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Halbleiterscheibenlaser

Entwicklung und Optimierung von leistungsstarken Halbleiterscheibenlaser und Erweiterung ihrer Einsatzmöglichkeiten

Allgemeines zu Halbleiterscheibenlasern:

  • In den vergangenen Jahren haben oberflächenemittierende Halbleiterscheibenlaser mit externer Kavität (engl.: vertical external cavity surface emitting laser, VECSEL) große Aufmerksamkeit im Bereich der Laserentwicklung hervorgerufen. Diese Laser vereinen durch die Verwendung einer externen Kavität die Vorteile der Halbleiterlaser mit denen der Festkörper- und Gaslaser.

Lasermessplatz zur Charakterisierung von Hochleistungs-VECSEL-Systeme. Foto: Anne Schroll

Lasermessplatz zur Charakterisierung von Hochleistungs-VECSEL-Systemen. Foto: Anne Schroll.


  • Während konventionelle Halbleiterlaser durch die heutigen Möglichkeiten in der Epitaxie bereits einen weiten Bereich des elektromagnetischen Spektrums abdecken können und zudem eine sehr hohe Effizienz aufweisen, ist ihre Strahlqualität und die erreichbare Ausgangsleistung für viele Anwendungen unzureichend. Dem gegenüber stehen sowohl die Festkörperlaser 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 beiden Lasersysteme, wodurch eine vielseitige und leistungsstarke Laserquelle entsteht, die in vielen Bereichen Anwendungen finden kann.

Schematische Darstellung eines VECSELs mit V-förmiger Kavität und seitlicher Anregung. Grafik: Dalia Al Nakdali.

Schematische Darstellung eines VECSELs mit V-förmiger Kavität und seitlicher Anregung. Grafik: Dalia Al Nakdali.


  • Der Aufbau eines VECSELs beinhaltet neben dem auf einer Quantenfilmstruktur basierenden Verstärkungsmedium einen im Halbleiter integrierten, hochreflektiven Braggspiegel. Dieser bildet zusammen mit dem Verstärkungsmedium einen aktiven Spiegel. Um die Laserkavität zu vervollständigen, wird mit dem Laserchip sowie einem oder mehreren weiteren Spiegel der Resonator realisiert. 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.

…und was wir an VECSELn untersuchen:

 
  • Folgende Aspekte werden in der AG Experimentelle Halbleiterphysik bearbeitet:
  • Intrakavitäre Frequenzkonversion (Terahertz-Erzeugung).

  • Modenkopplung von Halbleiterscheibenlasern

  • Wärmemanagement von Hableiterscheibenlasern

  • Leistungsoptimierung

  • 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) [DOI]


Zuletzt aktualisiert: 23.09.2013 · Gente Ralf, Fb. 13

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