FBH-Forschung: 02.07.2012

Strahlcharakterisierung für die Singlemodefaser-Kopplung von Trapezlasern

Einkoppeleffizienz
Einkoppeleffizienz der Strahlung eines Trapezlasers als Funktion der axialen Faserposition für zwei RW-Ströme (gemessen - Quadrate, berechnet anhand gemessener Wigner-Verteilungen - durchgezogene Kurven).

Als hochbrillante Strahlquellen verfügen Trapezlaser über ein hohes Marktpotenzial für sehr viele Anwendungen. Eine wichtige Voraussetzung für die breite industrielle Anwendung ist jedoch, dass der Laserstrahl sehr effizient in Glasfasern eingekoppelt werden kann. Angestrebt sind hierbei Singlemodefasern. Allerdings besitzen Trapezlaser im Gegensatz zu anderen Lasern eine komplexe Strahlstruktur. Die Einkoppelbarkeit kann daher nicht ausreichend anhand der Beugungsmaßzahl M2 abgeschätzt werden.

Am FBH konnte nun gezeigt werden, dass die umfassendere Charakterisierung der Strahleigenschaften eine verlässliche Vorhersage erlaubt. Dies ist möglich durch Messung der Wigner-Verteilung (engl. Wigner distribution function, WDF) und Berechnung der Einkoppelbarkeit des Laserstrahls eines Trapezlasers in eine Singlemodefaser. Dies illustriert die Abbildung. Erhöht man den Strom, der durch die Ridge-Sektion des Trapezlasers fließt von 350 mA auf 500 mA, steigt M2 lediglich von 4,2 auf 5,0. Die Einkoppelbarkeit reduziert sich jedoch signifikant von 68% bei 350 mA zu 37% bei 500 mA – und damit fast um den Faktor 2. Mithilfe der gemessenen WDF wurden 65% bzw. 34% vorhergesagt. Der Fehler in der Vorhersage der Einkopplung beträgt mit unserem Model nur 3%.

Die präzise Messung der Wigner-Verteilung mit einem relativ einfachen Messverfahren schafft somit die Voraussetzungen, um effiziente Trapezlaser basierte Strahlquellen mit Faserausgang zu realisieren.

Publikation:

M. Uebernickel, B. Eppich, K. Paschke, G. Erbert, G. Tränkle, "Prediction of Single-Mode Fiber Coupling Efficiencies of a Tapered Diode Laser From Measured Wigner Distribution Functions", Photonics Technology Letters, IEEE Volume 24 , Issue 14 (2012).