CN104852278A - 半导体激光设备组件 - Google Patents

Abstract

公开了一种半导体激光设备组件，包括：半导体激光设备；以及色散补偿光学系统，在此入射和出射从半导体激光设备出射的激光，以控制从半导体激光设备出射的激光的每个波长的群速度色散值。

Description

半导体激光设备组件

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年2月18日提交的日本在先专利申请JP2014-028276的权益，通过引用将其全部内容结合在此。

技术领域

本公开涉及一种半导体激光设备组件，更具体地，涉及一种包括半导体激光设备和色散补偿光学系统的半导体激光设备组件。

背景技术

生成持续时间为皮秒级或者飞秒级的脉冲激光的激光装置被称为超短光脉冲激光装置。在下文中，除非另有说明以外，“激光”是指脉冲激光。在从激光装置所生成的激光中，光能在极短的时间内聚集。因此，激光展示了连续激光所不能提供的高尖锐功率(峰值功率)。高峰值功率激光展示了与物质的非线性相互作用并且可用于普通连续激光所不能实现的应用。应用之一是非线性光学效应。具体实施例包括借助多光子吸收效应而实现的三维显微测量和微细加工。

迄今，作为超短光脉冲激光装置，主要使用由钛/兰宝石激光装置所代表的固态激光装置。在现有技术中，固态激光装置通常使用大小约为1m的共振器，这将产生较大尺寸的装置。此外，必需有用于使连续激光振荡以进行激发的其他固态激光装置。因此，能效不一定高。此外，大尺寸的共振器很难提供机械稳定性，并且需要专门知识进行维护。

为了弥补固态激光装置的这些缺点，已经开发了利用半导体作为增益介质的半导体激光设备作为超短光脉冲激光装置。利用半导体可以容易使共振器小型化。小型化可容易提供机械稳定性并且可降低高技术的维护。此外，通过电流注入可直接激发半导体，从而具有卓越的能效。

当每脉冲的能量相同时，脉冲时间宽度越窄，激光的峰值功率越高。这样，更显著地开发了预计的非线性现象。因此，超短光脉冲光源的性能指标之一可包括窄脉冲时间宽度。商业可获得的被动模式同步的钛/兰宝石激光装置产生约10飞秒的脉冲时间宽度的激光。相反，在被动模式同步的半导体激光设备中，电流注入型量子阱激光器通常具有约1飞秒至2飞秒的脉冲时间宽度。然而，半导体激光设备具有足够宽的增益带宽和具有生成亚皮秒激光的潜能。

日本专利申请公开第2013-105813号公开了一种半导体激光设备组件，该半导体激光设备组件包括：由两个电极型GaInN半导体激光设备构成的模式同步半导体激光设备和色散补偿光学系统。色散补偿光学系统可提供适当的群速度色散，从而提供适当的光谱宽度并且生成亚皮秒激光。当自相位调制和适当的群速度色散在共振器中相互作用时，这种特征与孤立子模式同步的特征类似。这对将所生成的激光的脉冲时间宽度缩窄为亚皮秒(例如，200飞秒)极其有效。

同时，为了提供飞秒光脉冲，对于从模式同步半导体激光设备输出的激光进行适当的光谱滤波是必要的。因此，在从模式同步半导体激光设备输出的所有能量之中，具有200飞秒的脉冲时间宽度的脉冲分量约留有10％。从模式同步半导体激光设备直接输出的激光的激光光谱展宽在最初增加时达到约4nm。因为光谱的半值全宽约为1.1nm，所以脉冲时间宽度约为200飞秒。然而，适当地控制光谱以拓宽光谱的半值全宽，可以生成脉冲时间宽度为200飞秒或更小的激光。

发明内容

鉴于以上所述情况，希望提供一种具有能够输出更加超短脉冲激光的构造和结构的半导体激光设备组件。

根据本公开的实施方式，提供一种半导体激光设备，包括：半导体激光设备；和色散补偿光学系统，其中入射和出射从半导体激光设备出射的激光，以控制从半导体激光设备出射的激光的每个波长的群速度色散值。

根据本公开的实施方式，提供一种半导体激光设备组件，包括：半导体激光设备；和色散补偿光学系统，其中入射和出射从半导体激光设备出射的激光，以控制从半导体激光设备出射的激光的每个波长的群速度色散值，其中

色散补偿光学系统包括：衍射光栅、聚光器、以及空间相位调制器，

激光从半导体激光设备射出，然后进入衍射光栅，

来自衍射光栅的第0阶光被输出至系统的外部，并且

来自衍射光栅的衍射光经由聚光器入射在空间相位调制器上，然后，从空间相位调制器射出并且经由聚光器和衍射光栅返回至半导体激光设备。

根据本公开的实施方式，提供一种半导体激光设备组件，包括：半导体激光设备和色散补偿光学系统，其中入射和出射从半导体激光设备出射的激光，控制从半导体激光设备出射的激光的每个波长的群速度色散值。

在根据本公开的实施方式的半导体激光设备组件中，由于色散补偿光学系统控制从半导体激光设备出射的激光的每个波长的群速度色散值，所以最后从半导体激光设备组件出射的激光的光谱被整形。因此，可以生成具有200飞秒或更小的脉冲时间宽度的脉冲激光，例如，具有约100飞秒或更小的脉冲时间宽度的脉冲激光。本说明书中所描述的优点仅为说明性的而非限制性的，并且可以存在额外的优点。

如附图所示，根据本发明的最佳实施方式的下列细节描述，本公开的这些及其他目标、特征、以及优点将变得更加显然。

附图说明

图1是实施方式1中的半导体激光设备组件的概念图；

图2是沿着实施方式1中的模式同步半导体激光设备的共振器的延伸方向的示意性端面图；

图3是沿着实施方式1中的模式同步半导体激光设备的共振器的延伸方向及成直角的示意性截面图；

图4是实施方式1中的可替代半导体激光设备组件的概念图；

图5是用于示出实施方式1中的色散补偿光学系统的原理的示意图；

图6A是示出了在实施方式1的半导体激光设备组件中设置的群速度色散值和基于设置的群速度色散值提供的群延迟时间的曲线图；

图6B是示出了通过利用图6A中所示的波长作为变量将群速度色散值的函数进行两次积分而提供的相位的频率相关性的曲线图。

图7是通过将示出了图6B中所示的相位的频率相关性的曲线图转换成空间相位调制器的相位而提供的曲线图；

图8A是示出了在实施方式2的半导体激光设备组件中设置的群速度色散值和基于设置的群速度色散值而提供的群延迟时间的曲线图；

图8B是示出了通过利用图8A中所示的波长作为变量将群速度色散值的函数进行两次积分而提供的相位的频率相关性的曲线图；

图9是通过将示出了图8B中所示的相位的频率相关性的曲线图转换成空间相位调制器的相位而提供的曲线图；

图10A是示出了在实施方式3的半导体激光设备组件中设置的群速度色散值和基于设置的群速度色散值而提供的群延迟时间的曲线图；

图10B是示出了通过利用将图10A中所示的波长作为变量将群速度色散值的函数进行两次积分而提供的相位的频率相关性的曲线图；

图11是通过将示出了图10B中所示的相位频率相关性的曲线图转换成空间相位调制器的相位而提供的曲线图；

图12A是示出了在实施方式4的半导体激光设备组件中设置的群速度色散值和基于设置的群速度色散值而提供的群延迟时间的曲线图；

图12B是示出了通过利用图12A中所示的波长作为变量将群速度色散值的函数进行两次积分而提供的相位的频率相关性的曲线图；

图13是通过将示出图12B中所示的相位频率相关性的曲线图转换成空间相位调制器中的相位而提供的曲线图；

图14A是示出了在比较实施方式1的半导体激光设备组件中设置的群速度色散值和基于设置的群速度色散值而提供的群延迟时间的曲线图；

图14B是示出了通过利用图14A中所示的波长作为变量将群速度色散值的函数进行两次积分而提供的相位的频率相关性的曲线图；

图15是通过将示出了图14B中所示的相位的频率相关性的曲线图转换成空间相位调制器中的相位而提供的曲线图；

图16A和图16B各自是实施方式5中的半导体激光设备组件的概念图；

图17是衍射光栅压缩器的概念图；

图18是实施方式10中的包括光谱整形器和半导体光学放大器的半导体激光设备组件的概念图；

图19是实施方式11中的当在垂直于半导体光学放大器的轴线的虚拟平面上切割半导体光学放大器时的半导体光学放大器的示意性局部截面图；

图20是实施方式12中的当在垂直于半导体光学放大器的轴线的虚拟平面上切割半导体光学放大器时的半导体光学放大器的示意性局部截面图；

图21是实施方式13中的当在垂直于半导体光学放大器的轴线的虚拟平面上切割半导体光学放大器时的半导体光学放大器的示意性局部截面图；

图22是实施方式14中的当在垂直于半导体光学放大器的轴线的虚拟平面上切割半导体光学放大器时的半导体光学放大器的示意性局部截面图；

图23是沿着实施方式1中的模式同步半导体激光设备的可替代共振器的延伸方向的示意性端面图；

图24是沿着实施方式1中的半导体激光设备的另一可替代共振器的延伸方向的示意性概念图；

图25是从上方观察的实施方式1中的其他可替代半导体激光设备的脊带结构的示意图；

图26A和图26B各自是用于示出实施方式中制造模式同步半导体激光设备的方法的基板等的示意性局部截面图；

图27A和图27B各自是用于示出实施方式中的接着图26B来制造模式同步半导体激光设备的方法的基板等的示意性局部截面图；

图28是用于示出实施方式中的接着图27B来制造模式同步半导体激光设备的方法的基板等的示意性局部截面图；

图29是日本专利申请公开第2013-105813中公开的现有技术中的半导体激光设备组件的概念图；

图30A是示出了在由图29中所示的现有技术中的半导体激光设备组件提供的脉冲激光被光谱过滤之后的该激光的强度自相关波形和光谱的曲线图；

图30B是示出了从模式同步半导体激光设备直接输出的脉冲激光的强度自相关波形和光谱的曲线图；

图31是示出了从图29中所示的现有技术中的半导体激光设备组件直接输出的脉冲激光的强度自相关波形和光谱的曲线图；

图32是用于确定脉冲激光的指数式缓慢衰减特性的测量装置的概念图；

图33是示出了使用图32中所示的测量装置所提供的互相关波形和光谱的曲线图；

图34A是示出了图33中所示的波长光谱分量与延迟时间之间的关系的曲线图；

图34B是示出了通过穿过现有技术中的半导体激光设备组件的色散补偿光学系统而生成的波长光谱分量与延迟时间之间的关系的计算结果的曲线图；

图35是示出了在以恒定光谱宽度来光谱过滤从现有技术中的半导体激光设备组件输出的脉冲激光之后，脉冲激光的强度自相关波形和光谱的曲线图；

图36是示出了图35中所示的脉冲激光的作为时间-带宽乘积的特性的曲线图；

图37是示出了基于数值计算的弛豫时间通过自相位调制对频移的影响的考察结果的曲线图；

图38是分别示出了与图37中的(b)和(c)有关的折射率的时间变化、脉冲内相位的时间变化、以及频移的时间变化的曲线图。

图39是图38中的(c-3)所示的频移的时间变化的放大图；

图40是示出了强度自相关波形以及在压缩从现有技术中的半导体激光设备组件输出的脉冲激光之后的强度自相关波形的曲线图；以及

图41是衍射光栅的示意性局部截面图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本公开的实施方式。本公开并不局限于这些实施方式，并且实施方式中的各个数值和材料仅是说明性的。将按照下列顺序描述本技术的实施方式。

1.关于根据本公开的实施方式的半导体激光设备组件的概要说明

2.实施方式1(根据本公开的实施方式的半导体激光设备组件)

3.实施方式2(实施方式1的变形)

4.实施方式3(实施方式1和2的变形)

5.实施方式4(实施方式1和2的其他变形)

6.实施方式5(实施方式1至4的变形)

7.实施方式6(实施方式4的变形)

8.实施方式7(实施方式4的其他变形)

9.实施方式8(关于模式同步半导体激光元件的描述-第1部分)

10.实施方式9(关于模式同步半导体激光元件的描述-第2部分)

11.实施方式10(实施方式7的变形)

12.实施方式11(实施方式10的变形)

13.实施方式12(实施方式7、10、以及11的变形)

14.实施方式13(实施方式7、10至12的变形)

15.实施方式14(实施方式7、10至13的变形)

[关于根据本公开的实施方式的半导体激光设备组件的概要说明]

在根据本公开的实施方式的半导体激光设备组件中，从半导体激光设备出射的激光中，提供具有为负群速度色散值(GVDmin<0[皮秒，ps]2)的最短波长的激光，并且提供具有比最短波长更长的波长的具有比群速度色散值(GVDmin)大的群速度色散值的激光。此处，在该配置中，与波长无关，色散补偿光学系统可为具有更长的波长的激光提供比具有最短波长的激光的群速度色散值(GVDmin)大的恒定群速度色散值(GVDconst)。在这种情况下，恒定群速度色散值(GVDconst)可以为0([皮秒]2)或者可以为正。可替代地，在该配置中，根据波长，色散补偿光学系统可为具有更长的波长的激光提供比具有最短波长的激光的群速度色散值(GVDmin)大的群速度色散值。在这种情况下，波长越长，具有更长的波长的激光的群速度色散值越大。

可替代地，在根据本公开的实施方式的半导体激光设备组件中，从半导体激光设备出射的激光，为最短波长的激光提供负的群速度色散值的。所提供的负群速度色散值的绝对值越大，具有比预定波长更短的波长的激光越短。此处，在该配置中，色散补偿光学系统可为具有比预定波长更长的波长的激光提供比具有预定波长的激光的群速度色散值大的群速度色散值。此处，在该配置中，与波长无关，色散补偿光学系统可为具有比预定波长更长的波长的激光提供大于具有预定波长的激光的群速度色散值的恒定群速度色散值(GVDconst)。在这种情况下，恒定群速度色散值(GVDconst)可以为0[(皮秒)²]或者可以为正。可替代地，在该配置中，根据波长，色散补偿光学系统可为具有比预定波长更长的波长的激光提供大于具有预定波长的激光的群速度色散值的群速度色散值。在这种情况下，波长越长，具有更长波长的激光的群速度色散值越大。

在根据本公开的实施方式的包括上述所述理想实施方式和配置的半导体激光设备组件中，从半导体激光设备射出的激光入射在色散补偿光学系统上，入射在色散补偿光学系统上的激光的一部分从色散补偿光学系统射出并且返回至半导体激光设备，并且入射在色散补偿光学系统上的激光的其余部分被输出至系统外部。在该配置中，外部共振器由色散补偿光学系统构成。在这种情况下，半导体激光设备组件还包括脉冲压缩器，脉冲压缩器将为输出至系统外部的激光提供负群速度色散值。而且，色散补偿光学系统包括衍射光栅、聚光器(具体地，透镜)、以及空间相位调制器。从半导体激光设备射出的激光与衍射光栅碰撞，来自衍射光栅的0阶光(0阶衍射光)被输出至系统外部，并且来自衍射光栅的衍射光(1阶以上衍射光)经由聚光器入射在空间相位调制器上，然后，从空间相位调制器射出并且经由聚光器和衍射光栅返回至半导体激光设备。在这种情况下，空间相位调制器(相位补偿光学装置)可由反射式液晶显示装置、可变形反射镜、或者多个反射镜构成。色散补偿光学系统可进一步包括除脉冲压缩器之外的半导体光学放大器，或者可包括半导体光学放大器而非脉冲压缩器并且可用作脉冲压缩器。可替代地，色散补偿光学系统可由体积全息衍射光栅构成。

如上所述，从半导体激光设备射出的激光中的1阶以上的衍射光通过衍射光栅入射在色散补偿光学系统上，0阶衍射光被输出至系统外部。可以将准直器(具体地，透镜)设置在半导体激光设备与衍射光栅之间以将来自半导体激光设备的激光改变成平行光通量。入射(碰撞)在衍射光栅上的激光中包含的衍射光栅的光栅图案数目可以为1200行/mm至3600行/mm，理想上，2400行/mm至3600行/mm。

当空间相位调制器(相位补偿光学装置)由作为空间光调制器(SLM)的反射式液晶显示装置(具体地，例如，LCOS，硅基液晶)构成时，通过对平行取向的向列液晶层施加电压来改变液晶分子的取向状态。由此改变液晶层的折射率。因此，在液晶层中可以调制激光。在不改变激光的光强度或者偏振状态的情况下，仅可调整相位。同时，来自衍射光栅的衍射光经由聚光器入射在空间相位调制器上。空间相位调制器位于聚光器的焦点处，即，傅里叶面处。由于来自衍射光栅的衍射光的出射角取决于激光的波长，所以入射在空间相位调制器上的位置取决于激光的波长。因此，通过将足够的电压施加给空间相位调制器的每个区域(像素)，可以调制入射在空间相位调制器上的激光在各个区域(像素)中的相位，并且可以调制出射的激光的相位，从而控制激光的群速度色散值。

当空间相位调制器由诸如可变形反射镜等波前补偿设备构成时，通过启动基于MEMS技术生产的致动器控制可变形反射镜的反光表面的形状。可替代地，当空间相位调制器由多个反射镜构成时，控制从衍射光栅到每个反射镜的空间距离使得可根据激光波长改变激光穿过的空间距离。激光从衍射光栅出射、入射在空间相位调制器上，然后从空间相位调制器出射。因此，可以控制激光的群速度色散。

而且，在根据本公开的实施方式的包括上述所述理想实施方式和配置的半导体激光设备组件中，半导体激光设备可包括具有可饱和吸收区域的模式同步半导体激光设备。应注意，在现有技术的光激励模式同步半导体激光设备中，使用半导体可饱和吸收器的温度特性来控制振荡性能。在具有可饱和吸收区域的模式同步半导体激光设备中，可以基于可饱和吸收区域的反向偏置电压Vsa控制振荡性能，从而容易控制振荡性能。在这种情况下，模式同步半导体激光设备可由层压结构构成，其中依次层压的是：

第一化合物半导体层，所述第一化合物半导体层包括GaN基化合物半导体，具有第一导电类型；

第三化合物半导体层(有源层)，所述第三化合物半导体层(有源层)包括GaN基化合物半导体；以及

第二化合物半导体层，所述第二化合物半导体层具有不同于第一导电类型的第二导电类型，包括GaN基化合物半导体。

在根据本公开的实施方式的包括上述所述理想实施方式和配置的半导体激光设备组件(在下文中，简称为“本公开的实施方式的半导体激光设备组件”)中，模式同步半导体激光设备包括双段式模式同步半导体激光设备，其中，发光区域和可饱和吸收区域在共振器方向上并置。

双段式模式同步半导体激光设备包括：

(a)层压结构，其中，依次层压：具有第一导电类型包括GaN基化合物半导体的第一化合物半导体层、配置发光区域和可饱和吸收区域的包括GaN基化合物半导体的第三化合物半导体层(有源层)、以及具有不同于第一导电类型的第二导电类型的包括GaN基化合物半导体的第二化合物半导体层；

