CN1710764A - 外腔多波长激光系统 - Google Patents

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Abstract

控制外腔表面发射激光器的多层增益构件中的量子阱的数量和类型可以提供一种以上相干光波长的光的输出。多层镜式构件中的层数和类型可以提供一种双波长反射器。

Description

外腔多波长激光系统
技术领域
本发明涉及一种能够发射两个或两个以上相干波长的激光系统，尤其是涉及具有可选择位置量子阱的光激励(optical pump)和电激励(electricalpump)两种半导体垂直外腔表面发射激光器(VECSEL)，该量子阱用于控制每一所述波长光的功率。
背景技术
多波长激光源的需求在不断增加。例如，多种激光显示设备的增加呈现了对红(R)(～625纳米)、绿(G)(～532纳米)及蓝(B)(～460纳米)色激光源的需求。就本发明者所知，目前尚无既可发射蓝色波长又可发射绿色波长光的半导体激光器。
二极管激励固态(DPSS)激光器结合二次谐波发生(SHG)技术能够提供532纳米的绿色激光，但是，目前这种设备还比较昂贵。大功率蓝色激光由于其低的再结合效率而很难获得。
如美国专利第6,347,109号所披露的，红外波长、光激励半导体(OPS)垂直外(或耦合)腔表面发射激光器能够以如美国专利第6,370,168号所公开的二次谐波发生(OPS)技术提供可见波长激光束。同样，如美国专利第6,614,827号和6,243,407号所公开的，电激励垂直外腔表面发射激光器能够以二次谐波发生技术提供可见光波长的激光束。这些专利在这里可合并参考。
一般来说，光激励半导体—垂直外腔表面发射激光器(OPS-VECSELs)在念上是将二极管激励固态激光器和半导体量子阱(QW)垂直空腔表面发射激光器(VCSEL)结合起来。在这些装置中，一个激光系统半导体芯片是由一个量子阱活性层和一个高反射率分布布拉格(Bragg)反射器(DBR)组成。通常情况下，量子阱活性层用于加强增益性能，以便取得高功率，例如使用谐振周期增益(RPG)结构，如马克·库兹涅佐夫(Mark Kuznetsov)等人发表于1999年5月/6月电气和电子工程师学会(IEEE)杂志的量子电子学论文选，第3期第5卷的论文“具有圆形TEM00激光束的大功率(＞0.5-W连续波(CW))二极管激励垂直外腔表面发射半导体激光器的设计与特性”中的结构。
图1为如美国专利第6,370,168号所公开的常规垂直外腔表面发射激光器的简化横断面。请参照图1，常规垂直外腔表面发射激光器(VECSEL)10包括一个附于芯片上的散热装置11。该芯片包括一个衬底12，在其上面叠加了一个较低的高反射率多层镜式构件13，如分布布拉格反射器(DBR)的半导体层，还包括一个增益区14，如具有谐振周期增益(RPG)的多量子阱增益区，以及上面的一个抗反射涂层15。产生激光的腔形成于外部球面镜16和芯片的高反射率镜式构件13之间，部分激光束λ2可以通过该球面镜作为激光输出。来自一个不同波长λ1多模激光源17的激励光束投射到抗反射涂层15上。可增设一光学非线性晶体(图中未示出)，以倍增产生激光λ2的频率。
图2示出了常规分布布拉格反射器13和谐振周期增益活性区14的结构与谐振腔结构之驻波的关系。可以看出，谐振周期增益构件14由量子阱14a和分隔层14b构成。该量子阱14a位于驻波的波腹，通过激励激光λ1在量子阱中的吸收，使激励激光λ2的增益达到最大，这样，有利于避免过热。产生于常规垂直外腔表面发射激光器活性区14的光穿过外反射镜16作为一种连续波(CW)激光输出投射出去。
在这些装置中，激励二极管激光器17(此处为光激励)、冷却元件、以及光学器件决定了激光系统的价格。半导体芯片(衬底12、分布布拉格反射器(DBR)13、谐振周期增益构件(RPG)14及抗反射涂层15)只是总价的一小部分。这些系统产生作为输出的单波长λ2激光。
发明内容
本发明提供的是一种垂直外腔表面发射激光(VECSEL)系统，它可以产生一种以上波长的相干光，而无须显著增加制造成本和运行费用。该半导体芯片设计成能够发射两个或两以上不同波长的光，而其它能产生两种波长光的激光系统制造成本都很高。
本发明的实施例包括一种具有一个激光激励(laser pump)结构、一个激光谐振腔和一个激励源(pump source)的激光系统。激光谐振腔有一谐振腔轴并形成于激光激励结构的镜式构件和与所述增益构件相分开的外部镜式构件之间。所述激励源用于将激励能量输送给增益构件，从而在谐振腔中产生激光辐射。激光激励结构包括一个与双波长镜式构件为邻的多层增益构件。增益构件包括多个第一活性层和由分隔层隔开的多个第二活性层。第一活性层位于第一频率的第一驻波的波腹上，而第二活性层则位于第二频率的第二驻波的波腹上。可以通过对第一活性层和第二活性层数量的选择来控制第一和第二波长之每种光的相对输出功率。
