CN1950781A - 具有集成吸收器的表面发射激光器 - Google Patents

具有集成吸收器的表面发射激光器 Download PDF

Info

Publication number
CN1950781A
CN1950781A CNA2005800107807A CN200580010780A CN1950781A CN 1950781 A CN1950781 A CN 1950781A CN A2005800107807 A CNA2005800107807 A CN A2005800107807A CN 200580010780 A CN200580010780 A CN 200580010780A CN 1950781 A CN1950781 A CN 1950781A
Authority
CN
China
Prior art keywords
absorber
gain region
sel
minute surface
laser
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.)
Granted
Application number
CNA2005800107807A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1950781B (zh
Inventor
I·杨
U·凯勒
H·乌诺尔德
R·帕肖塔
S·索恩
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.)
Intel Corp
Original Assignee
Intel Corp
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 Intel Corp filed Critical Intel Corp
Publication of CN1950781A publication Critical patent/CN1950781A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1950781B publication Critical patent/CN1950781B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/04—Generating or distributing clock signals or signals derived directly therefrom
    • G06F1/10—Distribution of clock signals, e.g. skew
    • G06F1/105—Distribution of clock signals, e.g. skew in which the distribution is at least partially optical
    • 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
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/11—Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
    • H01S3/1106—Mode locking
    • H01S3/1112—Passive mode locking
    • H01S3/1115—Passive mode locking using intracavity saturable absorbers
    • 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
    • H01S5/14—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]
    • H01S5/18302—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] comprising an integrated optical modulator
    • 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
    • H01S5/42—Arrays of surface emitting lasers
    • H01S5/423—Arrays of surface emitting lasers having a vertical cavity
    • 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
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S3/0092—Nonlinear frequency conversion, e.g. second harmonic generation [SHG] or sum- or difference-frequency generation outside the laser cavity
    • 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
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/0602—Crystal lasers or glass lasers
    • H01S3/0604—Crystal lasers or glass lasers in the form of a plate or disc
    • 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
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/0602—Crystal lasers or glass lasers
    • H01S3/0615—Shape of end-face
    • 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
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/0627—Construction or shape of active medium the resonator being monolithic, e.g. microlaser
    • 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
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/094084—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light with pump light recycling, i.e. with reinjection of the unused pump light, e.g. by reflectors or circulators
    • 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
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/11—Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
    • H01S3/1106—Mode locking
    • H01S3/1112—Passive mode locking
    • H01S3/1115—Passive mode locking using intracavity saturable absorbers
    • H01S3/1118—Semiconductor saturable absorbers, e.g. semiconductor saturable absorber mirrors [SESAMs]; Solid-state saturable absorbers, e.g. carbon nanotube [CNT] based
    • 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
    • H01S5/024—Arrangements for thermal management
    • 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
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/0607—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature
    • H01S5/0608—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature controlled by light, e.g. optical switch
    • H01S5/0609—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature controlled by light, e.g. optical switch acting on an absorbing region, e.g. wavelength convertors
    • 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
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/065—Mode locking; Mode suppression; Mode selection ; Self pulsating
    • H01S5/0657—Mode locking, i.e. generation of pulses at a frequency corresponding to a roundtrip in the cavity
    • 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]
    • H01S5/18308—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
    • 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]
    • H01S5/18341—Intra-cavity contacts
    • 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]
    • H01S5/18358—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] containing spacer layers to adjust the phase of the light wave in the cavity
    • 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]
    • H01S5/18386—Details of the emission surface for influencing the near- or far-field, e.g. a grating on the surface
    • H01S5/18388—Lenses

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

一种具有集成吸收器的表面发射激光器(SEL)。下镜面和输出耦合器限定了SEL的激光腔。放置在激光腔中的单片增益结构包括增益区和吸收器，其中吸收器的饱和通量小于增益区的饱和通量。

