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Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by Oldenbourg Wissenschaftsverlag September 25, 2009

Industrielle Sauerstoffmessung mit einem neuartigen oberflächenemittierenden Laser (Oxygen Measurements by Using a Novel Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser)

Jürgen Wöllenstein , Marcus Braun , Susanne Hartwig , Armin Lambrecht , Andreas Peter , Johannes Michael Ostermann , Fernando Rinaldi and Rainer Michalzik
From the journal tm - Technisches Messen

Abstract

Oberflächenemittierende Halbleiterlaser (VCSEL) werden zur spektroskopischen Sauerstoffmessung im Wellenlängenbereich bei 762 nm eingesetzt. Hierfür wurden besonders polarisationsstabile Laserdioden auf der Basis von AlGaAs entwickelt. Im Vergleich zu kantenemittierenden Lasern lassen sich VCSELs deutlich besser über den Betriebsstrom abstimmen, während sich die Temperaturmodulation in der gleichen Größenordnung bewegt. Bei dem konventionellen Verfahren der Abstimmung über Stromrampen wurde 1 kHz als Messfrequenz gewählt. Weiterhin wurde der Einsatz besonders schneller Peltierelemente für die schnelle Abstimmung durch Temperaturrampen über mehrere Gasabsorptionslinien gezeigt.

Abstract

Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers (VCSELs) are used for oxygen monitoring via tunable diode laser spectroscopy at 762 nm wavelength. For the desired application, novel polarisation-stable laser diodes based on AlGaAs were developed. In comparison to conventional edge-emitting lasers, VCSELs can be much better tuned in wavelength by the injection current, whereas the temperature modulation coefficient is in the same range. For the conventional method of current modulation, a tuning rate of 1 kHz was chosen. Furthermore, the use of extremely fast Peltier elements for the fast tuning over many gas absorption lines is shown.

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References

1 H. Baltes, W. Göpel, J. Hesse, (eds.), Sensors Update. Sensor Technology – Applications – Markets, Vol. 2, VCH, Weinheim (1996), pp. 119–180.Search in Google Scholar

2 E. Schlosser, Diodenlaser-gestützter In-situ-Nachweis von O2 und Alkaliatomen, Dissertation, Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg (2002).Search in Google Scholar

3 K.J.Ritter, T.D. Wilkerson, High resolution spectroscopy of the oxygen A-band, J. Mol. Spectrosc.121 (1997), pp. 1–19.Search in Google Scholar

4 M.Lackner, F. Winter, G. Totschnig, M. Ortsiefer, J. Rosskopf, M.-C. Amann, R. Shau, Spektroskopischer Einsatz neuer langwelliger (bis 2 µm) Diodenlaser (VCSEL) für schwierige Bedingungen, Technisches Messen70 (2003) 6, pp.294–305.Search in Google Scholar

5 P.Vogel, V. Ebert, Near shot noise detection of oxygen in the A-band with vertical-cavity surface-emitting lasers, Appl. Phys. B72(2001), pp.127–135.Search in Google Scholar

6 V.Weldon, J. O'Gorman, J.J. Perez-Camacho, D. McDonald, J. Hegarty, J.C. Connolly, N.A. Morris, R.U. Martinelli, J.H. Abeles, Laser diode based oxygen sensing: A comparison of VCSEL and DFB laser diodes emitting in the 762 nm region, Infrared Phys. Technol.38(1997), pp.325–329.Search in Google Scholar

7 H.J.Unold, S.W.Z. Mahmoud, R. Jäger, M. Grab herr, R. Michalzik, K.J. Ebeling, Large-area single-mode VCSELs and the self-aligned surface relief, IEEE J. Select. Topics Quantum Electron.7(2001), pp.386–392.Search in Google Scholar

8 J.M.Ostermann, C. Jalics, A. Kroner, M.C. Riedl, R. Michalzik, P. Debernardi, Polarisationskontrolle von VCSELn mit Hilfe eines monolithisch integrierten Oberflächengitters, Photonik35(2003), pp.42–44.Search in Google Scholar

9 P.Debernardi, J.M. Ostermann, M. Feneberg, C. Jalics, R. Michalzik, Reliable polarization control of VCSELs through monolithically integrated surface gratings: a comparative theoretical and experimental study, IEEE J. Select. Topics Quantum Electron.11(2005), pp.107–116.Search in Google Scholar

10 J.M.Ostermann, P. Debernardi, C. Jalics, A. Kroner, M.C. Riedl, R. Michalzik, Surface gratings for polarization control of single- and multi-mode oxide-confined vertical-cavity surface-emitting lasers, Optics Communications246/4–6(2005), pp.511–519.Search in Google Scholar

11 Avalon Photonics, Datenblatt 760 nm VCSEL, (2003).Search in Google Scholar

12 H.Böttner, J. Nurnus et al., New Thermoelectric Components Using Microsystem Technologies, J. of MEMS13(3)(2004), pp.414–420.Search in Google Scholar

13 L.S.Rothmann, et al., The HITRAN molecular spectroscopic database and Hawks (HITRAN atmospheric workstation): 1996 Edition, J. Quant. Spectrosc. Rad. Transf.60(1998), pp.665–710.Search in Google Scholar

Published Online: 2009-09-25
Published in Print: 2005-07-01

© Oldenbourg Verlag

Downloaded on 7.12.2022 from frontend.live.degruyter.dgbricks.com/document/doi/10.1524/teme.2005.72.7-8.440/html
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