Dissertationspreis Adlershof 2013 geht an Dr. Martin Hempel

Am 13. Februar 2014 wurde der Preisträger für den Dissertationspreis Adlershof 2013 gekürt: Dr. Martin Hempel hat sich gegen zwei weitere Nominierte durchgesetzt und nach einhelliger Meinung der Jury seine Doktorarbeit „Defekt-Mechanismen in Dioden-Lasern unter hoher optischer Last: Der ‚Catastrophic Optical Damage“ in der Endentscheidung am besten präsentiert.

Martin Hempel hatte bereits als Diplomand seine Begeisterung für die Erforschung neuartiger Halbleiterlaser entdeckt und als Doktorand am MBI die ultimativen Leistungsgrenzen dieser universell einsetzbaren Laser untersucht. Dabei beschäftigte sich Hempel insbesondere mit dem sog. Catastrophic Optical Damage (COD).  Dieser bezeichnet die Zerstörung von Halbleiter-Dioden-Lasern bei hohen optischen Intensitäten. Dabei wird ein Volumen von ca. 1 µm³ des Laser-Materials durch absorbiertes Laserlicht innerhalb von 1 ns bis zum Schmelzen bei ≈1600°C aufgeheizt. In der Folge breitet sich der Defekt (COD) im Laser mit einer Geschwindigkeit von rund 90 km/h aus. Innerhalb weniger µs wird dadurch der gesamte Laser zerstört, dessen Volumen in etwa 1000-mal größer ist als der Startpunkt des Defekts. In seiner Arbeit konnte Hempel den COD während dessen Entstehung raum-zeitlich verfolgen. Dies brachte neue Einsichten in die physikalischen Mechanismen des Prozesses. Die enge Kooperation mit Herstellern von Halbleiterlasern ermöglicht jetzt eine gezielte Verbesserung der Bauelemente, da deren Schwachstellen im Hochleistungsbetrieb nun schnell und eindeutig identifiziert werden können.

Über den Preis:
Der Dissertationspreis Adlershof wird seit 2002 jährlich von der Humboldt-Universität zu Berlin, der Initiativgemeinschaft Außeruniversitärer Forschungseinrichtungen in Adlershof e.V. (IGAFA) und der WISTA-MANAGEMENT GMBH verliehen. Drei aufgrund der hohen wissenschaftlichen Qualität ihrer Arbeit vorab von der Jury Nominierte treten mit Kurzvorträgen zum Thema ihrer Dissertation gegeneinander an. Die Jury entscheidet im Anschluss, wer nicht nur sehr gut forschen, sondern auch mitreißend und überzeugend vortragen kann.

Abb. 1: Elektronen-Mikroskopie an einer durch COD geschädigten Probe.

Links ist gestrichelt die Position der Front-Facette angedeutet.

Deutlich ist die Materialaufwölbung in diesem Bereich zu erkennen. Der

Schaden der aktiven Laser-Schicht zieht sich von dort aus bis zum

rechten Bildrand. Eine Materialanalyse des geschädigten Bereichs hat

ergeben, dass bei dem gesamten Schadenswachstum eine Temperatur von

annähernd 1600°C vorlag.

Abb. 2:
Rekonstruiertes COD-Schadensbild (grau) in der Laser-Ebene. Mittels einer Thermokamera wurden zeitaufgelöst Bilder der Wärmestrahlung, welche vom COD ausgeht, von der Seite des Bauelements und gleichzeitig von der Vorderseite aufgenommen. Die Schwerpunktskoordinaten dieser, aus zwei Richtungen beobachteten, Wärmesignaturen wurden nun als schwarze Punkte in das x-z-Diagramm (x entlang der Laser-Front-Facette, z entlang der Resonatorachse) eingetragen. Dadurch ist es möglich die Defektstruktur im Inneren des Bauelements raum-zeitlich aufgelöst zu verfolgen. Im oberen Bildteil sind Wärmebilder zu verschiedenen Zeiten, gesehen von der Front-Facette aus, dargestellt. Die Zeitpunkte sind im x-z-Diagramm entsprechend gekennzeichnet. Die gleichbleibende Signalhöhe deutet auf eine konstante Temperatur an der Defektfront hin. Aus den Zeit- und Orts-Daten ergibt sich eine Propagationsgeschwindigkeit des Defekts von ca. 90 km/h. (Abb. MBI)

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