher Lasersysteme. Die Module integrieren Halbleiterlaserchips und Mikrolinsen. Sie erfüllen die hohen Anforderungen hinsichtlich spektraler Stabilität und Reinheit – die Linienbreite für optische Atomuhren muss bis in den Bereich unter einem Hertz reduziert werden. So hat das FBH etwa Lasermodule für die Bose-Einstein-Kondensation und Atominterferometrie mit Ausgangsleistungen von einem Watt entwickelt. Sie haben mechanische Stresstests und Beschleunigungstests bis 50 g erfolgreich absolviert.
FBH / DE
