WO2003036768A2 - Vorrichtung zur simultanen erzeugung kurzer laserimpulse und elektrischer impulse - Google Patents

Vorrichtung zur simultanen erzeugung kurzer laserimpulse und elektrischer impulse Download PDF

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WO2003036768A2
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Peter Glas
Martin Leitner
Uwe Griebner
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Forschungsverbund Berlin E.V.
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    • H01S3/105—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length

Definitions

  • the invention relates to a device for generating short laser and electrical pulses with one and the same arrangement, in which an optical medium is arranged as a laser source between two reflectors and in which a reflector is used to generate optical and electrical pulses.
  • the device is used in the generation of terahertz radiation, as an integrated detector for optical pulses, as a signal transmitter for fast electronic components and as an active / passive modulator for short-pulse lasers.
  • Short electrical impulses are usually generated using a laser that is passively mode-locked.
  • the most common method for Generation of ultra-short pulses by means of mode synchronization is based on the use of saturable absorbers made of semiconductor material, ie quantum well structures, the excitonic resonance of which is matched to the wavelength of the laser. In many cases, efforts should be made to free yourself from the restrictive condition of voting.
  • Semiconductor components without spectral resonance in the range of the laser wavelength used are particularly suitable for mode synchronization, ie elements in which the laser wavelength does not have to be adapted to an absorption resonance of the semiconductor material.
  • the known devices, switches for generating short electrical pulses have the following disadvantages.
  • the arrangements created for the stated purpose are multi-component, i.e. there must be a pulse laser and a switch made of semiconductor material, in addition, optical beam guidance must be provided, for example by means of lenses, deflecting mirrors, brackets, etc., in order to guide the laser radiation to the switch and suitable to focus. This optical beam guidance leads to an inevitable delay of the electrical pulse compared to the optical pulse. Their synchronization requires additional external resources.
  • the object of the invention is to provide a device which makes it possible to simultaneously generate short laser pulses and electrical pulses with one and the same semiconductor component.
  • a reflector of the resonator consists of a highly reflective layer and a semiconductor layer which is arranged on the side of the highly reflective layer facing the laser-active medium and which has optically and electrically nonlinear properties.
  • the semiconductor layer has an intensity-dependent refractive index and an intensity-dependent electrical resistance, since a radiation-induced charge carrier generation takes place in it, which leads to a change in resistance and a change in refractive index depending on the radiation intensity.
  • the semiconductor material is a diverging lens with respect to the laser radiation, in which the radiation with low intensity is refracted more than the radiation with high intensity.
  • Means for limiting the diameter of the laser radiation to be fed back into the optically pumped active medium are arranged between the laser-active medium and the optically non-linear reflector, and the beam guidance is set such that only radiation components with high intensities are optimally fed back into the optically pumped active medium.
  • radiation components with low intensity are not fed back into the optically pumped active medium, they are "faded out”. It is thus possible to generate very short, high-intensity laser pulses.
  • the semiconductor layer has a high resistance without being affected by laser radiation.
  • At least two strip lines are arranged on the surface of the semiconductor layer facing the laser-active medium in such a way that there is a space between these two strip lines, these two strip lines representing the switching lines and the space representing the switching path of an electrical switch.
  • the circuit is completed by a voltage source, which is connected to one of the two strip lines, and a load resistor, which is connected to the second strip line and via a ground pole, in the form of a third strip line or as the base of the reflector.
  • a current flows from the voltage source through the first strip line, through the gap, the second strip line, the load resistor to the ground pole and back to the voltage source.
  • a voltage can be tapped across the load resistor that is inversely proportional to the resistance in the gap. Voltage pulses thus arise which are proportional to the time-integrated laser power of the laser beams impinging on the semiconductor layer.
  • the duration and the time course of the voltage pulses depend on the optical excitation pulse, the service life of the optically generated plasma in the semiconductor, the transit time of the charge carriers in the intermediate space and the parameters of the electrical circuit.
  • a component which is arranged as a reflector in the resonator of a laser can, on the one hand, provide short, stable optical pulses and, on the other hand Short electrical impulses are generated that are exactly synchronized with the optical impulses.
  • the device according to the invention is compared to previously conventional embodiments in which two separate devices, i.e. a short-pulse laser and a switch are required, more compact, more user-friendly and limited to the optical components necessary only for the laser.
  • a separate adjustment of the light-sensitive area of the switch with respect to the incident radiation is not necessary since the laser only generates short pulses when radiation falls on the optically and electrically non-linear semiconductor layer.
  • an improvement and / or stabilization of the optical pulse generation can be achieved by means of an electro-optical modulator which is additionally arranged in the laser resonator.
  • the duration of the optical pulses generated can be measured without radiation having to be coupled out of the resonator.
  • a pulse train consisting of a desired number of pulses, e.g. B. pulse sequences (patterns), which contain a different number of pulses (bit pattern), can be extracted from the resonator.
  • a pulse train consisting of a desired number of pulses, e.g. B. pulse sequences (patterns), which contain a different number of pulses (bit pattern)
  • patterns which contain a different number of pulses (bit pattern)
  • bit pattern bit pattern
  • the side of the semiconductor material facing the incident radiation is advantageously provided with a layer adapted to the refractive index.
  • Fig. 1 Schematic representation of a device for generating short optical and electrical pulses, in a first embodiment
  • Fig. 2 Schematic representation of a device for generating short optical and electrical pulses
  • Fig. 3 Schematic representation of the optical and electrically non-linear reflector, in a 1st Execution
  • Fig. 4 Schematic representation of the optically and electrically non-linear reflector, in a second embodiment
  • Fig. 5 Schematic representation of the optically and electrically non-linear reflector, in a third embodiment
  • an amplifying medium serves as laser source 3, which is optically pumped by means of a cw diode laser or a diode laser array.
  • the pump radiation is coupled into the laser source 3 by known methods.
  • the laser source 3 can be designed in the form of a rod, a plate or a fiber.
  • the laser source 3 is located in a linear resonator, which is limited by the reflectors 1 and 2.
  • the reflector 1 is for the Laser wavelength highly reflective, but highly transmissive for the pump radiation.
  • the resonator has a means for limiting the diameter of the laser beam in the beam path.
  • the laser source 3 consists of a rod-shaped or plate-shaped reinforcing medium and the means for limiting the diameter of the laser beam is an aperture 4. If the laser source 3 consists of a fiber as a reinforcing medium, the fiber core takes over the function of the means for limiting the diameter of the laser beam.
  • the beam cross section of the laser radiation is suitably limited to the transverse basic mode by the means for limiting the diameter of the laser beam.
  • the lens system with the two lenses 5 and 6 serves to collimate the laser beam delimited by the aperture 4 in the beam direction of the non-linear reflector 2 by means of the lens 5 and to focus on the non-linear reflector 2 by means of the lens 6.
