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Halbleiterlaser sendet Laserlicht über einen großen Wellenlängenbereich aus

Astronomie|Physik Technik|Digitales

Halbleiterlaser sendet Laserlicht über einen großen Wellenlängenbereich aus
Ein Forscherteam der Bell Laboratorien des amerikanischen Telekommunikationskonzerns Lucent Technologies hat erstmals einen Halbleiterlaser entwickelt, der kontinuierlich Laserlicht über einen weiten Frequenzbereich aussendet. Der nur wenige Mikrometer große Laser besteht aus 36 Halbleiterschichten mit unterschiedlichen Bandlücken. In diesen Schichten angeregte Elektronen können beim Tunneln eines Elektrons durch die Schichtanordnung ihre Energie in Form von Licht unterschiedlicher Wellenlängen abgeben. Die Wissenschaftler stellen den für viele Anwendungen geeigneten Laser in dem britischen Fachblatt Nature (Band 415, Seite 883) vor.

Die Halbleiterschichten des von dem Team um Claire Gmachl entwickelten Lasers bestehen aus optisch aktiven Filmen aus Indium-Gallium-Arsenid, die durch Aluminium-Indium-Arsenid Schichten getrennt sind. Die optisch aktiven Schichten weisen eine kleinere Bandlücke als die Trennschichten auf und können daher Elektronen einfangen ? man spricht von sogenannten Quantenvertiefungen. Derartig eingefangene Elektronen können in diesen Quantenvertiefungen (?quantum wells?) auf höhere Energieniveaus angeregt werden.

Tunnelt nun ein Elektron durch eine derartig angeregte Quantenvertiefung, so kann das angeregte Elektron durch die Aussendung eines Photons (eines Lichtquantums) in den Grundzustand zurückkehren. Eine genaue Kontrolle der Rahmenbedingungen ermöglicht so die Aussendung von kohärentem Licht einer bestimmten, durch die Größe der Bandlücke festgelegten Frequenz ? die Quantenvertiefung wirkt als ein Halbleiterlaser.

Die Forscher der Bell-Laboratorien veränderten nun die Bandlücken der Indium-Gallium-Arsenid-Quantenvertiefungen, so dass jede einzelne Schicht Licht eines anderen Frequenzbereiches aussendet. Auf diese Weise gelang ihnen die Herstellung eines Breitband-Halbleiterlasers, der Laserlicht mit Wellenlängen zwischen 5 und 8 Mikrometern aussendet. Diese Wellenlängen liegen im infraroten Bereich des Spektrums.

Das nächste Ziel dieser Forschergruppe ist die Herstellung eines Breitbandlasers im optischen Bereich und im Bereich der für die Telekommunikation benutzten Wellenlänge von 1.3 Mikrometern. Die Kompaktheit des hier vorgestellten Breitbandlasers prädestiniert diesen für den Einsatz auf optischen Chips und sichert diesem Lasertyp so eine prominente Position bei der Entwicklung integrierter optischer Schaltkreise.

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