在某些实施例中，第一活性层的第一波长短于第二活性层的第二波长，且有比所述第一活性层多的所述第二活性层位于所述第一和第二波长的驻波波腹相重叠的位置。这样，相关激光输出功率便能够得以平衡。
在某些实施例中，激光激励结构的镜式构件包括多个周期异质结构，而每一个异质结构包括至少两个四分之一波长高折射层H、至少两个分隔层S及至少一个四分之一波长低反射层L。该多层镜式构件可以是一个以(L(HS)D)N的形式排列的堆栈，或以(H(LS)D)N的形式排列的堆栈，此处D和N为正整数，且D大于1。
在另一些实施例中，在激光谐振腔内设有一光学非线性晶体，用于至少将激光辐射的第一频率和激光辐射的第二频率之中的一个频率加倍，从而提供倍频辐射。
附图说明
本发明上述的及其它特点和优点在下列典型实施例的说明中，并参照附图将会变得十分清晰，但本发明不受这些实施例的限制。值得注意的是，并非本发明的所有可能的典型实施例就能展示所述优点的方方面面。
图1是一个常规垂直外腔表面发射激光器(VECSEL)的简图。
图2所示为一种常规谐振周期增益构件实例。
图3是一种典型垂直外腔表面发射激光器的简图。
图4是一种本发明典型实施例的光激励芯片结构的垂直剖面简图。
图5是一种本发明典型实施例的电激励芯片结构的垂直剖面简图。
图6是一种本发明典型实施例的谐振周期增益构件实例。
图7是一种本发明典型实施例的双波段高反射率分布布拉格反射器的反射率曲线图。
图8是本发明另一典型实施例的双波段高反射率分布布拉格反射器的反射率曲线图。
具体实施方式
图3简要地展示了一种垂直外腔表面发射激光器(VECSEL)的实例。该基础型垂直外腔表面发射激光器具有一种众所周知的产生激光的结构，它包括一个产生激光的活性区，和该活性区位于其间的上半导体层与下半导体层，但该基础型结构却有许多型式。本发明并不限于这种特定的结构，而且也适用于包括多个量子阱的各种不同的产生激光的结构。
如图3所示，使用光激励方案的激光器包括一个激励激光二极管110，它将激光通过一准直透镜片111将激励波长λ1的平行光束投射到激光激励结构100上。激励光并不一定源于二极管，也不一定是相干光。该激光激励构件生成于衬底101上，该衬底依次置于散热装置112上。衬底可由砷化镓或其它任何能够在其上生成激光激励结构的材料制成。
激光系统还包括一个具有谐振腔轴和包括一个激光激励结构100的镜式构件102(见图4和图5)的激光谐振腔，一个如实施例所示，包括第一及第二外反射镜113、114并与增益构件103分隔开的外部镜式构件，以及一个传输波长选择元件118。
传输波长选择元件118位于激光谐振腔内，用于在由增益构件103组成的增益带宽特性范围内，选择穿越并达到第一外反射镜113的激光辐射第一频率，以及在由增益构件103组成的增益带宽特性范围内，选择能反射到第二外反射镜114的激光辐射第二频率。所以，图3所示实施例中，撞击到第一和第二外反射镜113、114上的波长的光是不同的。传输波长选择元件118可以是一个分光镜、双折射滤镜、校准器，或能够将光按两个不同路径上的波长分开的任何合适的元件。
然而，应该注意的是，该外部镜式构件亦可采用单外反射镜113的形式，该单外反射镜113位于每一波长驻波的端波节充分共位的一定距离处。也就是说，传输波长选择元件是可以随意选择的，如同第二外反射镜114由一个单外反射镜113沿谐振腔轴位置的选择决定，从而使两个波长λ2和λ3在镜面上产生重合的波节，以便形成两个不同波长的共同扩张驻波。
在图3中示例的激光系统穿越外反射镜113、114输出光线的情况下，外反射镜113、114对第一和第二波长λ2、λ3的反射率能够达到98％至99.99％。外镜式构件113、114可包括一个凹面镜，以保证单一横模运行。该曲率半径大致是谐振腔长度和孔直径的函数。
此外，可设置一光学非线性晶体115，以便至少能够将激光辐射的第一频率λ2或第二频率λ3中的一个增加一倍，或同时将两个都增加一倍，从而能提供倍频辐射。光学非线性晶体可由KTP、LiNbO3、周期极性LiNbO3、KTN或KnbO3，或任何一种能够以可控和可复制的方式影响撞击到其上的所述光频率的任何材料。
如图3所示，光学非线性晶体115可以置于激光谐振腔内，如在图中第一波长λ2和第二波长λ3激光共同的谐振腔路径上，由标号为115c的虚线所示。此外，光学非线性晶体115可放在将第一波长光与第二波长光相互分离的传输波长选择元件118之后。这种设置可参见图3中标号为115a和115b并以虚线表示的光学非线性晶体。此实施例优点在于，通过在有关位置置入或不置入该非线性元件115a和115b，能将第一波长λ2或第二波长λ3的频率，或同时将第一波长λ2和第二波长λ3的频率加倍。
