DE4320037A1 - Method and arrangement for supplying a measurement laser with power, in particular a diode laser for absorption-spectroscopic trace-gas analysis - Google Patents

Method and arrangement for supplying a measurement laser with power, in particular a diode laser for absorption-spectroscopic trace-gas analysis

Info

Publication number
DE4320037A1
DE4320037A1 DE19934320037 DE4320037A DE4320037A1 DE 4320037 A1 DE4320037 A1 DE 4320037A1 DE 19934320037 DE19934320037 DE 19934320037 DE 4320037 A DE4320037 A DE 4320037A DE 4320037 A1 DE4320037 A1 DE 4320037A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
laser
tuning
power supply
signal
measuring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE19934320037
Other languages
German (de)
Inventor
Peter Dr Werle
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority to DE19934320037 priority Critical patent/DE4320037A1/en
Priority to EP94109051A priority patent/EP0629851A3/en
Publication of DE4320037A1 publication Critical patent/DE4320037A1/en
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/39—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using tunable lasers

Abstract

The invention relates to a method and arrangement for supplying a measurement laser with power, in particular a diode laser for absorption-spectroscopic trace-gas analysis. According to the invention, a diode-laser power supply output stage having an extremely small bandwidth is used, full electrical isolation between the DC diode-laser power supply and a tuning signal optically implemented in the diode laser being provided. By virtue of the small bandwidth of the laser power supply, which no longer depends on the frequency of the signal required for tuning, interferences which otherwise reach the diode laser via the power supply can be efficiently suppressed, which makes possible more stable operation of the laser, which is a prerequisite for high sensitivity in correspondingly equipped measurement systems. In order to avoid a phase shift between the optical signal for tuning the diode laser and the frequency alteration of the latter produced thereby, thermo-optical imaging or the supply of a defined quantity of heat, starting from a tuning laser, directly into the region of the pn junction of the measurement or diode laser takes place.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Stromversorgung eines Meßlasers, insbesondere eines Dioden­ lasers zur absorptionsspektroskopischen Spurengasanalytik ge­ mäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 bzw. 2.The invention relates to a method and an arrangement for Power supply for a measuring laser, in particular a diode lasers for absorption spectroscopic trace gas analysis according to the preamble of claims 1 and 2.

In der spektroskopischen Spurengasanalytik werden vorwiegend Diodenlaser im nahen und mittleren Infrarot eingesetzt. We­ sentlich für die Stabilität des Meßsystems sowie für dessen Empfindlichkeit ist die Stromversorgung der eingesetzten Di­ odenlaser.In spectroscopic trace gas analysis are predominant Diode lasers used in the near and middle infrared. We essential for the stability of the measuring system and for its Sensitivity is the power supply of the Di used ode laser.

Die verwendeten Dioden- bzw. Halbleiterlaser werden über den Injektionsstrom und die Betriebstemperatur im pn-Übergang auf eine bestimmte Emissionswellenlänge festgelegt. Um z. B. Spu­ rengase absorptionsspektroskopisch bestimmen zu können, wird dem Gleichstrom zur Versorgung des Lasers eine zusätzliche Stromrampe überlagert, die die Laseremission mit der Rampen­ frequenz proportional zum Rampenhub im Frequenzbereich durch­ stimmt. Zur weiteren Erhöhung der Empfindlichkeit kann zusätz­ lich eine Modulationstechnik, z. B. eine Amplituden- oder Fre­ quenzmodulation angewandt werden. Das Absorptionsmeßsignal wird durch die relative Position von Laser- und Absorptions­ linie erzeugt. Da der Laser mit der Zeit eine Absorptionslinie überstreicht, erhält man einen zeitlichen Signalverlauf, der von der Form der Absorptionslinie und der jeweiligen Detektionstechnik abhängt.The diode or semiconductor lasers used are the Injection current and the operating temperature in the pn junction  set a certain emission wavelength. To z. B. Spu to be able to determine rengase by absorption spectroscopy an additional DC current to supply the laser Current ramp that overlays the laser emission with the ramps frequency proportional to the ramp stroke in the frequency range Right. To further increase the sensitivity, additional Lich a modulation technique, e.g. B. an amplitude or Fre sequence modulation can be used. The absorption measurement signal is determined by the relative position of laser and absorption line generated. Because the laser over time forms an absorption line sweeps over, you get a temporal waveform that on the shape of the absorption line and the respective Detection technology depends.

