DE19818246A1 - Semiconducting trapezoidal laser matrix for laser system for producing high quality laser radiation - Google Patents

Semiconducting trapezoidal laser matrix for laser system for producing high quality laser radiation

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DE19818246A1
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Abstract

The laser matrix has semiconducting trapezoidal lasers arranged in the form of a matrix with individual elements having a high radiation quality M<2> less than 3 and formed on a single fiber, whereby the high radiation quality is achieved without the aid of a master oscillator. The trapezoidal lasers are formed in a semiconducting substrate. An Independent claim is also included for a laser system.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiter-Trapezlasermatrix zur Erzeu­ gung von Laserstrahlung mit hoher Strahlqualität im Leistungsbereich bis ei­ nige Watt, die zur Einkopplung von der Laserstrahlung in Lichtleiter mit niedrigem Strahlparameterprodukt (θw < 1 mm.mrad) geeignet ist, und ein Lasersystem, das diese Halbleiter-Trapezlasermatrix verwendet.The invention relates to a semiconductor trapezoidal laser matrix for production laser radiation with high beam quality in the power range up to a few watts that are used to couple the laser radiation into the light guide low beam parameter product (θw <1 mm.mrad) is suitable, and a Laser system that uses this semiconductor trapezoidal laser matrix.

Laserstrahlung mit hoher Leistungsdichte, d. h. einem beugungsbegrenzten Strahl und einer hohen Leistung, führt dann zu einer breiten Anwendung, wenn diese aus kompakten Lichtquellen erzeugt wird, die eine elektroopti­ schen Wirkungsgrad aufweisen, der erheblich besser ist, als er derzeit in her­ kömmlichen Gas (wenige %)- oder Festkörperlasern (maximal 12%) erreicht wird. Hohe elektrooptische Wirkungsgrade lassen sich mit Halbleiterlasern erreichen (bis 50%), allerdings weisen diese im allgemeinen eine geringe Brillanz bzw. einen geringen Kontrast auf. Halbleiterlaser mit sehr hohen Leistungen können aus Matrizen, bestehend aus Breitstreifenlasern hergestellt werden, wie von R.S. Geels et al. in Electron. Lett. 28, 1043 (1992) beschrie­ ben, zeigen aber eine sehr schlechte Strahlqualität, d. h. geringe Brillanz bzw. geringen Kontrast, so daß eine effiziente optische Abbildung der Lasermatrix auf eine Faser nicht möglich ist.High power density laser radiation, i. H. a diffraction limited Beam and high power, then leads to wide use, if this is generated from compact light sources that have an electroopti efficiency that is considerably better than it is currently in conventional gas (a few%) or solid-state lasers (maximum 12%) becomes. Semiconductor lasers can achieve high electro-optical efficiency reach (up to 50%), but these are generally low Brilliance or a low contrast. Semiconductor laser with very high Services can be made from matrices consisting of broad-strip lasers as described by R.S. Geels et al. in electron. Lett. 28, 1043 (1992) ben, but show a very poor beam quality, d. H. low brilliance or low contrast, so that an efficient optical imaging of the laser matrix on a fiber is not possible.

Die Erzeugung von Laserstrahlung mit hoher Leistungsdichte aus Halbleiter­ lasern ist mit dem Ansatz des MOPA (master oscillator power amplifier oder auch OTLV (Oszillator Trapezverstärker Laser) in der Vergangenheit verfolgt worden. Dieser Laser besteht aus einem Treiberoszillator, auch Masteroszilla­ tor genannt, zur Strahldefinition und einem Hochleistungsverstärker zur Lei­ stungsverstärkung. Als Nebenbedingung sollte der Laser sehr kompakt sein und einen sehr guten elektrooptischen Wirkungsgrad besitzen. Ein erster An­ satz dazu war der diskrete MOPA (master oscillator power amplifier), beste­ hend aus einem Oszillatorlaser (Ti: Saphirlaser) und einem Verstärker (Halbleiterdiode), wie von L.Goldberg et al. in Appl. Phys. Lett. 61, 633 (1992) und von L.Goldberg et al. in Electron. Lett. 28, 1082 (1992) beschrie­ ben. Diese Laser zeigen Leistungen im Watt(W)-Bereich, benötigen allerdings auch Oszillatorleistungen im einige 100 mW-Bereich und erfüllen infolge des Festkörperlasers als Oszillator noch nicht die Anforderungen an Kompaktheit. Außerdem ist der hybride Aufbau des Gesamtlasers sehr kostenintensiv.The generation of laser radiation with high power density from semiconductors lasering is based on the MOPA (master oscillator power amplifier or  also tracked OTLV (oscillator trapezoidal amplifier laser) in the past been. This laser consists of a driver oscillator, also called a master oscilla called gate, for beam definition and a high-performance amplifier for lei power reinforcement. As a secondary condition, the laser should be very compact and have a very good electro-optical efficiency. A first approach sentence was the discrete MOPA (master oscillator power amplifier), best consisting of an oscillator laser (Ti: sapphire laser) and an amplifier (Semiconductor diode) as described by L. Goldberg et al. in Appl. Phys. Lett. 61, 633 (1992) and by L. Goldberg et al. in electron. Lett. 28, 1082 (1992) ben. These lasers show power in the watt (W) range, but need also oscillator powers in the some 100 mW range and meet due to the Solid-state lasers as oscillators do not yet meet the requirements for compactness. In addition, the hybrid structure of the overall laser is very cost-intensive.

