CN100409514C - 光抽运的半导体激光装置 - Google Patents

光抽运的半导体激光装置 Download PDF

Info

Publication number
CN100409514C
CN100409514C CNB038100509A CN03810050A CN100409514C CN 100409514 C CN100409514 C CN 100409514C CN B038100509 A CNB038100509 A CN B038100509A CN 03810050 A CN03810050 A CN 03810050A CN 100409514 C CN100409514 C CN 100409514C
Authority
CN
China
Prior art keywords
pumping
laser unit
semicondcutor laser
waveguide
vertical launch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB038100509A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1650490A (zh
Inventor
S·卢特根
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Publication of CN1650490A publication Critical patent/CN1650490A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100409514C publication Critical patent/CN100409514C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18344—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] characterized by the mesa, e.g. dimensions or shape of the mesa
    • H01S5/1835—Non-circular mesa
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/041—Optical pumping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/1071—Ring-lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/14—External cavity lasers
    • H01S5/141—External cavity lasers using a wavelength selective device, e.g. a grating or etalon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18344—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] characterized by the mesa, e.g. dimensions or shape of the mesa
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031—Edge-emitting structures
    • H01S5/4056—Edge-emitting structures emitting light in more than one direction

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

本发明涉及一种光抽运的半导体激光装置，它有一个垂直发射体(1)，该发射体具有一个中央波导管(3)和一个布置在中央波导管(3)之内的具有至少一个量子层(5)的量子阱结构，它还有一个抽运辐射源，它使量子室腔结构光抽运，而且它至少包括有一个光抽运波导管(9)，抽运光(11)在该光抽运波导管(9)里导向。中央波导管(3)的宽度(A)大于光抽运波导管(9)的宽度(B)，其中中央波导管(3)的宽度(A)和光抽运波导管(9)的宽度(B)相互匹配，从而使垂直发射体(1)的量子阱结构均匀地受到光抽运。

Description

光抽运的半导体激光装置
本发明涉及一种光抽运的半导体激光装置光抽运的半导体激光装置，具有一个垂直发射体，它具有一个中央波导管和一个位于中央波导管之内的具有至少一个量子层的量子阱结构；并具有一个抽运辐射源，它使量子阱结构光抽运并包括有至少一个光抽运波导管，抽运辐射在该波导管里导向。
这种激光装置例如由专利文献WO 01/93386和WO 02/067393就已知了，它们的内容合并在本说明书中。这里描述了一种表面发射的半导体激光装置，它包含有一个侧向光抽运的量子阱结构。例如一个边棱发射的半导体激光器用作为这个量子阱结构的抽运辐射源。抽运光在抽运辐射源之内在一个波导管里导向。抽运辐射源和量子阱结构分别借助于一个半导体层序列来构成，其中半导体层序列在一个共同基体上外延成长。这可以使量子阱结构和抽运辐射源实现整体的集成，花费并不大。
原则上可以如下来提高光的输出功率：加大光抽运的容积。为此很希望加大光抽运的结构的侧向的直径，其中可以优选一种基本模式运行或者说应该保持之。
但是只是加大侧向的直径就导致以下问题，以下根据附图8加以说明：
图8表示了一个光抽运的半导体激光装置，它有一个垂直发射体20，该发射体具有一个产生光的，具有许多量子层21的结构。这产生光的结构可以单侧或双侧由反射镜25围住用以形成一个垂直的激光谐振器。侧向相邻布置了两个抽运激光器22用于产生抽运光。抽运激光器22各自有一个波导管23，抽运光就在这波导管里导向。
在这种类型的已知的装置中这些波导管布置在如同量子层21相同的高度上，以便使抽运光有效地耦合到产生光的结构里。量子层21尤其指向光抽运波导管23上的中心并且尽可能在靠近其中轴线26处形成，因而使光抽运场24的空间最大值与垂直发射体的量子层准确迭合。这要求很精确地进行加工。
当加大垂直发射体的侧向的直径时证实了：单独的或者与较高的光抽运功率相结合只能很有限地提高光的输出功率。这受以下的限制：如果抽运光准确地指向量子层的话，那么量子层就强烈地吸收这抽运光。因此抽运光首先在光抽运激光器和垂直发射体之间的界面附近被吸收，从而形成一种短的侧向进入深度。在这侧向进入深度的对面几乎不再使垂直发射体光抽运。因此只是在垂直发射体边缘在一个相比较来说较小的，一般窄于30μm的范围内实现激光器运行。
侧向直径的加大或者光抽运功率的提高并不改变进入深度，因此只是很微小地提高了光的输出功率。尤其是由于加大了光抽运激活的范围因而并不能提高输出功率。
另外在脉冲激光器和垂直发射体之间的界面附近，量子层的一个光脉冲有附加的损失，因为这在光脉冲过程中所产生的载流子可以在一个大约10μm的扩散长度之内向界面扩散并在那里根据界面缺陷可以非辐射地重新组合起来。由于这个原因也很希望加大垂直发射体的侧向的直径，以便使量子层在一个尽可能大的离这界面的距离上光抽运。但是仅仅加大侧向直径又是不够的，因为这并不改变在相对较短的进入深度之内的靠边缘的吸收。
本发明的任务是提出一种具有高输出功率的光抽运的半导体装置。本发明尤其应该可以使光抽运的范围在侧向加大。
该任务用一种光抽运半导体装置来解决，它具有一个垂直发射体，它具有一个中央波导管和一个位于中央波导管之内的具有至少一个量子层的量子阱结构；并具有一个抽运辐射源，它使量子阱结构光抽运并包括有至少一个光抽运波导管，抽运辐射在该波导管里导向。根据本发明，中央波导管的宽度大于光抽运波导管的宽度，而且中央波导管的宽度与光抽运波导管的宽度相互匹配，使垂直发射体的量子阱结构被均匀地光抽运。
按照本发明规定了：一个光抽运的半导体激光装置具有一个垂直发射体，该发射体具有一个中心波导管并在中心波导管内具有一个有至少一个量子层的量子阱结构，激光装置还有一个抽运辐射源，该辐射源使量子阱结构侧向进行光抽运并且包括有至少一个抽运光在其中导向的光抽运波导管，其中垂直发射体的中心波导管的宽度大于光抽运波导管的宽度，而且这些宽相互匹配，从而使垂直发射体的量子阱结构均匀地进行光抽运。
相对于垂直发射体来说此处称谓“中央波导管”并不理解为位置的说明，即强制地中心布置，而只是理解为区别于光抽运波导管。
光抽运-或中央波导管的宽度分别垂直于传播的方向测量。
在本发明范围内所谓均匀的光抽运尤其是指量子阱结构的激发，其中在垂直发射体的中心并不形成激发最小值或者在其中至少地在垂直发射体的中心产生一种光辐射。有利的是这里一种激发在垂直发射体的中心具有激发最大值，最好可以使垂直发射体实现一种基本模式运行，例如TEM00-模式。尤其优选的是一个大面积的激发，垂直发射体的直径大于或等于20μm。此外在本发明范围内这产生一种至少近似地高斯形状的，超高斯形状的或者矩形的激发变化曲线对应于一种均匀的光抽运，其中又优选一种大面积的激发变化曲线。
在本发明的一种优选实施形式中，量子层与光抽运波导管的在抽运光的传播方向上的中轴线间隔开布置。与图8所示布置相反，这使得抽运光偏置于垂直发射体的量子层而耦合输入中心波导管里。此处有利的是这样来布置发射体的量子层，从而使其与光抽运波导管的中轴线的距离大于进入垂直发射体里时抽运辐射场的辐射半径。这例如可以借助于一个光抽运波导管来实现，其一半宽度小于垂直发射体的量子层至光抽运波导管的中轴线的距离。
令人惊奇地在本发明中业已证实，当垂直发射体的侧向的直径较大时，那总的来说可以使抽运辐射与垂直发射体的中心的量子层形成一个较大的迭合，并且因此可以以较高的输出功率实现更大面积的和更有效的运行。这与传统的设想相反，传统的设想认为量子阱结构相对于光抽运波导管为中心布置时那么对于有效的耦合应该是最佳的。这种设想因此只适用于小侧向直径。
应该注意到，所提及的距离可以理解为量子层离开中轴线的一个预定的和边界清晰的距离。虽然即使在图8所示装置中也可能出现一个在量子层和相应的中轴线之间的距离，该距离例如可能受到如下的限制：在有多个量子层时不是所有的量子层都必须能与中轴线相重合或者这样一个距离位于加工公差之内。但此处与本发明不同，它并不是指一个预先规定或者边界清晰的间距。
另外这里优选的是，光抽运波导管的宽度与中央波导管的宽度相互匹配，从而使抽运辐射在进入垂直发射体之后扩展。因而可以使抽运辐射在离抽运辐射进入垂直发射体处一个预定距离上与量子层迭合。因而可以明显减少在抽运辐射源和垂直发射体之间的界面附近的量子层的激发以及由于非辐射的重新组合引起的损失。
在本发明的范围内，光抽运波导管和中央波导管可以是相互对称地或者非对称地布置。在不对称布置时，光抽运波导管的中轴线和中央波导管的中轴线不重合，而且最好相互平行布置。一种不对称布置对于垂直发射体或半导体激光装置的外延出的制造是有利的。
本发明特别适用于大的光输出功率的半导体激光装置，例如大于或等于0.1W，最好大于或等于1.0W或者甚至大于或等于10W。抽运辐射源为此优选作成抽运激光器。为了产生对于大的输出功率所必须的光抽运功率，抽运辐射源最好包括多个抽运激光器。这些抽运激光器的布置可以保证使每两个抽运激光器从相反侧射入垂直发射体里。抽运激光器围绕垂直发射体周围为交叉状或星状布置基本上是适用的。
本发明的其它特征、优点和适用性见以下结合图1至7对六个实施例所作的描述。
所示为：
图1：按照本发明的一种半导体激光装置的第一个实施例的剖视简图；
图2：在中央波导管里沿着抽运辐射的传播方向抽运辐射的辐射扩展图；
图3：沿着抽运辐射的传播方向抽运辐射和量子层的重迭示图；
图4A和4B：按照本发明的半导体激光装置的第二个实施例的一个剖视图及相应的一个俯视图；
图5：在按本发明的半导体激光装置的第二个实施例中三维吸收变化轮廓图；
图6：按本发明的半导体激光装置的第三个实施例的剖视简图；
图7A、7B、7C：分别为按照本发明的半导体激光装置的第四、第五和第六个实施例的示意俯视图；
图8：具有传统的光抽运布置的一种相应的半导体激光装置的剖视简图。
在附图中相同的或相同作用的元部件用同一个附图标记表示。
图1所表示的半导体激光装置包括有一个垂直发射体1和以两个抽运激光器2形式的一个抽运辐射源。
垂直发射体1具有一个中央波导管3以及一个布置在中央波导管3之内的产生辐射的具有多个量子层5的量子阱结构。在垂直方向上在中央波导管后面设有一个反射镜6。这个反射镜最好设计成具有不同折射系数的多个交错层的布拉格反射镜。在这反射镜对面上侧在中心波导管3上涂覆有一个输出耦合层7，通过这输出耦合层使得由垂直发射体所产生的辐射8输出耦合。
反射镜6可以与一个外部反射镜(未表示)形成一个垂直发射器用的外部激光谐振器。这样一种装置也称作为VECSEL(VerticalExternal Cavity Surface Emitting Laser(垂直外空腔面发射激光器))。另一种可选方案可以在输出耦合层7和中央波导管3之间布置一个部分透射的输出耦合反射镜，最好是一种布拉格-反射镜用于形成一种按照VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser(垂直空腔面发射激光器))形式的内部谐振器。
在一个外部激光谐振器里主要可能设置了一种非线性光学元件，例如一种非线性晶体用于进行频率转换。这种实施形式对于频率转换，尤其是频率多倍增加，例如象一种由量子阱结构所产生的辐射8的频率倍增来说是有利的。同样本发明的这种实施形式也可以用于其它非线性的转换，例如象差动频率产生、分谐波的产生、拉曼离散或者四波混合，其中任选地使由垂直发射器所产生的辐射场与另外一个例如外部产生的、在这非线性光学元件里的辐射区相重迭。
在本发明的另一种实施形式中，在外部激光谐振器中设有一个元件用于波形耦合(Modenkopplung)，最好用于被动的波形耦合例如象KLM(Kerr Lens Modelocking)(克尔透镜波形锁定)。此处适合的例如为一种可饱和的半导体吸收体(例如一种SESAM，SemiconductorSaturable Absorber Mirror(半导体饱和吸收器反射镜)通过这波形耦合可以使这用垂直发射体所形成的激光器实现抽运运行。这样可以使脉冲时间一直到微微秒或者毫微微秒的范围内。
对于毫微微秒范围内的运行来说，一般必需在这外部谐振器里对于组的速度离差进行补偿，这是因为否则的话这组的速度离差会导致所产生的脉冲随时间而传播。组的速度离差的补偿例如可以借助于棱镜、光栅或者光学纤维，并且例如使用在众所周知的fs-Titan-Saphir-(fs-钛-蓝宝石)激光器。
优选地在本发明中借助于所谓“线性调频脉冲反射镜”对于组的速度离差进行补偿。该反射镜具有许多材料层，它们都匹配于外部谐振器的组速度比，从而整体上使组速度离差得以补偿。在此发明中上述的外部反射镜或者一个附加的谐振器反射镜，例如在外部谐振器折迭时，可以作成产生线性调频脉冲的反射镜。
侧向布置的两个抽运激光器2分别包括有一个活性层以及一个具有中轴线10的光抽运波导管9，抽运辐射11就在这波导管9里导向。如图1所示，抽运辐射11具有一种近似高斯形的轮廓。此外可以设有一个缓冲层4，以便使光抽运波导管在垂直方向上相对于中央波导管定位于适合的高度上。
