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Main Title: Entwurf und Charakterisierung hybrid verkoppelter, transversal einmodiger Diodenlaser
Translated Title: Design and characterization of hybrid coupled, transversal monomode diode lasers
Author(s): Hilliger, Gero
Advisor(s): Eichler, Hans-Joachim
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät II - Mathematik und Naturwissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Eine Anwendungsmöglichkeit von Lasern ist die Materialbearbeitung. Dazu werden Laser mit hoher Leistung eingesetzt, u. a. auch Halbleiterlaser. Diese zeichnen sich darunter durch geringe Abmessungen und einen hohen Wirkungsgrad aus, haben aber eine große Divergenz. Zur Leistungserhöhung werden mehrere Halbleiterlaser zusammengekoppelt. Hier wird das Konzept einer kohärenten Kopplung in einem gemeinsamen Resonator verfolgt, der eine Laserzeile und eine Vereinigungsstruktur in einem hybriden Aufbau beinhaltet. Die Vereinigungsstruktur besteht aus Wellenleitern mit kaskadierten Y-Gabeln. Der baumartige Resonator kann wegen der entsprechenden Eigenschaften der Wellenleiter transversal einmodiges Licht mit geringer Divergenz auskoppeln. So wird ein wesentlicher Nachteil von Halbleiterlasern im Vergleich zu anderen Lasern aufgehoben. An den Y-Gabeln gibt es nur dann keine Verluste, wenn die Phasen gleich sind. In der Fertigung, im Aufbau und im Betrieb eines Lasers können sich jedoch die Längen und Brechungsindizes verändern, so daß ein phasenstarrer Aufbau praktisch nicht möglich ist. Ohne ein Nachregeln der Phase lassen sich dennoch baumartige Laser-Resonatoren finden, die nur geringe Verluste an den Y-Gabeln haben und somit stabil in der Leistung sind, wie eine Analyse der Resonanzen ergibt. Durch die Verkoppelung mehrerer Laser ergeben sich kompliziertere Resonatorstrukturen. Zu deren Untersuchung wird die Transfermatrixtheorie so erweitert, daß die Schwellenbedingung hergeleitet werden kann. Aus einer Toleranzanalyse der Resonanzwellenlängen und Schwellen werden Gestaltungsregeln für den einfachsten baumartigen Resonator, einen Y-Resonator, hergeleitet, so daß der Verlust an der Y-Gabel gering bleibt. Die in diesem Sinne tolerantesten Strukturen sind asymmetrische Y-Resonatoren. Eine Toleranzanalyse zur Verkoppelung von mehr als zwei Lasern wird theoretisch schwierig. Ein stabiler Laserbetrieb ist nur bei längeren Strukturen möglich. Ein Y-Resonator wurde verwirklicht. Dieser bestand aus einer einseitig entspiegelten, zweielementigen Diodenlaserzeile (Wellenlänge: 980 nm), zwei Kugellinsen als Koppeloptik und einer asymmetrischen Y-Wellenleiterstruktur im Materialsystem Glas auf Silizium. Der Y-Laser ist angeschwungen, lief zeitlich stabil in der Leistung und war transversal einmodig. Im Laserbetrieb kam es auch zu Veränderungen der Wellenlänge. Die Verluste in der Koppeloptik betrugen 75%. Im Vergleich zu einem entsprechenden optimalen Y-Laser wurden 72% des Wirkungsgrades erreicht bei einem gering erhöhten Schwellenstrom (111%). In dieser Arbeit wurde die kohärente Kopplung einer Laserzeile durch einen hybrid verkoppelten, transversal einmodigen Diodenlaser umgesetzt, wodurch ein Diodenlaser mit erhöhter Leistung und guten Strahleigenschaften entstanden ist.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-2161
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/611
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-314
Exam Date: 31-Oct-2001
Issue Date: 21-Nov-2001
Date Available: 21-Nov-2001
DDC Class: 530 Physik
Subject(s): Diodenlaser
Halbleiterlaser
Integrierte Optik
Kohärente Kopplung
Laser
Transfermatrixtheorie
Y-Laser
Coherent coupling
Diode laser
Integrated optics
Laser
Transfer matrix theory
Y-laser
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