FBH 将展示用于太空和量子技术的半导体

2021 年 11 月 16 日至 19 日，Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) 将参加在德国不来梅举行的欧洲空间技术博览会。FBH 在为复杂空间应用开发和制造坚固、紧凑的二极管激光器模块方面拥有长期经验。这些模块已经在零重力条件下的实验中多次证明了它们的能力。

FBH 目前正在制造 55 个为 BECCAL（玻色-爱因斯坦凝聚-冷原子实验室）仪器开发的超窄线宽激光模块。到 2024 年，它们将被用于由德国航空航天中心（DLR）和美国国家航空航天局（NASA）运营的研究设施，用于在国际空间站 ISS上对超冷原子进行量子光学实验。该设施将用于研究涉及在绝对零度（-273.15 摄氏度）附近高精度量子物体的基本物理学问题。

这些和以前的二极管激光器模块的核心元件是由 FBH 开发的激光二极管，它们与光学元件和其他无源元件组装在一起，具有最大的稳定性和精度。由于 FBH 独特的微集成技术，这些模块非常坚固，非常适合在太空中使用。它们有着仅 125 x 75 x 23 mm³ 的小尺寸、低质量 (750 g) 和出色的性能参数：实现了输出功率 > 500 mW，同时固有线宽 < 1 kHz。

通过与柏林洪堡大学的密切合作，此类模块也被内置到紧凑型量子传感器和光学时钟中，用于太空和量子技术行业兼容系统解决方案。合作联合实验室展示了一种新型、完全自主的频率稳定激光源，该激光源具有基于铷中 D2 跃迁的集成 DFB 激光二极管，工作波长为 780 nm。

卫星激光模块：从通信到气候保护

FBH 还在开发一系列用于卫星的激光模块。该研究所的激光二极管工作台（LDB）已成功使用多年，作为Tesat-Spacecom的激光通信终端（LCT）的泵浦激光器。除其他外，它们被用于在卫星之间和向地面快速传输大量地球观测数据。LDB 是根据欧洲航天局 (ESA) 的空间应用标准开发和认证的。

它们的波长稳定在 Nd:YAG 激光器的泵浦跃迁带，因此泵浦激光束确保了稳定的 LCT 性能。最重要的是，泵浦激光器在整个 15 年的任务生命周期内具有出色的可靠性。

FBH 还将展示一个DBR 激光阵列模块，由于集成了布拉格反射器，可在芯片层面上稳定波长，从而具有低噪声和高可靠性。这种模块的适用性已被证明可以连续运行 15 年以上，因此它们有资格作为下一个 LCT 太空任务的飞行硬件。另一种泵浦激光器未来将用于 MERLIN 气候卫星，该卫星将测量大气中的甲烷浓度。

为此，FBH 已开发、认证并交付了激光模块，每个模块都配备了两个高功率激光半光棒。这些模块在 808 nm 波长下提供 130 W 脉冲发射，并泵浦 Nd:YAG 激光器。据 FBH 称，该技术在整个任务生命周期内的性能和可靠性已经通过广泛的认证得到证明，并得到了欧空局技术中心 ESTEC 的独立确认。因此，即使在超过 40 亿个脉冲的长期运行寿命中，其性能的下降也是微不足道的。

用于卫星通信和传感器的节能组件

由于GaN 开关晶体管的高辐射硬度和高频开关能力，它特别适用于卫星的功率调节。FBH 新开发的 10 A/400 V AlN 电源核心采用半桥配置的 GaN 功率晶体管，最大限度地减少了开关单元的寄生电感和电容。

电源开关、栅极驱动器和直流链路电容器以极其紧凑的方式异质集成，热量通过氮化铝衬底有效散发。通过这种方式，与采用分立器件的传统设计相比，功率单元的开关时间可以减半。高开关频率与高转换器效率相结合是功率密度特别高的电源转换器的先决条件。是一个决定性的优势，因为在太空中重量是关键。

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