Bei bekannten Lösungen wird die Rampe zum Durchstimmen des La­ sers dem Gleichstrom überlagert und nochmals in einer Endstufe verstärkt. Um ein Rampensignal mit der Frequenz fRampe ohne Verzerrungen zu übertragen, benötigt man in der Endstufe eine Tiefpaß-(LP)-Bandbreite von ΔfLP≈5 fRampe. Die Bandbreite des gesamten Systems wird also von der Rampenfrequenz be­ stimmt.In known solutions, the ramp for tuning the laser is superimposed on the direct current and amplified again in an output stage. In order to transmit a ramp signal with the frequency f ramp without distortion, a low-pass (LP) bandwidth of Δf LP ≈5 f ramp is required in the output stage. The bandwidth of the entire system is determined by the ramp frequency.

Ein wesentlicher Nachteil des vorstehend beschriebenen Standes der Technik besteht darin, daß durch die elektrische Kopplung von Gleichstrom und Rampensignal eine entsprechend hohe Systembandbreite benötigt wird. Hierdurch vergrößert sich aber das im Laserstrom enthaltene Rauschsignal, welches proportio­ nal zur Bandbreite ist. Gleichzeitig reagiert das Meßsystem äußerst empfindlich auf Störungen, die über die Gleichstrom­ versorgung gelangen, wodurch sich die Meßgenauigkeit verrin­ gert.A major disadvantage of the state described above the technology is that through the electrical coupling a correspondingly high level of direct current and ramp signal System bandwidth is required. However, this increases the noise signal contained in the laser current, which is proportional bandwidth. The measuring system reacts at the same time extremely sensitive to interference caused by direct current get supply, which reduces the measuring accuracy device.

In der US-PS 5 103 453 wird vorgeschlagen, den verwendeten Diodenlaser mit einem zweiten, sogenannten Heizlaser durch­ zustimmen. Es wird demgemäß ein Erhitzen des Diodenlasers auf optischem Wege vorgenommen. Durch eine entsprechende Steuer­ einheit wird der Heizlaser kontinuierlich durchgestimmt, so daß auch die Wellenlänge des Diodenlasers im gleichen Maße veränderbar ist. Bei einer derartigen optischen Modulations­ technik besteht jedoch der Nachteil darin, daß es zu einer Phasenverschiebung zwischen der Temperatur des Diodenlasers und der von Heizlaser ausgesandten Wärmestrahlung bedingt durch die Wärmekapazität und den thermischen Widerstand der Gesamtanordnung kommt. Ein weiterer Nachteil ist eine uner­ wünschte Amplitudenmodulation im Diodenlaser-Ausgangssignal, wobei diese Amplitudenmodulation bzw. -variation vom unter­ schiedlichen Wirkungsgrad des Diodenlasers bei unterschied­ lichen Temperaturen abhängt.In U.S. Patent No. 5,103,453 it is proposed to use the Diode laser with a second, so-called heating laser agree. Accordingly, the diode laser will heat up made optical way. Through an appropriate tax unit, the heating laser is continuously tuned, so that the wavelength of the diode laser to the same extent  is changeable. With such an optical modulation However, technology has the disadvantage that it becomes a Phase shift between the temperature of the diode laser and the heat radiation emitted by the heating laser through the heat capacity and thermal resistance of the Overall arrangement is coming. Another disadvantage is an immense one desired amplitude modulation in the diode laser output signal, this amplitude modulation or variation from below different efficiency of the diode laser with difference temperatures.

