DE102004038283B4 - Optoelectronic element and method for the coherent coupling of active regions of optoelectronic elements - Google Patents

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Abstract

Optoelektronisches Element,
umfassend
schichtweise angeordnete Materialien mit unterschiedlichen komplexen Brechungsindices, wobei mindestens eine Schicht aktive Bereiche und mindestens eine Schicht wellenleitende Bereiche mit mindestens einer Modenfelder durch Beugung transformierenden Zone (Transformationszone) aufweist, wobei die Transformationszonen lokale Änderungen des effektiven komplexen Brechungsindex aufweisen, die als partiell reflektierende tiefe Gräben, Kombinationen von planaren Mikroprismen, Mikrolinsen und/oder planare diffraktive Strukturen ausgebildet sind, und die aktiven Bereiche kohärent gekoppelt sind, indem die aktiven Bereiche über die Transformationszonen derart verbunden und die Transformationszonen derart ausgebildet sind, dass
– Strahlung aus mindestens zwei aktiven Bereichen in eine Transformationszone geleitet und beim Durchlaufen der Transformationszone zu einem Strahl überlagert und/oder
– Strahlung aus einem aktiven Bereich in eine Transformationszone geleitet und beim Durchlaufen der Transformationszone in mehrere Strahlen geteilt
wird, und die
über die Transformationszonen verbundenen aktiven Bereiche wenigstens Teilbereiche ohne Gitterstruktur oder mit höchstens einer Einfachgitterstruktur aufweisen, und die aktiven...
Optoelectronic element,
full
layered materials having different complex indices of refraction, wherein at least one layer comprises active regions and at least one layer comprises waveguiding regions having at least one modal fields by diffraction transforming zone (transformation zone), the transformation zones having local changes in the effective complex refractive index, which are partially reflecting deep trenches , Combinations of planar microprisms, microlenses and / or planar diffractive structures are formed, and the active areas are coherently coupled by the active areas connected via the transformation zones and the transformation zones are formed such that
- Directed radiation from at least two active areas in a transformation zone and superimposed when passing through the transformation zone to a beam and / or
- Directed radiation from an active area in a transformation zone and divided into several beams when passing through the transformation zone
will, and the
have at least partitions without lattice structure or with at most a single lattice structure over the transformation zones connected active areas, and the active ...

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Element und ein Verfahren zur kohärenten Kopplung von aktiven Bereichen optoelektronischer Elemente, welche insbesondere einsetzbar sind für die Erzeugung und Verstärkung von kohärenter Strahlung, wie sie für die Lasermaterialbearbeitung und andere Anwendungen hochenergetischer Laserstrahlung mit einer Beugungsmaßzahl M2 nahe 1 benötigt wird.The invention relates to an optoelectronic element and a method for the coherent coupling of active regions of optoelectronic elements, which are particularly suitable for the generation and amplification of coherent radiation, as required for the laser material processing and other applications of high-energy laser radiation with a diffraction factor M 2 near 1 ,

Für die verschiedensten Anwendungen der Halbleiterlaserstrahlung ist eine hohe Ausgangsleistung möglichst in Verbindung mit Einmodenemission erforderlich. Da die Strahlungsbelastung im Laserinneren und besonders an den Facetten nicht beliebig erhöht werden kann, muss in planaren Halbleiterlaserstrukturen auf eine Verbreiterung der Facettenfläche ausgewichen werden. Eine Verbreiterung des die Strahlung führenden Wellenleiters führt oberhalb von 5 bis 10μm Wellenleiterbreite zum Multimodenbetrieb, bei dem der Güteparameter M2 der emittierten Strahlung stark über den für den Einmodenbetrieb charakteristischen Wert M2 = 1 anwächst. Bei der notwendigen Verbreiterung des die Laserstrahlung führenden Wellenleiters muss durch zusätzliche Filtermaßnahmen erreicht werden, dass die höheren Moden unterdrückt werden und nur noch die Grundmode verstärkt wird.For the most diverse applications of semiconductor laser radiation, a high output power is required, if possible in connection with single-mode emission. Since the radiation load in the laser interior and especially on the facets can not be arbitrarily increased, a widening of the facet surface must be avoided in planar semiconductor laser structures. A broadening of the waveguide carrying the radiation leads, above a waveguide width of 5 to 10 μm, to multimode operation, in which the quality parameter M 2 of the emitted radiation greatly increases above the characteristic value M 2 = 1 for single-mode operation. With the necessary widening of the waveguide carrying the laser radiation, it must be achieved by additional filtering measures that the higher modes are suppressed and only the fundamental mode is amplified.

Eine Methode zur Filterung besteht darin, eine Korrugation mit zur Lichtausbreitungsrichtung senkrechten Bragg-Gittern auf den Wellenleiter aufzubringen. Diese distributed-feedback-Laser (DFB-Laser) sind in K.J.Ebeling, "Integrierte Optoelektronik", Springer-Verlag, Berlin, 1992, S. 359 ff. , in P.G. Agrawal and N.K. Dutta, "Long-Wavelength Semiconductor Lasers", van Nostrand Reinhold, New York, 1986, Chapter 7 , oder in L. A. Coldren and S. W. Corzine, „Diode Lasers and Photonic Integrated Circuits", J. Wiley and Sons, New York, 1995 , beschrieben.One method of filtering is to apply corrugation to the waveguide with Bragg gratings perpendicular to the light propagation direction. These distributed feedback lasers (DFB lasers) are in KJebeling, "Integrated Optoelectronics", Springer-Verlag, Berlin, 1992, p. 359 ff. , in PG Agrawal and NK Dutta, "Long Wavelength Semiconductor Lasers," van Nostrand Reinhold, New York, 1986, Chapter 7 , or in LA Coldren and SW Corzine, "Diode Lasers and Photonic Integrated Circuits", J. Wiley and Sons, New York, 1995 , described.

Eine ähnliche Methode zur Modenselektion besteht darin, einen Bragg-Reflektor außerhalb des aktiven Teils des Wellenleiters zu verwenden. Diese distributed-Bragg-reflector-Laser (DBR-Laser) sind ebenfalls in der oben zitierten Literatur beschrieben.A similar Method for mode selection is a Bragg reflector outside of the active part of the waveguide. These distributed Bragg reflector lasers (DBR lasers) are also described in the literature cited above.

Eine weitere Methode zur Modenfilterung ist das MOPA (master oscillator power amplifier)-Prinzip, wonach ein monomodig emittierender „master oscillator" mit schmalem Wellenleiter (Breite etwa 3 bis 5 μm) in einen Trapezverstärker emittiert, welcher die monomodige Strahlung unter Aufrechterhaltung der hohen Strahlqualität verstärkt. Beschrieben werden derartige Laser in den Schriften US 5,914,978 A (H01S 3/19) vom 22. Juni 1999 und US 6,130,903 A (H01S 3/19) vom 10. Oktober 2000.Another method for mode filtering is the MOPA (master oscillator power amplifier) principle, according to which a monomodal emitting "master oscillator" with a narrow waveguide (width about 3 to 5 microns) emits in a trapezoidal amplifier, which monomode the radiation while maintaining the high beam quality Such lasers are described in the scriptures US 5,914,978 A (H01S 3/19) of 22 June 1999 and US 6,130,903 A (H01S 3/19) of 10 October 2000.

Eine Modifikation dieses Prinzips ist der Taperlaser, der in WO 93/15537 A1 (H01S 3/19) vom 31. Januar 1993 oder in B. Sumpf et al, IEE Electronics Letters, vol. 37, pp. 351-353 (2001) dargelegt ist, und bei dem eine schwache Rückkopplung von der den Taper abschließenden Facette in einen als Monomode-Wellenleiter ausgebildeten Teil des Lasers erfolgt.A modification of this principle is the taper laser, which in WO 93/15537 A1 (H01S 3/19) of 31 January 1993 or in B. Sumpf et al, IEE Electronics Letters, vol. 37, pp. 351-353 (2001) is set forth, and in which a weak feedback from the facet terminating the taper takes place in a designed as a single mode waveguide part of the laser.

