Single Frequency Laserdioden

Five gold-colored electronic components, each with multiple pins and metal casings, are arranged on a white background.

Eine Single Frequency Laserdiode ist eine spezielle Art von Laser, die Licht mit einer einzigen, extrem stabilen Wellenlänge emittiert. Im Gegensatz zu herkömmlichen Laserdioden, die Licht über ein breiteres Spektrum abgeben, sind Single Frequency Laserdioden für Anwendungen optimiert, bei denen eine sehr schmale Linienbreite und hohe spektrale Reinheit erforderlich sind. Dies macht sie ideal für eine Vielzahl fortschrittlicher technischer Einsatzgebiete, darunter die Spektroskopie kalter Atome, Raman-Spektroskopie, Interferometrie und abstimmbare Diodenlaser-Absorptionsspektroskopie (TDLAS).

TOPTICA EAGLEYARD bietet verschiedene Lasertypen als Single Frequency Laserdiode an. Unser Portfolio umfasst eine Vielzahl unterschiedlicher Laser- und Gehäusedesigns wie z.B. Distributed-Feedback-Laser (DFB-Laser), Distributed-Bragg-Reflector-Laser (DBR-Laser), RWS-Laser (Rich Waveguide Stability) und unseren miniECL.

DFB Laserdioden

DFB-Laserdioden (Distributed Feedback, DFB) sind ein bewährter Typ von Single Frequency Laserdioden, die so konzipiert sind, dass sie eine einzelne longitudinale Mode aufrechterhalten und somit eine stabile Frequenzemission gewährleisten. Dies wird durch die Integration eines Gitters in den aktiven Bereich der Diode erreicht, das nur Licht einer bestimmten Wellenlänge reflektiert und andere Wellenlängen unterdrückt. Dadurch arbeitet der Laser zuverlässig in einer einzigen Mode. DFB-Laserdioden sind besonders geschätzt für ihre Fähigkeit, eine stabile und extrem schmale Linienbreite zu erzeugen, was sie ideal für Anwendungen macht, die eine präzise Frequenzkontrolle erfordern. Ihr Design ermöglicht eine hohe Frequenzstabilität ohne externe Komponenten, was sie zu einer kompakten und zuverlässigen Lösung für viele Einzelfrequenzanwendungen macht. Für industrielle Anwendungen, die größere Stückzahlen und niedrigere Kosten erfordern, haben wir stabilisierte Rich-Waveguide Stability Laser (RWS-Laser) entwickelt. Das Design dieser Laser ist von DFB-Lasern inspiriert, erlaubt jedoch größere Toleranzen im Herstellungsprozess, was zu einer höheren Ausbeute und somit zu Kostensenkungen führt. Im Gegensatz dazu sind unsere Extended-Cavity-Laser (ECDL) speziell für anspruchsvolle spektroskopische Anwendungen optimiert. Unsere miniECL-Produkte, die für verschiedene Wellenlängen erhältlich sind, erreichen eine Linienbreite von nur 100 kHz. Dank ihrer Integration in ein hermetisch versiegeltes 14-Pin Standard-Butterfly-Gehäuse sind die miniECL-Laser robust und einfach zu handhaben.

DBR Laserdioden

Eine weitere wichtige Technologie im Bereich der Single Frequency Laserdioden ist der Distributed-Bragg-Reflector-Laser (DBR). Ähnlich wie bei DFB-Lasern wird auch bei DBR-Lasern eine Gitterstruktur verwendet, um einen Einzelfrequenzbetrieb zu erreichen. Der Hauptunterschied liegt jedoch in der Platzierung des Gitters. Bei DBR-Lasern befindet sich das Gitter außerhalb des aktiven Bereichs, an einem oder beiden Enden des Laserresonators. Diese Konfiguration ermöglicht es dem DBR-Laser, eine ähnlich schmale Linienbreite wie DFB-Laser zu erreichen.