Description

具有集成吸收器的表面发射激光器
背景
发明领域
本发明的领域一般而言涉及激光器，更具体但不排他地涉及一种具有集成吸收器的表面发射激光器。
背景信息
半导体激光器具有包括通信系统和消费电子产品的多种应用。通常，半导体激光器可分为边缘发射激光器或表面发射激光器(SEL)。边缘发射激光器平行于半导体晶片表面发出辐射，而SEL垂直于半导体晶片表面发出辐射。半导体激光器的增益区可通过光泵浦或电泵浦来激发。
SEL的两种常见类型是垂直腔表面发射激光器(VCSEL)和垂直外腔表面发射激光器(VECSEL)。参考图1A，示出了VCSEL 100。增益区106夹在镜面(mirror)104和镜面108之间。这种镜面包括分布布拉格反射器(DBR)镜面。镜面104和镜面108限定了激光腔112。激光输出110垂直于增益区106从镜面108发射。
图1B示出VECSEL 150。镜面158安装在外部并且放置在增益区156上方。镜面154和158限定了激光腔162。镜面154包括DBR镜面。激光输出160从镜面158发射。
锁模激光器被用于以皮秒或更小的时间尺度产生狭窄光脉冲。通常，锁模包括对准激光纵模的相位，从而导致在激光输出中短脉冲的周期序列。图1C示出锁模激光器的光功率与时间的关系的曲线图165。激光输出的重复率基于在曲线图165中脉冲之间的周期。锁模可通过主动锁模或被动锁模来实现。主动锁模通过外部受控的调制器来使用频率调制或振幅调制。被动锁模通过可包括可饱和吸收器材料的吸收器来实现。可饱和吸收器材料可由半导体材料制造。可饱和吸收器材料可被固定于可包括DBR镜面的镜面，以形成半导体可饱和吸收镜(SESAM)。
在被动锁模激光器中，期望的短脉冲激光输出经由吸收器提供。在激光腔中可饱和吸收器的效果是比起具有较低强度的循环辐射的部分来支持具有较高强度的循环辐射的部分。在多次往返后，这往往导致在腔中循环的单个短脉冲的形成。这种机制被称作锁模，因为在频域中它对应于在腔的纵模之间的固定相位关系的产生。在激光腔中的循环脉冲每当撞击输出耦合器时就产生一个输出脉冲。由此产生规则的脉冲序列。
图1D示出具有非集成吸收器的VECSEL 170。VECSEL 170包括在镜面172上成层的增益区174。输出耦合器176放置在增益区174上方。镜面172和输出耦合器176限定了激光腔178。光泵浦182提供用于VECSEL 170的泵浦能量。半导体可饱和吸收镜(SESAM)184提供VECSEL 170的被动锁模，并且与增益区174分离。
目前的被动锁模激光器使用通常显示出非常相似的饱和特性的增益区和吸收器材料，以使对锁模而言在增益介质和可饱和吸收器上需要相当不同的模区域。当前在单片结构中这是无法实现的。
附图简述
参考下面的附图描述本发明的非限制和非穷举的实施例，其中遍及各种视图的类似的参考数字是指类似的部分，除非另有说明。
图1A是说明现有技术的VCSEL的结构图。
图1B是说明现有技术的VECSEL的结构图。
图1C是说明现有技术的锁模激光器的输出脉冲的曲线图。
图1D是说明具有非集成吸收器的现有技术的VECSEL的结构图。
图2A是说明根据本发明教导的具有集成吸收器的SEL的一个实施例的结构图。
图2B是说明根据本发明教导的具有集成吸收器的SEL的一个实施例的结构图。
图2C是根据本发明教导的具有集成吸收器的SEL的一个实施例的相对于场强的吸收器和增益层的曲线图。
图2D是根据本发明教导的具有集成吸收器的SEL的一个实施例的通量(fluence)的曲线图。
图2E是说明根据本发明教导的集成吸收器的量子点层的一个实施例的结构图。
图2F是说明根据本发明教导的具有集成吸收器的SEL的一个实施例的结构图。
图2G是说明根据本发明教导的量子阱的一个实施例的结构图。
图3是说明根据本发明教导的具有集成吸收器的SEL的一个实施例的结构图。
图4是说明根据本发明教导的具有集成吸收器的SEL的一个实施例的结构图。
图5是说明根据本发明教导的具有集成吸收器的SEL的一个实施例的结构图。
图6是说明根据本发明教导的具有集成吸收器的SEL的一个实施例的结构图。
图7是说明根据本发明教导的具有集成吸收器的SEL的一个实施例的结构图。
图8是说明根据本发明教导的具有集成吸收器的SEL的一个实施例的结构图。
图9A是说明根据本发明教导的具有集成吸收器的SEL阵列的一个实施例的结构图。
图9B是说明根据本发明教导的具有集成吸收器的SEL阵列的一个实施例的透视图。
图10是说明根据本发明教导的通信系统的一个实施例的框图。
图11是说明根据本发明教导的计算机系统的一个实施例的框图。
图12是说明根据本发明教导的具有量子点可饱和吸收镜的固态激光器的一个实施例的结构图。
图13是说明根据本发明教导的具有量子点可饱和吸收镜的固态激光器的一个实施例的结构图。
详细描述
此处描述具有集成吸收器的表面发射激光器的实施例。在下面的描述中，阐明许多特定细节以提供对本发明实施例的彻底理解。然而在相关领域的技术人员将认识到，在没有一个或多个所述特定细节的情况下，或者利用其它的方法、部件、材料等，本发明的实施例也可以得到实施。在其它情况下，未详细示出或描述众所周知的结构、材料或操作，以避免模糊本发明的多个方面。
在整个说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”是指结合该实施例描述的特定的特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书的不同地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”未必是指相同的实施例。此外，特定的特征、结构或特性可以以任何合适的方式被结合在一个或多个实施例中。
本发明的实施例提供具有集成有增益区的吸收器的SEL。SEL的实施例提供具有高重复率(数十到数百吉赫)、高的光学平均输出功率(在电泵浦或光泵浦时数十到数百毫瓦)以及良好的光束质量(M2低于2)的超短脉冲(几十皮秒或更少)。与边缘发射半导体激光器对比，在此描述的实施例允许与锁模所需的高光束质量结合的高功率输出的可自由伸缩的模点尺寸。
图2A说明SEL 200的一个实施例。图2A的实施例示出具有集成吸收器的光泵浦增益结构，其中吸收器放置在增益区和泵浦镜面之下。吸收器206放置在下镜面204上。下镜面204可包括半导体布拉格堆栈(stack)。下镜面204对于激光是高反射的(HR)。泵浦镜面208放置在吸收器206上。泵浦镜面208对于泵浦是高反射的，以及对于激光是部分反射的。增益区210放置在泵浦镜面208上。抗反射(AR)层212放置在增益区210上。AR层212对于激光和泵浦能量是抗反射的。下镜面204、吸收器206、泵浦镜面208、增益区210和AR层212形成单片增益结构224。在一个实施例中，单片增益结构224在单个制造过程(下面进一步讨论)中从衬底中制造。
输出耦合器216放置在AR层212的上方。输出耦合器216和下镜面204限定了激光腔220。在一个实施例中，输出耦合器216包括曲面输出镜面。在操作中，对SEL 200施加光泵浦214。被动锁模激光输出218从输出耦合器216发射。