(b)带状第二电极，带状第二电极形成在第二化合物半导体层上；以及

(c)第一电极，第一电极电连接至第一化合物半导体层。

第二电极具有通过隔离槽分离的第一部分和第二部分，第一部分通过使电流经由发光区域直接流向第一电极而提供正向偏压状态，并且第二部分将电压施加给可饱和吸收区域。第一化合物半导体层形成在基板或者基体上。

理想上，第二电极的第一部分与第二部分之间的电阻率为第二电极与第一电极之间的电阻率的1×10倍以上，更为理想地，1×10²倍以上，仍更为理想地，1×10³倍以上。出于方便，该模式同步半导体激光设备被称为“具有第一配置的模式同步半导体激光设备”。此外，理想上，第二电极的第一部分与第二部分之间的电阻率为1×10²倍以上，更为理想地，1×10³倍以上，仍更为理想地，1×10⁴倍以上。出于方便，该模式同步半导体激光设备被称为“具有第二配置的模式同步半导体激光设备”。

在具有第一配置或者第二配置的模式同步半导体激光设备中，直流电流经由发光区域从第二电极的第一部分流动以提供正向偏置电压，并且在第一电极与第二电极的第二部分之间施加电压(反向偏压Vsa)以将电压施加给可饱和吸收区域，从而提供模式同步操作。

在具有第一配置或者第二配置的模式同步半导体激光设备中，第二电极的第一部分与第二部分之间的电阻率被设置成为第二电极与第一电极之间的电阻率的10倍以上或者为1×10²Ω以上，从而确定性地抑制漏电流从第二电极的第一部分流入第二部分。换言之，可以增加施加给可饱和吸收区域(载流子非注入区域)的反向偏置电压Vsa。因此，可以提供具有短脉冲时间宽度的模式同步操作。此外，通过用于隔离第二电极的第一部分与第二部分的隔离槽可以提供第二电极的第一部分与第二部分之间的高电阻率。

在具有第一配置和第二配置的模式同步半导体激光设备中，第三化合物半导体层具有，但不限于包括阱层和势垒层的量子阱结构。

阱层具有1nm以上至10nm以下的厚度，理想上，1nm以上至8nm以下。

势垒层具有2×10¹⁸cm^-3以上至1×10²⁰cm^-3以下的杂质掺杂浓度，理想上，1×10¹⁹cm^-3以上至1×10²⁰cm^-3以下。出于方便，该模式同步半导体激光设备可被称为“具有第三配置的模式同步半导体激光设备”。由于将量子阱结构用作有源层，所以注入电流可比使用量子点结构的情况下高，从而容易提供高输出。

同样，当第三化合物半导体层的阱层被设置成具有1nm以上至10nm的厚度并且第三化合物半导体层的势垒层的杂质掺杂浓度被设置为2×10¹⁸cm^-3以上至1×10²⁰cm^-3以下时，换言之，阱层较薄并且第三化合物半导体层中的载流子增加，可以降低压电偏振效应并且可以提供生成具有短脉冲时间宽度和较少子脉冲分量的单一峰值激光的激光源。此外，利用低反向偏置电压Vsa可获得模式同步驱动。可以生成与外部信号(电信号和光信号)同步的激光的脉冲列。势垒层中掺杂的杂质可以是硅(Si)，但并不局限于此，并且可以是氧(O)。

在根据本公开的实施方式的包括上述所述理想实施方式和配置的半导体激光设备组件中，半导体激光设备可以是具有1×10¹⁰瓦特/cm²以上(理想上，1.4×10¹⁰瓦特/cm²以上)峰值功率光学密度和1×10¹⁹/cm³以上载流子密度的电流注入式模式同步半导体激光设备。同样，通过限定从模式同步半导体激光设备射出的激光的峰值功率光密度并且通过限定模式同步半导体激光设备的载流子密度，可以高光功率密度和高载流子密度生成自相位调制。通过提供适当的群速度色散值，则可确定性地生成亚皮秒的激光。此外，除了缩窄亚皮秒激光的脉冲时间宽度之外，电流注入式模式同步半导体激光设备比光激励型模式同步半导体激光设备具有更大的能效。

半导体激光设备可具有脊带式分离限制异质结构(SCH结构)。可替代地，半导体激光设备可具有斜脊带式分离限制异质结构。换言之，半导体激光设备的轴线和脊带式结构的轴线可以预定角相交。预定角的实施例包括0.1度≤θ≤10度。脊带结构的轴线是连接光出射端面(出于方便，可被称为“第二端面”)上的脊带结构的两端的中点和层压结构与光出射端面(“第二端面”)相对的端面(出于方便，可被称为“第一端面”)上的脊带结构的两端的中点的直线。半导体激光设备的轴线指正交于第一端面和第二端面的轴线。脊带结构具有直的或者弯曲的平面形状。

在半导体激光设备中，当第二端面上的脊带结构的宽度被限定为W₂并且第一端面上的脊带结构的宽度被限定为W₁时，则W₁＝W₂或者W₂>W₁。W₂可以是5μm以上。W₂上限不受限制，而是例如可以为4×10²μm。W₁可以是1.4μm至2.0μm。脊带的每端均可由一个线段或者两个或更多线段构成。在前者情况下，脊带结构的宽度可从第一端面至第二端面逐渐地变小。另一方面，在后者情况下，脊带结构从第一端面至第二端面的宽度相同并且然后逐渐变小；或者从第一端面至第二端面变宽并且当超过最大宽度时变窄。

在半导体激光设备中，理想上，射出激光束(脉冲激光)的层压结构的第二端面具有0.5％以下的光学反射率。具体地，低反射率涂层可形成在第二端面上。此处，低反射率涂层由包括选自于由氧化钛层、氧化钽层、氧化锆层、氧化硅层、以及氧化铝层构成的组的至少两层的层压结构构成。应注意，光学反射率的值明显低于现有技术的半导体激光设备中射出激光束(脉冲激光)的层压结构的一个端面处的光学反射率(通常，5％至10％)。理想上，第一端面具有较高的光学反射率，例如，85％以上的光学反射率，更为理想地，95％以上。

外部共振器的长度(X’，单位：mm)为0<X’<1500，理想上，30≤X’≤500。外部共振器由半导体激光设备的第一端面和配置外部共振器结构的空间相位调制器构成。外部共振器的长度为半导体激光设备的第一端面与空间相位调制器之间的距离。

在半导体激光设备中，层压结构在厚度方向上具有由至少第二化合物半导体层的一部分构成的脊带结构。脊带结构在厚度方向上可仅由第一化合物半导体层构成；由第二化合物半导体层以及第三化合物半导体层(有源层)构成；或者仅由第二化合物半导体层、第三化合物半导体层(有源层)、以及第一化合物半导体层的一部分构成。

在半导体设备中，尽管不局限于此，然而，第二电极的宽度为0.5μm以上至50μm以下，理想上，1μm以上至5μm以下，脊带的高度为0.1μm以上至10μm以下，理想上，0.2μm以上至1μm以下，用于隔离第二电极的第一部分与第二部分的隔离槽的宽度为1μm以上至半导体设备中共振器长度(在下文中，简称为“共振器长度”)的50％以下，理想上，10μm以上至共振器长度的10％以下。例如，共振器长度为0.6mm，但并不局限于此。理想上，从位于脊带结构两端的外部的第二化合物半导体层的一部分的顶面至第三化合物半导体层(有源层)的距离(D)期望为1.0×10^-7m(0.1μm)以上。通过按照此方式限定距离(D)，可饱和吸收区域可以(在Y方向上)确定地形成在第三化合物半导体层的两端上。通过长期驱动时阈值电流的增加、温度性能、电流上升百分比的下降等可确定距离(D)的上限。在下列描述中，将共振器长度方向定义为X方向，并且将层压结构的厚度方向定义为Z方向。理想上，位于脊带结构两端外部的第二化合物半导体层的一部分的顶面至第三化合物半导体层(有源层)的距离(D)为1.0×10^-7m(0.1μm)以上。通过按照此方式限定距离(D)，可饱和吸收区域可确定性地(在Y方向上)形成在第三化合物半导体层的两端上。通过阈值电流的上升、温度特性、长期驱动时电流上升百分比的劣化可确定距离(D)的上限。在下列描述中，将共振器长度方向限定为X方向，并且将层压结构的厚度方向限定为Z方向。

而且，在半导体激光设备中，第二电极由钯(Pd)单层、镍((Ni)单层、铂(Pt)单层、其中钯层与第二化合物半导体层接触的钯层/铂层层压结构或者其中钯层与第二化合物半导体接触的第二电极由钯层/镍层层压结构构成。当下部金属层由钯制成并且上部金属层由镍制成时，上部金属层具有0.1μm以上的厚度，理想上，0.2μm以上。可替代地，理想上，第二电极由钯(Pd)单层制成。在这种情况下，厚度为20nm以上，理想上，50nm以上。可替代地，第二电极可由钯(Pd)单层、镍(Ni)单层、以及铂(Pt)单层制成，或者由与第二化合物半导体层接触的下部金属层的层压结构制成的下部金属层和上部金属层制成(下部金属层由选自于由钯、镍、以及铂组成的组中的至少一种金属制成，并且上部金属层由具有用于在第二电极中形成隔离槽的相同、相似、或者高于在下面所述步骤(D)中下部金属层的蚀刻率的蚀刻速率的金属制成)。在下面所述步骤(D)中，理想上，用于在第二电极中形成隔离槽的蚀刻液体为王水、硝酸、硫酸、盐酸、或者包含上述酸中至少两种的混合酸(具体地，硝酸和硫酸的混合液以及硫酸和盐酸的混合液)。

在根据本公开的实施方式的包括上述所述理想实施方式和配置的半导体激光设备中，可饱和吸收区域可具有比发光区域更短的长度。可替代地，第二电极可具有比第三化合物半导体层(有源层)更短的长度(第一部分和第二部分的总长度)。具体地，第二电极的第一部分和第二部分具有下列配置：

(1)形成第二电极的一个第一部分和第二电极的一个第二部分，并且经由独立槽定位第二电极的第一部分和第二电极的第二部分。

(2)形成第二电极的一个第一部分和第二电极的两个第二部分，并且第一部分的一端经由一个隔离槽面向第二部分中的一个，并且第一部分的另一端经由另一隔离槽面向第二部分中的另一个。

(3)形成第二电极的两个第一部分和第二电极的一个第二部分，第二部分的一端经由一个独立槽面向第一部分中的一个，并且第二部分的另一端经由另一隔离槽面向第一部分中的另一个(换言之，在第二电极中，经由第二部分布置第一部分)。

概括地，

(4)形成第二电极的N个第一部分和第二电极的(N-1)个第二部分，并且经由第二电极的第二部分布置第二电极的第一部分。

(5)形成第二电极的N个第二部分和第二电极的(N-1)个第一部分，并且经由第二电极的第一部分布置第二电极的第二部分。配置(4)和(5)修改为如下：

(4’)形成N个发光区域[载流子注入区域，增益区域]和(N-1)个可饱和吸收区域[载流子非注入区域]，并且经由可饱和吸收区域布置发光区域。

(5’)形成N个可饱和吸收区域[载流子非注入区域]和(N-1)个发光区域[载流子注入区域，增益区域]，并且经由发光区域布置可饱和吸收区域。

通过使用配置(3)、(5)、(5’)，模式同步半导体激光设备的光出射端面较少受到损坏。

例如，通过下列方法可制造模式同步半导体激光设备。换言之，

(A)具有第一导电类型并且包括GaN基化合物半导体的第一化合物半导体层、具有发光区域和可饱和吸收区域，包括GaN基化合物半导体的第三化合物半导体层、以及具有不同于第一导电类型的第二导电类型的包括GaN基化合物半导体的第二化合物半导体层在基体上被顺次层压以形成层压结构；

(B)在第二化合物半导体层上形成带状第二电极；

(C)第二化合物半导体层的至少一部分被蚀刻以形成脊带结构作为第二电极的蚀刻掩模；

(D)形成抗蚀剂层以用于在第二电极上形成隔离槽，并且通过使用作为湿蚀刻掩模的抗蚀剂层的湿蚀刻方法使隔离槽形成在第二电极上，从而通过隔离槽将第二电极隔离成第一部分和第二部分。

通过制造方法，通过对作为带状第二电极的蚀刻掩模而蚀刻的第二化合物半导体层的至少一部分蚀刻来形成脊带结构。换言之，通过使用被图案化成蚀刻掩模的第二电极的自对准方法形成脊带结构。没有机会产生第二电极与脊带结构之间的未对准。通过湿蚀刻方法使隔离槽形成在第二电极上。不同于干蚀刻方法，湿蚀刻方法允许抑制第二化合物半导体层的光学性能和电性能下降。同样，可以确定性地防止发光性能下降。

在步骤(C)中，在厚度方向上可以局部蚀刻第二化合物半导体层，在厚度方向上可以整体蚀刻第二化合物半导体层，在厚度方向上可以蚀刻第二化合物半导体层和第三化合物半导体层，在厚度方向上可以局部蚀刻第二化合物半导体层、第三化合物半导体层、以及第一化合物半导体层。

在步骤(D)中，当隔离槽形成在第二电极上时，希望满足ER₀/ER₁≥1×10，更为理想地，满足ER₀/ER₁≥1×10²，其中，ER₀表示第二电极的蚀刻率，并且ER₁表示层压结构的蚀刻率。当ER₀/ER₁满足该不等式时，在不蚀刻层压结构(或者少量蚀刻层压结构)的情况下，可以确定性地蚀刻第二电极。

具体地，在半导体激光设备中，层压结构由基于AlGaInN化合物的半导体构成。基于AlGaInN化合物半导体的实施例包括GaN、AlGaN、GaInN、以及AlGaInN。此外，根据需要，化合物半导体可包含硼(B)元素、铊(Tl)元素、砷(As)原子、磷(P)元素、以及锑(Sb)元素。理想上，配置发光区域(增益区域)和可饱和吸收区域的第三化合物半导体层(有源层)具有量子阱结构。具体地，第三化合物半导体层可具有单量子阱结构[QW结构]或者多量子阱结构[MQW结构]。具有量子阱结构的第三化合物半导体层(有源层)具有其中形成阱层和势垒层中的至少一个的层压结构。包括阱层的化合物半导体和包括势垒层的化合物半导体的组合包括(InyGa_(1-y)N,GaN)、(InyGa_(1-y)N,InzGa_(1-z)N)[其中，y>z]、(InyGa_(1-y)N,AlGaN)。

而且，在半导体激光设备中，第二化合物半导体层具有为0.7μm以下厚度的超晶格结构，其中，p型GaN层和p型AlGaN层交替层压。通过超晶格结构，可以减少半导体激光设备的串联电阻部件，同时保持镀层的所需折射率。因此，可以降低半导体激光设备的操作电压。超晶格结构的厚度的下限不受特殊限制，而是可以为0.3μm。例如，具有超晶格结构的p型GaN层具有1nm至5nm的厚度。例如，具有超晶格结构的p型AlGaN层具有1nm至5nm的厚度。例如，p型GaN层和p型AlGaN层的总层数为60至300。第三化合物半导体层至第二电极的距离为1μm以下，理想上，0.6μm以下。通过限定第三化合物半导体层至第二电极的距离，具有高电阻率的p型第二化合物半导体层可能较薄，并且半导体激光设备的操作电压下降。第三化合物半导体层至第二电极的距离的下限不受特殊限制，而是可以为0.3μm。1×10¹⁹cm^-3以上的Mg被掺入第二化合物半导体层中。第二化合物半导体层对来自第三化合物半导体层的具有405nm波长的光具有至少50cm^-1的吸收系数。从提供最大空穴浓度为2×10¹⁹cm^-3值的材料性能获得Mg原子浓度。Mg掺杂被设计成具有最大空穴浓度，即，使第二化合物半导体层具有最小设定电阻率。根据尽可能地降低半导体激光设备的电阻来限定第二化合物半导体层的吸收系数。因此，第三化合物半导体层通常具有50cm^-1的光吸收系数。然而，为了提高吸收系数，可以特意将Mg掺杂量设置为2×10¹⁹cm^-3以上。例如，在这种情况下，为了提供实际的空穴浓度，Mg掺杂量的上限为8×10¹⁹cm^-3。第二化合物半导体层在第三化合物半导体层侧具有未掺杂的化合物半导体层和p型化合物半导体层。第三化合物半导体层与p型化合物半导体层之间的距离可以为1.2×10^-7m以下。通过限定第三化合物半导体层与p型化合物半导体层之间的距离，在不使内部量子效率降低的情况下可以抑制内部损失。从而允许在激光开始振荡时的阈值电流密度减少。第三化合物半导体层与p型化合物半导体层之间的距离下限不受特别限制，而是可以为5×10^-8m。由SiO₂/Si层压结构构成的层压绝缘膜形成在脊带结构的两侧。脊带结构的有效折射率与层压结构膜的有效折射率之间的差可以为5×10^-3至1×10^-2。通过使用层压绝缘膜，即使执行超过100毫瓦的高输出操作，也可以保持单基侧模式。例如，第二化合物半导体层包括位于第三化合物半导体层侧的未掺杂的GaInN层(p侧导光层)、掺杂Mg的AlGaN层(电子势垒层)、GaN层(掺杂Mg)/AlGaN层(超晶格镀层)的超晶格结构、以及掺杂Mg的GaN层(p侧接触层)。理想上，第三化合物半导体层中阱层的化合物半导体的带隙为2.4eV以上。理想上，从第三化合物半导体层(有源层)射出和输出的激光具有360nm至500nm的波长，更为理想地，400nm至410nm。应当认识到，可以组合上述所述各种配置。

用于形成半导体激光设备的各种GaN基化合物的半导体层顺次形成在基板或者基体上。基板或者基体的实施例包括GaAs基板、GaN基板、SiC基板、氧化铝基板、ZnS基板、ZnO基板、AlN基板、LiMgO基板、LiGaO₂基板、MgAl₂O₄基板、InP基板、Si基板，形成在底层或者缓冲层表面(主表面)上的这些基板、以及兰宝石基板。通常，当GaN基化合物的半导体层形成在基板上时，GaN基板比较理想是由于缺陷密度较低。已知根据生长面将GaN基板的性能改变为极性/非极性/半极性。作为形成半导体激光设备的各种化合物半导体层(诸如，GaN基化合物的半导体层)的方法，实施例包括金属有机化合物气相沉积(MOCVD方法、MOVPE方法)、分子束外延方法(MBE方法)、氮化物气相外延方法(其中，卤素参与输送或者反应)。

在MOCVD方法中，有机镓源气体的实施例包括三甲基镓(TMG)气体和三乙基镓(TEG)气体，并且氮源气体的实施例包括铵气体或者肼气体。当形成具有n型导电性的GaN基化合物的半导体层时，可添加硅(Si)作为n型杂质(n型掺杂物)。当形成具有p型导电性的GaN基化合物的半导体层时，可添加镁(Mg)作为p型杂质(p型掺杂物)。当GaN基化合物的半导体层包括作为组成原子的铝(Al)或者铟(In)时，可以使用三甲基铝(TMA)气体作为Al源或者可以使用三甲基铟(TMI)气体作为In源。而且，可以使用甲硅烷气体(SiH₄气体)作为Si源。可以使用环戊二烯基镁气体、甲基环戊二烯基镁、以及双环戊二烯基镁(Cp₂Mg)作为Mg源。n型杂质(n型掺杂物)包括Ge、Se、Sn、C、T、Te、S、O、Pd、与Po、以及Si。p型杂质(p型掺杂物)包括Zn、Cd、Be、Ca、Ba、C、Hg、与Sr、以及Mg。