Eine erhebliche Verbesserung hinsichtlich Oszillatorpumpleistung und Kom­ paktheit wird mit sogenannten Flared Amplifiers (trapezförmigen Halbleiter­ dioden) erreicht, wie von E.S.Kintzer et al. in Phot. Technol. Lett. 5, 605 (1993), von D. Mehuys et al. in Electron. Lett. 29, 219 (1993), von D. Mehuys et al. in Electron. Lett. 28, 1944 (1992) und von D. Mehuys et al. in IEEE Phot. Technol. Lett. 5, 1179 (1993) beschrieben, deren Trapezverstärker so dimensioniert ist, daß die Pumpleistung eines im Vergleich zum Festkörperla­ ser kompakteren Diodenlaseroszillators genügt, um den Verstärker zu sättigen und dadurch eine filamentfreie Verstärkung des Oszillators zu erhalten.A significant improvement in oscillator pump performance and com The so-called flared amplifiers (trapezoidal semiconductors diodes), as described by E.S. Kintzer et al. in phot. Technol. Lett. 5, 605 (1993) by D. Mehuys et al. in electron. Lett. 29, 219 (1993), by D. Mehuys et al. in electron. Lett. 28, 1944 (1992) and by D. Mehuys et al. in IEEE Phot. Technol. Lett. 5, 1179 (1993), whose trapezoidal amplifiers are described in this way is dimensioned that the pumping power in comparison to the solid state ser more compact diode laser oscillator is enough to saturate the amplifier and thereby to obtain filament-free amplification of the oscillator.

Besonders geringe Oszillatorpumpleistungen werden bei Flared Amplifiers mit Vorverstärker benötigt, wie von P.S. Yeh, I.F.Wu, S.Jiang und M. Da­ genais in "High power, high gain monolithically integrated preampli­ fier/power amplifier" in Electr. Lett. 29, 1981(1993) beschrieben. Diese La­ serlichtquellen bestehen aus einem kurzem indexgeführtem Vorverstärker (Strahldefinition) und einem indexgeführten Trapezverstärker (Strahlverstärkung). Solche Lichtquellen erfüllen schon die Anforderungen an Kompaktheit und Strahlqualität und können schon mit wenigen mW Oszilla­ torleistung Ausgangsleistungen im Watt(W)-Bereich erreichen. Allerdings sind auch diese Quellen noch hybride Laserbauelemente (Oszillator und Ver­ stärker sind getrennt montiert) und damit infolge der notwendigen aufwendi­ gen Montage noch keine Niedrigpreislaserquellen.Flared amplifiers use particularly low oscillator pump outputs with preamplifier as required by P.S. Yeh, I.F. Wu, S.Jiang and M. Da  genais in "High power, high gain monolithically integrated preampli fier / power amplifier "in Electr. Lett. 29, 1981 (1993). This La Ser light sources consist of a short index-guided preamplifier (Beam definition) and an index-guided trapezoidal amplifier (Beam amplification). Such light sources already meet the requirements Compactness and beam quality and can be done with just a few mW Oszilla output power in the watt (W) range. Indeed are these sources still hybrid laser components (oscillator and ver stronger are mounted separately) and therefore due to the necessary expenditure no low-cost laser sources.

Ein weiterer Fortschritt im Hinblick auf Kompaktheit wird erzielt bei einer monolithischen Integration von Oszillator und Verstärker, wie in R.Parke, D.F.Welch, A.Hardy, R.Lang, D.Mehuys, S.O 'Brien, K.Dzurko, D. Scifres, IEEE Phot. Technol. Lett. 5, 297 (1993) beschrieben. Die Nachteile sind ein sehr komplizierter Herstellungsprozeß, der die Prozeßausbeute senkt und damit einen hohen Preis des Bauelements nach sich zieht.A further advance in terms of compactness is made at a monolithic integration of oscillator and amplifier, as in R.Parke, D.F. Welch, A.Hardy, R.Lang, D.Mehuys, S.O 'Brien, K.Dzurko, D. Scifres, IEEE Phot. Technol. Lett. 5, 297 (1993). The disadvantages are one very complex manufacturing process that lowers the process yield and thus entailing a high price of the component.

In Zusammenhang mit der Einkopplung von Laserlicht in Fasern werden an die Fokussierbarkeit bzw. an das Strahlparameterprodukt (SPP) der Laserquel­ le strenge Anforderungen gestellt. So erfordert z. B. die Anwendung für La­ serdisplays zur Erzielung gestochen scharfer Bilder ein Strahlparameterpro­ dukt kleiner 1 mm.mrad.In connection with the coupling of laser light into fibers are on the focusability or the beam parameter product (SPP) of the laser source le made strict demands. So z. B. the application for La a beam parameter pro to achieve razor-sharp images duct less than 1 mm.mrad.

