Th. Kinder, D. Guckenburg, T. Müller, K.-D. Salewski 104. Jahrestagung der DGaO 10. - 14 Juni 2003 Frequenzdurchstimmbare Halbleiterlaser für die Absolute Distanzinterferometrie Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald Institut für Physik / Angewandte Physik Th. Kinder, D. Guckenburg, T. Müller, K.-D. Salewski

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

1. Absolute Distanzinterferometrie... ... mit variabler Laser - Wellenlänge Interferometersignal: n - opt. Frequenz, D - Wegdifferenz, c - Lichtgeschwindigkeit. I = Io (1 + cos j) mit j = 2p n D/c Aufhebung der Mehrdeutigkeit mittels Frequenzdurchstimmung: D = Dj / 2p c Dn

2. Warum lineare Durchstimmung? dn/dt = const. „linear“ heißt: Signalfrequenz: f0 = j / 2p = t · dn/dt = const. schmalbandige Signaldetektion Besseres Signal - Rausch - Verhältnis f P f0 Weitere Vorteile: siehe Poster 14

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

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

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

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: http://www2.physik.uni-greifswald.de

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

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

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

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

DBR - Laserdioden Thermisches Ersatzschaltbild (Zwei-Schichten-Modell) P(t) Leistung C1 Wärmekapazität der Heizung R1 Wärmeübergangswiderstand C2 Wärmekapazität der Sektion R2 Wärmeübergangswiderstand zur Wärmesenke (Substrat) Elektrische Ansteuerung Frequenzantwort der DBR - Diode Relative Änderung der Durchstimmgeschw.

DBR - Laserdioden Bisher erreichte Durchstimmparameter: linearer Durchstimmbereich: >100 GHz Wiederholfrequenz: 100 Hz bestimmende Zeitkonstante: 600 µsec T. Müller: Diplomarbeit, 2003: http://www2.physik.uni-greifswald.de

Linearisierung durch Regelung

Linearisierung durch Regelung Durchstimmgeschwindigkeit dn /dt Linearität: Dn / n = +0.01 (ungeregelt) Dn / n = +10-3...10-4 (geregelt) bei Dn = 100GHz in 0,37sec .

5. Derzeitiger ADI-Aufbau 60 cm x 90 cm

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