Erfolgreiche ePaper selbst erstellen
Machen Sie aus Ihren PDF Publikationen ein blätterbares Flipbook mit unserer einzigartigen Google optimierten e-Paper Software.
8.1. HALBLEITERLASER 215<br />
Typischerweise ist eine Laserdiode einige Millimeter lang mit einer effektiven Dicke von nur<br />
ca. 2 µm. Die Endflächen sind zur Vermeidung von Reflexionsverlusten poliert, die anderen<br />
beiden Flächen rau, um unerwünschte Emission in dieser Richtung zu unterdrücken. Die<br />
bereits erwähnte kurze Lebensdauer der Elektron-Loch Paare von 0.1 - 1 ns bedingt einen<br />
hohen Strom, um die Besetzungsinversion aufrecht zu erhalten. Typisch sind 5 × 10 4 A cm −2<br />
bei Raumtemperatur. Da der erforderliche Strom mit abnehmender Temperatur sinkt (ca.<br />
200 A cm −2 bei 20 K) werden Laserdioden meist gekühlt (< -40 ◦ C). Aufgrund der Resonatorgeometrie<br />
ist der Strahl einer Laserdiode elliptisch und i.A. divergent. Er kann durch divergenzreduzierende<br />
Optiken parallelisiert und durch ’ Beam shaper‘ sogar rund und gaussförmig<br />
gemacht werden. Innerhalb enger Grenzen kann die Wellenlänge durch die Temperatur<br />
verändert werden, wobei allerdings Modensprünge des Resonators auftreten. Typische Bandbreiten<br />
liegen im Bereich von ∆ν = 10 −4 cm −1 . Für Anwendungen im nahen IR kommt als<br />
Halbleitermaterial GaAs mit Zn als Akzeptor (p) und Te als Donor (n) zum Einsatz. Typisch<br />
ist hierbei eine Ausgangswellenlänge von 840 nm. Diese Laser gehören zu den effizientesten<br />
Lasertypen überhaupt und man erreicht Effizienzen von > 30% im IR bei Lebensdauern von<br />
einigen 10000 h. Ein wichtiger Einsatz von Diodenlasern ist das Pumpen anderer Festkörperlaser,<br />
wie z.B. des Nd:YAG (§ 5.2), da Nd im Bereich zwischen 790 nm und 820 nm starke Absorptionsbänder<br />
besitzt (Abb. 5.10) auf die GaAs Dioden einfach abgestimmt werden können.<br />
Mit GaAs1−xPx kann man sichtbares Licht (840 - 640 nm) erzeugen und mit ZnCdSe erreicht<br />
man sogar blaues (489 nm) und neuerdings UV Licht. Allerdings liegt im letzteren Fall die<br />
Effizienz zur Zeit noch im Bereich von nur 1-2% und auch die Lebensdauer ist drastisch reduziert<br />
(nur einige 1000 h). Bleisalzlaser (Pb1−xSnxSe) erschließen den mid-IR Bereich von 2.8<br />
- 30 µm. Historisch waren sie die ersten Halbleiterlaser überhaupt, sind aber immer noch von<br />
großem Nutzen in der Spektroskopie (§ 8.3). Ursprünglich wurden Bleisalzlaser bei niedrigen<br />
Temperaturen (77 K) betrieben. 0.1-1mW Ausgangsleistung standen bei Linienbreiten von nur<br />
≈ 2×10 −4 cm −1 zur Verfügung. In Verbindung mit hocheffizienten Detektoren (HgCdTe, eben-<br />
E’<br />
F<br />
00000000000000<br />
11111111111111<br />
00000000000000<br />
11111111111111<br />
00000000000000<br />
11111111111111<br />
00000000000000<br />
11111111111111<br />
00000000000000<br />
11111111111111<br />
0000000000000<br />
1111111111111<br />
0000000000000<br />
1111111111111<br />
0000000000000<br />
1111111111111<br />
0000000000000<br />
1111111111111<br />
0000000000000<br />
1111111111111<br />
0000000000000<br />
1111111111111<br />
0000000000000<br />
1111111111111<br />
n p<br />
Abbildung 8.5: Bandstruktur eines Halbleiterlasers. C ist das Leitungsband, V<br />
das Valenzband, EF die Fermienergien. Besetzungsinversion wird zwischen den oberen<br />
Niveaus des Valenzbandes und dem unteren Teil des Leitungsbandes erreicht,<br />
indem eine äußere Spannung angelegt wird. [Holl98]<br />
E’’<br />
F<br />
C<br />
V
Change language