Eine weitere Methode zur Modenfilterung wird in der Schrift US 5,337,328 A (H01S 3/19) vom 9. August 1994 als α-DFB-Laser dargestellt und durch US 6,122,299 A (H01S 3/085) vom 31. Dezember 1997 ergänzt. Dabei ist der planare Wellenleiter mit einer Korrugation in Form eines Bragg-Gitters versehen, dessen gerade und äquidistant angeordneten Furchen zu den Facettennomalen geneigt sind. Die Lichtausbreitung erfolgt bevorzugt entlang der Gitterfurchen in Form gekoppelter Modenpaare.Another method for mode filtering is in the Scriptures US 5,337,328 A (H01S 3/19) of 9 August 1994 as α-DFB laser and represented by US 6,122,299 A (H01S 3/085) of 31 December 1997. In this case, the planar waveguide is provided with a corrugation in the form of a Bragg grating, whose straight and equidistantly arranged furrows are inclined to the Facettennomalen. The light propagation preferably takes place along the grid grooves in the form of coupled pairs of modes.

In den Schriften DE 198 09 167 A1 und DE 198 27 824 A1 vom 26.2.98 bzw. 7.6.98 wird ein rhombusförmiger Ausschnitt aus einem Kreuzgitter aktiv gepumpt.In the scriptures DE 198 09 167 A1 and DE 198 27 824 A1 from 26.2.98 or 7.6.98 a rhombus-shaped cutout from a cross lattice is actively pumped.

Eine ähnliche Modifikation des α-DFB-Lasers ist der PCDFB-Laser (photonic crystal DFB-Laser) in I. Vurgaftman and J.R. Meyer, Appl. Phys. Lett., vol. 78, pp. 1475-1477 (2001) . Dabei wird das Bragg-Gitter in einem α-DFB-Laser zusätzlich durch ein Gitter der halben effektiven Wellenlänge der vertikalen Wellenleitermode mit den Furchen parallel zu den Facetten überschrieben. Das führt zu einer Stabilisierung der Wellenausbreitung im so modifizierten α-DFB-Laser, erfordert aber für die Herstellungstechnologie einen hohen Aufwand.A similar modification of the α-DFB laser is the PCDFB laser (photonic crystal DFB laser) in FIG I. Vurgaftman and JR Meyer, Appl. Phys. Lett., Vol. 78, pp. 1475-1477 (2001) , In addition, the Bragg grating in an α-DFB laser is additionally overwritten by a grating of half the effective wavelength of the vertical waveguide mode with the grooves parallel to the facets. This leads to a stabilization of the wave propagation in the thus modified α-DFB laser, but requires a great effort for the production technology.

Der Nachteil der Erzeugung einer begrenzten Monomode-Laserleistung durch schmale Wellenleiter im Bereich von 3 bis 5 μm Breite konnte zunächst dadurch überwunden werden, dass das Prinzip der Modenfilterung durch ein geneigtes Bragg-Gitter oder aber durch die Verwendung von Trapezverstärkern keine Begrenzung an die Wellenleiterbreite und damit an die erreichbare Leistung zu stellen schien.Of the Disadvantage of producing a limited single-mode laser power through narrow waveguides in the range of 3 to 5 μm Width could initially thereby overcome be that the principle of mode filtering by an inclined Bragg grating or by the use of trapezoidal amplifiers no limitation to the Waveguide width and thus to the achievable performance appeared.

Bei genauerer Kenntnis der Prinzipien dieser Laser zeigt sich aber eine Begrenzung der Wellenleiterbreite auf 100 bis 200 μm mit Leistungen im 2 bis 4 Watt-Bereich, wie sie hier dargelegt wird:

  • 1. Für den α-DFB-Laser existieren folgende einander widersprechende Bedingungen: Der durch die Streifenelektrode definierte Pumpbereich legt die Breite des aktiven Wellenleiters fest. Große Wellenleiterbreite bedeutet schwache Dämpfung des Grundmode, aber auch schlechte Diskriminierung zwischen Grundmode und erstem angeregten Mode. Ein schmaler Wellenleiter bedeutet gute Diskriminierung bei hohem Verlust des Grundmode. Daher lautet der Kompromiss etwa 1 cm-1 Verlust für den Grundmode und 4 cm-1 Verlust für den ersten angeregten Mode. Das bedeutet etwa 80 μm Streifenbreite bei 10° Neigungswinkel, 100 μm Streifenbreite bei 12° Neigungswinkel und 160 μm Streifenbreite bei 15° Neigungswinkel des Bragg-Gitters. Damit ist man für einen einzigen α-DFB-Laser auf 3 Watt Emissionsleistung bei guter Strahlqualiät beschränkt.
  • 2. Der rhombusförmige Kreuzgitterlaser nach DE 19827824 A1 zeigt in der experimentellen Realisierung eine sehr kleine Effizienz bei der Umsetzung von Pumpenergie in Strahlung, was besonders durch große Verluste infolge Abstrahlung in das Innere des Rhombusgebietes verursacht wird.
  • 3. Die Trapezlaser und die nachdem Prinzip des monolithischen MOPA arbeitenden Laser erreichen bei einer Strahlqualität von M2 = 2.3 eine Leistung von 4 Watt, im cw-Betrieb, wobei eine Überschreitung des Taper-Divergenzwinkels von 4° zur Vergrößerung der verstärkenden Fläche wegen auftretender Modeninstabilitäten nicht zweckmäßig ist. Einer Leistungserhöhung durch beliebige Verlängerung eines Trapezlasers steht das Problem entgegen, dass Mittel fehlen, um nach einmodig zurückgelegten Ausbreitungswegen des Strahles eine wiederholte Filterung auf Monomodigkeit herbeizuführen.
However, with more precise knowledge of the principles of these lasers, the waveguide width is limited to 100 to 200 μm with powers in the 2 to 4 watt range, as shown here:
  • 1. For the α-DFB laser, the following conflicting conditions exist: the pumping region defined by the strip electrode defines the width of the active waveguide. Large waveguide width means weak attenuation of fundamental mode, but also poor discrimination between fundamental mode and first excited mode. A narrow waveguide means good discrimination with high loss of Fundamental mode. Therefore, the tradeoff is about 1 cm -1 loss for the fundamental mode and 4 cm -1 loss for the first excited mode. This means about 80 μm strip width at 10 ° tilt angle, 100 μm strip width at 12 ° tilt angle and 160 μm strip width at 15 ° inclination angle of the Bragg grating. Thus, one is limited to a 3-watt emission power with good beam quality for a single α-DFB laser.
  • 2. The rhombus-shaped cross lattice laser after DE 19827824 A1 shows in the experimental realization a very low efficiency in the conversion of pump energy into radiation, which is particularly caused by large losses due to radiation into the interior of the rhombic area.
  • 3. The trapezoidal lasers and the laser operating on the principle of the monolithic MOPA achieve a power of 4 watts, in cw mode, with a beam quality of M 2 = 2.3, whereby exceeding the taper divergence angle of 4 ° to increase the reinforcing surface due to occurring Mode instabilities is not appropriate. A power increase by any extension of a trapezoidal laser counteracts the problem that means are missing to bring about one-time propagated paths of propagation of the beam repeated filtering on single-mode.

Die externe Kopplung von Halbleiterlasern oder Halbleiterlaser-Arrays ist aus V. Raab and R. Menzel, „Coherent seeding of a bar of 25 broad area lasers", Paper P. 13.3 DPG-Frühjahrstagung 2001 Berlin, 2.-6.4.2001 bekannt. Für die Erzeugung hoher Leistungen erfordert sie aber große Volumina und höchste Justiergenauigkeiten.The external coupling of semiconductor lasers or semiconductor laser arrays is out V. Raab and R. Menzel, "Coherent Seeding of a Broadband Lasers", Paper P. 13.3 Spring DPG Conference 2001 Berlin, 2-6.4.2001 known. But for the production of high power, it requires large volumes and the highest adjustment accuracy.

Einen Laser, bei dem Strahlung aus zwei aktiven Bereichen in einem Multimode-Interferenzbereich gekoppelt werden, ist in der US-Patentschrift US 6,717,970 B2 beschrieben.A laser in which radiation from two active regions are coupled in a multimode interference region is disclosed in US Pat US 6,717,970 B2 described.

