Zeitvariante optisch induzierte DBR-Filter auf halbleiterbasierten Koplanarleitungen für den Mikro- und Millimeterwellenbereich

URN urn:nbn:de:gbv:705-opus-29512
URL
Dokumentart: Dissertation
Institut: Lehrstuhl: Hochfrequenztechnik
Fakultät: Fakultät Elektrotechnik
Hauptberichter: Platte, Walter (Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 13.12.2011
Erstellungsjahr: 2011
Publikationsdatum:
Freie Schlagwörter (Deutsch): abstimmbare lichtinduzierte Wellenleitergitter , photoempfindliche periodische Leitungsstrukturen , Zeitverhalten frequenzvariabler Plasmagitter
DDC-Sachgruppe: Ingenieurwissenschaften

Kurzfassung auf Deutsch:

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die theoretische und experimentelle Untersuchung von zeitvarianten optisch induzierten DBR-Filtern auf halbleiterbasierten Koplanarleitungen für den Mikro- und Millimeterwellenbereich. Im Vordergrund der Untersuchungen stehen dabei, als Weiterentwicklung von statischen zeitinvarianten Wellenleitergittern, die Ermittlung und Analyse der Eigenschaften und Möglichkeiten dynamischer zeitveränderlicher DBR-Gitter, und diesjeweils theoretisch quantitativ als auch experimentell. --- Es werden die theoretischen Grundlagen optisch induzierter Wellenleitergitter hergeleitet und um eine Analyse auf Basis des aus der Mikro- und Millimeterwellentechnik bekannten Streuparameter-Konzeptes ergänzt. Es folgt eine grundlegende Darstellung der prinzipiellen Möglichkeiten der Zeitvarianz optisch induzierter DBR-Filter, wobei der Fokus auf zwei Varianten gelegt wird, die auf der Basis bewegter Filtermasken eine zeitliche Veränderung der Filterparameter ermöglichen. --- Zum einen wird eine räumliche Änderung einer Konstantgitterstruktur in longitudinaler Richtung in oder entgegen der Wellenausbreitungsrichtung zur Erzeugung eines Dopplereffektes initiiert. Nach einer kurzen Herleitung der Grundlagen des Dopplereffektes von Mikrowellensignalen in Koplanarleitungen, werden im Folgenden ausführlich die besonderen Effekte eines sich longitudinal bewegenden lichtinduzierten Plasmagitters im Halbleiter einer koplanaren Wellenführungsstruktur analytisch behandelt. Hierbei wird im Besonderen der Einfluss auf den Doppler-Reflexionsfaktorverlauf herausgearbeitet, indem die Theorie sukzessive von einem idealisierten abrupten Plasmaprofil über ein verlustbehaftetes abruptes Plasmagitter hin zu einem realen verschliffenen Plasmaprofil in Abhängigkeit der Trägerlebensdauer des Halbleitermaterials entwickelt wird. Die Abhängigkeit von der Maskengeschwindigkeit eines späteren experimentellen Aufbaus findet in der Analyse bereits Berücksichtigung. --- Des Weiteren wird die Variation der Gitterperiode dazu genutzt, ein DBR-Filter bezüglich seiner Filtermittenfrequenz abstimmbar zu machen. Basierend auf der Verwendung von symmetrischen und asymmetrischen Fächerspaltmasken werden die Eigenschaften transversal bewegter DBR-Filtermasken untersucht, wobei im Speziellen die zeitlichen und räumlichen Effekte von schrägstehenden Plasmadiskontinuitäten auf den Reflexionsfaktorverlauf sowie die Filterparameter wie Filtermittenfrequenz und -bandbreite im Detail diskutiert werden. --- Eine messtechnische Charakterisierung der verwendeten Koplanarleitungen sowie eine Gegenüberstellung verschiedener koaxialer und planarer Kalibrierverfahren leiten den praktischen Teil dieser Arbeit ein. --- Folgend wird der Aufbau eines Doppler-DBR-Filtermessplatzes skizziert und die Messergebnisse Doppler-verschobener Reflexionssignale mit den theoretischen Analysen verglichen. --- Die Vorstellung eines vollautomatisierten DBR-Filtermessplatzes zur Charakterisierung frequenzveränderlicher DBR-Filter schließt sich an, wobei die Darstellung der Messergebnisse anhand von dreidimensionalen Kennlinienfeldern des Reflexionsfaktorbetrages in Abhängigkeit von verschiedenen Maskentypen und Maskengeschwindigkeiten eine anschauliche Verifizierung der analytisch ermittelten Ergebnisse ermöglicht. --- Die Arbeit schließt mit einem Vorschlag einer industriell nutzbaren Variante einer DBR-Filterbaugruppe zur einfachen Integration in höchstfrequente Mikro- und Millimeterwellenschaltungen.

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