Dies bedeutet umgerechnet auf M2 xy-Werte einer Laserquelle bei z. B. λ = 635 nm ein M2 xy = 5.4 für die horizontale und vertikale Achse. This means converted to M 2 xy values of a laser source at z. B. λ = 635 nm an M 2 xy = 5.4 for the horizontal and vertical axis.

Herkömmliche Emitterstrukturen für Hochleistungs-Laserdioden, z. B. Broad Area Emitter, weisen in der Ebene senkrecht zum pn-Übergang (sog. schnelle Achse) ein M2 x von 1 auf, hingegen in der Ebene des pn-Übergangs (sog. langsame Achse) ein M2 y von bis zu 60 auf. Die Strahlqualität in der langsa­ men Achse verhindert damit die Fokussierung der Strahlung auf das notwen­ dige Strahlparameterprodukt von etwa 1 mm*mrad.Conventional emitter structures for high-power laser diodes, e.g. B. Broad Area Emitters, have an M 2 x of 1 in the plane perpendicular to the pn junction (so-called fast axis), but an M 2 y of up to in the plane of the pn junction (so-called slow axis) 60 on. The beam quality in the slow axis thus prevents the radiation from focusing on the necessary beam parameter product of around 1 mm * mrad.

Sogenannte Singlemode-Emitterstrukturen erzielen zwar das notwendige Strahlparameterprodukt, sind aber in ihrer Ausgangsleistung auf einige 10 mW begrenzt. Die vorher beschriebenen MOPA (master oscillator power amplifier)-Strukturen weisen, wie beschrieben, die erforderliche Ausgangs­ leistung und die notwendige Fokussierbarkeit auf, unterliegen jedoch den oben beschriebenen Nachteilen.So-called single-mode emitter structures achieve the necessary Beam parameter product, but are in their output power on some 10 limited mW. The MOPA (master oscillator power amplifier) structures, as described, have the required output performance and the necessary focus, but are subject to the Disadvantages described above.

Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleiter- Trapezlasermatrix auszubilden, die Laserstrahlung mit guter Strahlgüte im Einzelemitter (M2 < 3) und hoher Leistung erzeugen kann, äußerst kostengün­ stig ist und kompakt aufgebaut ist und mittels abbildender Optik die Halblei­ ter-Trapezlasermatrixstrahlung auf eine Einzelfaser abbilden kann und eine diese verwendendes Lasersystem.Therefore, it is an object of the present invention to form a semiconductor trapezoidal laser matrix that can produce laser radiation with good beam quality in the single emitter (M 2 <3) and high power, is extremely cost-effective and has a compact structure and the semiconductor trapezoidal laser matrix radiation by means of imaging optics can image on a single fiber and a laser system using this.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Patentansprüche 1, 11 und 12 gelöst.According to the invention, this object is achieved by claims 1, 11 and 12 solved.

Dabei werden die verschiedenen Nachteile der herkömmlichen Laserquellen vermieden. Beim erfindungsgemäßen Matrixlaser kann somit Laserstrahlung hoher Leistung und gleichzeitig sehr hoher Strahlqualität erzeugt werden, wo­ durch die effiziente Einkopplung der Laserstrahlung in einen Lichtwellenleiter ((∅/2).NA < 1 mm.mrad) ermöglicht wird. Insbesondere wird durch die erfin­ dungsgemäße Anordnung eine wesentlich günstigere Abbildung einer Halblei­ terlasermatrix auf Wellenleiter als mit herkömmlichen Laseranordnungen möglich. Zudem wird durch diese Anordnung eine wesentlich preisgünstigere und kompaktere Einrichtung zur Erzeugung von nutzbarer Laserstrahlung als mit herkömmlichen Laseranordnungen ausgebildet.The various disadvantages of conventional laser sources avoided. In the matrix laser according to the invention, laser radiation can thus  high power and at the same time very high beam quality are generated where through the efficient coupling of the laser radiation into an optical waveguide ((∅ / 2) .NA <1 mm.mrad) is enabled. In particular, the inventions arrangement according to the invention is a much cheaper illustration of a half lead terlas matrix on waveguide than with conventional laser arrangements possible. In addition, this arrangement makes it much cheaper and more compact device for generating usable laser radiation than formed with conventional laser arrangements.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden genauen Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbei­ spiels in Verbindung mit der Zeichnung offensichtlich.Other objects, features and advantages of the invention will become apparent from the detailed description of a preferred embodiment below obviously in connection with the drawing.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine Gesamtdarstellung des erfindungsgemäßen Matrixlasers, Fig. 1 is an overall view of the array laser according to the invention,

Fig. 2 eine Darstellung der erfindungsgemäßen Matrix, die aus Einzelelemen­ ten bzw. Emittern, nämlich Trapezlasern zusammengesetzt ist, Fig. 2 is an illustration of the matrix according to the invention, the ten from Einzelelemen or emitters, that is tapered lasers is composed,

Fig. 3 eine Realisierung des Trapezlasers mit seinen Raumachsen und den unterschiedlichen Wellenleitstrukturen. Fig. 3 shows a realization of the trapezoidal laser with its space axes, and the different Wellenleitstrukturen.