Die Veröffentlichung WO 98/48495 A2 offenbart eine Laservorrichtung, bei der Strahlung aus einem Laserdiodenarray in ein System aus Monomode-Wellenleitern eingekoppelt wird. Dabei werden die Laserstrahlen der einzelnen nebeneinander angeordneten Laserdioden des Arrays mittels einer Mehrzahl von binären Verzweigungen in einen einzigen Ausgangswellenleiter kohärent gekoppelt.The publication WO 98/48495 A2 discloses a laser device in which radiation from a laser diode array is coupled into a system of single-mode waveguides. In this case, the laser beams of the individual juxtaposed laser diodes of the array are coherently coupled by means of a plurality of binary branches in a single output waveguide.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein optoelektronisches Element und ein Verfahren zur kohärenten Kopplung von aktiven Bereichen optoelektronischer Elemente bereitzustellen, welche die Nachteile der bekannten Lösungen überwinden und insbesondere die Leistung einer optoelektronischen Strahlungsquelle hoher Brillanz über die oben erläuterten Grenzen der breit emittierenden Einzellaser hinaus erhöhen unter Beibehaltung eines monolithischen Aufbaus.The The object of the invention is an optoelectronic element and a method for coherent Provide coupling of active regions of optoelectronic elements, which overcome the disadvantages of the known solutions and in particular the performance of an optoelectronic radiation source of high brilliance over the above explained limits increase the broadly emitting single laser while maintaining a monolithic construction.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 8 Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.These The object is achieved by the features of the claims 1 and 8 Convenient configurations The invention are contained in the subclaims.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Verstärkung besonders breiter planarer Laserstrahlen ermöglicht wird, indem ein optoelektronisches Element eingesetzt wird, welches folgendes umfasst:
schichtweise angeordnete Materialien mit unterschiedlichen komplexen Brechungsindices, wobei mindestens eine Schicht aktive Bereiche und mindestens eine Schicht wellenleitende Bereiche mit mindestens einer Modenfelder durch Beugung transformierenden Zone (Transformationszone) aufweist, wobei die Transformationszonen lokale Änderungen des effektiven komplexen Brechungsindex aufweisen, die als partiell reflektierende tiefe Gräben, Kombinationen von planaren Mikroprismen, Mikrolinsen und/oder planare diffraktive Strukturen ausgebildet sind, und aktive Bereiche über Transformationszonen derart verbunden und die Transformationszonen derart ausgebildet sind, dass

  • – Strahlung aus mindestens zwei aktiven Bereichen in eine Transformationszone geleitet und beim Durchlaufen der Transformationszone zu einem Strahl überlagert und/oder
  • – Strahlung aus einem aktiven Bereich in eine Transformationszone geleitet und beim Durchlaufen der Transformationszone in mehrere Strahlen geteilt
wird, und über Transformationszonen verbundene aktive Bereiche wenigstens Teilbereiche ohne Gitterstruktur oder mit höchstens einer Einfachgitterstruktur aufweisen. Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, dass aktive Bereiche als RW-Laser-Strukturen, Breitstreifenlaser-Strukturen, α-DFB-Laser-Strukturen, Kreuzgitterlaser-Strukturen, photonische Kristall-Laser-Strukturen oder Taperlaser-Strukturen ausgebildet sind.A particular advantage of the invention is that the amplification of particularly broad planar laser beams is made possible by using an optoelectronic element which comprises:
layered materials having different complex indices of refraction, wherein at least one layer comprises active regions and at least one layer comprises waveguiding regions having at least one modal fields by diffraction transforming zone (transformation zone), the transformation zones having local changes in the effective complex refractive index, which are partially reflecting deep trenches , Combinations of planar microprisms, microlenses and / or planar diffractive structures are formed, and active areas connected via transformation zones and the transformation zones are formed such that
  • - Directed radiation from at least two active areas in a transformation zone and superimposed when passing through the transformation zone to a beam and / or
  • - Directed radiation from an active area in a transformation zone and divided into several beams when passing through the transformation zone
and active regions connected via transformation zones have at least partial regions without a lattice structure or with at most a single lattice structure. According to the invention, it is further provided that active regions are formed as RW laser structures, wide-band laser structures, α-DFB laser structures, cross-grating laser structures, photonic crystal laser structures or taper laser structures.

Hinsichtlich der diffraktiven Strukturen kann es sich als vorteilhaft erweisen, dass die diffraktiven Strukturen quer und längs zur Moden-Ausbreitungsrichtung Modentransformierend wirkende Änderungen des effektiven Brechungsindex aufweisen.Regarding the diffractive structures may prove advantageous the diffractive structures are transverse and longitudinal to the mode propagation direction Mode transforming changes of the effective refractive index.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des optoelektronischen Elements ist vorgesehen, dass aktive Bereiche und Transformationsbereiche derart angeordnet sind, dass die Strahlung nach Durchlaufen eines Transformationsbereichs in mindestens einen aktiven Bereich eingekoppelt wird. Vorzugsweise wird die Einkopplung durch partielle Facettenreflexion und/oder reflektierende Teilbereiche realisiert.In a further preferred embodiment of the optoelectronic element, it is provided that active regions and transformation regions are arranged such that the radiation is coupled into at least one active region after passing through a transformation region. Preferably, the coupling by partial facet reflection and / or reflective Teilberei realized.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des optoelektronischen Elements ist vorgesehen, dass die diffraktive Struktur aus einem Gebiet mit einem ersten effektiven Brechungsindex und einem Gebiet mit einem zweiten effektiven Brechungsindex besteht, und die auf die Ebene des optoelektronischen Elementes bezogene Grenzkurve zwischen beiden Gebieten eine quer zur Modenausbreitung örtlich zweckmäßig gestaltete Phasenfrontveränderung bewirkt.In another preferred embodiment of the optoelectronic element is provided that the diffractive Structure of an area with a first effective refractive index and an area with a second effective refractive index, and related to the plane of the optoelectronic element Boundary curve between the two areas of a transversely to the mode propagation locally appropriate designed Phase change of front causes.

Als Vorteil erweist es sich ebenfalls, wenn das optoelektronische Element durch mindestens eine teilverspiegelte, vertikale Facette am Rande abgeschlossen ist, und mindestens zwei α-DFB-Laser über eine als Kreuzgitter oder Vielfachgitter ausgebildete Transformationszone zu kohärenter Emission gekoppelt sind derart, dass die Strahlung der gekoppelten Laser das optoelektronische Element über eine gemeinsame Facette verlässt. Beim Einsatz von zwei α-DFB-Lasern wird vorteilhafterweise ein Kreuzgitter-Koppelelement eingesetzt.When Advantage also proves it, if the optoelectronic element by at least one semi-mirrored, vertical facet on the edge is completed, and at least two α-DFB lasers via a cross-grating or Multiple lattice trained transformation zone coupled to coherent emission are such that the radiation of the coupled laser is the optoelectronic Element over one common facet leaves. When using two α-DFB lasers Advantageously, a cross-grating coupling element is used.

Eine andere bevorzugte Ausführungsform des optoelektronischen Elements sieht ein über das optoelektronische Element hinweg verteiltes Netz von aktiven Bereichen und von Kreuzgitter- oder Vielfachgitter-Koppelelementen vor, welche in wechselseitiger Kopplung zu einer kohärenten Kopplung aller aktiven Bereiche führen.A Another preferred embodiment of the optoelectronic element looks over the optoelectronic element distributed network of active areas and cross-lattice or multiple lattice coupling elements, which in mutual Coupling to a coherent one Coupling of all active areas lead.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des optoelektronischen Elements ist vorgesehen, dass das optoelektronische Element gekrümmte Bragg-Gitter umfasst, welche derart angeordnet sind, dass sie Teile von unterschiedlichen aktiven Bereichen aufeinander abbilden.In a further preferred embodiment of the optoelectronic element is provided that the optoelectronic Element curved Bragg grating which are arranged so that they are parts of different Represent active areas on each other.

