Mobile-Menu

Laser-Sensorik Flexibler Infrarot-Laser für vielseitige Analyseanwendungen

Von Steffen Schindler 2 min Lesedauer

Anbieter zum Thema

Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM
SCHURTER AG
FAULHABER SA

Die Weiterentwicklung von Lasersystemen, wie sie beispielsweise in Spektroskopen zum Einsatz kommen, ist ein herausforderndes und teures Vorhaben. Um gerade kleinen und mittleren Unternehmen dennoch innovative Anwendungen zu ermöglichen, entwickelte das Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM im Projekt QuantumCascade ein modulares Lasersystem für multispektrale Analysen.

Demonstrator des Projekts QuantumCascade. Die vom Fraunhofer IZM entwickelte und gefertigte Dünnglasplatine hat eine Grundfläche von 80 mm x 100 mm. Die integrierten Laser und Treiber können über ein programmierbares Interface angesteuert werden. (Bild: Gunnar Böttger)
Demonstrator des Projekts QuantumCascade. Die vom Fraunhofer IZM entwickelte und gefertigte Dünnglasplatine hat eine Grundfläche von 80 mm x 100 mm. Die integrierten Laser und Treiber können über ein programmierbares Interface angesteuert werden.
(Bild: Gunnar Böttger)

Infrarot-Spektroskopie findet in vielen Bereichen Anwendung, beispielsweise in den Geo-Wissenschaften, der Recycling-Industrie oder der Medizintechnik. Dabei hat die Genauigkeit und Komplexität von spektroskopischen Analyseverfahren in den letzten 20 Jahren deutlich zugenommen. Aktuelle Geräte, die Licht mit verschiedenen Wellenlängen zur Durchführung von multispektralen Tests nutzen, sind klobig und stationär. Entsprechende Spektroskope im Handheld-Format würden den Einsatz im Feld ermöglichen. Doch ihre Entwicklung und Miniaturisierung ist kostenintensiv und setzt viel Knowhow voraus.

Hier setzt das Projekt QuantumCascade an. Ein modulares, leistungsfähiges Lasersystem, integriert auf einer Glasplatine, würde den Entwicklungsaufwand für neuartige Geräte reduzieren, da Hersteller auf eine flexibel einsetzbare, zuverlässige Lichtquelle zurückgreifen könnten. Mit dem Einsatz von Quantenkaskadenlasern (Quantum Cascade Lasers, QCLs) kann dabei der Wellenlängenbereich zwischen 2 μm und 15 μm, das mittlere Infrarot-Spektrum (MIR), erschlossen werden. Bis zu drei QCLs können so programmiert werden, dass sie Pulse von nur 5 Nanosekunden aussenden, die für die spektroskopische Analyse organischer Substanzen besonders wichtig sind.

Hoch integriert für verschiedenste Anwendungen

Zusätzlich zu den eigentlichen Lasern werden auch Lasertreiber eingebettet, die gemeinsam mit dem Partner Laser Electronics LE GmbH entwickelt wurden. Hinzu kommt eine integrierte optische Strahlformung und -übertragung mit asphärischen Optiken und Fasern, die besonders auf das MIR-Spektrum abgestimmt sind.

Durch das neuartige Aufbaukonzept, bei dem jeder der QCLs in einem temperaturstabilisierbaren Hohlraum im Glas sitzt, können die eng beieinander liegenden Laser unabhängig voneinander in ihrer Temperatur und damit in der Wellenlänge eingestellt und stabilisiert betrieben werden. Die integrierten elektronischen Treiber und Regelkreise sind mit industriellen Lötprozessen auf einer dünnfilm-metallisierten Glasplatine angebracht – die mittels selektiver Laserätzung im μm-Bereich so strukturiert ist, dass auch die optischen Komponenten direkt einbestückt werden können. Der hohe Integrationsgrad ermöglicht es, das gesamte System zu verkapseln. Dadurch kann es auch in rauen Umgebungen eingesetzt oder im Rahmen von Medizinanwendungen desinfiziert werden.

Bei der Entwicklung des Lasersystems konnte das Forschungsteam auf Erfahrungen aus dem Vorgängerprojekt PhotMan zurückgreifen, in dem ein vielseitig einsetzbares faseroptisches Sensorsystem realisiert wurde. QuantumCascade entwickelt dabei eine am Fraunhofer IZM etablierte Dünnglas-Plattform weiter, mit der optische und elektronische Komponenten integriert und effizient gekoppelt werden können.

(ID:50498651)

Jetzt Newsletter abonnieren

Verpassen Sie nicht unsere besten Inhalte

Mit Klick auf „Newsletter abonnieren“ erkläre ich mich mit der Verarbeitung und Nutzung meiner Daten gemäß Einwilligungserklärung (bitte aufklappen für Details) einverstanden und akzeptiere die Nutzungsbedingungen. Weitere Informationen finde ich in unserer Datenschutzerklärung. Die Einwilligungserklärung bezieht sich u. a. auf die Zusendung von redaktionellen Newslettern per E-Mail und auf den Datenabgleich zu Marketingzwecken mit ausgewählten Werbepartnern (z. B. LinkedIn, Google, Meta).

Aufklappen für Details zu Ihrer Einwilligung

Weiterführende Inhalte