@phdthesis{Mueller2003,
  author    = {M{\"u}ller, Martin},
  title     = {Abstimmbare Halbleiterlaser und schmalbandige Laserarrays mit verteilter lateraler R{\"u}ckkopplung},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-16922},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2003},
  abstract  = {Im Rahmen dieser Arbeit wurden zwei verschiedene Typen von Halbleiterlasern mit verteilter R{\"u}ckkopplung (DFB-Laser) entwickelt. Die Laser basieren auf Rippenwellenleitern und verf{\"u}gen zus{\"a}tzlich {\"u}ber ein dazu senkrecht orientiertes Metallgitter. Der evaneszente Teil der im Rippenwellenleiter gef{\"u}hrten Lichtwelle {\"u}berlappt mit dem Gitter. Durch diese periodische Variation des effektiven Brechungsindex wird die verteilte R{\"u}ckkopplung gew{\"a}hrleistet, was eine longitudinal monomodige Laseremission zur Folge hat. Beiden Lasertypen ist gemeinsam, dass der Herstellungsprozess auf einem vom Materialsystem unabh{\"a}ngigen Konzept basiert. Diese Tatsache ist von besonderem Interesse, da so entsprechende Laser f{\"u}r unterschiedlichste Wellenl{\"a}ngenbereiche gefertigt werden k{\"o}nnen, ohne hierf{\"u}r neue Herstellungsverfahren zu entwickeln. Den ersten Schwerpunkt der Arbeit bilden Untersuchungen zu sog. abstimmbaren Lasern, deren Emissionswellenl{\"a}nge innerhalb eines relativ großen Bereichs quasikontinuierlich einstellbar ist. Der Abstimmmechanismus kann mit dem Vernier-Prinzip erkl{\"a}rt werden. Der Laser besteht hierbei aus zwei gekoppelten Segmenten, die jeweils {\"u}ber eine Reihe von Moden (Modenkamm) verf{\"u}gen. Der Abstand der Moden innerhalb eines Segments ist konstant, wohingegen die Modenabst{\"a}nde der beiden Segmente leicht unterschiedlich sind. Die Emissionswellenl{\"a}nge des Lasers ist bestimmt durch den {\"U}berlapp zweier Moden aus den beiden Segmenten, wobei die Modenk{\"a}mme so ausgelegt sind, dass gleichzeitig maximal ein Modenpaar {\"u}berlappt. Eine kleine relative Verschiebung der beiden Modenk{\"a}mme f{\"u}hrt zu einer vergleichsweise großen Verschiebung der Emissionswellenl{\"a}nge auf Grund des ver{\"a}nderten {\"U}berlapps. Die Modenk{\"a}mme wurden durch spezielle DFB-Gitter, sog. binary superimposed gratings (BSG), realisiert, die, anders als bei konventionellen DFB-Lasern, f{\"u}r mehrere Bragg-Wellenl{\"a}ngen konstruktive Interferenz zulassen und erstmalig bei DFB-Lasern eingesetzt wurden. BSGs zeichnen sich durch sehr gute optische Eigenschaften bei gleichzeitig einfacher Herstellung aus. Zum Abstimmen der Wellenl{\"a}nge wurde der Brechungsindex des Lasers gezielt durch den Injektionsstrom bzw. die Bauteiltemperatur ver{\"a}ndert. Im Rahmen dieser Arbeit konnten abstimmbare Laser auf unterschiedlichen Materialsystemen (InGaAs/GaAs, GaInNAs/GaAs, InGaAsP/InP) hergestellt werden. Der maximale diskrete Abstimmbereich betr{\"a}gt 38 nm bzw. 8,9 THz und ist durch die Breite des Verst{\"a}rkungsspektrums limitiert. Quasikontinuierlich konnte ein Abstimmbereich von 15 nm bzw. 3,9 THz erreicht werden. Die typische minimale Seitenmodenunterdr{\"u}ckung (SMSR) betr{\"a}gt 30 bis 35 dB. Durch Hinzuf{\"u}gen eines dritten Segments ohne Gitter konnte die Ausgangsleistung unabh{\"a}ngig von der Wellenl{\"a}nge konstant gehalten werden. Den zweiten Schwerpunkt der Arbeit bildet die Entwicklung von DFB-Laser-Arrays mit dem Ziel, longitudinal monomodige Laser mit hoher Ausgangsleistung zu erhalten. Die DFB-Laser-Arrays basieren auf dem oben beschriebenen Prinzip von DFB-Lasern mit lateralem Metallgitter und verf{\"u}gen {\"u}ber mehrere Rippenwellenleiter, die im lateralen Abstand von wenigen Mikrometern angeordnet sind. F{\"u}r große Abst{\"a}nde zwischen den einzelnen Lasern des Arrays (Elemente) emittieren diese, weitgehend unabh{\"a}ngig von einander, jeweils longitudinal monomodiges Licht (quasimonochromatische Emission). Die spektrale Breite betr{\"a}gt hierbei typischerweise 50 bis 70 GHz. F{\"u}r kleine Elementabst{\"a}nde koppeln die einzelnen Lichtwellen miteinander, was zu einer mit einem konventionellen DFB-Laser vergleichbaren Linienbreite f{\"u}hrt. W{\"a}hrend die ungekoppelten Arrays {\"u}ber ein gaußf{\"o}rmiges Fernfeld verf{\"u}gen, ergibt sich f{\"u}r die gekoppelten Arrays ein Interferenzmuster, das stark von verschiedenen Laserparametern (wie z. B. dem Elementabstand) abh{\"a}ngt. Bei InGaAs/GaAs basierenden Arrays (Wellenl{\"a}nge ca. 980 nm) ergibt sich f{\"u}r DFB-Laser-Arrays mit vier Elementen eine Ausgangsleistung von ca. 200 mW pro Facette, die durch die W{\"a}rmeabfuhr begrenzt wird. Trotz der starken thermischen Limitierung (die Laser waren nicht aufgebaut) konnte die 3,5-fache Ausgangsleistung eines Referenzlasers erzielt werden. Bei InGaSb/GaSb basierenden Arrays mit vier Elementen (Wellenl{\"a}nge ca. 2,0 µm) konnte eine Ausgangsleistung von ca. 30 mW pro Facette erreicht werden, was dem 3,3-fachen eines Referenzlasers entspricht. Die Verwendung von DFB-Laser-Arrays f{\"u}hrt folglich zu einer signifikanten Leistungssteigerung, die sich durch geeignete Maßnahmen (Facettenverg{\"u}tung, Montage, Skalierung) noch weiter erh{\"o}hen ließe.},
  subject      = {DFB-Laser},
  language  = {de}
}