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Frequenzdurchstimmbare Halbleiterlaser für die Absolute Distanzinterferometrie

104. Jahrestagung der DGaO 10. - 14 Juni 2003. Frequenzdurchstimmbare Halbleiterlaser für die Absolute Distanzinterferometrie. Th. Kinder , D. Guckenburg, T. Müller, K.-D. Salewski. Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald Institut für Physik / Angewandte Physik.

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Frequenzdurchstimmbare Halbleiterlaser für die Absolute Distanzinterferometrie

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  1. 104. Jahrestagung der DGaO 10. - 14 Juni 2003 Frequenzdurchstimmbare Halbleiterlaser für die Absolute Distanzinterferometrie Th. Kinder, D. Guckenburg, T. Müller, K.-D. Salewski Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald Institut für Physik / Angewandte Physik

  2. Gliederung 1. Einleitung - was ist Absolute Distanzinterferometrie (ADI)? 2. Anforderungen an die Laser 3. Non - AR - Laserdioden im Littrow - Resonator 4. DBR - Laserdioden 5. Linearisierung durch Regelung 6. Meßergebnisse der ADI

  3. Interferometersignal: I = Io (1 + cos j) mit j = 2p nD/c n - opt. Frequenz, D - Wegdifferenz, c - Lichtgeschwindigkeit. • Aufhebung der Mehrdeutigkeit mittels Frequenzdurchstimmung: D = Dj / 2p c Dn 1. Absolute Distanzinterferometrie... ... mit variabler Laser - Wellenlänge

  4. Signalfrequenz: f0 = j / 2p = t · dn/dt = const. schmalbandige Signaldetektion Besseres Signal - Rausch - Verhältnis P f0 f 2. Warum lineare Durchstimmung? dn/dt = const. „linear“ heißt: Weitere Vorteile: siehe Poster 14

  5. Anforderungen an den Laser • Single-Mode-Betrieb • modensprungfrei • großer Durchstimmbereich Dn >100 GHz • lineare Frequenzdurchstimmung • Wiederholrate > 100 Hz • konstante Laserleistung

  6. Externe Moden Verstärkungsprofil Interne Moden Gitterselektion Non-AR-LD im Littrowresonator (System gekoppelter Resonatoren) • Bisherige Nachteile: • Strom- u. Leistungs- modulation bei Frequenzdurchstimmung! • Beschränkung auf nutzbares Stromintervall • Vorteile: • geringer Aufwand und Preis • Frequenzselektion durch internen Resonator • schnelle Modulation über Frequenzzieheffekt

  7. 5,6mm Neu: Thermische Modulation (anstelle der Strommodulation) Temperaturkoeffizient:40 GHz / K

  8. Laserdiode mit ohmscher Heizung • Bisher erreichte Durchstimmparameter: • linearer Durchstimmbereich: 37 GHz • Wiederholperiode/-frequenz : 5 sec / 0,2 Hz • bestimmende Zeitkonstante: 1,3 sec • Leistungsmodulation 5% (vorher: 40%) D. Guckenburg: Diplomarbeit, 2003: http://www2.physik.uni-greifswald.de

  9. Poster 15 Ausblick Bestrahlung des Halbleiters mit einer 10 mW Laserdiode Nur noch Wärmekapazität des Diodenchips: Verringerung der Zeit-konstanten

  10. DBR - Laserdioden (Distributed Bragg-Reflector) Schichtaufbau (Heterostruktur) einer DBR-Diode Quelle: FBH Berlin

  11. DBR - Laserdioden Schematischer Aufbau einer DBR-Diode Quelle: FBH Berlin

  12. DBR - Laserdioden Numerische Lösung der Wärmeleitungsgleichung (Finite Differenzen) Laseraktive Zone (gestrichelt) Diskretisierung des Diodenvolumens Räumliche Temperaturverteilung (Simulation)

  13. Relative Änderung derDurchstimmgeschw. DBR - Laserdioden Thermisches Ersatzschaltbild(Zwei-Schichten-Modell) P(t) LeistungC1 Wärmekapazität der HeizungR1 WärmeübergangswiderstandC2 Wärmekapazität der SektionR2 Wärmeübergangswiderstand zur Wärmesenke (Substrat) Elektrische Ansteuerung Frequenzantwort der DBR - Diode

  14. DBR - Laserdioden • Bisher erreichte Durchstimmparameter: • linearer Durchstimmbereich: >100 GHz • Wiederholfrequenz: 100 Hz • bestimmende Zeitkonstante: 600 µsec T. Müller: Diplomarbeit, 2003: http://www2.physik.uni-greifswald.de

  15. Linearisierung durch Regelung

  16. Linearität: Dn / n = +0.01 (ungeregelt) Dn / n = +10-3...10-4 (geregelt) bei Dn = 100GHz in 0,37sec . . . . Linearisierung durch Regelung Durchstimmgeschwindigkeit dn /dt

  17. 5. Derzeitiger ADI-Aufbau 60 cm x 90 cm

  18. Meßergebnisse der ADI s = 8µm + D ·10-6 Streuung der Einzelwerte :

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