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Leistungsoptimierung von GaSb-basierten Interbandkaskadenlasern / Performance Enhancement of GaSb-based Interband Cascade Lasers

Nauschütz, Josephine January 2025 (has links) (PDF)
In dieser Arbeit wird der Fortschritt bei der Leistungsoptimierung von GaSb-basierten Interbandkaskadenlasern (ICLs) unter Verwendung dreier Ansätze untersucht: der Variation des aktiven Bereichs, der Leistungsoptimierung der Wellenleiterstruktur und der Steigerung der Ausgangsleistung durch das Chipdesign. Es konnte gezeigt werden, dass durch die Reduktion der Intersubband-Absorption, die Ausbalancierung der Ladungsträgerdichte im aktiven Bereich sowie durch thermische und optische Optimierungen der Wellenleiterstruktur der Dauerstrichbetrieb bei Raumtemperatur für GaSb-basierte ICLs mit einer Emissionswellenlänge von 6,1 μm realisiert werden kann. Diese Betriebsweise vereinfacht die Integration in mobile Sensorsysteme. Zudem ist der Zusammenhang zwischen der Intersubband-Absorption und der Dicke des Lochquantenfilms im aktiven Bereich nicht auf eine Emissionswellenlänge von 6 μm beschränkt, was das Potenzial bietet, die Emission von GaSb-basierten ICLs auf höhere Wellenlängen auszudehnen. Diese Erweiterung der Emissionswellenlängen eröffnet neue Möglichkeiten für kompakte und mobile Sensoren, die auch die Detektion von weiteren Analyten, wie etwa NO2 bei 6,25 μm, ermöglichen könnten. / This work explores advancements in power optimization for GaSb-based interband cascade lasers (ICLs) through three main approaches: modifying the active region, optimizing the waveguide structure, and enhancing output power via chip design. It is demonstrated that continuous-wave operation at room temperature for GaSb-based ICLs with an emission wavelength of 6.1 μm can be achieved by minimizing intersubband absorption, balancing carrier density within the active region, and thermally and optically optimizing the waveguide structure. The continuous-wave operation at room temperature facilitates the integration of ICLs into mobile sensor systems. Furthermore, the relationship between intersubband absorption and the thickness of the hole quantum well in the active region extends the emission wavelength of ICLs beyond the 6 μm and offers potential for shifting the emission of GaSb-based ICLs to even higher wavelengths. This broadened wavelength range opens up new opportunities for compact, mobile sensors, potentially enabling the detection of additional analytes.

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