Th. Kinder, D. Guckenburg, T. Müller, K.-D. Salewski

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1 Th. Kinder, D. Guckenburg, T. Müller, K.-D. Salewski
104. Jahrestagung der DGaO 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

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 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

4 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

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

6 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

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

8 Laserdiode mit ohmscher Heizung
Bisher erreichte Durchstimmparameter: linearer Durchstimmbereich: GHz Wiederholperiode/-frequenz : sec / 0,2 Hz bestimmende Zeitkonstante: ,3 sec Leistungsmodulation % (vorher: 40%) D. Guckenburg: Diplomarbeit, 2003:

9 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

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

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

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

13 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.

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

15 Linearisierung durch Regelung

16 Linearisierung durch Regelung
Durchstimmgeschwindigkeit dn /dt Linearität: Dn / n = (ungeregelt) Dn / n = (geregelt) bei Dn = 100GHz in 0,37sec .

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

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