DE102004040080B4 - Optisch gepumpte Halbleiter-Laservorrichtung - Google Patents

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    • H01S5/041Optical pumping

Abstract

Optisch gepumpte Halbleiterlaservorrichtung mit
– mindestens zwei oberflächenemittierenden Verstärkerbereichen (2), die je mindestens eine strahlungserzeugende Quantentopfstruktur und parallel dazu je eine interne Resonatorspiegelstruktur aufweisen,
– mindestens einer Pumpstrahlungsquelle (3) zum optischen Pumpen der Verstärkerbereiche (2),
wobei die mindestens zwei Verstärkerbereiche (2) und die Pumpstrahlungsquellen (3) monolithisch integriert ausgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass
außerhalb der monolithisch integrierten Verstärkerbereiche (2) und Pumpstrahlungsquellen (3) externe Resonatorspiegel (10–14) vorgesehen sind, die zusammen mit den internen Resonatorspiegelstrukturen einen optischen Resonator bilden,
wobei die mindestens zwei Verstärkerbereiche (2) entlang einer Geraden angeordnet sind und
wobei die Hauptstrahlungsrichtung der Pumpstrahlungsquellen (3) quer, vorzugsweise senkrecht zu dieser Geraden verläuft.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine optisch gepumpte Halbleiter-Laservorrichtung mit monolithisch integrierten Pumpstrahlungsquellen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Solche Halbleiter-Laservorrichtungen und Herstellungsverfahren dafür sind aus den Druckschriften WO 01/93386 A1 und DE 100 26 734 A1 bekannt.
  • In der WO 01/93386 A1 wird eine optisch gepumpte, oberflächenemittierende Halbleiter-Laservorrichtung mit mindestens einer strahlungserzeugenden Quantentopfstruktur als Verstärkerbereich und mindestens einem kantenemittierenden Halbleiterlaser als Pumpstrahlungsquelle beschrieben, wobei die Quantentopfstruktur und der mindestens eine kantenemittierende Halbleiterlaser auf einem gemeinsamen Substrat epitaktisch aufgewachsen sind. Die durch das epitaktische Aufwachsen auf einem gemeinsamen Substrat entstehende monolithisch integrierte Anordnung aus Verstärkerbereich und Pumpstrahlungsquelle ist platzsparend, kostengünstig und erlaubt eine genaue Positionierung von Verstärkerbereich und Pumpstrahlungsquellen zueinander.
  • Eine Erhöhung der Ausgangsleistung einer solchen Halbleiter-Laservorrichtung ist prinzipiell durch eine Vergrößerung des gepumpten Verstärkervolumenserreichbar. Zur Abfuhr der im Verstärkerbereich auftretenden Wärme ist üblicherweise die der emittierenden Fläche gegenüberliegenden Seite der Halbleiter-Laservorrichtung mit einer Wärmesenke verbunden. Im Dauerbetrieb (cw-Modus) ist die erreichbare Ausgangsleistung von Halbleiter-Laservorrichtungen dann dadurch limitiert, dass die entstehende Verlustwärme aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit der eingesetzten Halbleitermaterialien nur in gewissen Grenzen abgeführt werden kann. Bei einer Vergrößerung des gepumpten Verstärkervolumens ist es daher vorteilhaft, den lateralen Durchmesser der Verstärkerbereiche zu vergrößern, da mit steigendem Durchmesser auch die Fläche vergrößert wird, über die die Verlustleistung abgeführt werden kann. Die starke Absorption der Pumpstrahlung im Verstärkerbereich und die damit einhergehende geringe Eindringtiefe der Pumpstrahlung führen mit steigendem Lateraldurchmesser der Verstärkerbereiche nachteilig zu einer zunehmend inhomogenen Verteilung der Pumpstrahlungsleistungsdichte innerhalb der Verstärkerbereiche.
  • Die Druckschrift WO 03/094311 A2 beschreibt eine optisch gepumpte Halbleiter-Laservorrichtung der eingangs genannten Art, bei der die Geometrien von Pumpstrahlungsquelle und Quantentopfstruktur als Verstärkerbereich in der Weise optimiert sind, dass die Quantentopfstruktur möglichst gleichförmig gepumpt wird. Das genannte Problem der Inhomogenität der Pumpstrahlungsleistungsdichte in den Verstärkerbereichen kann durch die beschriebene Anordnung zwar verringert werden, ist aber nicht beliebig skalierbar.
