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MIR-Fasern und Komponenten,
Quantenkaskadenlaser (QCLs), High-Power-QCL und THz-Laser,
Quantenkaskadenlaser mit Steuersoftware und digitalem Interface, Komplettsysteme zur Spurengasanalyse und Prozesskontrolle, Referenzgaszellen, Messzellen, Detektoren und Auswertesoftware:
MIR-Fasern und Komponenten:
Glasfasern, die zur Führung von mittlerer Infrarot-Strahlung (MIR) zwischen 2µm (=5000 cm-1) und 5µm (=2000 cm-1 ) benutzt werden, werden als MIR-Fasern bezeichnet. Es stehen speziell auf Ihre Anwendung optimierte Versionen als Single-Mode-MIR-Faser und Multi-Mode-MIR-Faser zur Verfügung:
Übersicht über MIR-Fasern
SpectroGuide MM-MIR-Fasern mit flacher Dämpfungskurve
Single Mode MIR-Faser für optimale Strahlparameter,
High Power-MM-MIRFaser mit hoher Koppeleffizienz
zur Verfügung. Wir möchten Sie besonders auf die Eignung für Er:YAG, Er:YSGG und CrY:SGG Laser in der Chirurgie und Dermatologie hinweisen.
Für breitbandige Plan und Rundoptiken bietet sich das UV-MIR-Glas an, das Wellenlängen von 300nm bis 7µm (3300cm-1 bis 1430cm-1) transmittiert:
UV-VIS-NIR-MIR Glas
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Optische Spezifikationen
Dämpfung (Attenuation / Loss )
Single-Mode- und Multi-Mode-Fluorid-Fasern besitzen im Vergleich zu anderen Materialen und Technologien eine um den Faktor 10 bessere, das heisst geringere Dämpfung im Bereich des MIR. Alle Fasern, die aus Glas gezogen werden, haben unterschiedlich starke OH-Verunreinigungen, die Strahlung absorbieren und zusätzlich zu starken Absorptionen bei 2,94µm (Er:YAG) führen. IR-Photonics hat einen Fertigungsprozess entwickelt, mit dem sehr geringe Verunreinigungen in das Glas eintreten können und der einen sehr geringen OH-Anteil im Material ermöglicht.
Bei dem Bau eines faseroptischen Sensors bedeuten geringere Verluste im Glas der Einkoppeloptik und in der Faser eine deutlich besseres Signal/Rauschverhältnis, das wiederum zur Empfindlichkeitssteigerung oder zur Kostensenkung durch geringere Laserleistungen genutzt werden kann. Bei medizinischen Anwendungen führen geringere Verluste zu niedrigerem Energiebedarf und handlicheren Geräten.
Biegeverluste (Bending Losses )
IR-Photonics hat eine ZBLAN-Fluorid-Faser entwickelt (Fluorzirkonat: ZrFM4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF), die quasi keine Biegungsverluste mehr aufweist. Diese Eigenschaft ist extrem hilfreich bei der Konstruktion von medizinischen Lasern, deren Ausgangsleistung genau geregelt werden muss, um den Therapieerfolg nicht zu gefährden.
Hohe Energiedichten ( High Power Handling )
Fluorid-Fasern wurden bereits erfolgreich in Applikationen mit optischen Energien von bis zu 915 J/cm² eingesetzt.
Mechanische Eigenschaften ( Mechanical Properties )
Um MIR-Fasern mit guten mechanischen und optischen Eigenschaften produzieren zu können, hat IR-Photonics einen neuen zum Patent angemeldeten Fertigungsprozess für Single- und Multi-Mode-Fasern entwickeln müssen. Jetzt können MIR-Fasern mit ähnlichen oder besseren mechanischen Eigenschaften als Quarzglasfasern industriell produziert werden. So bricht beispielsweise die 125µm-Faser von IR-Photonics erst bei einem Krümmungsradius von 4mm!
Umgebungsbedingungen ( Environmental Properties )
Die Lebensdauer von Fluorid-Fasern wurde anhand der ursprünglich für die Datenkommunikation entwickelten Telcordia Tests mit 25 Jahren bestimmt. Die Umgebungsbedingungen waren dabei 500 MPa, 80°C und 80% relativer Feuchte. Die Umwelteinflüsse wurden mittels Zero-Stress-Aging und mit dynamischen/statischen Ermüdungstests simuliert.