当第一导电类型是n型时，电连接至具有n型导电类型的第一化合物半导体层的第一电极具有包含选自于由金(Au)、银(Ag)、钯(Pd)、铝(Al)、钛(Ti)、钨(W)、铜(Cu)、锌(Zn)、锡(Sn)、以及铟(In)构成的组的至少一种金属(例如，Ti/Au、Ti/Al、Ti/Pt/Au)的单层结构或者多层结构。其中第一电极电连接至第一化合物半导体层的实施方式包括其中第一电极形成在第一化合物半导体层上和第一电极经由导电材料层或者导电基板或者基体连接至第一化合物半导体层的实施方式。通过包括真空沉积方法、溅射方法等PVD方法可形成第一电极和第二电极。

衰减电极(pad electrode，焊盘电极)可形成在第一电极或者第二电极上以电连接至外部电极或者电路。理想上，衰减电极具有包含选自于由钛(Ti)、铝(Al)、铂(Pt)、金(Au)、以及镍(Ni)构成的组的至少一种金属的单层结构或者多层结构。衰减电极可具有诸如Ti/Pt/Au多层结构和Ti/Al多层结构等多层结构。

在具有第一配置或者第二配置的模式同步半导体激光设备中，理想上，如上所述，可在第一电极与第二部分之间施加反向偏压Vsa(换言之，第一电极是正电极并且第二部分是负电极)。可将脉冲电流或者与脉冲电流同步的脉冲电压或者施加给第二电极的第一部分的脉冲电压施加给第二电极的第二部分，或者可将DC偏压施加给第二电极的第二部分。电流可经由发光区域从第二电极流入第一电极，并且可叠加经由发光区域从第二电极至第一电极的外部电信号。同样，激光可与外部电信号同步。可替代地，激光可从层压结构的一个端面入射。此外，同样，激光可与外部电信号同步。在第二化合物半导体层中，未掺杂的化合物半导体层(例如，未掺杂的GaInN层或者未掺杂的AlGaN层)可形成在第三化合物半导体层与电子势垒层之间。而且，未掺杂的GaInN层可形成在第三化合物半导体层与未掺杂的化合物半导体层之间作为导光层。掺杂的GaN层(p侧接触层)可占据第二化合物半导体层的最上层。

模式同步半导体激光设备并不局限于双段式(两电极式)半导体激光设备。可以使用多段式(多电极式)半导体激光设备、其中发光区域和可饱和吸收区域设置在垂直方向上的SAL(可饱和吸收层)式半导体激光设备，或者其中可饱和吸收区域沿着脊带结构设置的WI(Weakly Indexguide，雷射简单之折射率波导)式半导体激光设备。

如上所述，理想上，半导体光学放大器(如果存在)由III-V族氮化物基半导体层的层压结构或者放大从色散补偿光学系统出射至系统外部的激光的宽隙半导体层的层压结构构成。在这种情况下，理想上，从半导体激光设备组件输出的激光具有负频率啁啾和0.5皮秒以下的脉冲时间宽度。此处，当τ1表示入射在半导体放大器上的激光的脉冲时间宽度，并且τ2表示从半导体光学放大器输出的激光的脉冲时间宽度时，τ1>τ2。半导体光学放大器的驱动电流值越高，τ2的值越低。在半导体光学放大器中，理想上，载流子带内弛豫时间为25飞秒以下。此外，从半导体光学放大器输出的激光具有4.5THz以上的光谱宽度。通常，以长度单位(米)表示具有波长λ(单位：米)的激光的光谱宽度ΔSP_L。当光谱宽度以频率ΔSP_F与光速c(单位：米/秒)表示时：

ΔSP_F＝ΔSPL×c/(λ²)

而且，理想上，驱动电流密度为5×10³安培/cm²以上。通过将用于驱动半导体光学放大器的电流除以驱动电流在半导体光学放大器中流动的面积来提供驱动电流密度。半导体光学放大器具有3％以下的光限制系数，理想上，1％以下，从而提供半导体光学放大器的更高输出。在根据本公开的实施方式的包括上述所述各种理想实施方式的半导体激光设备组件中，理想上，从半导体光学放大器输出的激光的光谱宽度相对于入射在半导体光学放大器上的激光的光谱宽度增加2.5THz以上。

半导体光学放大器具有3％以下的光限制系数，理想上，1％以下。为了提供此功能，在半导体光学放大器中，

第一化合物半导体层具有包括第一镀层和第一导光层的层压结构，

层压结构具有包括第二化合物半导体层、第三化合物半导体层(有源层)、以及第一导光层在厚度方向上的一部分的脊带结构，

其满足

6×10^-7m<t₁，理想上，满足8×10^-7m≤t₁，

0(m)<t₁’≤0.5t₁，理想上，0(m)<t₁’≤0.3t₁，其中，t₁表示第一导光层的厚度，并且t₁’表示配置脊带结构的第一导光层的一部分的厚度。

出于方便，半导体光学放大器被称为“具有第一配置的半导体光学放大器”。通过限定第一导光层的厚度t₁，可以降低光限制系数。光强度分布的峰值从第三化合物半导体层(有源层)移动至第一导光层。因此，在高输出操作时可降低第三化合物半导体层周围的光密度。不仅可防止光学损伤，而且还增加所放大激光的饱和能量，以提供半导体光学放大器的高输出操作。通过限定配置脊带结构的第一导光层的一部分的厚度t₁’，所输出的光束可具有单模。平板波导的宽度与第一导光层的厚度相似，从而产生具有大致完整圆形的截面形状的光束。当施加透镜或者光学纤维时，不存在诸如退化聚光性能等不利影响。当将脊带结构的宽度(例如，光出射端面上脊带结构的宽度)限定为W时，理想上，满足下列关系。

0.2×W<t1<1.2×W，理想上，满足t₁≤3×10^-6m

当晶体生长，使得第一导光层具有3×10^-6m以下的厚度t1时，晶体表面形态并不变得粗糙并且可以防止从半导体光学放大器输出的激光的光学性能和电性能下降。

具有第一配置的半导体光学放大器可输出单模光束。在这种情况下，满足0.2≤L_BY/L_BX≤1.2，理想上，满足0.2≤L_BY/L_BX≤1.0，其中，L_BX表示从层压结构的光出射端面输出的光束在宽度方向上的尺寸，并且L_BY表示在脊带结构的厚度方向上的尺寸。此外，关于在层压结构的光出射端面上沿着脊带结构的厚度方向从层压结构中的有源层的中心点至从层压结构输出的光束的中心点的距离YCC，满足t₁’≤Y_CC≤t₁，理想上，满足t₁’≤Y_CC≤0.5·t₁。

在具有第一配置的半导体光学放大器中，第一导光层具有比第一导光层的化合物半导体材料的折射率更高的折射率的化合物半导体材料制成的高折射率层。

具体地，在具有第一配置的半导体光学放大器中，满足0.01≤n_HR-n_G-1≤0.1，理想上，满足0.03≤n_HR-n_G-1≤0.1，其中，n_G-1表示第一导光层的化合物半导体材料的折射率，并且n_HR表示高折射率层的化合物半导体材料的折射率。此外，理想上，满足n_HR≤n_AC，其中，n_AC表示第三化合物半导体层(有源层)的化合物半导体的平均折射率。此外，第二化合物半导体层从基体侧具有第二导光层和第二镀层的层压结构。第一导光层可比第二导光层更厚。

如上所述，光限制系数为3％以下，理想上，1％以下。为了提供此功能，在半导体光学放大器中，

层压结构在厚度方向上具有由第二化合物半导体层的至少一部分构成的脊带结构，

第一化合物半导体层具有超过0.6μm的厚度(例如，厚度的上限可以为10μm)，并且

第一化合物半导体层具有由化合物半导体材料制成的高折射率层，即，具有比第一导光层的化合物半导体材料的折射率更高的折射率。出于方便，具有该配置的半导体光学放大器被称为“具有第二配置的半导体光学放大器”。

同样，在具有第二配置的半导体光学放大器中，当第一化合物半导体层具有超过0.6μm的厚度时，光限制系数可能下降。光强度分布的峰值从第三化合物半导体层(有源层)移动至第一化合物半导体层。因此，在高输出操作时可以降低第三化合物半导体层周围的光密度。不仅可以防止光学损伤，而且还使所放大的激光的饱和能量增加，以提供半导体光学放大器的高输出操作。此外，当第一化合物半导体层具有由化合物半导体材料制成的高折射率层时，即，具有比第一化合物半导体层的化合物半导体层的折射率更高的折射率，与不设置任何高折射率层的情况相比较，可以满足在化合物半导体层的厚度方向上更大范围内的单模条件。因此，可以放宽截止条件(cut-off condition)，从而输出单模光束。

在具有第二配置的半导体光学放大器中，

第一化合物半导体层在基体侧具有第一镀层和第一导光层的层压结构，

第一化合物半导体层具有超过0.6μm的厚度，并且

高折射率层形成在第一导光层内。换言之，第一导光层在基体侧具有第一导光层的第一部分、高折射率层、以及第一导光层的第二部分的层压结构。此处，出于方便，第一导光层的第一部分被称为“第一A导光层”，并且出于方便，第一导光层的第二部分被称为“第一B导光层”。

在这种情况下，理想上，从第三化合物半导体层(有源层)与第一导光层之间的界面(第三化合物半导体层与第一B导光层之间的界面)至位于第三化合物半导体层侧的第一导光层(第一B导光层)的该部分与高折射率层之间的界面的距离(即，第一B导光层的厚度)为0.25μm以上。例如，从高折射率层的厚度减去第一导光层的厚度的上限可以为5μm。

满足0<n_HR-n_G-1≤0.3，理想上，满足0.02≤n_HR-n_G-1≤0.2，其中，n_G-1表示第一导光层的化合物半导体材料的折射率，并且n_HR表示高折射率层的化合物半导体层的折射率。理想上，满足n_HR≤n_AC，其中，n_AC表示第三化合物半导体层(有源层)的化合物半导体材料的平均折射率。

具有第二配置的半导体光学放大器可输出单模光束。在这种情况下，满足3×10⁰≤L_BY/L_BX≤1×10³，理想上，满足1×10¹≤L_BY/L_BX≤1×10²，其中，L_BX表示从层压结构的光出射端面输出的光束在脊带结构的宽度方向上的尺寸，并且L_BY表示在脊带结构的厚度方向上的尺寸。此外，关于沿着层压结构的光出射端面上的脊带结构的厚度方向从层压结构中的有源层的中心点至从层压结构输出的光束的中心点的距离Y_CC，满足0m<Y_CC≤(第一导光层的厚度)，理想上，满足0m<Y_CC≤(第一B导光层的厚度)。此外，第二化合物半导体层在基体侧具有第二导光层和第二镀层的层压结构。第一导光层可比第二导光层更厚。

具体地，在半导体光学放大器中，层压结构由基于AlGaInN化合物半导体构成。在具有第一配置或者第二配置的半导体光学放大器中，高折射率层可由基于AlGaInN化合物的半导体构成。除了第二电极不被隔离开之外，半导体光学放大器的配置和结构可与模式同步半导体激光设备的配置和结构大致相同。

而且，根据本公开的实施方式的包括上述所述理想实施方式和配置的半导体激光设备组件包括光谱整形器。光谱整形器整形从色散补偿光学系统出射至系统外部的激光的光谱。光谱整形器设置在色散补偿光学系统与半导体光学放大器之间。光谱整形器由介电多层膜形成的带通滤波器构成。从色散补偿光学系统出射至系统外部的激光可多次穿过带通滤波器。通过层压具有低介电常数的介电薄膜和具有高介电常数的介电薄膜可提供带通滤波器。因此，当从色散补偿光学系统出射至系统外部的激光穿过光谱整形器时，可以充分并且可靠地扩展脉冲。光谱整形器并不局限于带通滤波器，并且只要可以提供所需的光谱宽度，则光谱整形器可以是诸如衍射光栅、布拉格衍射光栅、以及体积全息衍射光栅等波长色散设备。

根据本公开的实施方式的半导体激光设备组件可应用于包括光盘系统、通信领域、光学信息领域、光电集成电路、利用非线性光学现象的领域、光学开关、激光测量领域、各种分析领域、超快光谱学领域、多光子激励光谱学领域、大容量光谱学领域、利用多光子吸收的微光谱学、化学反应的量子控制、纳米三维制造领域、利用多光子吸收的各个制造领域、医疗领域、生物成像领域、量子信息通信领域、以及量子信息处理领域等各个领域。

通过激光功率(单位：瓦特，在它为脉冲激光时的峰值功率)除以半导体激光设备的端面中的近场图像的截面面积(1/e²的面积对峰值强度)提供从半导体激光设备射出的激光的光密度。通过如下操作可提供载流子密度：首先，测量载流子寿命(lifetime，经过时间)。注入电流量除以增益电极的面积(例如，后面所描述第二电极的第一部分)。所获得的值乘以载流子寿命。同时，通过下列方法可提供群速度色散值：在通过具有已知色散量的介质传输被测量的光脉冲之后，测量脉冲时间宽度变化的一种方法，或者FROG(频率分辨光学光栅)方法。通过使用SHG强度相关测量装置可测量约1皮秒以下的脉冲时间宽度。

总之，当长波长分量的光学路径比短波长分量的光学路径更长时，形成负的群速度色散。换言之，当长波长分量的光学路径比短波长分量的光学路径更短时，形成正的群速度色散。换言之，群速度色散值变为正。因此，为了使长波长分量和短波长分量的光学路径变长或者变短，可以控制空间相位调制器或者可以设置空间相位调制器。当使用空间相位调制器时，调整每个波长的相位。总之，基于半导体激光设备的配置和结构、半导体激光设备组件的配置和结构、驱动方法(例如，施加到载流子注入区域(增益区域)的电流量、施加到可饱和吸收区域(载流子非注入区域)的反向偏置电压、以及驱动温度)等可以确定群速度色散的具体值。通过对频率对相位的两次微分提供群速度色散值。

在下文中，将描述半导体激光设备组件的实施方式。首先，将描述现有技术中具有半导体激光设备和色散补偿光学系统的半导体激光设备组件，并且然后，将描述根据本公开的实施方式的半导体激光设备组件。

图29示出了现有技术中具有日本专利申请公开第2013-105813号中公开的半导体激光设备和色散补偿光学系统的半导体激光设备组件(在下文中，简称为“现有技术中的半导体激光设备组件”)的概念图。

从模式同步半导体激光设备10出射的激光入射在色散补偿光学系统1110上。入射在色散补偿光学系统1110上的激光的一部分从色散补偿光学系统1110出射并且返回至模式同步半导体激光设备10。入射在色散补偿光学系统1110上的激光的其余部分被输出至系统外部。色散补偿光学系统1110包括衍射光栅1111、聚光器(具体地，透镜)1112、以及反射镜1113。从模式同步半导体激光设备10出射的光通过非球面透镜11被校准成平行光通量并且入射在衍射光栅1111上。参考实施方式1中的描述，以获得关于模式同步半导体激光设备10的进一步细节。

色散补偿光学系统1110中的聚光器1112与反射镜1113之间的距离等于聚光器1112的焦距。在具有一倍功率放大率的显微镜中，入射在聚光器1112上的光和从聚光器1112出射的光具有入射光与出射光的关系。当聚光器1112和反射镜1113沿着1阶衍射光在光轴上移动且保持聚光器1112与反射镜1113之间的距离恒定(焦距f)时，入射在色散补偿光学系统1110上的入射光与从色散补偿光学系统1110出射的出射光相互改变色散。例如，当衍射光栅1111与聚光器1112之间的距离等于聚光器1112的焦距时，从衍射光栅1111导向至聚光器1112的光的角色散和通过反射镜1113反射并且经由聚光器1112入射在衍射光栅1111上的光的角色散不变。在这种情况下，通过色散补偿光学系统1110提供的已知色散量为零。另一方面，当衍射光栅1111与聚光器1112之间的距离比聚光器1112的焦距f更长时，通过几何制图，长波长分量的光学路径比短波长分量的光学路径更长。在这种情况下，形成负的群速度色散。同样，将衍射光栅1111、聚光器1112、以及反射镜1113组合以配置能够执行色散补偿的外部共振器。衍射光栅1111通过镜反射生成1阶衍射光之外的反射光(0阶衍射光)。反射光用户光输出。

同样，在现有技术的半导体激光设备组件中，改变色散补偿光学系统1110中的衍射光栅1111与聚光器1112之间的距离以改变群速度色散，从而控制所生成的激光的持续时间。通常，发现当色散补偿光学系统1110的群速度色散值小于-0.04ps²时，激光的脉冲时间宽度较窄。具体地，当群速度色散为-0.058ps²时，通过光谱过滤可提供具有约200皮秒脉冲时间宽度的激光。图30A示出了在对由图29中所示的现有技术的半导体激光设备组件提供的激光进行光谱过滤后的激光的强度自相关波形和光谱。图30B示出了从模式同步半导体激光设备10直接输出的激光的强度自相关波形和光谱。强度自相关波形在零时具有峰值。在这种情况下，脉冲形状显示了其既不是高斯函数，也不是双曲正割函数。然而，由于激光自相关，所以强度自相关波形具有关于时间零对称的形状。不能获得实际时间脉冲形状。

通过使用利用光谱过滤而提供的飞秒脉冲时间宽度，执行互相关测量。这是一种测量从模式同步半导体激光设备直接输出的激光与具有半导体激光设备组件提供的200飞秒脉冲时间宽度的激光之间的相关性的方法。其对应于这样一种方式，即，通过具有200飞秒脉冲时间宽度的激光对从模式同步半导体激光设备直接输出的激光进行采样。具体地，通过将由介电多层膜形成的带通滤波器插入强度自相关测量装置的干涉仪的臂中完成测量。图31示出了由此提供的互相关测量的结果。图31中所示的互相关波形示出了从模式同步半导体激光设备直接输出的激光由对应于200飞秒脉冲时间宽度的陡峭时间上升和之后呈指数式缓慢衰减形成。因此，在现有技术的半导体激光设备组件中，提取短波长侧的光谱分量以提供200飞秒的激光，换言之，提取图31中所示的时间脉冲的陡峭上升。

接着，进一步应用互相关测量以确定所观察的呈指数式缓慢衰减特性。具体地，确定现有技术半导体激光设备组件中的输出光谱中具有不同波长的光谱分量之间的相对时延。提取激光光谱的短波长侧的端部区域以提供200飞秒的激光。这意味着不能同时生成激光光谱的所有波长分量。图32示出了测量装置的概念图。入射在测量装置上的激光通过分束器1201被分割成两条光学路径。设置在一个臂上的带通滤波器1202具有固定的激光入射角和恒定的传输波长。穿过带通滤波器1202的激光被反射镜1203反射并且穿过带通滤波器1202和分束器1201。设置在另一臂上的带通滤波器1204具有可变的激光入射角和变化的传输波长。穿过带通滤波器1204的激光被反射镜1205反射并且穿过带通滤波器1204和通过分束器1201而改变方向。激光穿过测量装置，具体地，功率计/光谱分析仪1206，或者穿过BBO晶体1207并且到达光倍增管(PMT)1208。此处，可以改变反射镜1205的位置。针对穿过一个臂的激光和穿过另一臂的激光改变到达测量装置1206的时间(距离)。当提供图31中所示的数据时，可将带通滤波器插入图32中所示的测量装置的一个臂中。

图33示出了通过互相关测量的互相关波形和光谱。其显示了，与固定波长光谱分量相比较，更长波长的光谱分量延迟了。此外，其显示了，波长越长，延迟越长。图34A是示出了图33中所示的波长光谱分量与延时之间的关系的曲线图。图34B示出了通过穿过色散补偿光学系统1110而生成的波长光谱分量与延时之间的关系的计算结果。在图34A和图34B中的每个中，水平轴表示波长(单位：nm)并且垂直轴表示延迟时间(单位：皮秒)。图34A中的水平轴是图33中所示的光谱波长值。图34A中的垂直轴是互相关波形中峰值之间的延迟时间。图34A和图34B中所示的结果大致对应。这表明通过外部共振器的群速度色散大致确定呈指数式缓慢衰减的分量。

根据图33中所示的互相关波形，波长越长，所提取的光谱分量的脉冲时间宽度越长。为了对此进行论证，使用带通滤波器从现有技术中的半导体激光设备组件提取各个波长的输出光谱以测量所提取的激光形状。图35示出了在不同波形中提取的光谱分量的强度自相关波形和光谱。其表明波长越长，脉冲时间宽度越短。图36示出图35中所示的了作为时间-带宽乘积的脉冲激光的性能。在图36中，水平轴表示波长(单位：nm)并且垂直轴表示(Δν·Δt)，其中，Δt是时间差并且Δν是从光谱宽度转换的频率。尽管Δν具有几乎恒定的值，然而，当波长变场时，Δν增加。图36示出了尽管所提取的激光大致在输出光谱的短波长侧处的端区域的傅里叶变换限制中，然而，当波长变长时，发生相位旋转并且啁啾急剧增加。

图34和图36示出了从现有技术的半导体激光设备组件输出的位于短波长侧的端区域处的激光包括由于孤立子模式同步而接近傅里叶变换限制的脉冲分量，而且，包括在啁啾增加的长波长侧处延迟的脉冲分量。具体地，在孤立子模式同步中，应平衡在同步半导体激光设备中生成的自相位调制(SPM)与色散补偿光学系统中的负群速度色散。图34和图36中所示的结果显示了不能平衡孤立子模式同步的自相位调制与输出光谱的长波长侧处的负群速度色散。因为可能影响伴随有载流子可饱和的自相位调制的响应时间，所以当振荡光谱移位至长波长宽时，不能平衡自相位调制与负群速度色散。

可以基于下列所示出的计算说明提供自相位调制的非线性折射率的时间响应影响。所示出的计算仅用于理解和控制脉冲生成机制，并且有关计算所使用的值不与实验条件直接相关。在现有技术的色散补偿GaInN半导体激光设备组件中，当外部共振器的群速度色散值(GVD)为负时，通过孤立子模式同步可以生成具有分秒时间段的脉冲。孤立子模式同步的特征在于通过负群速度色散值(GVD)平衡了伴随有正的自相位调制(SPM)的频率时间与每个频率的时延，从而降低了脉冲宽度。在非线性感受率的时间响应为即时(通常，弛豫时间为10飞秒以下)的诸如光学纤维等介质中，非线性折射率对具有约100飞秒时间段的光脉冲的时间响应随着时间可大致与入射光强度变化成比例。通过下列等式(1)给出了折射率(Δn)的变化。

Δn＝n₂|E(t)|²    (1)

其中，n₂表示非线性折射率，并且E(t)表示入射脉冲的电场。

另一方面，由于半导体介质的非线性折射率受通过电流注入而生成的载流子的影响，所以应考虑因载流子弛豫时间而产生的影响。与通过光学纤维等所示的非线性折射率相比较，对于入射光脉冲随着时间的折射率变化，应考虑载流子弛豫时间的延迟。当使用线性响应理论考虑弛豫时间时，通过下列等式给出了折射率随着时间的变化。

$\mathrm{\&delta;n}\left(t\right)=\frac{n_2}{\mathrm{\&tau;}}{\&Integral;}_{-\&infin;}^t{\left|E\left(t\right)\right|}^2{e}^{-(t-t^{\&prime;})/\mathrm{\&tau;}}{\mathrm{dt}}^{\&prime;}---\left(2\right)$

其中，τ表示弛豫时间。通过数值计算确定弛豫时间对自相位调制(SPM)的频移的影响。

图37中的(a-1)、(a-2)、(b-1)、(b-2)、(c-1)、以及(c-2)示出了受弛豫时间影响的计算结果。图37中的(a-1)示出了入射脉冲时间宽度波形。图37中的(a-2)示出了入射脉冲光谱。图37中的(b-1)示出了在不考虑弛豫时间的情况下从非线性介质输出的光脉冲时间波形，其中“A”曲线表示强度、“B”破折线表示电场的实部、以及“C”破折线表示电场的虚部。图37中的(b-2)示出了对应的光谱。图37中的(c-1)示出了考虑弛豫时间的情况下从非线性介质输出的光脉冲时间波形，其中“A”曲线表示强度、“B”破折线表示电场的实部、以及“C”破折线表示电场的虚部。图37中的(c-2)示出了对应的光谱。

制备具有约20飞秒脉冲宽度的脉冲作为入射脉冲(见图37中的(a-1))。图37中的(a-2)示出了对应的光谱。脉冲入射在其中非线性折射率的弛豫时间可忽略的非线性介质上(见等式(1))。脉冲入射在其中应考虑非线性折射率的弛豫时间的非线性介质上(见等式(2))。计算所产生的光脉冲性能。图37中的(b-1)示出了当忽略弛豫时间时的光脉冲性能。其显示了电场的实部和虚部随着时间剧烈震荡并且发生SPM效应。由于自相位调制仅影响脉冲相位，所以不改变强度波形。如图37中的(b-2)所示，自相位调制影响光谱并且光谱明显扩展。光谱扩展在入射光脉冲光谱的中心处明显对称。

相反，图37中的(c-1)和(c-2)示出了考虑弛豫时间时的光脉冲时间波形和光谱。由于非线性折射率变化的最大值受弛豫时间影响而降低，所以与图37中的(b-1)相比较，电场的实部和虚部较少振荡。如上所述，对应于其绝对值平方的入射光脉冲的光脉冲强度保持不变。另一方面，不同于图37中的(b-2)示出的，图37中的(c-2)所示的光谱扩展不对称。具体地，光谱分量主要出现在长波长侧(频移量在该侧为负)，其反映了非线性折射率因弛豫而产生的时间响应延迟。

在考虑或者不考虑弛豫时间的情况下，由于折射率随着时间而变化，所以均出现光谱变化。通过比较两种情况下折射率随着时间变化的差异，可以检查孤立子模式同步的SPM影响。图38示出了分别与图37中的(b)和(c)有关的折射率随时间的变化、脉冲间相位随时间的变化、以及频移随时间的变化。图38中的(b-1)示出了在不考虑弛豫时间的情况下折射率随时间的变化。图38中的(b-2)示出了频移随时间的变化。图38中的(c-2)示出了在考虑弛豫时间时折射率随时间的变化。图38中的(c-2)示出了脉冲随时间的变化。图38中的(c-3)示出了频移随时间的变化。由于在图38的(b-1)中不考虑弛豫时间，所以折射率随时间的变化与入射光强度随时间的变化相似。尽管标记相反，然而，图38的(b-2)中的相位变化与此相似。因此，作为相位时差而提供的频移随时间的变化也在时间零中心处非对称地增加和减少(见图38中的(b-3))。相反，当考虑弛豫时间时，在图38中的(c-1)所示的初始上升的折射率变化中，折射率随时间的变化出现延迟，并且并不与入射脉冲形状相似。相位随时间的变化也为时间对称(见图38中的(c-2))。因此，频移随时间的变化大幅度移至负侧，但较少移位至正侧(见图38中的(c-3))。频移随时间变化的差异反映了图37中所示的光谱的非对称性。

在通过孤立子效应的脉冲传播中，必须通过负群速度色散补偿SPM从负至正的频率的时移，以保持时间脉冲形状。当不考虑弛豫时间时，通过提供具有图38的(b-3)所示的时间零附近处的坡度的GVD(负GVD，其中，高频率分量临时领先并且低频率分量延迟)。相反，当考虑弛豫时间时，频移随时间的变化不对称。因此，当GVD的时延是非线性时，曲率变化随着频移改变至正侧而增加。在线性GVD中，可以获得时延的补偿(见图39)。图39是图38中的(c-3)所示的补偿所需的负GVD时延的放大图。实线“A”表示补偿所需的负GVD时延。波浪线“B”表示负GVD的反向标记，以表明GVD在其中频移为正的时域中的时延偏差。在使用由LCOS构成的空间相位调制器的补偿时，时延适合于频移曲率，可以拓宽可获得色散补偿的频率范围。基于此考虑，不能否定由现有技术中的半导体激光设备组件所提供的最短脉冲宽度受外部共振器的色散补偿量的线性限制的可能性。鉴于上述所述讨论，通过利用空间相位调制器控制GVD的频率相关性，补偿可能对应于SPM频移随时间变化的曲率变化。因此，可以拓宽所生成脉冲的最短脉冲宽度。

通过带内的载流子或者热分布之间的色散可以导致产生感兴趣的弛豫时间；或者通过折射率随增益饱和的变化可有效地描述弛豫时间。未说明的是，其中任一种都很重要。然而，可以考虑将现象学的非线性折射率的有限时间响应纳入在内，从而高度控制所生成的光脉冲。关于图37、图38、以及图39中所示的自相位调制的所有计算结果均为说明性的。

鉴于上述情况，存在控制现有技术中的半导体激光设备组件中所生成的激光的脉冲时间宽度的两种方法。如上所述，第一种方法是控制光谱分量短波长侧处的群延迟时间，以使得补偿因非线性折射率的响应时间而产生的频移非对称性。这种方法具体对应于在具有图31中所示的形状的光脉冲初始上升时补偿群速度色散。第二种方法是控制图31中所示的光脉冲的呈指数式缓慢延迟补偿。可以认为通过控制长波长侧处光谱分量的群延迟，在时间方面，呈指数式缓慢延迟分量可移至前沿。然而，在现有技术的半导体激光设备组件中，通过色散补偿光学系统中的衍射光栅1111与聚光器1112之间的距离从几何上确定群延迟时间(群速度色散)。因此，难以控制每个波长的群延迟时间(群速度色散)。

在下面所描述的实施方式中，通过将空间相位调制器设置在现有技术的半导体激光设备组件的色散补偿光学系统中，可以控制和调整每个波长的群速度色散，以生成100飞秒以下的超短光脉冲，而通过现有技术的半导体激光设备组件不能实现此操作。

[实施方式1]

实施方式1涉及根据本公开的实施方式的半导体激光设备组件，图1是实施方式1中的半导体激光设备组件的概念图。图2示出了沿着模式同步半导体激光设备10(换言之，沿着图3中的箭头I-I)的共振器的延伸方向的示意性端面图。图3示出了沿着模式同步半导体激光设备的共振器的延伸方向和直角处的示意性截面图。

根据实施方式1或者后面所述的实施方式2至14的半导体激光设备组件构成如下：

半导体激光设备(具体地，模式同步半导体激光设备)10；和

色散补偿光学系统110，其中入射和出射从半导体激光设备10出射的激光；

色散补偿光学系统110控制从半导体激光设备10出射的激光的每个波长的群速度色散值。

根据实施方式1或者后面所描述的实施方式2至14的模式同步半导体激光设备10由层压结构构成，其中依次层压：

第一化合物半导体层30，第一化合物半导体层30包括GaN基化合物半导体具有第一导电类型(在实施方式中，n型导电类型)；

第三化合物半导体层(有源层)40，第三化合物半导体层(有源层)40包括GaN基化合物半导体；以及

第二化合物半导体层50，第二化合物半导体层50包括GaN基化合物半导体具有不同于第一导电类型的第二导电类型(在实施方式中，p型导电类型)。第一化合物半导体层30形成在基体(具体地，基板21)上。

根据实施方式1或者后面所描述的实施方式2至14的模式同步半导体激光设备10具有可饱和吸收区域。具体地，模式同步半导体激光设备10包括具有405nm发光波长的双段式模式同步半导体激光设备，其中，发光区域和可饱和吸收区域在共振器方向上并置。更具体地，根据实施方式1或者如后面所描述的实施方式2至14的双段式模式同步半导体激光设备10是具有第一配置或者第二配置的模式同步半导体激光设备，并且包括：

(a)层压结构，其中，按顺序层压：包括GaN基化合物半导体的具有第一导电类型(在实施方式中，n型导电类型)的第一化合物半导体层30、包括GaN基化合物半导体的配置发光区域(增益区域)41和可饱和吸收区域42的第三化合物半导体层(有源层)40、以及具有不同于第一导电类型的第二导电类型(在实施方式中，p型导电类型)的包括GaN基化合物半导体的第二化合物半导体层50；

(b)带状第二电极62，带状第二电极形成在第二化合物半导体层50上；以及

(c)第一电极61，如图2和图3所示，第一电极61电连接至第一化合物半导体层30。

第二电极62具有通过隔离槽62C隔离的第一部分62A和第二部分62B，第一部分62A提供使电流经由发光区域(增益区域)41直接流入第一电极61的正向偏压状态，并且第二部分62B用于将反向偏压Vsa施加给可饱和吸收区域42。此处，将第二电极62的第一部分62A与第二部分62B之间的电阻率(可被称之为“隔离电阻率”)设置为第二电极62与第一电极61之间的电阻率的1×10倍以上，具体地，1.5×10³倍。第二电极62的第一部分62A与第二部分62B之间的电阻率(隔离电阻率)为1×10²Ω以上，具体地，1.5×10⁴Ω。模式同步半导体激光设备10的共振器长度为600μm，并且第二电极62的第一部分62A和第二部分62B以及隔离槽62C的长度分别为560μm、30μm、以及10μm。脊带结构55的宽度为1.4μm。脊带结构55朝向光出射端面(第二端面)弯曲以减少端面反射。

在实施方式1中，从模式同步半导体激光设备10出射的激光入射在色散补偿光学系统10上。入射在色散补偿光学系统110上的激光的一部分从色散补偿光学系统110射出并且返回至模式同步半导体激光设备10。入射在色散补偿光学系统110上的激光的其余部分经由光隔离器、或者光谱整形器和光隔离器(这些均未示出)被输出至系统外部。光隔离器被设置成防止来自系统外部的返回光被导向至模式同步半导体激光设备10。具体地，色散补偿光学系统110包括全息衍射光栅111、聚光器(具体地，透镜)112、以及空间相位调制器113。在实施方式1中，空间相位调制器(相位补偿光学装置)113由反射式液晶显示装置构成。外部共振器结构由色散补偿光学系统110构成。具体地，外部共振器由空间相位调制器113和模式同步半导体激光设备10的第一端面构成。从模式同步半导体激光设备10射出的激光中的1阶以上衍射光通过衍射光栅111入射在聚光器112上，并且0阶衍射光(反射光)被输出至系统外部。具有4.0m焦距的非球面凸透镜作为准直器11设置在模式同步半导体激光设备10与衍射光栅111之间，以将来自模式同步半导体激光设备10的激光改变成平行光通量。在实施方式1中，入射(碰撞)在衍射光栅111上的激光中包括的衍射光栅111的光栅图案数目为2400行/mm。从模式同步半导体激光设备10射出的激光与衍射光栅111相碰撞，来自衍射光栅的衍射光(1阶以上衍射光)经由聚光器入射在空间相位调制器113上，然后，从空间相位调制器113射出，并且经由聚光器112和衍射光栅111返回至半导体激光设备10。另一方面，0阶衍射光(反射光)被输出至系统外部。

在实施方式1中，聚光器112与空间相位调制器113之间的距离为100mm。具有凸表面的聚光器(透镜)112的焦距f为100mm。换言之，聚光器112与空间相位调制器113之间的距离和具有凸表面的聚光器(透镜)112的焦距f一致。激光图像通过聚光器112形成在空间相位调制器113上。在具有一倍功率放大率的显微镜中，入射在聚光器112上的光和从聚光器112出射的光具有入射光与出射光的关系。它们之间距离固定。

在实施方式1中，空间相位调制器113由反射式液晶显示装置(具体地，LCOS)构成。通过将电压施加给平行取向的向列液晶层，调制液晶层中的激光并且调制相位。来自衍射光栅111的衍射光经由聚光器112入射在空间相位调制器113上。来自衍射光栅的衍射光的出射角取决于激光的波长。因此，入射在空间相位调制器113上的位置取决于激光的波长。因此，通过将足够的电压施加给空间相位调制器113的各个区域(像素)，可以调整入射在空间相位调制器113上的各个区域(像素)的光相位，并且可以调整出射激光的相位，从而控制激光的群速度色散值。

下面示出了关于由LCOS构成的空间相位调制器113的数据：

器件大小：16mm×12mm

像素数：800×600像素

像素大小：20μm×20μm

通过衍射光栅111的色散角改变每像素的波长范围。图4示出了用于校准的示出性色散补偿光学系统110。通过将凹透镜112’设置在衍射光栅111与聚光器112之间，形成衍射光栅111的虚像并且角方差(angularvariance)以理想的放大率m被放大。下列等式支持：

a＝f·(m-1)

b＝f·(m-1)/m

d＝f–b

其中，“a”表示从衍射光栅111至凹透镜112’的距离，“d”表示从凹透镜112’至聚光器112(凸透镜)的距离，“b”表示凹透镜112’的焦距，“m”表示聚光器112(凸透镜)的焦距，并且“f”表示从聚光器112至空间相位调制器113的距离。

如图41所示，具有波长λ的光以角α入射在反射式衍射光栅上并且以角β被衍射。此处，角α和β均从衍射光栅的法线开始，其中反时针方向旋转为正。因此，光栅等式如下：

d_G×{sin(α)+sin(β)}＝m·λ(A)，其中，d_G表示衍射光栅凹槽之间的间隔，并且m表示衍射级(m＝0,±1,±2…)。

当入射激光与m阶衍射光为光谱反射关系时，大部分的能量聚集在m阶衍射光中。凹槽的坡度被称为以θ_B＝(α+β)/2表示的闪耀角θ_B。在这种情况下，波长被称为以λ_B＝{2dG/m}sin(θB)·cos(α-θB)表示的闪耀波长λ_B。

参考图5，说明实施方式1中的色散补偿光学系统110的原理。在实施方式1的色散补偿光学系统110中，激光在由反射LCOS构成的空间相位调制器113处被折回。图5示出了一般化。参考图5，入射在衍射光栅A(衍射光栅111)上的光为如图左侧所示的空间分布、通过聚光器A(聚光器112)被转换成平行光、穿过由透射式LCOS构成的空间相位调制器113、并且通过聚光器B(聚光器112)被再次聚集至如图右侧所示的衍射光栅B(衍射光栅111)。在图5中，通过衍射光栅A在空间上分布入射光的波长分布，并且当所分布的光透过空间相位调制器113时，通过空间相位调制器113改变所分布光的相位。通过控制空间相位调制器113的每个区域(每个像素)的相位变化量，可以改变透过色散补偿光学系统的激光的每个波长的相位。衍射光栅A、聚光器A、空间相位调制器、聚光器B、以及衍射光栅B中每两个之间的距离均等于聚光器A与聚光器B之间的焦距f。根据该配置，关于衍射光栅上的激光的角信息和关于由反射式LCOS构成的空间相位调制器的位置信息具有傅里叶变换关系。

