FBH-Forschung: 26.10.2012

Rot-emittierende Diodenlaser mit schmaler Linienbreite

Kennlinie DBR-RWL
Abb. 1: Spannung, Lichtleistung und Effizienz in Abhängigkeit vom Strom eines DBR-RWLs mit einer Emission bei 635,3 nm.
Spektrum DBR-RWL
Abb. 2: Spektrum eines DBR-RWLs mit einer Gitterperiode von 972 nm bei 15°C.

Schmalbandige Diodenlaser, die im roten Spektralbereich emittieren, sind eine vielversprechende Alternative zu He-Ne-Lasern, die derzeit in der Metrologie und der Raman Spektroskopie zum Einsatz kommen. Mithilfe von Wellenlängen-Multiplexing bieten derartige Laser zudem die Grundlage für Rot-emittierende Lichtquellen mit hoher Strahlqualität, wie sie im Entertainmentbereich und in der Displaytechnologie benötigt werden. Erst kürzlich haben Wissenschaftler des Ferdinand-Braun-Instituts erfolgreich Distributed-Bragg-Reflector (DBR)-Oberflächengitter in Wellenleiterstrukturen von Diodenlasern (Wellenlängenbereich 630 nm…640 nm) integriert. Aufgrund der monolithischen Integration sind diese Laserquellen sehr kompakt und stabil.

Dabei kam am FBH eine Wellenleiterstruktur als Mantelschicht zum Einsatz, die anstelle der üblicherweise genutzten AlInGaP- eine p-seitige AlGaAs-Schicht nutzt. Für diese Oberflächengitter kommt eine Trockenätztechnologie zum Einsatz, die einen einfacheren Prozess zur Herstellung der Strukturen erlaubt. Das FBH hat RW-Laser mit solchen Oberflächengittern als Wellenlängen-selektive DBR-Spiegel entwickelt. Es nutzt dabei Gitter zehnter Ordnung (Periode von etwa 1000 nm). Dafür kann ein konventioneller i-line-Stepper genutzt werden, der eine hohe Reproduzierbarkeit bietet und damit den Weg zur Fertigung großer Stückzahlen ebnet.

Die ersten Ergebnisse sind sehr vielversprechend: Die neuartigen DBR-RWL emittieren bis zu 100 mW optischer Leistung in einem Wellenlängenbereich von 630 nm bis 640 nm (Abb. 1). So resultiert beispielsweise die Gitterperiode von 972 nm in einer Emissionswellenlänge von 635,35 nm (Abb. 2). Die Emission ist sehr schmalbandig mit einer spektralen Breite von < 9 pm und einer Seitenmodenunterdrückung von mehr als 18 dB. Mit einer angepassten Beschichtung wurde eine deutlich schmalere Linienbreite erreicht, die für die Präzisionsmetrologie benötigt wird. Eine sehr einfache und zugleich schnelle Wellenlängenanpassung ist durch die Modulation des Stromes möglich. Es ist zu erwarten, dass die Forschung an Trapezlaserstrukturen mit derartigen monolithisch-integrierten Bragg-Reflektoren künftig zu Ausgangsleistungen über 100 mW mit schmaler spektraler Linienbreite führen wird.

Publikation:

D. Feise, W. John, F. Bugge, G. Blume, T. Hassoun, J. Fricke, K. Paschke, G. Erbert, "96 mW longitudinal single mode red-emitting distributed Bragg reflector ridge waveguide laser with tenth order surface gratings", Opt. Lett., vol. 37, no 9, pp. 1532-1534 (2012).