Abstimmungsprinzip des abstimmbaren Halbleiterlasers (abstimmbarer Laser)

Abstimmungsprinzip vonAbstimmbarer Halbleiterlaser(Abstimmbarer Laser)

Ein abstimmbarer Halbleiterlaser ist ein Laser, dessen Wellenlänge innerhalb eines bestimmten Bereichs stufenlos verändert werden kann. Die Wellenlängenabstimmung erfolgt durch thermische, elektrische und mechanische Abstimmung, wobei die Resonatorlänge, das Reflexionsspektrum des Gitters, die Phase und weitere Variablen angepasst werden. Dieser Lasertyp findet vielfältige Anwendung in der optischen Kommunikation, Spektroskopie, Sensorik, Medizin und anderen Bereichen. Abbildung 1 zeigt den grundlegenden Aufbau eines solchen Lasers.abstimmbarer LaserDies umfasst die Lichtverstärkungseinheit, den aus Vorder- und Rückspiegeln bestehenden Fabry-Pérot-Resonator sowie die optische Modenselektionsfiltereinheit. Durch Anpassen der Länge des Resonators kann der optische Modenfilter schließlich die Wellenlängenselektion am Ausgang erreichen.

Abb. 1

Abstimmungsmethode und ihre Herleitung

Das Abstimmungsprinzip von abstimmbarenHalbleiterlaserDie Abstimmung hängt hauptsächlich von der Veränderung der physikalischen Parameter des Laserresonators ab, um kontinuierliche oder diskrete Änderungen der Ausgangslaserwellenlänge zu erzielen. Zu diesen Parametern gehören unter anderem Brechungsindex, Resonatorlänge und Modenauswahl. Im Folgenden werden einige gängige Abstimmungsmethoden und ihre Funktionsprinzipien detailliert beschrieben:

1. Abstimmung der Trägerinjektion

Die Wellenlängenabstimmung erfolgt durch die Änderung des Brechungsindex des Materials mittels Ladungsträgerinjektion. Dies geschieht durch die Anpassung des in die aktive Zone des Halbleiterlasers injizierten Stroms. Mit steigendem Strom erhöht sich die Ladungsträgerkonzentration in der aktiven Zone, was eine Änderung des Brechungsindex und somit der Laserwellenlänge zur Folge hat.

2. Thermische Abstimmung. Bei der thermischen Abstimmung werden Brechungsindex und Resonatorlänge des Materials durch Änderung der Betriebstemperatur des Lasers verändert, um so eine Wellenlängenabstimmung zu erreichen. Temperaturänderungen beeinflussen den Brechungsindex und die physikalischen Abmessungen des Materials.

3. Mechanische Abstimmung Die mechanische Abstimmung dient der Wellenlängenabstimmung durch Verändern der Position oder des Winkels der externen optischen Elemente des Lasers. Gängige Methoden der mechanischen Abstimmung umfassen die Änderung des Winkels des Beugungsgitters und die Verschiebung des Spiegels.

4. Elektrooptische Abstimmung Die elektrooptische Abstimmung wird durch Anlegen eines elektrischen Feldes an ein Halbleitermaterial erreicht, um den Brechungsindex des Materials zu ändern und dadurch die Wellenlänge abzustimmen. Diese Methode wird häufig verwendet inelektrooptische Modulatoren (EOM) und elektrooptisch abgestimmten Lasern.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Abstimmungsprinzip von abstimmbaren Halbleiterlasern die Wellenlängenabstimmung hauptsächlich durch die Änderung der physikalischen Parameter des Resonators ermöglicht. Zu diesen Parametern gehören Brechungsindex, Resonatorlänge und Modenauswahl. Spezifische Abstimmungsmethoden umfassen die Abstimmung mittels Ladungsträgerinjektion, die thermische Abstimmung, die mechanische Abstimmung und die elektrooptische Abstimmung. Jede Methode besitzt ihren eigenen physikalischen Mechanismus und ihre eigene mathematische Herleitung. Die Wahl der geeigneten Abstimmungsmethode muss daher anhand der spezifischen Anwendungsanforderungen wie Abstimmbereich, Abstimmgeschwindigkeit, Auflösung und Stabilität erfolgen.