量子层5布置在离中轴线一个预先规定的距离上，其中位于中轴线10最靠近的量子层5至中轴线的距离为E。
光抽运激光器和垂直发射体最好整体集成起来，也就是说在一个共同的基体13上外延生长成。在制造之后可以将这基体13减薄或者也可以完全去除掉。这例如对于改善一种冷却物体的热量输出是适宜的。
在本发明的另外一种可选方案中，反射镜6装在中央波导管的上侧上。那就可以在这位于反射镜对面侧穿过基体进行光的输出耦合。同样在这种情况下可以减薄或者去除掉基底。
在运行时由抽运激光器2所产生的抽运辐射侧向输入耦合在量子阱结构里并在量子层5里被吸收并因此激发了辐射光8的发射(光的抽运)。在将垂直发射体设计成激光器时这量子阱结构就用作为光抽运的介质，在此介质中通过刺激的发射而产生或者加强了激光。
中央波导管3的宽度A在此发明中大于光抽运波导管的宽度B并因此适用于后者，从而使垂直发射体的量子阱结构被均匀地以及最好是大面积地光抽运。在图1所示的实施例中具体表示了通过抽运光的光扩展和量子层5与抽运波导管9的中轴线10的间隔布置来达到这情况。
光扩展基于抽运辐射场11在从光抽运波导管9过渡至明显更宽的中央波导管3里之后它的衍射。在中央波导管里的波形数量很大，因而可以近似地认为抽运光在中央波导管里有一种自由的传播。抽运光的变化可以按高斯光学理论求得。高斯光学理论以及相应特征参数的定义参见A.Yariv，Quantum Electronics，(量子电子学)，1988第三版，John Wiley & Sons。
图2中举例表示了抽运光在射入垂直发射体时对于其不同辐射半径来说抽运光的光扩展情况。图2中座标表示在射入垂直发射体时，对于各个不同的辐射半径来说(0.3μm；0.5μm；0.7μm；1.0μm；2.0μm)沿着侧向的传播方向X的一种高斯状的聚束的辐射半径w。在射入时辐射半径通过光抽运波导管来确定并对应于光抽运波导管的半宽B。所示的光抽运波长为940nm的变化情况经过了计算。
在图2中还列出了一个量子层5的位置，它离光抽运波导管的中轴线的距离例如为4μm。在量子层和抽运辐射场之间的一种重迭离开抽运辐射场的射入并因而离开一个在一定条件下导致非辐射损失的界面越远，那么光抽运波导管的宽度就越大。因为随着宽度的增大衍射就减小并因此光扩展也减小。
量子阱结构的均匀的光抽运还可能通过对量子层离抽运波导管的中轴线的距离E的优化来达到。这例如表示于图3中。
在图3中用对数表示了对于量子层离开光抽运波导管中轴线不同的距离E来说：在垂直发射体里沿着侧向的传播方向X所计算出的在抽运场和一个量子层之间的搭接重迭Q(以任意单位)。对于这些距离E选择的值为1μm，2μm，3μm，4μm，5μm，6μm，和7μm。此外也用座标图表示了在中心线位置处，也就是间距为0μm处的一个量子层的重迭。
上面与图2有关地所列的关于半导体激光器结构的参数并未改变。光抽运波导管的宽度为1.4μm，相当于射入垂直发射体时的一个辐射半径0.7μm。
重迭Q的变化基本上对应于侧向的吸收曲线。如图3所示：在抽运辐射射入垂直发射体时对于量子层离开中轴线的距离小于或等于1μm时，得出一个吸收最大值，并紧接着有近似呈指数的降落。这对应于传统的光抽运布置，如同它们例如在图8中所表示的那样。垂直发射体的侧向加大这里只造成光输出功率的微小提高，这是因为抽运辐射基本上在垂直发射体的边缘处被吸收了，而且因此只在那里在一个通常窄于20μm的范围内实现一种小面积的辐射产生或者说小面积的激光器工作。
对于量子层离开中轴线的较大距离来说吸收最大值就向着垂直发射体的中心移动。随着距离的增加这吸收最大值就越来越变弱，因而出现一种更多地定位于垂直发射体中心的吸收轮廓曲线并因此出现了量子层的越来越均匀的激发。这样尤其是避免了在垂直发射体边缘处的激发，因而有利地减少了由于在垂直发射体的边缘处的非辐射的重新组合所造成的损失。
总之由图2和3结合其它计算得出了：对于图1所示的实施例和光抽运波长为940nm来说光抽运波导管的宽度B大于或等于1μm，结合量子层离开光抽运波导管的中轴线的距离为4μm或更多是有利的。因此尤其可以实现量子阱结构的均匀的和大面积的激发。
中央波导管的宽度A优选在5μm和30μm之间范围内。鉴于上述的量子层离开光抽运波导管中轴线的间距特别优选一个范围在10μm和30μm之间。
本发明尤其适鸽地具有大的侧向直径C和垂直发射体，直径在10μm和1000μm之间，优选大于或等于100μm。在图1所示实施例中该直径C在200μm和300μm之间，而辐射直径D在100μm和200μm之间。直径大于或等于20μm有利于避免靠近界面的非辐射的重新组合，因为载流子的扩散长度大约达到10μm。非辐射的重新组合通过在一个离垂直发射体的边缘处，大于这扩散长度的距离上的激发而大大减少。
例如在图1所示的实施例中垂直发射体具有四个量子层。所提及的距离涉及到最靠近中轴线10的量子层。不言而喻在本发明范围内也可以选择另外数量的量子层。
在图4A中表示了一种按照本发明的半导体激光装置的第二个实施例的剖视图，图4B表示相应的俯视图。对应图4A的剖切面沿着图4B的A-A线。
如在图1所示的实施例中那样，半导体激光器结构包括一个垂直发射体1，它有一个中央波导管3、一个在中央波导管之后垂直布置的反射镜6和在下面的输出耦合层7。侧向紧接着设有抽运辐射源。
抽运辐射源在图4所示的实施例中包括四个抽运激光器2，它们围绕垂直发射体1周围而布置。抽运激光器2成对地相互正交定位，其中各有两个抽运激光器2从两个对峙的侧面射入到垂直发射体1里。这种对称的布置对于量子阱结构的均匀激发是有利的。