Ein Verfahren zur kohärenten Kopplung von aktiven Bereichen in optoelektronischen Bauelementen ist dadurch ausgezeichnet, dass ein optoelektronisches Bauelement eingesetzt wird, welches aus schichtweise angeordneten Materialien mit unterschiedlichen komplexen Brechungsindices aufgebaut ist, mindestens eine Schicht aktive Bereiche und mindestens eine Schicht wellenleitende Bereiche mit mindestens einer Modenfelder durch Beugung transformierenden Zone (Transformationszone) aufweist, wobei die Transformationszonen lokale Änderungen des effektiven komplexen Brechungsindex aufweisen, die als partiell reflektierende tiefe Gräben, Kombinationen von planaren Mikroprismen, Mikrolinsen und/oder planare diffraktive Strukturen ausgebildet sind, und die kohärente Kopplung erfolgt, indem aktive Bereiche über Transformationszonen derart verbunden und die Transformationszonen derart ausgebildet sind, dass

  • – Strahlung aus mindestens zwei aktiven Bereichen in eine Transformationszone geleitet und beim Durchlaufen der Transformationszone zu einem Strahl überlagert und/oder
  • – Strahlung aus einem aktiven Bereich in eine Transformationszone geleitet und beim Durchlaufen der Transformationszone in mehrere Strahlen geteilt
wird, wobei über Transformationszonen verbundene aktive Bereiche wenigstens Teilbereiche ohne Gitterstruktur oder mit höchstens einer Einfachgitterstruktur aufweisen, und als aktive Bereiche RW-Laser-Strukturen, Breitstreifenlaser-Strukturen, α-DFB-Laser-Strukturen, Kreuzgitterlaser-Strukturen, photonische Kristall-Laser-Strukturen oder Taperlaser-Strukturen verwendet werden.A method for the coherent coupling of active regions in optoelectronic components is characterized in that an optoelectronic component is used, which is constructed of layered materials having different complex refractive indices, at least one layer active regions and at least one layer waveguiding regions with at least one mode fields Diffraction-transforming zone (transformation zone), wherein the transformation zones have local changes of the effective complex refractive index, which are formed as partially reflecting deep trenches, combinations of planar microprisms, microlenses and / or planar diffractive structures, and the coherent coupling is performed by active regions connected via transformation zones and the transformation zones are formed such that
  • - Directed radiation from at least two active areas in a transformation zone and superimposed when passing through the transformation zone to a beam and / or
  • - Directed radiation from an active area in a transformation zone and divided into several beams when passing through the transformation zone
wherein active regions connected via transformation zones have at least partial regions without a lattice structure or with at most a single lattice structure, and as active regions RW laser structures, broad-stripe laser structures, .alpha.-DFB laser structures, cross lattice laser structures, photonic crystal lasers. Structures or Taperlaser structures are used.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Schichten aus Halbleitermaterialien bestehen und optischer Gewinn in den aktiven Bereichen durch Stromzuführung in aktiven, in die Wellenleiter-Schichtenfolge eingebrachten p-n-Übergängen erzeugt wird. Alternativ kann der Gewinn auch erzeugt werden durch externe Einstrahlung von Pumplicht in Halbleiterschichten oder in aktive Ionen oder Farbstoffe, die in die aktiven Bereiche des Wellenleiters eingelagert sind.In a preferred embodiment the method according to the invention it is envisaged that the layers consist of semiconductor materials and optical gain in the active areas by power supply in active, in the waveguide layer sequence introduced p-n junctions generated becomes. Alternatively, the profit can also be generated by external Irradiation of pump light in semiconductor layers or in active Ions or dyes that are in the active regions of the waveguide are stored.

Für die Verstärkung von kohärenter Strahlung erweist es sich als vorteilhaft, wenn das optoelektronische Element durch mindestens eine teilverspiegelte Facette am Rande abgeschlossen wird, und mindestens zwei α-DFB-Laser über Kreuzgitter- oder Vielfachgitter-Koppelelemente zu kohärenter Emission gekoppelt werden und die Strahlung der gekoppelten Laser das optoelektronische Element über eine gemeinsame Facette verlässt.For the reinforcement of coherent Radiation, it proves to be advantageous if the optoelectronic Element completed by at least one semi-mirrored facet on the edge is, and at least two α-DFB laser via Kreuzgitter- or Multiple lattice coupling elements are coupled to coherent emission and the coupled laser radiation over the optoelectronic element common facet leaves.

Des weiteren ist es von Vorteil, wenn ein α-DFB-Laser als Quell-Oszillator verwendet wird, der über Kreuzgitter- oder Vielfachgitter-Koppelelemente in weitere aktive Bereiche einkoppelt.Of Further, it is advantageous if an α-DFB laser as a source oscillator is used over Kreuzgitter- or Multiple grating coupling elements coupled into other active areas.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass verschiedene aktive Bereiche über verschiedene Facetten wechselseitig kohärent emittieren. In einer speziellen Ausführungsform ist dabei vorgesehen, dass die Strahlung einer Anzahl von aktiven Bereichen durch kaskadenförmig angeordnete Transformationszonen und weitere aktive Bereiche zusammengefasst und in einem Strahl über eine Facette emittiert wird (vgl. 4 oder 5).In a preferred embodiment of the method according to the invention, it is provided that different active regions emit coherently mutually across different facets. In a specific embodiment, it is provided that the radiation of a number of active regions is combined by cascade-shaped transformation zones and further active regions and emitted in a beam via a facet (cf. 4 or 5 ).

Eine andere bevorzugte Ausführungsform des optoelektronischen Elements sieht vor, dass unterschiedliche aktive Bereiche mit voneinander unabhängigen Strömen angeregt oder moduliert werden.A Another preferred embodiment of the Optoelectronic element provides that different active Areas with independent Stream stimulated or modulated.

Für spezielle Anwendungen erweist es sich darüber hinaus als vorteilhaft, wenn gekrümmte Bragg-Gitter Teile von unterschiedlichen aktiven Bereichen aufeinander abbilden.For special Applications prove it over in addition, when curved Bragg grating parts of Different active areas map each other.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von zumindest teilweise in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.The Invention will be described below with reference to at least partially in the Figures illustrated embodiments be explained in more detail.

Es zeigen:It demonstrate:

1 Veranschaulichung des Prinzips des optoelektronischen Bauelementes am Beispiel der kohärenten Kopplung zweier aktiver Bereiche mittels eines Kreuzgitters; 1 Illustrating the principle of the optoelectronic component using the example of the coherent coupling of two active regions by means of a cross grating;

2 zeigt die Überlagerung von vier Strahlen zu einem Strahl mittels vier überlagerter Bragg-Gitter; 2 shows the superposition of four beams into a beam by means of four superposed Bragg gratings;

3 veranschaulicht die Kopplung von drei auf einem Chip monolithisch aufgebrachten Breitstreifen-Lasern, 3 illustrates the coupling of three on a chip monolithic applied wide-band lasers,

4 bis 8 zeigen verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen optoelektronischen Elements; 4 to 8th show various embodiments of the optoelectronic element according to the invention;

9 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer Kombination von aktiven RW-Bereichen, aktiven, getaperten Bereichen und einem Kreuzgitter-Bereich. 9 shows an embodiment with a combination of active RW areas, active taped areas, and a cross-grating area.

Die Intensitätsverluste der Kreuzgitterlaser, die wie oben beschrieben insbesondere bei rhombusförmigen Kreuzgitterlasern auftreten, werden zu einem großen Teil durch das Untergitter hervorgerufen, welches quer zu der Streifenelektrode liegt. Verbesserungen in der Intensitätsausbeute ergeben sich somit, wenn in den eigentlichen Laserstreifen (aktiven Bereichen) das störende Untergitter weggelassen wird und nur in den Überlagerungsteilen der beiden Laserstreifen das Kreuzgitter zu Strahlkombinationszwecken als Koppelelement belassen wird.The intensity losses the cross-grating laser, as described above, in particular at rhombus Cross-grating lasers occur in large part through the sublattice caused, which is transverse to the strip electrode. improvements in the intensity yield thus arise when in the actual laser stripe (active Areas) the disturbing Subgrid is omitted and only in the overlay parts of the two Laser strip the cross grating for beam combination purposes as a coupling element is left.