Um die vorstehend genannten Probleme zu lösen, wird gemäß der US-PS 5 103 453 vorgeschlagen, eine Leistungsregelung der Di­ odenlaser-Stromversorgung vorzunehmen, wobei die erste und zweite Harmonische eines Detektorsignals zur Leistungsregelung genutzt wird. Dies erfordert aber eine extrem aufwendige Stromversorgung mit einer Bandbreite von ca. 200 bis 700 Hz, wodurch die Vorteile, die mit dem optischen Erhitzen des Di­ odenlasers zur Modulation desselben zumindest wieder aufge­ hoben werden.To solve the above problems, according to the US-PS 5 103 453 proposed a power control of the Di ode laser power supply, the first and second harmonic of a detector signal for power control is being used. But this requires an extremely complex Power supply with a bandwidth of approx. 200 to 700 Hz, which gives the advantages associated with the optical heating of the Di oden laser for modulation of the same at least again be lifted.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Angabe eines Verfahrens und einer Anordnung zur Stromversorgung eines Meßlasers, ins­ besondere eines Diodenlasers zur absorptionsspektroskopischen Spurengasanalytik, welche möglichst geringe Störanteile zum Diodenlaser führen und die in der Lage sind, im Zusammenwirken mit einer optischen Modulation bzw. einem optischen Durchstim­ men des Diodenlasers einen stabilen Laserbetrieb bzw. eines damit ausgerüsteten Meßsystems zu ermöglichen.The object of the invention is therefore to provide a method and an arrangement for the power supply of a measuring laser, ins special of a diode laser for absorption spectroscopic Trace gas analysis, which has as little interference as possible Lead diode lasers and which are able to work together with an optical modulation or an optical tuning Men of the diode laser stable laser operation or one to enable equipped measuring system.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 2.The object of the invention is achieved with the features of claims 1 and 2.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, eine Dioden­ laser-Stromversorgungsendstufe mit einer extrem geringen Band­ breite einzusetzen, wobei eine vollständige elektrische Tren­ nung zwischen der Gleichstrom-Diodenlaser-Stromversorgung und einem auf optischem Wege in den Diodenlaser implementierten Durchstimmungssignal, z. B. ein Rampensignal oder ein Sinus- oder Pulssignal vorgesehen ist.The basic idea of the invention is a diode laser power supply output stage with an extremely small band wide use, with a full electric door voltage between the DC diode laser power supply and one optically implemented in the diode laser  Tuning signal, e.g. B. a ramp signal or a sine wave or pulse signal is provided.

Durch die extrem niedrige Bandbreite der Laserstromversorgung, welche nicht mehr von der Frequenz des zum Durchstimmen erfor­ derlichen Signals bzw. der Rampe abhängt, können Störungen, die ansonsten über die Stromversorgung in den Diodenlaser ge­ langen, unterdrückt werden, wodurch ein stabilerer Laserbe­ trieb möglich wird, der bei entsprechend ausgerüsteten Meß­ systemen die Grundlage für eine hohe Empfindlichkeit ist. Vorteilhafterweise ist die Laserstromversorgung als Konstant­ stromquelle ausgeführt.Due to the extremely low bandwidth of the laser power supply, which no longer needs the frequency of tuning signal or the ramp depends on interference, which otherwise ge via the power supply in the diode laser long, be suppressed, creating a more stable laser drive is possible, with appropriately equipped measuring systems is the basis for high sensitivity. The laser power supply is advantageously constant power source executed.

Zur Vermeidung einer Phasenverschiebung zwischen dem optischen Signal zum Durchstimmen bzw. Modulieren des Diodenlasers und der sich hierdurch ergebenden Frequenzänderung des Dioden­ lasers, erfolgt die optische Abbildung und das Zuführen einer definierten Wärmemenge unmittelbar in dem Bereich des pn-Über­ gangs des Diodenlasers. Die Abbildung kann dabei über ein Spiegel- oder Linsensystem erfolgen. Andererseits ist die Aus­ bildung einer Hybridanordnung möglich, wobei die zum auf opti­ schem Wege erfolgenden Durchstimmen vorgesehene Laserdiode oder Lichtquelle in unmittelbarer Nähe des pn-Überganges des eigentlichen Diodenlasers angeordnet ist.To avoid a phase shift between the optical Signal for tuning or modulating the diode laser and the resulting frequency change of the diode lasers, the optical imaging and feeding is carried out defined amount of heat directly in the area of the pn-over the diode laser. The illustration can be done using a Mirror or lens system. On the other hand, the end formation of a hybrid arrangement possible, the opti Laser diode provided for tuning or light source in the immediate vicinity of the pn junction of the actual diode laser is arranged.

Die Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen und unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.The invention is based on exemplary embodiments and Figures are explained in more detail.

Hierbei zeigtHere shows

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Stromversorgung eines Diodenlasers mit der Möglichkeit des Durchstimmens über eine optische Abbildung und Fig. 1 shows an embodiment of a power supply of a diode laser with the possibility of tuning through an optical image and

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Stromversor­ gung eines Diodenlasers mit einer Hybridkopplung zwischen dem zum Durchstimmen verwendeten Laser und dem eigentlichen im Meßsystem aktiven Meß- bzw. Di­ odenlaser. Fig. 2 shows a second embodiment of a Stromversor supply of a diode laser with a hybrid coupling between the laser used for tuning and the actual active in the measuring system or diode laser.

