Spektroskopie

Wussten Sie, dass Helium im Weltraum entdeckt wurde, bevor man es auf der Erde entdeckte? Bei der Analyse des Emissionsspektrums der Sonne tauchte in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts ein neues Element auf. Er wurde Helium genannt, in Anlehnung an den griechischen Namen für die Sonne.

Seitdem hat sich die Spektroskopie zu einem grundlegenden Werkzeug in vielen Bereichen der Wissenschaft und Industrie entwickelt. Die Spektroskopie ermöglicht es, den Status verschiedener Atome und Moleküle aufgrund ihrer einzigartigen Spektren zu erkennen, zu identifizieren und zu quantifizieren.

Die Grundlagen der Laserspektroskopie

Das Herzstück der Laserspektroskopie ist der Laser – eine hochgradig kohärente, monochromatische Lichtquelle, die fein auf bestimmte Wellenlängen abgestimmt werden kann. Wenn ein Laserstrahl mit einer Probe in Wechselwirkung tritt, kann er die Atome oder Moleküle in der Probe dazu bringen, zwischen verschiedenen Energiezuständen zu wechseln. Die spezifischen Wellenlängen des Lichts, die bei diesen Übergängen absorbiert oder emittiert werden, sind charakteristisch für die einzelnen Atome oder Moleküle in der Probe und erzeugen einen einzigartigen spektralen Fingerabdruck. Anhand dieser spektralen Fingerabdrücke können Wissenschaftler die verschiedenen Bestandteile einer Probe mit bemerkenswerter Genauigkeit identifizieren und quantifizieren. Bei der Absorptionsspektroskopie zum Beispiel nimmt die Intensität des Lichts beim Durchgang durch eine Probe ab, je nach Konzentration der absorbierenden Spezies. Bei der Emissionsspektroskopie wird die Probe durch den Laser angeregt und das emittierte Licht analysiert, um die Zusammensetzung der Probe zu bestimmen.

Ramanspektroskopie in der Laserspektroskopie

Eine der speziellen Techniken innerhalb der Laserspektroskopie ist die Raman-Spektroskopie. Diese Methode beruht auf der unelastischen Streuung von Licht, der so genannten Raman-Streuung, bei der ein kleiner Teil des einfallenden Laserlichts aufgrund von Wechselwirkungen mit den Schwingungsmoden von Molekülen bei unterschiedlichen Wellenlängen gestreut wird. Die Verschiebung der Wellenlänge liefert einen molekularen Fingerabdruck, der zur Identifizierung und Untersuchung chemischer Verbindungen, selbst in komplexen Gemischen, verwendet werden kann. Die Raman-Spektroskopie ist in der Materialwissenschaft, Chemie und Biologie besonders wertvoll für die Analyse von Molekülstrukturen, chemischen Bindungen und Wechselwirkungen, ohne dass eine umfangreiche Probenvorbereitung erforderlich ist. Ihre zerstörungsfreie Natur und ihre Fähigkeit, detaillierte molekulare Informationen zu liefern, machen sie zu einem unverzichtbaren Werkzeug in verschiedenen wissenschaftlichen und industriellen Anwendungen.

Abstimmbare Diodenlaser-Absorptionsspektroskopie (TDLAS)

Eine weitere hochspezialisierte Technik innerhalb der Laserspektroskopie ist die abstimmbare Diodenlaser-Absorptionsspektroskopie (TDLAS). TDLAS ist besonders effektiv für den Nachweis und die Quantifizierung von Gasen in sehr geringen Konzentrationen. Bei dieser Technik wird ein Diodenlaser fein auf eine bestimmte Absorptionslinie eines Gasmoleküls abgestimmt. Während die Wellenlänge des Lasers über das Absorptionsmerkmal streicht, wird die Menge des vom Gas absorbierten Lichts gemessen. Diese Absorption steht in direktem Zusammenhang mit der Konzentration des Gases in der Probe. TDLAS wird aufgrund seiner hohen Empfindlichkeit, der schnellen Reaktionszeit und der Fähigkeit, spezifische Gasspezies mit minimalen Interferenzen durch andere Komponenten zu messen, in der Umweltüberwachung, der industriellen Prozesskontrolle und der medizinischen Diagnostik eingesetzt. Seine Präzision und Selektivität machen TDLAS zu einem unverzichtbaren Werkzeug in Bereichen, die eine genaue Gasanalyse erfordern.

Anwendungen der Laserspektroskopie

Die Laserspektroskopie hat eine breite Palette von Anwendungen in verschiedenen Bereichen. In der Chemie und Biochemie wird sie zur Analyse der Zusammensetzung komplexer Gemische, zur Untersuchung der Reaktionsdynamik und zur Erforschung der Eigenschaften biologischer Moleküle eingesetzt. In der Physik spielt die Laserspektroskopie eine wichtige Rolle bei der Untersuchung atomarer und molekularer Energieniveaus, von Quantenzuständen und des Verhaltens von Systemen bei sehr niedrigen Temperaturen.

Eine der wichtigsten Anwendungen der Laserspektroskopie ist die Umweltüberwachung. Techniken wie LIDAR (Light Detection and Ranging) setzen Laser ein, um die Konzentration von Schadstoffen in der Atmosphäre zu messen, Veränderungen der Treibhausgaskonzentration zu verfolgen und die Luftqualität zu überwachen. In der Medizin wird die Laserspektroskopie für nicht-invasive Diagnosen eingesetzt, z. B. um das Vorhandensein bestimmter Moleküle in Geweben oder Flüssigkeiten festzustellen, was bei der Früherkennung von Krankheiten helfen kann. In der Astronomie hilft die Laserspektroskopie den Astronomen, die Zusammensetzung entfernter Sterne und Galaxien zu analysieren, indem sie das von ihnen ausgesandte oder absorbierte Licht untersucht. Diese Technik hat dazu beigetragen, die in Sternen vorhandenen Elemente zu identifizieren und die physikalischen Bedingungen in verschiedenen Regionen des Weltraums zu verstehen.

Wir nutzen fortschrittliche Technologien zur Entwicklung von Lasern für die Laserspektroskopie. DFB- (Distributed Feedback) oder DBR-Laser (Distributed Bragg Reflector) mit monolithisch integrierten Gittern ermöglichen eine kompakte und hochvolumige Produktion. Für eine breitere Wellenlängenabdeckung werden Verstärkerchips für den Einsatz in External-Cavity-Laserdioden (ECDL) entwickelt. Wir bieten auch komplette ECDLs in einem 14-Pin-Butterfly-Gehäuse an – dies wird miniECL genannt. Für Anwendungen, die eine höhere Ausgangsleistung erfordern, können unsere Single Frequency Laserdioden mit verjüngten Verstärkern kombiniert werden, die mehrere Watt Leistung liefern und gleichzeitig die hervorragenden spektralen Eigenschaften des Seed-Lasers beibehalten.

Nutzen Sie unseren Produktfinder unten, um die passende Laserdiode für Ihre spezifischen Anwendungsanforderungen zu entdecken.