接着，将描述调整色散补偿光学系统中每个波长的相位并且提供群速度色散的理想波长相关性的一种方法。通过分析由现有技术中的半导体激光设备组件所提供的激光的性能，而在输出光谱的短波长分量中提供飞秒激光。如上所述，关于短波长分量，当考虑非线性折射率的弛豫时间的影响而补偿群速度色散时，脉冲前沿处的飞秒脉冲分量的脉冲宽度可变窄。关于具有与短波长分量更长的波长的光谱分量，当控制群延时时，其可以移至前沿，因此，从模式同步半导体激光设备输出的光脉冲能量可被聚集在更窄的时域内。

如图39所示，就半导体激光的非线性折射率而言，由于半导体载流子固有的弛豫时间，非线性折射率的频移随时间的变化可被设置成时间对称。频移随着时间从低频率分量改变至高频率分量。通过外部共振器中的色散补偿光学系统所提供的负的群速度色散，高频率光谱分量时间上提前补偿频率的瞬时变化。现有技术中的半导体激光设备组件所提供的群速度色散与频率为大致线性关系。因此，不能充分补偿因非线性折射率的时间响应而导致的频移随时间变化的非对称性。具体地，在频移从图39中所示的0.1皮秒时间附近处的负移至正时，从虚线所示的线性关系中获得随着时间变化的频移量。其表明，对于正的频移分量，与其中频移与时间为大致线性关系的区域相比较，提供更大的负的群速度色散，需要进一步地时间提前。其表明，当向高频率光谱分量提供群速度色散以获得更快的群速度时，即，在振荡光谱的短波长侧结束时，通过自相位调制可以在更宽的频率范围内补偿光谱频移。

在根据本公开的实施方式的半导体激光设备组件中，控制每个波长的群速度色散。在实施方式1的色散补偿光学系统110中，从半导体激光设备10出射的激光为最短波长的激光提供负的群速度色散值(GVDmin<0[皮秒,ps]²)，并且为具有比最短波长更长的波长的激光提供比具有最短波长的激光的群速度色散值(GVDmin)更大的群速度色散值。在实施方式1中，色散补偿光学系统110将具有从半导体激光设备10出射的最短波长的激光设置有负群速度色散值。所提供的负群速度色散值的绝对值相对于具有比预定波长(具体地，例如，402nm)更短的波长的激光恒定，与激光波长无关。此外，色散补偿光学系统110为具有更长波长的激光(具体地，具有与预定波长更长的波长的激光)提供比具有最短波长的激光的群速度色散值(GVDmin)更大的恒定群速度色散值(GVDconst)，该恒定群速度色散值(GVDconst)与波长无关。在这种情况下，恒定群速度色散值可以为0[(皮秒)²]。

换言之，如图6A中的“A”所示，仅在包括短波长侧处具有飞秒脉冲的光谱分量的波长范围内设置负的群速度值，并且将更长波长侧处的光谱分量的群速度色散设置为零。在这种情况下，适合于从图36中的时间-带宽乘积被视为常数的波长范围内选择提供负群速度色散值的波长范围(以箭头“A”所示的波长范围)。如图6A中的“B”所示，求利用波长作为变量的群速度色散值函数的一次积分(群延迟时间)。图6B示出了群速度色散值函数被积分两次，并且通过将图6A中所示的转换成相位频率相关性而提供。而且，通过将图6B中所示的转换成由反射式LCOS构成的空间相位调制器113的相位而提供图7。

图6A、图6B、图7、图8A、图8B、图9、图10A、图10B、图11、图12A、图12B、图13、图14A、图14B、以及图15中的各个水平轴均表示波长(单位：nm)，图6A、图8A、图10A、图12A、以及图14A中的各个垂直轴均表示群速度色散值GVD(单位：ps2))和群延迟时间(单位：皮秒，ps))，图6B、图7、图8B,、图9、图10B、图11、图12B、图13、图14B、以及图15中的各个垂直轴表示相位(单位：弧度)。为便于理解，在图9、图11、图13、以及图15中，每个水平轴均表示波长。实际上，通过衍射光栅111的空间色散和聚光器112的焦距将波长转换成空间相位调制器中的位置。尽管将用于控制实施方式1至4中的群速度色散的边界(预定波长)限定为402nm，然而，其仅为示出性并且根据模式同步半导体激光的第一电极和第二电极的配置以及诸如增益电流和反向偏压等驱动条件而变化。

求利用波长作为变量的群速度色散值的一次积分，以提供群延迟时间，并且被积分两次以提供相位。以下列等式(A-1)表示平面波的电场。就振动而言，可以相位φ(ω)表示代表色散的k(ω)z。相位φ(ω)是ω与t的乘积的维数。当相位φ对ω求微分一次以提供时间t的维数时，并且对相位φ求二次微分以提供时间t在每个ω内的变化(群速度色散)。换言之，其对应于等式(A-2)的二阶项中的二次微分系数，其中，从ω₀展开φ。因此，当求ω的一次积分时，提供时间延迟，并且当ω被积分两次时，提供所需的相位量。

E(z，t)＝A(z，t)·e₀·expi(ω₀t-k(ω)z)＝A(z，t)·e₀·expi(ω₀t+φ(ω))  (A-1)

$\mathrm{\&phi;}\left(\mathrm{\&omega;}\right)=\mathrm{\&phi;}\left({\mathrm{\&omega;}}_0\right)+\stackrel{\&CenterDot;}{\mathrm{\&phi;}}\left({\mathrm{\&omega;}}_0\right)\left({\mathrm{\&omega;}-\mathrm{\&omega;}}_0\right)+\frac{1}{2!}\stackrel{\&CenterDot;\&CenterDot;}{\mathrm{\&phi;}}\left({\mathrm{\&omega;}}_0\right){\left({\mathrm{\&omega;}-\mathrm{\&omega;}}_0\right)}^2+\frac{1}{3!}\stackrel{\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;}{\mathrm{\&phi;}}\left({\mathrm{\&omega;}}_0\right){\left({\mathrm{\&omega;}-\mathrm{\&omega;}}_0\right)}^3+...---(A-2)$

在比较实施方式1中，不控制每个波长的群速度色散并且群速度色散相对于波长恒定。换言之，如图14A中的“A”所示，群速度色散值相对于波长恒定。如图14A中的“B”所示，求利用波长作为变量的群速度色散值的函数的一次积分(群延迟时间)。图14B示出了积分两次的群速度色散值函数并且通过将图14A中所示的转换成相位频率相关性而提供。而且，通过将图14B中所示的转换成由反射式LCOS构成的空间相位调制器中的相位而提供图15。

在实施方式1中，控制每个波长的群速度色散值，其中，可以防止在现有技术的半导体激光设备组件中呈指数式衰减产生的时延脉冲分量的时间延迟。在实施方式1的半导体激光设备组件中，由于色散补偿光学系统控制从半导体激光设备出射的激光的每个波长的群速度色散值，所以最后整形从半导体激光设备出射的激光的光谱。半值全宽可被拓宽。因此，可以生成具有200飞秒以下的脉冲时间宽度的脉冲激光，例如，可以生成具有100飞秒以下的脉冲时间宽度的脉冲激光。所输出的光谱分量中增加了贡献于飞秒脉冲的能量。在贡献于提高脉冲峰值功率的脉冲时间宽度内能效较高。

[实施方式2]

实施方式2是实施方式1的替代实施方式。在实施方式2中，色散补偿光学系统110为从半导体激光设备10出射的最短波长的激光提供有负群速度色散值。关于具有比预定波长(具体地，例如，402nm)更短的波长的激光，所提供的负群速度色散值的绝对值随着激光波长的变短而变大。此外，色散补偿光学系统110为具有比预定波长(具体地，例如，402nm)更长的波长的激光提供比具有预定波长激光的群速度色散值更大的较大群速度色散值。

换言之，与实施方式1相似，在实施方式2的色散补偿光学系统110中，从半导体激光设备出射的激光为具有最短波长的激光提供负的群速度色散值(GVDmin<0[皮秒,ps]2)，并且为具有比预定波长更长的波长的激光提供比具有最短波长的激光的群速度色散值(GVDmin)更大的群速度色散值。具体地，色散补偿光学系统110为具有比预定波长(具体地，例如，402nm)更长的波长的激光提供恒定群速度色散值(GVDconst)，恒定群速度色散值(GVDconst)大于具有预定波长的激光的群速度色散值且与波长无关。此处，与实施方式1相似，恒定群速度色散值(GVDconst)为0[皮秒]²)。

换言之，如图18A中的“A”所示，仅在包括短波长侧具有飞秒脉冲的光谱分量的波长范围内设置负群速度色散值，并且不与图6A中所示的实施方式1相似，群速度色散值降低，而非恒定，逐步降低至最短波长。应注意，其并不局限于此，只要提供理想的效应，则可连续改变群速度色散值。如图8A中的“B”所示，求利用波长作为变量的群速度色散值函数的一次积分(群延迟时间)。图8B示出了群速度色散值函数被积分两次并且通过将图8A中所示的转换成相位频率相关性而提供。而且，图9通过将图8B中所示的转换成由反射式LCOS构成的空间相位调制器113中的相位而提供图9。

与下面所述的实施方式3相似，恒定群速度色散值(GVDconst)可以为正，或者与实施方式4相似，色散补偿光学系统可为具有比预定波长更长的波长的激光提供比具有预定波长的激光的群速度色散值更大的群速度色散值，该群速度色散值取决于波长。在这种情况下，波长越长，具有更长波长的激光的群速度色散值越大。

[实施方式3]

实施方式3也是实施方式1的替代实施方式。在实施方式1中，恒定群速度色散值(GVDconst)为0[(皮秒)²]。另一方面，在实施方式3中，恒定群速度色散值(GVDconst)为正。实施方式3可适用于缩窄脉冲宽度。

在实施方式3中，恒定群速度色散值(GVDconst)为正。原因在于载流子密度因伴随有半导体激光设备振荡的增益饱和而改变并且配置半导体激光设备的化合物半导体层的折射率也改变。这就是伴随有增益饱和的自相位调制(SPM)并且当波长移位至长波长侧时可观察到。如实施方式1，由于波长移位伴随有时延，所以不足以使长波长侧处的群速度色散值为零。在实施方式3中，正群速度色散值设置在长波长侧处以通过自相位调制校准折射率变化。

如图10A中的“A”所示，在实施方式3中的半导体激光设备组件中设定群速度色散值。如图10A中的“B”所示，求利用波长作为变量的群速度色散值函数的一次积分(群延迟是会见)。图10B示出了群速度色散值函数被积分两次并且通过将图10A中所示的转换成相位频率相关性而提供。而且。通过将图10B中所示的转换成由反射式LCOS构成的空间相位调制器113中的相位而提供图11。

[实施方式4]

实施方式4也是实施方式1的替代实施方式。根据实施方式1至3中的群速度色散值的控制，通过现有技术中的半导体激光设备组件提供的激光的呈指数式缓慢衰减分量尝试移至脉冲前沿。当形成呈指数式缓慢衰减分量的部分在时间上移至脉冲前沿时，位于图30B中所示的振荡光谱初始上升时的长波长侧处的波长宽度变窄。在实施方式4中，振荡光谱宽度受限制并且通过空间相位调制器以适当方式控制群速度色散值，从而提供比由现有技术中的半导体激光设备组件所提供的200飞秒的最短脉冲时间宽度更窄的脉冲时间。

在实施方式4中，色散补偿光学系统110为具有更长的波长的激光提供的群速度色散值比具有最短波长的激光的群速度色散值(GVDmin)更大并且与波长有关。在这种情况下，波长越长，具有更长波长的激光的群速度色散值越大。

如图12A中的“A”所示，在实施方式4的半导体激光设备组件中设置的群速度色散值。如图12A中的“B”所示，求利用波长作为变量的群速度色散值函数的一次积分(群延时)。图12B示出了群速度色散值函数被积分两次并且通过将图12A中所示的转换成想起频率相关性而提供。而且，通过将图12B中所示的转换成由反射式LCOS构成的空间相位调制器113而提供。图12A示出了群速度色散值逐步改变。应注意，只要提供理想的效应，则可连续改变群速度色散值。

在实施方式4中，从图36中所示的现有技术的半导体激光设备组件提供的激光的时间-带宽乘积的波长相关性与波长变化尽可能地保持一致。这是因为图36中所示的激光的时间-带宽乘积的波长相关性被非线性地改变成波长。当使用外部压缩器压缩从现有技术中的半导体激光设备组件直接输出的激光时，所有能量并不都具有单双曲正割函数中的时间波形。即使压缩之后，与指数式缓慢衰减分量相似的形状仍保持位于脉冲底部。图40示出了强度自相关波形(见图40中的“A”)和在压缩从现有技术的半导体激光设备组件输出的激光之后(见图40中的“B”)的强度自相关波形。

根据实施方式1至3中的群速度色散值的控制，由现有技术中的半导体激光设备组件所提供的激光的指数式衰减分量尝试移至脉冲前沿。因此，光谱宽度变窄。如果输出光谱的波长宽度变窄，则用于激光放大的增益带宽减少，从而不适于提供大量的输出。如图36所示，在实施方式4中，通过色散补偿光学系统适当地控制群速度色散，防止了长波长侧处的非线性相位旋转增加并且添加了线性啁啾。同样，可以拓宽振荡光谱的波长宽度并且增加输出光。在这种情况下，通过使用一对衍射光栅和光学纤维的脉冲压缩光学系统可将来自模式同步半导体激光设备的输出压缩成适当的脉冲时间宽度，具体地，输出脉冲啁啾下降并且由此可被具有足够长度的光学纤维压缩。当通过控制群速度色散而增加光输出时，可以补偿由脉冲补偿器导致的吞吐量减少。

[实施方式5]

实施方式5是实施方式1至4的替代实施方式。在实施方式5中，空间相位调制器由可变形反射镜413A(见图16A)和多个反射镜413B(见图16B)构成。当空间相位调制器由诸如可变形反射镜等波前补偿设备构成时，通过启动基于MEMS技术制造的致动器控制可变形反射镜的反光表面的形状。可替代地，当空间相位调制器由多个反射镜413B构成时，从衍射光栅至各个反射镜413B的空间距离被控制成使得可以根据激光波长改变激光穿过的空间距离。激光从衍射光栅出射、入射在空间相位调制器上、然后从空间相位调制器出射。因此，可以控制激光的群速度色散。

[实施方式6]

实施方式6是实施方式4的替代实施方式。实施方式6进一步包括为输出至系统外部的激光提供正群速度色散值的脉冲压缩器和半导体光学放大器。半导体光学放大器(SOA)通过被称为“主振荡功率放大器MOPA”的方法而使激光放大。此处，半导体光学放大器并不将光信号转换成电信号，而是直接放大作为光的光信号，具有尽可能排除共振器效应的激光结构，并且基于半导体光学放大器的光增益放大入射光。半导体光学放大器由熟知的半导体光学放大器构成。实施方式4期望的是从半导体激光设备组件输出的脉冲时间宽度被拓宽，以通过半导体光学放大器增加放大能量。

通过实施方式4中所描述的群速度色散的控制，输出具有负号的线性啁啾激光。因此，激光的脉冲时间宽度和光谱宽度比较长并且比较宽，从而通过半导体光学放大器可以实现高效放大。因此，通过使用实施方式4中所描述的群速度色散的控制方法，从实施方式1或者5中描述的半导体激光设备组件输出激光并且通过实施方式6中的半导体光学放大器而使激光放大。通过衍射光栅压缩器或者光学纤维压缩所放大的输出。应注意，通过半导体光学放大器的脉冲放大可提供具有过多啁啾的所放大的光。在这种情况下，当控制实施方式4中的群速度色散时，可以反馈群速度色散以通过放大抑制过多的啁啾。

除上述所述之外，实施方式6中的半导体激光设备组件具有与实施方式4中的半导体激光设备组件的结构和配置相似的结构和配置。因此，省去细节描述。在实施方式6中，可以各种方式控制从半导体激光设备输出的光脉冲啁啾以进行放大。为了通过半导体光学放大器有效地进行放大，可以生成具有控制脉冲时间宽度和脉冲宽度的激光脉冲。通过与半导体光学放大器组合，可以提供更高的放大率。

通过载流子寿命大致确定半导体光学放大器的光脉冲放大率。即使通过稳定电流激励载流子，半导体光学放大器中的载流子也在有限的载流子寿命期间被重新组合成光。积聚在半导体放大器内的载流子的绝对值具有上限。载流子寿命主要取决于增益电流量。当增益电流增加时，载流子寿命降低。载流子寿命从纳秒级改变成几十皮秒级。当具有比载流子寿命更窄的时间宽度的光脉冲入射时，载流子在光脉冲入射的时间段内致力于放大光脉冲。在这种情况下，较长的载流子寿命有利于累积大量的载流子和增加放大能量。当光脉冲时间宽度比载流子寿命更长时，通过电流注入恢复载流子的数目，同时，放大光脉冲并且消耗载流子。因此，可以实现更为高效的放大。作为一般规则，当光脉冲时间宽度变长时，放大能量通常增加。

当使用衍射光栅压缩器时，为了正群速度色散而调整衍射光栅501A和501B、透镜502A和502B、以及反射镜503A和503B之间的间隔(见图17)。具体地，衍射光栅501A、透镜502A、以及反射镜503A相对虚线与衍射光栅501B、透镜502B、以及反射镜503B以镜对称方式设置。从透镜502A和502B经由反射镜503A和503B至对称平面(A)的距离等于透镜502A与502B的焦距。当衍射光栅501A和501B至透镜502A和502B的距离比透镜502A和502B的焦距更短时，可以提供正的群速度色散。当使用光学纤维时，光学纤维的材料色散提供正的群速度色散。因此，当制备各自具有足够长度的单模光学纤维并且穿过单模光学纤维输出光脉冲时，压缩是可行的。

[实施方式7]

在通用GaAs半导体光学放大器中，入射在半导体光放大器上的激光能量被放大，但是，半导体光放大器自身并不压缩激光的脉冲时间宽度。如上所述，在通过半导体光放大器进行放大之后，需要利用色散光设备的脉冲压缩器。另一方面，在诸如GaN基化合物半导体等宽隙半导体中，可以同时执行超短激光的放大和脉冲压缩。从而由于在诸如GaN基化合物半导体等带隙半导体内观察到的较大激励器束缚能量和有效质量，而可能导致带内的载流子弛豫时间比诸如GaAs等其他III-V族化合物的弛豫时间更短。

