Als eine erste echte Anwendung wurde der Lokaloszillator des Heterodynspektrometers an Bord des von der NASA und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt betriebenen Stratosphärenobservatoriums für Infrarotastronomie (SOFIA) – die Treppe zum Himmel für QCLs – mit einem unserer QCLs ausgerüstet. Für die Grundlagenforschung, aber auch für industrielle Anwendungen wird die hochauflösende Absorptionsspektroskopie auf der Grundlage von Feinstrukturübergängen in verschiedenen Atomen und Ionen im Bereich von 2,3 bis 4,7 THz die quantitative Bestimmung ihrer Dichten in Plasmaprozessen ermöglichen.
Heterodynspektrometer beruhen auf der Mischung der Signalfrequenz mit der Frequenz des Lokaloszillators. Im Gegensatz dazu werden hochauflösende Absorptionsspektren durch das Durchstimmen der Frequenz des QCLs über die Absorptionslinie hinweg gewonnen. Die Linienbreite der QCL-Strahlung muss deutlich schmaler als das zu messende Absorptionsmerkmal sein. Nach der erfolgreichen Realisierung des QCL-basierten Lokaloszillators im Himmel werden jetzt THz-Absorptionsspektrometer für die quantitative Bestimmung von Atom- und Ionendichten in Plasmaprozessen entwickelt, die möglicherweise nützlich für industrielle Anwendungen sind. Diese Treppe vom Himmel kann den Weg zu irdischen Anwendungen eröffnen.
QCLs wurden ursprünglich von F. Capasso und seinen Mitarbeitern vor über 25 Jahren für den mittleren infraroten Spektralbereich erfunden. Die Strahlung wird durch elektronische Übergänge zwischen Subbändern innerhalb des Leitungsbandes und nicht durch Übergänge über die Bandlücke wie in üblichen Halbleiterlasern erzeugt. Die optisch aktiven Bereiche, die die Laserniveaus enthalten, sind durch Extraktor-/Injektorstufen verbunden und bilden eine Kaskadenstruktur – eine Treppe für Elektronen. Sowohl der Elektronentransport durch die Heterostruktur als auch die Emissionswellenlängen können durch Variation der Dicken der einzelnen Schichten maßgeschneidert werden.
