Quantenlasertechnologie setzt Signale
Neue photonische Ansätze zur Erzeugung von Ultrahochfrequenzsignalen standen im Mittelpunkt des EU-finanzierten Projekts NINFA (Nanostructure injected lasers for ultra-high frequency applications). Im Vergleich zu herkömmlichen Techniken, die auf elektronische Schaltungen beruhen, bieten diese reduzierte Kosten und Komplexität, Frequenzabstimmbarkeit und einen geringeren Energieverbrauch. Es wurden verschiedene Techniken unter Verwendung von Halbleiter-Lasern zur Erzeugung von Ultrahochfrequenz-Signalen entwickelt. Unter anderem kann Modenverkopplung Mikrowellen- und Millimeterwellen-Signale mit geringem Rauschen erzeugen. Noch wird die erzeugte Signalfrequenz durch den Frequenzabstand des Laser-Längsmodus bestimmt. Die Technik, die die Erzeugung der abstimmbaren Signale ermöglicht, ist die optische Injektion. Bisher erwogen die Forscher die Verwendung von herkömmlichen Quantentroglasern, um Mikrowellen, Millimeterwellen und THz-Signale zu erzeugen. Das NINFA-Projektteam untersuchte die Verwendung von Nanostruktur-Laser, die mit fortgeschrittenen Quantenstrich und Quantenpunkt-aktiven Gebieten gebaut sind. Diese Geräte zogen Aufmerksamkeit aufgrund ihrer überlegenen Eigenschaften wie einer reduzierten Temperaturabhängigkeit auf sich. Die NINFA-Forscher untersuchten Quantenstrich- und Quantenpunkt-Laser im Detail bei zwei Wellenlängen, die für Telekommunikationsanwendungen relevant sind, nämlich 1310 nm und 1550 nm. Dank der bahnbrechenden experimentellen Arbeit, waren sie in der Lage, umfassende Stabilitätskarten zu erzeugen, die ihr nichtlineares Verhalten beschreiben. Die Aufklärung dieser Verhaltensweisen bestätigte, dass sich die optische Injektion für die Erzeugung abstimmbarer Ultrahochfrequenz-Signale eignet. Das NINFA-Team entwickelte zum ersten Mal ein Mikrowellensignalerzeugungssystem auf der Basis eines Quantenpunktlasers. Dieses System gestattet es, Frequenzen von unterhalb 1 Gigahertz (GHz) bis über 40 GHz abzustimmen und es ist mit faseroptischen Telekommunikationstechnologien kompatibel. Zusätzliche Forschungsarbeiten führten zur Erzeugung abstimmbarer Signale mit Frequenzen im Bereich von 119 bis 954 GHz. Diese Verfügbarkeit eines größeren Frequenzbereichs durch Nanostrukturlaser beleuchtet deren Potenzial für Anwendungen in der Bildgebung, der Spektroskopie und in der Sicherheit. Quantenlasertechnologie birgt ein großes Versprechen für überlegene Leistung und das NINFA Projekt hat den Weg für spannende neue Anwendungen geebnet.
Schlüsselbegriffe
Laseroszillator, Ultrahochfrequenz, Halbleiter-, optische Injektion, Nanostruktur, Quantenpunkt