实施方式7也是实施方式4的替代实施方式。在实施方式7中，半导体光放大器由基于III-V族氮化物的半导体层的层压结构或者放大从色散补偿光学系统110出射至系统外部的激光的宽隙半导体层的层压结构构成。半导体光学放大器具有与模式同步半导体激光设备10的结构和配置大致相似的结构和配置，但是，第二电极未被隔离开，并且脊带结构不弯曲而是从光入射端面(第一端面)拓宽至光出射端面(第二端面)。具体地，半导体光学放大器为锥形，具有3.0mm的设备长度和15μm的闪耀宽度(flare width)，并且由于其规格而具有2.6％的光限制系数。从半导体激光设备组件输出的激光具有负频率啁啾和0.5皮秒以下的脉冲时间宽度。同样适用于实施方式10至14。

换言之，半导体光学放大器的构成如下：

层压结构，其中依次层压有：

第一化合物半导体层30，第一化合物半导体层30包括GaN基化合物半导体具有第一导电类型；

第三化合物半导体层(有源层)40，第三化合物半导体层(有源层)40包括GaN基化合物半导体；以及

第二化合物半导体层50，第二化合物半导体层50包括GaN基化合物半导体具有不同于第一导电类型的第二导电类型；

第二电极62，第二电极62形成在第二化合物半导体层50上；以及

第一电极61，第一电极61电连接至第一化合物半导体层30。第一化合物半导体层30形成在基体(具体地，基板21)上。

如上所述，在实施方式7中，由于通过半导体光学放大器可同时执行超短激光的放大和脉冲压缩，与实施方式6不同的是不一定需要脉冲压缩器。因此，可以缩小半导体激光设备组件的尺寸。此外，由于不需要任何脉冲压缩器，所以脉冲压缩器不产生光学损失。除上述所述之外，实施方式7中的半导体激光设备组件具有与实施方式4或6中的半导体激光设备组件的结构和配置相似的结构和配置。因此，省去细节描述。

[实施方式8]

在实施方式8中，将描述在上述所述实施方式或者实施方式10至14中所使用的模式同步半导体激光设备。

在实施方式中，模式同步半导体激光设备10具有脊带式分离限制异质结构(SCH结构)。具体地，模式同步半导体激光设备10是由折射率波导型AlGaInN构成的GaN基的半导体激光设备并且具有脊带结构。具体地，第一化合物半导体层30、第三化合物半导体层(有源层)40、以及第二化合物半导体层由基于AlGaInN化合物的半导体构成，更具体地，下面表1中所示的层结构。在表1中，下面所描述的化合物半导体层更接近于n型GaN基板21。第三化合物半导体层40中的阱层的化合物半导体的带隙为3.06eV。模式同步半导体激光设备10形成在n型GaN基板21的(0001)面上，并且第三化合物半导体层40具有量子阱结构。n型GaN基板21的(0001)面也被称为“C面”，即，具有极性的晶体面。

[表1]

第二化合物半导体层50

P型GaN接触层(掺杂Mg)54

p型GaN(掺杂Mg)/AlGaN超晶格镀层53

p型AlGaN电子势垒层(掺杂Mg)52

未掺杂的GaInN导光层51

第三化合物半导体层40

GaInN量子阱有源层(阱层：Ga_0.92In_0.08N/势垒层：Ga_0.98In_0.02N)

第一化合物半导体层30

n型GaN镀层32

n型AlGaN镀层31

其中

阱层(两层)8nm未掺杂

势垒层(三层)14nm掺有Si

通过RIE方法移除p型GaN接触层54和p型GaN/AlGaN超晶格镀层53的各部分，并且脊带结构55形成在其上。由SiO₂/Si构成的层压绝缘膜56形成在脊带结构55的两侧上。SiO₂层为下层，并且Si层为上层。脊带结构55的有效折射率与层压绝缘膜65的有效折射率之间的差为5×10^-3至1×10^-2，具体地，7×10^-3。第二电极(p侧欧姆电极)62形成在对应于脊带结构55的顶面的p型GaN接触层54上。另一方面，由Ti/Pt/Au构成的第一电极(n侧欧姆电极)61形成在n型GaN基板21的背面上。

在模式同步半导体激光设备10中，从第三化合物半导体层40周围产生的光学密度分布尽可能不与p型AlGaN电子势垒层52(即，掺杂有Mg的化合物半导体层)的光学密度分布、p型GaN(掺杂Mg)/AlGaN超晶格镀层53的光学密度分布、以及p型GaN接触层54的光学密度分布重叠，从而在不降低内部量子效率的情况下防止内部损失。这允许降低其中激光开始振荡的阈值电流密度。具体地，第三化合物半导体层40至p型AlGaN电子势垒层52的距离为0.10μm，脊带结构55的高度为0.30μm，设置在第二电极62与第三化合物半导体层40之间的第二化合物半导体层50的厚度为0.50μm，并且p型GaN(掺杂Mg)/AlGaN超晶格镀层53的厚度为0.40μm。尽管脊带结构55朝向第二端面弯曲以减少端面反射，然而，该形状并不局限于此。

在模式同步半导体激光设备10中，非反射涂层(AR)形成在与准直器11相对的光出射端面(端面)处。另一方面，在模式同步半导体激光设备10中，高反射性涂层(HR)形成在与光出射端面(第二端面)相对的端面(第一端面)处。可饱和吸收区域42设置在模式同步半导体激光设备10的第一端面侧处。非反射涂层(下部反射涂层)包括层压结构，即，包括选自于由氧化钛层、氧化钽层、氧化锆层、氧化硅层、以及氧化铝层构成的组的至少两层。

模式同步半导体激光设备10的脉冲重复频率被设置为1GHz。激光脉冲串的重复频率f由外部共振器的长度X’(第一端面与空间相位调制器113之间的距离)而确定并且表示为下列等式：f＝c/(2n·X’)，其中，c是光速，并且n是共振器的有效折射率。

为了提供激光振荡所需的光增益，将高密度载流子注入(激励)到第三化合物半导体层(有源层)中以形成倒置分布。当半导体激光设备由具有极有效的大量电子和空穴的GaN基化合物半导体构成时，第三化合物半导体层40应超过10¹⁹/cm3而获得正的光增益(例如，见由MorikitaPublishing有限公司出版的Kiyoshi Takahasi指导并且由AkihikoYoshikawa、Fumio Hasegawa书写和编辑的“wide-gap semiconductor opticaland electronic devices”，pp.第124页-第126页)。载流子的倒置分布比由基于GaAs化合物半导体的半导体激光设备高一个单位(one digit)。对于由GaN基化合物半导体构成的半导体激光设备的振荡，应注入具有明显高密度的载流子。在实施方式中的模式同步半导体激光设备10中，估测载流子密度(倒置分布载流子密度)为约1.7×10¹⁹/cm³。

如上所述，理想上，具有1×10²Ω以上隔离电阻的第二电极62形成在第二化合物半导体层50上。不同于现有技术中GaN基的半导体激光设备，在GaN基半导体激光设备的情况中，p型导电类型的第二化合物半导体层50中的迁移率较小。在不通过离子植入提供具有高电阻的p型导电类型的第二化合物半导体层50情况下，通过隔离槽62C隔离形成有隔离槽的第二电极62，其中，第二电极62的第一部分62A与第二部分62B之间的电阻率值比第二电极62与第一电极61之间的电阻率值大10倍，或者第二电极62的第一部分62A与第二部分62b之间的电阻率值可以为1×10²Ω以上。

第二电极62的必要性能如下：

(1)第二电极62用作蚀刻第二化合物半导体层50的蚀刻掩模；

(2)在不损坏第二化合物半导体层50的光学性能和电性能的情况下，可以对第二电极62进行湿蚀刻；

(3)第二电极62在形成在第二化合物半导体层50上时具有10^-2Ω·cm²以下的特定接触电阻率值；

(4)当第二电极62具有层压结构时，用于下部金属层的材料具有较大的逸出功、具有对第二化合物半导体层50的较低的特定接触电阻率并且可以被湿蚀刻；并且

(5)当第二电极62具有层压结构时，用于上部金属层的材料对用于形成脊带结构的蚀刻(例如，对RIE方法中所使用的Cl₂气体)具有耐腐蚀性并且可被湿蚀刻。

第二电极62由具有0.1μm厚度的Pd单层构成。

具有其中p型GaN层和p型AlGaN层被交替层压的超晶格结构的p型GaN/AlGaN超晶格镀层53具有0.7μm以下的厚度，具体地，0.4μm。具有超晶格结构的p型GaN层具有2.5nm的厚度。具有超晶格结构的p型AlGaN层具有2.5nm的厚度。p型GaN层和p型AlGaN层的总层数为160。第三化合物半导体层40至第二电极62的距离为1μm以下，具体地，0.5μm以下。第二化合物半导体层50的p型AlGaN电子势垒层52、p型GaN/AlGaN超晶格镀层53、以及p型GaN接触层54中掺杂了1×10¹⁹cm^-3以上(具体地，2×10¹⁹cm^-3)的Mg。第二化合物半导体层50对具有405nm波长的光具有至少50cm^-1的吸收系数，具体地，65cm^-1。此外，第二化合物半导体层50具有未掺杂的GaInN导光层51和位于第三化合物半导体层侧的p型化合物半导体层。第三化合物半导体层40至p型化合物半导体层(具体地，p型AlGaN电子势垒层52)的距离(d)为1.2×10^-7m以下，具体地，100nm。

参考图26A、图26B、图27A、图27B、以及图28，将描述实施方式1中生产模式同步半导体激光设备的方法等。图26A、图26B、图27A、以及图27B中的每个均是用于在Y-Z平面内切割基板等的示意性局部截面图。图28是用于在X-Z平面内切割基板等的示意性局部截面图。

[处理-A]

首先，在基体上，即，位于n型GaN基板21的(0001)面上(见图26A)，基于熟知的MOCVD方法，依次层压其中包括GaN基化合物半导体的具有第一导电类型的第一化合物半导体层30、包括GaN基化合物半导体层的配置发光区域(增益区域)41和可饱和吸收区域42的第三化合物半导体层(有源层)40、以及包括GaN基化合物半导体的具有不同于第一导电类型的第二导电类型(p型导电类型)的第二化合物半导体层50的层压结构。

[处理-B]

然后，带状第二电极62形成在第二化合物半导体层50上。具体地，在基于真空沉积方法使Pd层63形成在整个表面上之后(见图26B)。在Pd层63上，基于光致抗蚀剂技术形成用于蚀刻的带状抗蚀剂层。在使用王水移除未被用于蚀刻的抗蚀剂层所覆盖的Pd层63之后，移除用于蚀刻的抗蚀剂层。同样，提供图27A中所示的结构。基于提离方法，带状第二电极62可形成在第二化合物半导体层50上。

[处理-C]

接着，使用第二电极62作为蚀刻掩模至少对第二化合物半导体层50的一部分进行蚀刻(具体地，对第二化合物半导体层50的一部分进行蚀刻)以形成脊带结构。具体地，基于使用Cl₂气体的RIE方法，使用第二电极62作为蚀刻掩模对第二化合物半导体层50的一部分进行蚀刻。同样，提供图27B中所示的结构。由于使用被图案化成蚀刻掩模的带状第二电极62通过自对准方法形成脊带结构，所以第二电极62与脊带结构之间不可可能产生未对准。

[处理-D]

之后，形成用于在第二电极62上形成隔离槽的抗蚀剂层64(见图28)。参考标号65表示在用于形成隔离槽的抗蚀剂层64中形成的开口。接着，通过使用抗蚀剂层64作为湿蚀刻掩模的湿蚀刻方法使隔离槽62C形成在第二电极62上，从而通过隔离槽62C将第二电极62隔离成第一部分62A和第二部分62B。具体地，将王水用作蚀刻液体，将整体浸入到王水中约10秒，以在第二电极62中形成隔离槽62C。之后，移除抗蚀剂层64。同样，提供图2和图3中所示的结构。不同于干蚀刻方法，湿蚀刻方法允许抑制第二化合物半导体层50的光学性能和电性能下降。因此，模式同步半导体激光设备的发光性能不下降。如果使用干蚀刻方法，第二化合物半导体层50的内部损失αi增加，从而增加阈值电压或者减少光输出。当以ER₀表示第二电极62的蚀刻速率并且以ER₁表示层压结构的蚀刻速率时，ER₀/ER₁近似等于1×10²。因此，由于第二电极62与第二化合物半导体层50之间存在高度蚀刻选择性，所以可以确定性地蚀刻第二电极62，而不蚀刻层压结构(如果蚀刻，则很少)。理想上，满足：ER0/ER1≥1×10，更为理想地，满足ER₀/ER₁≥1×10²。

第二电极可以这样一种层压结构，即，具有由具有20nm厚度的钯(Pd)制成的下部金属层和由具有200nm厚度的镍(Ni)制成的上部金属层。在使用王水的湿蚀刻中，镍具有比钯快约1.25倍的蚀刻速率。

[处理-E]

之后，形成n侧电极，裂解基板，并且执行封装以制造模式同步半导体激光设备10。

通过四端子方法测量所制造的模式同步半导体激光设备10的第二电极62的第一部分62A与第二部分62B之间的电阻率。因此，当隔离槽62C的宽度为20μm时，第二电极62的第一部分62A与第二部分62B之间的电阻率为1×15kΩ。此外，在所制造的模式同步半导体激光设备10中，DC电流经由发光区域41从第二电极62的第一部分62A流入第二部分62B以提供正向偏压状态，并且在第一电极61与第二电极62的第二部分62B之间施加反向偏置电压Vsa，以对可饱和吸收区域42施加电场，从而产生自脉动操作。换言之，第二电极62的第一部分62A与第二部分62B之间的电阻率为第二电极62与第一电极61之间的电阻率的10倍以上或者为1×10²Ω以上。因此，可以确定性地抑制漏电流从第二电极62的第一部分62A流入第二部分62B。因此，发光区域41可处于正向偏压状态并且可饱和吸收区域42可处于反向偏压状态，以确定性地执行单模式自脉动操作。

[实施方式9]

实施方式9是实施方式8中的模式同步半导体激光设备的替代实施方式，并且涉及具有第三配置的模式同步半导体激光设备。在实施方式8中，模式同步半导体激光设备10形成在n型GaN基板21的作为具有极性的晶体面的(0001)面上，即C面。当使用该基板时，由于QCSE效应难以电控制饱和吸收。

(量子限制斯塔克效应)利用由第三化合物半导体层(有源层)40中的压电偏振和自发偏振所产生的内部电场。换言之，其表明了在某些情况下，对于自脉动操作和模式同步操作，流入第一电极中的DC电流值和施加到可饱和吸收区域的反向偏压值应更高，可以生成伴随有主脉冲的子脉冲分量，并且外部信号与光脉冲之间难以建立同步。

为了防止该现象，其表明第三化合物半导体层(有源层)40的阱层应具有最佳厚度，并且第三化合物半导体层40的势垒层应具有最佳掺杂杂质的浓度。

具体地，GaInN量子阱有源层的阱层具有1nm以上至10nm以下的厚度，理想上，1nm以上至8nm以下。通过使阱层的厚度减少，可以降低压电偏振和自发偏振的效应。此外，势垒层具有2×10¹⁸cm^-3以上至1×10²⁰cm^-3以下的杂质掺杂浓度，理想上，1×10¹⁹cm^-3以上至1×10²⁰cm^-3以下。此处，杂质可以是硅(Si)或者氧(O)。当势垒层中的杂质掺杂浓度为上述所述时，有源层中的载流子增加。因此，可以降低压电偏振和自发偏振的效应。

在实施方式9中，第三化合物半导体层(有源层)40由包括表1中的层结构所示的三个势垒层(Ga_0.98In_0.02N)和表2中所示的两个阱层(Ga_0.92In_0.08N)的GaInN量子阱有源层构成。在参考8的模式同步半导体激光设备中，表2示出了由表1中的层结构构成的第三化合物半导体层40。

[表2]

在实施方式9中，阱层具有8nm的厚度并且势垒层掺杂有2×10¹⁸cm^-3的Si，从而降低了有源层中的QCSE效应。另一方面，在参考8中，阱层具有10.5nm的厚度并且势垒层未掺杂杂质。

与实施方式1相似，通过施加给发光区域的DC电流和施加给可饱和吸收区域的反向偏压Vsa确定模式同步。确定了实施方式9和参考8中的注入电流与光输出之间的关系的反向偏压相关性。因此，在参考8中，当反向偏压Vsa增加时，其中激光开始振荡的阈值电流逐渐增加。这表明了与实施方式9相比较，参考8中引起了较低反向偏压Vsa发生变化。这表明，在实施方式9的有源层中，通过反向偏压Vsa电控制可饱和吸收效应。应注意，在将反向偏压施加给可饱和吸收区域的状态下，在参考8中也观察到单模式(单基侧模式)下的自脉动操作和模式同步(模式锁定)操作。应当认识到，本公开包括参考8。

[实施方式10]

实施方式10是实施方式7的替代实施方式。为了通过半导体光学放大器在激光脉冲放大时提供大量的能量，应增加增益饱和能量。有效地是，减少与有源层与光模式在波导中所占据的体积的体积百分比对应的光限制系数。在实施方式10中，减少半导体光学放大器中的光限制系数。具体地，在实施方式10中，半导体光学放大器利用平板耦合波导(SCOWA)。在实施方式7中，光限制系数为2.6％。相反，在实施方式10中，光限制系数为0.8％。

利用SCOWA的半导体光学放大器具有这样一种结构，即，杆(棒)状波导耦合至平板(片)状二维波导，以将光略微限制在平板与杆之间的耦合部分中。通过将第三化合物半导体层(有源层)设置在杆状波导中，有源层所占据的体积可减少至激光的模场。可以提供具有低光限制系数的半导体光学放大器。将在下面实施方式11中进行关于SCOWA半导体光学放大器的结构和配置的细节描述。

半导体激光设备组件进一步包括光谱整形器，光谱整形器整形从色散补偿光学系统出射至系统外部的激光的光谱。所整形的激光可入射在色散补偿光学系统上。激光光谱在长波长侧具有增强的强度。因此，当仅使用一个带通滤波器时，不能充分整形光谱并且不可提供良好的相关波形(时间波形)。这是由下列事实造成的，即，在使用介电多层膜的带通滤波器中，传输函数接近洛伦兹函数。因此，光谱整形器由介电多层膜形成的带通滤波器构成。理想上，从色散补偿光学系统出射至系统外部的激光多次(例如，两次)穿过带通滤波器。通过激光多次穿过带通滤波器，可以移除延时脉冲分量和非相干分量。更具体地，作为光谱整形器，通过层压具有低介电常数的介电薄膜和具有高介电常数的介电薄膜形成带通滤波器。带通滤波器由内置单一半波振荡器的介电多层振荡器构成，并且通过使激光多次穿过而适当地减少不同于具有理想波长的波长的波长分量的穿过量。然而，只要提供不同于具有理想波长的光衰减的所需值，则带通滤波器不局限于单一半波振荡器。可以使用由多个振荡器或者集成式多半波振荡器构成的带通滤波器。而且，只要提供入射在半导体光学放大器上时所需的光谱形状并且在光谱整形之后并不改变激光的色散状态，则光谱整形器并不局限于带通滤波器。

图18示出了当带通滤波器透过两次时的光学布置的实施例。从色散补偿光学系统射出至系统外部的激光穿过光谱整形器114、被反射镜115A反射、再次穿过光谱整形器14、被反射镜115B、116反射、被导向至聚光器117、穿过聚光器117、穿过聚光器(透镜)211A、并且入射在半导体光学放大器210上。因此，从半导体光学放大器210输出的激光经由聚光装置(透镜211B)被输出至系统外部。