Die Grundidee der Erfindung beruht darauf, dass in einem monolithischen integriert optischen planaren Bauelement mehrere aktive Bereiche, die für die Verstärkung besonders breiter planarer Laserstrahlen ausgelegt sind, über die Transformationszonen kohärent gekoppelt werden. Da die kohärente Kopplung ein wichtiger Aspekt ist, welcher durch die Erfindung erreicht werden soll, werden die Transformationszonen im folgenden als Koppelelemente bezeichnet.The The basic idea of the invention is based on that in a monolithic integrated optical planar device several active areas, the for the reinforcement particularly broad planar laser beams are designed over the Coherent transformation zones be coupled. Because the coherent coupling an important aspect which is achieved by the invention should, the transformation zones in the following as coupling elements designated.

Als Koppelelemente werden Elemente verwendet, die über eine breite Wellenfront hinweg Strahlen zu kombinieren oder zu teilen gestatten. Bevorzugte Elemente dazu sind mehrfach überlagerte Bragg-Gitter in integriert optischer Gestaltung auf einem planaren Bauelement, die verschiedene Laserstrahlen beispielsweise zu einem einzigen Strahl kombinieren können.When Coupling elements are used elements that have a wide wavefront allow beams to combine or divide. preferred Elements of this are multiply superimposed Bragg gratings in integrated optical design on a planar component, the different laser beams, for example, to a single Can combine beam.

Das Prinzip des optoelektronischen Bauelementes wird in 1 an der kohärenten Kopplung zweier aktiver Bereiche mittels eines Kreuzgitters beschrieben. Ein erster Resonator umfasst den aktiven Bereich 1 und wird einmal abgeschlossen durch die reflektierende Facette 2 und zum anderen durch die Facette 9, da die Strahlung von der Grenzlinie 3 an durch das Untergitter 7 des Kreuzgitterbereiches 6 senkrecht auf die Facette 9 gerichtet wird. Analog umfasst ein zweiter Resonator den aktiven Bereich 4 der einmal durch die Facette 5 und ebenfalls durch die Facette 9 abgeschlossen wird, weil hierbei das Untergitter 8 die Strahlung senkrecht zur Facette 9 leitet. Damit sind bei entsprechender Rückreflexion durch Facette 9 beide Resoatoren kohärent miteinander gekoppelt. Bei hohen Reflexionen der Facetten 2 und 5 wird fast die gesamte Strahlung über die niedrigreflektierende Facette 9 als Strahl 10 ausgekoppelt. Die Bereiche 1 und 4 werden bevorzugt von unterschiedlichen Elektroden gepumpt. Eine Phasenänderung kann mit einer Spannung an eine 6 überdeckende Elektrode erreicht werden.The principle of the optoelectronic component is described in 1 described at the coherent coupling of two active areas by means of a cross grating. A first resonator comprises the active region 1 and once completed by the reflective facet 2 and on the other hand through the facet 9 because the radiation is from the boundary line 3 on through the subgrid 7 of the Kreuzgitterbereiches 6 perpendicular to the facet 9 is directed. Analogously, a second resonator comprises the active region 4 the once through the facet 5 and also through the facet 9 is completed, because this is the subgrid 8th the radiation perpendicular to the facet 9 passes. Thus, with appropriate backreflection by facet 9 both resoators coherently coupled together. At high reflections of the facets 2 and 5 Almost all of the radiation is over the low-reflectance facet 9 as a ray 10 decoupled. The areas 1 and 4 are preferably pumped by different electrodes. A phase change can be achieved with a voltage across a covering electrode.

In 2 demonstriert die Möglichkeit, durch vier überlagerte Bragg-Gitter vier Strahlen in einen Strahl zu kombinieren. Das Kombinationselement 11 ist mit der Überlagerung 12 von vier Gittern korrugiert. Auf die Begrenzung 13 des Kombinationselementes treffen vier Strahlen mit den Richtungen 15, 17, 19 und 21 und den entsprechenden Modenfeldverteilungen 16, 18, 20 und 22. Diese werden an der Begrenzung 14 zu einem Strahl mit der Richtung 23 und der entsprechenden Modenfeldverteilung 24 kombiniert. Diese Strahlvereinigung ist die Umkehrung des Prinzips der Holographie. Der Aufbau eines zu 1 analogen optischen Bauelementes mit der kohärenten Kopplung von vier aktiven Bereichen ist offensichtlich.In 2 demonstrates the possibility of combining four beams into four beam superimposed Bragg gratings. The combination element 11 is with the overlay 12 Correlated by four lattices. On the limit 13 of the combination element hit four beams with the directions 15 . 17 . 19 and 21 and the corresponding mode field distributions 16 . 18 . 20 and 22 , These are at the limit 14 to a ray with the direction 23 and the corresponding mode field distribution 24 combined. This beam union is the inverse of the principle of holography. The construction of a too 1 analog optical device with the coherent coupling of four active regions is obvious.

Eine Ausgestaltung der Erfindung für die Kopplung der auf dem Chip 25 monolithisch aufgebrachten drei Breitstreifen-Laser 26, 27 und 28 zeigt 3. Die drei Facetten 28 sind hochreflektierend, ein tiefer Graben 30 innerhalb des Gebietes 31 ist auf 50% Reflexions-Anteil gestaltet, was zu einer Kopplung der drei Laser mit der gemeinsamen niedrigreflektierenden Emissionsfacette 32 führt. Die vier Gebiete 26, 27, 28 und 31 werden bevorzugt von unterschiedlichen Elektroden mit Pumpstrom versorgt.An embodiment of the invention for the coupling of the on-chip 25 monolithically applied three wide-band laser 26 . 27 and 28 shows 3 , The three facets 28 are highly reflective, a deep ditch 30 within the area 31 is designed for a 50% reflection component, resulting in a coupling of the three lasers with the common low-reflection emission facet 32 leads. The four areas 26 . 27 . 28 and 31 are preferably supplied by different electrodes with pumping current.

Eine Variante des optoelektronischen Bauelementes ist in 4 dargestellt. Die sechs Verstärker 34, 35, 36, 37, 38 und 39 sind durch die drei Kombinationselemente 40, 41 und 42 mit einander gekoppelt, sodass alle Verstärker untereinander kohärent angeregt sind. Dabei sind die Einzelfacetten 43, 44, 45 und 46 hochreflektierend und die gesamte Leistung des Bauelementes wird durch die niedrig reflektierende Facette 47 in einem einzigen Strahl 48 emittiert. Die drei Kombinationselemente 40, 41 und 42 können wieder Kreuzgitter sein, und die sechs Verstärker 34, 35, 36, 37, 38 und 39 Strukturen des α-DFB-Lasers oder des PCDFB-Lasers.A variant of the optoelectronic component is in 4 shown. The six amplifiers 34 . 35 . 36 . 37 . 38 and 39 are through the three combination elements 40 . 41 and 42 coupled with each other so that all amplifiers are coherent with each other are excited. Here are the individual facets 43 . 44 . 45 and 46 highly reflective and the overall performance of the device is due to the low reflective facet 47 in a single beam 48 emitted. The three combination elements 40 . 41 and 42 can be cross grids again, and the six amplifiers 34 . 35 . 36 . 37 . 38 and 39 Structures of the α-DFB laser or PCDFB laser.

5 zeigt eine Variante des optischen Bauelementes 49, in der die sechs Verstärker 50, 51, 52, 53, 54 und 55 über die vier Kombinationselemente 56, 57, 58 und 59 gekoppelt sind. Die zusätzliche Kopplung über das Koppelelement 56 im Vergleich zu 4 bewirkt eine stabilere Kopplung der Verstärker untereinander. Die hoch reflektierenden Facetten sind wiederum 60, 61 und 62 und die niedrig reflektierende Facette ist 63, durch die die gesamte Strahlung 64 emittiert wird. 5 shows a variant of the optical component 49 in which the six amplifiers 50 . 51 . 52 . 53 . 54 and 55 about the four combination elements 56 . 57 . 58 and 59 are coupled. The additional coupling via the coupling element 56 compared to 4 causes a more stable coupling of the amplifier with each other. The highly reflective facets are in turn 60 . 61 and 62 and the low reflective facet is 63 through which the entire radiation 64 is emitted.