  • the nonlinear reflector 2 consists of a semiconductor layer 7, which has optically and electrically nonlinear properties, and of a highly reflective layer 8, which is applied to the rear surface of the semiconductor layer 7.
  • a GaAs 2 photon absorber which has been grown at low temperatures (Iow temperature [LT] grown GaAs) is used as the semiconductor layer 7.
  • the non-linear effect which is produced in the semiconductor layer 7 is proportional to the square of the intensity of the laser beam in the LT-GaAs.
  • the highly reflective layer 8 can be used as a dielectric multilayer, e.g. B. be designed as a Bragg reflector 8b or as a metal coating 8a.
  • the optically non-linear reflector 2 is expediently arranged on a carrier 10.
  • the semiconductor layer 7 forms a diverging lens for the laser radiation, so that after the passage through the semiconductor material of the semiconductor layer 7, the reflection at the highly reflective layer 8 and the renewed passage through the semiconductor material of the semiconductor layer 7, the local intensity distribution for areas of low intensities in the temporal pulse profile is greater Diameter than the local one Intensity distribution that corresponds to the areas of the pulse with high intensity (pulse peak).
  • loss modulation is realized, which has a positive feedback characteristic (loss reduction) with increasing intensity.
  • the distance between the lens 6 and the non-linear reflector 2 is selected such that the laser radiation with high intensity in the reflected direction, from the non-linear reflector 2 in the direction of the first reflector 1, has a beam path which has a smaller diameter at the diaphragm 4 than that Aperture diameter so that these reflected rays pass through the aperture unhindered.
  • a beam path is generated in the lens system, which has a larger diameter at the diaphragm 4 than the diaphragm diameter, so that these reflected rays cannot pass through the diaphragm.
  • the linear laser resonator is of compact design.
  • the two reflectors 1 and 2 connect directly to the laser source, the optically pumped active medium 3 being formed in a thread shape and by means of adapted pump geometry (side on) only a narrowly limited area guides the laser radiation. If this area is adapted to the intermediate space 11 on the semiconductor layer 7, the lenses 5 and 6 and the diaphragm 4 can be omitted.
  • This embodiment represents a miniaturized and compact variant of the device.
  • the semiconductor layer 7 also has an intensity-dependent electrical resistance, so that the device according to the invention can simultaneously be used as an optoelectric switch.
  • the semiconductor layer 7 is high-resistance in the non-excited state, that is to say without exposure to laser radiation.
  • the laser radiation-induced charge carrier generation taking place in the semiconductor layer 7 results in a reduction in the electrical resistance in the area of high intensity of the laser radiation and a greater resistance in the area of low intensity.
  • the semiconductor layer 7 basically acts like an electrical switch that is dependent on the radiation intensity.
  • the density of the free charge carriers generated by 2-photon absorption is determined by the laser intensity as well as by the diffusion and recombination time of the charge carriers.
  • the change in charge density over time is not determined by these two processes.
  • I is the intensity h ⁇ the energy of the laser photon ß describes the 2-photon absorption
  • the charge carrier concentration n e (t) determines the resistance R (t) of the semiconductor layer 7 in the region of the intermediate space 11 according to the relationship n ⁇ (t) is proportional to 1 / R (t).
  • the output voltage V is given by:
  • V R 0 * V 0/2 Ro + R (t), where V 0 is the charging voltage
  • the output voltage is determined exclusively by R 0 , the output voltage V reaches max. the size V 0 / 2.
  • the electrical pulse is flattened in the time range in which R (t) is less than 2R 0 .
  • the electrical pulses are wider for large laser intensities than for small laser intensities, but the voltage transfer rate is higher, i.e. a high voltage transfer rate is obtained at the expense of wider voltage pulses, since the output voltage V in this case does not change the charge carrier density n ⁇ (t ) follows.
  • the electrical switching processes depend on the type of excitation of the semiconductor material, on the laser, on the structural details of the illuminated intermediate space and on the geometric structure.
  • the effective thickness of the plasma zone perpendicular to the direction of light propagation and the surface conductivity are functions of the laser wavelength.
  • Three aspects are important for the design of switch concepts: the linear dimension of the plasma zone in relation to the wavelength, the skin depth in relation to the plasma depth and the spatial position of the plasma zone within the structure of the switch.
  • the time course of the laser pulse-induced photoconductivity and the absolute magnitude of the voltage pulse peak value are determined by the ratio of the charge carrier life, the duration of the optical pulse and the drift time of the charge carriers in the area of the intermediate space 11.
  • the effectiveness of the photoconductor is inversely proportional to the response time, one of the two quantities can be optimized by choosing the photon energy. Since high-energy photons are absorbed close to the surface and the recombination time of the charge carriers is short in these areas, the response time is optimized in this case in favor of effectiveness.
  • the gain factor is proportional to the lifetime of the charge carrier and inversely proportional to the drift time, ie you can get high ones Gain factors for short charge carrier recombination times can be achieved if the electrode spacing, ie the drift time, is chosen to be small.
  • the optoelectric switch according to the invention is explained with reference to FIG. 3.
  • two strip lines 9.1 and 9.2 are arranged such that there is an intermediate space 11 in the area of the incident laser radiation.
  • the two strip lines 9.1 and 9.2 represent the switching lines and the intermediate space 11 the switching path of an electrical switch.
  • the circuit is completed by a voltage source 12 which is connected to the first strip line 9.1, a load resistor 13 which on the one hand connects to the second strip line 9.2 is connected and on the other hand is closed via a ground pole 14 to the voltage source 12.
  • the reflective layer 8, which is designed as a metal layer 8a is simultaneously used as a ground pole 14.
  • the duration and the time course of the voltage pulses depend on the optical excitation pulse, the life of the optically generated plasma in the semiconductor layer 7, the transit time of the charge carriers in the intermediate space 11 and the parameters of the electrical circuit.
  • the two strip lines 9.1 and 9.2 are opaque or semitransparent for the laser light used, so that the semiconductor layer 7 is optically excited only in the area of the intermediate space 11.
  • the strip lines 9.1 and 9.2 should have a 50 ⁇ characteristic in order to ensure an optimal adaptation to the connecting lines of the outer circuit, which are realized by means of coaxial cables. This 50 ⁇ characteristic can be realized by a defined stripe width depending on the dielectric properties of the semiconductor layer 7.
  • the two strip lines 9.1 and 9.2 are each connected to the inner conductors of the coaxial cables, while the ground pole 14 is connected to the outer conductors of the coaxial cables.
  • the voltage source 12 and, on the other hand, the load resistor 13 are arranged between the inner conductor and the outer conductor.
  • the open end of the coaxial line forms a capacitor which is charged via a charging resistor when the voltage source 12 is connected.
