Neuartige monolithische InAlGaAsN-Vertikallaserdioden: langwellige Emission bei 1.3mm [1.3 my m], Monitordiodenintegration, Modellierung
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1.
EINLEITUNG
.
.
.
4
2.
OPTISCHER
RESONATOR
.
YY
7
2.1.
V
EREINFACHTE
S
CHWELLENBEDINGUNG
EINES
L
ASERS
.
7
2.2.
D
IFFERENTIALGLEICHUNGEN
FUER
OPTISCHE
R
ESONATOREN
.
8
2.3.
E
IGENLOESUNGEN
DES
R
ESONATORS
.
12
2.4.
F
ABRY
-P
EROT
E
RSATZRESONATOR
.
15
2.5.
S
TOERUNGENDES
S
TUFENPROFILS
.
18
A)
EMISSIONSWELLENLAENGEN
DER
TRANSVERSALMODEN.
EINFLUSS
VON
INDEXSTOERUNGEN
.
18
B)
AENDERUNG
DER
WELLENFIIHRUNG
DURCH
STOERUNGEN
DES
STUFENINDEX
.
19
2.6.
R
ATENGLEICHUNGEN
FUER
DAS
OPTISCHE
F
ELD
.
19
A)
POLARISATIONSAUFSPALTUNG
DURCH
MATERIALDOPPELBRECHUNG
.
21
B)
ZEITABHAENGIGKEIT
DES
.KALTEN
'
RESONATORS
E.IX.T),
CHIRPKOEFFIZIENTEN
AFFT)
.
22
C)
ANREGUNGS
UND
DAEMPFUNGSKOEFFIZIENTEN
PWBZW.
K*,.
.23
D)
POLARISAIIONSABHAENGIGE
MODENKOPPLUNG
.
24
E)
VERNACHLAESSIGUNG
DER
OPTISCHEN
MODENKOPPLUNG
.
29
3.
MONOLITHISCH
INTEGRIERTE
MONITORDIODE
.
31
3.1.
M
OTIVATION
UND
A
NFORDERUNGEN
.
31
3.2.
P
RINZIPIELLES
S
TRUKTURDESIGN
UND
H
ERSTELLUNG
.
33
3.3.
E
MPFINDLICHKEIT
FUER
STIMULIERTES
UND
SPONTANES
L
ICHT
.
35
A)
EMPFINDLICHKEIT
A
DC
,
GEGENUEBER
STIMULIERTER
EMISSION
.
35
B)
EMPFINDLICHKEIT
GEGENUEBER
SPONTANER
EMISSION
.
36
3.4.
S
PONTANE
E
MISSION
IN
M
ICROCAVITIES
,
V
ERSTAERKUNGSFAKTOR
.
37
4.
TEMPERATURUNEMPFINDLICHE
INTEGRIERTE
MONITORDIODE
_
44
4.1.
T
EMPERATURUNABHAENGIGE
E
MPFINDLICHKEIT
.
44
4.2.
D
ETEKTORSTRUKTUR
.
45
4.3.
E
XPERIMENTELLE
E
RGEBNISSE
.
45
A)
QUATERNAERER
QUANTENFILM
MIT
EYY
S
=E1H1
(MAXIMUM
DER
EXZITONENRESONANZ)
.
46
B)
TERNAERER
QUANTENFILM
MIT
E,
R
.S*ELLL
.
47
C)
TERNAERER
QUANTENFILM
MIT
EYY, E1L1
.
50
5.
VCSEL
FUER
13PM:
VORCHARAKTERISIERUNG
.
51
5.1.
W
ARUM
1.3
HM
?
.
51
5.2.
T
ECHNOLOGIEVERGLEICH
:
H
YBRID
ODER
MONOLITHISCH
?
.
52
5.3.
A
KTIVE
M
ATERIALEN
FUER
1.3
HM
E
MISSION
AUF
G
A
A
S
.
54
A)
IN(GA)AS
QUANTENPUNKTE
IN
(IN)GAAS-MATRIX
.
54
B)
STARK
VERSPANNTE
QUANTENFILME
(INGAAS/GAAS.
GAASSB/GAAS)
.
56
C)
IN.GA/.AS/.N/GAAS
-
QUANTENFILME
.
56
5.4.
E
XPERIMENTELLE
E
RGEBNISSE
ZU
I
N
G
A
A
S
N/G
A
A
S
Q
UANTENFILMEN
.
58
A)
WACHSTUMSBEDINGUNGEN,
BOWING-PARAMETER
.58
B)
TEMPEREFFEKTE.
.
59
5.5.
T
HERMISCHE
M
ODELLIERUNG
.
61
A)
MODELL
VON
WAERMELEITER
UND
WAERMEQUELLENSTRUKTUR
.
61
B)
THERMISCHER
WIDERSTAND
UND
THERMISCHE
LINSENWIRKUNG
.
64
C)
EINFLUSS
VON
GEOMETRIE
UND
WAERMESENKEN
.
65
D)
ZEITLICHE
ENTWICKLUNG
VON
TEMPERATURERHOEHUNG
UND
TEMPERATURPROFIL
.
66
6.
VCSEL
FUER
L-3FIM:
DESIGN,
HERSTELLUNG
UND
ERGEBNISSE
.68
6.1.
D
ESIGN
EINES
VCSEL
FUER
1
,3GM
E
MISSION
.
68
A)
SCHWELLENBEDINGUNG.
FUELLFAKTOR
.
69
B)
SPIEGELDIMENSIONIERUNG,
EINDRINGTIEFEN
.
70
C)
MINIMIERUNG
DER
UMLAUF
VERLUSTE
.
71
6.2.
