Halbleiterscheibenlaser

In den vergangenen Jahren haben oberflächenemittierende Halbleiterscheibenlaser mit externer Kavität (engl.: vertical external cavity surface emitting laser, VECSEL) große Aufmerksamkeit im Bereich der Laserentwicklung erregt. Diese Laser vereinen die Vorteile der Halbleiterlaser mit denen der Festkörper- und Gaslaser durch die Verwendung einer externen Kavität. Während konventionelle Halbleiterlaser bereits einen weiten Bereich des elektromagnetischen Spektrums durch die heutigen Möglichkeiten in der Epitaxie abdecken können und zudem eine sehr hohe Effizienz aufweisen, ist deren Strahlqualität und die erreichbare Ausgangsleistung für viele Anwendungen unzureichend. Dem gegenüber stehen sowohl die Festkörper- als auch die Gaslaser. Die Flexibilität des Resonatordesigns sowie die hervorragende Strahlqualität bei gleichzeitiger hoher Ausgangsleistung dieser Lasersysteme ermöglichen ihren Einsatz in vielen Bereichen; von der Grundlagenforschung bis hin zur Materialbearbeitung. Jedoch sind diese Laser meist in der Wahl der Emissionswellenlänge stark begrenzt, so dass nicht immer die für die jeweilige Anwendung optimale Wellenlänge zur Verfügung steht. Halbleiterscheibenlaser kombinieren die Vorteile dieser Lasersysteme, wodurch eine vielseitige und leistungsstarke Laserquelle entsteht, die in vielen Bereichen Anwendungen finden kann.

Der Aufbau eines VECSELs beinhaltet neben dem auf einer Quantenfilmstruktur basierenden Verstärkungsmedium einen im Halbleiter integrierten Braggspiegel. Dieser bildet zusammen mit dem Verstärkungsmedium einen aktiven Spiegel. Um die Laserkavität zu vervollständigen, wird der Laserchip in einen externen Resonator eingebettet. Mit Hilfe dieser Anordnung ist es möglich, neben einer hohen Flexibilität in der Resonatorkonfiguration und einer sehr guten Strahlqualität gleichzeitig eine hohe Ausgangsleistung zu erreichen. Die Wellenlänge kann dabei relativ frei über die Wahl des Halbleitersystems eingestellt werden.

In der AG Experimentelle Halbleiterphysik werden folgende Aspekte bearbeitet:

• Intracavitäre Frequenzkonversion (Terahertz-Erzeugung)
• Modenkopplung von Halbleiterscheibenlasern
• Wärmemanagement von Hableiterscheibenlasern
• Neue Emissionswellenlängen
• Derzeit hält die Arbeitsgruppe einen Weltrekord: die höchste Ausgangsleistung die aus einem Halbleiterscheibenlaser erzielt wurde.
  siehe: B. Heinen, et al., 106 W continuous wave output power from a vertical-external-cavity surface-emitting laser (VECSEL), IET Electronics Letters 48, 516, (2012)