另一种可选方案也可以设有各种其它数量的抽运激光器，其中多个抽运激光器最好成星形布置在垂直发射体周围。
如在图1所示的实施例中那样，抽运激光器2分别具有一个中轴线为10的光抽运波导管9。由于呈星形对称布置，各自对峙布置的光抽运波导管9的中轴线重合并垂直于另外两个抽运波导管的中轴线。
在中央波导管3之内形成了四个量子层5。与图1所示的实施例相反，这些量子层布置在至中轴线的一个垂直距离上，该距离大于光抽运波导管的一半宽度B。这意味着：在射入垂直发射体时抽运辐射场并不与量子层重迭(此处不考虑由于一个空间上呈高斯形的光抽运场的理论上来说并不限制的侧面而引起的微小重迭)。
在抽运辐射场11和量子层5之间的重迭只是在离抽运辐射场11射入垂直发射体1处一个规定距离时才出现。该距离通过抽运辐射场的辐射扩展结合量子层5离抽运波导管9的中轴线10的距离E来确定。
对于一个垂直发射体1的均匀激发来说，其大的侧向直径C在200μm和300μm之间，其辐射直径D在100μm和200μm之间，适合的是宽度在0.2μm和2μm之间的一种光抽运波导管结合一种宽度在2μm和14μm之间的中央波导管3。光抽运波长例如可达940nm，而垂直发射体的发射波长可达1000nm。
量子层最好布置在离抽运波导管9的中轴线10一个1μm至6μm之间的距离上。5μm的距离结合一个大致大于10μm宽的中央波导管业已证实为特别有利的。量子层布置在中央波导管的靠近边缘处并且尤其在运行时在垂直发射体里所产生的驻波的辐射场的一个最大值处，优选在最靠近中央波导管边缘的最大值处。
通常在本发明范围内适宜地是这样来布置量子层，使它们与一个最大值，也就是与由垂直发射体的量子阱结构所产生的辐射场所形成的驻波的一个波腹相重迭。
图5表示了按图4的一个半导体激光装置的计算出的吸收曲线以及上述的参数。座标图上标出了任意单位的光抽运场的吸收与侧向位置的关系，也就是图4B所示直角坐标系中的座标X和Y。对于垂直发射体的整个活性面来说产生了一种有利地经弱变化的吸收，其吸收最大值在半导体激光装置的中间或者说对称中心。吸收变化曲线近似地对应于一种超高斯形曲线。
图6表示了类似于图4A所示实施例的一种半导体激光装置的一个实施例。
与最后所述的实施例不同，中央波导管3与光抽运波导管9的定位呈不对称状，也就是说对应于中央波导管的中轴线12在垂直方向布置成与光抽运波导管的中轴线10有间距。
此外只是在中央波导管3的中轴线12的一侧设有量子层5。在所示的实施例中量子层5布置在中轴线12和反射镜6之间。
另一种可选方案也可使量子层5位于中轴线12的另一侧，也就是在中轴线12和输出耦合层之间。两种设计方案的优点在于：量子层以与图4所示实施例中类似的方式与光抽运波导管的中轴线10间隔开，并且同时这中央波导管3可以作成具有较小的宽度A。因而使外延的制造更加容易，这是因为通常随层厚增大以及特别是随着波导管宽度的增大而延长了成长时间，而且难于制造无误差的层。
中央波导管的宽度最好在2μm和7μm之间，量子层离光抽运波导管的中轴线的距离为1μm至6μm。其余参数如同在图4所示实施例中那样来选择。
在图7A、7B、7C中用俯视图表示了三个其它的实施例。这些实施例与图4B所示实施例的区别在于抽运辐射源的布置。
在图7A所示的实施例中，抽运辐射源的各自对峙布置的部位一起形成了一个抽运激光器2，因而这些抽运激光器2的谐振器相互交错，其中垂直发射体定位于交错部位里。抽运激光器的谐振器也就是分别被位于外面的反射镜或棱面14限定住。
在本发明的这种实施形式中重要的是，垂直发射体1至少局部地布置在一个抽运激光器2的谐振器之内。因此更为有利地使抽运激光器所必需要的反射镜或棱面的数量减少并简化了制造。此处适宜的是，在垂直发射体和抽运激光器部位之间形成了界面，因而抽运辐射产生了尽可能小的反射，最好小于2％。不言而喻，也可以只设置一个抽运激光器或者多于两个抽运激光器。
在图7B所示的本发明实施形式中，垂直发射体同样也至少局部地位于抽运激光器谐振器之内。抽运激光器设计成环形激光器，也就是具有一个环形谐振器的激光器。因此更有利地就不需要谐振器-反射镜或-棱面了。这简化了制造并根据受损的抽运激光器反射而排除一种缺陷。抽运激光器的环形谐振器在俯视图上成8字形，因而垂直发射体1在交叉部位里在四个侧面上受到光抽运。但在本发明范围内也可以规定各种其它形状的环形谐振器。
图7C所示的实施例基本对应于图4B所示的实施例，其中抽运激光器在俯视图上成梯形。因此可以更好地充分利用半导体激光装置的总面积并因此在相同总面积时达到较高的光抽运功率。
如图所示可以对应于图4B所示的实施例设置四个交错形状布置的抽运激光器。另一种可选方案可以对应于图7A由两个对峙布置的抽运激光器部位形成一个共同的抽运激光器，其中垂直发射体1又是至少局部地设置在抽运激光谐振器之内。在最后提及的变型方案中抽运激光谐振器的侧向横断面分别为一种双梯形形状。
根据实施例对本发明的叙述此处并不是对发明的限制。更确切地说本发明涉及所有具有权利要求中所述特征的装置。此外本发明还包括有所有在说明书中所列的特征及其组合，尽管它们并没有在权利要求书或说明书中明确地提到。
在说明书中所提到的范围分别可以理解为包括范围边界。另外每个这种范围说明的本身就已经是本发明的一种优选设计方案，这种设计方案在必要时可以不必与所有其它的范围说明组合起来。还有可能通过分别选择中央波导管的宽度和量子层的位置，使量子层布置在中央波导管之内。