D
IMENSIONIERUNG
DER
G
EOMETRIE
.
73
6.3.
H
ERSTELLUNG
/
T
ECHNOLOGIE
.
76
6.4.
S
TATISCHE
UND
THERMISCHE
E
INGENSCHAFTEN
.
77
6.5.
D
YNAMISCHE
E
IGENSCHAFTEN
.
80
7.
DYNAMISCHES
VERHALTEN
VON
VCSEL
-
STRUKTUREN
.
82
7.1.
M
ODELLIERUNG
DER
VCSEL
-
D
YNAMIK
.
82
A)
LADUNGSTRAEGERINJEKTION
.
82
B)
LECKSTROEME,
INJEKTIONSEFFIZIENZ
.
82
C)
LADUNGSTRAEGERTRANSPORT,
DIFFUSIONSZEIT.
.
83
D)
LADUNGSTRAEGEREMISSION
UND
LOKALER
LADUNGSTRAEGEREINFANG.
.
84
E)
VOLLSTAENDIGE
RATENGLEICHUNGEN
.
86
7.2.
A
NALYTISCHE
D
ISKUSSION
VON
S
TROM
-
UND
V
ERLUSTMODULATION
.
88
A)
KLEINSIGNALNAEHERUNG
FUER
STROM
UND
VERLUSTMODULATION
.
88
B)
GROSSSIGNALAMPLITUDENMODULATION
VON
STROM
UND
VERLUSTEN
.
95
7.3.
N
UMERISCHE
S
IMULATION
VON
S
TROM
-
UND
V
ERLUSTMODULATION
.
99
A)
EINSCHALTVERHALTEN
VON
MULTIMODE-VCSEL
.
99
B)
MODENFLUKTUATIONEN
BEI
DIREKT
UND
VERLUSTMODULATION
.
101
C)
MODENSELEKTION
DURCH
LATERALE
VERLUSTPROFILE
.
102
D)
TDM-MULTIPLEXING
MIT
GUETEGESCHALTETEN
VCSEL-ARRAYS
.107
8.
MODELLIERUNG
ELEKTRISCHER
VCSEL-EIGENSCHAFTEN
.
109
8.1.
L
ATERALE
S
TROMZUFUEHRUNG
.
109
8.2.
D
IODENKENNLINIEN
,
I
DEALITAETSFAKTOR
OHNE
Q
UANTENFILME
.
110
8.3.
I
NTRINSISCHE
L
ASERIMPEDANZ
.
112
8.4.
H
OMOGENITAET
DER
S
TROMINJEKTION
.
117
8.5.
S
TROMAUFWEITUNG
ZWISCHEN
S
TROMAPERTUR
UND
AKTIVER
Z
ONE
.
120
8.6.
VCSEL-E
RSATZSCHALTBILD
MIT
D
OPPELBLENDE
.
124
8.7.
E
LEKTRISCHES
UE
BERSPRECHEN
IN
INTEGRIERT
EN
B
AUELEMENTEN
.
129
9.
INTEGRATION
VON
ABSORPTIONSMODULATOREN
.
132
9.1.
V
OR
-
UND
N
ACHTEILE
VON
BEKANNTEN
M
ODULATIONSPRINZIPIEN
.
132
A)
WARUM
EIN
MODULATOR?
.
132
B)
ELEKTROABSORPTIONSMODULATOREN
EAM,
QUANTUM-CONFINED
STARK-EFFEKT
QCSE
.
133
C)
MODULATOREN
MIT
LADUNGSTRAEGEREINFUELLUNG
.
134
D)
UNIPOLARE
QUANTENRESERVOIR-MODULATOREN:
BRAQWETS
.
135
9.2.
B
IPOLARER
Q
UANTENRESERVOIR
-M
ODUL
ATOR
,BIPQREAM
'
.
136
A)
STRUKTUR
UND
FUNKTIONSPRINZIP
VON
BIPQREAMS
.
136
B)
MODULATORDESIGN,
ABSCHAETZUNG
DER
MODULATORGESCHWINDIGKEIT
.
137
9.3.
E
RSTER
850
NM
VCSEL
MIT
INTEGRIERTEM
P
LASMAMODULATOR
.
139
10.
ZUSAMMENFASSUNG
UND
AUSBLICK
.
142
ANHAENGE
.
144
A
NHANG
A:
R
EFLEXION
AN
PERIODISCHEN
S
TRUKTUREN
.
144
A
NHANG
B:
D
ISKUSSION
DER
T
RANSVERSALMODEN
.
148
B.L.
SYSTEMATIK
UND
DISKUSSION
DER
MODEN
EINER
STUFENPROFILFASER
.
148
B.2.
NAEHERUNGSFORMELN
FUER
DIE
LOESUNGEN
DER
DISPERSIONSRELATION
.
149
A
NHANG
C:
G
EWINNFUNKTION
FUER
850
NM
VCSEL
.
151
A
NHANG
D:
N
AEHERUNG
DER
R
ATENGLEICHUNGEN
,
CW
-
E
IGENSCHAFTEN
.
153
D.L.
TRANSFORMATION
DER
PARTIELLEN
DIFFERENTIALGLEICHUNGEN
IN
GEWOEHNLICHE
DGLS
.
153
D.2.
CW-CHARAKTERISTIK.
.
156
A
NHANG
E:
I
NFLUENZIERTE
S
TROEME
DURCH
P
LASMAKONVEKTION
.
160
FORMELVERZEICHNIS
.
163
LITERATURVERZEICHNIS
.
167
VORVEREROEFFENTLICHUNGEN
.
180
DANKSAGUNG
.
181
CURRICULUM
VITAE
.
182 |
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