吸收器206与增益区210集成。吸收器206包括与下镜面204、泵浦镜面208和增益区210的制造过程相适合的半导体材料。吸收器与增益区在同一半导体晶片中集成。为了把吸收器和增益区放置在同一单片结构中，吸收器和增益区应该以类似的模点尺寸操作。为了允许在增益区210和吸收器206中以类似的模尺寸的锁模，吸收器206的饱和通量必须比增益区210的饱和通量小。换言之，在达到饱和之前，增益区可比吸收器处理大得多的功率密度。将会理解，集成通常将导致在增益区和吸收器内部非常类似的模尺寸，因为增益区和吸收器在高斯激光模的瑞利范围内。激光模由下部高反射器(图2中的下镜面204)和输出耦合器(图2中的216)来限定。
通量描述了在激光腔中每单位面积的光能量。当波通过诸如吸收器或增益区之类的介质时，波的一些功率由于在介质中的吸收而丧失。在吸收与通量的关系曲线中(例如图2D)，吸收最初线性依赖于入射通量。当介质达到饱和通量时，曲线从线性形式断开，并且开始变平。
通常，半导体激光器拥有小的增益饱和通量。这对尤其是以结合高的平均激光输出功率的高重复率的被动锁模是重要的。如果增益材料的饱和能量太高，那么可能出现调Q不稳定性，如果需要高重复率，特别是如果同时需要高的激光输出功率，那么该调Q不稳定性是难于抑制的。当半导体激光器具有小的增益饱和能量时，半导体激光器不被这样的调Q不稳定性所限制。
超过几个吉赫(GHz)的重复率需要非常短的激光腔。当对于增益结构和吸收器使用分离设备时，几何约束可能限制可实现的重复率。当在增益结构和吸收器上需要大大不同的模区域时，这种限制变得甚至更严重。
在此描述的实施例利用了具有集成吸收器的增益结构。这种结构允许非常短的线性激光腔的简单构造。折叠式镜面是不需要的。使用集成吸收器有效地消除了对于脉冲重复率的几何约束。
此外，具有减少的饱和通量的集成吸收器允许以高重复率的较高锁模输出功率。如果在吸收器上的模尺寸必须非常小以实现足够的饱和，那么热损害吸收器的危险随着增大功率和重复率而快速上升。当吸收器由显示出较小饱和通量的不同材料制成时，模尺寸可保持很大并且避免热损害，从而允许较高的输出功率和重复率。
而且，将吸收器集成到增益结构中可导致低的相位噪声。这可由于紧凑和稳定的装配而导致非常小的定时抖动。
对于高重复率而言，吸收器介质的恢复时间通过本领域已知的适合装置来减少。这样的方法包括低温生长或离子轰击。这引入了非辐射复合中心，该中心允许由吸收产生的载波的快速捕获和复合。
在此给出减少集成吸收器的饱和通量的各种实施例。在一个实施例中，吸收器206的饱和通量可通过独立地调整增益区210和吸收器206的驻波场强来减少。
在调整驻波场强的一个实施例中，吸收器和增益区层适当地放置在驻波图案中。参考图2B，激光波长226的驻波图案被示出在图2A的单片增益结构224中。曲线图228涉及波226的位置与场强的关系。吸收器206的实际位置放置在单片增益结构224中以便使得与波226的峰值场强的位置对准。在可替换的实施例中，下镜面204或输出耦合器216或二者都可被定位以改变波226的形状，以使峰值场强与吸收器206对准。
在调整驻波场强的另一实施例中，采用中间镜面结构。中间镜面层可包含对于激光和泵浦波长具有反射性的布拉格镜面。选择对于泵浦波长的反射率，以使在吸收器部分中泵浦光的量合适。在图2A的实施例中，泵浦镜面208是这种中间镜面。选择对于激光波长的反射率，以使可获得耦合腔来独立于在增益区中的场强调整在吸收器部分中的场强。选择在吸收器和增益区之间的场强比，以使饱和通量比合适。
在另一实施例中，当在增益区210中采用量子阱(QW)时，可通过在吸收器206中采用量子点来减少吸收器206的饱和通量。吸收器206可包括一层或多层量子点。增益区210可包括一层或多层量子阱。在具有多层的实施例中，透明的间隔物(spacer)层可分离量子点层或量子阱层。单独的量子点或量子阱层可在驻波图案的不同位置中被单独或成组地间隔。在图2C的实施例中，示出了吸收器或增益区的部分。箭头指向量子点层(在吸收器的情况下)或量子阱层(在增益区的情况下)。量子点和量子阱层的数目和单独的位置可用于调整饱和通量、调制深度、以及增益和吸收的波长相关性。
参考图2D，示出了吸收与通量的关系的曲线图230。曲线231示出具有量子阱(QW)的增益区的通量，而曲线232示出具有量子点(QD)的吸收器的通量。如曲线图230中所示，吸收器的饱和通量(在232a处所示)明显低于增益区的饱和通量(在231a处所示)。
图2E示出在吸收器中量子点层的实施例。量子点244放置在衬底242上。量子点可通过分子束外延(MBE)或金属有机汽相外延(MOVPE)以自组织的方式生长。用于制造量子点的材料包括砷化铟(InAs)、铟镓砷(InGaAs)、铝镓砷(AlGaAs)或类似物。为了影响在量子点中的跃迁能量，围绕量子点的材料可以是砷化镓(GaAs)、AlGaAs或类似物。在一个实施例中，量子点具有大约10-50纳米(nm)基底直径和大约2-10nm高度。量子点的密度可用来影响吸收的量，即可饱和吸收器部分的调制深度。量子点尺寸的分布可用来在可饱和吸收器部分中实现期望的吸收的谱宽。
在具有多层量子点的吸收器的实施例中，透明间隔物层放置在量子点244之上。在透明间隔物层之上放置更多的量子点和间隔物层。
在又一个实施例中，可通过采用在吸收器206中的量子阱来减少吸收器206的饱和通量，以使吸收器的饱和通量比在增益区210中的量子阱的饱和通量低。在一个实施例中，吸收器206包括一个或多个镓铟氮砷(GaInNAs)的量子阱层，而增益区210包括一个或多个铟镓砷(InGaAs)的量子阱层。在具有多层量子阱的实施例中，透明间隔物层可分离量子阱层。
参考图2F和2G，示出了具有带有量子阱的增益区和带有量子阱的吸收器部分的SEL的实施例。在图2F中，增益区210包括三个InGaAs的量子阱(QW)层250。吸收器206包括三个GaInNAs的QW层252。激光波长254的驻波图案在单片增益结构224中示出。曲线图256涉及波254的位置与场强的关系。
图2G说明驻留在图2F中QW层的导带内电子的最小能量状态。在QW 258的能级对应于增益区QW层250，以及在QW 260的能级对应于吸收器QW层252。
在一个实施例中，可通过给吸收器施加电流来调整吸收器206的饱和通量。在下面讨论的图6中说明了SEL的实施例，其具有分离的电接触器(contact)以允许吸收器的调谐。在一个实施例中，可结合降低吸收器的饱和通量的其它方式来进行吸收器的饱和通量的电调整。
在一个实施例中，下镜面204、吸收器206和增益区210在单个制造过程中被装配以形成单片增益结构224。将会理解，诸如泵浦镜面208和AR层212之类的附加层也可在这个过程期间被制造在单片增益结构224中。在一个实施例中，单片增益结构224在MBE或MOVPE反应器中形成。在该实例中，结构224也可被称为外延堆栈。由于增益区和吸收器对于组合外延生长是相容的，所以它们可被集成到同一单片结构中。
对于光泵浦实施例，包括蚀刻停止层的衬底被完全移开，以便暴露该结构的顶层(这样的实施例在图2-4中示出)。对于电泵浦实施例，衬底可用作附加腔内间隔物(这样的实施例在图7-9中示出)。可用于制造单片增益结构的衬底包括但不限于砷化镓、磷化铟或类似物。在制造过程中，适当地施加单独的材料助熔剂以实现期望的各种层的合成。