Mit dem erfindungsgemäßen Matrixlaser kann Laserstrahlung hoher Leistung und gleichzeitig sehr hoher Strahlqualität erzeugt werden, wodurch die effizi­ ente Einkopplung der Laserstrahlung in einen Lichtleiter ((∅/2).NA < 1 mm.mrad) ermöglicht wird. Dieser erfindungsgemäße Matrixlaser ist in Fig. 1 in einer Gesamtdarstellung gezeigt.With the matrix laser according to the invention, laser radiation of high power and at the same time very high beam quality can be generated, which enables the efficient coupling of the laser radiation into a light guide ((∅ / 2) .NA <1 mm.mrad). This matrix laser according to the invention is shown in an overall view in FIG. 1.

Bei der Struktur gemäß Fig. 1 wird ein Substrat 1 mit einer Matrix von n (Trapez-)Emittern, nämlich Trapezlasern verwendet. Ein Trapezlaser ist ein Halbleiterlaser bestehend aus Injektor und Verstärker. Beide zusammen bilden einen Laser, wobei die Resonatorgeometrie des Gesamtlasers ausgebildet ist, daß der Injektor und Verstärker einen astabilen Resonator bilden. Auf der breiten Auskoppelseite weist der Trapezlaser eine Entspiegelung mit R < 30% auf. Darüberhinaus weisen Trapezlaser eine elektrisch gepumpte Halbleiter­ struktur als aktive Zone auf, die als zur Optimierung des Bauteils in Hinsicht auf Strahlqualität, auf η (Quantenwirkungsgrad) und T0 (charakteristische Temperatur) als Einfach- oder Mehrfachquantenfilmstruktur mit Confine­ mentfaktor Γ als Optimierungsparameter ausgebildet ist. Der von dieser Halb­ leiter-Trapezlasermatrix, in der jeder Trapezlaser elektrisch getrennt ansteuer­ bar und schnell modulierbar ist, abgegebene Laserstrahl passiert eine Kolli­ mationsoptik 2, und der kollimierte Strahl, dessen Strahlverlauf mit 3 bezeich­ net ist, wird anschließend über ein Treppenspiegelpaar 4 zu einer Fokus­ sieroptik 5 hin umgelenkt. Somit ergibt sich ein abgebildetes Strahlbündel 6 mit einem Strahlparameterprodukt (SPP) kleiner 1 mm.mrad.In the structure shown in FIG. 1, a substrate 1 with a matrix of n (trapezoidal) emitters, namely used tapered lasers. A trapezoidal laser is a semiconductor laser consisting of an injector and an amplifier. Both together form a laser, the resonator geometry of the overall laser being such that the injector and amplifier form an astable resonator. The trapezoidal laser has an anti-reflective coating with R <30% on the broad coupling-out side. In addition, trapezoidal lasers have an electrically pumped semiconductor structure as the active zone, which is designed as a single or multiple quantum film structure with a confinement factor Γ as an optimization parameter in order to optimize the component with regard to beam quality, η (quantum efficiency) and T 0 (characteristic temperature). The laser beam emitted by this semi-conductor trapezoidal laser matrix, in which each trapezoidal laser can be controlled separately and modulated quickly, passes through collimation optics 2 , and the collimated beam, the beam path of which is denoted by 3 , is then transformed into a pair of stair mirrors 4 Focus sieroptik 5 redirected. This results in an imaged beam 6 with a beam parameter product (SPP) of less than 1 mm.mrad.