图3所示光激励激光系统的另一种形式中，光学非线性晶体115既可置于谐振腔之外、第一波长λ2激光辐射穿越第一外反射镜113后的路径上，如标号115b’所示，也可置于第二波长λ3激光穿越第二外反射镜114后的路径上，如标号115a’所示。
还应该注意的是，电激励激光系统基本上与图3所示结构相同，包括上述所有不同的形式，但如图5所示，芯片结构有所不同。
图4显示了一种激光激励结构的芯片结构，该结构包括一个安装于或生成于一个多层镜式构件102上的多层增益构件103。如图所示，该镜式构件102是一个双波段分布布拉格反射器。
所述多层增益构件103，或活性层，是一个谐振周期增益构件。该活性层由一个铟镓砷化物(InGaAs)量子阱、一个铟镓砷化物氮化物(InGaAsN)量子阱，和一个In(Ga)(N)As量子点形成。
此外，如图4和5所示，所述芯片结构具有一个衬底101和一个顶层104，该衬底在某些实施例中可以省去，而该顶层可以是一个抗反射层或一个反射镜。如果顶层104是一个反射镜，该激光系统将有两个谐振腔。第一个谐振腔位于多层镜式构件102和反射镜104之间，也就是位于多层增益构件103中。如前所述，第二个谐振腔位于激光激励结构100的多层镜式构件102和外镜式构件113、114之间。
图4所示是为按图3实施例的光激励而设计的实例。与此相反，图5包括顶层接触件105a和105b(例如，金属、电阻接触件)，和一个衬底接触件106(例如，金属、电阻接触件)，其电极和操作在结构上，例如，可以与在美国专利No.6,614,827中所公开的激光器相似。不论是光激励还是电激励这两种情况中，激励源都是设置为将激励能量传送给增益构件103，从而在激光谐振腔中产生激光辐射。
在图6中所示的激光激励结构100示出了量子阱与两个波长光的驻波的相对位置。
双波段反射器已公开于如史蒂芬.卡尔维茨(Stephane Calvez)等人在电气和电子工程师学会(IEEE)的光子学技术通信，2002年2月第2期，第14卷上发表的“光激励1.3μm镓铟氮砷化物(GaInNAs)垂直空腔表面发射激光器的最佳设计”和C.P.李(Lee)等人发表于1993年10月28日的电子学通信第22期第29卷上的“使用GaAs/AlAs多层结构的双波长布拉格反射器”中。如图6所示，镜式构件102可以设置为一个由多个周期异质结构构成的双波段分布布拉格反射器，每个异质结构包括等数量的具有高折射系数的H层和分隔层S，并至少有一个低折射系数层L。为清楚起见，在图6中仅示出了一个这样的异质结构层，它包括低折射系数层121a、高折射系数层122a、122b和分隔层123a、123b。高折射系数层H的典型材料是AlXGa1-XAs(0≤＜x＜1)，低折射系数层L的典型材料是AlYGa1-YAs(0＜y≤1)。分隔层S的典型材料是AlZGa1-ZAs(0＜z＜1)。这些层可以使用任何适用的技术形成，包括，但不限于有机金属化学汽相淀积(MOCVD)和分子束外延(MBE)技术。后外延附生离子注入可用于电激励实施例中的电限制。应用光限制，如使用已知的选择氧化技术以形成一个隐埋氧化物孔可以进一步提高激光发射效率。这样就在与GaAs衬底相匹配的基于AlXGa(1-X)As的垂直空腔表面发射激光器(VCSEL)和垂直外腔表面发射激光器(VECSEL)的栅格中提供了横向电及光限制。
本发明的创新在于，激光激励结构100的镜式构件102是一个以(L(HS)D)N形式排列的多层堆栈，其中D和N是正整数，而D大于1。在图6中仅示出了低折射系数层121a，高折射系数层122a和122b和分隔层123a和123b，在实际应用中，层数是比较多的，例如30层。通常DBR层是以低折射系数层L作为最后一层。
如图7和图8所示，分布布拉格反射器的层数对性能是有影响的。在图7所示的曲线中，一个双波段或甚至三波段高反射率镜可以按公式(L(HS)D)N形成，其中D等于5和N等于6(例如，层的顺序为LHSHSHSHSHSLHSHSHSHSHSLHSHSHSHSHSLHSHSHSHSHSLHSHSHSHSHSLHSHSHSHSHS)。
另一方面，图8包括了按公式(L(HS)D)N形成不同的镜式构件之反射率随波长变化的重叠曲线，其中D等于3和N等于9如实线所示；D等于5，如虚线所示；D等于7，如点划线所示。
另外，可替换地，按公式(H(LS)D)N形成的镜式构件102的多层堆栈，其中D等于5和N等于6，所述层的顺序为HLSLSLSLSLSHLSLSLSLSLSHLSLSLSLSLSHLSLSLSLSLSHLSLSLSLSLSHLSLSLSLSLS。
返回图6，所示的谐振周期增益构件103示出了量子阱131，132和驻波波节(node)和波腹(antinode)之间的关系。尤其是，例如量子阱131a-131i位于具有920纳米波长的驻波的波腹处。与此相类似，量子阱132a-132d位于具有1060纳米波长的驻波的波腹处。
因为920纳米光的一部分在1060纳米量子阱中被吸收了，这意味着，在光被吸收的范围内，光没有损失，并产生1060纳米的激光，1060纳米激光的强度可以比920纳米激光的强度大。在观察谐振周期增益构件103后要注意到，为920纳米波长所设的量子阱131多于为1060纳米波长所设的量子阱。可以调整每种量子阱的数量以控制和随意地平衡两种波长的光功率。这对量子阱处于两个波腹相重叠或彼此靠得很近(虽然没有明确的规定，例如，波腹间距离的正负20％，)的位置尤其适用。
在920纳米驻波的波节与1060纳米波长的量子阱相交或相邻接时，量子阱，如量子阱132b看不到一点920纳米的光。如果一个驻波波节共处在一个量子阱上，就没有增益。然而，在其他位置，920纳米光相交于量子阱132和131之间，其能量会产生1060纳米的光。1060纳米光的强度可以调整使其比用其它方式得到的更强。也应当注意到，阻挡层可以是吸收层或激光可穿透的。在阻挡层中光的吸收产生了空穴和电子，它们被传送到在那里产生光振荡的量子阱。但这也产生热量。应当达到一个平衡，在现有的实施例中最大的光输出功率是被所产生的热量限制的。
因此，本发明甚至可应用于与非线性光学元件相结合的彩色显示装置。920纳米和1060纳米波长是最常用的，随着频率倍增将产生可以相互平衡的绿色和蓝色激光。
活性区(active region)包括一个活性层103，但也可以包括多个敷层(cladding layer)，活性层103就夹在敷层之间。活性层103可以包括一个量子阱层和阻挡层，量子阱层位于阻挡层之间。
虽然参照实施例对本发明进行了描述，但对那些本技术领域的普通技术人员来说，很明显，在不离开下述的权利要求所述的本发明的原理和范围内可以在形式上和具体结构上做不同的改变。

Claims (39)

1.一种激光系统，包括：
一个包括有与一个双波长镜式构件相邻的多层增益构件的激光激励结构，所述增益构件包括多个第一活性层和多个用阻挡层分开的第二活性层；
一个具有一个谐振腔轴的激光谐振腔，所述激光谐振腔形成于所述激光激励结构的镜式结构和与所述增益构件分开的一外镜式构件之间；和
一个激励源，设置其用于将激励能量传送给所述增益构件，从而在所述激光谐振腔中产生激光辐射，
其中所述第一活性层位于第一波长的第一驻波的波腹，而第二活性层位于第二波长的第二驻波的波腹，和
其中第一活性层的数量和第二活性层的数量控制第一波长和第二波长每种光相对功率输出。
2.按权利要求1所述的激光系统，其中所述第一活性层的所述第一波长较所述第二活性层的所述第二波长短，比所述第一活性层多的所述第二活性层位于所述第一和第二波长的驻波波腹相重叠的位置。
3.按权利要求1所述的激光系统，其中所述激光激励结构的所述镜式构件包括多个周期异质结构，其每一个包括至少两个高折射层H，至少两个分隔层S和至少一个低折射层L。
4.按权利要求3所述的激光系统，其中所述多层镜式构件是一个以(L(HS)D)N形式排列的堆栈，其中D和N是正整数，且D大于1。
5.按权利要求3所述的激光系统，其中所述多层镜式构件是一个以(H(LS)D)N形式排列的堆栈，其中D和N是正整数，且D大于1。
6.按权利要求1所述的激光系统，其中，进一步包括一个位于所述激光谐振腔中的光学非线性晶体，设置其用于至少将所述激光辐射第一频率和激光辐射第二频率之中的一个频率增加一倍，以此提供倍频辐射。
7.按权利要求1所述的激光系统，其中所述外镜式构件包括一个第一外反射镜，一个第二外反射镜和一个位于所述激光谐振腔中的传输波长选择元件，该选择元件用于选择所述增益构件的所述第一波长以达到所述第一外反射镜及选择所述增益构件的所述第二波长以达到所述第二外反射镜。
8.按权利要求7所述的激光系统，其中，进一步包括一个位于所述传输波长选择元件和所述第一外反射镜之间的所述激光谐振腔中的光学非线性晶体，设置其用于将所述第一波长激光辐射的第一频率加倍，以提供倍频辐射。
9.按权利要求7所述的激光系统，其中，进一步包括一个位于所述传输波长选择元件和所述第二外反射镜之间的所述激光谐振腔中的光学非线性晶体，设置其用于将所述第二波长激光辐射的第二频率加倍，以提供倍频辐射。
10.按权利要求7所述的激光系统，其中，进一步包括一个位于所述激光谐振腔之外的光学非线性晶体，设置其用于至少将激光辐射的第一频率和激光辐射第二频率之中的一个频率增加一倍，以此提供倍频辐射。
11.按权利要求7所述的激光系统，其中，进一步包括一个位于所述传输波长选择元件和所述的一个多层镜式构件之间的所述激光谐振腔中的光学非线性晶体，该光学非线性晶体设置为用于至少将所述第一波长激光辐射的第一频率和所述第二波长激光辐射的第二频率之中的一个频率加倍，以提供倍频辐射。
12.按权利要求1所述的激光系统，其中所述激励源是一个激励光源，该光源设置为用于将激励辐射传送到所述增益构件，从而在所述激光谐振腔中产生激光辐射。
13.按权利要求1所述的激光系统，其中所述激励源是一个激励电子源，该电子源设置为用于将激励电子传送到所述增益构件，从而在所述激光谐振腔中产生激光辐射。
14.按权利要求1所述的激光系统，其中所述的第一和第二活性层，每层包括一种从InxGa1-xAsyP1-y，InxGa1-xAs，GaxIn1-xNyAs1-y和Ga1-xAsySb构成的组群中选出的半导体材料，其中0.0＜x＜1.0和0.0＜y＜1.0，而x和y可为每个第一和第二活性层独立地选取。
15.按权利要求1所述的激光系统，其中所述第一和第二波长由所述第一和第二活性层产生并分别具有约为1060和920纳米的数值，但不受此数值的限制。
16.按权利要求1所述的激光系统，其中所述增益构件的所述第一活性层是一种具有In0.1Ga0.9As成分的半导体材料层，所述第一波长是920纳米。
17.按权利要求1所述的激光系统，其中所述增益构件的所述第二活性层是一种具有In0.25Ga0.75As成分的半导体材料层，所述第二波长是1060纳米。
18.按权利要求1所述的激光系统，其中，进一步包括一个与所述激光激励结构热接触的散热装置。
19.一种激光系统，包括：
一个包括有与多层镜式构件相邻的一个多层增益构件的激光激励结构，所述增益构件包括多个产生第一频率光的第一活性层和多个产生第二频率光的第二活性层，所述第一和第二活性层用阻挡层分开；
一个具有一个谐振腔轴的激光谐振腔，所述激光谐振腔形成于所述激光激励结构的镜式构件和与所述增益构件分开的一外镜式构件之间；和
一个激励源，设置其用于将激励能量传送给所述增益构件，从而在所述激光谐振腔中产生激光辐射，
其中所述激光激励结构的所述多层镜式构件包括多个周期异质结构，其每个包括至少两个高折射层H、至少两个分隔层和至少一个低折射层L。
20.按权利要求19所述的激光系统，其中所述多层反射镜是一个以(L(HS)D)N形式排列的堆栈，其中D和N是正整数，且D大于1。
21.按权利要求19所述的激光系统，其中所述多层反射镜是一个以(H(LS)D)N形式排列的堆栈，其中D和N是正整数，且D大于1。
22.按权利要求19所述的激光系统，其中，进一步包括一个位于所述激光谐振腔中的光学非线性晶体，设置其用于至少将一个激光辐射第一频率和一个激光辐射第二频率之中的一个频率增加一倍，以此提供倍频辐射。
23.按权利要求19所述的激光系统，其中所述外镜式构件包括一个第一外反射镜，一个第二外反射镜和一个位于所述激光谐振腔中的传输波长选择元件，该选择元件用于选择所述增益构件的所述第一波长以达到所述第一外反射镜及选择所述增益构件的所述第二波长以达到所述第二外反射镜。
24.按权利要求23所述的激光系统，其中，进一步包括一个位于所述传输波长选择元件和所述第一外反射镜之间的所述激光谐振腔中的光学非线性晶体，设置其用于将所述第一波长激光辐射的第一频率加倍，以提供倍频辐射。
25.按权利要求23所述的激光系统，其中，进一步包括一个位于所述传输波长选择元件和所述第二外反射镜之间的所述激光谐振腔中的光学非线性晶体，设置其用于将所述第二波长激光辐射的第二频率加倍，以提供倍频辐射。
26.按权利要求23所述的激光系统，其中，进一步包括一个位于所述激光谐振腔之外的光学非线性晶体，设置其用于至少将激光辐射的所述第一频率和激光辐射的所述第二频率之中的一个频率增加一倍，以此提供倍频辐射。
27.按权利要求23所述的激光系统，其中，进一步包括一个位于所述传输波长选择元件和所述的一个多层镜式构件之间的所述激光谐振腔中的光学非线性晶体，该光学非线性晶体设置为用于至少将所述第一波长激光辐射的第一频率和所述第二波长激光辐射的第二频率之中的一个频率加倍，以提供倍频辐射。
28.按权利要求19所述的激光系统，其中所述激励源是一个激励光源，该光源设置为用于将激励辐射传送到所述增益构件，从而在所述激光谐振腔中产生激光辐射。
29.按权利要求19所述的激光系统，其中所述激励源是一个激励电子源，该电子源设置为用于将激励电子传送到所述增益构件，从而在所述激光谐振腔中产生激光辐射。
30.按权利要求19所述的激光系统，其中所述的第一和第二活性层，每一层包括一种从InxGa1-xAsyP1-y、InxGa1-xAs、GaxIn1-xNyAs1-y和Ga1-xAsySb构成的组群中选出的半导体材料，其中0.0＜x＜1.0和0.0＜y＜1.0，而x和y可为每个第一和第二活性层独立地选取。
