Untersuchung der Selbst-Modenkopplung in Halbleiterscheibenlasern

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Arash Rahimi-Iman
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 290461173

Gepulste Halbleiterscheibenlaser ermöglichen die Entwicklung kompakter, kostengünstiger und robuster Femtosekundenlaser. Bisher wurde hierzu ein sättigbarer Absorber in den Resonatoraufbau implementiert, der das Modenkoppeln initiierte. Durch den in diesem Projekt genutzten Prozess der Selbstmodenkopplung von Halbleiterscheibenlasern entfällt die aufwändige und kostspielige Herstellung eines sättigbaren Absorbers, der nur für einen angestrebten Wellenlängenbereich konzipiert werden kann und die maximal mögliche Betriebsleistung darüber hinaus limitiert. Jedochsind die Ursachen und Mechanismen, die zur Selbstmodenkopplung führen, noch nicht verstanden. Die auf nichtlinearen Effekten beruhende Selbstmodenkopplung wurde bereits für Halbleiterscheibenlaser mit Quantenfilm- oder Quantenpunkt-Verstärkungsmedium erfolgreich demonstriert, unter anderem auch in Marburg. Deshalb sollen in diesem Projekt wichtige Untersuchungen am Lasersystem im erzielten Regime der Selbstmodenkopplung durchgeführt werden, die Rückschlüsse auf die verantwortlichen nichtlinearen Effekte im Halbleiterscheibenlaser erlauben und dieWeiterentwicklung dieser Bauteile zu leistungsstarken, kosteneffizienten Ultrakurzpulslasern für die Forschung und für industrielle Anwendungen ermöglichen. Anrege-Abfrage Experimente an der aktiven Region während des gepulsten Laserbetriebs sollen zeitaufgelöste Einblicke in die Dynamik des Verstärkungsmediums geben. Dieses ist wichtig, um herauszufinden, inwieweit die Dynamik der Gewinnsättigung zu einem intensitätsabhängigen Brechungsindex führt, welcher Selbstphasenmodulation und Selbstfokussierung zur Folge hat. Weitere experimentelle Untersuchungen am Laserchipsollen die direkte Messung eines möglichen Kerr-Linseneffektes zum Ziel haben. Wird eine intensitätsabhängige Linsenwirkung festgestellt, so können durch dieses Messvorgehen Rückschlüsse auf den wirksamen nichtlinearen Brechungsindex gezogen werden. Durch ergänzende Messungen soll zudem die Phaseninformation und derCharakter der gepulsten Emission untersucht und ein Hinweis auf den primären Mechanismus für die Modenkopplung erlangt werden. Durch ein erstmaliges Verständnis der tragenden Mechanismen können zukünftige vertikalemittierende Laser mit externem Resonator, sogenannte VECSEL, für unterschiedliche spektrale Bereiche und zeitliche Pulslängen bei gleichzeitig hohen Ausgangsleistungen im Bereich mehrerer Watt entwickelt werden, mit einigen Kilowatt an Spitzenleistung. Insbesondere Dank des Wegfalls der sättigbaren Absorber im Resonatorsystem können schließlich durch Überwindung zuvor bestehender Limitationen VECSEL kompakter und kosteneffizienter für Anwendungen wie die Multiphotonenmikroskopie, die Materialbearbeitung und die optische Spektroskopie konzipiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen