Quasi-statischer MOEMS-Gitterscanner zum spektralen Durchstimmen eines MIR-Quantenkaskadenlasers

Breitbandig durch stimmbare Infrarotstrahlung im mittleren Wellenlängenbereich von etwa 3bis 10 mm bzw. 1000 bis 3200 Wellenzahlen kann effizient zur Spektroskopie gasförmiger, flüssiger oder fester Stoffe und Gemische verwendet werden. In diesem Beitrag wird ein neuartiges quasi-statisches mikro-opto-elektromechanisches (MOEMS) Gitter zur spektralen Durchstimmung einer Infrarotlichtquelle auf Basis eines Quantenkaskadenlasers (QCL) vorgestellt. Das Konzept vereint die Vorteile breitbandiger Quellen mit denen kohärenter Laserquellen in einem miniaturisierten Aufbau. Das quasistatische Antriebsprinzip erlaubt im Gegensatz zur resonanten Bewegung das Scannen mit vorgegebenen Trajektorien und einstellbarer Geschwindigkeiten und damit eine höhere spektrale Auflösung. Zur Stabilisierung der Bewegung wird MOEMS-Bauelement mittels integrierter Positionssensoren geregelt. Dieser Beitrag stellt die dynamischen Eigenschaften eines MOEMS-Mikrospiegels mit integriertem Beugungsgitter, sowie die damit gewonnenen experimentellen Ergebnisse beim Durchstimmen eines QCL im Bereich von 4150 bis 4600 nm Wellenlänge vor.

Broadband tuning of MIR-infrared radiation from 3 to 10 mm (1000 to 3200 wavenumbers) is a very promising way for spectroscopic study of gaseous, liquid, or solid species or intermixtures. We report a new quasi-static micro-optical-electrical-mechanic (MOEMS) grating for spectral tuning of an IR-light source based on a Quantum-Cascade-Laser. This concept unites the advantages of broadband sources with the advantages of coherent laser sources in a miniaturized setup. In contrary to resonant MOEMS device, the quasi-static driving principle allows the scanning with arbitrary trajectories and velocity and thus with potential higher spectral resolution. To stabilize the trajectory the MOEMS device is controlled by integrated position sensors. We report the dynamical characteristics of MOEMS micro-mirror with integrated diffraction grating and experimental results of the tuning of a QCL in the wavelength range from 4150 to 4600 nm.