  • In der Druckschrift DE 199 54 093 A1 ist eine elektrisch gepumpte Halbleiter-Laservorrichtung beschrieben, bei der mehrere Halbleiterelemente nebeneinander in einem gemeinsamen gefalteten Resonator angeordnet sind. Der Resonator weist einen oder mehrere außerhalb der Halbleiterelemente positionierte Resonatorspiegel auf. Die so erreichte optische Reihenschaltung der Halbleiterelemente ermöglicht eine hohe optische Ausgangsleistung. Zur Wärmeabfuhr ist vorgesehen, die Halbleiterelemente auf einem Träger, der als Wärmesenke fungiert, zu montieren.
  • Die Druckschriften DE 199 27 054 A1 und US 5,553,088 A beschreiben ähnliche Laseranordnungen mit gefalteten Resonatoren für optisch gepumpte Laserelemente. Nach der Lehre der DE 199 27 054 A1 wird zum optischen Pumpen der Laserelemente ein Pumplichtstrahl parallel zum erzeugten Laserstrahl im Resonator geführt. In einem Ausführungsbeispiel der US US 5,553,088 A sind mehrere scheibenförmige Laserelemente in zwei sich gegenüberliegenden Reihen derart angeordnet, dass ein gemeinsamer gefalteter Resonator gebildet wird. Die Laserelemente werden durch zwischen ihnen positionierte separate Diodenlaser optisch gepumpt. Die zwischen den Laserelementen angeordneten Pumplaser erschweren jedoch einen kompakten Aufbau. Zudem kann sich die erforderliche präzise Ausrichtung der einzelnen Laserelemente zueinander als problematisch erweisen.
  • Darüber hinaus ist der Einsatz von Fabry-Perot Filter in externen Resonatoren bekannt. Die Druckschrift DE 103 13 322 A1 offenbart einen elektrisch gepumpten Halbleiterlaser mit einem externen Resonatorspiegel. Im Strahlengang zwischen dem Halbleiterlaser und dem externen Resonatorspiegel ist ein Fabry-Perot Filter zur Frequenzabstimmung vorgesehen. Aus der Druckschrift US 6,122,417 A ist eine Anordnung bekannt, bei der mehrere optisch hintereinander angeordnete Fabry-Perot Filter eingesetzt werden, um Laserlicht unterschiedlicher Wellenlänge, das von einzelnen elektrisch gepumpten Halbleiterlasern erzeugt wird, in einem Strahl zusammen zu führen.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleiter-Laservorrichtung anzugeben, bei der die oberflächenemit tierenden Verstärkerbereiche und die Pumpstrahlungsquellen monolithisch integriert sind, bei der zum einen die laterale, einer externen Kühlung zugängliche Fläche der Verstärkerbereiche gegenüber bekannten Ausführungsformen von solchen Halbleiter-Laservorrichtungen vergrößert ist, bei der zum anderen das Verstärkervolumen möglichst homogen gepumpt werden kann und die kompakt aufgebaut werden kann.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Verglichen mit dem Stand der Technik ermöglicht der erfindungsgemäße Einsatz eines externen optischen Resonators die Aufteilung des Verstärkervolumens auf mehrere Verstärkerbereiche. Bei gleichem Volumen weisen die Verstärkerbereiche so eine vielfache Oberfläche zur Wärmeabfuhr auf, wodurch eine bessere thermische Ankopplung an eine Wärmesenke erreicht wird. Folglich kann insgesamt ein größeres Volumen der Verstärkerbereiche realisiert werden und so eine größere Ausgangsleistung der Halbleiter-Laservorrichtung erreicht werden. Dadurch, dass die Haupstrahlungsrichtung der Pumpstrahlungsquellen quer, vorzugsweise senkrecht zu der Geraden, entlang derer die Verstärkerbereiche angeordnet sind, verläuft, können die Verstärkerbereiche nah zueinander positioniert sein, was einen kompakten Aufbau erlaubt. Weiterhin ist es so möglich, die von den Verstärkerbereichen abgewandte Endfläche der Pumpstrahlungsquellen durch Ritzen und Brechen bzw. Ätzen zu erzeugen und zu verspiegeln, ohne die einzelnen monolithisch integrierten Kombinationen aus Verstärkerbereich und Pumpstrahlungsquellen aus dem Waferverbund voneinander zu trennen. Bedingt durch den Herstellungsprozess im Waferver bund sind so zudem die Abstände zwischen den Verstärkerbereichen hochpräzise definiert.
  • Als aktive, strahlungserzeugende Zone der Verstärkerbereiche ist mindestens je eine Quantentopfstruktur vorgesehen. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur umfasst im Rahmen der Anmeldung jegliche Struktur, bei der Ladungsträger durch Einschluss (”confinement”) eine Quantisierung ihrer Energiezustände erfahren. Insbesondere beinhaltet die Bezeichnung Quantentopfstruktur keine Angabe über die Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit u. a. Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen.
  • Der optische Resonator weist externe Resonatorspiegel auf, die bevorzugt konkave oder plane Spiegel sind. Besonders bevorzugt ist, die externen Resonatorspiegel einstückig auszubilden. Zur Auskopplung des Laserlichts aus dem Resonator ist ein Auskoppelspiegel vorgesehen, dessen Reflektivität optional wellenlängenabhängig ist. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist ein Reflektionsgitter als Auskoppelspiegel vorgesehen.
  • Weiterhin weist der optische Resonator interne Resonatorspiegelstrukturen auf, die bevorzugt Bragg-Reflektoren sind. Zusätzlich können im Resonator strahlformende Elemente und/oder frequenzselektive und/oder frequenzkonvertierende Elemente angeordnet sein.
  • Im Rahmen der Erfindung können die Verstärkerbereiche die gleichen oder verschiedene Verstärkungsspektren aufweisen. Je Verstärkerbereich ist in einer Ausführungsform mindestens eine Pumpstrahlungsquelle vorhanden. Die Pumpstrahlungsquellen sind bevorzugt elektrisch gepumpte, kantenemittierende Halbleiterlaser. Vorteilhafterweise ist die Wellenlänge der Pumpstrahlungsquellen kürzer als die der Strahlung im Resonator.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Verstärkerbereiche zur Kühlung mit einer Wärmesenke verbunden.
  • Im Folgenden ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme von sechs Figuren näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Schnittansichtansicht einer Halbleiter-Laservorrichtung,
  • 2 eine schematische Aufsicht auf die Halbleiterscheibe der in den 1 und 6 gezeigten Halbleiter-Laservorrichtung,
  • 3 eine schematische Seitenansicht einer Halbleiter-Laservorrichtung gemäß der Erfindung,
  • 4 eine schematische Aufsicht auf die Halbleiterscheibe der Ausführungsbeispiele nach 3 und 5,
  • 5 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Halbleiter-Laservorrichtung gemäß der Erfindung und
  • 6 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Halbleiter-Laservorrichtung.
  • Die Figuren sind schematische Zeichnungen. Insbesondere sind die Größenverhältnisse der Elemente nicht maßstabsgerecht dargestellt. Zum besseren Verständnis sind einige Details in den Figuren übertrieben groß dargestellt. Gleiche oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer ersten optisch gepumpten Halbleiter-Laservorrichtung. Bei dieser sind zwei Halbleiterscheiben 1, die jeweils einen Verstärkerbereich 2 sowie zwei Pumpstrahlungsquellen 3 aufweisen, auf einen Träger 4 aufgebracht. Gegenüber den Halbleiterscheiben 1 sind drei externe Resonatorspiegel 10, 11 angeordnet.
  • Die beiden Halbleiterscheiben 1 weisen mittig einen Verstärkerbereich 2 auf und symmetrisch dazu angeordnet zwei Pumpstrahlungsquellen 3. Die aktive, oberflächenemittierende Zone der Verstärkerbereiche 2 wird beispielsweise durch eine Vielzahl an Quantentopfstrukturen gebildet, wobei Materialien und Geometrie der Quantentopfstrukturen so gewählt sind, dass das wellenlängenabhängige Verstärkungsspektrum der Quantentopfstruktur günstigerweise bei der gewünschten Wellenlänge der Halbleiter-Laservorrichtung ein Maximum aufweist. In Richtung des Trägers 4 befindet sich auf der Quantentopfstruktur eine spiegelnde Schicht oder Schichtenfolge, die im Folgenden als interne Resonatorspiegelstruktur bezeichnet wird. Bevorzugt ist hier eine für die gewünschte Wellenlänge hoch reflektierende Braggreflektor-Schichtenfolge.