  • the duration and the time course of the voltage pulses depend essentially on the parameters of the electrical
  • the pulse duration is essentially determined by the im
  • Charging circuit stored energy which is basically determined by the length of the coaxial line, which is the charging capacitor for the switch, and by means of this length.
  • the steepness of the pulse rising edge (pulse rise time) is characterized by the
  • pulse falling edge (pulse falling time) is determined by the charge carrier concentration, its service life and the
  • Electrode geometry shaped. If the thickness of the semiconductor layer 7 at the location of the intermediate space 11 is less than the penetration depth of the pulsed radiation, a current flow between these two contacts will occur when a certain charge carrier concentration is reached between the strip line 9.1 and the ground pole 14. If the entire current flows from the voltage source 12 via the strip line 9.1 directly to the ground pole 14, no more current will flow through the strip line 9.2 and the load resistor 13 to the ground pole 14 and no voltage pulse can be tapped at the load resistor 13. It follows from this that the distribution of the current in the semiconductor layer 7 in the region of the intermediate space 11 essentially depends on the contact geometry.
  • FIG. 4 Another embodiment of the optoelectric switch is explained with reference to FIG. 4.
  • This version basically corresponds to an execution acc. Fig. 3, with the difference that here the highly reflective layer 8 of the non-linear reflector 2 as a dielectric multilayer, for. B. is designed as a Bragg reflector 8b.
  • the highly reflective layer 8 cannot be used as a ground pole.
  • the ground pole 14 is formed as an additional layer of the non-linear reflector 2 in this embodiment.
  • the ground pole 14 can also be formed by the metallic housing.
  • the strip lines 9.1 and 9.2 and the ground pole 14 are arranged coplanar on the semiconductor layer 7.
  • the ground pole 14 is also designed as a strip line. It is particularly clear here that the contact geometry, the arrangement of the strip lines 9.1 and 9.2 and 14 on the semiconductor layer 7, has a significant influence on the distribution of the current from the strip line 9.1 to the strip line 9.2 and the ground pole 14. Otherwise, the mode of operation of this arrangement is analogous to the embodiment of the device described in relation to FIG. 3.
  • a pulse sequence consisting of a desired number of laser pulses can be extracted from the resonator by using the electrical pulse to bring about a specific coupling of the laser pulses from the resonator.
  • pulse sequences patterns
  • bit patterns bit patterns

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Abstract

Erfindungsgemäß werden durch ein Bauelement simultan kurze Laserimpulse und elektrische Impulse erzeugt, indem auf einem Reflektor (2) des Laserresonators eine Halbleiterschicht (7) angeordnet ist, die einen intensitätsabhängigen Brechungsindex sowie einen intensitätabhängigen elektrischen Widerstand aufweist, wodurch das Halbleitermaterial in Bezug auf die Laserstrahlung eine Zerstreuungslinse und hinsichtlich des elektrischen Stromes einen Schalter darstellt. Die Strählführung im Resonator ist derart eingestellt, dass nur Strahlungsanteile mit großen Intensitäten in das optisch gepumpte aktive Medium (3) optimal zurückgekoppelt werden. Auf der Halbleiterschicht (7) sind zwei Streifenleitungen (9) derart angeordnet, dass ein Zwischenraum (11) zwischen diesen beiden Streifenleitungen (9) besteht, wobei diese beiden Streifenleitungen (9) die Schaltleitungen und der Zwischenraum (11) die Schaltstrecke eines elektrischen Schalters darstellen. Somit können mit einem Bauelement einerseits kurze stabile Laserimpulse und andererseits kurze elektrische Impulse erzeugt werden, die mit den Laserimpulsen exakt synchronisiert sind.

Description

Bezeichnung
Vorrichtung zur simultanen Erzeugung kurzer Laserimpulse und elektrischer Impulse
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von kurzen Laser - und elektrischen Impulsen mit ein und derselben Anordnung, bei der ein optisches Medium als Laserquelle zwischen zwei Reflektoren angeordnet ist und bei der ein Reflektor zur Erzeugung optischer und elektrischer Impulse dient. Die Vorrichtung findet Anwendung bei der Erzeugung von Terahertz Strahlung, als integrierter Detektor für optische Impulse, als Signalgeber für schnelle elektronische Bauelemente und als aktiv / passiver Modulator für Kurzpulslaser.
Die Entwicklung von Laserquellen mit anwenderspezifischen Eigenschaften ist die Aufgabe der modernen Lasertechnik. Eine Vielzahl von neuen und wichtigen Anwendungen beruht auf der Erzeugung ultrakurzer elektrischer Impulse mittels laser-induzierter Photoleitung in hochohmigen Halbleiterbauelementen.
Die Entwicklung optischer und elektrischer Systeme zur Signalerzeugung- und -Verarbeitung geht zunehmend in Richtung großer Bandbreite. Die Vereinigung dieser Systeme erfordert die Entwicklung von Bauelementen zur zuverlässigen und effizienten Umwandlung von optischen in elektrische Signale in extrem kurzen Zeitbereichen bei hohen Wiederholraten.
In einer Reihe von Arbeiten wird die Erzeugung kurzer elektrischer Impulse unter Verwendung eines Lasers und eines separaten Halbleiterbauelements besprochen.
Üblicherweise werden kurze elektrische Impulse mittels eines Lasers, der passiv modensynchronisiert ist, erzeugt. Die zur Zeit gängigste Methode zur Erzeugung ultrakurzer Impulse mittels Modensynchronisation beruht auf der Verwendung von sättigbaren Absorbern aus Halbleitermaterial , d.h. quantum well Strukturen, deren exzitonische Resonanz auf die Wellenlänge des Lasers abgestimmt ist. In vielen Fällen ist es anzustreben, sich von der einschränkenden Bedingung der Abstimmung frei zu machen. Für Modensynchronisation eignen sich in besonderem Maße Halbleiterbauelemente ohne spektrale Resonanz im Bereich der verwendeten Laserwellenlänge d.h., Elemente bei denen die Laserwellenlänge nicht an eine Absorptionsresonanz des Halbleitermaterials angepasst werden muss.
Die Erzeugung kurzer optischer Impulse mittels passiver Modenkopplung in einem Halbleiterelement ist aus der DE 199 54 109 A1 bekannt. Dort wird eine Vorrichtung beschrieben, die die Erzeugung kurzer Impulse, unter Verwendung eines spektral nicht resonanten Halbleitermaterials, erlaubt. Bei dieser Vorrichtung spielt die räumliche Verteilung der erzeugten Ladungsträger eine entscheidende Rolle, wodurch in dem Halbleitermaterial eine Zerstreuungslinse gebildet wird, mit der die unerwünschten Strahlanteile ausgeblendet werden können, um die gewünschten optischen Effekte zu erzielen.
