Compakte vertikal emittierende Infrarotlaser

Kohärente Emitter für den Spektralbereich des mittleren Infrarot (3-30 Mikrometer) sind von grosser Bedeutung wegen der vielen Gas-Absorptionslinien in diesem Bereich, die es erlauben hochaufgelöste Gasanalyse durchzuführen. Daher sind Infrarotlaser wichtige Werkzeuge für unzählige Anwendungen, wie z.B. Umweltschutz und Überwachung von Gasemissionen oder die Analyse von Atemluft für die medizinische Diagnostik. Für derartige Anwendungen werden meist kanten-emittierende Halbleiterlaser verwendet, die aus Bleisalz (IV-VI) Verbindungen bestehen, da diese Materialien eine günstige elektronische Bandstruktur und niedrige Auger- Rekombinationsraten besitzen. Konventionelle kanten-emittierende Laser haben jedoch grobe Nachteile für die Gas-Sensorik, wie z.B. stark asymmetrische und divergente Strahlprofile. Aus diesem Grunde werden in diesem Projekt compakte vertikal emittierende IV VI Laser für das mittlere Infrarot entwickelt. Diese neuartigen Laser mit vertikalem Resonator bieten nicht nur eine sehr kleine Strahldivergenz, sonderen auch Einmodenbetrieb und vereinfachte Bauelement-Integration, beides sehr vorteilhaft für Anwendungen. Die Laser-Vielschicht-Strukturen werden mittels Molekularstrahlepitaxie hergestellt und bestehen aus hoch reflektierenden Bragg Spiegeln aus wenigen Schichtpaaren mit einer Reflektivität von über 99 %. Durch Optimierung der aktiven Zone werden optisch gepumpte Laser mit Dauerstrichbetrieb bei Raumtemperatur erzeugt. Diese Laser werden mit billigen GaAs- basierenden Standard-Laserdioden angeregt, welche mit den IV-VI Lasern integriert werden um kompakte, kleine Bauelemente zu bilden. In der Folge werden diese neuartigen Laser vollstängig charakterisiert und weiter in Hinblick auf Linienbreite, Ausgangsleistung, Laserschwelle, Divergenzwinkel und Durchstimmbarkeit optimiert, welche entscheidende Parameter für ihre Anwendung sind. Alternativ zur optischen Anregung werden unsere Laser auch durch elektrisches Pumpen betrieben, wobei die geeignete Dotierung und Bauelement-Prozessierung zu entwickeln ist. Die neu entwickelten Laser werden einen grossen Fortschritt für die wissenschaftliche Forschung darstellen und den industriellen Forderungen nach billigen und compakten Laserquellen für das mittlere Infrarot entsprechen, womit der Einsatz in einem weiten Anwendungsgebiet ermöglicht werden wird.

Kohärente Emitter für den Spektralbereich des mittleren Infrarot (3-30 Mikrometer) sind von grosser Bedeutung wegen der vielen Gas-Absorptionslinien in diesem Bereich, die es erlauben hochaufgelöste Gasanalyse durchzuführen. Daher sind Infrarotlaser wichtige Werkzeuge für unzählige Anwendungen, wie z.B. Umweltschutz und Überwachung von Gasemissionen oder die Analyse von Atemluft für die medizinische Diagnostik. Für derartige Anwendungen werden meist kanten-emittierende Halbleiterlaser verwendet, die aus Bleisalz (IV-VI) Verbindungen bestehen, da diese Materialien eine günstige elektronische Bandstruktur und niedrige Auger- Rekombinationsraten besitzen. Konventionelle kanten-emittierende Laser haben jedoch grobe Nachteile für die Gas-Sensorik, wie z.B. stark asymmetrische und divergente Strahlprofile. Aus diesem Grunde werden in diesem Projekt compakte vertikal emittierende IV-VI Laser für das mittlere Infrarot entwickelt. Diese neuartigen Laser mit vertikalem Resonator bieten nicht nur eine sehr kleine Strahldivergenz, sonderen auch Einmodenbetrieb und vereinfachte Bauelement-Integration, beides sehr vorteilhaft für Anwendungen. Die Laser-Vielschicht-Strukturen werden mittels Molekularstrahlepitaxie hergestellt und bestehen aus hoch reflektierenden Bragg Spiegeln aus wenigen Schichtpaaren mit einer Reflektivität von über 99 %. Durch Optimierung der aktiven Zone werden optisch gepumpte Laser mit Dauerstrichbetrieb bei Raumtemperatur erzeugt. Diese Laser werden mit billigen GaAs- basierenden Standard-Laserdioden angeregt, welche mit den IV-VI Lasern integriert werden um kompakte, kleine Bauelemente zu bilden. In der Folge werden diese neuartigen Laser vollstängig charakterisiert und weiter in Hinblick auf Linienbreite, Ausgangsleistung, Laserschwelle, Divergenzwinkel und Durchstimmbarkeit optimiert, welche entscheidende Parameter für ihre Anwendung sind. Alternativ zur optischen Anregung werden unsere Laser auch durch elektrisches Pumpen betrieben, wobei die geeignete Dotierung und Bauelement-Prozessierung zu entwickeln ist. Die neu entwickelten Laser werden einen grossen Fortschritt für die wissenschaftliche Forschung darstellen und den industriellen Forderungen nach billigen und compakten Laserquellen für das mittlere Infrarot entsprechen, womit der Einsatz in einem weiten Anwendungsgebiet ermöglicht werden wird.