Diodenlaser, auch Halbleiterlaser genannt, funktionieren, indem sie einen elektrischen Strom durch ein Halbleitermaterial leiten. Bei diesem Prozess wird Licht erzeugt, das dann verstärkt wird, um einen kohärenten Laserstrahl zu erzeugen. Die spezifische Wellenlänge des Lasers hängt von der Bandlücke des verwendeten Halbleitermaterials ab.
Bei Diodenlasern rekombinieren Elektronen und Löcher (positive Elektronenfehlstellen) im Halbleiter und setzen dabei Energie in Form von Photonen frei. Die Wellenlänge dieser Photonen entspricht der Energiedifferenz zwischen dem ursprünglichen und dem endgültigen Energiezustand des Elektrons. Dieser Vorgang wird als spontane Emission bezeichnet.
Zu den Schlüsselkomponenten eines abstimmbaren Diodenlasers gehören:
Halbleitermaterial: Die Art des Halbleiters (z. B. Galliumarsenid, Indiumphosphid) bestimmt weitgehend die Betriebswellenlänge des Lasers.
Laserkavität: Hier findet die Lichtverstärkung statt.
Wellenleiter: Diese leiten das Licht durch den Laser und bestehen typischerweise aus Schichten verschiedener Halbleitermaterialien, die den Lichtweg aufgrund von Unterschieden im Brechungsindex begrenzen.
Abstimmmechanismus: Dies kann ein externer Hohlraum mit einem beweglichen Reflektor oder einem Beugungsgitter, eine Struktur mit verteilter Rückkopplung oder andere Methoden sein, um eine Wellenlängenabstimmung zu ermöglichen.
Abstimmbare Diodenlaser gibt es in verschiedenen Formen, jede mit einzigartigen Eigenschaften und Mechanismen zur Abstimmung der Wellenlänge. Die beiden häufigsten Typen sind External Cavity Diode Lasers (ECDLs) und Distributed Feedback (DFB)-Laser.
Diodenlaser mit externem Hohlraum (ECDLs): ECDLs verwenden einen Diodenlaser mit einem externen optischen Hohlraum zur Wellenlängenauswahl. Der Hohlraum besteht typischerweise aus einem Beugungsgitter oder einem abstimmbaren Filter. Durch die Anpassung des externen Hohlraums kann die Wellenlänge des Lasers präzise gesteuert werden.
Distributed Feedback (DFB)-Laser: Bei DFB-Lasern wird die Wellenlängenabstimmung durch die Integration einer Gitterstruktur in den aktiven Bereich der Diode erreicht. Das Gitter liefert eine Rückmeldung bei einer bestimmten Wellenlänge, die durch Änderung der Temperatur oder des Stroms der Diode leicht angepasst werden kann.
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