@phdthesis{Zimmermann2006,
  author    = {Zimmermann, J{\"o}rg},
  title     = {Optische Wellenleiter und Filter in photonischen Kristallen auf Indiumphosphid-Basis},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-21767},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2006},
  abstract  = {Im Rahmen dieser Arbeit wurden optische Wellenleiter und Filter in zweidimensionalen photonischen Kristallen auf Indiumphosphid-Basis hergestellt, numerisch modelliert sowie experimentell im f{\"u}r die optische Nachrichtentechnik wichtigen Wellenl{\"a}ngenbereich um 1,55 µm untersucht. Photonische Kristalle weisen eine periodische Variation des Brechungsindex auf. Durch das gezielte Einbringen von Defekten in die periodische Struktur ist eine Manipulation der photonischen Zustandsdichte und somit der Lichtausbreitung m{\"o}glich. Grundbaustein der durchgef{\"u}hrten Untersuchungen ist der lineare Defektwellenleiter in einem triangul{\"a}ren Gitter aus Luftl{\"o}chern in einer Halbleitermatrix, der durch das Auslassen von einer oder mehreren Lochreihen entsteht. Die Wellenf{\"u}hrung in vertikaler Richtung wird durch eine Halbleiterheterostruktur mit einer Wellenleiterkernschicht aus InGaAsP oder InGaAlAs und Mantelschichten mit niedrigerem Brechungsindex realisiert. Die Einbettung des zweidimensionalen Lochgitters in die InP-basierte Halbleiterheterostruktur erlaubt die Integration mit aktiven optoelektronischen Bauteilen wie Sende- und Empfangselementen sowie die Verwendung bestehender Halbleiterstrukturierungstechnologien. Die photonischen Kristall-Wellenleiter wurden mit hochaufl{\"o}sender Elektronenstrahllithographie und einem zweistufigen Trocken{\"a}tzprozess hergestellt. Damit konnten Lochradien von 100 nm und Lochtiefen von 4 µm realisiert werden. Zur experimentellen Untersuchung der hergestellten Strukturen wurden Messpl{\"a}tze f{\"u}r die optische Charakterisierung von Transmission und chromatischer Dispersion von photonischen Kristall-Wellenleitern und -Filtern aufgebaut und die Phasenverschiebungsmethode sowie die Modulationsmethode mit Offset angewendet. Damit konnte erstmals direkt die Gruppenlaufzeitdispersion eines photonischen Kristall-Wellenleiter-Filters gemessen werden. Numerische Untersuchungen wurden mit dem Verfahren der Entwicklung nach ebenen Wellen sowie mit dem FDTD-Verfahren durchgef{\"u}hrt. Die photonischen Kristall-Wellenleiter besitzen mehrere Wellenleitermoden, die teilweise refraktiven (auf Totalreflexion beruhenden) und teilweise diffraktiven (auf Bragg-Reflexion beruhenden) Charakter haben. Je nach Symmetrie treten zwischen den Moden Ministoppb{\"a}nder auf, die sich im Transmissionsspektrum als Intensit{\"a}tseinbr{\"u}che darstellen. Die spektrale Lage dieser Ministoppb{\"a}nder h{\"a}ngt von der Wellenleitergeometrie ab. Messungen an Wellenleitern mit verschiedener L{\"a}nge zeigen eine starke Variation der spektralen Breite der Ministoppb{\"a}nder. Diese kann mit der Theorie der gekoppelten Moden unter Annahme unterschiedlicher D{\"a}mpfungswerte f{\"u}r die gekoppelten Wellenleitermoden erkl{\"a}rt werden. Die entscheidene Wellenleitereigenschaft f{\"u}r praktische Anwendungen ist die Wellenleiterd{\"a}mpfung. Diese wurde mit den Verfahren der Fabry-P{\´e}rot-Resonanzen sowie der L{\"a}ngenvariation experimentell bestimmt. Durch Wahl eines geeigneten Schichtaufbaus und Optimierung der Herstellungsprozesse konnten die f{\"u}r das untersuchte Materialsystem niedrigsten D{\"a}mpfungswerte in photonischen Kristall-Wellenleitern erzielt werden. F{\"u}r W7-, W5- und W3-Wellenleiter wurden D{\"a}mpfungswerte von 0,2 dB/mm, 0,6 dB/mm und 1,5 dB/mm erreicht, die schmaleren W1-Wellenleiter zeigen Verluste von 27 dB/mm. Zwei Typen optischer Wellenleiter-Filter wurden untersucht: Richtkoppler sowie Resonatoren. Photonische Kristall-Wellenleiter-Richtkoppler eignen sich als ultrakompakte Demultiplexer und Kanal-Auslasser. Bei den experimentell realisierten photonischen Kristall-Wellenleiter-Richtkopplern konnte das eingekoppelte Licht je nach Wellenl{\"a}nge in den einen oder anderen Ausgangswellenleiter gelenkt werden. Bei photonischen Kristall-Wellenleitern mit Resonatoren konnten G{\"u}te-Faktoren bis zu 1,5*10^4 bei einem Kanalabstand von 100 GHz realisiert werden. Die Gruppenlaufzeitdispersion in diesen Strukturen variiert zwischen -250 ps/nm und +250 ps/nm, so dass mit einem 420 µm langen photonischen Kristall-Wellenleiter-Filter die Dispersion von 15 km Standardglasfaser bei 1,55 µm Wellenl{\"a}nge kompensiert werden kann. Mit Hilfe von kleinen Temperatur{\"a}nderungen kann die Resonanzkurve verschoben werden. Der demonstrierte photonische Kristall-Wellenleiter-Resonator stellt daher einen miniaturisierten durchstimmbaren Dispersionskompensator dar.},
  subject      = {Photonischer Kristall},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Mahnkopf2005,
  author    = {Mahnkopf, Sven},
  title     = {Photonic crystal based widely tunable laser diodes and integrated optoelectronic components},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-13860},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2005},
  abstract  = {In a first aspect of this work, the development of photonic crystal based widely tunable laser diodes and their monolithic integration with photonic crystal based passive waveguide and coupler structures is explored theoretically and experimentally. In these devices, the photonic crystal is operated in the photonic bandgap which can be used for the realization of effective reflectors and waveguide structures. Such tunable light sources are of great interest for the development of optical network systems that are based on wavelength division multiplexing. In a second aspect of this work, the operation of a photonic crystal block near the photonic band edge is investigated with respect to the so-called superprism effect. After a few introductory remarks that serve to motivate this work, chapter 3 recapitulates some aspects of semiconductor lasers and photonic crystals that are essential for the understanding of this work so that the reader should be readily equipped with the tools to appreciate the results presented in this work.},
  subject      = {Laserdiode},
  language  = {en}
}
@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}
}