Unterabschnitte

Begriffe aus der Halbleiterlaser-, Laser- und Halbleitertechnik

Betriebsarten eines Lasers


Spiking

Sobald die Pumpquelle eine Besetzungsinversion aufgebaut hat, tritt lawinenartig LaseroszillationA.1 auf. Dabei wird diese Besetzungsinversion sehr schnell wieder abgebaut. Liefert nun die Pumpquelle nicht genug Energie um die Oszillation aufrecht zu erhalten, bricht der Strahl ab, bis wieder ein Schwellenwert bei der Besetzungsinversion übeschritten wird; dann tritt ein erneuter Lichtblitz auf.

Dieses Auftreten von unkontrollierten Lichtblitzen bezeichnet man als ,,Spiking``. Mit modernen Methoden kann man diese Lichtblitze kontrolliert auftreten lassen. Dann spricht man von einem gepulsten Betrieb.


Gepulster Betrieb

Die Leistung der Pumpquelle reicht nicht, um einen konstanten Strahl auszusenden. Doch im Gegensatz zum spiking werden hier die Lichtblitze kontrolliert erzeugt. Inzwischen bringen die Pumpquellen aber meist die nötige Leistung, um einen Dauerstrich-Betrieb zu ermöglichen.


Dauerstrich-, cw-, continuous-wave-Betrieb

Für diesen Betrieb braucht man eine Pumpquelle, die es schafft, das Lasermedium mit genug Energie zu versorgen, um eine Daueroszillation zu erlauben.

Für viele Anwendungszwecke ist ein cw-Betrieb notwendig.


Freilaufende Laserdiode

Eine Laserdiode wird als freilaufend bezeichnet, wenn sie nicht durch externe Resonatoren (z.B. ein Gitter) oder einen anderen Laser (Master-Laser, wird in erster Linie bei Laserdiodenarrays verwendet [35]) stabilisiert wird, sondern sich die Wellenlänge aus der Diodeninternen Resonanz ergibt.

Freilaufende Laserdioden laufen meist mehrmodig, und bei weitem nicht so frequenzrein wie stabilisierte Dioden und sind für manche Anwendungen daher nicht zu gebrauchen.

Dafür können manche Effekte (ModensprüngeA.2, linearer Anstieg der Laserleistung nach der LaserschwelleA.3, Verringerung der Laserschwelle bei niedrigen Temperaturen) an stabilisierten Laserdioden schlechter beobachtet werden.

weitere Begriffe


Besetzungsinversion

Normalerweise befinden sich fast alle Atome im Grundzustand. In diesem Zustand findet keine Emission statt. Durch das Pumpen werden die Atome in einen angeregten Zustand gebracht, aus dem sie unter Strahlungsemission wieder in den Grundzustand wechseln.

Für induzierte Emission müssen möglichst viele Atome im angeregten Zustand sein, im Idealfall ist fast kein Atom im Grund-, aber fast alle sind im angeregten Zustand.

Dieser ,,invertierte`` Zustand wird als Besetzungsinversion bezeichnet.


Resonatormoden

Die Moden eines Resonators sind die Frequenzen, bei denen ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge in den Resonator passt und daher Laseroszillation auftritt.


(Laser-) Oszillation

Für Laseroszillation muss die Länge $ L$ des Resonators ein ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge $ \lambda / 2$ sein. Dann kann sich im Resonator eine stehende Welle ausbilden. Durch die dann entstehende Überlagerung der induzierten Wellen wird das Licht genau dieser einen Frequenz verstärkt.

\includegraphics[scale=1]{stehendewelle.eps}


Durchstimmbarkeit

Als durchstimmbar bezeichnet man einen Laser, dessen Wellenlänge mit Hilfe von verschiebbaren Spiegeln, Gittern oder anderen optischen Hilfsmitteln auf jede gewünschte Wellenlänge (in einem gewissen Bereich) einstellen werden kann.

Laserdioden sind nicht kontinuierlich durchstimmbar, sondern weisen Modensprünge auf. (näheres dazu im Kapitel 4.3.2, Seite [*].)


Modensprünge

Als Modensprung bezeichnet man einen schlagartigen Sprung in der Wellenlänge der emittierten Strahlung. Das Frequenzspektrum von Halbleiterlasern ist durch diese Modensprünge gekennzeichnet.


Fermi-Niveau

Das Ferminiveau gibt an, wie stark ein Leitungsband mit Ladungsträgern gefüllt ist. Nur wenn genug Ladungsträger vorhanden sind, kann bei einem Halbleiter ein Elektron bzw. Loch in eine benachbarte Schicht diffundieren (wechseln).



Fußnoten

... La\-ser\-os\-zil\-la\-tionA.1
Oszillation: Anhang A.2.3, Seite [*]
... (ModensprüngeA.2
schlagartiger Wechsel der Laser-Wellenlänge, siehe Anhang A.2.5, Seite [*]
... LaserschwelleA.3
Stromtärke, bei der die Laseroszillatioin einsetzt, siehe Kapitel 5.5, Seite [*]
Erich Schubert <erich@vitavonni.de>