FBH-Forschung: 14.06.2013

Einzelmodige Laser bei 1120 nm mit elektrisch-durchstimmbarem internen Gitter

DBR-RWL auf C-Mount
Abb. 1: DBR-RWL auf C-Mount mit Kontakten für die DBR-Heizer
Charakteristiken
Abb. 2: Spannung, optische Ausgangsleistung und Effizienz als Funktion des Pumpstromes eines DBR-RWL bei 1120 nm
Spektralkarte
Abb. 3: Spektralkarte eines DBR-RWL als Funktion des Heizerstroms am DBR-Gitter. Inset: DBR-RWL Schema mit DBR-Heizer (blau)

Laserquellen, die Licht bei 560 m emittieren, kommen unter anderem bei  umweltanalytischen Messverfahren wie der zeitaufgelösten Fluoreszenzspektroskopie und der hochaufgelösten Refraktometrie zum Einsatz; auch in der Medizin werden sie genutzt, z.B. in der Augenheilkunde oder zur Hautbehandlung. Für viele Anwendungen in diesem Bereich reichen jedoch die Effizienz, Modulationsgeschwindigkeit oder Durchstimmbarkeit der derzeitigen Laserquellen nicht aus. Abhilfe könnten halbleiterbasierte Laserquellen schaffen, die das FBH zurzeit im BMBF-geförderten Projekt Yellow entwickelt. Sie sind die Basis für Lasermodule, die die erforderlichen Leistungsparameter liefern. Dank ihrer kompakten Abmessungen von der Größe einer Streichholzschachtel sollen sie auch mobile Anwendungen ermöglichen. Damit werden Geräte transportabel, Untersuchungen können vor Ort durchgeführt werden und die Ergebnisse liegen schneller vor.

Direkt emittierende Laserdioden bei 560 nm sind derzeit noch nicht verfügbar, daher nutzt das FBH die Möglichkeit der Frequenzverdopplung von Laserdioden bei 1120 nm. Hierzu wurden am FBH Rippenwellenleiterdioden bei 1120 nm mit integrierten Oberflächengittern 5. Ordnung (DBR-RWL) entwickelt. Diese zeichnen sich durch eine hohe Ausgangsleistung von bis zu 1 W bei einem maximalen Wirkungsgrad von 34% und eine beugungsbegrenzte Strahlung sowie spektral-schmalbandige Emssion aus [1]. Damit sind die Laser ideal für die direkte Frequenzverdopplung zu 560 nm geeignet.

Die neu entwickelten Laser basieren auf InGaAs-Quantengräben. Die Technologie der Integration der Oberflächengitter an der Rückseite des Laserresonators wurde von einer früheren Arbeit zu Lasern bei 1064 nm angepasst [2]. Die Herausforderung bestand darin, eine Laserstruktur zu entwickeln, die nicht nur stabile Emission bei 1120 nm ermöglicht, wie bereits vor 10 Jahren gezeigt [3], sondern auch die Integration des Gitters ermöglicht. Zusätzlich wurde die Gittersektion mit einem Heizer ausgestattet, der es erlaubt, die Emissionswellenlänge thermisch zu verschieben.

Neben der hohen Brillanz konnte eine Lebensdauer von 1000 h bei einer Leistung von 400 mW nachgewiesen werden. Daher ist zu erwarten, dass in naher Zukunft auf Frequenzverdopplung basierende Lasermodule bei 560 nm entwickelt werden können.

Publikationen:

[1] K. Paschke, H. Wenzel, C. Fiebig, G. Blume, F. Bugge, J. Fricke, G. Erbert "High brightness, narrow bandwidth DBR diode lasers at 1120nm", IEEE Phot. Technol. Lett. (accepted 2013).

[2] K. Paschke, S. Spießberger, C. Kaspari, D. Feise, C. Fiebig, G. Blume, H. Wenzel, A. Wicht, G. Erbert, "High-power distributed Bragg reflector ridge-waveguide diode laser with very small spectral linewidth", Opt. Lett. vol. 35, no. 3, pp. 402-404 (2010).

[3] F. Bugge, G. Erbert, J. Fricke, S. Gramlich, R. Staske, H. Wenzel, U. Zeimer, and M. Weyers, "12 W continuous-wave diode lasers at 1120 nm with InGaAs quantum wells", Appl. Phys. Lett. vol. 79, no. 13, pp. 1965-1967 (2001).