在SEL 200中，输出耦合器216可刚性地附着于半导体表面。在下面讨论的另一个实施例中，输出耦合器216在半导体材料自身中被制造以形成微透镜。在这样的实施例中，SEL提供晶片级(wafer-scale)产品和测试。切片后对准是不需要的。此外，这样的晶片级产品允许制造SEL的二维阵列(下面结合图9A和9B讨论)。在又一个实施例中，通过修整温度分布以生成适当的热透镜可以实现在激光腔中光束的必要整形。热透镜可以是由于折射率随着温度的改变以及由例如通过泵浦分布导致的温度分布引起的材料的热膨胀而产生。在这样的情况下，输出耦合器的曲率可被减少或完全忽略。
再次参考图2A，热沉(heat sink)202与SEL 200耦合。在图2A的实施例中，热沉202被耦合在SEL 200的下镜面204下面。为了减轻与高输出功率相关的发热问题，在此描述的实施例可采用倒置安装。单片增益结构以逆序生长，从蚀刻停止层开始。在解理成各个片之后，外延边与热沉直接结合。衬底可用本领域周知的技术被移开。此安装技术通过强烈地减少半导体结构的厚度来确保非常小的热阻抗。所得的一维热流然后通过与功率水平成比例地进一步增大模区域来允许功率定标，同时在几何结构上，最大的温度变化范围并不由于所增大的模区域而被显著地增大。
再次参考图2A，在一个实施例中，非线性晶体222与输出耦合器216光耦合。在另一实施例中，晶体222放置在激光腔220的内部。晶体222通过二次谐波发生或光参量振荡可用于改变激光输出218的波长。晶体222可包括但不限于磷酸氧钛钾(KTP)、钽铌酸钾(KTN)、铌酸钾(KNbO3)、铌酸锂(LiNbO3)、诸如周期极化LiNbO3之类的周期极化材料或类似物。
参考图3，示出了根据本发明的一个实施例的SEL 300。图3的实施例示出具有集成吸收器的光泵浦增益结构，在该结构中，吸收器将泵浦光传输给增益区。增益区310放置在下镜面304上。下镜面304也用作光泵浦314的泵浦镜面。吸收器306放置在增益区310上。AR层312放置在吸收器306上。下镜面304、增益区310、吸收器306以及AR层312形成单片增益结构324。
输出耦合器316放置在AR层312上方并且发射激光输出318。输出耦合器316和下镜面304限定了激光腔320。热沉302在下镜面304下方与SEL 300耦合。
图4示出根据本发明的一个实施例的SEL 400。图4的实施例示出具有集成吸收器的光泵浦增益结构，在该结构中，从后部泵浦增益区。增益区410放置在下镜面404上。下镜面404对于激光能量是高反射的，但是对于光泵浦能量是抗反射的。泵浦镜面408放置在增益区410上。吸收器406放置在泵浦镜面408上。AR层412放置在吸收器406上。下镜面404、增益区410、泵浦镜面408、吸收器406和AR层412形成单片增益结构424。
输出耦合器416放置在AR层416上方并且发射激光输出418。输出耦合器416和下镜面限定了激光腔420。热沉402在下镜面414下方与SEL 400耦合。热沉414包括允许泵浦光从SEL 400的后部进入激光腔420的孔。
图5示出根据本发明的一个实施例的SEL 500。图5的实施例示出具有集成吸收器的电泵浦增益结构。下镜面504放置在隔离器503上。隔离器503电隔离下镜面504与热沉502。隔离器503包括允许电流在限定的开口中从接触器514a传送到接触器514b、c的开口。增益区510放置在下镜面504上。
间隔物508放置在增益区510上。在一个实施例中，间隔物508的尺寸在制造时被确定以便对于在接触器514a、b、c之间注入的电流提供足够的长度，以展开来形成在增益部分中有利于基模操作的分布。还要注意，间隔物508的尺寸影响激光腔520的长度和激光输出518的重复率。
吸收器506放置在间隔物508上。AR层512放置在吸收器506上。隔离器503、下镜面504、增益区510、间隔物508、吸收器506和AR层512形成单片增益结构524。
输出耦合器516放置在AR层512上方并且发射激光输出518。输出耦合器516和下镜面504限定了激光腔520。热沉502在隔离器503下方与SEL 500耦合。SEL 500经由耦合到下镜面504的接触器514a和耦合到间隔物508的接触器514b和514c进行电泵浦。
图6示出根据本发明的一个实施例的SEL 600。图6的实施例示出具有集成吸收器和用于调谐吸收器的分离的电接触器的电泵浦浦增益结构。下镜面604放置在隔离器603上。吸收器606放置在下镜面604上。
电流孔层613放置在吸收器606上。接触器611a和611b允许使用电信号改变吸收器的饱和通量。电流孔层613电隔离吸收器606与增益区610，并且包括允许电流在限定的开口中从接触器614a传送到接触器611a、b的开口。电流孔层对于激光波长是透明的，以允许光在腔620的镜面之间通过。
增益区610放置在电流孔613上。AR层612放置在增益区610上。隔离器603、下镜面604、吸收器606、电流孔613、增益区610和AR层612形成单片增益结构624。
输出耦合器616放置在AR层612上方并且发射激光输出618。输出耦合器616和下镜面604限定了激光腔620。热沉602在隔离器603下方与SEL 600耦合。SEL 600经由耦合到下镜面604的接触器614a和耦合到AR层612的接触器614b与614c进行电泵浦。吸收器606可经由耦合到下镜面604的接触器614a和耦合到吸收器层606的接触器611a与611b进行电调谐。
图7示出根据本发明的一个实施例的SEL 700。图7的实施例示出具有集成吸收器的电泵浦增益结构，其采用介电涂覆的集成微透镜作为输出耦合器。下镜面704放置在隔离器703上。增益区710放置在下镜面704上。吸收器706放置在增益区710上。间隔物709放置在吸收器706上。单片增益结构724包括隔离器703、下镜面704、增益区710、吸收器706和间隔物709。
在一个实施例中，单片增益结构724在间隔物709上生长。间隔物709包括诸如砷化镓(GaAs)之类的衬底。参考图7，层将从间隔物709开始、然后是吸收器706等等一直到隔离器703向下生长。在单片结构724生成后，可添加附加层例如间隔物715以完成SEL 700的生产。
折射率匹配层711可放置在间隔物709上。折射率匹配层711避免在腔内部的激光的附加反射。它也提供间隔物715到接触器714b、c和间隔物709的刚性附着。
间隔物715放置在折射率匹配层711上。间隔物709和715的尺寸可在制造时调整以便实现激光腔720的期望的腔长度。在SEL 700的可替换实施例中，间隔物715不被附着，以使微透镜716放置在折射率匹配层711上。在另一个实施例中，间隔物709在制造期间被移除以使折射率匹配层711放置在吸收器706上。
微透镜716放置在间隔物715上。激光输出718从微透镜716发出。微透镜716可被涂覆以提供激光波长的足够反射。激光腔720由下镜面704和微透镜716来限定。热沉702在隔离器703下方与SEL 700耦合。电泵浦经由耦合到下镜面704的接触器714a和耦合到折射率匹配层711的接触器714b与714c被提供给SEL 700。
