[发明专利]在光谱仪中操控波长能够调谐的激光二极管的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在光谱仪中操控波长能够调谐的激光二极管的方法和装置，其中，预定功率时间函数（Leistung-Zeit-Funktion），通过从功率时间函数中以及由激光二极管所获得的测量值测定电流变化曲线，利用该电流变化曲线操控激光二极管，相应于该预定的功率时间函数周期性地在波长范围上调谐该激光二极管。

背景技术

这种类型的方法和这种类型的装置由DE4110095A1中已知。这里由监视器二极管提供测量值，该监视器二极管检测激光二极管的发射功率。在结果中光学的功率电流特性曲线被线性化并且由此减少了偏移。

在激光吸收光谱学中，测量气体利用波长能够调谐的激光二极管的光线来透射并且测量气体的所关注的气体组分的浓度根据在气体组分的所选择的吸收谱线的位置处通过吸收光线引起的光强的减少来确定（DE102011079342B3）。在此激光二极管周期性地相应于预定的电流时间函数、例如电流斜坡（Stromrampe）而被操控，以便根据波长来扫描气体组分的吸收谱线。除了电流以外激光二极管的温度也在很大程度上确定了所产生的光线的强度和波长，因此激光二极管被装配在散热片处，其温度被调节。由于激光二极管的老化，光学的功率下降并且所产生的光线的波长变化，使得为了稳定波长需要采取其他的措施。为此例如激光二极管在每个操控周期中利用两个前后跟随的电流时间函数来操控，以 便除了待测量的气体组分的吸收谱线之外也对参考气体的吸收谱线进行扫描。激光二极管或散热片的温度之后在参考气体的吸收谱线（Apsorptionslinie）的位置上这样来调节，以使得吸收谱线总是位于那个相同的位置处，优选地位于相关的电流时间函数的中心处。因为吸收谱线的波长距离是已知的，所以待测量的气体组分的吸收谱线也总是处于扫描该待测量的气体组分的相同的位置处。

在通常应用的类型的激光二极管VCSEL（垂直腔面发射激光器vertical cavity surface-emitting laser）和DFB激光器（分布式反馈激光器distributed feedback laser）中，频率确定的构件是布拉格反射器（Bragg-Reflektor）。这由一系列薄的具有交替的折射率的涂层构成。在每个边界面处，入射光线的一部分被反射，其中，经过反射的射束在与涂层的光学厚度的四分之一相符合的波长处结构性地叠加。在围绕这个中心波长的范围中反射是非常大的并且对于更大的和更小的波长而言该反射强烈地减小。该布拉格反射器的尺寸可以由于温度的变化而变化，其中，波长随着温度的增加而增加。布拉格反射器的温度由激光二极管的损耗功率以及散热片的温度来确定。激光二极管的损耗功率再次取决于其电流电压特性，其可以由元器件参数，如闸电压和导带电阻来描述。

发明内容

本发明的目的在于，在没有参考气体的情况下能够简单地稳定波长。

根据本发明该目的由此实现，即，在前文中提出的类型的方法中，获得施加在激光二极管处的电压的测量值。

作为时间上的函数的、输送给用于取决于波长地扫描所关注的吸收谱线的激光二极管的功率被预定，并且进而不取决于激光二极管的老化状态。然而，在激光二极管中的损耗功率和由此发出的热量并且因此激光二极管的温度由此也与激光二极管的老化状态无关。尽管如此激光二极管的 效率减少进而光学的功率减少，然而光学的功率与所传送的功率以及损耗功率相比，小到是能够忽略的，使得所传送的功率和损耗功率可以等同。

相应于根据本发明的方法的第一变型方案，电流变化曲线由调节装置根据在激光二极管的功率消耗（Leistungsaufnahme）（实际参量）和预定的功率时间函数（理论参量）之间的偏差而产生，利用该电流变化曲线直接操控该激光二极管，其中，在激光二极管处施加的电压和电流通过激光二极管连续地被检测，例如被测量，并且通过将测量的电流值和电压相乘持续地测定激光二极管的功率消耗。

为了实施根据本发明的方法的这个变型方案所适合的装置相应地具有：用于连续检测施加在激光二极管处的电压和流经激光二极管的电流的装置，用于通过将所测量的电流值和电压值相乘而持续地测定激光二极管的功率消耗的装置以及调节装置，该调节装置根据在作为实际参量的激光二极管的功率消耗和作为额定参量的预定的功率时间函数之间的调节偏差产生用于操控激光二极管的电流。调节装置例如可以包括调节器和由其控制的电流源，激光二极管连接在该电流源上。在这种情况下，测量通过激光二极管的电流不是必需的，因为替代电流测量值能够应用由用于该电流源的调节器产生的操控参量。