Holographische Konzepte zur Analyse der Verstärkungs- und Brechungsindexdynamik in Halbleiterlasern

• Antragsteller: Professor Dr. Martin Hofmann
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 310973190

Ziel des Forschungsprojektes ist Entwicklung und Verifizierung von gleichzeitig ortaufgelöster und spektral aufgelöster holographischer Analyse der optischen Absorptions- bzw. Verstärkungs- und der Brechungsindexdynamik in lateral multimodigen Halbleiterlasern. Dazu soll weiterhin holographische Messtechnik eingesetzt werden. Im letzten Schritt soll zur räumlichen und spektralen auch eine möglichst hohe zeitliche Auflösung bis hinunter in den Pikosekundenbereich erzielt werden.Im Vorgängerprojekt konnten wir zeigen, dass holographische Konzepte geeignet sind, um Verstärkungs- und Brechungsindexdynamik in Halbleitern mit hoher Genauigkeit zu bestimmen. Die Ergebnisse zeigten aber auch unerwartete Herausforderungen bei der Untersuchung von Laserdioden-Bauelementen auf, die zunächst gelöst werden müssen. Diese betreffen die Strahlführung durch die Laserdiode, d. h. Ein - und Auskopplung, eine geeignete Modenfilterung am Ausgang, die Bestimmung des Eingangsfeldes und die Bereitstellung einer geeigneten Referenz für die holographische Messung auch bei mechanischen Erschütterungen, die z.B. durch Wasserkühlung bei Laserdiodenverstärkern unvermeidbar sind. Für diese Herausforderungen wurden Lösungsansätze entwickelt, die in diesem Folgeprojekt umgesetzt werden sollen. Diese beinhalten eine modifizierte Ein- und Auskopplungsoptik mit Modenfiltern, Konzepte zur Bestimmung des optischen Eingangsfeldes in die Diode und einen Common-Path Aufbau für eine stabile Referenzwellenerzeugung. Darauf aufbauend soll ein effizientes und schnelles, zunächst stationäres holographisches Charakterisierungssystem für Laserdioden entwickelt werden, das für die Bauelemente Verstärkungsspektren, Spektren der differentiellen Verstärkung, Spektren der Ladungsträger-induzierten Brechungsindex-Änderungen und Spektren des Linienverbreiterungsfaktors  liefert. Diese Methodik soll zunächst für lateral einmodige Standard-Diodenlaser etabliert werden und dann auf räumlich ausgedehnte Emitter (Breitstreifenlaser, getaperte Verstärker) erweitert werden. Im nächsten Schritt soll eruiert werden, inwieweit mittels gepulster Probe- und Referenzfelder Verstärkung und Brechungsindex auch dynamisch analysiert werden können und, wenn ja, bis hinunter zu welchen Zeitskalen dies möglich ist. Das übergeordnete Ziel des Projektes bleibt es, durch die hier entwickelte neue Methodik ein umfassenderes Verständnis der Verstärkungs- und Brechungsindexdynamik in Halbleiterlasern zu erlangen und darauf aufbauend neue Ansätze zur Verbesserung der Eigenschaften z. B. in Bezug auf Strahlqualität oder Kurzpulserzeugung zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Nils Christopher Gerhardt