除上述所述之外，实施方式10中的半导体激光设备组件具有与实施方式7中的半导体激光设备组件的结构和配置相似的结构和配置。因此，省去了细节描述。

[实施方式11]

实施方式11是实施方式10的替代实施方式。在实施方式11中，减少半导体激光设备组件中的半导体光学放大器的光限制系数值。实施方式11中的半导体光学放大器具有第一配置。

图19示出了当在垂直于半导体光学放大器的轴线的虚拟平面内切割半导体光学放大器时的半导体光学放大器的示意性局部截面图。层压结构具有顺次层压在基体70上的具有第一导电类型的第一化合物半导体71、由化合物半导体73构成的第三化合物半导体层(有源层，增益区域)、以及具有不同于第一导电类型的第二导电类型的第二化合物半导体层72。第一化合物半导体层71在基体侧具有包括第一镀层(n型AlGaN层)71A和第一导光层(n型GaN层)71B的层压结构。满足：

6×10^-7m<t₁，理想上，满足8×10^-7m≤t₁，

0(m)<t₁’≤0.5·t₁，理想上，0(m)<t₁’≤0.3t₁，其中，t₁表示第一导光层71B的厚度，并且t1’表示配置脊带结构75的第一导光层的部分71B’的厚度。具体地，在实施方式11中，t₁＝1.25μm并且t₁’＝0.15μm。脊带结构75的长度和宽度分别为1.0mm和1.6μm。

具体地，基体70由n型GaN基板构成，并且化合物半导体层设置在n型GaN基板的(0001)面上。由第一化合物半导体层71、有源层73、以及第二化合物半导体层72构成的层压结构由GaN基化合物的半导体构成，具体地，由基于AlGaInN化合物的半导体构成，更具体地，下面表3中所示的层结构。在表3中，下面所描述的化合物半导体层更接近于基体70。有源层73中的阱层化合物半导体的带隙为3.06eV。有源层73具有包括阱层和势垒层的量子阱结构。势垒层具有2×10¹⁷cm^-3以上至1×1020cm^-3以下的杂质(具体地，硅Si)掺杂浓度。由SiO2/Si构成的层压绝缘膜76形成在脊带结构75的两侧上。SiO2层是下层，并且Si层是上层。第二电极(p侧欧姆电极)62形成在对应于脊带结构75的顶面的p型GaN接触层74上。另一方面，由Ti/Pt/Au构成的第一电极(n侧欧姆电极)61形成在基体70的背面上。在实施方式11中，第二电极62由具有0.1μm厚度的Pd单层构成。P型AlGaN电子势垒层72A具有10nm的厚度。第二导光层(p型AlGaN层)72B具有50nm的厚度。第二镀层(p型AlGaN层)72C具有0.5μm的厚度。P型GaN接触层74具有100nm的厚度。而且，配置第二化合物半导体层72的的p型AlGaN电子势垒层72A、第二导光层72B、第二镀层72C、以及p型GaN接触层74中掺杂了1×10¹⁹cm^-3以上(具体地，2×10¹⁹cm^-3))的Mg。另一方面，第一镀层(n型AlGaN层)71具有2.5μm的厚度。第一导光层(n型GaN层)71B的厚度如上所述。第一导光层71B的厚度(1.25μm)大于第二导光层的厚度(100nm)。第一导光层71B由GaN构成。可替代地，第一导光层71B可由具有比有源层73更宽并且比第一镀层71A更窄的带隙的化合物半导体构成。

[表3]

第二化合物半导体层72

P型GaN接触层(掺杂Mg)74

第二镀层(p型Al_0.05Ga_0.95N层(掺杂Mg))72C

第二导光层(p型Al_0.01Ga_0.99N层(掺杂Mg))72B

p型Al_0.20Ga_0.80N电子势垒层(掺杂Mg)72A

有源层73

GaInN量子阱有源层73

(阱层：Ga_0.92In_0.08N/势垒层：Ga_0.98In_0.02N)

第一化合物半导体层71

第一导光层(n型GaN层)71B

第一镀层(n型Al_0.03Ga_0.97N层)71A

其中

阱层(两层)：10nm[未掺杂]]

势垒层(三层)：12nm[掺杂浓度(Si):2×10¹⁸cm^-3]

在实施方式11的半导体光学放大器中，由于限定了第一导光层的厚度t₁，所以可减少光吸收系数。光强度分布的峰值从有源层移至第一导光层。因此，在高输出操作时可降低有源层周围的光强度。不仅可以防止光学损伤，而且还增加了放大激光的饱和能量，以提供半导体光学放大器的高输出操作。通过在实施方式11中限定配置脊带结构的第一导光层的部分的厚度t₁’，所输出的光束可具有单模。平板波导的宽度与第一导光层的厚度相似，从而产生具有大致完整圆形的截面形状的光束。当应用于透镜或者光学纤维时，不存在诸如聚光性能下降等不利影响。

除上述所述之外，实施方式11中的半导体激光设备组件具有与实施方式10中的半导体激光设备组件的结构和配置相似的结构和配置。因此，省去细节描述。

[实施方式12]

实施方式12是实施方式7、10至11的替代实施方式。图20示出了当在垂直于半导体光学放大器的轴线的虚拟平面内切割半导体光学放大器时的实施方式12中的半导体光学放大器的示意性局部截面图。两个凹入部81在基体70中沿着半导体光学放大器的轴线方向延伸形成。实施方式11中所描述的层压结构形成在整个表面上，即，基体70的两个凹入部81和夹持在两个凹入部82之间的区域82。此外，第二电极62设置在上述区域82中。

此处，第一化合物半导体层71在基体侧具有第一镀层和第一导光层的层压结构。

当以t₁表示位于基体70的夹持在两个凹入部81之间的区域82上方的第一导光层的厚度，以T_总计表示层压结构的总体厚度，并且以D表示凹入部81的深度时，

6×10^-7m<t₁，理想上，满足8×10^-7m≤t₁,

(T_总计–0.5·t₁)≤D≤T_总计，理想上，(T_总计–0.3·t₁)≤D≤T_总计。具体地，在实施方式12中，t₁＝1.25μm,T_总计＝4.1μm，并且D＝3.7μm。将凹入部81的宽度设置为20μm。将基体的夹持在两个凹入部81之间的区域82的宽度设置为1.5μm。

除上述所述之外，实施方式12中的半导体光学放大器具有与实施方式11中的半导体光学放大器的结构和配置相似的结构和配置。因此，省去细节描述。

在实施方式12的半导体光学放大器中，由于限定了位于夹持在两个凹入部之间的基体区域(换言之，位于凹入部与凹入部之间的基体部分)上方的第一导光层的厚度t₁，所以在高输出操作时可以降低有源层周围的光强度。不仅可以防止光学损伤，而且还增加了放大激光的饱和能量，以提供半导体光学放大器的高输出操作。此外，由于实施方式12中限定了凹入部的深度D，所以输出的光束可具有单模。平板波导的宽度与第一导光层的厚度相似，从而产生具有大致完整圆形的截面形状的光束。当应用于透镜或者光学纤维时，不存在诸如聚光性能下降等不利影响。

[实施方式13]

实施方式13是实施方式7、10至12的替代实施方式。如图21中的示意性局部截面图所示，在实施方式13的半导体光学放大器中，第一化合物半导体层71具有第一镀层71A和第一导光层71b₁、71b₂的层压结构。在第一导光层71b₁、71b₂中，形成由具有比第一导光层71的化合物半导体材料更高的折射率的化合物半导体材料构成的高折射率层79，具体地，形成由具有50nm厚度的In_0.02Ga_0.98N构成的高折射率层79。将从有源层73与上层之间的边界(即，第一导光层71b2)至上层(即，第一导光层71b2)与高折射率层79的边界的距离设置为0.35μm。当n_G-1表示第一导光层71b₁、71b₂的化合物半导体材料的折射率，n_HR表示高折射率层79的化合物半导体材料的折射率，并且n_AC表示有源层73的化合物半导体材料的平均折射率时，

满足0.01≤n_HR-n_G-1≤0.1。

满足n_HR≤n_AC。具体地，

n_HR＝2.547,

n_G-1＝2.520,并且

n_AC＝2.620。

[实施方式14]

实施方式14是实施方式10至13的替代实施方式。在实施方式14中，减少了半导体激光设备组件中的半导体光学放大器的光限制系数值。实施方式14中的半导体光学放大器具有第二配置。

如图22中的示意性局部截面图所示，在实施方式14的半导体光学放大器中，层压结构在厚度方向上具有由至少第二化合物半导体层的一部分构成的脊带结构95，第一化合物半导体层91具有超过0.6μm的厚度，高折射率层99由具有比第一化合物半导体层91的化合物半导体材料更高的折射率的化合物半导体材料制成。具体地，第一化合物半导体层91具有第一镀层91A和第一导光层91B的层压结构，第一导光层91B具有超过0.6μm的厚度，并且高折射率层99形成在第一导光层91B中。

此处，第一导光层91B具有这样一种结构，其中，第一导光层(第一A导光层91B)的第一部分、高折射率层99、以及第一导光层(第一B导光层91B2)的第二部分位于基体侧。

将包括高折射率层99的第一导光层91B的总厚度设置为1.25μm。从有源层93与第一导光层91B之间的边界(有源层93与第一B导光层91B2之间的边界)至位于有源层侧的第一导光层(第一B导光层91B2)的该部分与高折射率层99之间的边界的距离为0.25μm以上。具体地，在实施方式14中，该距离为0.35μm。换言之，第一B导光层91B₂具有0.35μm的厚度。高折射率层99由具有50nm厚度的In_0.02Ga_0.98N构成。当n_G-1表示第一导光层91B₁和91B₂的化合物半导体材料的折射率，n_HR表示高折射率层99的化合物半导体材料的折射率，并且n_AC表示有源层93的化合物半导体材料的平均折射率时，满足0<n_HR-n_G-1≤0.3，理想上，满足0.02≤n_HR-n_G-1≤0.2。具体地，

n_HR＝2.547,

nG-1＝2.520,并且

n_AC＝2.620。

脊带结构75的长度和宽度分别为1.0mm和1.6μm。

具体地，基体90由n型GaN基板构成，化合物半导体层设置在n型GaN基板的(0001)面上。由第一化合物半导体层91、有源层93、以及第二化合物半导体层92构成的层压结构由GaN基化合物的半导体构成，具体地，由基于AlGaInN化合物半导体构成，更具体地，下面表4中所示的层结构。在表4中，下面所描述的化合物半导体层更接近于基体90。有源层93中的阱层化合物半导体的带隙为3.06eV。有源层93具有包括阱层和势垒层的量子阱结构。势垒层具有2×10¹⁷cm^-3以上至1×10²⁰cm^-3以下的杂质(具体地，硅Si)掺杂浓度。由SiO₂/Si构成的层压绝缘膜96形成在脊带接地95的两侧上。SiO₂层是下层，并且Si层是上层。第二电极(p侧欧姆电极)62形成在对应于脊带结构95的顶面的p型GaN接触层94上。另一方面，由Ti/Pt/Au构成的第一电极(n侧欧姆电极)61形成在基体90的背面上。在实施方式14中，第二电极62由具有0.1μm厚度的Pd单层构成。P型AlGaN电子势垒层92A具有10nm的厚度。第二导光层(p型AlGaN层)92B具有50nm的厚度。第二镀层(p型AlGaN层92C)具有0.5μm的厚度。p型GaN接触层94具有100nm的厚度。而且，配置第二化合物半导体层92的p型AlGaN电子势垒层92A、第二导光层92B、第二镀层92C、以及p型GaN接触层94中掺杂了1×10¹⁹cm^-3以上(具体地，2×10¹⁹cm^-3)的Mg。另一方面，第一镀层(n型AlGaN层)91A具有2.5μm的厚度。第一导光层(n型GaN层)91B的厚度如上所述。第一导光层91B的厚度(1.25μm)大于第二导光层92B的厚度(100nm)。第一导光层91B由GaN构成。可替代地，第一导光层91B可由具有比有源层93更宽并且比第一镀层91A更窄的带隙的化合物半导体构成。

[表4]

第二化合物半导体层92

P型GaN接触层(掺杂Mg)94

第二镀层(p型Al_0.05Ga_0.95N层(掺杂Mg))92C

第二导光层(p型Al_0.01Ga_0.99N层(掺杂Mg))92B

P型Al_0.20Ga_0.80N电子势垒层(掺杂Mg)92A

有源层93

GaInN量子阱有源层93

(阱层：Ga_0.92In_0.08N/势垒层：Ga_0.98In_0.02N)

第一化合物半导体层91

第一B导光层(n型GaN层)91B2

高折射率层(n型In_0.02Ga_0.98N高折射率层)99

第一A导光层(n型GaN层)91B1

第一镀层(n型Al0_.03Ga_0.97N层)91A

其中

阱层(两层)：10nm[未掺杂]

势垒层(三层)：12nm[掺杂浓度(Si)：2×10¹⁸cm^-3]

在实施方式14中，高折射率层形成在第一导光层内。在一些情况下，高折射率层可形成在第一镀层内。在这种情况下，高至少率层的化合物半导体材料的折射率比第一镀层的折射率高。

尽管本公开参考具体应用的示出性实施方式描述了本技术，然而，应当理解的是，本技术并不局限于此。实施方式中所描述的半导体激光设备组件、模式同步半导体激光设备、色散补偿光学系统、空间相位调制器、以及半导体光学放大器的结构和配置为示出性并且可根据需要进行修改。尽管实施方式中示出了各个值，然而，应当认识到，这些值均为示出性，如果符合模式同步半导体激光设备等的规格，则可以对其进行修改。作为空间相位调制器，可以使用提供相似焦距的凹透镜或者提供相似空间色散的透射式衍射光栅，而非使用聚光器(透镜)。可以使用多个空间相位调制器。例如，半导体激光设备或者半导体光学放大器的轴线与脊带式结构的轴线可以预定角度相交。脊带结构可具有为锥形的平面形状。

发光区域41和可饱和吸收区域42的数目不局限于一个。图23和图24示出了包括第二电极的一个第一部分62A与第二电极的两个第二部分62B1和62B2的多段式(多电极型)模式同步半导体激光设备的示意性端面图。在图23中所示的模式同步半导体激光设备中，一个隔离槽62C1上的第一部分62A的一端面向一个第二部分62B1并且另一隔离槽62C2上的第一部分62A的另一端面向另一第二部分62B2。一个发光区域41夹持在两个可饱和吸收区域421与422之间。图24示出了具有第二电极的两个第一部分62A1和62A2与第二电极的一个第二部分62B的模式同步半导体激光设备的示意性端面图。在模式同步半导体激光设备中，一个隔离槽62C1上的第二部分62B的一端面向一个第一部分62A1，并且另一隔离槽62C2上的第二部分62B的另一端面向另一第一部分62A2。一个可饱和吸收区域42夹持在两个发光区域411与412之间。

模式同步半导体激光设备可具有为平板波导的斜脊带式分离限制异质结构。图25示出了从上方观看时模式同步半导体激光设备的脊带结构55’的示意图。在模式同步半导体激光设备中，将两个直线脊带结构组合，并且例如，其中两个脊带结构相交叉的角θ为0≤θ≤10(度)，理想上，为0≤θ≤6(度)。通过使用斜脊带型，非反射式涂覆的第二端面的折射率可接近理想值0％。因此，防止生成在模式同步半导体激光设备内分解的激光。有利地，可以控制与主激光并行生成的激光。

在实施方式中，模式同步半导体激光设备和半导体光学放大器设置在偏振面(C面)上，即，n型GaN基板的{0001}面。可替代地，模式同步半导体激光设备和半导体光学放大器可设置在诸如{11-20}面(即，A面)、{1-100}面(即，M面)等非偏振面上或者设置在诸如{11-24}面、包括{11-22}面的{11-2n}面、{10-11}面、以及{10-12}面等半偏振面上。因此，即使在模式同步半导体激光设备和半导体光学放大器的第三化合物半导体层(有源层)中产生压电偏振和自发偏振，在第三化合物半导体层的厚度方向上也不产生压电偏振，并且在大致垂直于第三化合物半导体层的厚度方向的方向上产生压电偏振。因此，可以避免压电偏振和自发偏振的不利影响。{11-2n}面指大致与C面成40度的非偏振面。当模式同步半导体激光设备10设置在非偏振面或者半偏振面上时，可以去除对阱层厚度的限制(1nm以上至10nm以下)和对势垒层的杂质掺杂浓度(2×10¹⁸cm^-3以上至1×10²⁰cm^-3以下)的限制。

本公开内容可具有下列配置。

[A01]<<半导体激光设备组件>>

一种半导体激光设备组件，包括：

半导体激光设备；和

色散补偿光学系统，在此入射和出射从所述半导体激光设备出射的激光，以控制从所述半导体激光设备出射的所述激光的每个波长的群速度色散值。

[A02]根据[A01]所述的半导体激光设备组件，其中，

从所述半导体激光设备出射的激光中，所述色散补偿光学系统为具有最短波长的激光提供负的群速度色散值，并且为具有比所述最短波长更长的波长的激光提供比具有最短波长的所述激光的所述群速度色散值大的群速度色散值。

[A03]根据[A02]所述的半导体激光设备组件，其中，

所述色散补偿光学系统为更长波长的所述激光提供恒定群速度色散值的，所述恒定群速度色散值大于具有所述最短波长的所述激光的所述群速度色散值且与波长无关。

[A04]根据[A03]所述的半导体激光设备组件，其中，

所述恒定群速度色散值为0[(皮秒)²]。

[A05]根据[A03]所述的半导体激光设备组件，其中，

所述恒定群速度色散值为正。

[A06]根据[A02]所述的半导体激光设备组件，其中，

所述色散补偿光学系统为具有更长波长的所述激光提供的群速度色散值比具有所述最短波长的所述激光的所述群速度色散值大且取决于波长。

[A07]根据[A06]所述的半导体激光设备组件，其中，

所述波长越长，具有所述更长波长的所述激光的所述群速度色散值越大。

[A08]根据[A01]所述的半导体激光设备组件，其中，

从所述半导体激光设备出射的所述激光中，所述色散补偿光学系统为具有所述最短波长的所述激光提供负的群速度色散值；并且

提供的所述负的群速度色散值的绝对值越大，具有比所述预定波长更短的波长的所述激光越短。

[A09]根据[A08]所述的半导体激光设备组件，其中，

所述色散补偿光学系统为具有所述预定波长更长的所述波长的所述激光提供的群速度色散值比具有所述预定波长的所述激光的所述群速度色散值更大。

[A10]根据[A09]所述的半导体激光设备组件，其中，

所述色散补偿光学系统为具有比所述预定波长更长的波长的所述激光提供比具有所述预定波长的所述激光的所述群速度色散值更大且不取决于波长的恒定群速度色散值。

[A11]根据[A10]所述的半导体激光设备组件，其中，

所述恒定群速度色散值为0[(皮秒)²]。

[A12]根据[A10]所述的半导体激光设备组件，其中，

所述恒定群速度色散值为正。

[A13]根据[A08]所述的半导体激光设备组件，其中，

所述色散补偿光学系统为具有比所述预定波长更长的波长的所述激光提供比具有所述预定波长的所述激光的所述群速度色散值更大的取决于波长的群速度色散值。

[A14]根据[A13]所述的半导体激光设备组件，其中，

所述波长越长，具有更长波长的所述激光的所述群速度色散值越大。

[A15]根据[A01]至[A14]中任一项所述的半导体激光设备组件，其中

从所述半导体激光设备输出的所述激光入射在所述色散补偿光学系统上，入射在所述色散补偿光学系统上的所述激光的一部分从所述色散补偿光学系统射出并且返回至所述半导体激光设备，并且入射在所述色散补偿光学系统上的所述激光的剩余部分被输出至所述系统的外部。