Claims (27)

1. 光抽运的半导体激光装置，具有
-一个垂直发射体(1)，它具有一个中央波导管(3)和一个位于中央波导管(3)之内的具有至少一个量子层(5)的量子阱结构，和
-一个抽运辐射源，它使量子阱结构光抽运并包括有至少一个光抽运波导管(9)，抽运辐射(11)在该波导管里导向，
其特征在于，中央波导管(3)的宽度(A)大于光抽运波导管(9)的宽度(B)，而且中央波导管(3)的宽度(A)与光抽运波导管(9)的宽度(B)相互匹配，使垂直发射体(1)的量子阱结构被均匀地光抽运。
2. 按权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于，光抽运波导管(9)有一个中轴线(10)，而量子层(5)布置在离开光抽运波导管(9)的中轴线(10)一个预先规定的距离(E)处。
3. 按权利要求1或2所述的半导体激光装置，其特征在于，中央波导管(3)有一个中轴线(12)，该中轴线平行于光抽运波导管(9)的中轴线(10)或者与光抽运波导管(9)的中轴线(10)重合。
4.按权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于，量子层(5)与光抽运波导管(9)的中轴线(10)间隔着距离(E)，该距离大于在射入垂直发射体(1)时抽运辐射(11)的辐射半径。
5. 按权利要求4所述的半导体激光装置，其特征在于，抽运辐射(11)在中央波导管(3)之内扩展并与量子层(5)在离开抽运辐射(11)射入垂直发射体(1)处的一个预定距离处重迭。
6. 按权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于，垂直发射体(1)有一个反射镜(6)，它在垂直方向上布置于量子阱结构之后。
7. 按权利要求6所述的半导体激光装置，其特征在于，量子阱结构在垂直方向上布置在反射镜(6)和一个输出耦合层(7)之间。
8. 按权利要求6或7所述的半导体激光装置，其特征在于，垂直发射体(1)对应有一个外部反射镜，该反射镜与垂直发射体(1)的反射镜(6)构成了一个由量子阱结构所发射的辐射光(8)的谐振器。
9. 按权利要求8所述的半导体激光装置，其特征在于，在谐振器之内设有一个非线性光学元件。
10. 按权利要求8所述的半导体激光装置，其特征在于，在谐振器之内设有一个用于波形耦合的元件。
11. 按权利要求8所述的半导体激光装置，其特征在于，用于由量子阱结构所发射的辐射光(8)的谐振器的反射镜是一种产生线性调频脉冲的反射镜。
12. 按权利要求6所述的半导体激光装置，其特征在于，垂直发射体(1)包括有一个输出耦合反射镜，通过它使由量子阱结构所发射的辐射光(8)输出耦合。
13. 按权利要求6所述的半导体激光装置，其特征在于，反射镜(6)设计成布拉格-反射镜。
14. 按权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于，抽运辐射源包括至少一个抽运激光器(2)。
15. 按权利要求14所述的半导体激光装置，其特征在于，抽运辐射源有两个抽运激光器(2)，它们各有一个光抽运波导管(9)，辐射源的抽运辐射(11)在相反的方向上输入耦合在量子阱结构里。
16. 按权利要求14或15所述的半导体激光装置，其特征在于，抽运辐射源包括有许多抽运激光器(2)，它们成交叉状或星形围绕垂直发射体(1)周围布置。
17. 按权利要求16所述的半导体激光装置，其特征在于，抽运辐射源有四个抽运激光器(2)，它们成对地相互成正交布置。
18. 按权利要求14所述的半导体激光装置，其特征在于，抽运激光器(2)有一个抽运激光谐振器，而垂直发射体(1)至少局部位于抽运激光谐振器之内。
19. 按权利要求14所述的半导体激光装置，其特征在于，所述抽运激光器是环形激光器。
20. 按权利要求14所述的半导体激光装置，其特征在于，抽运激光器具有一个抽运激光谐振器，其侧向横断面至少部分呈梯形或者二重梯形。
21. 按权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于，抽运辐射源和垂直发射体(1)为整体集成在一起。
22. 按权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于，半导体激光装置是一个半导体盘状激光器。
23. 按权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于，用于抽运工作的半导体激光装置具有一种在微微秒范围内或者毫微微秒范围内的脉冲时间长短。
24. 按权利要求1所述的半导体激光装置，其特征在于，工作时在垂直发射体(1)里量子阱结构产生一个辐射场，它形成一个驻波，其中量子层(5)的布置使它与这驻波的一个波腹重迭。
25. 按权利要求9所述的半导体激光装置，其特征在于，所述非线性光学元件用于频率加倍。
26. 按权利要求10所述的半导体激光装置，其特征在于，所述元件是一个可饱和的半导体吸收器。
27. 按权利要求11所述的半导体激光装置，其特征在于，所述反射镜是外部反射镜。
CNB038100509A 2002-05-03 2003-05-05 光抽运的半导体激光装置 Expired - Fee Related CN100409514C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10219907.8 2002-05-03
DE10219907 2002-05-03

