Resonatorkonzepte für Hochleistungs-Diodenlaser mit ausgedehnten lateralen Dimensionen (PDF)

Die vorliegende Arbeit behandelt Resonatorkonzepte für Hoch-leistungsdiodenlaser mit ausgedehnten lateralen Dimensionen im Wellenlängenbereich um 1060 nm.

Im ersten Teil der Arbeit werden gewinngeführte Laser-Arrays mit 400 µm lateraler Aperturbreite und Ausgangsleistungen von über 50 W im Quasi-CW-Betrieb untersucht. Es wird gezeigt, dass mit steigender Ausgangsleistung die Kopplung der einzelnen Emitter durch die thermische Brechzahlerhöhung abnimmt. Bei hohen Leistungen ist das vom Array abgestrahlte Licht die inkohärente Überlagerung der Abstrahlungen der einzelnen Emitter, wobei die lateralen Obermoden der einzelnen Streifen die Abstrahlcharakteristik des Arrays maßgeblich verschlechtern.

Im zweiten Teil der Arbeit wird ein vollkommen neuer Ansatz zur Verringerung der Strahldegeneration bei lateraler Skalierung entwickelt und experimentell erprobt. Er basiert auf einer instabilen Resonatorkonfiguration, welche durch Bragg-Reflektoren im Laserchip erzeugt wird. Für Resonatorgeometrien mit einer äquivalenten Fresnelzahl von Neq ≈ 1 wird in Simulationen eine Diskriminierung höherer Moden und experimentell eine minimale Beugungsmaßzahl des abgestrahlten Lichts nachgewiesen. Mit steigender Ausgangsleistung bewirkt die stark inhomogene laterale Intensitätsverteilung im Resonator jedoch räumliches Lochbrennen in der Ladungsträgerverteilung und eine Selbstfokussierung des Lichts. Dieser Effekt führt geometrieunabhängig zur Degradation der Beugungsmaßzahl mit steigender Ausgangsleistung.