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Quantenkaskadenlaser (QCLs), High-Power-QCL und THz-Laser:
Quantenkaskadenlaser sind neuartige Halbleiterlaser, die im mitleren und fernen Infrarot emittieren. Sie sind mit Fabry-Perot- und DFB-Struktur, mit Peltier- oder Stickstoffkühlung gepulst oder für den Dauerstrichbetrieb (cw-Betrieb) lieferbar.
Für Applikationen, die höhere Leistungen erfordern, bieten wir Ihnen High-Power-QCLs mit Fabry-Perot-Resonator an.
Hier finden Sie eine detaillierte technische Beschreibung der Quantenkaskadenlaser in deutscher Sprache mit Ersatzschaltbildern, thermischem Verhalten etc.. Ein Liste mit Antworten auf uns häufig gestellte Fragen finden Sie unter “Frequently asked Questions (FAQs)”.
Ganz neu im Produktprogramm von Alpes Lasers sind THz-Laser. Sie werden bevorzugt in der Sicherheitstechnik eingesetzt, um röntgentechnische Verfahren zu ersetzen. Diese Laser werden nur gepulst betrieben und mit flüssigem Stickstoff gekühlt. Sie finden die Standardmodelle unter:
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Quantenkaskadenlaser mit Steuersoftware und digitalem Interface, Komplettsysteme zur Spurengasanalyse und Prozesskontrolle, Referenzgaszellen, Messzellen, Detektoren und Auswertesoftware:
Q-MACS-Basic ist ein Quantenkaskadenlaser im hermetischen Gehäuse mit Treiberelektronik für Laser und Peltierelement, Kühlwasseranschluss sowie einer Steuer-Software (Q-MACSoft 2006) zum automatisierten Betrieb des Lasers. Standardmäßig sind Pulsweiten von 8ns bis zu 256 ns lieferbar. Auf Wunsch können auch längere Strompulse realisiert werden. Der Laserkopf ist über ein 2m langes Kabel mit der Treiberelektronik verbunden und kann so flexibel in den Aufbau integriert werden. Ein Wasseranschluss ist vorhanden, muss aber nicht zwingend benutzt werden.
Q-MACS-Basic 1.5 TO8 ist mit den Außenmaßen 25x25x50 mm³ deutlich kleiner als Q-MACS-BASIC. Das System umfasst den Quantenkaskadenlaser im TO-8-Gehäuse, integrierte Treiberelektronik, Kühlwasseranschluss und externe Spannungsversorgung sowie einer Steuer-Software (Q-MACSoft 2006) zum automatisierten Betrieb des Lasers. Das Lasergehäuse misst nur 25x25x50 mm³ Die Pulsbreiten können zwischen 10ns und 1000ns variiert werden. Der eingebaute Wasseranschluss muss nicht zwingend benutzt werden.
Das Q-MACS-Basic plus enthält zusätzlich zum Leistungsumfang des Q-MACS-BASIC eine Kollimations- und Justageoptik zur genauen Fokussierung und Strahlausrichtung. Der gesamte Aufbau wurde mit Gold-beschichteten Off-Axis-Paraboloid- und Planspiegeln realisiert, um Verluste, Rückreflexionen und Etaloning-Effekten auf ein Minimum zu reduzieren. Diese Störeffekte können nicht immer einfach vom eigentlichen Messsignal getrennt werden, weshalb wir sie schon an der Quelle eliminiert haben.
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Um absolute Molekülkonzentrationen im ppb (parts per billion/Konzentraton im Bereich 10-6) zeitaufgelöst zu messen, bietet sich das Q-MACS-Trace System an. Es arbeitet nach dem Prinzip der Absorbtionsspektroskopie im mittleren Infrarot und seine Empfindlichkeit wird durch Verwendung verschiedener Gaszellen zwischen 3,6m und 100m Weglänge eingestellt. Zusätzlich kann die optische Weglänge jeder Zelle einfach um den Faktor 10 verkürzt beziehungsweise verlängert werden. Die Zeitauflösung der Konzentrationsmessung liegt im Millisekundenbereich und kann deshalb auch zur Untersuchung schneller Prozesse oder zur Geschwindigkeitssteigerung bei Serientests genutzt werden. Die Messung erfolgt durch Verstimmung des Lasers durch seinen Chirp während des Pulses (intra pulse mode) oder durch Verstimmung zwischen den einzelnen Pulsen (inter pulse mode). Pulsfolgefrequenzen von bis zu 1 MHz sind möglich. Der Quantenkaskadenlaser kann von -35°C bis +40°C betrieben werden, um einen relativ breiten Spektralbereich abzudecken.
