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Wavelength locking and determination in tunable lasers by gain voltage measurement
Happach, Magnus Stephan Robert
In this thesis, tunable lasers under optical feedback are investigated. The influence of feedback on the spectral behaviour of the voltage at the gain section, the output power, the threshold current, the linewidth and the side mode suppression ratio are investigated. The findings complement the existing theory under the aspect of continuous wavelength tuning and the influence of a reflection with a fixed distance to the laser cavity. Furthermore, a more comprehensive theory of the internal and mirror losses is developed to explain the variations in the voltage curves. The theory shows good agreement with the measurement results. The device under investigation is a hybrid indium phosphide/polymer distributed Bragg reflector laser, developed and fabricated at the Heinrich Hertz Institute.
Based on the theory developed, a virtual prototype of the laser is created. The mathematical model allows the calculation of the wavelength, voltage, and output power mappings, which are in good agreement with the measurement results. Further investigations of the virtual prototype resulted in several design rules with which the laser remains continuously tunable even under optical feedback.
The findings of this work on the voltage variations under optical feedback are applied in experiments where a proof of concept for wavelength stabilisation is carried out as well as the determination of the absolute laser wavelength. No additional, and in particular, no optical instruments were needed for the wavelength stabilisation and determination. Only the voltage at the gain section is used, which created the basis for self-wavelength stabilisation and determination.
In dieser Dissertation werden abstimmbare Laser mit optischer Rückkopplung untersucht. Es wird der Einfluss der Rückkopplung auf das spektrale Verhalten der Spannung an der Verstärkungssektion, der Ausgangsleistung, des Schwellenstroms, der Linienbreite und der Seitenmodenunterdrückung untersucht. Die Erkenntnisse ergänzen das bereits existierende theoretische Modell unter dem Aspekt der kontinuierlichen Wellenlängendurchstimmung und dem Einfluss einer Reflektion mit einer fixen Distanz zur Laserkavität. Darüber hinaus wird eine umfassendere Theorie der internen und der Spiegelverluste entwickelt, um die Schwankungen in den Spannungskurven zu erklären. Die Theorie zeigt eine gute Übereinkunft mit den Messergebnissen. Das untersuchte Gerät ist ein hybrider Indiumphosphid/Polymer Distributed Bragg Reflector Laser welcher vom Heinrich-Hertz-Institut entwickelt und hergestellt wurde.
Basierend auf der in dieser Arbeit entwickelten Theorie wird ein virtueller Prototyp des Lasers präsentiert. Durch das mathematische Modell werden Wellenlängen-, Spannungs-, Ausgangsleistungskartierungen berechnet, welche mit den Messergebnissen gut übereinstimmen. Weiterführende Untersuchungen des virtuellen Prototyps bringen mehrere Designregeln hervor mit denen der Laser auch unter optischer Rückkopplung kontinuierlich durchstimmbar bleibt.
Die Erkenntnisse über die Spannungsvariationen unter optischer Rückkopplung finden Anwendung im Experiment. Der Konzeptnachweis zur Wellenlängenstabilisierung und Bestimmung der absoluten Laserwellenlänge wird durchgeführt. Hierbei werden keine zusätzlichen Instrumente, und insbesondere, keine optischen Instrumente verwendet. Ausschließlich die Spannung an der Verstärkungssektion wird verwendet, wodurch die Basis für Selbstwellenlängenstabilisierung und -bestimmung geschaffen ist.
