Photonik

Dohlus, Rainer: Photonik

Reider, Georg A.: Photonik

Dielektrische Werkstoffe der Elektronik und Photonik

Das wundersame Leuchten. Von der Fackel bis zur Photonik.

Dieses Werk bietet eine umfassende Darstellung der mathematisch-theoretischen Grundlagen der zerstörungsfreien Materialprüfung mit Ultraschall. Ausgehend von den Grundgleichungen der Elastodynamik werden Long- und Transwellen sowie Gauß'sche Strahlen in isotropen und anisotropen Materialien besprochen. Das mathematische Konzept Green'scher Funktionen dient sodann zur Berechnung von Prüfkopfschallfeldern und Streufeldern von Ungänzen. Breiter Raum wird abbildenden Ultraschallverfahren gegeben. Anschaulichkeit wird durch zahlreiche Wellenfeldsimulationen vermittelt. Zu den Autoren: Prof Dr. rer. nat. Karl-Jörg Langenberg lehrt seit 1983 Theoretische Elektrotechnik an der Universität Kassel. Priv.-Doz. Dr.-Ing. René Marklein, Oberingenieur im Fachgebiet Theorie der Elektrotechnik und Photonik, Universität Kassel; Berthold-Preisträger der DGZfP 1994. Dr.-Ing. Klaus Mayer, Akademischer Oberrat, Fachgebiet Theorie der Elektronik und der Photonik, Universität Kassel; Berthold-Preisträger der DGZfP 2008. (Langenberg, Karl-Jörg~Mayer, Klaus~Marklein, René)

Hochleistungslaserdioden stellen aufgrund ihrer herausragenden Eigenschaften wie Effizienz, Kompaktheit und Zuverlässigkeit eine Schlüsselkomponente in der Photonik des 21. Jahrhunderts dar. Durch eine spektrale Stabilisierung mit Volumenbeugungsgittern zur Reduktion von Linienbreite und thermischer Drift können sowohl hocheffiziente Pumpmodule für Faser- und Scheibenlaser als auch Diodenlaser-Systeme zum direkten Einsatz in der Materialbearbeitung realisiert werden. Die auftretenden Rückreflexe führen jedoch zu einer verringerten Leistungsschwelle für das Einsetzen der katastrophalen optischen Degradation (COD) der Laserdioden und limitieren damit die verfügbare Ausgangsleistung der einzelnen Emitter wie auch die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems. Eine Analyse der zugrunde liegenden physikalischen Mechanismen ist im Rahmen experimenteller Untersuchungen nur begrenzt möglich. Aus diesem Grund wird in der vorliegenden Arbeit ein multiphysikalisches Modell einer Hochleistungslaserdiode mit externer Kavität (ECDL) entwickelt, das durch eine selbstkonsistente Berechnung der elektrischen, optischen und thermischen Eigenschaften der Laserdiode eine Abbildung der katastrophalen Degradation erlaubt. Das Einsetzen vertikaler Leckströme wird dabei als ein entscheidender Beitrag zur positiven Rückkopplungsschleife identifiziert, die ausgehend von einer initialen Temperaturerhöhung schließlich zu einem lokalen Aufschmelzen und somit zur Zerstörung des Halbleiter-Chips führt. Das Modell wird durch eine experimentelle Studie zum Einfluss des Facettenüberhangs auf die COD-Schwelle quantitativ validiert. Mithilfe einer Analyse der Auswirkungen von Dejustagen im externen Resonator kann die starke Reduktion der COD-Schwelle spektral stabilisierter Laserdioden auf eine Absorption der rückgekoppelten Strahlung in den Metallschichten auf der p-Seite des Halbleiters zurückgeführt werden. Abschließend wird das Modell als digitaler Prototyp zur Entwicklung Rückreflex-resistenter Laserdioden genutzt. Für eine Kombination verschiedener Design-Ansätze wird eine Steigerung der COD-Schwelle in Bezug auf die Ausgangsleistung um 37 % gegenüber dem ursprünglichen System vorhergesagt. Durch die Verwendung eines externen Resonators mit beidseitig telezentrischer, abbildender Rückkopplung ohne Bildumkehr kann unabhängig von einer Dejustage der Kollimationslinse die Absorption in den Metallschichten und folglich der Rückreflex-induzierte COD in der Simulation vollständig vermieden werden. (Adams, Martin)

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Dohlus, Rainer: Photonik

Reider, Georg A.: Photonik

Dielektrische Werkstoffe der Elektronik und Photonik

Das wundersame Leuchten. Von der Fackel bis zur Photonik.