Bei beiden Ausführungsbeispielen wird der zu betreibende Di­ oden- bzw. Meßlaser nur noch mit einem Gleichstrom aus einer extrem schmalbandigen Laserstromversorgungsendstufe versorgt. Die Durchstimmung des Meßlasers geschieht mit einem zweiten Laser, dessen Energie auf optischem Wege direkt in den pn- Übergang des zu betreibenden Meßlasers eingekoppelt wird und dort unmittelbar eine Temperaturänderung erzeugt. Durch diese, durch die optische Übertragung erzeugte Temperaturänderung kommt es entsprechend dem Durchstimm- oder Rampensignal mit Hilfe dessen die Temperaturänderung erzeugt wird, zu einer durchstimmsignal- oder rampensynchronen Durchstimmung des Meß­ lasers.In both embodiments, the Di to be operated ode or measuring laser only with a direct current from a extremely narrowband laser power supply stage. The tuning of the measuring laser is done with a second one Laser, the energy of which is optically transmitted directly to the Transition of the measuring laser to be operated is coupled and a temperature change is immediately generated there. Through this, temperature change caused by optical transmission it comes along in accordance with the tuning or ramp signal With the help of which the temperature change is generated, to a Tuning signal or ramp synchronous tuning of the measurement lasers.

Gemäß Fig. 1 besteht die Anordnung zur Diodenlaser-Stromver­ sorgung zur Anwendung in Meßvorrichtungen zur absorptionsspek­ troskopischen Spurengasanalytik aus einer Stromversorgungsein­ heit 1, die zweckmäßigerweise als Konstantstromquelle ausge­ führt ist, wobei ein jeweiliger Konstantstrom im Bereich von 0 bis typisch 2 A eingestellt werden kann. Das Konstantstromaus­ gangssignal der Stromversorgungseinheit 1 gelangt auf einen Verstärker 2 und wird mit Hilfe eines Tiefpasses 3 mit einer Bandbreite, die unter 1 Hz liegt, begrenzt. Ausgangsseitig steht der Tiefpaß 3 mit dem Meßlaser 4 in Ver­ bindung. Der Meßlaser 4 kann beispielsweise ein Bleisalz-Halb­ leiterdiodenlaser sein. Ein Rampengenerator 5 erzeugt ein sä­ gezahnförmiges Rampensignal oder eine andere Signalform zum durchstimmen, welches über einen weiteren Verstärker 6 auf einen weiteren Tiefpaß 7 gelangt. Die Bandbreite des Tiefpas­ ses 7 beträgt ungefähr das fünffache der Frequenz des Rampen­ signals. Ausgangsseitig gelangt das Signal aus dem Tiefpaß 7 auf einen Durchstimmlaser 8, welcher mit einer Spiegelanord­ nung und/oder einem Linsensystem 9 auf optischem Wege unmit­ telbar Energie in den pn-Übergang des Meßlasers 4 überträgt. Die Systembandbreite zum Betreiben des Durchstimmlasers 8 ist unkritisch. Als Durchstimmlaser 8 kann ein beliebiger Laser, z. B. ein HeNe-Laser, aber auch ein thermischer Strahler, ver­ wendet werden. Besonders einfach ist die Verwendung eines Halbleiter-Diodenlasers. Vorteilhafterweise kann ein GaAlAs- Halbleiter-Diodenlaser verwendet werden.Referring to FIG. 1, the arrangement for the diode laser Stromver supply for use in measuring devices for absorption spectral spectrometric trace gas analysis from a Stromversorgungsein unit 1, which is conveniently out as a constant-current source, wherein a respective constant current in the range of 0 can be set up to typically 2 A. The constant current output signal of the power supply unit 1 arrives at an amplifier 2 and is limited by means of a low-pass filter 3 with a bandwidth that is below 1 Hz. On the output side, the low-pass filter 3 is connected to the measuring laser 4 . The measuring laser 4 can be, for example, a lead salt semiconductor diode laser. A ramp generator 5 generates a sawtooth-shaped ramp signal or another signal form for tuning, which reaches a further low-pass filter 7 via a further amplifier 6 . The bandwidth of the low pass 7 is approximately five times the frequency of the ramp signal. On the output side, the signal passes from the low-pass filter 7 to a tuning laser 8 , which transmits energy directly into the pn junction of the measuring laser 4 with a Spiegelanord voltage and / or a lens system 9 optically. The system bandwidth for operating the tuning laser 8 is not critical. When tuning laser 8 can be any laser, for. B. a HeNe laser, but also a thermal radiator can be used ver. The use of a semiconductor diode laser is particularly simple. A GaAlAs semiconductor diode laser can advantageously be used.

