Fachbereich 11 - Physik
Institut für Angewandte Physik
Nichtlineare Optik und Strukturbildung (Prof. Dr. W. Lange)

Polarisationsdynamik oberflächenemittierender Halbleiterlaser

Oberflächenemittierende Halbleiterlaser (vertical-cavity surface-emitting laser = VCSEL) sind relativ neuartige Laserdioden mit einer kurzen Resonatorlänge (1 µm in longitudinaler Richtung) und einer symmetrischen aktiven Zone (in transversaler Richtung). Dadurch lassen sich einfach longitudinaler Einmodenbetrieb sowie eine näherungsweise rotationssymmetrische Strahlform erreichen. Aufgrund dieser gegenüber konventionellen Kantenemittern vorteilhaften Eigenschaften sind VCSEL derzeit Standardbauelemente für Gigabit-Ethernet Kommunikationssysteme und weitere Anwendungen in der Sensorik, in der Spektroskopie, beim Laserpumpen und in der Materialbearbeitung werden intensiv untersucht.

Allerdings führt die hohe Symmetrie der aktiven Zone dazu, dass im Gegensatz zu Kantenemittern die Polarisationsrichtung nicht oder nur schwach festgelegt ist und eine Fülle von Polarisationsinstabilitäten auftritt. Bei der Erklärung dieser Effekte wird meistens von geringen Restanisotropien (Dichroismus und Doppelbrechung) und ihren Auswirkungen auf das lineare (d.h. ungesättigte) Verstärkungs-Verlust-Gleichgewicht ausgegangen, die sich temperatur- und daher auch stromabhängig ändern. Konkurrierende Modelle berücksichtigen jedoch auch die Spin-Freiheitsgrade in Halbleiter-Quantenfilmen und die Amplituden-Phasenkopplung.

Die in der Arbeitsgruppe durchgeführten Experimente dienen der experimentellen Charakterisierung der Polarisationsdynamik in freilaufenden VCSELn und in VCSELn mit optischer Rückkopplung. Die theoretische Analyse gibt Hinweise auf die Relevanz der Spinfreiheitsgrade für die beobachtete Polarisationsdynamik. Die mit Rückkopplung beobachteten sogenannten "low-frequency fluctuations" und ihre Abhängigkeit vom Polarisationszustand sind auch vom Standpunkt des Arbeitsgebietes Nichtlineare Dynamik sehr interessant.

Drittmittelgeber:

Deutsche Forschungsgemeinschaft, Deutscher Akademischer Austauschdienst, COST Action 268

Beteiligte Wissenschaftler:

HDoz. Dr. Thorsten Ackemann, Dipl.-Phys. Hans Bohnet, Prof. Dr. Salvador Balle (Palma de Mallorca), Prof. Dr. Wulfhard Lange, Dr. Natalia A. Loiko (Minsk), Alexander V. Naumenko (Minsk), Prof. Dr. Maxi San Miguel (Palma de Mallorca), Dr. José Mulet (Palma de Mallorca), Dipl.-Phys. Markus Sondermann, Dipl.-Phys. Michael Weinkath

Veröffentlichungen:

Ackemann T., and M. Sondermann: Characteristics of polarization switching from the low to the high frequency mode in vertical-cavity surface-emitting lasers, Appl. Phys. Lett. 78, 3574-3576, 2001

Ackemann, T., M. Sondermann: Characteristics of polarization switching in vertical-cavity surface-emitting lasers, Proc. SPIE 4286, 44-54, 2001

Sondermann, M., H. Bohnet, and T. Ackemann: Low Frequency Fluctuations and Polarization Dynamics in Vertical-cavity Surface-emitting Lasers with Isotropic Feedback, Phys. Rev. A 67, 021802(R), 2003

Sondermann, H. Bohnet, M. Weinkath, T. Ackemann: Dynamics and polarization effects in small-area vertical-cavity surface-emitting lasers in free-running mode and with time-delayed feedback, Proc. SPIE 4942, 92-102, 2003