Den bekannten Vorrichtungen, Schaltern zur Erzeugung kurzer elektrischer Impulse haften folgende Nachteile an. Die für den genannten Zweck geschaffenen Anordnungen sind mehrkomponentig, d.h. es muss ein Impulslaser und ein aus Halbleitermaterial bestehender Schalter vorhanden sein, darüber hinaus muss eine optische Strahlführung beispielsweise mittels Linsen, Umlenkspiegeln, Halterungen usw. vorgesehen werden, um die Laserstrahlung zum Schalter zu führen und geeignet zu fokussieren. Durch diese optische Strahlführung kommt es zu einer unvermeidbaren Verzögerung des elektrischen Impulses gegenüber dem optischen Impuls. Ihre Synchronisation erfordert zusätzliche externe Mittel. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung anzugeben, die es gestattet, simultan kurze Laserimpulse und elektrische Impulse mit ein und demselben Halbleiterbauelement zu erzeugen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, indem ein Reflektor des Resonators aus einer hochreflektierenden Schicht und einer auf der dem laseraktives Medium zugewandten Seite der hochreflektierenden Schicht angeordneten Halbleiterschicht besteht, die optisch und elektrisch nichtlineare Eigenschaften aufweist. Die Halbleiterschicht weist einen intensitätsabhängigen Brechungsindex sowie einen intensitätsabhängigen elektrischen Widerstand auf, da in dieser eine strahlungsinduzierte Ladungsträgergeneration stattfindet, die in Abhängigkeit von der Strahlungsintensität zu einer Widerstandsänderung sowie zu einer Brechungsindexänderung führt. Diese Änderungen bewirken, dass es im Bereich großer Intensität zu einer Verringerung des elektrischen Widerstandes sowie des Brechungsindex kommt; dagegen kommt es im Bereich kleiner Intensität zu einer Vergrößerung des elektrischen Widerstandes sowie des Brechungsindex. Dadurch stellt das Halbleitermaterial in Bezug auf die Laserstrahlung eine Zerstreuungslinse dar, bei der die Strahlung mit geringer Intensität stärker gebrochen wird als die Strahlung mit großer Intensität. Zwischen dem laseraktiven Medium und dem optisch nichtlinearen Reflektor sind Mittel zur Begrenzung des Durchmessers der in das optisch gepumpte aktive Medium zurückzukoppelnden Laserstrahlung angeordnet und die Strahlführung ist derart eingestellt, dass nur Strahlungsanteile mit großen Intensitäten in das optisch gepumpte aktive Medium optimal zurückgekoppelt werden. Somit werden Strahlungsanteile mit geringer Intensität nicht in das optisch gepumpte aktive Medium zurückgekoppelt, sie werden "ausgeblendet". Somit ist es möglich sehr kurze Laserimpulse mit hoher Intensität zu erzeugen. Die Halbleiterschicht ist im nicht angeregten Zustand, ohne Einwirkung durch Laserstrahlung, hochohmig. Auf der dem laseraktiven Medium zugewandten Oberfläche der Halbleiterschicht sind mindestens zwei Streifenleitungen derart angeordnet, dass ein Zwischenraum zwischen diesen beiden Streifenleitungen besteht, wobei diese beiden Streifenleitungen die Schaltleitungen und der Zwischenraum die Schaltstrecke eines elektrischen Schalters darstellen. Der Stromkreis wird vervollständigt durch eine Spannungsquelle, die mit einer der beiden Streifenleitungen verbunden ist, und einen Lastwiderstand, der mit der zweiten Streifenleitung verbunden ist und über einen Massepol, in Form einer dritten Streifenleitung bzw. als Grundfläche des Reflektors, geschlossen. Bei Bestrahlung der Halbleiterschicht mit Laserstrahlung verringert sich der Widerstand im Zwischenraum zwischen den beiden Streifenleitungen, da in der hochohmigen Halbleiterschicht durch Ein- und/oder Zweiphotonenabsorption freie Ladungsträger erzeugt werden. Somit fließt ein Strom von der Spannungsquelle durch die erste Streifenleitung, über den Zwischenraum, die zweite Streifenleitung, den Lastwiderstand zum Massepol und wieder zur Spannungsquelle. Über dem Lastwiderstand kann bei Stromfluss eine Spannung abgegriffen werden, die dem Widerstand im Zwischenraum umgekehrt proportional ist. Somit entstehen Spannungsimpulse, die proportional zur zeitintegrierten Laserleistung der auf die Halbleiterschicht auftreffenden Laserstrahlen sind.
Die Dauer und der zeitliche Verlauf der Spannungsimpulse hängt vom optischen Anregungsimpuls, der Lebensdauer des optisch erzeugten Plasmas im Halbleiter, der Laufzeit der Ladungsträger im Zwischenraum sowie den Parametern des elektrischen Stromkreises ab.
Da die Halbleiterschicht die vorgenannten Eigenschaften besitzt, können mit einem Bauelement, das als ein Reflektor im Resonator eines Lasers angeordnet ist, einerseits kurze stabile optische Impulse und andererseits kuze elektrische Impulse erzeugt werden, die mit den optischen Impulsen exakt synchronisiert sind.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist im Vergleich zu bisher üblichen Ausführungsformen, bei denen zwei separate Vorrichtungen, d.h. ein Kurzpulslaser und ein Schalter erforderlich sind, kompakter, bedienungsfreundlicher und auf die allein für den Laser notwendigen optischen Komponenten beschränkt. Eine separate Justierung des lichtempfindlichen Bereichs des Schalters bezüglich der auffallenden Strahlung entfällt, da der Laser nur dann kurze Impulse erzeugt, wenn Strahlung auf die optisch und elektrisch nichtlineare Halbleiterschicht fällt.
Durch die exakt synchron mit den optischen Impulsen (Laserimpulsen) erzeugten elektrischen Impulse kann mittels eines elektro - optischen Modulators , der zusätzlich im Laserresonator angeordnet wird, eine Verbesserung und/oder Stabilisierung der optischen Impulserzeugung erreicht werden.
Mit dieser Vorrichtung kann die Dauer der erzeugten optischen Impulse gemessen werden, ohne dass Strahlung aus dem Resonator ausgekoppelt werden muss.
Durch Auswertung des zur Verfügung stehenden elektrischen Impulses ist es möglich den im Resonator umlaufenden optischen Impuls (Laserimpuls) zu einem beliebigen Zeitpunkt aus dem Resonator zu extrahieren wobei dieser Impuls die gesamte verfügbare Energie enthält (cavity dumping).
Analog kann eine Impulsfolge, bestehend aus einer gewünschten Zahl von Impulsen, z. B. Impulsfolgen (Muster), die eine unterschiedliche Anzahl von Impulsen beinhalten (bit pattern), gezielt aus dem Resonator extrahiert werden. Vorteilhafterweise wird zur Vermeidung von Kontaminationen bzw. unerwünschter Fabry Perot Effekte die der auffallenden Strahlung zugewandten Seite des Halbleitermaterials mit einer brechungsindex - angepassten Schicht versehen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen können den Unteransprüchen entnommen werden.
Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen sind dargestellt:
Fig. 1 : Schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Erzeugung kurzer optischer und elektrischer Impulse, in einer 1. Ausführung Fig. 2: Schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Erzeugung kurzer optischer und elektrischer Impulse, in einer 2. Ausführung Fig. 3: Schematische Darstellung des optisch und elektrisch nicht linearen Reflektors, in einer 1 . Ausführung Fig. 4: Schematische Darstellung des optisch und elektrisch nicht linearen Reflektors, in einer 2. Ausführung Fig. 5: Schematische Darstellung des optisch und elektrisch nicht linearen Reflektors, in einer 3. Ausführung
Anhand der Fig. 1 wird der grundsätzliche Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur simultanen Erzeugung kurzer elektrischer und optischer Impulse und die Wirkungsweise beschrieben.
Bei einer ersten Ausführungsform dient ein verstärkendes Medium als Laserquelle 3, die mittels eines cw Diodenlasers oder eines Diodenlaser- Arrays optisch gepumpt wird. Die Einkopplung der Pumpstrahlung in die Laserquelle 3 erfolgt nach bekannten Methoden. Die Laserquelle 3 kann in Form eines Stabes, einer Platte oder einer Faser ausgebildet sein. Die Laserquelle 3 befindet sich in einem linearen Resonator, der durch die Reflektoren 1 und 2 begrenzt wird. Der Reflektor 1 ist für die Laserwellenlänge hoch reflektierend, für die Pumpstrahlung jedoch hoch transmittierend. Der Resonator weist im Strahlenverlauf ein Mittel zur Begrenzung des Durchmessers des Laserstrahls auf. Im gewählten Beispiel besteht die Laserquelle 3 aus einem Stab- bzw. plattenförmigen verstärkenden Medium und das Mittel zur Begrenzung des Durchmessers des Laserstrahls ist eine Blende 4. Besteht die Laserquelle 3 aus einer Faser als verstärkendes Medium, übernimmt der Faserkern die Funktion des Mittels zur Begrenzung des Durchmessers des Laserstrahls. Der Strahlquerschnitt der Laserstrahlung wird in geeigneter Weise durch das Mittel zur Begrenzung des Durchmessers des Laserstrahls- auf den transversalen Grundmode beschränkt. Das Linsensystem mit den beiden Linsen 5 und 6 dient dazu, den durch die Blende 4 begrenzten Laserstrahl in Strahlrichtung des nichtlinearen Reflektors 2 mittels der Linse 5 zu kollimieren und mittels der Linse 6 auf den nichtlinearen Reflektor 2 zu fokussieren.
Der nichtlineare Reflektor 2 besteht aus einer Halbleiterschicht 7, die optisch und elektrisch nichtlineare Eigenschaften aufweist und aus einer hochreflektierenden Schicht 8, die auf der hinteren Oberfläche der Halbleiterschicht 7 aufgebracht ist. Als Halbleiterschicht 7 wird ein GaAs 2- Photonenabsorber, der bei niedrigen Temperaturen gezüchtet wurde (Iow temperature [LT] grown GaAs) verwendet. Der nichtlineare Effekt, der in der Halbleiterschicht 7 erzeugt wird, ist proportional zum Quadrat der Intensität des Laserstrahls im LT-GaAs. Die hochreflektierende Schicht 8 kann als dielektrische Vielfachschicht, z. B. als Bragg-Reflektor 8b oder als Metallbelegung 8a ausgebildet sein. Zweckmäßigerweise ist der optisch nichtlineare Reflektor 2 auf einem Träger 10 angeordnet. Die Halbleiterschicht 7 bildet für die Laserstrahlung eine Zerstreungslinse, so dass nach dem Durchgang durch das Halbleitermaterial der Halbleiterschicht 7, der Reflexion an der hochreflektierenden Schicht 8 und erneutem Durchgang durch das Halbleitermaterial der Halbleiterschicht 7 die örtliche Intensitätsverteilung für Bereiche kleiner Intensitäten im zeitlichen Impulsverlauf einen größeren Durchmesser aufweist als die örtliche Intensitätsverteilung, die den Bereichen des Impulses mit hoher Intensität (Impulsspitze) entspricht. Dadurch wird eine Verlustmodulation realisiert, die mit zunehmender Intensität eine positive Rückkoppelcharakteristik (Verlustverringerung) besitzt.
Der Abstand der Linse 6 zum nichtlinearen Reflektor 2 ist derart gewählt, dass die Laserstrahlung mit hoher Intensität in der reflektierten Richtung, vom nichtlinearen Reflektor 2 in Richtung zum ersten Reflektor 1 , einen Strahlengang aufweist, der an der Blende 4 einen geringeren Durchmesser aufweist als der Blendendurchmesser, so dass diese reflektierten Strahlen die Blende ungehindert passieren. Für die Laserstrahlung mit geringer Intensität wird im Linsensystem ein Strahlengang erzeugt, der an der Blende 4 einen größeren Durchmesser aufweist als der Blendendurchmesser, so dass diese reflektierten Strahlen die Blende nicht passieren können.
In der Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, bei der der lineare Laserresonator kompakt ausgebildet ist. Die beiden Reflektoren 1 und 2 schließen direkt an die Laserquelle an, wobei das optisch gepumpte aktive Medium 3 in Fadenform ausgebildet und durch angepasste Pumpgeometrie (side on) nur ein eng begrenzter Bereich die Laserstrahlung führt. Ist dieser Bereich an den Zwischenraum 11 auf der Halbleiterschicht 7 angepasst, können die Linsen 5 und 6 sowie die Blende 4 entfallen. Diese Ausführung stellt eine miniaturisierte und kompakte Variante der Vorrichtung dar. Bei dieser Ausführung sind keine zusätzlichen Mittel zur Begrenzung der reflektierten Laserstrahlung erforderlich, da auf Grund der geometrischen Ausbildung und Anpassung des optisch aktiven (gepumpten) Mediums 3 an den Reflektor 2 nur Laserstrahlung mit hohen Intensitäten in das optisch aktive Mediums 3 reflektiert wird. Da mit dieser Vorrichtung die Anteile des Laserimpulses mit geringer Intensität ausgeblendet werden, können selbststartend kurze Laserimpulse mit hoher Intensität erzeugt werden.
Die Halbleiterschicht 7 weist neben einem intensitätsabhängigen Brechungsindex außerdem einen intensitätsabhängigen elektrischen Widerstand auf, so dass die erfindungsgemäße Vorrichtung gleichzeitig als optoelektrischer Schalter verwendet werden kann. Die Halbleiterschicht 7 ist im nicht angeregten Zustand, also ohne Einwirkung durch Laserstrahlung, hochohmig. Durch die in der Halbleiterschicht 7 stattfindende laserstrahlungsinduzierte Ladungsträgergeneration kommt es im Bereich großer Intensität der Laserstrahlung zu einer Verringerung des elektrischen Widerstandes und im Bereich kleiner Intensität ist ein größerer Widerstand zu verzeichnen. Dadurch wirkt die Halbleiterschicht 7 grundsätzlich wie ein von der Strahlungsintensität abhängiger elektrischer Schalter.
Die Wirkung, den die Bestrahlung der Halbleiterschicht mit Photonen auf die Erzeugung von Ladungsträgern und damit zur Erzeugung elektrischer Impulse hat, wird am Beispiel einer Halbleiterschicht, bei der speziell die Zweiphotonenabsorption eine entscheidende Rolle spielt, nachfolgend erläutert.
Die Dichte, der durch 2-Photonenabsorption generierten freien Ladungsträger ist durch die Laserintensität, sowie durch die Diffusions- und Rekombinationszeit der Ladungsträger bestimmt. Für optische Anregungsimpulse, deren Dauer τ klein im Vergleich zur Diffusions- und Rekombinationszeit ist, ist die zeitliche Änderung der Ladungsträgerdichte nicht durch diese beiden Prozesse bestimmt. Man erhält für die zeitliche Änderung der Ladungsträgerkonzentration in Abhängigkeit von der Intensitätsverteilung dne/dt = (ß / 2hυ) l2(t),
daraus ergibt sich für die Ladungsträgerkonzentration nθ = (ß / 2hυ) l2 x
dabei ist I die Intensität hυ die Energie des Laserphotons ß beschreibt die 2-Photonenabsorption
(z.B. gilt für GaAs, ionenimplantiert: ca. 30 cm/GW, und für amorphes Si: ca. 52 cm/GW, und für LT-GaAs: 25 •< ß < 45 cm/GW).
Für LT-GaAs ist zudem die Absorption aus Zuständen in der Mitte der verbotenen Zone (EL2 Zentren) zu berücksichtigen, die einen nicht unwesentlichen Beitrag zur Ladungsträgererzeugung liefert.
Die Ladungsträgerkonzentration ne(t) bestimmt den Widerstand R(t) der Halbleiterschicht 7 im Bereich des Zwischenraums 11 gemäß der Beziehung nθ(t) ist proportional zu 1 / R(t). Die Ausgangsspannung V ist gegeben durch:
V = R0 *V0 / 2 Ro+R(t), dabei ist V0 die Ladespannung,
Ro der Wellenwiderstand der Streifenleitungen 9.1 und 9.2 und R(t) der Widerstand im Zwischenraum 11.
Ist die Laserintensität gering, d.h. bei kleiner Ladungsträgerkonzentration ne(t), wird R(t) sehr groß im Vergleich zu R0 sein und man erhält in diesem Fall für die Ausgangsspannung
V = R0 *V0 / R(t), da Ro in diesem Fall vernachlässigt werden kann. Für diesen Fall wird die Ausgangsspannung V sehr klein sein, da R(t) sehr groß ist. Da der Widerstand des Zwischenraums 11 R(t) umgekehrt proportional zur Ladungsträgerkonzentration nθ(t) ist, ist die Ausgangsspannung V proportional zur Ladungsträgerkonzentration ne(t). Für hohe optische Anregungsdichten wird R(t) im Verlauf des optischen Impulses kleiner als 2R0) maximal aber vergleichbar mit 2R0 sein. Ist R(t) wesentlich kleiner als 2Ro so ergibt sich als Ausgangsspannung V = Ro*V0 / 2R0 = V0 / 2, da R(t) in diesem Fall vernachlässigt werden kann. Bei Erreichen einer bestimmten optischen Leistung wird die Ausgangsspannung ausschließlich von R0 bestimmt, die Ausgangsspannung V erreicht max. die Größe V0 / 2. Der elektrische Impuls wird in dem Zeitbereich, in dem R(t) kleiner als 2R0 ist abgeflacht. Daraus resultiert, dass die elektrischen Impulse für große Laserintensitäten breiter sind als für kleine Laserintensitäten, die Spannungsübertragungsrate aber größer ist, d. h. man erhält eine hohe Spannungsübertragungsrate auf Kosten breiterer Spannungsimpulse, da die Ausgangsspannung V in diesem Fall nicht der Änderung der Ladungsträgerdichte nθ(t) folgt.
Die elektrischen Schaltvorgänge sind abhängig von der Art der Anregung des Halbleitermaterials, vom Laser, von den strukturellen Einzelheiten des beleuchteten Zwischenraums und dem geometrischen Aufbau. Die effektive Dicke der Plasmazone senkrecht zur Lichtausbreitungsrichtung und die Oberflächenleitfähigkeit sind Funktionen der Laserwellenlänge. Für den Entwurf von Schalterkonzeptionen sind drei Aspekte wichtig: die Linearabmessung der Plasmazone im Verhältnis zur Wellenlänge, die Skintiefe im Verhältnis zur Plasmatiefe und die räumliche Lage der Plasmazone innerhalb der Struktur des Schalters. Der zeitliche Verlauf der laserimpulsinduzierten Photoleitfähigkeit und die absolute Höhe des Spannungsimpulsspitzenwertes werden durch das Verhältnis der Ladungsträgerlebensdauer, der Dauer des optischen Impulses und der Driftzeit der Ladungsträger im Bereich des Zwischenraums 11 bestimmt.
Da die Effektivität des Photoleiters umgekehrt proportional zur Responszeit ist, kann durch Wahl der Photonenenergie eine der beiden Größen optimiert werden. Da energiereiche Photonen oberflächennah absorbiert werden und in diesen Bereichen die Rekombinationszeit der Ladungsträger klein ist, wird in diesem Falle die Responszeit zu Gunsten der Effektivität optimiert.
Der Verstärkungsfaktor ist proportional zur Ladungsträgerlebensdauer und umgekehrt proportional zur Driftzeit, d.h. man kann man hohe Verstärkungsfaktoren bei kleinen Ladungsträgerrekombinationszeiten erreichen, wenn der Elektrodenbabstand, d.h. damit auch die Driftzeit klein gewählt werden.