Es liegt im Sinne der Erfindung, einen elektrischen oder me­ chanischen Pulsbetrieb, z. B. mittels Chopper vorzusehen. Beim Impulsbetrieb erfolgt die Durchstimmung im Meßlaser 4 durch thermische Relaxation.It is within the meaning of the invention, an electrical or me chanical pulse operation, for. B. by means of choppers. During pulse operation, the tuning in the measuring laser 4 takes place by thermal relaxation.

Wenn gewünscht oder erforderlich, kann ein Teil der Energie des Meßlasers, beispielsweise mittels eines Strahlteilers aus­ gekoppelt werden, um ein Maß für die mittlere Leistung der En­ ergie des Meßlasers 4 zu erhalten.If desired or necessary, part of the energy of the measuring laser can be coupled, for example by means of a beam splitter, in order to obtain a measure of the average power of the measuring laser 4 .

Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei der Bestimmung von einzel­ nen Moleküllinien in der Spurengasanalytik die in der Band­ breite begrenzte Stromversorgungseinheit 1 in der Lage ist, eine annähernd konstante mittlere Leistung am Meßlaser 4 be­ reitzustellen, so daß weitere Maßnahmen zum Stabilisieren des Betriebes des Meßlasers 4 nicht erforderlich sind.However, it has been shown that in the determination of single NEN molecular lines in trace gas analysis, the band-wide limited power supply unit 1 is able to provide an approximately constant average power at the measuring laser 4 , so that further measures to stabilize the operation of the Measuring laser 4 are not required.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß Fig. 2 erfolgt die Ausbildung der Stromversorgung des Meßlasers 4 und des Durchstimmlasers 8 in ähnlicher Weise, wie bereits beim ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Es wird hierzu auf die entsprechenden Erläuterungen verwiesen, wobei für jeweils gleiche Baugruppen dieselben Bezugszeichen verwendet wurden.In the second exemplary embodiment of the invention according to FIG. 2, the power supply to the measuring laser 4 and the tuning laser 8 is designed in a similar manner to that described in the first exemplary embodiment. For this purpose, reference is made to the corresponding explanations, the same reference numerals being used for the same modules.

Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel wird beim zwei­ ten Ausführungsbeispiel eine spezielle Hybridanordnung für den Durchstimm- und Meßlaser vorgestellt. Die Hybridanordnung 10 ist so aufgebaut, daß der Durchstimmlaser 8 als integraler Be­ standteil des Meßlasers 4 ausgebildet ist. Hierfür wird der Durchstimmlaser 8 in unmittelbarer Nähe bzw. direkt am zu beeinflussenden Laserkristall oder pn-Übergang des Meßlasers 4 angebracht.In contrast to the first embodiment, a special hybrid arrangement for the tuning and measuring laser is presented in the second embodiment. The hybrid arrangement 10 is constructed such that the tuning laser 8 is formed as an integral part of the measuring laser 4 . For this purpose, the tuning laser 8 is attached in the immediate vicinity or directly to the laser crystal to be influenced or the pn junction of the measuring laser 4 .

Durch eine derartige Hybridanordnung kann die zum Durchstimmen erforderlichen Energiemenge minimiert werden. Gleichzeitig werden störende Wärmeleitungseffekte vermieden. Durch eine ge­ ringe Wärmekapazität der Hybridanordnung bestehend aus Durch­ stimmlaser 8 und Meßlaser 4 kann die Rampenfrequenz fRamp er­ höht werden.With such a hybrid arrangement, the amount of energy required for tuning can be minimized. At the same time, annoying heat conduction effects are avoided. By a low heat capacity of the hybrid arrangement consisting of voice laser 8 and measuring laser 4 , the ramp frequency f ramp can be increased.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der zugehörenden An­ ordnung zur Stromversorgung eines Meßlasers, insbesondere zur absorptionsspektroskopischen Spurengasanalytik, kann die zum Betreiben eines spektroskopischen Meßsystems ansonsten erfor­ derliche Steuerungs-Hardware in einfacher Weise wesentlich verbessert werden. Durch die Anwendung einer Laserstromver­ sorgung mit extrem niedriger Bandbreite werden ansonsten über die Stromversorgung zum Meßlaser geführte Störungen unter­ drückt, wodurch ein stabilerer Betrieb des Meßlasers mit der Folge einer höheren Empfindlichkeit des Meßsystems möglich ist.With the inventive method and the associated An order for the power supply of a measuring laser, in particular for absorption spectroscopic trace gas analysis, can be used for Operation of a spectroscopic measuring system otherwise requ control hardware in a simple manner essential be improved. By using a laser current ver Otherwise, extremely low bandwidth supply will be over the power supply to the measuring laser leads to interference presses, whereby a more stable operation of the measuring laser with the Possible due to a higher sensitivity of the measuring system is.

