Supersymmetrische Nitrid-basierte Halbleiterlaser

• Antragsteller: Professor Dr. Ulrich Theodor Schwarz
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 524962704

Kanten-emittierende Laserdioden emittieren auf der lateralen Grundmode, wenn der Wellenleiter schmal genug und/oder flach genug geätzt ist. Die dadurch begrenzte Fläche des aktivene Bereichs resultiert in nur moderaten Ausgangsleistungen. Zusätzlich führt die geringe Fläche zu einer hohen thermischen Leistungsdichte und begrenzten Wärmeleitung. Im vorliegenden Antrag wenden wir den Ansatz der Supersymmetrie (SUSY) auf Gruppe-III-Nitrid basierende Laserdioden an, um deren optische Ausgangsleistung in der Grundmode zu steigern. Der SUSY Ansatz erlaubt es, die Breite des Wellenleiters einer Laserdiode zu vergrößern und dabei gleichzeitig Lasen auf der fundamentalen Mode zu erhalten. Damit kann prinzipiell eine Laser-Emission hoher optischer Leistung bei gleichzeitig hoher Strahlqualität in einer elektrisch getriebenen Laserdiode erreicht werden. Das Projekt vereinigt drei Hauptziele. Zunächst sollen Laserdioden nach dem SUSY-Prinzip entworfen und realisiert werden, erstens im gepulsten und zweitens im Dauerstrich (cw) Betrieb. Dazu werden jeweils unterschiedlich Auslegungen der SUSY-Laser untersucht. Drittens werden die SUSY-Laserdioden experimentell charakterisiert, mit dem Ziel eines physikalischen Verständnisses eines stabilen Betriebs auf der Grundmode. Diese neuartige, elektrisch getriebene Laser-Konfiguration, die bisher weder experimentell noch theoretisch untersucht worden ist, ist ein faszinierendes Beispiel nicht-Hermitischer Physik. Sie verspricht große Fortschritte bei der Steigerung der Eigenschaften von Laserdioden nicht nur in der im Antrag betrachteten Konfiguration, sondern auch für andere planare Halbleiter-Laser unterschiedlicher Material-Kombinationen. Das schließt Interband-Kaskaden- und (Intraband) Quanten-Kaskaden-Laser, vertikale Oberflächen-emittierende Laser (VCSEL) und Faser-Laser ein. Deshalb soll im geplanten Projekt über die Weiterentwicklung von Kantenemittern der Gruppe-III-Nitride auch ein grundlegendes Verständnis der physikalischen Phänomene von Supersymmetrie in Bezug auf singuläre Punkte und Brechung der Patritäts-Zeit-Symmetrie für Laser entwickelt werden, als Schlüssel zum Verständnis der Wirkprinzipien von supersymmetrischen Lasern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Polen
• Kooperationspartner: Professor Dr.-Ing. Tomasz Grzegorz Czyszanowski