High-Speed Semiconductor Lasers based on Low-Dimensional Active Materials for Optical Telecommunication

The scope of this work is the fundamental growth, tailoring and characterization of self-organized indium arsenide quantum dots (QDs) and their exploitation as active region for diode lasers emitting in the 1.55 µm range. This wavelength regime is especially interesting for long-haul telecommunications as optical fibers made from silica glass have the lowest optical absorption. Molecular Beam Epitaxy is utilized as fabrication technique for the quantum dots and laser structures. The results presented in this thesis depict the first experimental work for which this reactor was used at the University of Kassel. Most research in the field of self-organized quantum dots has been conducted in the InAs/GaAs material system. It can be seen as the model system of self-organized quantum dots, but is not suitable for the targeted emission wavelength. Light emission from this system at 1.55 µm is hard to accomplish. To stay as close as possible to existing processing technology, the In(AlGa)As/InP (100) material system is deployed. Depending on the epitaxial growth technique and growth parameters this system has the drawback of producing a wide range of nano species besides quantum dots. Best known are the elongated quantum dashes (QDash). Such structures are preferentially formed, if InAs is deposited on InP. This is related to the low lattice-mismatch of 3.2 %, which is less than half of the value in the InAs/GaAs system. The task of creating round-shaped and uniform QDs is rendered more complex considering exchange effects of arsenic and phosphorus as well as anisotropic effects on the surface that do not need to be dealt with in the InAs/GaAs case. While QDash structures haven been studied fundamentally as well as in laser structures, they do not represent the theoretical ideal case of a zero-dimensional material. Creating round-shaped quantum dots on the InP(100) substrate remains a challenging task. Details of the self-organization process are still unknown and the formation of the QDs is not fully understood yet. In the course of the experimental work a novel growth concept was discovered and analyzed that eases the fabrication of QDs. It is based on different crystal growth and ad-atom diffusion processes under supply of different modifications of the arsenic atmosphere in the MBE reactor. The reactor is equipped with special valved cracking effusion cells for arsenic and phosphorus. It represents an all-solid source configuration that does not rely on toxic gas supply. The cracking effusion cell are able to create different species of arsenic and phosphorus. This constitutes the basis of the growth concept. With this method round-shaped QD ensembles with superior optical properties and record-low photoluminescence linewidth were achieved. By systematically varying the growth parameters and working out a detailed analysis of the experimental data a range of parameter values, for which the formation of QDs is favored, was found. A qualitative explanation of the formation characteristics based on the surface migration of In ad-atoms is developed. Such tailored QDs are finally implemented as active region in a self-designed diode laser structure. A basic characterization of the static and temperature-dependent properties was carried out. The QD lasers exceed a reference quantum well laser in terms of inversion conditions and temperature-dependent characteristics. Pulsed output powers of several hundred milli watt were measured at room temperature. In particular, the lasers feature a high modal gain that even allowed cw-emission at room temperature of a processed ridge wave guide device as short as 340 µm with output powers of 17 mW. Modulation experiments performed at the Israel Institute of Technology (Technion) showed a complex behavior of the QDs in the laser cavity. Despite the fact that the laser structure is not fully optimized for a high-speed device, data transmission capabilities of 15 Gb/s combined with low noise were achieved. To the best of the author`s knowledge, this renders the lasers the fastest QD devices operating at 1.55 µm. The thesis starts with an introductory chapter that pronounces the advantages of optical fiber communication in general. Chapter 2 will introduce the fundamental knowledge that is necessary to understand the importance of the active region`s dimensions for the performance of a diode laser. The novel growth concept and its experimental analysis are presented in chapter 3. Chapter 4 finally contains the work on diode lasers.

Optimierung der laserinduzierten Plasmaspektroskopie an Metallen durch Femtosekunden-Doppelpulse für die Entwicklung eines hochauflösenden 3D-Rasterabbildungsverfahrens