Durch das unmittelbare Aufprägen einer Energiemenge auf opti­ schem Wege in den Kristall- bzw. pn-Übergang des Meßlasers kann die Emission desselben in einfacher Weise durchgestimmt bzw. verändert werden. Durch die elektrische Trennung zwischen der Gleichstromversorgung des Meßlasers und der zum Durchstim­ men erforderlichen Rampenfrequenz gelangen keine störende Oberwellen vom Rampengenerator auf den Meßlaser, so daß auf aufwendige Maßnahmen zur Unterdrückung derartiger Oberwellen, die auf einen Detektor im jeweiligen Meßsystem gelangen, ver­ zichtet werden kann.By imprinting an amount of energy directly on opti pathways into the crystal or pn junction of the measuring laser can tune the emission of the same in a simple manner or changed. Due to the electrical separation between the DC power supply for the measuring laser and for tuning The required ramp frequency has no disruptive effects Harmonics from the ramp generator to the measuring laser, so that on complex measures to suppress such harmonics, which arrive at a detector in the respective measuring system, ver can be waived.

Claims (10)

1. Verfahren zur Stromversorgung eines Meßlasers, insbeson­ dere eines Diodenlasers zur absorptionsspektroskopischen Spu­ rengasanalytik, wobei der Meßlaser mit einem Durchstimmsignal thermisch durchgestimmt wird, gekennzeichnet durch eine vollständige elektrische Trennung zwischen dem zum Be­ treiben des Meßlasers erforderlichen Gleichstromsignal (DC) und dem Durchstimmsignal (fRamp), wobei das zum thermischen Durchstimmen des Meßlasers notwendige Durchstimmsignal (fRamp) über eine optische Abbildung unmittelbar auf einen aktiven Be­ reich des Meßlasers gelangt. 1. A method for powering a measuring laser, in particular a diode laser for absorption spectroscopic spur gas analysis, the measuring laser being thermally tuned with a tuning signal, characterized by a complete electrical separation between the DC signal (DC) required to drive the measuring laser and the tuning signal (f Ramp ), the tuning signal (f ramp ) required for thermal tuning of the measuring laser directly reaches an active area of the measuring laser via an optical image. 2. Anordnung zur Stromversorgung eines Meßlasers, insbeson­ dere eines Diodenlasers zur absorptionsspektroskopischen Spu­ rengasanalytik, umfassend:
  • - einen Durchstimmlaser (8),
  • - eine Stromversorgungseinheit (1) zur Gleichstromversorgung des Meßlasers (4) und
  • - einen Rampengenerator (5) zur Erzeugung eines Durchstimm­ signals (fRamp) zur thermischen Durchstimmung des Meß­ lasers (4) mittels des Durchstimmlasers (8)
2. Arrangement for the power supply of a measuring laser, in particular a diode laser for absorption spectroscopic trace gas analysis, comprising:
  • - a tuning laser ( 8 ),
  • - A power supply unit ( 1 ) for direct current supply to the measuring laser ( 4 ) and
  • - A ramp generator ( 5 ) for generating a tuning signal (f ramp ) for thermal tuning of the measuring laser ( 4 ) by means of the tuning laser ( 8 )
dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die Stromversorgungseinheit (1) zur Gleichstromversorgung des Meßlasers (4) schmalbandig ausgeführt ist;
  • - der Durchstimmlaser (8) elektrisch von der Stromversor­ gungseinheit (1) unabhängig bzw. getrennt ist und nur mit dem Generator (5) in Verbindung steht und das Durchstimm­ signal (fRamp) erhält, welches die Intensität der vom Durchstimmlaser (8) erzeugten Energie entsprechend ändert und
  • - der Durchstimmlaser (8) so angeordnet ist, daß die ent­ sprechend dem Durchstimmsignal (fRamp) erzeugte Energie auf optischem Wege unmittelbar auf den aktiven Bereich des Meßlasers (4) gelangt.
characterized in that
  • - The power supply unit ( 1 ) for the direct current supply of the measuring laser ( 4 ) is narrow-band;
  • - The tuning laser ( 8 ) is electrically or independently of the power supply unit ( 1 ) and is only connected to the generator ( 5 ) and the tuning signal (f ramp ), which generates the intensity of the tuning laser ( 8 ) Energy changes accordingly and
  • - The tuning laser ( 8 ) is arranged so that the accordingly the tuning signal (f ramp ) generated energy directly on the active area of the measuring laser ( 4 ).
