Schnelle Steuerung von Laserlichtquellen durch resonatorinterne elekrooptische Modulator-Arrays (EMAs) - EMA-kontrollierte Halbleiterlaser-
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Kernziel des Projektes war es, einen durch ein schnelles Halbleiter-Elektromodulatorarray (EMA) kontrollierbaren Halbleiterlaser aufzubauen und zu charakterisieren. Im Rahmen des Projektes wurden zunächst die von der Universität Duisburg bereitgestellten EMAs eingehend charakterisiert. Hierbei stellte sich heraus, dass aufgrund zu großer Schichtdickengradienten im einzigen verfügbaren Halbleiterwafer die Strukturen nicht über einen für die angestrebten Spezifikationen ausreichend fein abgestuften Bereich betrieben werden können. Die unbedingt erforderlichen Verbesserungen am EMA-Design, d. h. vorrangig an der Halbleiterschichtstruktur, konnten nach Auslaufen des Vorgängerprojekts in Duisburg leider nicht mehr umgesetzt werden. Die hergestellten EMAs zeigten im Spektralbereich von 855-875 nm eine gute Modulation der Wellenlänge. Hiermit ließ sich ein CW-Laser aufbauen, der einen Durchstimmbereich von ca. 10 nm mit einer spektralen Auflösung von ca. 1 nm hat. Die maximale Ausgangsleistung des EMA-kontrollierten Diodenlasersystems ist mit bis zu 50 mW sehr zufriedenstellend. Auch die Seitenmodenunterdrückung ist mit bis zu 45 dB sehr gut. Dies belegt, dass das EMA-Konzept prinzipiell durchaus geeignet ist, um ein kompaktes, elektrooptisch spektral abstimmbares Lasersystem mit sehr guten Eigenschaften aufzubauen. Vor allem in der Fertigung der EMAs liegt noch viel Optimierungspotential. Eine bessere Kontrolle des Schichtdickengradienten und eine genauere Herstellung im Hinblick auf die Schichtdicken des EMAs sind die Voraussetzung für die Weiterentwicklung des Lasersystems. Eine Umkehrung des Dotierprofils würde zudem den Einsatz von kommerziell erhältlichen Pulsgeneratoren zur Ansteuerung des EMAs deutlich vereinfachen. Als zentrales Projektergebnis kann festgehalten werden, dass die Funktion eines über ein schnelles EMA durchstimmbaren Lasers nachgewiesen werden konnte. Dabei wurden die geplanten Spezifikationen aus den oben genannten Gründen nicht erreicht. Dennoch konnte klar demonstriert werden, dass eine Steuerung der Emissionswellenlänge über das EMA deutlich schneller ist als es mit kommerziell erhältlichen Lösungen (LCD, DMD) möglich ist, und dass damit ein spektral abstimmbares Lasersystem realisiert wurde, dessen Schaltdynamik nicht wie üblich durch das spektrale Kontrollelement, sondern allein durch die Resonatordynamik des Lasers bestimmt wird. Erste Testmessungen zur THz-Generation belegen, dass der Einsatz eines EMA-kontrollierten Lasers besonders für einen abstimmbaren und modulierbaren Mehrfarbenbetrieb für THz-Anwendungen interessant sein könnte. Hierfür ist zurzeit vor allem die spektrale Auflösung nicht ausreichend. Um diese zu erhöhen, sind zum einen eine geringere EMA-Größe und zum anderen eine modifizierte Resonatorgeometrie erforderlich.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Fast Control of an External-Cavity Laser Diode using a Vertical PIN-Modulator, EOS Annual Meeting, Sept. 29 - Oct. 2, Paris, France, 2008
M. Bülters, M. Breede, M. Hofmann, D. Jäger
- Nanosecond Switching and Wavelength Tuning of External-Cavity Laser Diode Using a Reflective Electroabsorption Modulator, IEEE Photonics Technology Letters 21, no. 18, pp. 1347-1349, 2009
M. Bülters, M. Breede, M. Hofmann, D. Jäger
- Vertical Modulator Array for Fast Intra- Cavity Wavelength Control, European Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO-Europe), June 14-19, München, Germany, 2009
M. Bülters, M. Breede, M. Hofmann, D. Jäger
- Electrooptical modulator arrays for the ultra-fast spectral tuning of external-cavity diode lasers, SIOE, Cardiff, UK (2010)
Hendrik Jähme, Nils C. Gerhardt, Martin R. Hofmann, Mike Bülters, Dieter Jäger
- Fastly tunable External-Cavity Diode-Lasers Controlled by Electro-Absorption Modulators, CLEO Europe München (2011)
Hendrik Jähme, M. Bülters, D. Jäger, Martin R. Hofmann