Eine weitere Leistungssteigerung ist möglich, wenn ein Netz von untereinander gekoppelten Verstärkern zu einer wechselseitig kohärenten Emission aus einer Vielzahl von Facetten gestaltet wird, wie das in 6 gezeigt wird. Das optoelektronische Bauelement 65 besteht aus den Verstärkern 66, 67, 68, 69, 70 und 71 und aus den Koppelelementen 72, 73, 74, 75 und 76. Die Facetten 77, 78 und 79 sind hochreflektierend und die Facetten 80, 81 82 und 83 sind niedrigreflektierend. Dann sind die durch die niedrigreflektierenden Facetten austretenden Strahlen 84, 85, 86 und 87 untereinander kohärent.A further increase in performance is possible when a network of mutually coupled amplifiers is designed to produce mutually coherent emission from a variety of facets, such as that in US Pat 6 will be shown. The optoelectronic component 65 consists of the amplifiers 66 . 67 . 68 . 69 . 70 and 71 and from the coupling elements 72 . 73 . 74 . 75 and 76 , The facets 77 . 78 and 79 are highly reflective and the facets 80 . 81 82 and 83 are low reflective. Then the rays emerging through the low-reflectance facets 84 . 85 . 86 and 87 coherent with each other.

Auch das Prinzip eines MOPA ist mit den Kopplungselementen realisierbar, wobei ein Masterozcillator über Strahlteilungselemente in verschiedene Verstärker eingekoppelt wird, die dann ihrerseits kohärente Strahlung aussenden. Ein Beispiel ist das in 7 gezeigte optoelektronische Bauelement 88. Als Masteroszillator wird der an der Facette 99 hochverspiegelte Laser 89, ein α-DFB-Laser, verwendet, der über die Koppelelemente 96, 97 und 98 in die Verstärker 90, 91, 92, 93, 94 und 95 eingekoppelt wird. Durch die entspiegelten Facetten 100, 101, 102 und 103 wird die Strahlung emittiert in Form der wechselseitig kohärenten Strahlen 104, 105, 106 und 107.The principle of a MOPA can also be realized with the coupling elements, wherein a master oscillator is coupled via beam splitting elements into different amplifiers, which in turn emit coherent radiation. An example is the in 7 shown optoelectronic component 88 , As a master oscillator, the one on the facet 99 highly reflective lasers 89 , an α-DFB laser, used over the coupling elements 96 . 97 and 98 in the amplifier 90 . 91 . 92 . 93 . 94 and 95 is coupled. Through the anti-reflective facets 100 . 101 . 102 and 103 the radiation is emitted in the form of the mutually coherent rays 104 . 105 . 106 and 107 ,

Ein Ausführungsbeispiel zeigt 8. Auf dem Chip 108 sind der α-DFB-Laser 109 und der α-DFB-Laser 110 angeordnet, die durch den Kreuzgitterbereich 111 durch Strahlkombination gekoppelt werden. Dabei ist der α-DFB-Laser 109 charakterisiert durch ein Bragg-Gitter mit der Gitterkonstante von 574 nm und der Neigung der Gitterfurchen zur Resonatorachse 118 um den Winkel 115 von 15°. Entsprechend sind die Furchen des Bragg-Gitters des α-DFB-Lasers 110 mit der Gitterkonstante von 723 nm gegen die Resonatorachse 118 um den Winkel 116 von 12° geneigt. Der α-DFB-Laser 109 ist einerseits durch die hochreflektierende Facette 112 mit der Reflektivität von 94% abgeschlossen, andererseits über den Kreuzgitter bereich 111 hinweg mit der niedrigreflektierenden Facette 114, die 0.1 % Reflektivität aufweist. Entsprechend hat die den α-DFB-Laser 110 abschließende hochreflektierende Facette 113 auch die Reflektivität 94%. Die Auskoppel facette für den α-DFB-Laser 110 ist ebenfalls die Facette 114. Die Gesamtlänge des Resonators von den Facetten 112 und 113 bis zur Facette 114 ist 2 mm. Die Elektroden-Streifenbreite des α-DFB-Lasers 109 ist 160 μm, die Elektroden-Streifenbreite des α-DFB-Lasers 110 ist 100 μm. Der vertikale Aufbau des optischen Bauelementes enthält eine aktive Zone mit einem InGaAs-Quantum-Well mit GaAsP-Barrieren, eingebettet in einen 700 nm dicken GaAs-Wellenleiterkern, der auf ein Substrat Al0,25Ga0,75As gewachsen ist und auch als Mantelschicht das Material Al0.25Ga0.75As enthält. Die Ätztiefe der Gitterfurchen mit dem Tastverhältnis 0,4 ist 140 nm. Die Furchen aus dem α-DFB-Laser 109 und aus dem α-DFB-Laser 110 sind direkt in das Gebiet 111 fortgesetzt, wo sie das Kreuzgitter bilden. Die beiden α-DFB-Laser-Bereiche 109 und 110 sowie das Gebiet 111 werden durch unabhängige Ströme angeregt. Das optoelektronische Bauelement kann auch derart betrieben werden, dass die beiden α-DFB-Laser 109 und 110 getrennte Lichtaustrittsbereiche 112 und 113 aufweisen, aber beide Laser durch ein Kreuzgitter kohärent gekoppelt sind. Dann ist die Facette 114 mit 94% Reflektivität zu verspiegeln und die Facetten 112 und 113 sind mit 0.1% Reflektivität zu entspiegeln.An embodiment shows 8th , On the chip 108 are the α-DFB laser 109 and the α-DFB laser 110 arranged through the crossbar area 111 be coupled by beam combination. In this case, the α-DFB laser 109 characterized by a Bragg grating with the lattice constant of 574 nm and the inclination of the lattice grooves to the resonator axis 118 around the angle 115 of 15 °. Correspondingly, the grooves of the Bragg grating of the α-DFB laser are 110 with the lattice constant of 723 nm against the resonator axis 118 around the angle 116 inclined by 12 °. The α-DFB laser 109 is on the one hand by the highly reflective facet 112 completed with the reflectivity of 94%, on the other hand, over the cross grid area 111 away with the low-reflective facet 114 that has 0.1% reflectivity. Accordingly, the α-DFB laser 110 final high-reflective facet 113 also the reflectivity 94%. The decoupling facet for the α-DFB laser 110 is also the facet 114 , The total length of the resonator from the facets 112 and 113 to the facet 114 is 2 mm. The electrode stripe width of the α-DFB laser 109 is 160 μm, the electrode stripe width of the α-DFB laser 110 is 100 μm. The vertical structure of the optical device includes an active zone with an InGaAs quantum well with GaAsP barriers embedded in a 700 nm thick GaAs waveguide core grown on a substrate Al 0.25 Ga 0.75 As and also as Sheath layer contains the material Al 0.25 Ga 0.75 As. The etching depth of the grating grooves with the duty factor 0.4 is 140 nm. The grooves of the α-DFB laser 109 and from the α-DFB laser 110 are right in the area 111 continued where they form the cross lattice. The two α-DFB laser areas 109 and 110 as well as the area 111 are stimulated by independent currents. The optoelectronic component can also be operated such that the two α-DFB lasers 109 and 110 separate light exit areas 112 and 113 but both lasers are coherently coupled through a grating. Then the facet is 114 to reflect with 94% reflectivity and the facets 112 and 113 are to be coated with 0.1% reflectivity.

Es entspricht dem Prinzip der Erfindung, dass die beiden α-DFB-Laser 109 und 110 auch durch spezielle optimierte Lasergestaltungen von α-DFB-Lasern oder PCDFB-Lasern mit speziellen Gestaltungen der Gitter-Richtung, Gitterform und Streifen-Elektroden-Geometrie ersetzt werden können, was sich auf die Laser der 3 bis 7 übertragen lässt.It corresponds to the principle of the invention that the two α-DFB lasers 109 and 110 can be replaced by special optimized laser designs of α-DFB lasers or PCDFB lasers with special designs of the grating direction, lattice shape and strip electrode geometry, which refers to the laser of 3 to 7 can be transferred.