Der erfindungsgemäße optoelektrische Schalter wird anhand der Fig. 3 erläutert. Auf der dem laseraktiven Medium 3 zugewandten Oberfläche der Halbleiterschicht 7 sind zwei Streifenleitungen 9.1 und 9.2 derart angeordnet, dass zwischen diesen ein Zwischenraum 11 , im Bereich der auftreffenden Laserstrahlung, besteht. Dabei stellen die beiden Streifenleitungen 9.1 und 9.2 die Schaltleitungen und der Zwischenraum 11 die Schaltstrecke eines elektrischen Schalters dar. Der Stromkreis wird vervollständigt durch eine Spannungsquelle 12, die mit der ersten Streifenleitung 9.1 verbunden ist, einen Lastwiderstand 13, der einerseits mit der zweiten Streifenleitung 9.2 verbunden ist und andererseits über einen Massepol 14 zur Spannungsquelle 12 geschlossen ist. Bei dieser Ausführungsform wird die reflektierende Schicht 8, die als Metallschicht 8a ausgebildet ist, gleichzeitig als Massepol 14 genutzt. Bei Bestrahlung der Halbleiterschicht 7 mit Laserstrahlung verringert sich der Widerstand im Zwischenraum 11 zwischen den beiden Streifenleitungen 9.1 und 9.2, da in der hochohmigen Halbleiterschicht 7 durch Ein- und/oder Zweiphotonenabsorption freie Ladungsträger erzeugt werden. Somit fließt ein Strom von der Spannungsquelle 12 durch die erste Streifenleitung 9.1 , über den Zwischenraum 11 , die zweite Streifenleitung 9.2, den Lastwiderstand 13 zum Massepol 14 und wieder zur Spannungsquelle 12. Über dem Lastwiderstand 13 kann bei Stromfluss eine Spannung U abgegriffen werden, die dem Widerstand im Zwischenraum 11 umgekehrt proportional ist. Somit entstehen Spannungsimpulse, die proportional zur zeitintegrierten Laserleistung der auf die Halbleiterschicht 7 auftreffenden Laserstrahlen sind. Die Dauer und der zeitliche Verlauf der Spannungsimpulse hängen vom optischen Anregungsimpuls, der Lebensdauer des optisch erzeugten Plasmas in der Halbleiterschicht 7, der Laufzeit der Ladungsträger im Zwischenraum 11 sowie den Parametern des elektrischen Stromkreises ab. Die beiden Streifenleitungen 9.1 und 9.2 sind für das verwendete Laserlicht undurchlässig bzw. halbdurchlässig, so dass nur im Bereich des Zwischenraums 11 die Halbleiterschicht 7 optisch angeregt wird. Die Streifenleitungen 9.1 und 9.2 sollten eine 50 Ω -Charakteristik besitzen, um eine optimale Anpassung an die Verbindungsleitungen des äußeren Stromkreises, die mittels Koaxialkabel realisiert werden, zu gewährleisten. Diese 50 Ω -Charakteristik kann durch eine definierte Streifenbreite in Abhängigkeit von den dielektrischen Eigenschaften der Halbleiterschicht 7 realisiert werden. Die beiden Streifenleitungen 9.1 und 9.2 werden jeweils mit den Innenleitern der Koaxialkabel verbunden, während der Massepol 14 jeweils mit den Außenleitern der Koaxialkabel verbunden wird. An den jeweils anderen Enden der Koaxialkabel werden zwischen Innenleiter und Außenleiter einerseits die Spannungsquelle 12 und andererseits der Lastwiderstand 13 angeordnet. Bei nicht bestrahltem Zwischenraum 11 bildet die koaxiale Leitung mit ihrem offenen Ende einen Kondensator, der über einen Ladewiderstand bei angeschlossener Spannungsquelle 12 aufgeladen wird.
Wie bereits ausgeführt wurde, hängt die Dauer und der zeitliche Verlauf der Spannungsimpulse wesentlich von den Parametern des elektrischen
Stromkreises ab. Die Impulsdauer wird wesentlich bestimmt durch die im
Ladekreis gespeicherte Energie, die grundsätzlich durch die Länge der koaxialen Leitung, die den Ladekondensator für den Schalter darstellt, und kann mittels dieser Länge eingestellt werden. Die Steilheit der Impulsanstiegsflanke (Impulsanstiegszeit) wird geprägt durch die
Eigenschaften des elektrischen Schaltkreises, insbesondere die Bandbreite der Streifenleitungen 9.1 und 9.2, sofern der Laserimpuls kürzer ist als die reziproke Bandbreite der Streifenleitungen 9.1 und 9.2. Die Steilheit der
Impulsabfallflanke (Impulsabfallzeit) wird dagegen durch die Ladungsträgerkonzentration, deren Lebensdauer und die
Elektrodengeometrie geprägt. Ist die Dicke der Halbleiterschicht 7 an der Stelle des Zwischenraums 11 geringer als die Eindringtiefe der impulsförmigen Strahlung wird bei Erreichen einer bestimmten Ladungsträgerkonzentration zwischen der Streifenleitung 9.1 und dem Massepol 14 ein Stromfluss zwischen diesen beiden Kontakten erfolgen. Fließt der gesamte Strom von der Spannungsquelle 12 über die Streifenleitung 9.1 direkt zum Massepol 14, wird kein Strom mehr durch die Streifenleitung 9.2 und den Lastwiderstand 13 zum Massepol 14 fließen und am Lastwiderstand 13 kann kein Spannungsimpuls mehr abgegriffen werden. Daraus folgt, dass die Verteilung des Stromes in der Halbleiterschicht 7 im Bereich des Zwischenraums 11 wesentlich von der Kontaktgeometrie abhängt.
Eine weitere Ausführungsform des optoelektrischen Schalters wird anhand der Fig. 4 erläutert. Diese Ausführung entspricht grundsätzlich einer Ausführung gem. Fig. 3, mit dem Unterschied, dass hierbei die hochreflektierende Schicht 8 des nichtlinearen Reflektors 2 als dielektrische Vielfachschicht, z. B. als Bragg-Reflektor 8b ausgebildet ist. Somit kann die hochreflektierende Schicht 8 nicht als Massepol genutzt werden. Deshalb ist bei dieser Ausführung der Massepol 14 als zusätzliche Schicht des nichtlinearen Reflektors 2 ausgebildet. Der Massepol 14 kann auch durch das metallische Gehäuse gebildet werden.
Eine weitere mögliche Ausführungsform des optoelektrischen Schalters wird anhand der Fig. 5 erläutert. Hierbei sind die Streifenleitungen 9.1 und 9.2 und der Massepol 14 koplanar auf der Halbleiterschicht 7 angeordnet. Der Massepol 14 ist ebenfalls als Streifenleitung ausgebildet. Hierbei wird besonders deutlich, dass die Kontaktgeometrie, die Anordnung der Streifenleitungen 9.1 und 9.2 und 14 auf der Halbleiterschicht 7, einen wesentlichen Einfluss auf die Aufteilung des Stromes von der Streifenleitung 9.1 zu der Streifenleitung 9.2 und dem Massepol 14 hat. Ansonsten ist die Wirkungsweise dieser Anordnung analog der zu Fig. 3 beschriebenen Ausführung der Vorrichtung. Da die erzeugten elektrischen Impulse exakt mit den kurzen Laserimpulsen synchronisiert sind, können anhand der am Lastwiderstand 13 gemessenen elektrischen Impulse direkte Rückschlüsse auf die Impulsfolge und die zeitliche Stabilität der Laserimpulse gezogen werden ohne dass optische Energie aus dem Resonator ausgekoppelt werden muß, wozu außerdem gesonderte Apparaturen im Resonator erforderlich wären.
