Halbleiter-Scheibenlaser: skalierbare kurzwellige Laser
Abb. 1: Schematischer Aufbau zum rückseitigen Pumpen des Scheibenlasers.
Abb. 2: Emissionsspektrum des Scheibenlasers nahe der Laserschwelle. Inset: gemessenes Fernfeld mit einem Divergenzwinkel von 20 mrad.
Abb. 3: Gemessene Peakausgangsleistung (blaue Punkte) in Abhängigkeit von der Pumpleistung (N2-Laser; 337 nm) mit simulierten Leistungskurven (gestrichelt) für unterschiedliche Resonatorlängen.
Scheibenlaser zeichnen sich durch ihre gute Skalierbarkeit und die einfache Integration von optisch nichtlinearen Elementen in den Laserresonator aus. Als optisch gepumpte Oberflächenemitter vereinen sie die hervorragende Strahlqualität von vertikal emittierenden Lasern mit einer hohen Ausgangsleistung. Die Umsetzung des Scheibenlaser-Konzeptes im Materialsystem InGaN erscheint interessant, um die gegenwärtigen Begrenzungen hinsichtlich Ausgangsleistung und Strahlqualität von kantenemittierenden InGaN-Laserdioden zu überwinden. Da optisch nichtlineare Elemente innerhalb des Laserresonators platziert werden können, eröffnet sich zudem die Möglichkeit, den kurzwelligen UV-Bereich durch Frequenzverdopplung zu erschließen bzw. extrem kurze Laserpulse im UV-Bereich durch Modenkopplung zu generieren.
In Zusammenarbeit mit der TU Berlin und dem Institut für Strahlwerkzeuge der Universität Stuttgart, ist es dem FBH gelungen, einen InGaN-Scheibenlaser herzustellen. Der Versuchsaufbau ist in Abb. 1 dargestellt. Aufgrund der kleinen Resonatorlänge von 3 mm wird der Scheibenlaser durch den dielektrischen Spiegel (DBR) hindurch gepumpt, was die Absorptionseffizienz des N2-Pumplasers (λ = 337 nm) erhöht und den Aufbau vereinfacht. Wie in Abb. 2 und 3 zu sehen konnten Peakpulsausgangsleistungen von mehr als 300 W erreicht werden bei einer Emissionswellenlänge von 393 nm. Erste Scheibenlaser mit einer Emissionswellenlänge von 420 nm konnten mittlerweile ebenfalls demonstriert werden.
Im nächsten Schritt soll insbesondere die Laserleistung erhöht werden. Dies erfordert eine Optimierung der "Resonant Periodic Gain" (RPG) Struktur und des epitaktischen Wachstums. Zum anderen wird an einer Verbesserung des Wärmemanagements durch eine effizientere Kühlung der Rückseite sowie an einem veränderten Aufbau zum Pumpen des Scheibenlasers gearbeitet.
Publikation:
R. Debusmann, N. Dhidah, V. Hoffmann, L. Weixelbaum, U. Brauch, T. Graf, M. Weyers, and M. Kneissl, "InGaN-GaN Disk Laser for Blue-Violet Emission Wavelengths", IEEE Photonics Technol. Lett., vol. 22, no. 9, pp. 652-654 (2010).
FBH-Forschung: 28.02.2011