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1650490A CN1650490A (zh) 2005-08-03
CN100409514C true CN100409514C (zh) 2008-08-06

Family

ID=29285087

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB038100509A Expired - Fee Related CN100409514C (zh) 2002-05-03 2003-05-05 光抽运的半导体激光装置

Country Status (7)

Country Link
US (1) US7551660B2 (zh)
EP (1) EP1502336B1 (zh)
JP (1) JP4504181B2 (zh)
CN (1) CN100409514C (zh)
DE (1) DE50313066D1 (zh)
TW (1) TW595059B (zh)
WO (1) WO2003094311A2 (zh)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10248768B4 (de) * 2002-10-18 2007-04-26 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optisch gepumpte Halbleiterlaservorrichtung und Verfahren zur Herstellung derselben
JP4819330B2 (ja) * 2003-07-31 2011-11-24 オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 光ポンプビーム放射半導体装置及びその製造方法
KR101180166B1 (ko) 2003-11-13 2012-09-05 오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하 반도체 레이저 장치
EP1560306B1 (de) 2004-01-30 2014-11-19 OSRAM Opto Semiconductors GmbH Oberflächenemittierender Halbleiterlaser mit einem Interferenzfilter
DE102004036963A1 (de) 2004-05-28 2005-12-22 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optisch gepumpte oberflächenemittierende Halbleiterlaser-Vorrichtung
KR100668329B1 (ko) * 2005-02-16 2007-01-12 삼성전자주식회사 변조기 내장형 광펌핑 반도체 레이저 장치
DE102005058900A1 (de) * 2005-12-09 2007-06-14 Osram Opto Semiconductors Gmbh Vertikal emittierender, optisch gepumpter Halbleiterlaser mit externem Resonator
DE102006017294A1 (de) 2005-12-30 2007-07-05 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optisch pumpbare Halbleitervorrichtung
DE102006042196A1 (de) * 2006-06-30 2008-01-03 Osram Opto Semiconductors Gmbh Oberflächenemittierender Halbleiterkörper mit vertikaler Emissionsrichtung und stabilisierter Emissionswellenlänge
EP1906497B1 (de) * 2006-09-27 2011-01-05 OSRAM Opto Semiconductors GmbH Halbleiterlaservorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung
DE102007003832A1 (de) * 2006-09-29 2008-04-03 Osram Opto Semiconductors Gmbh Oberflächenemittierender Halbleiterlaser, Herstellungsverfahren für einen solchen und Vorrichtung zum Messen eines Abstands und/oder einer Geschwindigkeit
DE102007053296A1 (de) * 2007-09-11 2009-03-12 Osram Opto Semiconductors Gmbh Halbleitervorrichtung mit Winkelreflektor
US7817700B2 (en) * 2008-09-04 2010-10-19 Seiko Epson Corporation Laser light source device and manufacturing method for manufacturing laser light source device
WO2010062643A1 (en) 2008-10-28 2010-06-03 The Regents Of The University Of Michigan Stacked white oled having separate red, green and blue sub-elements
EP2337168B1 (de) * 2009-12-17 2019-12-25 Forschungsverbund Berlin e.V. Oberflächenemittierende Laserstrahlquelle mit zwei Kavitäten
US9666822B2 (en) 2013-12-17 2017-05-30 The Regents Of The University Of Michigan Extended OLED operational lifetime through phosphorescent dopant profile management
WO2016190919A2 (en) * 2015-01-30 2016-12-01 University Of Southern California Micro-vcsels in thermally engineered flexible composite assemblies
US10177534B2 (en) 2015-04-27 2019-01-08 Sensor Electronic Technology, Inc. Electron beam pumping for light emission
DE102018113874B4 (de) 2018-06-11 2022-12-22 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optoelektronisches Halbleiterbauteil

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0999621A1 (en) * 1998-11-05 2000-05-10 Gore Enterprise Holdings, Inc. Semiconductor device with aligned oxide apertures and contact to an intervening layer
EP1130713A2 (en) * 2000-02-23 2001-09-05 Sarnoff Corporation Semiconductor laser
WO2001093386A1 (de) * 2000-05-30 2001-12-06 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optisch gepumpte oberflächenemittierende halbleiterlaservorrichtung und verfahren zu deren herstellung
US6339607B1 (en) * 1999-10-29 2002-01-15 E2O Communications, Inc. Method and apparatus for modulated integrated optically pumped vertical cavity surface emitting lasers
CN1331494A (zh) * 2000-06-29 2002-01-16 中国科学院半导体研究所 一种激光器与光电开关集成的器件