Die laserinduzierte Plasmaspektroskopie (LIPS) ist eine spektrochemische Elementanalyse zur Bestimmung der atomaren Zusammensetzung einer beliebigen Probe. Für die Analyse ist keine spezielle Probenpräparation nötig und kann unter atmosphärischen Bedingungen an Proben in jedem Aggregatzustand durchgeführt werden. Femtosekunden Laserpulse bieten die Vorteile einer präzisen Ablation mit geringem thermischen Schaden sowie einer hohen Reproduzierbarkeit. Damit ist fs-LIPS ein vielversprechendes Werkzeug für die Mikroanalyse technischer Proben, insbesondere zur Untersuchung ihres Ermüdungsverhaltens. Dabei ist interessant, wie sich die initiierten Mikrorisse innerhalb der materialspezifschen Struktur ausbreiten. In der vorliegenden Arbeit sollte daher ein schnelles und einfach zu handhabendes 3D-Rasterabbildungsverfahren zur Untersuchung der Rissausbreitung in TiAl, einer neuen Legierungsklasse, entwickelt werden. Dazu wurde fs-LIPS (30 fs, 785 nm) mit einem modifizierten Mikroskopaufbau (Objektiv: 50x/NA 0.5) kombiniert, welcher eine präzise, automatisierte Probenpositionierung ermöglicht. Spektrochemische Sensitivität und räumliches Auflösungsvermögen wurden in energieabhängigen Einzel- und Multipulsexperimenten untersucht. 10 Laserpulse pro Position mit einer Pulsenergie von je 100 nJ führten in TiAl zum bestmöglichen Kompromiss aus hohem S/N-Verhältnis von 10:1 und kleinen Lochstrukturen mit inneren Durchmessern von 1.4 µm. Die für das Verfahren entscheidende laterale Auflösung, dem minimalen Lochabstand bei konstantem LIPS-Signal, beträgt mit den obigen Parametern 2 µm und ist die bislang höchste bekannte Auflösung einer auf fs-LIPS basierenden Mikro-/Mapping-Analyse im Fernfeld. Fs-LIPS Scans von Teststrukturen sowie Mikrorissen in TiAl demonstrieren eine spektrochemische Sensitivität von 3 %. Scans in Tiefenrichtung erzielen mit denselben Parametern eine axiale Auflösung von 1 µm. Um die spektrochemische Sensitivität von fs-LIPS zu erhöhen und ein besseres Verständnis für die physikalischen Prozesse während der Laserablation zu erhalten, wurde in Pump-Probe-Experimenten untersucht, in wieweit fs-Doppelpulse den laserinduzierten Abtrag sowie die Plasmaemission beeinflussen. Dazu wurden in einem Mach-Zehnder-Interferometer Pulsabstände von 100 fs bis 2 ns realisiert, Gesamtenergie und Intensitätsverhältnis beider Pulse variiert sowie der Einfluss der Materialparameter untersucht. Sowohl das LIPS-Signal als auch die Lochstrukturen zeigen eine Abhängigkeit von der Verzögerungszeit. Diese wurden in vier verschiedene Regimes eingeteilt und den physikalischen Prozessen während der Laserablation zugeordnet: Die Thermalisierung des Elektronensystems für Pulsabstände unter 1 ps, Schmelzprozesse zwischen 1 und 10 ps, der Beginn des Abtrags nach mehreren 10 ps und die Expansion der Plasmawolke nach über 100 ps. Dabei wird das LIPS-Signal effizient verstärkt und bei 800 ps maximal. Die Lochdurchmesser ändern sich als Funktion des Pulsabstands wenig im Vergleich zur Tiefe. Die gesamte Abtragsrate variiert um maximal 50 %, während sich das LIPS-Signal vervielfacht: Für Ti und TiAl typischerweise um das Dreifache, für Al um das 10-fache. Die gemessenen Transienten zeigen eine hohe Reproduzierbarkeit, jedoch kaum eine Energie- bzw. materialspezifische Abhängigkeit. Mit diesen Ergebnissen wurde eine gezielte Optimierung der DP-LIPS-Parameter an Al durchgeführt: Bei einem Pulsabstand von 800 ps und einer Gesamtenergie von 65 nJ (vierfach über der Ablationsschwelle) wurde eine 40-fache Signalerhöhung bei geringerem Rauschen erzielt. Die Lochdurchmesser vergrößerten sich dabei um 44 % auf (650±150) nm, die Lochtiefe um das Doppelte auf (100±15) nm. Damit war es möglich, die spektrochemische Sensitivität von fs-LIPS zu erhöhen und gleichzeitig die hohe räumliche Auflösung aufrecht zu erhalten.

Función pedagógica de la imagen : la imagen, elemento fundamental en la formación de personas en general y en particular de aquellas que tienen necesidades educativas especiales.

Antología de trabajos de alumnos recopilada por el autor durante más de nueve años de ejercicio docente en la asignatura de educación plástica y visual en el IES La Flota de Murcia. Se presenta la antología con una propuesta de actividades para los dos ciclos de la ESO, un resumen de las actividades realizadas en cada uno de los cuatro cursos, para terminar con una presentación en detalle de cada una de ellas..

