Entwicklung aktiv gütegeschalteter Halbleiterlaser für LiDAR-Systeme des autonomen Fahrzeugs

Durch die Steigerung der Pulsenergie und -leistung von kostengünstigen Diodenlasern mit einer Pulslänge, die deutlich kleiner ist als eine Nanosekunde, wird eine Verbesserung der Reichweite und Tiefenauflösung von LiDAR-Sensoren für das automatisierte Fahren ermöglicht. Diese Fortschritte eröffnen auch in anderen Anwendungsbereichen wie Lasertomographie, dreidimensionaler Bildgebung und Spektroskopie signifikante Vorteile.

Die vorliegende Arbeit untersucht ein neuartiges Konzept von aktiv gütegeschalteten zweisektionalen Halbleiterlasern, um hohe Injektionsströme zu erreichen und somit die Pulsparameter zu steigern. Im Rahmen dieser Untersuchung werden durch Simulationen die geometrischen Parameter analysiert und eine innovative vertikale Schichtstruktur entwickelt. Dabei wird ein dynamischer Antiguiding-Effekt durch die gezielte Steuerung des optischen Füllfaktors genutzt, um die Pulsenergie zu erhöhen und gleichzeitig die Pulsdauer zu verringern, was wiederum die optische Spitzenleistung verbessert.

Erste Experimente ergeben Pulsleistungen von 56 W und Pulsenergien von 15 nJ bei einer Pulslänge von 250 ps. Es wird gezeigt, dass ein großes Potenzial besteht, diese Werte weiter zu erhöhen. Die untersuchten Breitstreifenlaser basieren auf AlGaAs mit einer GaAs/InGaAs-aktiven Zone und einer Wellenlänge kleiner als 900 nm.