Quantenkaskadenlaser: spektrale Eigenschaften und Eignung für die hochauflösende Molekülspektroskopie

• Antragsteller: Professor Dr. Manfred Mürtz
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2001 bis 2005
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5318340

Das vorgeschlagene Projekt befasst sich mit einem neuen Lasertyp für den mittleren Infrarotbereich (MIR), dem Quantenkaskadenlaser bzw. Quantum Cascade Laser (QC-Laser). Es handelt sich dabei um einen Halbleiterlaser, der 1994 in den Bell Labs zum ersten Mal erfolgreich hergestellt wurde. Prinzipiell kann man mit diesem Lasertyp den Wellenlängenbereich von 3 bis 17 µm abdecken. Der entscheidende Vorteil des QC-Lasers gegenüber anderen Infrarotlasern für diesen Spektralbereich besteht darin, dass er kontinuierliche Durchstimmbarkeit mit einer vergleichsweise hohen Ausgangsleistung (bis zu 100 mW) verbindet. Diese Eigenschaften machen den QC-Laser zu einem vielversprechenden Lasersystem für die Molekülspektroskopie mit hoher Auflösung und Empfindlichkeit. In der Arbeitsgruppe von Prof. Urban, Universität Bonn, sind unter Mitarbeit des Antragstellers bereits Experimente zur Bestimmung der spektralen Linienbreite durchgeführt worden. Aufbauend auf diesen Vorexperimenten in Bonn wollen wir in dem vorgeschlagenen Projekt an der Universität Düsseldorf die spektralen Eigenschaften des QC-Lasers systematisch untersuchen und die Eignung des Lasers für die Infrarot-Spektroskopie überprüfen. Im Vordergrund werden dabei Fragen zur Amplitudenstabilität, zur Frequenzstabilität, zur Frequenzdurchstimmbarkeit und zur Strahlqualität stehen. Der direkte Vergleich mit konkurrierenden Lasersystemen, CO-Laser und Bleisalzdiodenlaser wird Aufschluss über die Leistungsfähigkeit der QC-Laser für die Molekülspektroskopie geben. Aufgrund unserer experimentellen Vorarbeiten erwarten wir, dass sich dieser neue Lasertyp bald etablieren und in Zukunft große Bedeutung für die Verwirklichung von kompakten und mobilen Laserspektrometern erlangen wird. Die geplanten Untersuchungen sollen die Grundlagen für den Einsatz des QC-Lasers als Strahlungsquelle für die hochauflösende und hochempfindliche Molekülspektroskopie schaffen und ihre Anwendung in der Spurengasanalytik demonstrieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen