The laser-as-detector approach exploiting mid-infrared emitting interband cascade lasers: A potential for spectroscopy and communication applications

Interband cascade lasers are exceptionally versatile, high-tech semiconductor lasers. They represent the latest generation of semiconductor lasers that generate radiation in the mid-infrared wavelength domain and are therefore preferred as coherent light sources in spectroscopy and free-space-communication setups. In this thesis they are used to evaluate the so-called laser-as-detector approach. The laser-as-detector approach is a well-known but little used technique that allows dispensing external optical detection units. A semiconductor laser itself is used as a detector, even though it is operating as usual. The principle is based on the fact that external optical perturbation change the charge carrier density in the interband-cascade-laser and manifest themselves accordingly in changes of the terminal voltage. Using the laser-as-detector approach, two spectroscopic methane sensors are then set up and their detection limits are evaluated. The laser-as-detector approach is then used to build a free-space-communication communication device without any detector.

Interband-Kaskaden-Laser sind außergewöhnlich vielfältig einsetzbare, Hochtechnologiehalbleiterlaser. Sie stellen die neueste Generation von Halbleiterlasern dar, die Strahlung im mittelinfraroten Wellenlängenbereich erzeugen und werden daher bevorzugt in Spektroskopie und Freistrahlkommunikationsapparaten als kohärente Lichtquellen eingesetzt. In dieser Arbeit wurden Sie eingesetzt um den Laser-als-Detektor Ansatz zu evaluieren. Der Laser-als-Detektor Ansatz ist eine bekannte, aber wenig eingesetzte Technik, die es ermöglicht auf externe optische Detektionseinheiten zu verzichten. Dabei wird ein Halbleiterlaser selber als Detektor genutzt, trotzdem er wie gewöhnlich in Betrieb ist. Das Prinzip beruht dabei darauf, dass externe optische Störungen die Ladungsträger im Interbandkaskadenlaser verändern und sich dementsprechend in Spannungsänderungen manifestieren. Mit Hilfe des Laser-als-Detektor Ansatzes werden anschließend zwei Spektroskopie-Sensoren aufgebaut und deren Detektionslimit anhand von Methanabsorptionslinien evaluiert. Danach wird der Laser-als-Detektor Ansatz ausgenutzt, um einen Freistrahlkommunikationsapparat ohne zusätzliche Detektoren aufzubauen.