Das Halbleitersubstrat 1 beinhaltet eine Matrix von n einzelnen Halbleiter- Trapezlasern 7, wie in Fig. 2 für n = 3 gezeigt. Der Abstand zwischen den Mittelpunkten der einzelnen Trapezlaser 7 ist in Fig. 2 identisch, wird mit p (pitch) bezeichnet und kann variiert werden. Jeder einzelne Trapezlaser 7 zeichnet sich durch hohe Strahlqualität aus (M2 x = 1, M2 y = 3). Zudem besteht jeder Einzellaser 7 der Matrix, wie in Fig. 3 gezeigt, aus einem Strahlformer (Lichtinjektor bzw. Injektorteil) 8 und einem optisch integrierten Verstärker 9 mit harter bzw. starker Lichtführung (Indexführung) im Injektorteil 8 und Übergang zu weicher bzw. schwacher Lichtführung (Verstärkungsführung) im Verstärkungsteil 9. Hierdurch wird die Filamentierung des verstärkten Strahls vermieden. Hierbei ist der Strahlformer 8' als optischer Rippenwellenleiter ausgestaltet. Das Substrat 1 ist beiderseits des Strahlformers mit harter Wel­ lenführung, d. h. gemäß Fig. 3 des Rippenwellenleiters, ganzflächig weggeätzt. In Fig. 3 sind zusätzlich geätzte Spiegel(facetten) 10 gezeigt, die weiterhin zu verbesserter Strahlqualität beitragen, wobei θs = θp ist, mit θs = θ┴ und θp = θ|| (wobei θ|| der laterale Öffnungswinkel des Strahlungskegels und θ┴ der transverale Öffnungswinkel des Strahlungskegels ist). Die Symmetrisierung der Strahldivergenzen θ┴ = θ|| vereinfacht die Kollimations- bzw. Abbil­ dungsoptik 2 und die Fokussier- bzw. Fourieroptik 5.The semiconductor substrate 1 contains a matrix of n individual semiconductor trapezoidal lasers 7 , as shown in FIG. 2 for n = 3. The distance between the centers of the individual trapezoidal lasers 7 is identical in FIG. 2, is denoted by p (pitch) and can be varied. Each individual trapezoidal laser 7 is characterized by high beam quality (M 2 x = 1, M 2 y = 3). In addition, each individual laser 7 of the matrix, as shown in FIG. 3, consists of a beam former (light injector or injector part) 8 and an optically integrated amplifier 9 with hard or strong light guidance (index guidance) in the injector part 8 and transition to softer or weaker Light guidance (reinforcement guidance) in the reinforcement part 9 . This avoids the filamentation of the reinforced beam. Here, the beam former 8 'is designed as an optical rib waveguide. The substrate 1 is on both sides of the beamformer with hard Wel lenführung, ie according to Fig. 3 of the ridge waveguide, etched away over the entire surface. In Fig. 3 additionally etched mirrors (facets) 10, which further contribute to improved beam quality, where θs = θp is, with θs = θ ┴ and θp = θ || (where θ || is the lateral opening angle of the radiation cone and θ ┴ the transverse opening angle of the radiation cone). The symmetrization of the beam divergences θ ┴ = θ || simplifies the collimation or imaging optics 2 and the focusing or Fourier optics 5 .

Die weiche bzw. schwache Lichtführung im Verstärker 9 erfolgt in einer Oxidstreifenlaserstruktur mittels Verstärkungsführung, d. h. in einer Oxidstrei­ fenlaserstruktur (nur Verstärkungsführung) und/oder einem Oxid mit Ran­ dimplantation mit Ga, P, In und/oder Mehrfachimplatation 11 mit H, wodurch auch eine Filamentierung vermieden wird, da die Rückwirkung des Randes auf das Licht im Verstärker 9 dadurch herabgesetzt wird. Weiterhin ist ein Metallkontakt 12 ausgebildet, der zur Einleitung eines Injektionsstroms dient. Der Metallkontakt im Verstärkungsbereich 9 ist strukturierbar und soll eine Formung der Injektion, und damit eine örtliche Kontrolle der Verstärkungs­ führung und Index-Antiführung durch Kontrolle der lokalen Ladungsträger­ dichte, im Verstärkungsbereich 9 bewirken. Die Strukturierung dient der An­ passung der dielektrischen Funktion ε(x,y) (Real- und Imaginärteil) im Ver­ stärker 9.The soft or weak light guidance in the amplifier 9 takes place in an oxide stripe laser structure by means of reinforcement guidance, ie in an oxide stripe fenlaser structure (reinforcement guidance only) and / or an oxide with Ran dimplantation with Ga, P, In and / or multiple implementation 11 with H, which also results in a Filamentation is avoided since the effect of the edge on the light in the amplifier 9 is thereby reduced. Furthermore, a metal contact 12 is formed, which serves to introduce an injection current. The metal contact in the amplification portion 9 can be structured and is a molding of the injection, and thus local control of the gain guiding and index guiding Anti-tight by controlling the local charge carriers, cause the gain region. 9 The structuring serves to adapt the dielectric function ε (x, y) (real and imaginary part) in the amplifier 9 .

Zur Erzielung des vorstehend angegebenen Strahlparameterprodukts 1 mm.mrad kann, wie in Fig. 1 veranschaulicht, die Strahlung von drei Ein­ zelemittern (mit M2 x = 1, M2 y = 3) zusammengeführt und damit die Leistung der Einzelemitter summiert werden.To achieve the beam parameter product 1 mm.mrad specified above, the radiation from three individual emitters (with M 2 x = 1, M 2 y = 3) can be combined, as illustrated in FIG. 1, and the power of the individual emitters can thus be summed up.

Eine weitere Erhöhung der Leistungsdichte läßt sich unter Ausnutzung der Polarisationskopplung zweier Emitter erzielen. Die Ausgangsstrahlung des erfindungsgemäßen Emitters ist in hohem Grad polarisiert. Mit einem soge­ nannten Polarisationskoppler können Strahlen, deren Polarisationen senkrecht zueinander stehen, geometrisch auf eine gemeinsame Achse abgelenkt wer­ den.A further increase in the power density can be exploited Achieve polarization coupling of two emitters. The output radiation of the emitter according to the invention is highly polarized. With a so-called called polarization couplers can beams whose polarizations are perpendicular to each other, who are geometrically distracted on a common axis the.

