Asynchron optisch abtastendes gepulstes THz-TDS-Spektroskopiesystem auf Basis monolithisch modengekoppelter Laserdioden
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel des Projekts war die Entwicklung eines kompakten, leistungsstarken THz-TDS-Systems (Terahertz-Zeitbereichsspektroskopie) mit neuen Sampling-Verfahren auf Basis monolithisch hybrid modengekoppelter Laserdioden. Hierzu wurden vom Partner FBH Mehrsegment-Laserdioden mit unterschiedlichen Geometrien (z.B. variable Absorberlänge) entwickelt. Dabei wurde die Integration einer trapezförmigen Gewinnsektion in einen Laserresonator zur Leistungssteigerung umfassend experimentell und theoretisch untersucht. Der Trapezlaser kann optische Pulse mit einer Dauer von 3 ps und einer Spitzenleistung von etwa 40 W erzeugen. Die Pulse sind gechirpt, wodurch sie für eine anschließende Kompression geeignet sind. Mit einem S-förmig gebogenen Wellenleiter konnte eine Verstimmung der Wiederholrate um etwa 10 MHz erreicht werden. Partner EST entwickelte erfolgreich die Ansteuerelektronik für die hybride Modenkopplung der Laserdioden. Sie ermöglicht stabile hybride Modenkopplung mit geringem zeitlichem Jitter und eine Verstimmung der Repetitionsfrequenz um bis zu 30 MHz, was für die geplanten asynchronen Sampling-Konzepte wichtig ist. Partner PTT übernahm die Lasercharakterisierung und Systementwicklung. Die Laserdioden mit kurzem (100 µm) Absorbersegment lieferten dabei zu geringe Bandbreiten für die THz Erzeugung. Die erst später verfügbaren Laserdoden mit 200 µm langen Absorbern lieferten ausreichende Bandbreiten aber stark gechirpte Pulse. Diese Laserdioden lieferten damit für die Projektziele grundsätzlich ausreichende Spezifikationen. Die Entwicklung des Systems gestaltete sich sehr anspruchsvoll. Insofern haben die Projektpartner das finale Design des Systems erst in einer späten Phase des Projekts gemeinsam festgelegt. Die dafür erforderlichen Laser wurden realisiert, konnten jedoch innerhalb der regulären Projektlaufzeit nicht mehr zur Verfügung gestellt werden. Eine Fortführung der Arbeiten ist zwischen den Partnern verabredet.
Link zum Abschlussbericht
https://doi.org/10.34657/27647
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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A Fixed-Frequency, Tunable Dielectric Resonator Oscillator With Phase-Locked Loop Stabilization. 2022 Asia-Pacific Microwave Conference (APMC), 728-730. IEEE.
Kaesbach, Robin; Van Delden, Marcel & Musch, Thomas
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"Picosecond pulses with 40 W peak power from a mode-locked tapered laser diode emitting at 830 nm." Workshop Nonlinear Dynamics in Semiconductor Lasers (NDSL) 2023.
Wohlfeil, Shulin
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A Tunable Dielectric Resonator Oscillator with Phase-Locked Loop Stabilization for THz Time Domain Spectroscopy Systems. IEICE Transactions on Electronics, E106.C(11), 718-721.
Kaesbach, Robin; Van Delden, Marcel & Musch, Thomas
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Generation of Picosecond Pulses from Tapered Laser Diodes with over 40 W Peak Power at Wavelengths of 780 nm and 830 nm. 2023 Conference on Lasers and Electro-Optics Europe & European Quantum Electronics Conference (CLEO/Europe-EQEC), 1-1. IEEE.
Wohlfeil, Shulin; Christopher, Heike; Fricke, Jörg; Casa, Pietro Della; Maaßdorf, Andre; Wenzel, Hans; Knigge, Andrea & Tränkle, Günther
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Picosecond pulses with 40 W peak power from a passively mode‐locked tapered quantum well laser. Electronics Letters, 59(4).
Wohlfeil, Shulin; Christopher, Heike; Fricke, Jörg; Wenzel, Hans; Knigge, Andrea & Tränkle, Günther
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Characterization of Monolithic Mode- Locked Ridge Waveguide Laser Diodes for THz ASOPS Application. 2024 IEEE Asia-Pacific Microwave Conference (APMC), 808-810. IEEE.
Kreuzer, Lisa C.; Starsaja, Annamarija; Kaesbach, Robin; Wohlfeil, Shulin; Surkamp, Nils; Schulz, Niklas; van Delden, Marcel; Brenner, Carsten; Wenzel, Hans; Musch, Thomas; Knigge, Andrea & Hofmann, Martin R.
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Spatio-temporal modeling and simulation of a mode-locked tapered semiconductor diode laser. New Journal of Physics, 27(1), 013011.
Wohlfeil, Shulin; Koester, Jan-Philipp; Wenzel, Hans & Knigge, Andrea
