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1 Frequenzdurchstimmbare Halbleiterlaser für die Absolute Distanzinterferometrie Th. Kinder, D. Guckenburg, T. Müller, K.-D. Salewski Ernst-Moritz-Arndt-Universität.

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1 1 Frequenzdurchstimmbare Halbleiterlaser für die Absolute Distanzinterferometrie Th. Kinder, D. Guckenburg, T. Müller, K.-D. Salewski Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald Institut für Physik / Angewandte Physik 104. Jahrestagung der DGaO Juni 2003

2 2 Gliederung 1. Einleitung - was ist Absolute Distanzinterferometrie (ADI)? 2. Anforderungen an die Laser 3. Non - AR - Laserdioden im Littrow - Resonator 4. DBR - Laserdioden 5. Linearisierung durch Regelung 6. Meßergebnisse der ADI

3 3 1. Absolute Distanzinterferometrie mit variabler Laser - Wellenlänge Interferometersignal: - opt. Frequenz, D - Wegdifferenz, c - Lichtgeschwindigkeit. I = I o (1 + cos  ) mit  = 2  D/c Aufhebung der Mehrdeutigkeit mittels Frequenzdurchstimmung: D =  / 2  c 

4 4 2. Warum lineare Durchstimmung? „linear“ heißt: Signalfrequenz: f 0 =  / 2  =  · d /dt = const. schmalbandige Signaldetektion Besseres Signal - Rausch - Verhältnis Weitere Vorteile: siehe Poster 14 d /dt = const. f P f0f0

5 5 Anforderungen an den Laser Single-Mode-Betrieb modensprungfrei großer Durchstimmbereich  >100 GHz lineare Frequenzdurchstimmung Wiederholrate > 100 Hz konstante Laserleistung

6 6 Non-AR-LD im Littrowresonator Bisherige Nachteile: Strom- u. Leistungs- modulation bei Frequenzdurchstimmung! Beschränkung auf nutzbares Stromintervall (System gekoppelter Resonatoren) Vorteile: geringer Aufwand und Preis Frequenzselektion durch internen Resonator schnelle Modulation über Frequenzzieheffekt Verstärkungsprofil Gitterselektion Externe Moden Interne Moden

7 7 Neu: Thermische Modulation Temperaturkoeffizient: 40 GHz / K (anstelle der Strommodulation) 5,6mm

8 8 Laserdiode mit ohmscher Heizung Bisher erreichte Durchstimmparameter: linearer Durchstimmbereich: 37 GHz Wiederholperiode/-frequenz : 5 sec / 0,2 Hz bestimmende Zeitkonstante: 1,3 sec Leistungsmodulation 5% (vorher: 40%) D. Guckenburg: Diplomarbeit, 2003: 2.physik.uni-greifswald.dehttp://www 2.physik.uni-greifswald.de

9 9 Ausblick Bestrahlung des Halbleiters mit einer 10 mW Laserdiode Nur noch Wärmekapazität des Diodenchips: Verringerung der Zeit- konstanten Poster 15

10 10 DBR - Laserdioden Schichtaufbau (Heterostruktur) einer DBR-Diode Quelle: FBH Berlin (Distributed Bragg-Reflector)

11 11 DBR - Laserdioden Schematischer Aufbau einer DBR-Diode Quelle: FBH Berlin

12 12 DBR - Laserdioden Diskretisierung des Diodenvolumens Numerische Lösung der Wärmeleitungsgleichung (Finite Differenzen) Räumliche Temperaturverteilung (Simulation) Laseraktive Zone (gestrichelt)

13 13 DBR - Laserdioden Thermisches Ersatzschaltbild (Zwei-Schichten-Modell) P(t)Leistung C 1 Wärmekapazität der Heizung R 1 Wärmeübergangswiderstand C 2 Wärmekapazität der Sektion R 2 Wärmeübergangswiderstand zur Wärmesenke (Substrat) Elektrische Ansteuerung Frequenzantwort der DBR - Diode Relative Änderung der Durchstimmgeschw.

14 14 DBR - Laserdioden Bisher erreichte Durchstimmparameter: linearer Durchstimmbereich: >100 GHz Wiederholfrequenz:100 Hz bestimmende Zeitkonstante:600 µsec T. Müller: Diplomarbeit, 2003: 2.physik.uni-greifswald.dewww 2.physik.uni-greifswald.de

15 15 Linearisierung durch Regelung

16 16 Linearisierung durch Regelung Linearität:  = (ungeregelt)  = (geregelt) bei  = 100GHz in 0,37sec.... Durchstimmgeschwindigkeit d /dt

17 17 5. Derzeitiger ADI-Aufbau 60 cm x 90 cm

18 18 Meßergebnisse der ADI Streuung der Einzelwerte :  = 8µm + D ·10 -6


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