RWS Laserdioden

Der Begriff „RWS-Laser“ (Rich Waveguide Stabilized) wurde von TOPTICA EAGLEYARD geprägt. Diese Lasertypen basieren auf derselben Chiptechnologie, dem gleichen Design und den Materialien wie klassische DFB-Laser, jedoch bei halbierten Kosten. RWS-Laser wurden speziell für industrielle Anwendungen entwickelt, insbesondere für die Interferometrie und für Anwender mit hohem Kostendruck. Sie ermöglichen die Umsetzung von Projekten, die eine schmale Linienbreite erfordern, jedoch keine exakte Zielwellenlänge benötigen. Bei optimalen Betriebsbedingungen bieten RWS-Laser eine modensprungfreie Reichweite. Sie sind bei 780 nm erhältlich – einer idealen Wellenlänge, die sowohl hohe Laserleistung als auch eine hohe Empfindlichkeit der kostengünstigen Silizium-Si-Detektoren ermöglicht, was den RWS-Laser zu einer besonders wirtschaftlichen Lösung macht.

miniECL

Eine weitere Besonderheit von TOPTICA EAGLEYARD ist der miniECL. Im Gegensatz zu den RWS-Lasern sind unsere Extended-Cavity-Laser (ECDL) speziell für hochanspruchsvolle spektroskopische Anwendungen konzipiert. Das kompakte Design des ECDL, bestehend aus einem Verstärkerchip und einem externen Gitter, ermöglicht die Integration in ein 14-poliges Butterfly-Gehäuse mit eingebauter Strahlkollimation. Dank dieser hohen Integration eignet sich der miniECL sowohl für den Laboreinsatz als auch für industrielle Anwendungen, bei denen eine Leiterplattenmontage erforderlich ist. Die miniECL-Laser sind für verschiedene Wellenlängen verfügbar, erreichen eine Linienbreite von 100 kHz und bieten ein typisches SMSR von 50 dB. Aufgrund des robusten Designs, der hohen mechanischen Stabilität des Resonators und des hermetisch versiegelten Gehäuses mit integriertem thermoelektrischen Kühler bleibt die Laserkavität stabil, ohne dass eine Nachjustierung erforderlich ist.

Vorteile von Single Frequency Laserdioden

Single Frequency Laserdioden bieten gegenüber Laserdioden mit breiterem Spektrum mehrere wesentliche Vorteile, die sie zur bevorzugten Wahl für viele hochpräzise Anwendungen machen. Diese Vorteile umfassen:

Schmale Linienbreite: Die geringe Linienbreite von Single Frequency Laserdioden minimiert das Phasen- und Frequenzrauschen, was besonders für Anwendungen, die hochpräzise Messungen erfordern, von großer Bedeutung ist.
Hohe spektrale Reinheit: Single Frequency Laserdioden erzeugen Licht mit hervorragender spektraler Reinheit und hohem Seitenmodenunterdrückungsverhältnis (SMSR).
Stabilität: Single Frequency Laserdioden zeichnen sich durch ihre Fähigkeit aus, die Ausgangsleistung stabil zu halten, da sie nur ein geringes Modenverteilungsrauschen aufweisen.

Die schmale Linienbreite dieser Laser reduziert das Phasenrauschen erheblich, wodurch sie ideal für eine Vielzahl präziser Messanwendungen geeignet sind. Zudem sind sie in der Lage, einen stabilen Einzelfrequenzbetrieb selbst über längere Zeiträume und bei Temperaturschwankungen aufrechtzuerhalten, was sie besonders zuverlässig für kritische Langzeitanwendungen macht. Ihre kompakte Bauweise, im Vergleich zu größeren Systemen, die oft externe Stabilisierung benötigen, ermöglicht zudem eine einfache Integration in Geräte mit begrenztem Platzangebot. Diese Kombination aus Kompaktheit, hoher Effizienz und niedrigem Energieverbrauch macht Single Frequency Laserdiode zur idealen Lösung für zahlreiche photonische Anwendungen.