Breitbandig abstimmbarer integriert-optischer Klinkenrad-Ring-Laser in dotierten Aluminiumoxid-Wellenleitern

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jörg Müller
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2004 bis 2012
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5438539

Ziel des Vorhabens ist der Aufbau, die Realisierung und Charakterisierung eines integrierten optisch gepumpten abstimmbaren Ringlaser-Systems auf Basis von integriert optischen Wellenleitern auf Silizium mit dotiertem, Saphir-ähnlichem Wellenleiterkern. Dazu sollen Al2O3-Wellenleiterschichten aus einer metallorganischen Verbindung im PECVD-Prozess quasiepitaktisch auf einer zuvor in gleicher Weise auf thermisch oxidiertem Silizium niedergeschlagenen und anschließend durch RTP-Tempern zu Saphir-ähnlicher Morphologie kristallisierten Aluminiumoxidschicht abgeschieden werden. Auf diese Weise können die Wellenleiter simultan mit Übergangs- und Seltenen-Erden-Metallen wie Titan, Chrom und Erbiun aus metallorganischen Verbindungen optisch aktiv dotiert werden, ohne dass es zur Ausbildung größerer Kristallite und damit erhöhten Streuverlusten kommt. Außer durch den "klassischen" Aufbau als streifenbelastete Wellenleiter im Si02-A1203-Si02-Systein lassen sich Streifenwellenleiter durch lokales Abdecken dieser Saatschicht z.B. mit Si02 und lokaler Quasi-Epitaxie unterschiedlicher Geometrie ohne eine u.U. schwierige Strukturierung von kristallinem A1203 realisieren. Die Ausbreitung der optischen Energie nur in einer Ringrichtung wird durch eine asymmetrisch versetzte Aneinanderreihung von Kreissegmenten, eine "Klinkenradstruktur", erreicht, die die nach außen gedrängten Felder nur in eine Richtung verlustarm überkoppelt. Die Polarisation wird durch bereichsweise Abdeckung der Wellenleiter mit metallischen Schichten auf TM beschränkt. Zur Abstimmung des Lasers sind alternativ auf Membranen angeordnete, mikromechanisch auf Basis des elastooptischen Effekts gekoppelte Ringresonatoren bzw. elektro-optisch verstimmbare auf ZnO-Basis vorgesehen sowie im Zug des aktiven Ringresonators liegende ebenfalls elektro-optisch verstimmbare Etalons. Die Pumpleistung wird vorzugsweise über Y-Verzweigungen zu, die Ausgangsleistung über Koppler abgeführt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen