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18 Elektronik 0 1-02 2024 Messund Prüftechnik einen breiten Bereich den Betrieb bei Raumtemperatur und das Potenzial ausgereifte Technologien die für die Glasfaserkommunikation entwickelt wurden wiederzuverwenden Der Leistungsbereich wird erweitert wenn auch mit Einschränkungen bei der Effizienz Die Erzeugung von phasenkohärenter Strahlung in einem Laser ist ein etabliertes Verfahren und hat zu Anwendungen geführt die optische Kommunikation mit Glasfasertechnologie kombinieren Entscheidend für den Erfolg ist die direkte Umwandlung von elektrischem Strom in kohärentes Licht Für die Optoelektronik sind die III-V-Halbleitermaterialien mit direkter Bandlücke – GaAs und GaN – am wichtigsten Interband-Diodenlaser sind kostengünstig und effizient bei der Erzeugung von Photonen vom Ultraviolettbereich über das sichtbare Licht bis in den IR-Bereich THz-Photonen haben jedoch Energien die 100-bis 1000-mal kleiner sind als bei Photonen des sichtbaren Lichts und Materialien mit einer derart kleinen Bandlücke und Besetzungsinversion existieren nicht Um diese Herausforderungen zu bewältigen wird die Laseremission in einem QCL durch Intersubband-Übergänge innerhalb eines periodischen Stapels von Halbleiter-Multi-Quantentopf-Heterostrukturen erzielt wie Bild 7 zeigt Die Tiefen der Quantentöpfe können durch Steuerung der Schichtdicken während des Herstellungsprozesses angepasst werden Somit hängt die Wellenlänge des Laserübergangs von der physikalischen Struktur des Bauelements ab Mithilfe des sogenannten »Elektronenwellenfunktions-Engineerings« gelingt die Erzeugung von nieder energetischen THz-Photonen für die herkömmliche Interband-Diodenlaser ungeeignet sind Ein einzelnes Elektron kann mehrere Photonen generieren was diesen Prozess äußerst effizient macht Das Tunneln von einem Quantentopf zum nächsten ist der Ursprung des Begriffs »Quantenkaskade« Licht wird emittiert wenn Elektronen durch mehrere Quantentöpfe »kaskadieren« die ein Übergitter bilden Der erfolgreiche Einsatz eines QCL für THz-Frequenzen wurde erstmals 2002 demonstriert [4] QCLs haben bei der Frequenzabdeckung Leistungsabgabe und Betriebstemperatur rasche Fortschritte erzielt Durch sorgfältige Auslegung der Quantentöpfe wurde die Laseremission bei Wellenlängen von 2 75 μm 109 THz bis 161 μm 1 9 THz erreicht Vorrichtungen für längere Wellenlängen benötigen zwar weiterhin kryogene Kühlung aber der Betrieb bei Raumtemperatur wurde bis mindestens 16 μm realisiert Ein Ansatz der langwellige THz-QCL-Quellen mit intrakavitärer nichtlinearer Frequenzmischung nutzt hat sogar die Erzeugung von Frequenzen unterhalb von 1 THz ermöglicht Ein Meilenstein zur Entwicklung eines bei Raumtemperatur betreibbaren THz-Quantenkaskadenlasers wurde Bild 9 Beispiele für die Datenübertragung um 300 GHz im Labor links [55] und bei einem Freiluftversuch rechts Im Hafen von Dünkirchen wurde eine 300-GHz-Verbindung zur Live-HD-Videoübertragung über eine Entfernung von 850 m hergestellt Eine sehr genaue Ausrichtung ist hierbei entscheidend Bild mit freundlicher Genehmigung von Prof G Ducournau IEMN CNRS-Université de Lille Stimmen Sie für uns ab www elektronik de PdJ24