fs-Pulserzeugung mit MIXSEL (mode-locked integrated external cavity surface emitting laser) auf der Basis von Quantenpunkt-Verstärker- und Absorber-Elementen (QD-MIXSEL)

• Antragsteller: Professor Dr. Johann Peter Reithmaier
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 286077633

Die Forschergruppe zielt darauf erste kompakte halbleiterbasierende Hochleistungs-fs-Laserquellen zur Frequenzkammgenerierung zu realisieren, die in ihren Kenndaten weit über den aktuellen Stand der Technik liegen und die geeignet sind für den Einsatz in kohärenten optischen Übertragungssystemen. Das Gemeinschaftsprojekt bringt die Expertise von drei international führenden Forschungsgruppen zusammen, das ist die Gruppe (i) von Ursula Keller (ETH Zürich), die führend ist in der Entwicklung von ultrakurz-gepulsten Hochleistungs-VECSEL (VECSEL = vertical external cavity surface emitting lasers), (ii) von Johann Peter Reithmaier (INA, Universität Kassel), die führend ist in GaAs-basierenden Hochleistungs-Quantenpunktlasermaterialien, und (iii) von Gadi Eisenstein (Technion, Israel), die führend ist in der Charakterisierung der dynamischen Eigenschaften von Quantenpunktlasern und zugehörigen Bauelementsimulationen.Um die Projektziele zu erreichen, ist geplant sogenannte modengekoppelte oberflächenemittierende Laser mit integrierter externer Kavität zu realisieren auf der Basis von Quantenpunktstrukturen (QD-MIXSEL = quantum dot mode locked integrated external cavity surface emitting laser), wobei sich dieses Bauelement zusammensetzt aus einem Quantenpunkt-VECSEL und einem integrierten sättigbaren Absorberspiegel (QD-SESAM = quantum dot semiconductor saturable absorbing mirror). Die Hauptziele sind dabei:- die Entwicklung einer optimierten QD-Verstärkungszone in VECSELs und MIXSELs für Hochleistungs-sub-ps-Pulserzeugung bei einer Zielwellenlänge von 950 nm.- die Entwicklung von optimierten sättigbaren Absorbern auf Quantenpunktbasis mit niedrigem Sättigungsstrahlungsfluss und schneller Regenerierungszeitkonstante, wobei Ausheilprozesse während des Wachstums einer vollständigen MIXSEL-Struktur berücksichtigt werden müssen.- die Erzeugung hoher mittlerer Abstrahlleistungen (> 1 W) bei fs-Pulsdauern (< 500 fs) mit einem SESAM-modengekoppelten VECSEL und optimierten Parametern für die separaten Verstärker- bzw. Absorber-Sektionen.- die Erzeugung hoher mittlerer Abstrahlleistungen (> 1 W) bei fs-Pulsdauern (< 500 fs) mit einem MIXSEL mit optimierten Parametern für die integrierten Verstärker- bzw. Absorber-Sektionen.- die Demonstration einer stabilen Frequenzkammerzeugung mit entweder einer hybrid (SESAM + VECSEL) oder integriert (MIXSEL) aufgebauten LaserlichtquelleAlle geplanten Zielparameter liegen weit über dem aktuellem Stand der Technik und würden einen Durchbruch markieren im Verständnis eines optimierten Quantenpunkt-MIXSELs als auch in der Erzeugung von stabilen Frequenzkämmen für die kohärente optische Kommunikation mit MIXSELs. Dies ist bisher nicht möglich auf Grund der begrenzten Ausgangsleistung von bisher existierenden Bauelementen und/oder der begrenzten Bandbreite verursacht durch die bisher minimal erreichbare Pulslänge.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Israel, Schweiz
• Partnerorganisation: Schweizerischer Nationalfonds (SNF)
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Ursula Keller
• ausländischer Mitantragsteller: Professor Dr. Gadi Eisenstein