@phdthesis{Scherer2010,
  author    = {Scherer, Helmut},
  title     = {Integration von aktiven und passiven optischen Bauelementen auf Basis photonischer Kristalle bei 1,3 und 1,5 μm Wellenl{\"a}nge},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-52150},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2010},
  abstract  = {Im Rahmen der Arbeit wurden Halbleiterlaser aus photonischen Kristallen (PK) im Wellenl{\"a}ngenbereich von 1,3 und 1,5 µm untersucht. Insbesondere die Integration der Laser mit weiteren Bauelementen f{\"u}r die optische Telekommunikation stand im Vordergrund der Untersuchungen. Neben den versch. Anwendungen unterscheidet sich auch das Grundmaterial. Der kurzwellige Bereich um 1,3 µm wurde auf GaAs-basierten Material bearbeitet, die langwelligen Laser wurden auf InP-Basis bearbeitet. Photonische Kristalle bestehen aus einer periodisch angeordneten Brechungsindexvariation zwischen Luftl{\"o}chern in einer Halbleitermatrixstruktur. Die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen wird durch das periodische Potential beeinflusst und es k{\"o}nnen z. B. Spiegel hergestellt werden. Die Reflektivit{\"a}t kann durch Variation der PK-Struktur angepasst werden. Weiterhin k{\"o}nnen Liniendefekte als effektive Wellenleiter benutzt werden. Es wurden mehrstufige Y-Kombinierer zur Zusammenf{\"u}hrung der Emission mehrerer Laser auf der komplett aktiven Laserstruktur hergestellt. Die Definition der Bauteile erfolgte durch optische bzw. Elektronenstrahllithographie, die Strukturierung wurde mittels nass- und trockenchemischer {\"A}tzverfahren sichergestellt. Weiterhin wurden Stegwellenleiter basierte Mikrolaser auf GaInNAs-Material hergestellt. Um abstimmbare Laser mit einem m{\"o}glichst grossen Abstimmbereich herzustellen, wurden zwei Resonatoren mit unterschiedlicher L{\"a}nge hergestellt. Zwischen beide Resonatoren wurde ein PK-Spiegel aus 2 bzw. 3 Lochreihen prozessiert. Dies erm{\"o}glicht das Abstimmen der Laser von 1307 bis 1340 nm. Im weiteren Verlauf wurden aktive und passive PK-Strukturen auf GaAs-Basis integriert. Hierzu wurden DWELL-Strukturen auf Basis von InGaAs/GaAs Quantenpunkten verwendet. Durch das Ankoppeln der Glasfaser an die Frontfacette des Lasers ist der laterale Abstand der Laserstrukturen durch die Dicke der Glasfaser auf 250 µm festgelegt. Durch die verlustarme Kopplung mehrerer Laser in einen Auskoppelwellenleiter kann die Fl{\"a}chenausnutzung deutlich gesteigert werden. Im Rahmen der Arbeit wurden vier Halbleiterlaser {\"u}ber PK Wellenleiter miteinander verbunden. Die gezeigten Laserstrukturen weisen eine L{\"a}nge von unter 1,5 mm bei einer Gesamtbreite von 160 µm auf. Dies bedeutet, dass ein komplettes Modul schmaler als eine Glasfaser realisiert werden kann. Es konnte gezeigt werden, dass alle 4 Laser unabh{\"a}ngig von einander wellenl{\"a}ngenstabil ansteuerbar und abstimmbar sind. Die Seitenmodenunterdr{\"u}ckung im parallelen cw-Betrieb aller vier Laser liegt f{\"u}r den Laser mit der geringsten Seitenmodenunterdr{\"u}ckung immer noch bei mehr als 20 dB und der Leistungsunterschied zwischen den vier Lasern ist unter 2,5 dB. Weiterhin wurden PK-Strukturen bei einer Wellenl{\"a}nge von 1,5 µm auf einem InP-Basis untersucht. Im Bereich der passiven Charakterisierung wurden W3-Wellenleiter spektral vermessen. Zu Beginn wurde das sog. Ministopband (MSB) des W3-Wellenleiters untersucht, um im Anschluss die Kopplung von zwei Wellenleitern mit Hilfe des {\"U}bersprechens im Bereich des MSB´s zu analysieren. Hierzu wurden zwei W3-Wellenleiter parallel zueinander strukturiert. Im Wellenl{\"a}ngenbereich des MSB erfolgt eine {\"U}bertragung vom Referenz- in den Monitorkanal. Durch die geometrischen Parameter der PK-Strukturen kann die spektrale Lage und Breite des Filters eingestellt werden. Die Filterung durch {\"U}bersprechen vom Referenz- in den Monitorkanal ist mit einer spektralen Breite von mehr als 10 nm noch relativ breitbandig. Daher wurden PK-Resonatoren hergestellt. Hierzu wurden Spiegel in die Wellenleiter prozessiert. Es wurden Filter mit einer spektralen Breite von weniger als 0,5 nm und G{\"u}ten von {\"u}ber 9000 erreicht. Im Anschluss wurden die aktiven und passiven Bauteile auf einem Chip integriert. Die Laser erreichten eine max. Leistung von 28 mW. Die Integration zus{\"a}tzlicher Funktionen hinter den Laser bedeutet eine Erh{\"o}hung der Komplexit{\"a}t und des Funktionsumfangs, ohne die Emissionsleistung des Lasers zu senken. Zus{\"a}tzlich vereinfacht sich der Aufbau zur Charakterisierung und zum Betrieb der Laser. In den gezeigten Bauteilen wurde die durch den Laserr{\"u}ckspiegel transmittierte Lichtmode mittels eines Tapers in einen PK Wellenleiter gef{\"u}hrt. Seitlich und am Ende des Wellenleiters wurde die erreichte Intensit{\"a}t mittels zweier getrennter Photodioden (PD) gemessen. Damit wird das Konzept der passiv untersuchten Wellenleiter zusammen mit den Lasern integriert. Bei konstanter Leistung und Wellenl{\"a}nge m{\"u}ssen die beiden Photostr{\"o}me konstant sein. Durch die sehr kompakte Bauform am Ende des Lasers mit einer zus{\"a}tzlichen L{\"a}nge von weniger als 100 µm ist das Bauelement sehr Verlustarm. {\"A}ndert sich die Wellenl{\"a}nge ungewollt, so {\"a}ndert sich das Verh{\"a}ltnis der Str{\"o}me in den PD. F{\"u}r die Charakterisierung des Wellenl{\"a}ngenmonitors betr{\"a}gt der Abstimmbereich 30 nm.},
  subject      = {Halbleiterlaser},
  language  = {de}
}