31.按权利要求19所述的激光系统，其中一个第一和第二波长由所述第一和第二活性层产生并分别具有约为1060和920纳米的数值。
32.按权利要求19所述的激光系统，其中所述增益构件的所述第一活性层包括一种具有In0.1Ga0.9As成分的半导体材料，并产生一个920纳米第一波长的光。
33.按权利要求19所述的激光系统，其中所述增益构件的所述第二活性层包括一种具有In0.25Ga0.75As成分的半导体材料，并产生一个1060纳米第二波长的光。
34.按权利要求19所述的激光系统，其中，进一步包括一个与所述激光激励结构热接触的散热装置，所述散热装置的材料具有与所述激光激励结构的热膨胀系数相匹配的热膨胀系数。
35.一种激励激光系统，包括：
一个衬底；
一个具有双波段高反射率的分布布拉格反射器，所述分布布拉格反射器位于所述衬底上；
发射两个不同波长的活性层，所述活性层位于所述分布布拉格反射器上；
一个设置为激励所述活性层产生相干光的激励源；
位于所述活性层上的抗反射层；和
一个高反射率外反射镜。
36.按权利要求35所述的激光系统，其中所述激励源是一个电子源，所述激光系统进一步包括设置为将电子注入所述活性层的电阻接触件。
37.按权利要求36所述的激光系统，其中，进一步包括一个电流限制结构。
38.按权利要求35所述的激光系统，其中所述激励源是一个光源。
39.按权利要求35所述的激光系统，其中所述衬底是一个GaAs衬底，
所述具有一个双波段高反射率的分布布拉格反射器包括AlxGa1-xAs层和AlyGa1-yAs层，其中0.0≤x＜1.0和0.0＜y≤1.0。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103620894A (zh) * 2011-05-16 2014-03-05 维尔雷思科技有限公司 谐振器增强型光电装置及其制造方法
US8981935B2 (en) 2008-12-10 2015-03-17 Siemens Aktiengesellschaft Method and system for supplying target information
CN106716748A (zh) * 2014-09-23 2017-05-24 赫普塔冈微光有限公司 紧凑、功率有效的堆叠宽带光学发射器
CN115425520A (zh) * 2022-11-04 2022-12-02 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 双波长垂直腔面发射半导体激光器、光学设备及制备方法

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2828960B1 (fr) * 2001-08-23 2004-03-12 Teem Photonics Source laser en optique guidee
US7756172B2 (en) * 2002-05-29 2010-07-13 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optically pumped semi-conductive laser
EP1560306B1 (de) * 2004-01-30 2014-11-19 OSRAM Opto Semiconductors GmbH Oberflächenemittierender Halbleiterlaser mit einem Interferenzfilter
US7526009B2 (en) * 2005-05-07 2009-04-28 Samsung Electronics Co., Ltd. End-pumped vertical external cavity surface emitting laser
KR100773540B1 (ko) * 2005-06-08 2007-11-05 삼성전자주식회사 광펌핑 방식의 면발광 레이저
DE102005056949B4 (de) * 2005-09-30 2013-08-22 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optisch gepumpter oberflächenemittierender Halbleiterlaser und optische Projektionsvorrichtung mit solch einem Halbleiterlaser