Q-MACS Process ist ein dreikanaliges Infrarot-Laserspektrometer für die absolute Konzentrationsmessung im Produktionsprozess mittels MIR-Absorption. Durch Nutzung von drei Kanälen verbessern sich das Signal-Rauschverhältnis, die Zuverlässigkeit und die Langzeitstabilität der Messungen. Die schnelle Reaktionszeit im Millisekundenbereich und die Konfiguration als „Open-Path-System“ erlaubt nicht nur die Prozesskontrolle, sondern auch die aktive Prozessregelung in der Produktionslinie.
Das Q-MACS Process Plus ist eine erweiterte Form des Q-MACS-Process. Es enthält eine zusätzliche Herriott- oder White-Zelle.
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Mit der Q-MACSSoft2006 Driver & SDK Steuersoftware werden die Laserparameter (Temperatur, Spannung, Strom, Pulsbreite und -frequenz) eingestellt und definiert. Ein Hardwaretriggerausgang (TTL) erlaubt die einfache Steuerung von Verstärkern und anderen Geräten und ihre Synchronisation im Aufbau. Das Programm bietet außerdem ein Software-Development-Kit mit Beispielprogrammen in VC++, Visual Basic von Microsoft und C++ und Delphi von Borland, damit Sie schnell lauffähige Programme erstellen und mit den eigentlichen Messungen anfangen können.
Um von der Absorptionskurve auf die Konzentration einer Spezies schließen zu können sind, weitere Informationen notwendig, die das Programm Q-MACS Soft HT zur Verfügung stellt. Diese Software simuliert aus den vorgegebenen Stoffen und deren Partialdruck ein Spektrum oder berechnet aus dem gemessenen Spektrum und den Prozessparametern die Konzentrationen der einzelnen Komponenten. Basis ist die umfangreiche HITRAN-Datenbank.
Die Multi-Pass-Optics ist mit ihren Gold-beschichteten Spiegeln speziell auf die Besonderheiten der MIR-Spektroskopie abgestimmt und erlaubt Messungen mit einem maximalen Strahldurchmesser von 15mm bei typischerweise 4 bis 32 Durchgängen.
Als relative Wellenlängenreferenz bietet sich das Q-MACS Ge Etalon an, das in verschieden Längen lieferbar ist und somit auf den überstrichenen Wellenlängenbereich optimiert werden kann. Der Ge-Einkristall besitzt einen lichten Durchmesser von 25,4mm (1“) und ist in Längen von 25,4 mm (1“) oder 76,2mm (3“) erhältlich. Es ist im Wellenlängenintervall von 2 µm bis 20µm (5000cm-1 bis 500cm-1) einsetzbar.
Als absolutes Frequenznormal bieten wir die Q-MACS Reference Gas cell an. Sie ist ähnlich dimensioniert wie der kompakte Q-MACS Basic 1.5 TO8 Laser und kann so leicht in Labor und Industrieanwendungen integriert werden. Die Absorptionslänge beträgt 50mm und die lichte Weite 17mm. Die Zelle kann mi verschiedenen Referenzgasen befüllt werden.
Entscheidend für die Qualität der Messung ist die rauscharme und zuverlässige Detektion des Signals. Der Q-MACS IR Detector (IRDM-600) enthält einen schnellen Ultra-Low-Noise-Vorverstärker, der direkt am Detektor platziert und gegen Einstreuungen abgekapselt ist. So können elektromagnetische Störungen das Signal nicht beeinflussen, wodurch Messgenauigkeit und Zuverlässigkeit steigen. Zusätzlich wird das thermische Rauschen des HgCdTe-Detektors durch mittels thermoelektrischer Kühlung minimiert. Das 2- oder 3- stufige Peltier-Element nutzt den angebauten Kühlkörper oder zusätzlich die eingebaute Wasserkühlung als Wärmesenke. Es können verschiedene Detektoren eingebaut werden, damit dessen spektrale Empfindlichkeit optimal zum Experiment passt.
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