In der Summe lassen sich mit vorgenannten Strahlparameterprodukten insge­ samt zehn Einzelemitter je Polarisationsrichtung in eine Glasfaser mit 20 µm Durchmesser und einer N.A. (numerischen Apertur) von 0,11 abbilden.In total, the aforementioned beam parameter products can be used including ten individual emitters per polarization direction in a glass fiber with 20 µm Diameter and an N.A. (numerical aperture) from 0.11.

Diese Modellrechnung stellt die physikalische Grenze der Abbildbarkeit dar. In der Realität werden durch die Verwendung von nicht idealen Komponenten ca. 30% dieses theoretischen Maximalwerts erreicht. Im realen System wird deshalb die Emitteranzahl z. B. auf die Hälfte reduziert, dies erhöht den Ge­ samtwirkungsgrad des Systems. Durch Einbeziehung der Polarisationskopp­ lung kann mit zwei der erfindungsgemäßen Matrixstrukturen gemäß Fig. 2 mit je fünf Einzelemittern mit jeweils einer Ausgangsleistung von ca. 140 mW z. B. 1 Watt rotes Laserlicht aus einer Glasfaser mit einem Strahlparameter­ produkt (SPP) von 1 mm.mrad erhalten werden.This model calculation represents the physical limit of the reproducibility. In reality, around 30% of this theoretical maximum value is achieved by using non-ideal components. In the real system, the number of emitters, for. B. reduced to half, this increases the overall efficiency of the system. By incorporating the polarization coupling, two of the matrix structures according to the invention according to FIG . B. 1 watt red laser light can be obtained from a glass fiber with a beam parameter product (SPP) of 1 mm.mrad.

Die Abbildungsoptik für derartige Matrizen muß den Effekt der "geometrischen Umschichtung" nutzen. Derartige Optiken sind mehrfach be­ schrieben, beispielsweise in der Patentanmeldung "Anordnung zur Führung und Formung von Strahlen eines geradlinigen Laserdiodenarrays" der Fraun­ hofer Gesellschaft.The imaging optics for such matrices must have the effect of use "geometric redistribution". Such optics are multiple be wrote, for example in the patent application "arrangement for leadership and shaping beams of a straight line laser diode array "from Fraunhofer hofer society.

Eine kompakte Aufbauweise dieses Prinzips findet sich in "Mikrooptische Vorrichtung zum Umformen von Strahlenbündeln einer Laserdiodenanord­ nung sowie Verfahren zur Herstellung dieser Vorrichtung" der Siemens AG, EP 0 735 397. Das gleiche Prinzip in anderer Ausführung beschreibt "Verfahren, bei dem mehrere, in einer oder mehreren Reihen angeordnete Strahlungsquellen abgebildet werden und Vorrichtung hierzu" der Fiba Optik AG, St. Gallen (CH), EP 0 484 276 B1.A compact construction of this principle can be found in "Micro-optical Device for reshaping beams of a laser diode arrangement and method for the production of this device "from Siemens AG, EP 0 735 397. Describes the same principle in a different embodiment "Procedure in which several are arranged in one or more rows Radiation sources are imaged and the device for this "from Fiba Optik AG, St. Gallen (CH), EP 0 484 276 B1.

Der Verstärker kann nun auch, wie in Fig. 3 gezeigt, die nicht spezifisch den Trapezlaser beschreibt und Auskoppelspiegel und eine Ausbildung eines astabilen Resonators betont, speziell als astabiler Resonator mit schwacher Wellenführung ausgelegt werden, was zur weiteren Unterdrückung der Fila­ mentierung des Strahles und zur Erzeugung von Laserstrahlung hoher Strahl­ qualität (Pout < 0,5 W mit M2 < 2) führt. Die Unterdrückung der Filamentierung wird durch Herabsetzung der Wellenleitung im Verstärker durch Ausbildung des Verstärkers als Oxydstreifenlaserstruktur (nur Verstärkerführung) und durch zusätzliche Randimplantationen 11 mit Ga, P, In und/oder Mehrfach­ implantation (mehrere Energien zur Erzeugung eines flachen tief in die Probe reichenden Implantationsprofils) mit H (Reduktion der seitlichen Rückreflexi­ on) erreicht.The amplifier can now, as shown in Fig. 3, which does not specifically describe the trapezoidal laser and emphasizes coupling-out mirrors and the formation of an astable resonator, can be designed specifically as an astable resonator with weak wave guidance, which further suppresses the filamentation of the beam and Generation of laser radiation of high beam quality (Pout <0.5 W with M 2 <2) leads. The suppression of filamentation is achieved by reducing the waveguide in the amplifier by designing the amplifier as an oxide stripe laser structure (amplifier guide only) and by additional edge implants 11 with Ga, P, In and / or multiple implantation (several energies to produce a flat implant profile that extends deep into the sample ) achieved with H (reduction of the side reflexion on).

