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Schmalbandig emittierende Laserdioden – resonantes Wellenleitergitter sorgt für kostengünstige Wellenlängen-Stabilisierung


Kurzfassung

Die Reduzierung der emittierten spektralen Bandbreite von Laserdioden für Halbleiterdiodenlaser lässt sich jetzt durch ein kostengünstiges resonantes Wellengitter realisieren. Dazu werden RWG – resonante Wellenleitergitter verwendet, die kostengünstig hergestellt werden können und spektrale Bandbreiten kleiner 0,1 nm ermöglichen.


Hintergrund

Halbleiterdiodenlaser sind aufgrund ihrer großen Konversionseffizienz, ihrer kompakten Bauform und einem vergleichsweise günstigen Preis in vielen technisch anspruchsvollen Produktionsbereichen (Schweißen dünner Bleche, partielles Härten, uvm.) sowie auch als Pumpquelle für Festkörperlaser sehr beliebt. Der Wirkungsgrad des Lasers lässt sich steigern, indem das laseraktive Medium mit schmaler Bandbreite, der sog. „zero-phonon line“ gepumpt wird. Typischerweise wird dazu die mittlere Wellenlänge der Laserdiode extern stabilisiert.


Bilder & Videos


Problemstellung

Herkömmliche Beugungsgitter und Volume-Bragg-Gratings sind oft temperaturempfindlich und teuer. Auch die für das Volumen-Bragg-Gitter einzusetzenden Materialien sind sehr kostspielig.


Lösung

Die Erfinder schlagen vor, ein resonant vielschichtiges Wellenleitergitter mit „dual-duty-cycle-Verhältnis“ als Rückkopplungselement zu verwenden, um die Bandbreite der emittierten mittleren Wellenlänge der Laserdiode erheblich zu reduzieren. So können spektrale Bandbreiten der Laserdioden bis hinunter zu 0,1 nm erreicht werden.
Ein um eine Größenordnung erweiterter Winkel-Akzeptanzbereich von bis zu 4° wird durch die mehrfache Periodizität der Gitterstruktur erreicht, wie in der Abbildung zu erkennen ist. Damit lassen sich auch Dioden, die in einem breiten Winkelbereich emittieren, ohne zusätzliche optische Komponenten stabilisieren.


Vorteile

  • hochgradig wellenlängenspezifisch
  • besonders schmalbandig emittierter Strahl
    – spektrale Bandbreiten unter 0,1 nm
  • breiter Winkelakzeptanzbereich (mehrere Grad)
  • kostengünstige Herstellung (Serienfertigung)
  • kompakte Bauweise

Anwendungsbereiche

Dieser besonders kostengünstig realisierbare Wellenlängen-Stabilisator könnte herkömmliche Methoden wie VBG ablösen. Das neue System verwendet resonante Wellen­leiter­gitter (RWG) und ist nicht nur sehr kostengünstig in der Herstellung, sondern auch überaus kompakt. Es verfügt über einen großen Winkelakzeptanzbereich bei schmalem Spektralbereich und eignet sich insbesondere zur Erhöhung des Wirkungsgrades bei Halbleiterdiodenlasern.


Service

Die Technologie-Lizenz-Büro GmbH ist mit der Verwertung der Technologie beauftragt und bietet Unternehmen die Möglichkeit der Lizenznahme.


Technologie-Lizenz-Büro (TLB) der Baden-Württembergischen Hochschulen GmbH

Dipl.-Ing Julia Mündel
+ 49 721 790 040
muendel@tlb.de
www.tlb.de
Adresse
Ettlinger Straße 25
76137 Karlsruhe



Entwicklungsstand

Funktionsnachweis


Patentsituation

  • US 8,687,667 B2 erteilt
  • EP 2550710 B1 erteilt
  • DE erteilt
  • FR erteilt
  • GB erteilt

Stichworte

Laserdiode, resonantes Wellenleitergitter (RWG), schmalbandige Stabilisierung, dual-duty-cycle Gitter, Wellenleiter aus mehreren Schichten, Brechungsindex, Beugungsgitter, schmale spektrale Bandbreite

Kontakt | Geschäftsstelle

TransferAllianz e. V.
Christiane Bach-Kaienburg
(Geschäftsführerin)

c/o TransMIT GmbH
Kerkrader Straße 3
D-35394 Gießen