Design and characterization of novel distributed feedback laser structures for difference frequency generation

Abstract

The high frequency signals from difference frequency generation (DFG) have found several promising and interesting applications in the recent years. This has promoted great interest in the design of the sources for DFG. However, compact, efficient, tunable and cheap sources are still not commonplace. These kind of sources would have many use scenarios in various applications. This thesis covers the design and characterization of novel dual-wavelength distributed feedback laser diodes (DFB-LD). The emphasis is on the laser structure and its properties in order to generate DFG. The applications of DFG such as radio-over-fiber (RoF) and terahertz radiation are also covered. The basic theory for the simulation and design process is presented, as well as the theory related to the application areas. The implementations for both the simulations and the characterization process are presented in detail. The most important results from both numerical and characterization studies are presented and discussed. Some possible future directions for laser development and applications are further outlined.

Erotaajuusgeneraatiosta saataville korkeataajuussignaaleille on ilmaantunut useita lupaavia ja mielenkiintoisia sovellutuskohteita lähivuosina. Tämä on aiheuttanut suurta kiinnostusta erotaajuusgeneraatiolähteitä kohtaan. Kompaktit, energiatehokkaat, viritettävät ja edulliset lähteet erotaajuusgenerointiin eivät kuitenkaan vielä ole yleisiä. Tällaisilla lähteillä olisi lukuisia käyttökohteita eri sovellutuksissa. Tämä työ käsittelee uusien kaksoisaallonpituuksellisten hajautetun takaisinkytkennän laserien suunnittelua ja karakterisointia. Painotus on laser-rakenteella ja sen ominaisuuksissa erotaajuusgeneraation kannalta. Erotaajuusgeneraation sovelluksia, kuten kuidun yli toimivaa radiota ja terahertsisäteilyä käsitellään myös. Simuloinnin ja suunnittelutyön taustan perusteoria esitellään, kuten myös sovellutuskohteisiin liittyvä teoria. Sekä simulointi- että karakterisointiprosessin toteutus esitellään yksityiskohtaisesti. Sekä numeeristen tutkimusten että karakterisoinnin tuloksista esitellään ja käsitellään tärkeimmät. Joitakin laser-kehityksen ja –sovellutusten mahdollisia tulevaisuuden suuntia on myös kirjattu.