Fortschritte in der Fernerkundung: Graphen-Photonik für Hochleistungs-Laseranwendungen

Derzeit ist die dominierende Methode zur passiven Erzeugung ultrakurzer Laserpulse die Verwendung von Halbleiter-Sättigungsabsorber-Spiegeln (SESAMs). Dieser passive Modenkoppler liefert außergewöhnliche Ergebnisse, ist aber schwer herzustellen, teuer und in der Bandbreite begrenzt. Im Gegensatz dazu ist ein graphenbasierter Sättigungsabsorber einfacher herzustellen und bietet Vorteile wie deutlich breitere Bandbreite, niedrigere Sättigungsintensität, einstellbare Modulationstiefe, ultraschnelle Erholungszeit und deutlich höhere optische Schadensschwelle, wodurch höhere Energien erzeugt werden.

Ein Verfahren zum Übertragen von Graphen auf geeignete optische Substrate sowie auf Spitzen von Lichtwellenleitern wurde entwickelt, indem großflächiges Graphen mit einer Niederdruck-Chemischen-Gasphasenabscheidung (LPCVD) Technik gezüchtet wurde. Zusätzlich wurde ein zweites Verfahren entwickelt, um mehrere Graphenschichten auf demselben Substrat abzuscheiden. Mit diesen neuen Verfahren entwickelten Ingenieure ein Verfahren zur Herstellung eines Sättigungsabsorbers mit Einzelschicht- sowie Mehrschicht-Graphen.

Hohe Energie (10er nJ) und Femtosekunden-Pulse mit Wiederholraten in der Größenordnung von hunderten MHz wurden demonstriert, indem Graphen als Sättigungsabsorber in der Entwicklung eines graphenbasierten Modenkopplungsgeräts für einen Lasersender verwendet wurde. Diese Arbeit führte auch zur Entwicklung anderer neuartiger Photonik-Geräte. Abgesehen von den Anwendungen als Lasersender kann der Sättigungsabsorber als skalierbarer graphenbasierter Bolometer verwendet werden.

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