[A16]根据[A15]所述的半导体激光设备组件，进一步包括：

脉冲压缩器，所述脉冲压缩器为输出至所述系统外部的激光提供正的群速度色散值。

[A17]根据[A15]或[A16]所述的半导体激光设备组件，其中，

所述色散补偿光学系统包括衍射光栅、聚光器、以及空间相位调制器，

从所述半导体激光设备射出的所述激光与所述衍射光栅碰撞，

来自所述衍射光栅的0阶光被输出至所述系统的外部，并且

来自所述衍射光栅的衍射光经由所述聚光器入射在所述空间相位调制器上，然后，从所述空间相位调制器射出并且经由所述聚光器和所述衍射光栅返回至所述半导体激光设备。

[A18]根据[A17]所述的半导体激光设备组件，其中，

所述空间相位调制器由反射式液晶显示装置构成。

[A19]根据[A17]所述的半导体激光设备组件，其中，

所述空间相位调制器由可变形反射镜(deformable mirror，变形镜)构成。

[A20]根据[A17]所述的半导体激光设备组件，其中，

所述空间相位调制器由多个反射镜构成。

[A21]根据[A01]至[A20]中任一项所述的半导体激光设备组件，其中

所述半导体激光设备包括具有可饱和吸收区域的模式同步半导体激光设备。

[A22]根据[A21]所述的半导体激光设备组件，其中，

所述模式同步半导体激光设备由层压结构构成，其中依次层压有，

第一化合物半导体层，所述第一化合物半导体层包括GaN基化合物半导体、具有第一导电类型；

第三化合物半导体层(有源层)，所述第三化合物半导体层包括GaN基化合物的半导体；以及

第二化合物半导体层，所述第二化合物半导体层包括GaN基化合物半导体、具有不同于所述第一导电类型的第二导电类型。

[B01]根据[A01]至[A22]中任一项所述的半导体激光设备组件，进一步包括：

半导体光学放大器，所述半导体光学放大器用于放大出射至所述系统的外部的激光。

[B02]根据[B01]所述的半导体激光设备组件，其中，

所述半导体光学放大器由III-V族氮化合物基半导体层的层压结构或者宽隙半导体层的层压结构构成。

[B03]根据[B01]或[B02]所述的半导体激光设备组件，其中，

当τ1表示入射在所述半导体放大器上的激光的脉冲时间宽度，并且τ2表示从所述半导体光学放大器输出的激光的脉冲时间宽度时，τ1>τ2，并且所述半导体光学放大器的驱动电流值越高，τ2的值越低。

[B04]根据[B01]至[B03]中任一项所述的半导体激光设备组件，其中，

从所述半导体光学放大器输出的所述激光具有4.5THz以上的光谱宽度。

[B05]根据[B01]至[B04]中任一项所述的半导体激光设备组件，其中，

所述半导体光学放大器具有5×10³安培/cm²以上的驱动电流密度。

[B06]根据[B01]至[B05]中任一项所述的半导体激光设备组件，其中，

所述半导体光学放大器具有3％以下的光限制系数。

[B07]根据[B01]至[B06]中任一项所述的半导体激光设备组件，其中，

从所述半导体光学放大器输出的所述激光的所述光谱宽度相对于入射在所述半导体光学放大器上的激光的所述光谱宽度增加2.5THz以上。

[B08]根据[B01]至[B07]中任一项所述的半导体激光设备组件，其中，

所述模式同步半导体激光设备具有1×10¹⁰瓦特/cm²以上的峰值功率光学密度和1×10¹⁹/cm³以上的载流子密度。

[B09]根据[B01]至[B08]中任一项所述的半导体激光设备组件，其中，

入射在所述半导体光学放大器上的激光的主振荡频率的噪声分量为-60dB以下。

[B10]根据[B01]至[B09]中任一项所述的半导体激光设备组件，其中，

所述模式同步半导体激光设备具有1GHz以下的重复频率。

[B11]根据[B01]至[B10]中任一项所述的半导体激光设备组件，进一步包括：

光谱整形器，所述光谱成型器用于整形(shape，成形)从所述色散补偿光学系统出射至所述系统外部的所述激光的所述光谱，其中，所整形的激光入射在所述色散补偿光学系统上。

[B12]根据[B11]所述的半导体激光设备组件，其中，

所述光谱整形器由介电多层膜形成的带通滤波器构成；并且

从所述色散补偿光学系统出射至所述系统外部的所述激光多次穿过所述带通滤波器。

[B13]根据[B12]所述的半导体激光设备组件，其中，

所述带通滤波器由内置单个半波振荡器的介电多层振荡器构成。

[B14]根据[B12]所述的半导体激光设备组件，其中，

所述带通滤波器由多个振荡器构成。

[B15]根据[B12]所述的半导体激光设备组件，其中，

所述带通滤波器由集成的多个半波振荡器构成。

[C01]<<具有第一配置的半导体光学放大器>>

根据[B01]至[B15]中任一项所述的半导体激光设备组件，

在所述半导体光学放大器中，

第一化合物半导体层从基体侧具有包括第一镀层和第一导光层的层压结构；

所述层压结构在厚度方向上具有包括第二化合物半导体层、第三化合物半导体层、以及所述第一导光层的一部分的脊带结构；

其满足

6×10^-7m<t₁,

0(m)<t₁’≤0.5·t₁,

其中，t₁表示所述第一导光层的厚度，并且t₁’表示构成脊带结构的所述第一导光层的一部分的厚度。

[C02]根据[C01]所述的半导体激光设备组件，其中，

满足t₁≤3×10^-6m。

[C03]根据[C01]或[C02]所述的半导体激光设备组件，其中，

所述半导体光学放大器输出单模光束。

[C04]根据[C01]至[C03]中任一项所述的半导体激光设备组件，其中

满足0.2≤L_BY/L_BX≤1.2；

其中，L_BX表示在所述脊带结构的宽度方向上从所述层压结构的所述光出射端面输出的所述光束的尺寸，并且L_BY表示在所述脊带结构的厚度方向上的尺寸。

[C05]根据[C01]至[C04]中任一项所述的半导体激光设备组件，其中，

在所述层压结构的所述光出射端面上沿着所述脊带结构的所述厚度方向从所述层压结构中的所述有源层的中心点至从所述层压结构输出的所述光束的中心点的距离Y_CC满足t₁’≤Y_CC≤t1。

[C06]根据[C01]至[C05]中任一项所述的半导体激光设备组件，其中，

所述第一导光层具有由化合物半导体材料制成的高折射率层，所述化合物半导体材料具有比所述第一导光层的化合物半导体材料更高的折射率。

[C07]根据[C06]所述的半导体激光设备组件，其中，

满足0.01≤n_HR-n_G-1≤0.1；

其中，n_G-1表示所述第一导光层的所述化合物半导体材料的折射率，并且n_HR表示所述高折射率层的化合物半导体材料的折射率。

[C08]根据[C01]至[C07]中任一项所述的半导体激光设备组件，其中，

所述第二化合物半导体层从基体侧具有第二导光层和第二镀层的层压结构；并且

所述第一导光层比所述第二导光层更厚。

[D01]<<具有第二配置的半导体光学放大器>>

根据[B01]至[B15]中任一项所述的半导体激光设备组件，在所述半导体光学放大器中，

所述层压结构在厚度方向上具有由所述第二化合物半导体层的至少一部分构成的脊带结构；

所述第一化合物半导体层具有超过0.6μm的厚度；并且

所述第一化合物半导体层具有由化合物半导体材料制成的高折射率层，所述化合物半导体材料具有比所述第一导光层的化合物半导体材料更高的折射率。

[D02]根据[D01]所述的半导体激光设备组件，其中，

所述第一化合物半导体层从基体侧具有第一镀层和第一导光层的层压结构；

所述第一化合物半导体层具有超过0.6μm的厚度；并且

所述高折射率层形成在所述第一导光层内。

[D03]根据[D02]所述的半导体激光设备组件，其中，

从所述有源层与所述第一导光层之间的边界到所述第一导光层的位于有源层侧的部分与所述高折射率层之间的边界的距离为0.25μm以上。

[D04]根据[D02]或[D03]所述的半导体激光设备组件，其中

满足0<n_HR-n_G-1≤0.3；

其中，n_G-1表示所述第一导光层的所述化合物半导体材料的折射率，并且n_HR表示所述高折射率层的化合物半导体材料的折射率。

[D05]根据[D01]至[D04]中任一项所述的半导体激光设备组件，其中

所述半导体光学放大器输出单模光束。

[D06]根据[D01]至[D05]中任一项所述的半导体激光设备组件，其中

所述第一导光层比所述第二导光层更厚。

[E01]<<半导体激光设备组件>>

一种半导体激光设备组件，包括：

半导体激光设备；和

色散补偿光学系统，在此入射和出射从所述半导体激光设备出射的激光，以控制从所述半导体激光设备出射的所述激光的每个波长的群速度色散值。

[E02]根据[E01]所述的半导体激光设备组件，其中，

从所述半导体激光设备出射的所述激光中，所述色散补偿光学系统为具有最短波长的第一激光提供负的群速度色散值，并且为具有比所述最短波长更长的波长的第二激光提供比具有所述最短波长的所述第一激光的所述负的群速度色散值大的第一群速度色散值。

[E03]根据[E02]所述的半导体激光设备组件，其中，

所述色散补偿光学系统为具有更长的波长的第二激光提供恒定群速度色散值，所述恒定群速度色散值大于具有所述最短波长的所述第一激光的所述负群速度色散值且不取决于波长。

[E04]根据[E[E03]所述的半导体激光设备组件，其中，

所述恒定群速度色散值为0(皮秒)²。

[E05]根据[E03]所述的半导体激光设备组件，其中，

所述恒定群速度色散值为正值。

[E06]根据[E02]所述的半导体激光设备组件，其中，

所述色散补偿光学系统为具有更长的波长的第二激光提供第一群速度色散值，所述第一群速度色散值大于具有所述最短波长的所述第一激光的所述负的群速度色散值并且取决于波长。

[E07]根据[E06]所述的半导体激光设备组件，其中，

所述第一群速度色散值的值随着所述第二激光的所述更长的波长的增加而增加。

[E08]根据[E01]至[E07]所述的半导体激光设备组件，其中，

从所述半导体激光设备出射的所述激光中，所述色散补偿光学系统为具有最短波长的第一激光提供负的群速度色散值；并且

所述第一激光的比预定波长更短的所述最短波长的值由于所述负的群速度色散值的绝对值的增加而减少。

[E09]根据[E08]所述的半导体激光设备组件，其中，

所述色散补偿光学系统为具有比所述预定波长更长的波长的第二激光提供第一群速度色散值，所述第一群速度色散值大于具有所述预定波长的激光的所述群速度色散值。

[E10]根据[E01]至[E09]所述的半导体激光设备组件，其中，

从所述半导体激光设备射出的所述激光入射在所述色散补偿光学系统上，入射在所述色散补偿光学系统上的所述激光的一部分从所述色散补偿光学系统射出并且返回至所述半导体激光设备，并且入射在所述色散补偿光学系统上的所述激光的剩余部分被输出至所述系统的外部。

[E11]根据[E10]所述的半导体激光设备组件，进一步包括：

脉冲压缩器，所述脉冲压缩器为输出至所述系统外部的激光提供正的群速度色散值。

[E12]根据[E11]所述的半导体激光设备组件，其中，

所述半导体激光设备包括具有可饱和吸收区域的模式同步半导体激光设备。

[E13]根据[E12]所述的半导体激光设备组件，其中，

所述模式同步半导体激光设备包括层压结构，其中依次层压有，

包括GaN基化合物半导体、具有第一导电类型的第一化合物半导体层，

包括GaN基化合物半导体的第三化合物半导体层，以及

具有不同于所述第一导电类型的第二导电类型的包括GaN基化合物半导体的第二化合物半导体层。

[F01]<<半导体激光设备组件>>

一种半导体激光设备组件，包括：

半导体激光设备；和

色散补偿光学系统，其中，入射和出射从所述半导体激光设备出射的激光，以控制从所述半导体激光设备出射的所述激光的每个波长的群速度色散值；其中，

所述色散补偿光学系统包括衍射光栅、聚光器、以及空间相位调制器；

所述激光从所述半导体激光设备射出，然后进入所述衍射光栅；

来自所述衍射光栅的0阶光被输出至所述系统外部；并且

来自所述衍射光栅的衍射光经由所述聚光器入射在所述空间相位调制器上，然后，从所述空间相位调制器射出并且经由所述聚光器和所述衍射光栅返回至所述半导体激光设备。

[F02]根据[F01]所述的半导体激光设备组件，其中，

所述空间相位调制器包括反射式液晶显示装置。

[F03]根据[F02]所述的半导体激光设备组件，其中，

所述空间相位调制器包括可变形反射镜。

[F04]根据[F03]所述的半导体激光设备组件，其中，

所述空间相位调制器包括多个反射镜。

[F05]根据[F04]所述的半导体激光设备组件，其中，

所述半导体激光设备包括具有可饱和吸收区域的模式同步半导体激光设备。

[F06]根据[F05]所述的半导体激光设备组件，其中，

所述模式同步半导体激光设备包括层压结构，其中依次层压由，

第一化合物半导体层，所述第一化合物半导体层包括GaN基化合物半导体、具有第一导电类型；

第三化合物半导体层，所述第三化合物半导体层包括GaN基的化合物半导体；以及

第二化合物半导体层，所述第二化合物半导体层包括GaN基化合物半导体，具有不同于所述第一导电类型的第二导电类型。

本领域技术人员应当理解的是，只要在所附权利要求或者其等同物的范围内，可根据设计需求和其他因素做出各种变形、组合、子组合、以及修改。

Claims (20)

1.一种半导体激光设备组件，包括：

半导体激光设备；和

色散补偿光学系统，其中入射和出射从所述半导体激光设备出射的激光，以控制从所述半导体激光设备出射的所述激光的每个波长的群速度色散值。

2.根据权利要求1所述的半导体激光设备组件，其中

在从所述半导体激光设备出射的所述激光中，所述色散补偿光学系统为具有最短波长的第一激光提供负的群速度色散值并且为具有比所述最短波长更长的波长的第二激光提供比具有所述最短波长的所述第一激光的所述负的群速度色散值大的第一群速度色散值。

3.根据权利要求2所述的半导体激光设备组件，其中

所述色散补偿光学系统为具有所述更长的波长的所述第二激光提供不取决于波长的比具有所述最短波长的所述第一激光的所述负的群速度色散值大的恒定群速度色散值。

4.根据权利要求3所述的半导体激光设备组件，其中

所述恒定群速度色散值为0(皮秒)²。

5.根据权利要求3所述的半导体激光设备组件，其中

所述恒定群速度色散值为正值。

6.根据权利要求2所述的半导体激光设备组件，其中

所述色散补偿光学系统为具有所述更长的波长的所述第二激光提供取决于波长的比具有所述最短波长的所述第一激光的所述负的群速度色散值大的所述第一群速度色散值。

7.根据权利要求6所述的半导体激光设备组件，其中

所述第一群速度色散值的值随着所述第二激光的所述更长的波长的增加而增加。

8.根据权利要求1所述的半导体激光设备组件，其中

在从所述半导体激光设备出射的所述激光中，所述色散补偿光学系统为具有最短波长的第一激光提供负的群速度色散值；并且

比预定波长短的所述第一激光的所述最短波长的值由于负的群速度色散值的绝对值的增加而减小。

9.根据权利要求8所述的半导体激光设备组件，其中

所述色散补偿光学系统为具有比所述预定波长长的波长的第二激光提供比具有所述预定波长的激光的所述群速度色散值更大的第一群速度色散值。

10.根据权利要求1所述的半导体激光设备组件，其中

从所述半导体激光设备射出的所述激光入射在所述色散补偿光学系统上，入射在所述色散补偿光学系统上的所述激光的一部分从所述色散补偿光学系统射出并且返回至所述半导体激光设备，并且入射在所述色散补偿光学系统上的所述激光的剩余部分被输出至所述系统的外部。

11.根据权利要求10所述的半导体激光设备组件，进一步包括：

脉冲压缩器，所述脉冲压缩器为输出至所述系统的外部的激光提供正的群速度色散值。

12.根据权利要求1所述的半导体激光设备组件，其中

所述半导体激光设备包括：具有可饱和吸收区域的模式同步半导体激光设备。

13.根据权利要求12所述的半导体激光设备组件，其中

所述模式同步半导体激光设备包括层压结构，其中依次层压的是：

第一化合物半导体层，所述第一化合物半导体层包括GaN基化合物半导体，具有第一导电类型；

第三化合物半导体层，所述第三化合物半导体层包括GaN基化合物半导体；以及

第二化合物半导体层，所述第二化合物半导体层包括GaN基化合物半导体，具有不同于所述第一导电类型的第二导电类型。

14.根据权利要求1所述的半导体激光设备组件，进一步包括：

半导体光学放大器，用于放大出射至所述系统的外部的激光。

15.一种半导体激光设备组件，包括：

半导体激光设备；和

色散补偿光学系统，其中入射和出射从所述半导体激光设备出射的激光，以控制从所述半导体激光设备出射的所述激光的每个波长的群速度色散值，其中

所述色散补偿光学系统包括：衍射光栅、聚光器、和空间相位调制器，

所述激光从所述半导体激光设备射出，然后进入所述衍射光栅，

来自所述衍射光栅的0阶光被输出至所述系统的外部，并且

来自所述衍射光栅的衍射光经由所述聚光器入射在所述空间相位调制器上，然后，从所述空间相位调制器射出并且经由所述聚光器和所述衍射光栅返回至所述半导体激光设备。

16.根据权利要求15所述的半导体激光设备组件，其中

所述空间相位调制器包括反射式液晶显示装置。

17.根据权利要求15所述的半导体激光设备组件，其中，

所述空间相位调制器包括可变形反射镜。

18.根据权利要求15所述的半导体激光设备组件，其中

所述空间相位调制器包括多个反射镜。

19.根据权利要求15所述的半导体激光设备组件，其中

所述半导体激光设备包括具有可饱和吸收区域的模式同步半导体激光设备。

20.根据权利要求19所述的半导体激光设备组件，其中

所述模式同步半导体激光设备包括：层压结构，其中依次层压的是：

第一化合物半导体层，所述第一化合物半导体层包括GaN基化合物半导体，具有第一导电类型；

第三化合物半导体层，所述第三化合物半导体层包括GaN基化合物半导体；以及

第二化合物半导体层，所述第二化合物半导体层包括GaN基化合物半导体，具有不同于所述第一导电类型的第二导电类型。