Das Ausführungsbeispiel in 9 stellt eine Kombination von aktiven RW-Bereichen, aktiven, getaperten Bereichen und einem Kreuzgitter-Bereich dar. Der Chip 119 enthält die beiden Trapezlaser 120 und 123, die über den Kreuzgitterbereich 129 miteinander kohärent gekoppelt werden. Dabei besteht der Trapezlaser 120 aus dem eigentlichen aktiven Trapezteil, der im Punkt 131 in einen leicht gekrümmten aktiven Monomodewellenleiter 121 der Breite 3 μm übergeht, dessen Richtung im Punkt 131 mit der Taper-Symmetrielinie übereinstimmt, und der senkrecht auf der hochverspiegelten Facette 122 steht. Der zweite Abschluss dieses Laserresonators erfolgt nach dem Passieren der Grenzlinie des Kombinationsbereiches 128 und der Modenrichtungsänderung in 129 mittels der niedrigverspiegelten Emissionsfacette 134, aus der die Strahlung 135 emittiert wird. Analog besteht der Trapezlaser 123 aus dem eigentlichen Trapezteil und dem leicht gekrümmten aktiven Monomodewellenleiter 124 und dem hochreflektierenden Abschluss 125 an der linken Facette. Der Abschluß nach rechts erfolgt analog über die Emissionsfacette 134. Zu bevorzugen ist eine leichte Krümmung der Bragg-Gitterfurchen. Die Furchen des Bragg-Untergitter-Systems 130 sind dann Parabeln mit dem Brennpunkt 131, während die Furchen des Bragg-Untergitter-Systems 132 Parabeln mit dem Brennpunkt 133 sind.The embodiment in 9 represents a combination of active RW areas, active, taped areas, and a cross-grating area. The chip 119 contains the two trapezoidal lasers 120 and 123 that cross the crossbar area 129 be coherently coupled with each other. There is the trapezoidal laser 120 from the actual active trapezoid part, which is in point 131 in a slightly curved single mode active waveguide 121 the width of 3 microns passes, whose direction in the point 131 coincides with the Taper symmetry line, and the perpendicular to the highly reflective facet 122 stands. The second termination of this laser resonator occurs after passing the boundary line of the combination area 128 and the mode direction change in 129 by means of the low-reflection emission facet 134 from which the radiation 135 is emitted. Analog exists the trapezoidal laser 123 from the owner trapezoidal part and the slightly curved active single mode waveguide 124 and the highly reflective finish 125 on the left facet. The conclusion to the right is analogous to the emission facet 134 , To prefer is a slight curvature of the Bragg lattice grooves. The furrows of the Bragg subgrid system 130 are then parabolas with the focus 131 while the furrows of the Bragg subgrid system 132 Parabolas with the focus 133 are.

Eine vorteilhafte Dimensionierung für die Emissionswellenlänge 735 nm ist: Die Länge des Chips 119 von den hochreflektierenden Facetten 122 und 125 bis zur Facette 135 beträgt 4 mm. Die beiden einmodig verstärkenden Bereiche 121 und 124 sind je 1mm lang. Der volle Divergenzwinkel der beiden Trapezbereiche 120 und 121 ist beide Male 4°. Der Neigungswinkel 126 der Achse des Taperbereiches 120 gegen die Chipachse 128 ist 15° und der Neigungswinkel 127 der Achse des Taperbereiches 123 gegen die Chipachse 128 ist 12°. Die Furchen 130 des auf den Taperbereich 120 bezogenen Teilgitters sind am Durchstoßpunkt der Achse 128 durch die Facette 134 gegen diese Achse um den Bragg-Winkel 7,5° geneigt, während die entsprechende Neigung der Furchen 132, die sich auf den Taperbereich 123 beziehen, 6° beträgt. Die Bragg-Gitterkonstante an diesem Durchstoßpunkt hat für das Furchensystem 130 den Wert 804 nm und für das Furchensystem 132 den Wert 1005 nm. Die Ausdehnung des Koppelbereiches 129 hat von der Linie 128 bis zur Facette 134 den Wert 800 μm. Das Kreuzgitters hat eine Koppelkonstante von 6 cm-1. Die hochverspiegelten Facetten haben eine Reflektivität von 94% und die entspiegelte Facette hat eine Reflektivität von 1%. Die Krümmungsradien der RW-Bereiche 121 und 124 sind 4 mm und größer. Damit können Zusatzverluste durch Krümmung vernachlässigt werden.An advantageous dimensioning for the emission wavelength 735 nm is: The length of the chip 119 from the highly reflective facets 122 and 125 to the facet 135 is 4 mm. The two single-mode reinforcing areas 121 and 124 are each 1mm long. The full divergence angle of the two trapezoid areas 120 and 121 is 4 ° both times. The angle of inclination 126 the axis of the Taperbereiches 120 against the chip axis 128 is 15 ° and the angle of inclination 127 the axis of the Taperbereiches 123 against the chip axis 128 is 12 °. The furrows 130 of the Taperbereich 120 related sublattice are at the puncture point of the axis 128 through the facet 134 inclined to this axis by the Bragg angle 7.5 °, while the corresponding inclination of the furrows 132 focusing on the Taperbereich 123 refer 6 °. The Bragg lattice constant at this puncture point has for the furrow system 130 the value 804 nm and for the furrow system 132 the value 1005 nm. The extent of the coupling region 129 got off the line 128 to the facet 134 the value 800 μm. The cross lattice has a coupling constant of 6 cm -1 . The highly reflective facets have a reflectivity of 94% and the non-reflective facet has a reflectivity of 1%. The radii of curvature of the RW areas 121 and 124 are 4 mm and larger. Thus, additional losses due to curvature can be neglected.

Claims (16)

