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Wegen seinen Frequenzkamm-Eigenschaften könnte ein kleiner Laser in Zukunft in Form eines mobilen Analysegerätes Gase und Flüssigkeiten aufschlüsseln.
Zürich - Wissenschafter der ETH Zürich haben entdeckt, dass sich spezielle Eigenschaften eines Lasers für den Bau von präzisen tragbaren Analysegeräten nutzbar machen lassen. Die zukünftigen Sensoren wären geeignet, die Zusammensetzung von Gasen und Flüssigkeiten zuverlässig festzustellen. Bisher waren Instrumente, die über vergleichbare Fähigkeiten verfügen, für den mobilen Einsatz zu groß.
Das Team um Andreas Hugi hat eine nur sieben Millimeter kleinen Laser untersucht, der Licht im mittleren Infrarotbereich produziert. Das sind jene Frequenzen, die von Gasen und Flüssigkeiten absorbiert werden. Spezielle Analysegeräte, sogenannte Spektrometer, können aus dem übrig bleibenden Farbspektrum auf die Zusammensetzung dieser Substanzen schließen. Bisher allerdings waren derartige Geräte zu groß für den mobilen Einsatz.
Die Forscher haben nun entdeckt, dass der winzige Laser einen sogenannten Frequenzkamm besitzt, wie sie am Donnerstag im Fachblatt "Nature" berichten. Dabei stehen die Frequenzen von hunderten ähnlichen Farben in regelmäßigem Abstand zueinander. "Man kann sich das wie die Zentimetermarkierungen auf einem Maßstab vorstellen", erklärt Hugi auf der Onlineplattform "ETH Life".
Diese natürliche Messskala könnte es in Zukunft erlauben, mit solchen Lasern kleine und zugleich genaue Spektrometer zu bauen. Mit den tragbaren Geräten könne man zum Beispiel innerhalb Sekunden Verunreinigungen im Wasser oder kleinste Spuren von Giftgas entdecken.
Bis es soweit ist, sei weitere Entwicklungsarbeit nötig, schreibt die ETH. Der untersuchte Laser verfüge etwa nur in einem Teil seines Farbspektrums über die Eigenschaften eines Frequenzkamms. Dieser Bereich müsse für eine Weiterentwicklung vergrößert werden.
Heutige Spektrometer sind so groß, weil sie mit einer relativ schwachen Glühbirne funktionieren, deren Licht durch zahlreiche Spiegel verstärkt wird. Daher sind der Miniaturisierung mit dieser Technik laut Hugi enge Grenzen gesetzt. Nicht so mit dem nun untersuchten Laser, der elektronisch gesteuert wird und nicht von einer optischen Messanordnung abhängig ist. (APA/red, derStandard.at, 16.12.2012)
Abstract
Nature: Mid-infrared frequency comb based on a quantum cascade laser
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