Rot-emittierender Master-Oszillator Power-Amplifier für Holographie
Abb. 1: oben: Skizze des Strahlenverlaufs in Draufsicht, unten: MOPA-Experiment aufgenommen entgegen der Strahlrichtung oberhalb von Detektor D1
Abb. 2: Ausgangsleistung MOPA als Funktion des Injektionsstromes in den Verstärker @ 40 mW Eingangsleistung
Abb. 3: Ausgangsleistung MOPA in Abhängigkeit von der Eingangsleistung bei 15°C, Inset: Spektrum bei 800 mW
Für dreidimensionale Hologramme benötigt man Laser, die sichtbares kohärentes Lichts liefern. Dafür wurden bislang hauptsächlich Gaslaser wie HeNe-Laser oder Kr-Laser verwendet, da ihre Kohärenzlängen und Ausgangsleistungen denen miniaturisierter Halbleiterlaser überlegen waren.
Am FBH wurden Halbleiterlaser mit internen Bragg-Gittern (DBR-RWL) entwickelt, die im roten Spektralbereich bis ca. 100 mW optische Leistung in eine einzelne spektrale und beugungsbegrenzte Mode emittieren. Für kleinere Hologramme bis etwa 20 cm Diagonale ist diese Leistung ausreichend, größere Hologramme benötigen allerdings proportional mehr Leistung. Durch Verstärkung der Strahlung des DBR-RWL in einem zweiten Halbleiterchip ist es dem FBH nun gelungen, die Ausgangsleistung auf über 500 mW zu steigern, ohne die Kohärenz der Strahlung wesentlich zu verschlechtern.
Der Verstärkerchip, der in diesem Master-Oszillator Power-Amplifier (MOPA) Experiment verwendet wurde, hat einen trapezförmigen Streifenkontakt mit einer Breite von 30 µm auf der Eingangs- und 100 µm auf der Ausgangsfacette (TTA). Mithilfe von vier Linsen (L1-4, siehe Abb. 1) wurde das Licht so durch den Verstärker geleitet dass sich der horizontale Fokus außerhalb des Verstärkers befindet. Dadurch konnte die Leistungsdichte auf der Eingangsfacette – und damit die Ausfallwahrscheinlichkeit – deutlich reduziert werden. Bei Temperaturen des TTA zwischen 10°C und 20°C betrug die optische Ausgangsleistung des MOPA mehr als 500 mW (siehe Abb. 2).
Selbst bei hohen Ausgangsleistungen um 800 mW ist die Emission des MOPA einzelmodig (siehe Inset in Abb. 3) mit Kohärenzlängen von mehreren Metern und einem beugungsbegrenzten Strahl. Somit ist ein solcher MOPA hervorragend für dreidimensionale Hologramme geeignet. Aus der Abhängigkeit der Ausgangsleistung von der Eingangsleistung ist ersichtlich, dass in dem aktuellen Experiment noch keine Sättigung der Verstärkung erreicht wurde. Somit besteht hier noch Potential hinsichtlich der Ausgangsleistung, wenn die Eingangsleistung weiter erhöht werden kann. Weitere Forschungsarbeiten konzentrieren sich auf die Miniaturisierung des MOPA-Systems – ein Prototyp von der Größe einer Streichholzschachtel soll demnächst zur Verfügung stehen.
Publikationen
D. Feise, G. Blume, J. Pohl, K. Paschke, "Distributed Bragg Reflector Ridge Waveguide Lasers Emitting Longitudinal Single Mode at 647 nm", IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron., vol. 21, no. 6, 1501706 (2015).
G. Blume, J. Pohl, D. Feise, M. Jendrzejewski, M. Greiner, P. Ressel, K. Paschke, "Single-mode master-oscillator power amplifier at 647 nm with more than 500 mW output power", Opt. Lett., vol. 40, no. 8, pp. 1757-1759 (2015).
G. Blume, M. Schiemangk, J. Pohl, D. Feise, P. Ressel, B. Sumpf, A. Wicht, K. Paschke, "Narrow Linewidth of 633-nm DBR Ridge-Waveguide Lasers", IEEE Photonics Technol. Lett., vol. 25, no. 6, pp. 550-552 (2013).
G. Blume, O. Nedow, D. Feise, J. Pohl, K. Paschke, "Monolithic 626 nm single-mode AlGaInP DBR diode laser", Opt. Express, vol. 21, no. 18, pp. 21677-21684 (2013).
X. Wang, G. Erbert, H. Wenzel, P. Crump, B. Eppich, S. Knigge, P. Ressel, A. Ginolas, A. Maaßdorf, G. Tränkle, "17-W Near-Diffraction-Limited 970-nm Output From a Tapered Semiconductor Optical Amplifier", IEEE Photonics Technol. Lett., vol. 25, no. 2, pp. 115-118 (2013).
D. Feise, W. John, F. Bugge, G. Blume, T. Hassoun, J. Fricke, K. Paschke, G. Erbert, "96 mW longitudinal single mode red-emitting distributed Bragg reflector ridge waveguide laser with tenth order surface gratings", Opt. Lett., vol. 37, no 9, pp. 1532-1534 (2012).