Demzufolge benötigt die erfindungsgemäße Struktur zur Strahldefinition bei den Einzelelementen der Matrix keinen hybriden Oszillator, sondern ist kom­ pakt aus einer Halbleiterlaserdiode aufgebaut und stellt einen Trapezlaser dar, was keinen zusätzlichen Montageschritt für Oszillator und Verstärker erfor­ dert, der eines der kostenintensivsten Elemente in der Realisierung von Laser­ quellen ist. Da die Strahlformung pro Einzelelement außerdem keinen kom­ plizierten Oszillator erfordert, wird ein erheblicher Anstieg der Prozeßausbeu­ te erreicht. Das bedeutet, die Definition von Strahlform und Verstärkung im Einzelelement erfolgt erfindungsgemäß mit einer Resonatorstruktur, in der sich Indexführung (Strahldefinition) und Verstärkerführung (filamentfreie Strahlverstärkung) abwechseln. Diese Struktur geht über den Stand der Tech­ nik hinaus, bei dem der der Wechsel von Indexführung und Verstärkungsfüh­ rung nicht realisiert ist oder wo der Verstärker indexgeführt ist und damit eine höhere Neigung zur Filamentierung aufgrund der schlechten Strahldefinition oder der Wechselwirkung der Lichtwelle mit dem Verstärkerrand auftreten kann.Accordingly, the structure according to the invention requires the beam definition the individual elements of the matrix are not a hybrid oscillator, but are com is made up of a semiconductor laser diode and represents a trapezoidal laser, which does not require an additional assembly step for the oscillator and amplifier which is one of the most expensive elements in the implementation of lasers is swelling. Since the beam formation per individual element also no com required oscillator, there is a significant increase in process reached. That means the definition of beam shape and gain in the According to the invention, a single element takes place with a resonator structure in which index guidance (beam definition) and amplifier guidance (filament-free Alternate beam amplification). This structure goes beyond the state of the tech nik, in which the change of index management and reinforcement management is not realized or where the amplifier is indexed and thus a higher tendency to filament due to poor beam definition or the interaction of the light wave with the amplifier edge can.

Die erfindungsgemäße Matrix ist überdies derart ausgeführt, daß eine Einzel­ laseradressierung möglich ist. Diese Einzellaser werden so angesteuert, daß im Fall der Display-Anwendung die Phasenlage pro Element zur Steuerung des Speckle-Kontrastes kontrollierbar ist. Dahingegen erfolgt zur Materialbe­ arbeitung die Steuerung der Einzellaser derart, daß Phasenlage und Intensität zur Feinsteuerung der Strahlform kontrollierbar sind.The matrix according to the invention is also designed such that a single laser addressing is possible. These individual lasers are controlled so that in the case of the display application, the phase position per element for control  the speckle contrast is controllable. On the other hand, there is material work the control of the individual lasers such that phase position and intensity are controllable for fine control of the beam shape.

Darüberhinaus ist die Matrix derart ausgeführt, daß das Einzelelement modu­ lierbar ist. Durch die Modulation kann beispielsweise eine Amplitudensteue­ rung erfolgen, die mittlere Leistung in der Matrix zur Erhöhung der Lebens­ dauer gesenkt werden bzw. eine Reduktion des Speckle-Kontrastes durch schnelle Modulation erreicht werden.In addition, the matrix is designed such that the individual element modu is possible. The modulation can, for example, control the amplitude tion, the average power in the matrix to increase life permanently reduced or a reduction in the speckle contrast rapid modulation can be achieved.

Zudem kann die Matrix mit der Möglichkeit zur Einstellung eines geeigneten Abstandes der Einzellaser zur kostengünstigen Abbildung der Matrix (auf ei­ nen Fokuspunkt, auf eine Glasfaser, u. a.) hergestellt werden. Dabei erfolgt die Abbildung mittels zweier Abbildungselemente oder mittels einer Abbildung­ selements bei einer Konkav-Auskoppelfacette.In addition, the matrix can be set to a suitable one Distance of the individual lasers for cost-effective imaging of the matrix (on a NEN focus point, on an optical fiber, u. a.) are produced. The Illustration using two illustration elements or using an illustration elements with a concave decoupling facet.

Die erfindungsgemäße Matrix kann außerdem zur Senkung der Ausgangslei­ stung pro Bauelement genutzt werden.The matrix according to the invention can also be used to lower the output le per component.

