Monolithically Integrated Wavelength Locked and High-Brightness Laser Diodes
Aho, Antti T. (2021)
Aho, Antti T.
Tampere University
2021
Tekniikan ja luonnontieteiden tohtoriohjelma - Doctoral Programme in Engineering and Natural Sciences
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Väitöspäivä
2021-12-04
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-03-2203-8
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-03-2203-8
Tiivistelmä
Tämä väitöskirja esittelee tutkimustuloksia monoliittisesti aallonpituuslukittujen suuren kirkkauden laserdiodien valmistuksesta ja karakterisoinnista. Tutkimuksen aiheena on kahdella sovelluskohteiden mukaan valitulla aallonpituusalueella, 1,5 µm ja 1,18 µm, toimivat laserdiodit. Aallonpituusalueen 1,5 µm laserdiodit on suunnattu erityisesti silmäturvallisiin LIDAR-sovelluksiin (light detection and ranging, "valotutka", joukko erilaisia 3D-skannausteknologioita). Aallonpituuden 1,18 µm diodit ovat tärkeitä taajuuskahdennettuja kelta–oransseja lasereita varten, joita käytetään erityisesti lääketieteellisissä sovelluksissa. Näitä aallonpituuksia on hyvin vaikeaa tuottaa diodilaserin suoralla emissiolla käytössä olevien puolijohdemateriaalien ominaisuuksien vuoksi, ja taajuuskahdennuksella tätä rajoitusta saadaan kierrettyä.
Sovellusvaatimusten täyttämiseksi on tutkittu kahta erilaista laserdiodiarkkitehtuuria, kapenevia hajautetun Braggin peilin lasereita (kapeneva DBR) ja leveitä hajautetun Braggin peilin lasereita (leveä DBR). Molemmissa komponenttityypeissä hajautettu Braggin peili on liitetty sirun aktiiviseen alueeseen monoliittisesti, jolloin laseria komponenttina käyttävistä järjestelmistä saadaan pienikokoisempia ja järjestelmien valmistus on edullisempaa. Kapenevat DBR-laserit koostuvat kolmesta osasta: kolmiomaisesta optisen moodin laajennusosasta, harjanneaaltojohdeosasta, joka suodattaa pois korkeampia poikittaisia moodeja, ja hajautetusta Braggin peilistä, joka valitsee yhden pitkittäisen optisen moodin. Leveissä DBR-lasereissa on leveä aktiivialue sekä hajautettu Braggin peili. Kapenevissa DBR-lasereissa on parempi säteenlaatu sellaisia sovelluksia varten, joissa tarvitaan Gaussista lasersädettä, kun puolestaan leveissä DBR-lasereissa on suurempi teho, helpompi käytettävyys ja huonompi säteenlaatu.
1,18 µm laserit tuottivat suurimmillaan 4,04 W tehon. Kapenevat ja leveät 1,5 µm DBR-laserit tuottivat parhaimmillaan 4,6 W ja 6,1 W tehon. Aallonpituuslukitus vähensi lämpötilan muutoksesta johtuvan aallonpituussiirtymän arvoon 0,1 nm/◦C ja spektrin puoliarvonleveyden arvoon 0,3 nm tai sen alle. Väitöskirjan tuloksia vertaillaan kvantitatiivisesti muiden julkaisemiin tuloksiin. Julkaisuaikanaan nämä tulokset edustivat alansa huippua ja ovat sittemmin johtaneet uuteen tutkimukseen ja tuloksiin korkeatehoisten, aallonpituuslukittujen laserien saralla.
Sovellusvaatimusten täyttämiseksi on tutkittu kahta erilaista laserdiodiarkkitehtuuria, kapenevia hajautetun Braggin peilin lasereita (kapeneva DBR) ja leveitä hajautetun Braggin peilin lasereita (leveä DBR). Molemmissa komponenttityypeissä hajautettu Braggin peili on liitetty sirun aktiiviseen alueeseen monoliittisesti, jolloin laseria komponenttina käyttävistä järjestelmistä saadaan pienikokoisempia ja järjestelmien valmistus on edullisempaa. Kapenevat DBR-laserit koostuvat kolmesta osasta: kolmiomaisesta optisen moodin laajennusosasta, harjanneaaltojohdeosasta, joka suodattaa pois korkeampia poikittaisia moodeja, ja hajautetusta Braggin peilistä, joka valitsee yhden pitkittäisen optisen moodin. Leveissä DBR-lasereissa on leveä aktiivialue sekä hajautettu Braggin peili. Kapenevissa DBR-lasereissa on parempi säteenlaatu sellaisia sovelluksia varten, joissa tarvitaan Gaussista lasersädettä, kun puolestaan leveissä DBR-lasereissa on suurempi teho, helpompi käytettävyys ja huonompi säteenlaatu.
1,18 µm laserit tuottivat suurimmillaan 4,04 W tehon. Kapenevat ja leveät 1,5 µm DBR-laserit tuottivat parhaimmillaan 4,6 W ja 6,1 W tehon. Aallonpituuslukitus vähensi lämpötilan muutoksesta johtuvan aallonpituussiirtymän arvoon 0,1 nm/◦C ja spektrin puoliarvonleveyden arvoon 0,3 nm tai sen alle. Väitöskirjan tuloksia vertaillaan kvantitatiivisesti muiden julkaisemiin tuloksiin. Julkaisuaikanaan nämä tulokset edustivat alansa huippua ja ovat sittemmin johtaneet uuteen tutkimukseen ja tuloksiin korkeatehoisten, aallonpituuslukittujen laserien saralla.
Kokoelmat
- Väitöskirjat [4989]