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die schmalbandige Stromversorgungseinheit (1) über einen Tiefpaß (3) mit einer geringen Bandbreite von im wesentlichen 1 Hz mit dem Meßlaser (4) verbunden ist.3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the narrow-band power supply unit ( 1 ) via a low-pass filter ( 3 ) with a small bandwidth of essentially 1 Hz is connected to the measuring laser ( 4 ). 4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die schmalbandige Stromversorgungseinheit (1) eine Kon­ stantstromquelle ist. 4. Arrangement according to claim 2 or 3, characterized in that the narrow-band power supply unit ( 1 ) is a constant current source Kon. 5. Anordnung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchstimmlaser (8) und der Meßlaser (4) über eine Spiegel- und/oder Linsenanordnung (9) optisch gekoppelt sind, wobei die mittels der Spiegel- und/oder Linsenanordnung (9) realisierte optische Abbildung des Durchstimmlasers (8) auf den Kristall- bzw. pn-Übergang des Meßlasers (4) erfolgt.5. Arrangement according to claim 2, 3 or 4, characterized in that the tuning laser ( 8 ) and the measuring laser ( 4 ) via a mirror and / or lens arrangement ( 9 ) are optically coupled, the means of the mirror and / or Lens arrangement ( 9 ) realized optical imaging of the tuning laser ( 8 ) on the crystal or pn junction of the measuring laser ( 4 ). 6. Anordnung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchstimmlaser (8) und der Meßlaser (4) als Hybridan­ ordnung (10) unter Bildung einer integralen, eng benachbarten Einheit auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet sind.6. Arrangement according to claim 2, 3 or 4, characterized in that the tuning laser ( 8 ) and the measuring laser ( 4 ) are arranged as a hybrid arrangement ( 10 ) to form an integral, closely adjacent unit on a common substrate. 7. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchstimmlaser (8) Strahlung im thermischen Infrarot emittiert.7. Arrangement according to claim 2, characterized in that the tuning laser ( 8 ) emits radiation in the thermal infrared. 8. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des Durchstimmlasers (8) ein thermischer Strahler eingesetzt wird.8. Arrangement according to claim 2, characterized in that a thermal radiator is used instead of the tuning laser ( 8 ). 9. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (5) zur thermischen Durchstimmung des Meß­ lasers (4) ein Rampensignal, ein Sinussignal oder ein Impuls­ signal bereitstellt.9. Arrangement according to claim 2, characterized in that the generator ( 5 ) for thermal tuning of the measuring laser ( 4 ) provides a ramp signal, a sine signal or a pulse signal.
DE19934320037 1993-06-17 1993-06-17 Method and arrangement for supplying a measurement laser with power, in particular a diode laser for absorption-spectroscopic trace-gas analysis Ceased DE4320037A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19934320037 DE4320037A1 (en) 1993-06-17 1993-06-17 Method and arrangement for supplying a measurement laser with power, in particular a diode laser for absorption-spectroscopic trace-gas analysis
EP94109051A EP0629851A3 (en) 1993-06-17 1994-06-13 Device for the analysis of traces of gas with absorption spectroscopy.

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19934320037 DE4320037A1 (en) 1993-06-17 1993-06-17 Method and arrangement for supplying a measurement laser with power, in particular a diode laser for absorption-spectroscopic trace-gas analysis

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE4320037A1 true DE4320037A1 (en) 1994-12-22

Family

ID=6490521

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19934320037 Ceased DE4320037A1 (en) 1993-06-17 1993-06-17 Method and arrangement for supplying a measurement laser with power, in particular a diode laser for absorption-spectroscopic trace-gas analysis

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE4320037A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004026076A1 (en) * 2004-05-25 2006-03-09 Institut für Niedertemperatur-Plasmaphysik e.V. Method for spectrally varying a quantum cascade laser for infrared absorption spectroscopy comprises heating the laser in a controlled manner by modulating the control impulse and/or by synchronized modulation of the temperature

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5056100A (en) * 1990-04-19 1991-10-08 California Institute Of Technology Semiconductor laser with photon gain lever
US5103453A (en) * 1991-02-12 1992-04-07 Aerodyne Research, Inc. Method and means for controlling the frequency and power output of a tunable diode laser
DE4110095A1 (en) * 1991-03-27 1992-10-01 Draegerwerk Ag METHOD AND DEVICE FOR SPECTROSCOPIC MEASUREMENT OF THE CONCENTRATION OF A GAS COMPONENT

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5056100A (en) * 1990-04-19 1991-10-08 California Institute Of Technology Semiconductor laser with photon gain lever
US5103453A (en) * 1991-02-12 1992-04-07 Aerodyne Research, Inc. Method and means for controlling the frequency and power output of a tunable diode laser
DE4110095A1 (en) * 1991-03-27 1992-10-01 Draegerwerk Ag METHOD AND DEVICE FOR SPECTROSCOPIC MEASUREMENT OF THE CONCENTRATION OF A GAS COMPONENT

Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ABOU-ZEID, A., LEPPELT, G.: Temperatur- stabilisierter, abstimmbarer und modulierbarer Diodenlaser *
EBELING, K.J.: Abstimmbare, monomode emittierende Halbleiterlaser. In DE-Z.: Laser und Optoelektronik, Nr. 3, 1984, S. 176-186 *
ESHAN, R.D., RODE, D.L.: Semiconductor-laser thermal time constant. In US-Z.: J.Appl.Phys., Vol. 59, No. 2, 1986, S. 407-409 *
Firmenschrift: Laser 2000 News, No. 62, 1991, S. 22-27 *
KLIMCAK, C.M., CAMPARO, J.C.: Photothermal wavelength modulation of a diode laser. In US.Z.: J. Opt. Soc. Am. B, Vol. 5, No. 2, 1988, S. 211-214 *
PTB-Bericht, PTB-Me-67, April 1985 -ISSN 0341-6720 *
WIEMAN, C.E.: Using diode lasers for atomic physics. In US-Z.: Rev. Sci. Instrum., Vol. 62, No. 1, 1991, S. 1-20 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004026076A1 (en) * 2004-05-25 2006-03-09 Institut für Niedertemperatur-Plasmaphysik e.V. Method for spectrally varying a quantum cascade laser for infrared absorption spectroscopy comprises heating the laser in a controlled manner by modulating the control impulse and/or by synchronized modulation of the temperature

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102006058395B4 (en) Arrangement for the electrical control and fast modulation of THz transmitters and THz measuring systems
DE69912969T2 (en) OPTICAL PHASE DETECTOR
DE4223337C2 (en) Process and arrangement for photothermal spectroscopy
DE3643553C2 (en) Device for generating and wobbling optical frequencies
DE3643629A1 (en) METHOD FOR STABILIZING THE WAVELENGTH OF A SEMICONDUCTOR LASER AND SEMICONDUCTOR LASER WAVELENGTH STABILIZER
DE69734223T2 (en) Laser beam emitting device
DE102005035173B4 (en) Interferometer, in particular for the determination and stabilization of the relative phase of short pulses
DE102005028268A1 (en) Method and apparatus for generating and detecting a Raman spectrum
EP0050306A2 (en) Fibre-optics measuring instrument
DE19506275A1 (en) Variable wavelength light source with wide adjustment range
DE4414358A1 (en) Frequency-stabilized laser diode
DE10044404C2 (en) Method and device for generating stabilized ultrashort laser light pulses
EP0290723B1 (en) Measuring instrument consisting of a laser and a ring resonator
DE3421851C2 (en) Method for regulating the wavelength and power of the output radiation of a semiconductor radiation source
DE112012000154T5 (en) Light source device, analysis device and method for generating light
DE60124343T2 (en) Optical frequency converter with reciprocal modulation
DE10044405A1 (en) Method and device for generating radio frequency waves
DE3923177A1 (en) ELECTRO-OPTICAL SIGNAL MEASUREMENT
DE4320037A1 (en) Method and arrangement for supplying a measurement laser with power, in particular a diode laser for absorption-spectroscopic trace-gas analysis
EP0174506A2 (en) Fibre-optic sensor with a fluorescent substance
DE10046898A1 (en) Method for regulating operating point in pulse/data modulator allows modulator to generate modulated output radiation from input radiation by relying on control signal
DE4133131C2 (en) Arrangement for determining chemical and / or physical quantities influencing the light intensity
DE2029704A1 (en) Semiconductor laser apparatus
DE19633569A1 (en) Solid state laser light source wavelength control method
DE3613738C2 (en)

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8131 Rejection