Optimierung von modengekoppelten Laser-Dioden-basierten optischen Frequenzkämmen für Anwendungen in der THz-Technologie, optischen Messtechnik und optischen Kommunikation

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jan C. Balzer; Professor Dr. Martin Hofmann; Dr. Martin Möhrle
• Fachliche Zuordnung: Kommunikationstechnik und -netze, Hochfrequenztechnik und photonische Systeme, Signalverarbeitung und maschinelles Lernen für die Informationstechnik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 565410696

Das Forschungsprojekt widmet sich der Optimierung von optischen Frequenzkämmen, die auf modengekoppelten Laserdioden (MLLDs) basieren, für Anwendungen in der Terahertz-Technologie (THz), optischen Messtechnik und optischer Kommunikation. MLLDs stellen aufgrund ihrer kompakten Bauweise und Kosteneffizienz eine vielversprechende Alternative zu komplexeren und teureren Lasersystemen dar, wie z. B. Ti:Saphir-Lasern. Bisher weisen MLLDs jedoch Einschränkungen in Bezug auf spektrale Bandbreite, Stabilität und Flachheit der Frequenzkämme auf. Ziel des Projekts ist es, diese Herausforderungen zu adressieren, indem innovative MLLD-Designs mit neuen Materialsystemen wie InGaAsP/InGaAlAs-Mehrfach-Quantentopf-Schichten entwickelt und deren Eigenschaften verbessert werden. Dazu gehören unter anderem eine erhöhte spektrale 3-dB-Bandbreite (mindestens 2 THz für einzelne Laserdioden und mehr als 3 THz für 2 synchronisierte Dioden), eine Reduktion der RF-Bandbreite (unter 1 kHz) und die Generierung ultrakurzer Pulse, die nahe der Fourier-Grenze liegen. Das Projekt ist in mehrere Arbeitspakete gegliedert. Design und Fertigung: Neue MLLD-Varianten mit optimierten aktiven Schichten und hybrider Integration werden vom Fraunhofer HHI entwickelt. Spektroskopische Analyse: An der RUB werden die optischen und dynamischen Eigenschaften der MLLDs untersucht, um die Material- und Designoptimierungen voranzutreiben. Optimierung und Synchronisation: Die UDE entwickelt Algorithmen und Feedback-Mechanismen zur Stabilisierung und Synchronisation von Lasern, z. B. durch optische Rückkopplung. Anwendungsvalidierung: Die entwickelten MLLDs werden in Schlüsselanwendungen wie der optischen Kommunikation, der dualen Kamm-Spektroskopie und der THz-Zeitbereichsspektroskopie getestet. Durch die enge Zusammenarbeit der Projektpartner sollen Erkenntnisse gewonnen werden, die nicht nur zur Verbesserung von MLLDs, sondern auch zu Fortschritten in wichtigen Technologiebranchen führen. Langfristig könnten die Ergebnisse Standards in Bereichen wie optischer Kommunikation und hochpräziser Messtechnik setzen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen