Laser Sensors Lab
Am FBH entwickeln wir Diodenlaser, die speziell auf Anwendungen in der Sensorik und der Analytik zugeschnitten sind. Sie basieren auf spektral schmalbandigen Diodenlasern und wellenlängenstabilisierten Lichtquellen. Die Applikationen liegen unter anderem in der Raman-, Fluoreszenz- und Absorptionsspektroskopie. Die Diodenlaser können ebenfalls als Seedlaser für Hochleistungslaser, etwa für LiDAR-Systeme eingesetzt werden.
Die Entwicklungen an unserem Institut decken die gesamte Wertschöpfungskette ab, vom Diodenlaser zur Lichtquelle bis hin zum Messsystem und Anwendungsbeispielen.
Bei der Shifted Excitation Raman Differenz Spektroskopie (SERDS) handelt es sich um eine mächtige und leicht anzuwendende Art der Raman Spektroskopie. Diese ermöglicht die Trennung der Raman Signale von typischen Störeinflüssen und erlaubt dadurch Anwendungen außerhalb der klassischen Labor-Messumgebung, z.B. in realen Vor-Ort Messungen. Vorraussetzung sind Anregungslichtquellen mit zwei individuell adressierbaren Emissionswellenlängen. Diese werden am FBH maßgeschneidert entwickelt. Der spektrale Abstand sollte dabei der spektralen Breite des Raman Signals des zu untersuchenden Zielanalyten entsprechen (z.B. 10 cm-1 für flüssige und feste Proben). Die Messprobe wird nacheinander mit beiden Emissionswellenlängen angeregt. Dabei verschiebt sich auch das Raman Signal mit dem spektralen Abstand der Lichtquelle. Störende Hintergrundeinflüsse wie z.B. durch Fluoreszenz und Umgebungslicht bleiben jedoch unverändert. Die Subtraktion der beiden Raman Spektren ergibt somit ein SERDS Spektrum, bei dem das Raman Signal von den störenden Hintergrundeinflüssen getrennt ist.
Die am FBH entwickeleten Zwei-Wellenlängen-Diodenlaser basieren auf räumlich getrennten Laserkavitäten mit interner Wellenlängenstabilisierung auf verschiedenen Wellenlängen und gemeinsamer Austrittsfacette. Durch seperate Kontakte können die Laser sowohl im Einzel- als auch Parallelbetrieb eingestzt werden. Letzteres wird beispielsweise für die Erzeugung von THz Strahlung angewendet. Durch implementierte Gitterheizer lässt sich dabei der spektrale Abstand beider Wellenlängen und somit die damit erzeugte THz Frequenz frei einstellen. In der Anwendung kann dieser Effekt zur THz Spektroskopie genutzt werden.
In der Wellenlänge durchstimmbare Diodenlaser ermöglichen die qualitative und quantitative Detektion verschiedenster Substanzen und umweltrelevanter Gase. Einzelne Zielsubstanzen, wie z.B. Wasserdampf und Sauerstoff, weisen auch im sichtbaren bis nah-infraroten Spektralbereich für einen atmosphärischen Gasnachweis ausreichende Linienstärken auf. Für Absorptionsmessungen unter Umgebungsbedingungen werden am FBH schmalbandige, in der Wellenlänge durchstimmbare Diodenlaser gezielt entwickelt und können qualitativ direkt untersucht werden. Dafür wird Licht der Laser beispielsweise in eine Ulbrichtkugel oder Gaszelle eingekoppelt, darin mehrfach gestreut und anschließend von einer Photodiode detektiert. Der einfache und robuste Aufbau ermöglicht u.a. die Messung von Wasserdampfkonzentrationen oder hochaufgelöste Messungen von Kombinations-Rotations-Schwingungs-Banden.
- Entwicklung von flexibel steuerbaren Diodenlasern für multimodale spektroskopische Analysen
- Labor- und in situ Untersuchungen von Proben in Anwendungsfeldern wie z.B. Sicherheit, Biologie, Medizin, Lebensmittelkontrolle, Pharmaindustrie und Agrarwesen
- Zwei-Wellenlängen Diodenlaser für die Anwendung in SERDS bei der konfokalen Raman Mikroskopie