TWI318815B (en) * 2006-12-20 2009-12-21 Ind Tech Res Inst Multiwavelength semiconductor laser array and method of manufacturing the same
US7623558B2 (en) * 2007-04-04 2009-11-24 Alces Technology, Inc. Optical systems for laser arrays
DE102008021791A1 (de) * 2008-04-30 2009-11-26 ARIZONA BOARD OF REGENTS, on behalf of THE UNIVERSITY OF ARIZONA, Tucson Laserbasierte Quelle für Terahertz- und Millimeterwellen
US8472496B2 (en) * 2009-07-08 2013-06-25 Vi Systems Gmbh Optoelectronic device and method of making same
US8432609B2 (en) * 2010-01-20 2013-04-30 Northrop Grumman Systems Corporation Photo-pumped semiconductor optical amplifier
US8559472B2 (en) * 2011-03-02 2013-10-15 Coherent, Inc. Single-mode intra-cavity frequency-doubled CW solid-state laser with volumetric gain-grating
JP6434406B2 (ja) * 2012-08-08 2018-12-05 デンマークス テクニスケ ウニヴェルシテト 波長掃引可能レーザー光源
KR102363759B1 (ko) * 2020-12-10 2022-02-16 한국과학기술원 전자기파 주파수 변환 장치

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6243407B1 (en) 1997-03-21 2001-06-05 Novalux, Inc. High power laser devices
US6337869B1 (en) 1997-07-28 2002-01-08 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Gas laser oscillator
US6535541B1 (en) 1998-04-14 2003-03-18 Bandwidth 9, Inc Vertical cavity apparatus with tunnel junction
US5991318A (en) 1998-10-26 1999-11-23 Coherent, Inc. Intracavity frequency-converted optically-pumped semiconductor laser
US6347109B1 (en) 1999-01-25 2002-02-12 The Regents Of The University Of California High average power scaleable thin-disk laser
US6198756B1 (en) * 1999-04-15 2001-03-06 Coherent, Inc. CW far-UV laser system with two active resonators
JP2000299493A (ja) * 1999-04-15 2000-10-24 Daido Steel Co Ltd 半導体面発光素子
US6393038B1 (en) * 1999-10-04 2002-05-21 Sandia Corporation Frequency-doubled vertical-external-cavity surface-emitting laser
US6370168B1 (en) 1999-10-20 2002-04-09 Coherent, Inc. Intracavity frequency-converted optically-pumped semiconductor laser
US6778582B1 (en) * 2000-03-06 2004-08-17 Novalux, Inc. Coupled cavity high power semiconductor laser
