Schmalbandig emittierende Laserdioden – resonantes Wellenleitergitter sorgt für kostengünstige Wellenlängen-Stabilisierung
Ref-Nr: TA-11/019TLB
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.
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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.
Anbieter

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