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2927908B2 (ja) * 1990-08-14 1999-07-28 キヤノン株式会社 発光素子
JP3296917B2 (ja) * 1994-03-10 2002-07-02 株式会社日立製作所 半導体レーザ素子及びその製造方法
JP3299056B2 (ja) * 1994-11-08 2002-07-08 三菱電線工業株式会社 表面放射型のＩｎＧａＡｌＮ系半導体レーザ
JP3111957B2 (ja) * 1997-12-24 2000-11-27 日本電気株式会社 面発光素子
JP2001085790A (ja) * 1999-09-16 2001-03-30 Toshiba Corp 発光増幅素子
US6735234B1 (en) * 2000-02-11 2004-05-11 Giga Tera Ag Passively mode-locked optically pumped semiconductor external-cavity surface-emitting laser
US6778582B1 (en) * 2000-03-06 2004-08-17 Novalux, Inc. Coupled cavity high power semiconductor laser
DE10108079A1 (de) * 2000-05-30 2002-09-12 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optisch gepumpte oberflächenemittierende Halbleiterlaservorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung
CA2328637A1 (en) * 2000-12-15 2002-06-15 Richard D. Clayton Lateral optical pumping of vertical cavity surface emitting laser
US6628696B2 (en) * 2001-01-19 2003-09-30 Siros Technologies, Inc. Multi-channel DWDM transmitter based on a vertical cavity surface emitting laser
WO2002067393A1 (de) 2001-02-20 2002-08-29 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optisch gepumpte oberflächenemittierende halbleiterlaservorrichtung und verfahren zu deren herstellung

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0999621A1 (en) * 1998-11-05 2000-05-10 Gore Enterprise Holdings, Inc. Semiconductor device with aligned oxide apertures and contact to an intervening layer
US6339607B1 (en) * 1999-10-29 2002-01-15 E2O Communications, Inc. Method and apparatus for modulated integrated optically pumped vertical cavity surface emitting lasers
EP1130713A2 (en) * 2000-02-23 2001-09-05 Sarnoff Corporation Semiconductor laser
WO2001093386A1 (de) * 2000-05-30 2001-12-06 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optisch gepumpte oberflächenemittierende halbleiterlaservorrichtung und verfahren zu deren herstellung
CN1331494A (zh) * 2000-06-29 2002-01-16 中国科学院半导体研究所 一种激光器与光电开关集成的器件

Also Published As

Publication number Publication date
JP4504181B2 (ja) 2010-07-14
TW200400676A (en) 2004-01-01
US7551660B2 (en) 2009-06-23
JP2005524981A (ja) 2005-08-18
EP1502336A2 (de) 2005-02-02
CN1650490A (zh) 2005-08-03
US20050226302A1 (en) 2005-10-13
WO2003094311A2 (de) 2003-11-13
TW595059B (en) 2004-06-21
EP1502336B1 (de) 2010-09-08
DE50313066D1 (de) 2010-10-21
WO2003094311A3 (de) 2004-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100409514C (zh) 光抽运的半导体激光装置
CN104022433B (zh) 垂直腔面发射激光器泵浦的光纤增益系统
US9124064B2 (en) Ultrashort pulse microchip laser, semiconductor laser, and pump method for thin laser media
US5590147A (en) Side-pumped lasers
JP4338211B2 (ja) フォトニック結晶を有する構造体、面発光レーザ
US6239901B1 (en) Light source utilizing a light emitting device constructed on the surface of a substrate and light conversion device that includes a portion of the substrate
JPS60101990A (ja) 半導体レ−ザ素子
US5327444A (en) Solid state waveguide lasers
CN103875140A (zh) 具有相位匹配光学元件的高功率半导体激光器
JPH02156592A (ja) 半導体レーザー装置
CN1979983A (zh) 具有泵束反射器的垂直外腔表面发射激光器
CN100508310C (zh) 光学泵浦的半导体激光器设备
WO2016129618A1 (ja) 半導体レーザ素子およびレーザ光照射装置
JP2010003896A (ja) ファイバレーザ用光ファイバ及びファイバレーザ
US4751709A (en) Semiconductor laser array device
JP2009543366A (ja) 光ファイバパワーレーザ装置
JP6753236B2 (ja) ブロードエリア半導体レーザ素子
US6973108B2 (en) Arrangement for pumping an anisotropic laser crystal
CN107851953B (zh) 平面波导型激光装置
CN111181000B (zh) 一种半导体芯片及半导体激光器
KR102310237B1 (ko) 의료용 펄스 레이저 발생기
KR101018467B1 (ko) 프리즘 구조를 이용한 레이저
JP6132733B2 (ja) レーザ装置
KR102027376B1 (ko) 광 공진기
JP2005510067A (ja) ダイオード励起固体スラブ状レーザー

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20080806

Termination date: 20200505

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee