Kombination von Excimer- und CO₂-Laserstrahlen

Ein Kunde aus dem Forschungszentrum BIOCEV beschäftigt sich seit Langem mit der Erforschung von Biopolymeren wie Proteinen, Nukleinsäuren oder Kohlenhydraten. Zu deren Analyse nutzte er unter anderem die Massenspektroskopie, bei der Informationen aus Fragmenten der ursprünglichen Polymere gewonnen werden. Bei der bisherigen Anordnung gewann der Kunde diese Fragmente durch Dissoziation der Polymere mithilfe eines CO₂-Lasers, der direkt in die Vakuumkammer des Spektrometers gerichtet war.

Nun wünschte sich der Kunde zusätzlich die Möglichkeit, Polymere in der Kammer mithilfe eines Excimer-Lasers zu dissoziieren, dessen Wellenlänge von 193 nm mit den Polymeren deutlich anders reagiert als die Infrarotstrahlung des CO₂-Lasers (10,2 µm). Die grundlegende Aufgabe des Projekts bestand daher darin, die Laser auf denselben Strahlengang zu lenken, sodass entweder der eine, der andere oder beide gleichzeitig verwendet werden können.

Die Ausrichtung der Laser auf dieselbe Bahn sollte unter normalen Umständen eine relativ einfache Aufgabe sein. In unserem Fall wurde die Situation jedoch dadurch erschwert, dass kein geeigneter dichroitischer Spiegel für die Wellenlängenkombination von 193 nm und 10,2 µm zur Verfügung stand. Kernstück der Lösung war schließlich ein Spiegel, der auf einem motorisierten Verschiebetisch von Physik Instrumente angebracht war und es ermöglichte, abwechselnd den einen oder den anderen Laser in die Messkammer einzuleiten. Der Laser, der gerade nicht in die Kammer gelangen sollte, wurde abgelenkt und sicher in einem „Beam Dump“ absorbiert. Dank der Verfahrgeschwindigkeit des Tisches von bis zu 250 mm/s konnte eine Umschaltung zwischen den Lasern mit einer Frequenz von bis zu 10 Hz erreicht werden.

Die Steuerung des Spiegeltisches und beider Laser erfolgte über eine von uns entwickelte Elektronik. Dies war insbesondere im Hinblick auf die erforderliche Synchronisation der Laser mit der Schwingung des Spiegels wichtig. Dabei ist es uns gelungen, die gesamte Elektronik in das Gehäuse zu integrieren, das bereits Teil der ursprünglichen Anlage des Kunden war. Die Steuerung des Experiments erfolgt über unsere eigene Steuerungssoftware, die für diesen Zweck entwickelt und zusammen mit der Anlage geliefert wurde. Ein weiterer wichtiger Bestandteil des Systems war die Abdeckung des Strahlengangs des Excimer-Lasers. Die Abdeckung ermöglicht nicht nur die feste Befestigung der Halterungen mit den Lenkspiegeln, sondern auch die Überdruckbeaufschlagung des Innenraums mit Stickstoff, um Wasserdampf zu beseitigen, der andernfalls die UV-Strahlung absorbieren würde. Um die Stabilität des Strahlengangs zu gewährleisten, sind beide Laser auf einem gemeinsamen beweglichen Sockel montiert.