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Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung, Realisierung und Optimierung eines hochempfindlichen, derivativen Laserabsorptionsspektrometers zur Messung extrem schwacher Absorptionslinien von Molekülen in der Gasphase. Der zugängliche Wellenlängenbereich im nahen Infrarot erstreckt sich von etwa 800nm bis 1600nm. Als Lasersystem für das Spektrometer wurde ein Diodenlaser mit externem Littman-Resonator und einem großen, modensprungfreien Durchstimmbereich verwendet. Zur Erreichung der bestmöglichen Empfindlichkeit wurden die drei existierenden modulationsspektroskopischen Methoden, die 1-Ton-, die 2-Ton- und die Wellenlängen-Modulationsspektroskopie, miteinander verglichen. Dieser Vergleich wurde erstmals nicht nur im Hinblick auf die Linienform, Signalgröße und Detektionsfrequenz durchgeführt, sondern auch unter Berücksichtigung der möglichen Modulationstechniken (Laserdiodenstrom, externer elektrooptischer Modulator und Verstimmen des Laserresonators) und der Unterdrückung des Untergrundes, hervorgerufen durch Interferenzstrukturen (Fringes). Durch eine elektronische Normierung des Detektorsignals auf einen Referenzlichtstrahl wird das Meßsignal unabhängig von der Intensität und dem Intensitätsrauschen des Lasers. Weiterhin wurde die Möglichkeit untersucht, die Vielfachreflexionszelle mit 50m Absorptionsweg durch einen optischen Resonator hoher Güte zu ersetzen. Dieses Verfahren, ähnlich der Cavity-Ring-Down-Spektroskopie (CRDS), konnte mit der Wellenlängen-Modulationstechnik kombiniert werden. Mit diesem Laserabsorptionsspektrometer gelang es erstmals, das Absorptionsspektrum von Ozon im Bereich von 6433 bis 6669 Wellenzahlen mit mehr als 3000 Linien aufzunehmen. Um diese Messung zu ermöglichen wurde eine Methode zur Präparation und Handhabung von reinem Ozon gefunden und ein Verfahren zur Unterscheidung der Ozon-Linien von den Absorptionslinien der Reaktionsprodukte und Verunreinigungen wie z.B. CO2, H2O, H2O2 und verschiedenen Kohlenwasserstoffen entwickelt.

In dieser Diplomarbeit wird die Konstruktion und der Aufbau eines externen Resonators für einen Diodenlaser beschrieben. Es wurde sowohl ein Littrow als auch ein Littman-Resonator aufgebaut. Der Littrow-Resonator besitzt eine justierbare mechanische Synchronisation zwischen Wellenlängenselektion und Resonatorlänge. Damit konnte ein kontinuierlicher Durchstimmbereich ohne Modensprünge über einen Spektralbereich bis 240GHz im nahen Infrarot bei einer Wellenlänge von 780 bis 850nm erreicht werden. Die Eigenschaften dieses Littman-Laser-Systems wurden untersucht und unter anderem mehrere überraschende Strahlverläufe im Resonator durch Mehrfachreflexionen am Endspiegel und Gitter des Resonators gefunden. Die Restreflexion der verwendeten entspiegelten Laserdiode konnte experimentell abgeschätzt werden. Weiterhin wurde eine ausführliche Modellrechnung über die Eigenschaften eines Lasers mit externem Resonator durchgeführt und eine theoretische Erklärung für das beobachtete, asymmetrische Modensprungverhalten des Diodenlasers mit externem Resonator gefunden. Mit diesem Lasersystem wurde das Absorptionsspektrum von deuteriertem Azetylen (C2D2) um 12000 Wellenzahlen aufgenommen.