Nichtlineare Effekte in ultralangen optischen Halbleiterlaserverstärkern: Physik und Anwendungen

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Optische Halbleiter-Laserverstärker (SOA) werden nicht nur zur Verstärkung, sondern zunehmend auch erfolgreich für Anwendungen der optischen Signal-Verarbeitung eingesetzt, z.B. als Wellenlängenumsetzer, Regenerator oder für allgemeine digitale optische Logik-Operationen. Während kommerzielle SOAs, die für lineare Verstärkung ausgelegt sind, typischerweise auf Längen kleiner als 1 mm beschränkt sind, da sonst die Verstärkung gesättigt wird und diese somit nicht mehr linear wächst, zeigen längere SOAs interessante nichtlineare Effekte, die attraktiv für die optische Signalverarbeitung oder Regeneration sein könnten. In ultralangen SOAs (UL-SOA) tritt nach einer Lauflänge eines optischen Signals von ca. 1 mm eine starke Sättigung auf, die Ladungsträgerdichte wird nahe der Transparenzdichte fixiert. Es werden deshalb für einen UL-SOA andere physikalische Eigenschaften erwartet als für einen kurzen SOA mit starker Inversion und linearer Verstärkung. Durch die große Lauflänge im UL-SOA werden dabei auch schwache optische Nichtlinearitäten so effektiv, dass sie für die schnelle Signalverarbeitung nutzbar werden. Wir wollen in theoretischen und experimentellen Studien diese nichtlineare Effekte in Ultralangen SOA (UL-SOA, 2 bis 8 mm) untersuchen und mögliche Anwendungen identifizieren. Von besonderem Interesse ist hier die Zwei-Signal-Konkurrenz (ZSK), ein neuer und kürzlich in einem ersten Experiment verifizierter Effekt. Im Projekt soll das Verständnis der nichtlinearen Effekte - insbesondere der ZSK - und ihrer Dynamik im Ultralangen SOA vertieft werden. Das Potential für Anwendungen zur optischen Signalverarbeitung soll analysiert werden. Besonderes Augenmerk gilt dabei der Möglichkeit einer parametrischen Verstärkung mit einer regenerativen Rausch-Unterdrückungs-Funktion.