Claims (12)

1. Halbleiter-Trapezlasermatrix, bei der Halbleiter-Trapezlaser (7) als Matrix angeordnet sind und die Einzelelemente eine hohe Strahlgüte M2 < 3 aufwei­ sen und auf eine Einzelfaser abgebildet werden, wobei die hohe Strahlgüte in einem Halbleiter-Trapezlaser (7) ohne die Hilfe eines Master-Oszillators er­ reicht wird.1. Semiconductor trapezoidal matrix, in which semiconductor trapezoidal lasers ( 7 ) are arranged as a matrix and the individual elements have a high beam quality M 2 <3 and are imaged on a single fiber, the high beam quality in a semiconductor trapezoidal laser ( 7 ) without the help of a master oscillator is enough. 2. Halbleiter-Trapezlasermatrix nach Anspruch 1, wobei die Trapezlaser (7) in einem Halbleitersubstrat (1) ausgebildet sind.2. The semiconductor trapezoidal laser matrix according to claim 1, wherein the trapezoidal lasers ( 7 ) are formed in a semiconductor substrate ( 1 ). 3. Halbleiter-Trapezlasermatrix nach Anspruch 1 oder 2, wobei jeder Halblei­ ter-Trapezlaser (7) aus einem Injektorteil (8) und einem Verstärkungsteil (9) zur Strahlformung besteht, so daß seine Strahlqualität durch Strahlformung pro Einzelelement hoch ist.3. Semiconductor trapezoidal laser matrix according to claim 1 or 2, wherein each semicon ter trapezoidal laser ( 7 ) consists of an injector part ( 8 ) and a reinforcement part ( 9 ) for beam shaping, so that its beam quality by beam shaping per single element is high. 4. Halbleiter-Trapezlasermatrix nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Injektorteil (8) indexgeführt ist, eine starke Lichtführung und einen k-Faktor von ungefähr 1 aufweist, und der Verstärkungsteil (9) verstärkungsgeführt ist, eine schwache Lichtführung und einen k-Faktor < 1 aufweist.4. Semiconductor trapezoidal laser matrix according to one of claims 1 to 3, wherein the injector part ( 8 ) is index-guided, has a strong light guide and a k-factor of approximately 1, and the reinforcement part ( 9 ) is amplification-guided, a weak light guide and a k Factor <1. 5. Halbleiter-Trapezmatrixlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei je­ des Einzelelement ein vollständiger Halbleiter-Trapezlaser (7) ist.5. semiconductor trapezoidal matrix laser according to one of claims 1 to 4, wherein each of the individual elements is a complete semiconductor trapezoidal laser ( 7 ). 6. Halbleiter-Trapezlasermatrix nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Verstärkungsteil (9) als Oxydstreifenlaserstruktur ausgebildet ist. 6. semiconductor trapezoidal laser matrix according to one of claims 1 to 5, wherein the reinforcing part ( 9 ) is designed as an oxide strip laser structure. 7. Halbleiter-Trapezlasermatrix nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei am Verstärkungsteil (9) Randimplantationen (11) mit Ga, P, In und/oder Mehr­ fachimplantationen mit H ausgebildet sind.7. semiconductor trapezoidal laser matrix according to one of claims 1 to 6, wherein on the reinforcing part ( 9 ) edge implants ( 11 ) with Ga, P, In and / or multiple implantations with H are formed. 8. Halbleiter-Trapezlasermatrix nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei an der Ausgangsseite des Verstärkungsteils (9) geätzte Spiegelfacetten (10) aus­ gebildet sind.8. semiconductor trapezoidal laser matrix according to one of claims 1 to 5, wherein etched mirror facets ( 10 ) are formed on the output side of the reinforcing part ( 9 ). 9. Halbleiter-Trapezlasermatrix nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein Metallkontakt (12) zur Einleitung eines Injektionsstroms ausgebildet ist.9. semiconductor trapezoidal laser matrix according to one of claims 1 to 8, wherein a metal contact ( 12 ) is formed for introducing an injection current. 10. Matrixlaser nach Anspruch 9, wobei jeder einzelne Trapezlaser (7) für sich modulierbar ist.10. Matrix laser according to claim 9, wherein each individual trapezoidal laser ( 7 ) can be modulated by itself. 11. Lasersystem, mit
einer Halbleiter-Trapezlasermatrix nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Emission eines Laserstrahls,
einer Kollimationsoptik (2) zur Kollimation des vom Matrixlaser abgegebenen Laserstrahls und
einem Treppenspiegelpaar (4) zur Umlenkung des kollimierten Laserstrahls (3) zu einer Fokussieroptik (5), die ein abgebildetes Strahlbündel abgibt.11. Laser system, with
a semiconductor trapezoidal laser matrix according to one of Claims 1 to 10 for the emission of a laser beam,
a collimation optics ( 2 ) for collimation of the laser beam emitted by the matrix laser and
a pair of stair mirrors ( 4 ) for deflecting the collimated laser beam ( 3 ) to a focusing optics ( 5 ) which emits an imaged beam. 12. Lasersystem, mit
zwei Halbleiter-Trapezlasermatrizen nach einem der Ansprüche 1 bis 10, deren Ausgangsstrahlung zueinander senkrecht polarisiert ist und einem Polarisationskoppler, der die senkrecht zueinander polari­ sierte Ausgangsstrahlung geometrisch auf eine gemeinsame Achse ablenkt.12. Laser system, with
two semiconductor trapezoidal laser matrices according to one of Claims 1 to 10, the output radiation of which is polarized perpendicularly to one another and a polarization coupler which geometrically deflects the perpendicularly polarized output radiation onto a common axis.
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