图8示出根据本发明的一个实施例的SEL 800。图8的实施例示出具有集成吸收器的电泵浦增益结构，其采用由同一衬底制造的介电涂覆的集成微透镜作为增益结构。下镜面804放置在隔离器803上。增益区810放置在下镜面804上。吸收器806放置在增益区810上。
包括微透镜816的间隔物809放置在吸收器806上。在SEL 800中，微透镜816由用来生长单片增益结构824的同一片衬底形成。微透镜的顶部形状使用本领域周知的工艺进行蚀刻。微透镜816可被涂覆以提供激光波长的足够反射。如上面结合图7所述，间隔物809的尺寸可生长或蚀刻以实现期望的腔长度。
激光腔820由下镜面804和微透镜816来限定。热沉802在隔离器803下方与SEL 800耦合。电泵浦经由耦合到下镜面804的接触器814a和耦合到间隔物809的接触器814b与814c被提供给SEL 800。在操作中，被动锁模激光输出818从微透镜816发出。
SEL 800提供可进行电泵浦的简单线性腔。SEL 800可生成有高重复率的被动锁模激光输出。在一个实施例中，SEL 800可产生50-100GHz信号。SEL 800是完全集成的，从而导致小尺寸，并且具有晶片水平高容量制造的好处。在一个实施例中，SEL 800采用GaAs MBE制造。
图9A说明具有集成吸收器的电泵浦SEL的阵列900的一个实施例。阵列900包括SEL 930和SEL 940。热沉902可耦合至SEL 930和940的底部。在其它实施例中，阵列900可包括附加的SEL。
SEL 930和SEL 940共用下面的层。下镜面904放置在隔离器903上。增益区910放置在下镜面904上。吸收器906放置在增益区910上。间隔物909放置在吸收器906上。在一个实施例中，SEL 930和SEL 940可彼此电隔离。在一种情况下，这样的隔离可通过在SEL 930和SEL 940之间进行蚀刻来实现。
SEL 930包括下面的层。折射率匹配层911放置在间隔物909上。间隔物915放置在折射率匹配层911上。微透镜916放置在间隔物915上。激光输出918从微透镜916发出。电泵浦经由耦合到下镜面904的接触器914a和耦合到折射率匹配层911的接触器914b与914c被提供给SEL 930。
SEL 940包括下面的层。折射率匹配层922放置在间隔物909上。间隔物925放置在折射率匹配层922上。微透镜924放置在间隔物925上。激光输出926从微透镜924发出。电泵浦经由耦合到下镜面904的接触器920a和耦合到折射率匹配层922的接触器920b与920c被提供给SEL 940。
在一个实施例中，SEL 930和SEL 940是可单独寻址的。耦合到阵列900的控制器(未示出)可提供对每个SEL的控制。在一个实施例中，电泵浦只提供给寻址SEL。在另一个实施例中，间隔物915和925可以是不同的尺寸。在这种情况下，SEL 930的腔长度与SEL 940的腔长度不同，以使SEL 930和940产生具有不同重复率的输出。
图9B示出二维阵列950的实施例。阵列950包括SEL 951-956，其中至少一个SEL具有如在此所述的集成吸收器。在一个实施例中，每个SEL 951-956是可单独寻址的。在另一个实施例中，每个SEL951-956被配置成以唯一的重复率提供被动锁模输出。在又一个实施例中，每个SEL 951-956被配置成以唯一的功率水平提供被动锁模输出。
图10示出通信系统1000的实施例。光发送器1001包括与多路复用器1003光耦合的SEL阵列1002。SEL阵列1002包括至少一个具有如在此所述的集成吸收器的SEL。多路复用器1003包括选择输入和数据输入。选择输入用于选择SEL阵列1002的SEL。数据输入用于接收调制光发送器1001的输出的数据。可调谐发送器1001输出光信号给与光发送器1001光耦合的光通道1004。在一个实施例中，光信号包括光时分复用(OTDM)信号。光通道1004与网络1006光耦合。在一个实施例中，网络1006是光子分组交换网络。网络1006与光通道1008光耦合。光接收器1010与光通道1008光耦合以接收光信号。在一个实施例中，光通道1004和1008包括光纤。
图11示出计算机系统1100的一个实施例。计算机系统1100包括经由总线1101与处理器1104和存储设备1105耦合的芯片组1102。计算机系统1100还包括系统时钟1106以提供时钟信号给芯片组1102、处理器1104、存储器1105和总线1101。在另一个实施例中，系统时钟1106只提供时钟信号给处理器1104。在一个实施例中，系统时钟1106输出时钟信号以作为光信号。在其它实施例中，系统时钟1106的时钟信号作为电信号被输出。
系统时钟1106包括如在此所述的具有集成吸收器的SEL 1108以用作系统时钟1106的振荡器。在一个实施例中，系统时钟1106可以以10GHz或更快操作。在另一个实施例中，系统时钟1106可包括一个或多个分频器或一个或多个倍频器，以提供时钟信号给与系统时钟1106耦合的部件。
图12说明根据本发明的一个实施例的具有量子点半导体可饱和吸收镜(SESAM)1202的固态激光器1200。通常，SESAM调制激光腔中的增益以作为强度的函数。这被动地锁模该激光器。吸收器镜面1202包括一个或多个量子点层，如上所述，其给予吸收器镜面1202低的饱和通量。
固态激光器1200包括激光介质1204和输出耦合器1206。激光介质1204包括Er:Yb(掺铒镱)、Er:glass(掺铒玻璃)、Nd:Vanadate(掺钕钒酸盐)、Nd:YAG(掺钕钇铝石榴石(Y3Al5O12))、Nd:glass(掺钕玻璃)或类似物。在图12的实施例中，固态激光器1200由二极管泵浦源(未示出)来泵浦。
在固态激光器中采用具有低饱和通量的量子点吸收器1202简化了腔设计，因为大大放宽了对在增益与吸收器材料之间的模尺寸比的要求。另外，可通过增大在吸收器上的模尺寸来大大减少吸收器发热，尤其是以高重复率和对于高的平均功率。
图13说明具有集成到固态激光介质1304中的量子点半导体可饱和吸收镜1302的固态激光器1300。激光介质1304包括与上面结合激光介质1204所述的类似的介质。激光介质1304包括曲面反射器1306。量子点半导体可饱和吸收镜1302包括包含半导体布拉格堆栈的高反射器和一个或多个被透明间隔物层分离的量子点吸收器层。选择间隔物层的厚度，以对于光驻波效应(共振或反共振)调整总结构的光厚度。
所说明的本发明实施例的上面的描述，包括在摘要中所描述的内容，并不打算是穷举的或者把本发明限制于所公开的精确形式。尽管此处为了说明的目的描述了本发明的特定实施例和例子，但是正如相关领域的技术人员将认识到的，在本发明范围内的各种等效修改是可能的。
根据上面的详细描述，可以对本发明的实施例进行这些改变。在后面的权利要求书中所采用的术语不应解释为将本发明限定在说明书和权利要求中所公开的特定实施例。而是，本发明的范围将由后面的权利要求书来确定，该权利要求书将根据建立的权利要求解释的原则来解释。

Claims (30)

1、一种装置，包括：
限定了激光腔的下镜面和输出耦合器；
在位于激光腔中的单片增益结构中的增益区；以及
在单片增益结构中与增益区集成的吸收器，其中吸收器的饱和通量小于增益区的饱和通量。
2、权利要求1所述的装置，其中该装置是垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。
3、权利要求1所述的装置，其中该装置是垂直外腔表面发射激光器(VECSEL)。
4、权利要求1所述的装置，其中该吸收器与在该增益区的激发期间产生的驻波图案的峰值场强对准。
5、权利要求1所述的装置，还包括放置在该单片增益结构中的中间镜面，该中间镜面对准在具有该吸收器的该增益区的激发期间产生的驻波图案的峰值场强。
6、权利要求1所述的装置，其中该吸收器包括量子点层，以及该增益区包括量子阱层。
7、权利要求1所述的装置，其中该吸收器包括第一量子阱层，以及该增益区包括第二量子阱层。
8、权利要求7所述的装置，其中该第一量子阱层包括镓铟氮砷(GaInNAs)，以及该第二量子阱层包括铟镓砷(InGaAs)。
9、权利要求1所述的装置，还包括多个电接触器，所述电接触器被电耦合到该吸收器以接收电信号来调整该吸收器的饱和通量。
10、权利要求1所述的装置，其中该单片增益结构包括下镜面。
11、权利要求10所述的装置，其中该单片增益结构包括输出耦合器。
12、权利要求1所述的装置，还包括非线性晶体，所述非线性晶体被光耦合到该输出耦合器以改变从该输出耦合器发出的激光输出的波长。
13、权利要求1所述的装置，还包括在该激光腔内的热透镜。
14、权利要求1所述的装置，还包括热耦合至该下镜面的热沉。
15、权利要求1所述的装置，还包括接近该下镜面放置以限定第二激光腔的第二输出耦合器、在该第二激光腔内的该吸收器和该增益区，其中该第一激光腔限定了第一SEL，并且该第二激光腔限定了第二SEL。
16、权利要求15所述的装置，其中该第一SEL和该第二SEL是可独立寻址的。
17、一种垂直腔表面发射激光器(VCSEL)，包括：
接近下镜面放置的增益区；
接近该增益区放置的吸收器，其中该吸收器的饱和通量小于该增益区的饱和通量；以及
接近该吸收器放置的间隔物，该间隔物包括微透镜，
其中该微透镜、该增益区、该吸收器和该间隔物是从衬底制造的单片结构。
18、权利要求17所述的VCSEL，其中该吸收器包括至少一个量子点层，以及该增益区包括至少一个量子阱层。
19、权利要求17所述的VCSEL，其中该吸收器包括至少一个镓铟氮砷(GaInNAs)的量子阱层。
20、权利要求17所述的VCSEL，其中该吸收器与在该增益区的激发期间产生的驻波图案的峰值场强对准。
21、权利要求17所述的VCSEL，还包括耦合至该下镜面的第一接触器和耦合至该间隔物的第二接触器，该第一和第二接触器用于VCSEL的电泵浦。
22、一种系统，包括：
表面发射激光器(SEL)阵列，包括：
限定了第一SEL的第一激光腔的第一输出耦合器和下镜面；
限定了第二SEL的第二激光腔的第二输出耦合器和该下镜面；
放置在该第一和第二激光腔中的增益区；以及
放置在该第一和第二激光腔中与该增益区集成的吸收器，其中该吸收器的饱和通量小于该增益区的饱和通量；以及
光纤，其被光耦合到SEL阵列以接收从该第一输出耦合器输出的第一被动锁模激光和从该第二输出耦合器输出的第二被动锁模激光。
23、权利要求22所述的系统，其中该下镜面、该增益区、该吸收器、该第一输出耦合器和该第二输出耦合器是从衬底制造的单片结构。
24、权利要求22所述的系统，其中该第一SEL和该第二SEL是可独立寻址的。
25、一种计算机系统，包括：
芯片组；以及
与该芯片组可操作地耦合的时钟，该时钟包括：
限定了激光腔的下镜面和输出耦合器，该输出耦合器发射被动锁模激光输出以产生时钟信号；
在位于该激光腔中的单片增益结构中的增益区；以及
在该单片增益结构中的吸收器，其中该吸收器的饱和通量小于该增益区的饱和通量。
26、权利要求25所述的计算机系统，其中该单片增益结构包括该下镜面、该增益区、该吸收器和该输出耦合器。
27、权利要求25所述的计算机系统，其中该时钟输出光时钟信号。
28、一种装置，包括：
量子点半导体可饱和吸收镜；
输出耦合器，该量子点可饱和镜面和该输出耦合器限定了激光腔；以及
位于该激光腔内的激光介质。
29、权利要求28所述的装置，其中该量子点半导体可饱和吸收镜与该激光介质集成。
30、权利要求29所述的装置，其中该输出耦合器是与该激光介质集成的曲面反射器。
CN2005800107807A 2004-03-31 2005-03-25 具有集成吸收器的表面发射激光器 Active CN1950781B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/814,050 2004-03-31
US10/814,050 US20060029112A1 (en) 2004-03-31 2004-03-31 Surface emitting laser with an integrated absorber
PCT/US2005/010400 WO2005098573A1 (en) 2004-03-31 2005-03-25 Surface emitting laser with an integrated absorber

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1950781A true CN1950781A (zh) 2007-04-18
CN1950781B CN1950781B (zh) 2011-04-20

Family

ID=34964379

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2005800107807A Active CN1950781B (zh) 2004-03-31 2005-03-25 具有集成吸收器的表面发射激光器

Country Status (7)

Country Link
US (2) US20060029112A1 (zh)
EP (1) EP1735681B1 (zh)
JP (1) JP5237631B2 (zh)
CN (1) CN1950781B (zh)
AT (1) ATE442687T1 (zh)
DE (1) DE602005016536D1 (zh)
WO (1) WO2005098573A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102593720A (zh) * 2012-03-19 2012-07-18 中国科学院福建物质结构研究所 基于量子点-量子阱混合结构的锁模半导体激光器
WO2018141083A1 (zh) * 2017-02-03 2018-08-09 华为技术有限公司 光电转换装置

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7860143B2 (en) * 2004-04-30 2010-12-28 Finisar Corporation Metal-assisted DBRs for thermal management in VCSELs
US7309953B2 (en) * 2005-01-24 2007-12-18 Principia Lightworks, Inc. Electron beam pumped laser light source for projection television
KR101100434B1 (ko) * 2005-05-07 2011-12-30 삼성전자주식회사 후방 광펌핑 방식의 외부 공진기형 면발광 레이저
US7526009B2 (en) * 2005-05-07 2009-04-28 Samsung Electronics Co., Ltd. End-pumped vertical external cavity surface emitting laser
DE102005056949B4 (de) * 2005-09-30 2013-08-22 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optisch gepumpter oberflächenemittierender Halbleiterlaser und optische Projektionsvorrichtung mit solch einem Halbleiterlaser
WO2007071809A1 (en) * 2005-12-22 2007-06-28 Reflekron Oy Semiconductor device and method to fabricate thereof
US7801197B2 (en) * 2006-06-16 2010-09-21 Epicrystals Oy High power laser device
EP1870972A1 (en) * 2006-06-22 2007-12-26 Fujifilm Corporation Mode-locked laser device
JP2008028379A (ja) * 2006-06-22 2008-02-07 Fujifilm Corp モードロックレーザ装置
US8102893B2 (en) * 2007-06-14 2012-01-24 Necsel Intellectual Property Multiple emitter VECSEL
DE102008030818B4 (de) * 2008-06-30 2022-03-03 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Oberflächenemittierender Halbleiterlaser mit mehreren aktiven Zonen
CN102918725A (zh) 2010-05-28 2013-02-06 丹尼尔·科普夫 超短脉冲微芯片激光器、半导体激光器、激光器系统和用于薄激光器介质的泵浦方法
US8432551B2 (en) 2010-08-06 2013-04-30 Honeywell International Inc. Neon or iodine absorption enhanced hene ring laser gyroscope
WO2012068563A1 (en) * 2010-11-19 2012-05-24 Trilumina Corporation Optical pumping of solid-state laser material using addressable laser array
US9595813B2 (en) 2011-01-24 2017-03-14 Soraa Laser Diode, Inc. Laser package having multiple emitters configured on a substrate member
US9025635B2 (en) 2011-01-24 2015-05-05 Soraa Laser Diode, Inc. Laser package having multiple emitters configured on a support member
US8687198B2 (en) 2011-09-20 2014-04-01 Honeywell International Inc. Coupled cavity dispersion enhanced ring laser gyroscope
US9112331B2 (en) 2012-03-22 2015-08-18 Palo Alto Research Center Incorporated Surface emitting laser incorporating third reflector
US9124062B2 (en) * 2012-03-22 2015-09-01 Palo Alto Research Center Incorporated Optically pumped surface emitting lasers incorporating high reflectivity/bandwidth limited reflector
US9065241B2 (en) * 2012-05-11 2015-06-23 Massachusetts Institute Of Technology Methods, systems, and apparatus for high energy optical-pulse amplification at high average power
US9112332B2 (en) 2012-06-14 2015-08-18 Palo Alto Research Center Incorporated Electron beam pumped vertical cavity surface emitting laser
JP6245629B2 (ja) * 2013-03-26 2017-12-13 大学共同利用機関法人自然科学研究機構 半導体レーザー励起固体レーザー装置を利用する車載式点火装置
DE102014205022A1 (de) * 2014-03-18 2015-09-24 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Optisch gepumpter Halbleiter-Scheibenlaser
CN107005018B (zh) 2014-10-02 2019-09-20 瑞士苏黎世联邦理工学院 脉冲激光器
CN108370129B (zh) * 2015-11-19 2020-09-18 恩耐公司 激光容错和自校准系统
WO2018093435A2 (en) * 2016-09-12 2018-05-24 Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona Nonequilibrium pulsed femtosecond semiconductor disk laser with non-equidistant mqw structure
EP3419050A1 (en) 2017-06-23 2018-12-26 ams International AG Radiation-hardened package for an electronic device and method of producing a radiation-hardened package
DE112018003684T5 (de) * 2017-07-18 2020-05-14 Sony Corporation Lichtemittierendes element und array aus lichtemittierenden elementen
GB202009952D0 (en) * 2020-06-30 2020-08-12 Ams Int Ag Light source
EP4131674A1 (en) 2021-08-06 2023-02-08 ETH Zurich Radiation source

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4860296A (en) * 1983-12-30 1989-08-22 American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories Laser controlled by a multiple-layer heterostructure
US4959540A (en) * 1989-05-15 1990-09-25 International Business Machines Corporation Optical clock system with optical time delay means
US5216263A (en) * 1990-11-29 1993-06-01 Xerox Corporation High density, independently addressable, surface emitting semiconductor laser-light emitting diode arrays
US5062115A (en) * 1990-12-28 1991-10-29 Xerox Corporation High density, independently addressable, surface emitting semiconductor laser/light emitting diode arrays
US5115441A (en) * 1991-01-03 1992-05-19 At&T Bell Laboratories Vertical cavity surface emmitting lasers with transparent electrodes
US5287376A (en) * 1992-12-14 1994-02-15 Xerox Corporation Independently addressable semiconductor diode lasers with integral lowloss passive waveguides
US5461637A (en) * 1994-03-16 1995-10-24 Micracor, Inc. High brightness, vertical cavity semiconductor lasers
US5574738A (en) * 1995-06-07 1996-11-12 Honeywell Inc. Multi-gigahertz frequency-modulated vertical-cavity surface emitting laser
US5724375A (en) * 1996-07-17 1998-03-03 W. L. Gore & Associates, Inc. Vertical cavity surface emitting laser with enhanced second harmonic generation and method of making same
FR2751796B1 (fr) * 1996-07-26 1998-08-28 Commissariat Energie Atomique Microlaser soilde, a pompage optique par laser semi-conducteur a cavite verticale
US5991318A (en) * 1998-10-26 1999-11-23 Coherent, Inc. Intracavity frequency-converted optically-pumped semiconductor laser
US6098264A (en) * 1999-02-17 2000-08-08 Eastman Kodak Company Method of assembling laser and modulator unit
US6735234B1 (en) * 2000-02-11 2004-05-11 Giga Tera Ag Passively mode-locked optically pumped semiconductor external-cavity surface-emitting laser
US6418152B1 (en) * 2000-02-18 2002-07-09 Trw Inc. Multi-amplifier, high power mode locked laser
US6741619B1 (en) * 2000-04-03 2004-05-25 Massachusetts Institute Of Technology Semiconductor elements for stabilizing laser output
US20020067882A1 (en) * 2000-05-26 2002-06-06 Guilfoyle Peter S. Virtual optoelectronic crossbar switch
KR100667743B1 (ko) * 2000-10-04 2007-01-12 삼성전자주식회사 마이크로 렌즈 일체형 표면광 레이저
KR100393057B1 (ko) * 2000-10-20 2003-07-31 삼성전자주식회사 마이크로 렌즈 일체형 표면광 레이저
WO2002069462A1 (en) * 2001-02-15 2002-09-06 Aculight Corporation External frequency conversion of surface-emitting diode lasers
US6710911B2 (en) * 2001-03-02 2004-03-23 Evident Technologies Optical wavelength converter
JP4095306B2 (ja) * 2002-01-18 2008-06-04 株式会社リコー 半導体発光素子およびその製造方法および光伝送システム
JP2005500705A (ja) * 2001-08-21 2005-01-06 ジェンドロン、デニス、ジェイ． 新規ｑスイッチデバイスを用いたｑスイッチパルスレーザーにおけるモードビートノイズの抑制
JP2003121611A (ja) * 2001-10-16 2003-04-23 Canon Inc Ａｌを含む半導体材料からなるレンズ、それを用いた面型光素子及び、レンズの製造方法
US20030113078A1 (en) * 2001-12-13 2003-06-19 Tatum Jimmy A. Methods, systems and means for providing data communications between data equipment
JP3830858B2 (ja) * 2002-01-08 2006-10-11 独立行政法人科学技術振興機構 超高速・広い波長帯域の光可飽和吸収半導体、それを用いた半導体装置及び導波路型光−光スイッチ
US6628695B1 (en) * 2002-03-07 2003-09-30 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Monolithically integrated mode-locked vertical cavity surface emitting laser (VCSEL)
JP2004063957A (ja) * 2002-07-31 2004-02-26 Hitachi Ltd 半導体量子ドットを有する半導体部材の製造方法、半導体レーザ及びそれを用いた光モジュール
US7339963B2 (en) * 2002-11-27 2008-03-04 International Business Machines Corporation High speed data channel including a CMOS VCSEL driver and a high performance photodetector and CMOS photoreceiver
GB2399941A (en) * 2003-03-24 2004-09-29 Univ Strathclyde Vertical cavity semiconductor optical devices
WO2004110943A2 (en) * 2003-06-19 2004-12-23 Elop Electro-Optics Industries Ltd. Glass ceramics for laser systems
EP1812823A4 (en) * 2004-03-25 2009-08-05 Imra America Inc OPTICAL PARAMETRIC REINFORCEMENT, OPTICAL PARAMETRIC GENERATION AND OPTICAL PUMPING IN FIBER OPTICAL SYSTEMS

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102593720A (zh) * 2012-03-19 2012-07-18 中国科学院福建物质结构研究所 基于量子点-量子阱混合结构的锁模半导体激光器
WO2018141083A1 (zh) * 2017-02-03 2018-08-09 华为技术有限公司 光电转换装置
CN110235250A (zh) * 2017-02-03 2019-09-13 华为技术有限公司 光电转换装置
CN110235250B (zh) * 2017-02-03 2021-08-20 华为技术有限公司 光电转换装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20060029112A1 (en) 2006-02-09
EP1735681A1 (en) 2006-12-27
EP1735681B1 (en) 2009-09-09
CN1950781B (zh) 2011-04-20
JP2007528130A (ja) 2007-10-04
JP5237631B2 (ja) 2013-07-17
ATE442687T1 (de) 2009-09-15
DE602005016536D1 (de) 2009-10-22
US7729393B2 (en) 2010-06-01
WO2005098573A1 (en) 2005-10-20
US20070189350A1 (en) 2007-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1950781A (zh) 具有集成吸收器的表面发射激光器
Chilla et al. Recent advances in optically pumped semiconductor lasers
US9124064B2 (en) Ultrashort pulse microchip laser, semiconductor laser, and pump method for thin laser media
US7801197B2 (en) High power laser device
US7548569B2 (en) High-power optically end-pumped external-cavity semiconductor laser
CN105428983A (zh) 基于黑磷光饱和吸收体的被动锁模激光器
CN1501358A (zh) 超短脉冲激光器及使用该激光器的光学头
CN104538839A (zh) 平面波导型石墨烯被动锁模激光器
Bellancourt et al. Modelocked integrated external-cavity surface emitting laser
Priante et al. In-well pumping of a membrane external-cavity surface-emitting laser
JP2004140340A (ja) 薄膜有機レーザー
Xu et al. Emerging near‐infrared luminescent materials for next‐generation broadband optical communications
CN101388522A (zh) 电泵浦顶发射垂直外腔面发射激光器
WO2023226610A1 (zh) 一种相干阵激光器结构及制备方法
Lee et al. 9.1-W high-efficient continuous-wave end-pumped vertical-external-cavity surface-emitting semiconductor laser
Albrecht et al. High-power 1.25 µm InAs QD VECSEL based on resonant periodic gain structure
CN1317598C (zh) 一种通信波段单光子源的产生方法
Kim et al. Enhancement of pumping efficiency in a vertical-external-cavity surface-emitting laser
Grabherr et al. Commercial VCSELs reach 0.1-W cw output power
CN201383621Y (zh) 共线型双激光晶体全固态和频激光器
Behringer et al. High-power diode lasers: technology and application in Europe
CN101651286B (zh) 具有梯度带隙势垒吸收层的光泵浦垂直外腔面发射激光器
Liu et al. Advances in High-Power Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers
RU2761318C1 (ru) Излучающее видимый свет полупроводниковое лазерное устройство и способ его изготовления
CN111262134B (zh) 中红外GaSb基半导体碟片激光器

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