InP-basierte weit verstimmbare Quantenpunkt-Laser mit verteilten Rückkopplungsgittern und schmalen Emissionslinienbreiten

Inhalt:
Für kohärente optische Kommunikation mit hohen Datenübertragungsraten werden in der Wellenlänge weit verstimmbare Lichtquellen mit schmaler Linienbreite als Referenzlaser benötigt. InP-basiertes Quantenpunkt (QP) Material, das für eine Emissionswellenlänge von 1,55 µm entwickelt wurde, ermöglicht es, Bauelementeigenschaften, wie Verstärkung, Bandbreite und niedrigen Linienverbreiterungsfaktor (a-Faktor), die für eine solche Anwendung wichtig sind, maßzuschneidern. Theoretische Betrachtungen, die die quasi-nulldimensionale Natur der aktiven Zone einbeziehen, sagen eindeutig eine starke Abnahme der Laserlinienbreite voraus, sofern das Design der aktiven QP-Struktur entsprechend dimensioniert wird. QP-Laser mit 2 und 5 QP-Schichten wurden mit Molekularstrahlepitaxie (MBE) gewachsen. Aus dem Material wurden Laser mit lateral definierten verteilten Rückkopplungsgittern (DFB-Laser) und integrierten Mikroheizelementen in Form von Mäanderwiderständen hergestellt. Speziell entwickelte Ätzstoppschichten sorgen für eine akkurate Formgebung der Stegwellenleiter. Die Laser sind, mit Hinblick auf die Herstellung von verstimmbaren Arrays, die einen Wellenlängenabstimmbereich von 50 nm erreichen sollen (C+ Band), jeweils paarweise durch integrierte 3dB-Koppler gekoppelt. Der Zweck dieser Laserarrays ist es, kompakte, flexibel einsetzbare verstimmbare Laserlichtquellen für die kohärente Detektion bereitzustellen. Die Linienbreitenmessungen für die untersuchten Bauelemente stimmen gut mit den simulierten Werten überein. Das erlaubt in Zukunft eine zielgerichtete Modifikation der Epitaxie und des QP-Designs. Mit DFB-Lasern aus einem Epitaxiematerial mit 5 QP-Schichten konnte ein durchgehender Abstimmbereich bis zu 10 nm je Laser und eine Linienbreite von weit unter 1 MHz erreicht werden. Ein Vergleich beider Designs bestätigt die in der Theorie vorhergesagte Linienbreitenreduktion für Designs mit 5 QP-Schichten und hoher Verstärkung. Damit verbunden ist erstmals der klare Nachweis, dass die Linienbreite durch direkte Reduktion des a-Faktors, wie er hier durch Quantenpunktstrukturen erzielt wurde, stark verringert werden kann unabhängig von anderen strukturellen Parametern.