Halbleiter-Scheibenlaser hoher Brillanz für den Wellenlängenbereich von 2,0-2,8 µm

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit optisch gepumpten Halbleiter-Scheibenlasern, die auf dem (AlGaIn)(AsSb)-Materialsystem basieren und Emissionswellenlängen im Bereich zwischen 2,0 µm und 2,8 µm aufweisen. Hierbei werden experimentelle Untersuchungen zu unterschiedlichen Fragestellungen vorgestellt und diskutiert. Zunächst wurde der Einfluss spezifischer Entwurfsparameter aktiver Strukturen sowie des Pumpkonzepts auf die Lasereigenschaften untersucht. So konnten beispielsweise erstmals Laserstrukturen realisiert werden, bei denen die Quantentöpfe zwischen AlAsSb-Barrierenschichten eingebettet wurden, um einen erhöhten Einschluss der Ladungsträger im Valenzband zu erreichen. Im weiteren Verlauf der Arbeit wurde untersucht, in wie weit eine Leistungsskalierung von Halbleiter-Scheibenlasern mit Wellenlängen im Bereich von 2,25 µm möglich ist. Betrachtet wurde zum einen der von Festkörperscheibenlasern her bekannte Ansatz der Leistungsskalierung über eine Vergrößerung der gepumpten Fläche. Sowohl experimentelle Untersuchungen als auch Simulationsrechnungen konnten dabei zeigen, dass bei dieser Form der Leistungsskalierung der thermische Widerstand des Lasers nicht wie im Falle eines ideal eindimensionalen Wärmeflusses umgekehrt proportional zur gepumpten Fläche abnimmt. Bei konstanter Leistungsdichte kommt es mit zunehmender Fläche so zu Temperaturerhöhungen im aktiven Bereich, die sich negativ auf die Leistungseffizienz auswirken. Die maximale Ausgangsleistung, die auf diese Weise erreicht werden, wird dadurch limitiert. Als alternative Möglichkeit der Leistungsskalierung werden in dieser Arbeit jedoch ebenfalls Laserresonatoren untersucht, die mehrere Laserchips beinhalteten. Hier zeigte sich beispielsweise, dass bei Verwendung von zwei Laserchips annähernd eine Verdopplung der Ausgangsleistung bei gleichbleibender Effizienz erreicht werden kann. Einen weiteren Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit bildete die Untersuchung von langwellig emittierenden Halbleiter-Scheibenlasern auf der Basis der Gruppe-III-Antimonide. Im Rahmen dieser Arbeit ist es erstmals gelungen, Halbleiter-Scheibenlaser mit Emissionswellenlängen von bis zu 2,8 µm zu realisieren. Es zeigte sich bei diesen Lasern der von Halbleiterlaserdioden her bekannte Trend, dass mit zunehmender Emissionswellenlänge die Schwellenpumpleistungen ansteigen, während sich die interne Effizienz verringert. Es konnte jedoch auch gezeigt werden, dass sich hier eine erhöhte Verspannung der Quantentöpfe p