08 Aug. Photonenpaare direkt aus dem Laser
Photonenpaarquellen sind für Anwendungen, die Quantenphänomene nutzen (zum Beispiel quantenverschlüsselte Kommunikation), von entscheidender Bedeutung. Um die etablierte Infrastruktur zu nutzen, müssen sie mit Standard-Telekommunikationswellenlängen arbeiten. Forschende am Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) in Berlin haben eine elektrisch angesteuerte Laserquelle entwickelt, die Photonenpaare erzeugt. Der Laser basiert auf einer wellenlängenstabilisierten Bragg-Reflexions-Wellenleiter-Rippenwellenleiter-Struktur (BRW-RW). Der Laser ist nach Angaben der Forschenden in der Lage, Laserlicht eines vertikalen Wellenleitermodus hoher Ordnung durch parametrische Fluoreszenz in Photonenpaare zweier Grundmoden mit doppelter Wellenlänge umzuwandeln.
Da parametrische Fluoreszenz ein sehr frequenzempfindlicher Prozess ist, sind herkömmliche Fabry-Pérot-Laser (FP-Laser) aufgrund ihrer mangelnden Wellenlängenstabilisierung ungeeignet. Um dies zu beheben, hat das Team ein verteiltes Bragg-Reflektor-Oberflächengitter (DBR) in einen Teil des Lasers integriert. Dieses Gitter stabilisiert die Laserwellenlänge, indem es eine hohe Modenreflektivität für technologisch realisierbare Ätztiefen bietet. Da die Wellenlänge durch die Bragg-Bedingung bestimmt wird, kann sie durch Variieren der Gitterperiode in Richtung des Betriebspunkts der parametrischen Fluoreszenz abgestimmt werden.
CW-Leistungs-Strom-Verhalten eines FP-BRW-RW- Lasers ohne Bragg-Reflektor-Oberflächengitter (orange) und des DBR-BRW-RW-Lasers (blau). Die Laser sind 4 mm lang. Bild: FBH
Das Forschungsteam konnte zeigen, dass die Wellenlänge des DBR-BRW-RW-Lasers stabilisiert ist, während ein frei laufender FP-BRW-RW-Laser einen Multimode-Betrieb und Modensprünge aufwies. Damit wurde gezeigt, dass die Einführung eines DBR-Oberflächengitters zu einer wellenlängenstabilisierten Laseremission in Bragg-Reflexionswellenleitern führt. Dies ermöglicht die Abstimmung der Laserwellenlänge für eine optimierte Photonenpaar-Erzeugung.
Die optischen Spektren beider Lasertypen. Bild: FBH
Diese Arbeit wird vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) unter der Fördernummer 16KIS1768 (Projekt VOMBAT) unterstützt.
Originalveröffentlichung
[T. Tenzler, J. Koester, H. Wenzel; Theoretical study of Bragg reflection waveguide laser structures with surface gratings for spontaneous parametric down conversion. Physica Scripta 100(5), 055105 (2025)]
Quelle und Bild: www.fbh-berlin.de