Spektroskopischer Einsatz neuer langwelliger (bis 2 μm) Diodenlaser (VCSEL) für schwierige Bedingungen (Spectroscopic Application of Long-Wavelength (< 2 μm) VCSEL Diode Lasers)

Abstract

Abstract Oberflächenemittierende Diodenlaser (engl. VCSEL, Vertical-cavity surface-emitting laser) werden zur raschen direkten In-situ-Molekülspektroskopie eingesetzt. Nach dem Verfahren der Absorptionsspektroskopie mittels durchstimmbarer Diodenlaser wird Sauerstoff bei 760 nm, Ammoniak bei 1540 nm, Methan bei 1680 nm sowie Chlorwasserstoff und Wasser bei 1810 nm detektiert. Druckverbreiterte und hochaufgelöste Spektren werden gezeigt und das Prinzip eines langzeitstabilen Spektrometers vorgestellt. Die Wellenlängenmodulation der VCSEL mit der Temperatur und dem Strom wird untersucht. Während der Temperaturkoeffizient in etwa derselbe ist wie für herkömmliche Diodenlaser im nahen Infrarot (DFB-Laser), lassen sich VCSEL deutlich weiter mit dem Strom durchstimmen. Darüber hinaus können VCSEL thermisch wesentlich schneller moduliert werden als konventionelle Kantenemitter. Repetitionsraten bis 5 MHz werden demonstriert. Die neu eröffneten Anwendungsfelder im Hinblick auf den weiten, modensprungfreien Durchstimmbereich (Messung bei hohem Druck, mehrere Spezies, Temperaturverteilungen) und die rasche Modulierbarkeit (Messung extrem transienter Prozesse) werden diskutiert. Weiter werden spektroskopisch interessante Eigentümlichkeiten der VCSEL (geringer Schwellstrom und Strombedarf als Vorteil für batteriebetriebene mobile Geräte, Austestmöglichkeit auf der Waferebene) beleuchtet. Die langwelligen VCSEL mit λ > 1 μm auf InP-Basis existieren noch nicht lange. Es wird angenommen, dass diese demnächst verstärkten Einzug in die Molekülspektroskopie halten werden und das Einsatzgebiet von auf Diodenlasern basierenden Geräten beträchtlich nach höheren Drücken und schwierigen Bedingungen hin erweitern werden.