FBH демонстрирует последние достижения: от квантовых чипов до космических лазеров
Институт Фердинанда Брауна — Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) из Берлина — та организация, за чьими разработками я стараюсь следить особенно пристально и вам очень рекомендую. Они работают по полному циклу: от дизайна устройств до прототипов и мелкосерийного производства. В последние месяцы они продемонстрировали немало обновлений.
GaAs-лазеры: шаг в квантовые вычисления
Первое, что бросается в глаза — FBH продлил диапазон длин волн лазеров на арсениде галлия с 620 нм до 614 нм. Звучит как небольшой сдвиг в шесть нанометров, но для квантовых вычислений это принципиально. Именно эта длина волны позволяет сбрасывать ионы бария, которые используются как кубиты в квантовых процессорах. Нечасто увидишь такой прямой выход фундаментальной технологии в конкретную квантовую архитектуру.
Фотонная интеграция на GaAs
На основе своей экспертизы в дизайне чипов и производстве GaAs-диодных лазеров FBH разработал монолитную фотонную интегрированную платформу на арсениде галлия. Она объединяет на кристалле усиление с пассивными волноводами — как мелкими, так и глубоко травленными. Это основа для лазеров с кольцевым резонатором, способных перекрывать диапазон от 950 до 1180 нм. Применения: квантовая физика, спектроскопия, биосенсинг. В мире есть лишь пара компаний с подобными возможностями, в России – одна.
Мощные диодные лазеры: от чипа до заводского цеха
Отдельная история — их лазерная головка SAMBA для 3D-печати металлом. FBH провёл успешные полевые испытания прямо на площадке индустриального партнёра. В основе системы — компактный модуль прямого диодного лазера, выдающий 1 кВт непрерывной мощности на длине волны 780 нм, точно в пик поглощения алюминия.
Что особенно впечатлило: параллельно команда FBH внедрила лазеры с более узкой полоской и короткими резонаторами, подняв эффективность преобразования на уровне 1 кВт до 50%. При этом вдвое увеличили достигаемую плотность мощности — до 2 кВт/мм². Для прямых диодных систем это серьёзный шаг.
Лазеры накачки для термоядерного синтеза
FBH также продвинулся в разработке источников накачки для инерциального термоядерного синтеза (IFE). Здесь новые концепты устройств нацелены одновременно на повышение производительности и снижение производственных затрат. В арсенале — многопереходные дизайны и продвинутые подходы к пассивации торцов и стабилизации решётки.
Параллельно идёт работа над фундаментальными характеристиками. За счёт кастомизированного профиля тока вдоль резонатора им удалось выровнять распределение температуры в устройстве и — впервые в мире — сузить боковое дальнее поле на 30%. Это прямое повышение яркости широкоапертурных лазеров.
Космические модули: проверено микрогравитацией
FBH много лет делает диодные лазерные модули для космоса, и их надёжность подтверждена в многочисленных экспериментах в условиях микрогравитации. Сейчас институт изготавливает 55 ультраузкополосных модулей для установки BECCAL, которая будет работать с квантово-оптическими экспериментами на борту МКС.
В основе — запатентованная технология MiLas. Эти микроинтегрированные модули исключительно прочные и компактные: 125×75×23 мм, масса 750 г. Выдают более 500 мВт выходной мощности с собственной шириной линии ниже 1 кГц. Технологию сейчас дорабатывают для спутников на средних и геостационарных орбитах с операционным сроком службы свыше 15 лет.
Параллельно FBH миниатюризирует гибридную концепцию внешнего резонатора (ECDL) до монолитного чипа — mECDL.
Импульсные наносекундные источники для LiDAR
Ещё одно направление — импульсные наносекундные лазеры для времяпролётных (ToF) LiDAR-систем. Тоже заточены под космос, но подходят и для робототехники, и для автономного вождения. Разрабатываются в нескольких вариантах с собственной драйверной электроникой. Например, 48-эмиттерные лазерные линейки с шириной полоски 50 мкм достигают импульсной мощности свыше 2000 Вт. Приличный результат для компактного модуля.
Оптические изоляторы: миниатюрные и мощные
Отдельно хочу выделить то, что FBH сделал с оптическими изоляторами — а это, на минуточку, критически важный компонент любой полупроводниковой лазерной системы. Напомню, изолятор пропускает свет только в одном направлении, защищая лазер от губительной обратной засветки. Проблема всегда была в том, что коммерчески доступные изоляторы либо громоздкие, либо не перекрывают нужный диапазон.
FBH разработал технологическую платформу для сверхкомпактных изоляторов объёмом менее 0,5 мл. Они перекрывают широкий диапазон длин волн — примерно от 400 до 950 нм — и дают изоляцию более 30 дБ с пропусканием выше 70%. Это впечатляющие цифры для такого объёма.
Что важно: FBH, по сути, закрывает этими изоляторами пробел в текущем коммерческом ландшафте. Открываются применения, которые раньше упирались в отсутствие подходящего компонента: фотонные модули для компактных квантовых компьютеров, высокоточные оптические часы, мобильные квантовые сенсоры. Один из таких изоляторов уже отработал в космосе на борту наноспутника — а это высшая проверка на надёжность.