Revisiting the compositional data. Some fundamental questions and new prospects in Archaeometry and Archaeology

In this paper we examine the problem of compositional data from a different starting point. Chemical compositional data, as used in provenance studies on archaeological materials, will be approached from the measurement theory. The results will show, in a very intuitive way that chemical data can only be treated by using the approach developed for compositional data. It will be shown that compositional data analysis is a particular case in projective geometry, when the projective coordinates are in the positive orthant, and they have the properties of logarithmic interval metrics. Moreover, it will be shown that this approach can be extended to a very large number of applications, including shape analysis. This will be exemplified with a case study in architecture of Early Christian churches dated back to the 5th-7th centuries AD

A survey addressing the fundamental matrix estimation problem

Epipolar geometry is a key point in computer vision and the fundamental matrix estimation is the only way to compute it. This article surveys several methods of fundamental matrix estimation which have been classified into linear methods, iterative methods and robust methods. All of these methods have been programmed and their accuracy analysed using real images. A summary, accompanied with experimental results, is given

Análisis de las estrategias del movimiento indígena del cauca con respecto a la garantía y el ejercicio del derecho fundamental a la tierra. Caso de estudio: la lucha de los indígenas Paeces por recuperar el territorio de la hacienda la emperatriz (resguardo indígena huellas, municipio Caloto Cauca)

Análisis bajo la teoría gramsciana de las estrategias de los indígenas nasa para recuperar territorios ancestrales, como la hacienda la emperatriz.

Una metodologia senzilla per a l'anàlisi cinemàtica en dues dimensions : desequilibri i arrencada del flic-flac al terra.

Resumen tomado del autor. Se muestran esquemas, dibujos y fotografías de flic-flac

Estrategias de scanning en la dirección de empresas

El presente estudio tiene por objetivo identificar cuáles son las estrategias de scanning que utilizan los responsables de la dirección y del diseño de la estrategia de las empresas. Se parte del hecho fundamental que las empresas están inmersas en un entorno que tiene como características fundamentales la incertidumbre en diferentes niveles y la turbulencia, que en esencia impiden predecir el resultado de los objetivos trazados desde la dirección. La muestra tomada está representada por 20 directivos de niveles uno, dos y tres de empresas de diferentes sectores de la economía, con sede en Bogotá, Colombia, a los cuáles se les preguntó a través de un instrumento por la frecuencia con que ejecutan actividades de scanning en diferentes dimensiones del entorno en que se desenvuelven sus organizaciones, las fuentes y herramientas de análisis y procesamiento de la información. Se pudo concluir que los directivos de la muestra utilizan las estrategias de scanning para explorar el entorno en gran medida y que están de acuerdo en que su percepción del nivel de incertidumbre existente en el entorno baja en la media que procesan y analizan la información. Igualmente se pudo corroborar de acuerdo con el marco teórico que los niveles de incertidumbre percibidos a nivel empresarial están por lo menos en un 80% entre el nivel dos que se define como futuros alternativos y el nivel tres caracterizado por un abanico de futuros.

Dimensions de la figura de l'entrenador professional en els esports d'equip.

Resumen tomado del autor. Se muestran esquemas de funciones y tareas de la figura del entrenador así como ámbitos y formas de actuación

Estudi progressiu de la geometria plana i en tres dimensions. 'Estudio progresivo de la geometría plana y en tres dimensiones'.

Resumen tomado del autor

La informaci??n vocacional como herramienta fundamental en el desarrollo vocacional del joven

Resumen tomado de la publicaci??n

Incidencia de los Factores Políticos y Económicos del “Renacimiento Africano” como elemento fundamental para la consolidación de Sudáfrica como Potencia Emergente. Periodo: 1996-2010.

El Renacimiento Africano de Thabo Mbeki es un discurso que liga los aspectos políticos y económicos, a través del cual Sudáfrica logra maximizar sus opciones de política exterior. Y así reinsertarse de forma efectiva en el escenario internacional como una potencia media emergente superando el pasado de aislamiento durante la época del apartheid.

Dimensions dels motius de pràctica esportiva dels adolescents valencians escolaritzats. 'Dimensiones de los motivos de práctica deportiva de los adolescentes valencianos escolarizados'.

Resumen tomado de la publicación

Les Germanies : un fet cabdal en la nostra història. 'Las Germanies : un hecho fundamental de nuestra historia'.

Se repasa uno de los acontecimientos fundamentales de la edad moderna en Mallorca, el episodio de las Germanies, y que nunca ha tenido un tratamiento adecuado en el aula. Se repasan las causas y hechos de este conflicto social, sus consecuencias y los principales hechos de armas acontecidos, de manera que puedan tener una utilización didáctica.