Optoelektronisches Element, umfassend schichtweise angeordnete Materialien mit unterschiedlichen komplexen Brechungsindices, wobei mindestens eine Schicht aktive Bereiche und mindestens eine Schicht wellenleitende Bereiche mit mindestens einer Modenfelder durch Beugung transformierenden Zone (Transformationszone) aufweist, wobei die Transformationszonen lokale Änderungen des effektiven komplexen Brechungsindex aufweisen, die als partiell reflektierende tiefe Gräben, Kombinationen von planaren Mikroprismen, Mikrolinsen und/oder planare diffraktive Strukturen ausgebildet sind, und die aktiven Bereiche kohärent gekoppelt sind, indem die aktiven Bereiche über die Transformationszonen derart verbunden und die Transformationszonen derart ausgebildet sind, dass – Strahlung aus mindestens zwei aktiven Bereichen in eine Transformationszone geleitet und beim Durchlaufen der Transformationszone zu einem Strahl überlagert und/oder – Strahlung aus einem aktiven Bereich in eine Transformationszone geleitet und beim Durchlaufen der Transformationszone in mehrere Strahlen geteilt wird, und die über die Transformationszonen verbundenen aktiven Bereiche wenigstens Teilbereiche ohne Gitterstruktur oder mit höchstens einer Einfachgitterstruktur aufweisen, und die aktiven Bereiche als RW-Laser-Strukturen, Breitstreifenlaser-Strukturen, α-DFB-Laser-Strukturen, Kreuzgitterlaser-Strukturen, photonische Kristall-Laser-Strukturen oder Taperlaser-Strukturen ausgebildet sind.Optoelectronic element, full in layers arranged materials with different complex refractive indices, wherein at least one layer comprises active areas and at least one Layer waveguiding areas with at least one mode fields by diffraction transforming zone (transformation zone), wherein the transformation zones local changes of the have effective complex refractive index, considered partial reflective deep trenches, Combinations of planar microprisms, microlenses and / or planar diffractive structures are formed, and the active areas coherent are coupled by the active areas over the transformation zones so connected and formed the transformation zones such are that - radiation from at least two active areas into a transformation zone passed and superimposed when passing through the transformation zone to a beam and or - radiation passed from an active area to a transformation zone and when passing through the transformation zone divided into several beams becomes, and the above the transformation zones associated active areas at least Partitions without lattice structure or with at most a single lattice structure and the active regions as RW laser structures, broad-stripe laser structures, .alpha.-DFB laser structures, Cross-Grating Laser Structures, Photonic Crystal Laser Structures or Taperlaser structures are formed. Optoelektronisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aktiven Bereiche und die Transformationsbereiche derart angeordnet sind, dass die Strahlung nach Durchlaufen eines Transformationsbereichs in mindestens einen aktiven Bereich eingekoppelt wird.Optoelectronic element according to claim 1, characterized characterized in that the active areas and the transformation areas are arranged such that the radiation after passing through a transformation region is coupled into at least one active area. Optoelektronisches Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkopplung durch partielle Facettenreflexion und/oder reflektierende Teilbereiche realisiert wird.Optoelectronic element according to claim 2, characterized characterized in that the coupling by partial facet reflection and / or reflective partial areas is realized. Optoelektronisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die diffraktive Struktur quer und längs zur Moden-Ausbreitungsrichtung Moden-transformierend wirkende Änderungen des effektiven Brechungsindex aufweist.Optoelectronic element according to one of claims 1 to 3, characterized in that the diffractive structure is transverse and along the Mode propagation direction Mode-transforming changes having the effective refractive index. Optoelektronisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das optoelektronische Element durch mindestens eine teilverspiegelte Facette am Rande abgeschlossen ist, und mindestens zwei α-DFB-Laser über eine als Kreuzgitter oder Vielfachgitter ausgebildete Transformationszone zu kohärenter Emission gekoppelt sind derart, dass die Strahlung der gekoppelten Laser das optoelektronische Element über eine gemeinsame Facette verlässt.Optoelectronic element according to one of claims 1 to 4, characterized in that the optoelectronic element by completed at least a partially mirrored facet on the edge and at least two α-DFB lasers over one Cross lattice or multiple lattice trained transformation zone too coherent Emission coupled are such that the radiation of the coupled laser the optoelectronic element over leaves a common facet. Optoelektronisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein über das optoelektronische Element hinweg verteiltes Netz von aktiven Bereichen und Kreuzgitter- oder Vielfachgitter-Koppelelementen in wechselseitiger Kopplung zu einer kohärenten Kopplung aller aktiven Bereiche führt.Optoelectronic element according to one of claims 1 to 3, characterized in that a via the optoelectronic element distributed network of active areas and cross-lattice or multiple lattice coupling elements in mutual coupling to a coherent coupling of all active areas leads. Optoelektronisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das optoelektronische Element gekrümmte Bragg-Gitter umfasst, welche derart angeordnet sind, dass sie Teile von unterschiedlichen aktiven Bereichen aufeinander abbilden.Optoelectronic element according to one of claims 1 to 3, characterized in that the optoelectronic element curved Bragg gratings which are arranged so that they are parts of different Represent active areas on each other. Verfahren zur kohärenten Kopplung von aktiven Bereichen in optoelektronischen Bauelementen, wobei das optoelektronische Bauelement aus schichtweise angeordneten Materialien mit unterschiedlichen komplexen Brechungsindices aufgebaut ist, mindestens eine Schicht aktive Bereiche und mindestens eine Schicht wellenleitende Bereiche mit mindestens einer Modenfelder durch Beugung transformierenden Zone (Transformationszone) aufweist, wobei die Transformationszonen lokale Änderungen des effektiven komplexen Brechungsindex aufweisen, die als partiell reflektierende tiefe Gräben, Kombinationen von planaren Mikroprismen, Mikrolinsen und/oder planare diffraktive Strukturen ausgebildet sind, und die kohärente Kopplung erfolgt, indem die aktiven Bereiche über die Transformationszonen derart verbunden und die Transformationszonen derart ausgebildet sind, dass – Strahlung aus mindestens zwei aktiven Bereichen in eine Transformationszone geleitet und beim Durchlaufen der Transformationszone zu einem Strahl überlagert und/oder – Strahlung aus einem aktiven Bereich in eine Transformationszone geleitet und beim Durchlaufen der Transformationszone in mehrere Strahlen geteilt wird, und die über die Transformationszonen verbundenen aktiven Bereiche wenigstens Teilbereiche ohne Gitterstruktur oder mit höchstens einer Einfachgitterstruktur aufweisen, und als aktive Bereiche RW-Laser-Strukturen, Breitstreifenlaser-Strukturen, α-DFB-Laser-Strukturen, Kreuzgitterlaser-Strukturen, photonische Kristall-Laser-Strukturen oder Taperlaser-Strukturen verwendet werden.Method of coherent Coupling of active areas in optoelectronic devices, wherein the optoelectronic component of layered materials constructed with different complex refractive indices, at least a layer of active regions and at least one layer waveguiding Regions with at least one modal fields transforming by diffraction Zone (transformation zone), where the transformation zones local changes of the have effective complex refractive index, considered partial reflective deep trenches, Combinations of planar microprisms, microlenses and / or planar diffractive structures are formed, and the coherent coupling takes place by moving the active areas over the transformation zones so connected and formed the transformation zones such are that - radiation from at least two active areas into a transformation zone passed and superimposed when passing through the transformation zone to a beam and or - radiation passed from an active area to a transformation zone and when passing through the transformation zone divided into several beams becomes, and the above the transformation zones associated active areas at least Partitions without lattice structure or with at most a single lattice structure and, as active regions, RW laser structures, broad-stripe laser structures, .alpha.-DFB laser structures, cross-grating laser structures, photonic crystal laser structures or taper laser structures be used. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten aus Halbleitermaterialien bestehen und ein optischer Gewinn in den aktiven Bereichen durch eine Stromzuführung in aktiven, in die Wellenleiter-Schichtenfolge eingebrachten p-n-Übergängen erzeugt wird.Method according to claim 8, characterized in that the layers consist of semiconductor materials and an optical one Gain in the active areas by a power supply in active, in the waveguide layer sequence introduced p-n junctions generated becomes. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewinn erzeugt wird durch externes Pumpen von Halbleiterschichten oder von aktiven Ionen oder Farbstoffen, die in die aktiven Bereiche des Wellenleiters eingelagert sind.Method according to claim 9, characterized in that that the gain is generated by externally pumping semiconductor layers or of active ions or dyes that are in the active areas of the waveguide are embedded. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das optoelektronische Element durch mindestens eine teilverspiegelte Facette am Rande abgeschlossen wird, und mindestens zwei α-DFB-Laser über Kreuzgitter- oder Vielfachgitter-Koppelelemente zu kohärenter Emission gekoppelt werden und die Strahlung der gekoppelten Laser das optoelektronische Element über eine gemeinsame Facette verlässt.Method according to one of claims 8 to 10, characterized that the optoelectronic element by at least one partially mirrored facet is completed on the edge, and at least two α-DFB lasers are cross-lattice or multiple lattice coupling elements are coupled to coherent emission and the coupled laser radiation over the optoelectronic element common facet leaves. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein α-DFB-Laser als Quell-Oszillator verwendet wird, der über Kreuzgitter- oder Vielfachgitter- Koppelelemente in weitere aktive Bereiche einkoppelt.Method according to one of claims 8 to 11, characterized that an α-DFB laser as Source oscillator is used, which via cross-lattice or multiple lattice coupling elements in other active areas coupled. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene aktive Bereiche über verschiedene Facetten wechselseitig kohärent emittieren.Method according to one of claims 8 to 12, characterized that different active areas alternately over different facets coherent emit. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung einer Anzahl von aktiven Bereichen durch kaskadenförmig angeordnete Transformationszonen und weitere aktive Bereiche zusammengefasst und in einem Strahl über eine Facette emittiert wird.Method according to one of claims 8 to 12, characterized that the radiation of a number of active areas arranged by cascading Transformation zones and other active areas are summarized and in a beam over a facet is emitted. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedliche aktive Bereiche mit voneinander unabhängigen Strömen angeregt oder moduliert werden.Method according to one of claims 8 to 14, characterized that excited different active areas with independent currents or modulated. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass gekrümmte Bragg-Gitter Teile von unterschiedlichen aktiven Bereichen aufeinander abbilden.Method according to one of claims 8 to 15, characterized that curved Bragg grating Depict parts of different active areas on each other.
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