Halbleiterlaser: unter Verwendung Fourier-optischer Methoden

Cover......Page 1
Halbleiterlaser......Page 4
ISBN 9783834817211......Page 5
Vorwort und Danksagung......Page 7
Inhaltsverzeichnis......Page 10
Teil I.\rFOURIER-OPTIK......Page 14
1.1. Hintergrund und Motivation, Huygenssches Prinzip und Fourier-Zerlegung......Page 16
1.2. Darstellung realer Wellen......Page 19
1.3.1. Maxwellsche Gleichungen und Wellengleichung......Page 20
1.3.2. Fresnelsche Formeln......Page 22
1.4. Gaußsche Strahlenbündel/Wellen......Page 32
2.1. Von der skalaren zur vektoriellen Theorie, Helmholtz-Gleichung......Page 36
2.2. Greensches Theorem, Helmholtz-Kirchho.-Integraltheorem......Page 38
2.3. Sommerfeldsche Strahlungsbedingung......Page 40
2.4. Fresnel-Kirchhoffsche Beugungsgleichung......Page 42
2.5. Feldverteilung im Fernfeld......Page 44
3.1. Vorbemerkungen, Fern- und Nahfeld......Page 50
3.2. Beugung am Spalt und an anderen Hindernissen......Page 51
3.3. Beugungsscheibchen, Beugungsbegrenzheit......Page 55
3.5. Kohärenz, Kontrast, partiell kohärentes Licht......Page 57
3.6.1. Einordnung der Möglichkeiten nach Beleuchtungs-/Detektionsort......Page 63
3.6.2. Plasmonen-Sensorik......Page 66
4.1.2. Wiener-Khinchin-Theorem......Page 68
4.1.3. FTIR-Spektrometer......Page 69
4.2.1. Gleichungen......Page 70
4.2.2. Eigenschaften der 2D-Fourier-Transformation, wichtige Operationen......Page 71
4.2.3. Einige Beispiele für 2D-Fourier-Transformierte......Page 73
4.3.1. Gleichungen......Page 74
4.3.3. Laue- und Bragg-Beugungsbedingungen; Ewald-Kugel-Konstruktion......Page 75
4.3.4. Laue-, Drehkristall-, Pulververfahren und Röntgen-Diffraktometrie......Page 77
4.3.5. Kristallstrukturanalyse durch Elektronenbeugung......Page 81
5.1. Abbildung versus 4f -Aufbau, Raumfrequenzfilterungen......Page 86
5.2. Ergebnisse aus der Theorie linearer Systeme......Page 90
5.3. Optische Transferfunktion......Page 92
5.4. Dunkelfeld-, Phasenkontrast- und Schlierenverfahren......Page 93
Teil II.\rHALBLEITERLASER......Page 98
6.1. Kurzer Überblick über die Thematik Halbleiterlaser......Page 100
6.2. Was nützen Fourier-optische Methoden hier?......Page 101
7.1. Vorbemerkungen......Page 104
7.2. Absorption, stimulierte und spontane Emission......Page 105
7.3.1. Dielektrische Polarisierbarkeiten......Page 109
7.3.2. Kramers-Kronig-Relationen......Page 113
7.3.3. Absorption in Halbleitern......Page 116
7.4. Energiebänder, Zustandsdichte, Fermi-Verteilung, Ladungsträgerdichte......Page 117
7.5. Ladungsträgerverluste in Halbleitern......Page 119
7.6. Verspannte Halbleiter......Page 122
7.7. AlGaAs, InGaAsP, AlInGaN, AlGaInAsSb, GaInNAs(Sb)......Page 123
7.8. Fabry-Perot-Resonator und Verstärkung......Page 126
7.9. Ladungsträgergeneration/-rekombination in der aktiven Zone......Page 129
7.10. Spontane Photonenerzeugung und Leuchtdioden......Page 131
7.11. Die Laserratengleichungen allgemein......Page 132
7.12. Halbleiterlaser-Ratengleichungen und Verstärkungskoeffizient......Page 136
8.2. Dotierung und pn-Übergänge......Page 138
8.3. Hetero-pn-Übergänge und Doppelheterostrukturen; Historie......Page 142
8.4. BH-Laser ’carrier, current, photon confinement’......Page 145
8.5. Satz/Bedingung von Bernard und Duraffourg......Page 147
9.1.2. Filmwellenleitung, effektiver Brechungsindex......Page 150
9.1.3. Filmlinsen und Streifenwellenleitung......Page 159
9.1.4. Wellenleiterkrümmungen und -knicke......Page 161
9.2.1. Effektiv-Index-Methode (EIM)......Page 162
9.2.2. ’Fast Fourier transform beam propagation method’ (FFT-BPM)......Page 163
9.3.1. ARROW-Wellenleiter......Page 167
9.3.2. Grundlagen photonischer Kristalle......Page 169
9.3.3. PC-Wellenleitung......Page 177
10.1. Epitaxie (Vertikalstukturierung)......Page 180
10.1.1. Molekularstrahlepitaxie mit Elektronenbeugung......Page 181
10.1.2. Kritische epitaktische Schichtdicke......Page 182
10.1.3. Reflexionsanisotropie-Spektroskopie......Page 184
10.2.1. Fotolithografie......Page 186
10.2.2. Bemerkungen zur Elektronenstrahllithografie......Page 188
11.1. Laserresonatorstabilität......Page 190
11.2. Transmissionsmatrix......Page 191
11.3. Laserschwellbedingung......Page 193
11.4.1. Überblick......Page 196
11.4.2. Laser mit verteilter Rückkopplung (DFBund DBR-Laser)......Page 197
11.5.1. ... mit zwei integrierten Bragg-Spiegeln (VCSEL)......Page 200
11.5.2. ... optisch gepumpt mit einem externen Spiegel (VECSEL)......Page 202
12.1. Laserkennlinien und charakteristische Laserparameter......Page 204
12.2. Die „Ingenieursgleichung“ des Laserdesigns......Page 208
12.3. Hinweise zur Modulation von Halbleiterlasern......Page 210
13.1. Schrödinger-Gleichung, Bloch-Theorem, Einhüllende......Page 214
13.2. Quantenstrukturen......Page 217
13.3. Quantenfilme......Page 218
13.4. Fermis Goldene Regel......Page 222
13.5. Übergangsmatrixelement, Impulsmatrixelement......Page 228
13.6. Übergitter und Minibänder......Page 230
13.7. Quantenfilme für eine Ladungsträgerart Übergitter sonst......Page 235
13.8. Quantendrähte und Quantenpunkte......Page 237
13.9. Stranski-Krastanov-(GaAsSb-)Quantenpunkt-Wachstum......Page 239
14.1. Grundidee der Intraband- (Typ I-) Quantenkaskadenlaser......Page 248
14.2. Grundidee der Interband- (Typ II-) Quantenkaskadenlaser......Page 250
14.3.1. Übergitter für die aktiven Schichten und Injektor-lose Strukturen......Page 252
14.3.2. Terahertz-Emitter und Plasmonen-Wellenleiter......Page 253
15.2.1. Grundeigenschaften, Verstärkungs.lamentation......Page 256
15.2.2. Fourier-optische Transversalmodenselektion (FO-TMS)......Page 257
15.2.3. Longitudinal-Modenkopplung mit FO-TMS......Page 262
15.3. Einige Hinweise zu Laserdiodenarrays......Page 263
16. Literaturverzeichnis......Page 266
Index......Page 274