Neuartiger Halbleiter 10.05.2013, 13:57 Uhr

Diode ersetzt den Gaslaser

Mit einem vielseitig einsetzbaren Gerät präsentieren sich Berliner Forscher auf der Weltleitmesse „Laser World of Photonics”. In den neuen Halbleiterlasern kommen äußerst schnelle Galliumnitrid-Transistoren zum Einsatz. 

Das Pulslasersystem PLS 1000 besteht aus einem Steuergerät (li.) und einer Optikkomponente mit Pikosekunden-Lichtquelle. Das Lasersystem liefert ultrakurze Lichtimpulse kleiner 10 ps und bietet frei wählbare Folgefrequenzen vom Hertz- bis in den Megahertz-Bereich.

Das Pulslasersystem PLS 1000 besteht aus einem Steuergerät (li.) und einer Optikkomponente mit Pikosekunden-Lichtquelle. Das Lasersystem liefert ultrakurze Lichtimpulse kleiner 10 ps und bietet frei wählbare Folgefrequenzen vom Hertz- bis in den Megahertz-Bereich.

Foto: FBH/ P. Immerz

Der Zollstock ist nur noch zweite Wahl. Wer einen Raum vermessen will, um herauszufinden, wie viele Rollen Tapete nötig sind, oder wer den Bau eines Wintergartens vorbereitet, greift zum Lasermessgerät. Das sendet einen scharf gebündelten roten Lichtstrahl aus, der von jedem Hindernis, etwa der gegenüberliegenden Wand, reflektiert wird. Aus der Laufzeit ermittelt das Gerät den Abstand auf den Millimeter genau.

Wenn es um relativ kurze Entfernungen geht reichen Geräte mit Halbleiterlasern. Für komplexere Messungen werden Gaslaser eingesetzt, die sehr viel teurer und größer sind. Neue Halbleiterlaser, die am Berliner Ferdinand-Braun-Institut entwickelt worden sind, sollen die Gaslaser jetzt ersetzen. Sie emittieren rote Lichtpulse, die jeweils weniger als zehn Picosekunden dauern (eine Picosekunde ist eine Billionstel Sekunde). Die Pulsleistung liegt bei mehr als 20 Watt, extrem viel für einen Halbleiterlaser. Möglich ist das durch den Einsatz von äußerst schnellen

Galliumnitrid-Transistoren wurden ebenfalls am Berliner Institut entwickelt 

Weil sich die Frequenz des Laserlichts verändern lässt, ist die neue Diode besonders gut für die so genannte Raman-Spektroskopie geeignet. Damit lassen sich beispielsweise das Alter von Lebensmitteln und ihre Zusammensetzung analysieren. Die Frequenz des Laserlichts, das auf eine Probe fällt, wird charakteristisch verändert, je nach ihrer Beschaffenheit. Daraus ermittelt die Auswerteeinheit die gesuchten Daten. Das Laserlicht regt zusätzlich Atome in den Proben an, so dass sie fluoreszieren und das Frequenzspektrum gestört wird. Wenn die Probe gleichzeitig von zwei Lasern bestrahlt wird, deren Frequenzen nah beieinanderliegen, werden zwei Lichtsignale emittiert, während das Fluoreszenzverhalten gleich bleibt. Die emittierten Signale werden dann einfach voneinander abgezogen, sodass es ein eindeutiges Ergebnis gibt.

Für Blut, Staub und Spurengase

Die neue Diode ermöglicht auch die Konstruktion von kompakten Geräten, die mit Hilfe der Fluoreszenz-Spektroskopie die Strömungsgeschwindigkeit des Blutes in den Adern misst. Auch mobile Lidar-Geräte werden jetzt möglich. Diese analysieren die Bestandteile der Atmosphäre, erkennen beispielsweise Staubkonzentrationen und Spurengase noch in sehr großen Höhen. Lidar (Light Detection and Ranging) ähnelt der Raman-Spektroskopie. Laserlicht wird in die Atmosphäre geschossen. An Partikeln, Atomen und Molekülen wird es gestreut. Zudem ändert sich seine Frequenz. Aus dem Spektrum, das auf die Erde zurückgeworfen wird, lassen sich Entfernungen, etwa von Wolken, und die chemische Zusammensetzung der vermessenen Luftschichten ermitteln. Das System wird vom 13. bis 16. Mai auf der „Laser World of Photonics“ in München gezeigt.

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