Eintrag in der Universitätsbibliographie der TU Chemnitz
Volltext zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa2-823278
Kuhn, Eduard
Thränhardt, Angela (Prof. Dr.) ; Schwarz, Ulrich T. (Prof. Dr.) (Gutachter)
Simulation der Modendynamik von Fabry-Pérot-Laserdioden unter Berücksichtigung mikroskopischer Effekte
Simulation of the Mode Dynamics in Fabry-Pérot Laser Diodes Considering Microscopic Effects
Kurzfassung in deutsch
In dieser Dissertation werden verschiedene Methoden zur Simulation der Dynamik der optischen Moden einer Fabry-Pérot-Laserdiode diskutiert. Experimentell lässt sich hierbei der Effekt des Modenrollens oder Modenhüpfens beobachten. Hier sind zu einem gegebenem Zeitpunkt nur ein oder zwei longitudinale Moden aktiv, dabei wechseln sich die Moden in einem bestimmten Wellenlängenbereich ab. Eine Erklärung für diesen Effekt sind Vibrationen der Ladungsträgerdichten in den aktiven Schichten bzw. den Quantenfilmen. So werden in der ersten betrachteten Methode die Ladungsträgerdichten bzw. die Besetzungsfunktionen zunächst als ortsabhängig betrachtet, um die Ladungsträger-Vibrationen direkt zu bestimmen. Bei diesemVorgehen wird eine hohe Rechenzeit benötigt, welche bei einer anderen Methode mithilfe eines effektiven Modenwechselwirkungsterms allerdings erheblich reduziert wird. Im ersten Teil dieser Arbeit wird gezeigt, dass diese beiden Methoden sehr ähnliche Ergebnisse liefern, außerdem wird der effektive Modenwechselwirkungsterm unter Berücksichtigung verschiedener Streuprozesse hergeleitet. Bei Strukturen mit mehreren Quantenfilmen oder größeren Stegbreiten spielt der Transport der Ladungsträger von den Kontakten zu den Quantenfilmen eine große Rolle, welcher in dieser Arbeit mithilfe der Drift-Diffusions-Gleichungen untersucht wird. Abschließend wird die Modendynamik mithilfe des Traveling-Wave-Modells simuliert. Im Gegensatz zu den bisher in dieser Arbeit verwendeten Methoden wird das optische Feld hierbei nicht mehr in die einzelnen Moden aufgeschlüsselt, sondern es wird partielle Differentialgleichung gelöst.
Kurzfassung in englisch
In this thesis different methods for the simulation of the mode dynamics in Fabry-Pérot laser diodes are discussed. These laser diodes show the effect of mode rolling, where the currently active longitudinal mode changes over time. This effect can be observed experimentally and can be explained by beating vibrations ofthe carrier densities in the quantum wells. In the first method used in this work the location dependence of the carrier densities and the distribution functions is considered. This procedure requires a lot of computing time, which is significantly reduced in another method using an effective mode interaction term. In the
first part of this thesis it is shown that these two methods give very similar results, and the effective mode interaction term is derived taking into account various scattering processes. For structures with multiple quantum wells or broad ridge widths the transport of the charge carriers from the contacts to the quantum
wells is important, which is examined in this work using the Drift-diffusion equations. Finally, the mode dynamics is simulated using the traveling wave model. In contrast to the methods used so far in this work the optical field is no longer broken down into the individual modes, instead a partial differential equation is solved.
| Universität: | Technische Universität Chemnitz | |
| Institut: | Professur Experimentelle Sensorik | |
| Fakultät: | Fakultät für Naturwissenschaften | |
| Dokumentart: | Dissertation | |
| Betreuer: | Thränhardt, Angela (Prof. Dr.) | |
| URL/URN: | https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa2-823278 | |
| SWD-Schlagwörter: | Laserdiode , Halbleiterlaser , Halbleiterdiode , Galliumnitrid , Kantenemittierender Halbleiterlaser , Quantenwell-Laser , Festkörperphysik | |
| Freie Schlagwörter (Deutsch): | Galliumnitrid , Laserdiode , Halbleiterlaser , Kantenemittierender Halbleiterlaser , Quantenwell-Laser , Modendynamik , Modenwettbewerb , Halbleiter-Bloch-Gleichungen , Festkörperphysik | |
| Freie Schlagwörter (Englisch): | gallium nitride , laser diode , semiconductor laser , edge-emitting semiconductor laser , quantum well laser , mode dynamics , mode competition , semiconductor Bloch equations , solid state physics | |
| DDC-Sachgruppe: | Licht, Infrarot- und Ultraviolettphänomene | |
| Sprache: | deutsch | |
| Tag der mündlichen Prüfung | 02.11.2022 | |
| OA-Lizenz | CC BY-NC-ND 4.0 |
