Quantenkaskadenlasern

Quantenkaskadenlaser, oft auch QCLs genannt, sind eine spezielle Art von Halbleiterlasern. Ihr Name leitet sich von der Funktionsweise ab, bei der Elektronen durch eine Serie von Halbleiterschichten "kaskadieren". Im Gegensatz zu herkömmlichen Laserdioden, bei denen ein Elektron-Loch-Paar emittiert, emittiert im QCL jedes Elektron, das von der höchsten zur niedrigsten Energieniveau-Serie übergeht, eine Reihe von Photonen. Diese Photonen werden durch Übergänge zwischen sub-Bands innerhalb des Leitereigenen erzeugt.

Die einzigartige Struktur von Quantenkaskadenlasern ermöglicht die Erzeugung von Licht im Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums, typischerweise von mittlerem Infrarot (MIR) bis zum fernen Infrarot (FIR). Diese Wellenlängenbereiche sind für viele Anwendungen von großem Interesse, da viele Moleküle charakteristische Absorptionsspektren in diesen Bereichen aufweisen. Die Wellenlänge des emittierten Lichts kann präzise durch die Dicke der einzelnen Halbleiterschichten eingestellt werden.

Quantenkaskadenlaser finden Anwendung in verschiedenen Bereichen. Dazu gehören Gassensorik zur Detektion und Identifizierung von Schadstoffen oder Spurengasen, medizinische Diagnostik, Spektroskopie, Materialanalyse und Sicherheitsanwendungen wie die Detektion von Sprengstoffen. Ihre Fähigkeit, spezifische Wellenlängen im Infrarotbereich zu emittieren, macht sie zu einem wertvollen Werkzeug für die zerstörungsfreie Analyse und Detektion.