Erbiumdotierte Fluoridglaswellenleiter (eBook)

Fluoridglas eignet sich aufgrund seiner hohen Transparenz vom ultravioletten bis zum nahinfraroten Spektralbereich sowie der geringen Phononenenergien außerordentlich gut für Anwendungen im sichtbaren Spektralbereich. Als Wirtsmaterial kann es große Mengen an Seltenerdionen als Dotierung aufnehmen. Erbiumdotiertes ZBLAN zeigt bei Anregung mit Wellenlängen von 970 – 980 nm starke grüne Fluoreszenz, welche durch die schrittweise Absorption von zwei Photonen in einem Aufwärtskonversionsprozess in den langlebigen angeregten Zustand 4S3/2 erfolgt. Die genaue Analyse der thermischen Eigenschaften vom Fluoridglas ZBLAN und weiteren Gläsern, welche entweder einen gewissen Bleianteil oder einen Hafniumanteil aufweisen, gibt Aufschluss über Glasstabilität, Wärmeausdehnung und charakteristische Temperaturen. Die Refraktometrie und Ellipsometrie zeigen, in welchem Maße der Brechungsindex durch Blei- und Hafniumanteile variiert werden kann. Diese Informationen sind nicht zuletzt hilfreich für die Wahl eines passenden Substratmaterials, welche auf CaF2 fiel. Das modifizierte Spin-Coating-Verfahren hat sich als eine erfolgreiche Methode erwiesen, um dämpfungsarme Glasfilme mit sehr glatter Oberfläche aus Fluoridglas herzustellen. Die Glasfilme können mit beliebigen Seltenerdionen in unterschiedlichen Konzentrationen dotiert werden. Dabei sind die Fluoreszenzspektren von erbiumdotierten Glasstücken und Filmen im grünen Spektralbereich vergleichbar. Mit Fotolithografie und anschließendem nasschemischen Ätzprozess gelingt die Strukturierung der Filme zu Streifenwellenleitern. Anhand von Mikroskopaufnahmen IR-gepumpter und fluoreszierender Streifenwellenleiter sind keine Streuverluste an den strukturierten Kanten sichtbar, so dass die durch das Ätzen zusätzlich eingebrachten Verluste gering sind. Die hergestellten erbiumdotierten Streifenwellenleiter aus Fluoridglas besitzen Querschnitte zwischen 40 x 40 µm2 und 40 x 230 µm2 und zeigen Wellenführung. In einer Simulation wurde gezeigt, dass ein IR-gepumpter, effizienter grüner Wellenleiterlaser realisierbar ist, jedoch hohe Pumpleistungen benötigt, um die Laserschwelle zu erreichen. Die Kombination mehrerer Ansätze sollte jedoch zum Erfolg führen: Zum einen kann eine Kodotierung mit Ytterbium die Pumpabsorption verbessern. Desweiteren führt ein kleinerer Wellenleiterquerschnitt bei guter Fokussierung und Einkopplung des Pumplasers in den Wellenleiter zu höheren Intensitäten im Resonator. Kleinere Wellenleiterquerschnitte werden durch dünnere Schichten erreicht, welche ihrerseits durch das Aufbringen einer Deckschicht aus Fluoridglas erzielt werden. Optische und thermische Eigenschaften von erbiumdotiertem ZBLAN in Kombination mit weiter optimierten Methoden zur Herstellung von verlustarmenWellenleitern werden in absehbarer Zukunft zur Realisierung einer kompakten grünen Laserquelle führen.