Title: Second harmonic generation in mid-infrared quantum cascade lasers with surface gratings
Language: English
Authors: Detz, Hermann
Qualification level: Diploma
Keywords: QCL; Quantenkaskaden-Laser; Frequenzverdoppelung; SHG; GaAs; nichtlinear
QCL; quantum cascade laser; frequency doubling; second harmonic generation; SHG; GaAs; nonlinear
Advisor: Strasser, Gottfried 
Issue Date: 2007
Number of Pages: 86
Qualification level: Diploma
Abstract: 
Since their first demonstration in 1994 quantum cascade lasers (QCLs) represent a permanently growing field of research. Now in 2007 these devices are already available commercially. In contrast to conventional laser diodes QCLs are unipolar devices which rely on light emission caused by intraband transitions of electrons. The subband states and therefore the emission wavelength of the device can be engineered within a wide range by varying the thickness of layers in a semiconductor heterostructure. Fields of application are the generation of light in the mid- and far-infrared domain, the later one also known as the terahertz region (THz). This corresponds to wavelengths of several µm to several 100 µm.
Nonlinear effects, such as second harmonic generation (SHG) allow to access a wider range of wavelengths. These effects are an interesting way to study nonlinear behavior in materials. This work summarizes an approach to improve the efficiency of SHG in gallium-arsenide/aluminium-galliumarsenide (GaAs/AlxGa1-xAs) based QCLs by the use of phase-match gratings, etched in the waveguide. Grating periods from 22 µm to 30 µm were realized and characterized. Although no clear relation between grating period and nonlinear behavior could be found, conversion efficiencies of up to 46.1 µW/W2 have been measured.

Seit der ersten Realisierung im Jahre 1994 stellen Quantenkaskaden-Laser (QCLs) ein ständig wachsendes Forschungsgebiet dar. Heute im Jahr 2007 sind sie bereits kommerziell erh¨altlich. Im Gegensatz zu herkömmlichen Laserdioden handelt es sich um unipolare Bauelemente, welche auf der Lichterzeugung in Folge Intrabandübergängen von Elektronen basieren. Die Subband- Zustände und damit die emittierte Wellenlänge können durch variieren der Schichtdicken in Halbleiterheterostrukturen eingestellt werden.
Anwendungsgebiete sind die Lichterzeugung im mittleren und fernen Infrarot, wobei letzterer auch oft als Terahertz Bereich (THz) bezeichnet wird. Das entspricht Wellenlängen im Bereich von einigen mym bis zu einigen 100 mym.
Nichtlineare Effekte, wie die Frequenzverdoppelung (SHG) erlauben das Einstellen der Wellenlänge in einem grösseren Bereich. Des weiteren stellen sie eine Möglichkeit dar, nichtlineares Verhalten von Materie zu untersuchen.
Diese Arbeit beschreibt einen Versuch, die Effizienz der Frequenzverdoppelung in Gallium-Arsenid/Aluminium-Gallium-Arsenid (GaAs/AlxGa1-xAs) basierten QCLs durch Phasenanpassungsgitter, welche in den Wellenleiter geätzt wurden, zu erhöhen. Es wurden Gitterperioden zwischen 22 mym und 30 mym realisiert und charakterisiert. Obwohl kein eindeutiger Zusammenhang zwischen Gitterperiode und nichtlinearem Verhalten gefunden werden konnte, wurden Konversionseffizienzen von bis zu 46.1 myW/W2 gemessen.
URI: https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-18101
http://hdl.handle.net/20.500.12708/14013
Library ID: AC05035621
Organisation: E362 - Institut für Festkörperelektronik 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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