5 Experimenteller Vergleich Quantenfilm- und Absorber-Pumpen (S. 58-59)

In diesem Kapitel werden die Ergebnisse vorgestellt, die mit Proben gewonnen wurden, die sich gleichermaßen für das Absorber-Pumpen wie für das Quantenfilm- Pumpen eignen. Durch den direkten Vergleich der Eigenschaften ein und derselben Probe unter Absorber- bzw. Quantenfilm-Pumpen soll überprüft werden, ob eine effiziente Absorption der Pumpstrahlung auch beim Quantenfilm-Pumpen möglich ist, ob Quantenfilm-Pumpen zu einer messbaren Verringerung der Temperatur der aktiven Zone führt und dadurch die Ausgangsleistung eines Halbleiter-Scheibenlasers im Vergleich zum absorbergepumpten Fall erhöht werden kann.

Im anschließenden Kapitel werden dann die Ergebnisse vorgestellt, die mit einer Probe gewonnen wurden, welche in einem ersten Schritt für das Quantenfilm-Pumpen optimiert wurde und sich nicht mehr konventionell Absorber pumpen lässt, da nur ein geringer Anteil der Pumpstrahlung in der aktiven Zone absorbiert wird, während der restliche Anteil im Bragg-Spiegel absorbiert wird. Für die Versuche zur resonanten Absorption sowie zur Temperaturreduktion wurde ein durchstimmbarer Titan:Saphir-Laser (Ti:Sa) verwendet (Coherent, LC-899). Dieser konnte im Falle des Quantenfilm-Pumpens exakt auf die Resonanzen der Proben sowie im Falle des Absorber-Pumpens auf Wellenlängen bis unter 800 nm abgestimmt werden.

Da dies unter Einsatz eines einzigen Spiegelsatzes im Ti:Sa-Laser geschehen konnte, war es möglich, unter identischen Bedingungen Quantenfilm- und Absorber- Pumpen miteinander zu vergleichen. Für die Experimente mit größerer Pumpleistung wurden fasergekoppelte Diodenlaser verwendet. Da diese in ihrer Emissionswellenlänge nur geringfügig abstimmbar sind, war es nicht möglich, für das Quantenfilm-Pumpen geeignete Stellen der Wafer zu selektieren, bei denen resonant gepumpt werden konnte. Um die daraus resultierende geringe Absorption im Einfachdurchgang zu umgehen, wurde eine Multipass-Pumpoptik eingesetzt, welche es erlaubte, die Pumpstrahlung 12-mal auf die Probe abzubilden.

5.1 Absorptionsverhalten

Damit das Quantenfilm-Pumpen wirtschaftlich sinnvoll eingesetzt werden kann, muss der erreichbare Absorptionsgrad der Pumpstrahlung vergleichbar zu der mittels der konventionellen Methode des Absorber-Pumpens erreichbaren sein. Die Gesamtabsorption einer unbeschichteten quantenfilmgepumpten Probe sollte daher 70 % überschreiten. Zur prinzipiellen Demonstration des resonanten Pumpens werden im Folgenden die Ergebnisse einer sowohl für Absorber- als auch für QuantenfilmPumpen geeigneten, herkömmlichen Probe (A0919) mit 13 Quantenfilmen in einer Reihe vorgestellt.

5.1.1 Aufbau der Probe

Die Probe wurde mittels MOVPE in einem Aixtron AIX 200/4 Reaktor am Ferdinand- Braun-Instiut für Höchstfrequenztechnik in Berlin gewachsen [39]. Als Substrat wurde ein 2"-GaAs-Wafer mit 2°-AB-Orientierung verwendet. Die Proben bestehen aus einer GaAs-Pufferschicht gefolgt von einer In0,48Ga0,52P-Ätz-Stopp Schicht, einer aktiven Zone und einem binären 25-Perioden-AlAs/GaAs-Bragg-Spiegel, dessen Stoppband auf 980 nm zentriert ist. Die Struktur ist als „Bottom-Emitter“ ausgelegt, weswegen die aktive Zone vor dem Bragg-Spiegel gewachsen wird.

Da das Wachstum von aktiver Schicht und Bragg-Spiegel bei verschiedenen Temperaturen geschieht, muss ein „annealing“ Effekt der Quantenfilme berücksichtigt werden. Durch das längere Aufwärmen der Probe während des Wachstums des Bragg-Spiegels verlagert sich das Emissionsmaximum der Quantenfilme zu kleineren Wellenlängen, was auf Diffusionsprozesse des Indiums innerhalb der Quantenfilme zurückgeführt werden kann. Um dies zu korrigieren, müssen die Quantenfilme zunächst etwas langwelliger als gewünscht ausgelegt werden."