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

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.

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.

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

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.

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

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 von Halbleiterdiodenlasern.