GB2369929A (en) 2000-12-08 2002-06-12 Univ Southampton Semiconductor laser device
US6735224B2 (en) 2001-03-01 2004-05-11 Applied Optoelectronics, Inc. Planar lightwave circuit for conditioning tunable laser output
US20030012247A1 (en) 2001-07-11 2003-01-16 Chilla Juan L. Folded-resonator multimode laser with periodic gain-medium
US6810066B2 (en) 2002-02-20 2004-10-26 Agilent Technologies, Inc. Fiber-coupled tunable single-mode long-wavelength vertical-cavity laser
JP4537658B2 (ja) * 2002-02-22 2010-09-01 株式会社リコー 面発光レーザ素子、該面発光レーザ素子を用いた面発光レーザアレイ、電子写真システム、面発光レーザモジュール、光通信システム、光インターコネクションシステム、および面発光レーザ素子の製造方法
US20040076204A1 (en) 2002-10-16 2004-04-22 Kruschwitz Brian E. External cavity organic laser
GB2399941A (en) * 2003-03-24 2004-09-29 Univ Strathclyde Vertical cavity semiconductor optical devices
DE102004024611A1 (de) * 2003-05-23 2005-03-03 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optisch gepumpte Halbleitervorrichtung

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8981935B2 (en) 2008-12-10 2015-03-17 Siemens Aktiengesellschaft Method and system for supplying target information
CN103620894A (zh) * 2011-05-16 2014-03-05 维尔雷思科技有限公司 谐振器增强型光电装置及其制造方法
CN106716748A (zh) * 2014-09-23 2017-05-24 赫普塔冈微光有限公司 紧凑、功率有效的堆叠宽带光学发射器
US10656014B2 (en) 2014-09-23 2020-05-19 Ams Sensors Singapore Pte. Ltd. Compact, power-efficient stacked broadband optical emitters
CN106716748B (zh) * 2014-09-23 2020-09-04 赫普塔冈微光有限公司 紧凑、功率有效的堆叠宽带光学发射器
US11022491B2 (en) 2014-09-23 2021-06-01 ams Sensors Singapore Pte. Ltd Compact, power-efficient stacked broadband optical emitters
CN115425520A (zh) * 2022-11-04 2022-12-02 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 双波长垂直腔面发射半导体激光器、光学设备及制备方法
CN115425520B (zh) * 2022-11-04 2023-01-31 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 双波长垂直腔面发射半导体激光器、光学设备及制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20050281308A1 (en) 2005-12-22
KR101015499B1 (ko) 2011-02-16
US7379488B2 (en) 2008-05-27
KR20050120484A (ko) 2005-12-22

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