In analoger Weise kann eine Impulsfolge, bestehend aus einer gewünschten Zahl von Laserimpulsen aus dem Resonator extrahiert werden, indem der elektrische Impuls genutzt wird um eine gezielte Auskopplung der Laserimpulse aus dem Resonator zu bewirken. Auf diese Weise lassen sich auch Impulsfolgen (Muster), die eine unterschiedliche Anzahl von Laserimpulsen beinhalten (bit pattern) gezielt aus dem Resonator extrahieren.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur simultanen Erzeugung kurzer Laserimpulse und elektrischer Impulse durch passive Modenkopplung mit einem Resonator, der zwei Reflektoren (1 , 2) und ein dazwischen angeordnetes laseraktives Medium (3) aufweist, wobei ein Reflektor (2) optisch und elektrisch nichtlineare Eigenschaften hat und aus einer hochreflektierenden Schicht
(8) und einer auf der dem laseraktives Medium (3) zugewandten Seite der hochreflektierenden Schicht (8) angeordneten Halbleiterschicht (7) besteht, und die Halbleiterschicht (7) einen intensitätsabhängigen Brechungsindex sowie einen intensitätsabhängigen elektrischen Widerstand aufweist, wobei für das Halbleitermaterial der
Halbleiterschicht (7) folgende Bedingungen gelten:
- eine strahlungsinduzierte Ladungsträgergeneration stattfindet, die zu einer Widerstandsänderung sowie zu einer Brechungsindexänderung führt, - im Bereich großer Intensität kommt es zu einer Verringerung des elektrischen Widerstandes und des Brechungsindex, im Bereich kleiner Intensität kommt es zu einer Vergrößerung des elektrischen Widerstandes sowie des Brechungsindex,
- die Ladungsträgerrelaxationszeit in dem Halbleitermaterial ist wesentlich kürzer als die Pulsumlaufzeit im Resonator, wobei zwischen dem laseraktiven Medium (3) und dem nichtlinearen Reflektor (2) Mittel zur Begrenzung des Durchmessers der in das optisch gepumpte aktive Medium (3) zurückzukoppelnden Laserstrahlung (4) angeordnet sind, und die Strahlführung derart eingestellt ist, daß nur Strahlungsanteile mit großen Intensitäten in das optisch gepumpte aktive
Medium (3) zurückgekoppelt werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Halbleiterschicht (7) im nicht angeregten Zustand hochohmig ist und auf der dem laseraktiven Medium (3) zugewandten Oberfläche der Halbleiterschicht (7) mindestens zwei Streifenleitungen (9.1, 9.2) derart angeordnet sind, daß ein Zwischenraum (11) zwischen diesen beiden Streifenleitungen besteht, wobei diese beiden Streifenleitungen (9.1, 9.2) die Schaltleitungen und der Zwischenraum (11) die Schaltstrecke eines elektrischen Schalters darstellen und ein Massepol (14) in Form einer dritten Streifenleitung (9.3) bzw. als Grundfläche (8a) des Reflektors (2) ausgebildet ist, wobei eine der beiden Streifenleitungen (9.1) über eine Spannungsquelle (12) mit dem Massepol (14) und die andere Streifenleitung (9.2) über einen Lastwiderstand (13) mit dem Massepol (14) verbunden ist, und bei Bestrahlung der Halbleiterschicht (7) mit
Laserstrahlung sich der elektrische Widerstand im Zwischenraum (11) zwischen den beiden Streifenleitungen (9.1, 9.2) intesitätsabhängig verringert, so daß ein Strom von der Spannungsquelle (12) über die erste Streifenleitung (9.1), den Zwischenraum (11), die zweite Streifenleitung (9.2) und den Lastwiderstand (13) zum dem Massepol (14) fließt, wodurch über dem Lastwiderstand (13), bei Stromfluß eine Spannung abgegriffen werden kann, die dem Widerstand im Zwischenraum (11) umgekehrt proportional ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch g e ke n n ze i c h n et , daß die Ladungsträgererzeugung in der Halbleiterschicht (7) über Ein- und/oder Zweiphotonenabsorption erfolgt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (11) in der Streifenleitung durch geeignete Beschichtung gegen Kontamination geschützt ist und für die auffallende Strahlung antireflektierend wirkt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch ge ke n n ze ic h n et , daß die Dicke der Halbleiterschicht (7) an der Stelle des Zwischenraums (11) geringer ist als die Eindringtiefe der impulsförmigen Stahlung.
55. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die hochreflektierende Schicht (8) aus einer Metallschicht (8a) besteht
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 , o dadurch ge ke n nze ich n et , daß die hochreflektierende Schicht (8) als Bragg-Spiegel (8b) ausgebildet und auf einem Substrat aufgebracht ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 , 5 dadurch ge ken n ze ic h n et , daß der nichtlineare Reflektor (2) auf einem Träger (10) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß 0 die Streifenleitungen (9.1, 9.2) für das verwendete Laserlicht undurchlässig bzw. halbdurchlässig ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch ge ken nze ic h n et , daß 5 die Streifenleitungen (9.1 , 9.2) eine 50 Ω-Charakteristik besitzen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Streifenleitungen (9.1, 9.2) und der Massepol (14) als dritte 0 Streifenleitung (9.3) koplanar auf der Halbleiterschicht (7) angeordnet sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch g e ke n n ze ic h n et , daß der nichtlineare Reflektor (2) in einem Mikrowellengehäuse angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge ke n n ze ich n et , daß die Anstiegszeit des elektrischen Impulses über die Bandbreite der Streifenleitungen (9.1, 9.2) eingestellt wird, sofern der Laserimmpuls kürzer als die reziproke Bandbreite ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfallflanke des elektrischen Impulses eingestellt wird über die erzeugte Ladungsträgerdichte, über deren räumliche Verteilung und durch die Elektrodengeometrie.
14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g eke n nze ic h net , daß die Länge des elektrischen Impulses durch die Energie im Ladekreis eingestellt wird.
15. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch ge ke n n ze ic h n et , daß die Impulsfolge und die zeitliche Stabilität der Laserimmpulse mittels der elektrischen Impulse am Lastwiderstand (13) gemessen wird.
16. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch ge ke n n ze ic h n et , daß eine Impulsfolge, bestehend aus einer gewünschten Zahl von
Laserimmpulsen aus dem Resonator extrahiert wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch ge ken n ze ic h net , daß
Impulsfolgen (Muster), die eine unterschiedliche Anzahl von Laserimmpulsen beinhalten (bit pattern) gezielt aus dem Resonator extrahiert werden.
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