Anwendungspotentiale von Quantenkaskadenlasern für die Detektion von Gefahrstoffen auf bewegten Zielen

Abstract

Die Detektion von Gefahrstoffen auf bewegten Zielen ist für die Sicherheitsforschung von erheblicher Bedeutung. Zu wichtigen Anforderungen, um eine erfolgreiche Detektion zu gewährleisten, gehören der Flächenscan, d.h. einen großen Bereich des zu untersuchenden Ziels in möglichst kurzer Zeit zu vermessen, sowie die Möglichkeit unterschiedlichste Gefahrstoffe bei gegebener Sensitivität gleichzeitig zu detektieren. Aktiv-optische Technologien im Spektralbereich von 6-11 µm, z.B. basierend auf Quantenkaskadenlasern (QCLs), versprechen diese Anforderungen zu erfüllen. Die relativ hohe Laserleistung in diese Spektralbereich ermöglicht die Detektion geringer Mengen an Gefahrstoffen, während es durch die hohe spektrale Breite möglich ist mehrere unterschiedliche Agenzien gleichzeitig zu detektieren. Mit der Verwendung von QCLs gehen natürlich auch einige Herausforderungen einher. Da QCLs über einen großen spektralen Bereich durchgestimmt werden, dauert die Aufnahme eines Spektrums eine gewisse Zeit. Wenn Objekte in Bewegung sind (oder aus der Bewegung heraus gemessen werden sollen), birgt dies bei relativ kleinen Hotspots der Gefahrstoffe die Gefahr des Verschmierens des Spektrums. Mit hohen Durchstimmgeschwindigkeit der Laserwellenlängen kann dieser Effekt minimiert werden. Weitere für Empfindlichkeit des Systems relevante Parameter wie Divergenz, Pointingstabilität und Laserleistung werden diskutiert. Am Beispiel zweier QCL-Systeme (Fraunhofer IAF, Daylight Solutions) werden Ergebnisse und Anwendungsmöglichkeiten für die CBE-Detektion auf bewegten Objekten vorgestellt und weitere notwendige Entwicklungsschritte aufgezeigt.