Singlemode VCSEL für spektroskopische Applikationen
Singelmode VCSEL in den Wellenlängen 760 nm und 948 nm werden in der Absorptions-Spektroskopie eingesetzt.
VCSEL
Die Absorptionsspektroskopie mittels abstimmbarer Laser ist eine Paradeanwendung der Singlemode VCSEL. Hier wurde Pionierarbeit geleistet und so waren es VCSEL-basierte Systeme, die die ersten industriellen Diodenlaserspektrometer in wirtschaftlich bedeutsamen Stückzahlen ausstatteten. Hervorzuheben ist hierbei die optische Sauerstoffmessung. Diese findet im Band um 760 nm statt. Neben dieser Wellenlänge bieten wir noch SM VCSEL bei 948 nm zur Feuchtemessung an.
Eigenschaften
Singlemode VCSEL sind grundsätzlich modensprungfrei, bei spektroskopischen Applikationen sind aber trotzdem die Versionen mit integriertem Peltierkühler zu empfehlen. Nur so kann letztlich der Arbeitspunkt (und damit die Kalibration) präzise auch unter wechselnden Temperaturbedingungen eingehalten werden.
Messprinzip
Das Messprinzip ist wie folgt: Der Diodenlaser als selektive Strahlquelle tastet einen charakteristischen Teil des Spektrums ab, ein zusätzlicher Spektralapparat wird nicht benötigt. Die spektrale Abstimmung erfolgt meist mittels Stromänderung bei konstanter Temperatur. So können hohe Messraten und Auflösungen von ca. 0.000004 nm realisiert werden. Gemessen wird die transmittierte Strahlung. Die Konzentration der gesuchten Substanz wird mittels des Lambert-Beerschen Gesetzes berechnet.
Singlemode VCSEL in dieser Rubrik sind 100% polflip-frei.
Ein guter Singlemode (SM) VCSEL hat eine Bandbreite von unter 30 MHz (oder in Kohärenzlängen umgerechnet von mehreren zehn Metern). Es ist in der Praxis jedoch nicht trivial diese exzellenten Werte auch zu realisieren. Die Tücke liegt in der hohen Stromabstimmrate von 0.6 nm/mA (ca. 30 mal höher als bei DFB-Lasern). Jede Schwankung des Betriebsstromes führt zu einer starken Wellenlängenverschiebung. Anders gesagt: Die spektrale Breite des Single Mode VCSEL (und mit ihr die Kohärenzlänge) ist ein sehr empfindliches Maß für das Rauschen von Stromquellen.
Single Mode VCSEL Array bei 763 nm
Unter der Bezeichnung SPECDILAS-V-763-MTE-2x4L ist seit Kurzem bei LASER COMPONENTS ein 8 Element Single Mode Diodenlaserarray erhältlich. Jeweils 4 Dioden sind mit einem Pitch von 250 µm in zwei Reihen mit 500 µm Abstand angeordnet und auf einem Peltierkühler zur Temperaturstabilisierung für anspruchsvolle Experimente montiert. Mit diesem Array ist es z. B. möglich, die Sauerstoffkonzentration mittels Absorptionsänderung oder aber eine Objektgeschwindigkeit mittels Laserdopplerverfahren nicht wie bisher nur an einer Stelle sondern zweidimensional zu vermessen. Somit können auch Fluktuationen oder inhomogene Verteilungen (Flammen) realistischer erfasst werden.
