Manuel Schmidt :

Elektroabsorptionsmodulatoren für den Einsatz in einem faseroptischen E-Feld-Sensorsystem

Dissertation angenommen durch: Gerhard-Mercator-Universität Duisburg, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abteilung Elektrotechnik und Informationstechnik, 2002-01-25

BetreuerIn: Prof. Dr. rer.nat. Dieter Jäger , Gerhard-Mercator-Universität Duisburg, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abteilung Elektrotechnik u. Informationstechnik, Optoelektronik

GutachterIn: Prof. Dr. rer.nat. Dieter Jäger , Gerhard-Mercator-Universität Duisburg, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abteilung Elektrotechnik u. Informationstechnik, Optoelektronik
GutachterIn: Prof. Dr.-Ing. habil. Peter Jung , Gerhard-Mercator-Universität Duisburg, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abteilung Elektrotechnik u. Informationstechnik, Kommunikationstechnik

Schlüsselwörter in Englisch: electroabsorption modulator, quantum confined Stark effect, quantum wells, emc, sensor
Schlüsselwörter in Deutsch: Elektroabsorptionsmodulator, quantenunterstützter Stark-Effekt, Quantenfilme, elektromagnetische Verträglichkeit, Sensor

  
   
 Klassifikation     
    Sachgruppe der DNB: 37 Elektrotechnik
  
   
 Abstrakt     
   

Abstrakt in Deutsch

 Gegenstand dieser Arbeit ist die Entwicklung von Wellenleiter-Elektroabsorptionsmodulatoren auf Grundlage von Vielfachquantenfilmstrukturen. Die Randbedingungen hierfür sind durch den vorgesehenen Einsatzbereich im Rahmen eines faseroptischen E-Feld-Sensorsystems gegeben. Zunächst werden die theoretische Berechnung einer für den Einsatzbereich optimierten Quantenfilmstruktur, des Wellenleiters und der elektrischen Struktur des Bauelementes mit Hilfe geeigneter Simulationsverfahren behandelt. Anschließend wird die technologische Realisierung des entwickelten Modulatorkonzepts und die meßtechnische Charakterisierung der hergestellten Modulatoren beschrieben. Die erzielten Leistungsdaten werden - vor allem in Hinblick auf ihre Bedeutung für das Sensorsystem - diskutiert. Hierbei ergibt sich ein minimales detektierbares Feld von 20 mV/m, ein dynamischer Bereich von 105 dB und ein Frequenzbereich von 100 MHz bis 8 GHz. In einem abschließendem Vergleich der durch den Modulator dominierten Leistungsdaten des faseroptischen Feldsensors mit denen komerziell erhältlicher Konkurrenzprodukte auf Grundlage von Lithiumniobat-Modulatoren werden die Vorteile des hier entwickelten Konzeptes dargestellt. Neben einer hohen Empfindlichkeit und einem breiten Frequenzbereich sind in diesem Zusammenhang vor allem der Reflexionsbetrieb und der durch die geringe Polarisationsabhängigkeit des Modulators mögliche Verzicht auf polarisationserhaltende Glasfasern zu nennen.

Abstrakt in Englisch

 This thesis reports on the development of waveguide electroabsorption modulators based on multiple quantum well structures. The requirements to the modulator are given by the application in a fiberoptic E-field sensor system. The theoretical calculation of a quantum well structure which is tailored to the application, of the waveguide and of the electrical structure of the device is treated first. Following the technological realization of the developed concept and the characterization of the fabricated devices is described. The achieved performance of the modulators is discussed regarding the influence on the sensorsystem. This results in a minimum detectable field of 20 mV/m, a dynamic range of 105 dB and a frequency range from 100 MHz up to 8 GHz. In a final comparison between the performance of the sensorsystem which is dominated by the modulator and that of commercially available products based on lithiumniobate modulators the advantages of the developed concept are described. In addition to a high sensitivity and a broad frequency range also the operation of the modulator in optical reflection and the low polarization dependence of the modulator which is necessary for the use of conventional non polarization maintaining fibers are worth mentioning.