  • Die Pumpstrahlungsquellen 3 sind als kantenemittierende elektrisch gepumpte Halbleiterlaser ausgeführt, deren Hauptstrahlungsrichtung auf die Verstärkerbereiche 2 zeigt. Die von den Verstärkerbereichen 2 abgewandten, parallel zueinander liegenden Endflächen der Pumpstrahlungsquellen 3 sind als spiegelnd ausgebildet und dienen als Resonatorspiegel. Diese können beispielsweise durch Spalten und/oder Ätzen erzeugt sein und optional hoch reflektierend verspiegelt sein. Die jeweils um einen Verstärkerbereich 2 angeordneten Pumpstrahlungsquellen 3 können dabei als zwei unabhängige einzelne Laser ausgeführt sein oder können einen einzigen, kohärent schwingenden Laser bilden. Im letzteren Fall ist damit der Verstärkerbereich 2 im Resonator des gemeinsamen Lasers angeordnet, wodurch die gesamte im Resonator gespeicherte optische Leistung als Pumpleistung zur Verfügung steht.
  • Zum effektiven Pumpen, also zum Erreichen einer hohen Besetzungsinversion in den Quantentopfstrukturen der Verstärkerbereiche (2), sind die Pumpstrahlungsquellen (3) so ausgelegt, dass sie Strahlung mit einer kleineren Wellenlänge emittieren als die Verstärkerbereiche (2).
  • Es ist möglich, dass die Halbleiterscheiben 1 unter den Verstärkerbereichen 2 bzw. den Pumplaserstrukturen 3 noch das Substrat aufweisen, auf dem die beiden genannten Strukturen monolithisch integriert aufgewachsen wurden. Die Halbleiterscheiben 1 werden dann mit diesem Substrat zum Träger 4 weisend auf diesen aufgebracht. Alternativ ist jedoch auch ein Herstellungsverfahren denkbar, bei dem Verstärkerbereiche 2 und Pumpstrahlungsquellen 3 in umgekehrter Schichtreihenfolge auf ein Substrat aufgewachsen werden, welches nach dem Aufwachsprozess, z. B. chemisch, entfernt wird. Die Halbleiterscheiben 1 liegen dann als so genannte Dünnfilmstruktur vor und werden mit der zuletzt aufgewachsenen Schicht zum Träger weisend auf diesen aufgebracht. In beiden Fällen dient der Träger 4 auch als Wärmesenke für die in der Halbleiterscheibe 1 anfallende Wärme. Es ist daher günstig, die Verbindung von den Halbleiterscheiben 1 zum Träger 4 wärmeleitend auszuführen, beispielsweise durch Verlöten mit einem niedrig schmel zenden Lot wie Indium. Beide in diesem Ausführungsbeispiel eingesetzten Halbleiterscheiben 1 stammen bevorzugt aus einem Waferverbund. Damit ist ein möglichst identischer Aufbau der Strukturen und damit ein möglichst identisches Verstärkerspektrum der Verstärkerbereiche gegeben. Das Erzeugen verspiegelter Endflächen für die Pumplaserstrukturen 3 kann jedoch bedingen, dass die Halbleiterscheiben 1 getrennt aus dem Waferverbund gelöst werden müssen und voneinander getrennt auf den Träger 4 aufgebracht werden.
  • Wie in 1 zu sehen ist, befinden sich auf der dem Träger 4 abgewandten Seite der Halbleiterscheiben 1 die externen Resonatorspiegel 10 und 11. Die Spiegel sind so angeordnet, dass zusammen mit den internen Resonatorspiegelstrukturen der Verstärkerbereiche 2 ein in sich geschlossener, gefalteter optischer Resonator gebildet wird. Die externen Resonatorspiegel 10, 11 sind als Konkavspiegel ausgeführt, um die Ausbildung einer stabilen Lasermode im Resonator zu begünstigen. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Oberfläche der Spiegel sphärisch, aber andere konkave Geometrien sind denkbar. Als externen Resonatorspiegel 10, 11 können beispielsweise metallisierte Glassubstrate eingesetzt werden. Zwei der externen Resonatorspiegel 10 sind hoch reflektierend, wohingegen der dritte externe Resonatorspiegel 11 einen etwas geringeren Reflexionskoeffizienten aufweist und damit als Auskoppelspiegel dient. Die oberflächenemittierenden Quantentopfstrukturen beider Verstärkerbereiche 2 befinden sich dann innerhalb des so gebildeten gemeinsamen Resonators. Der gemeinsame Resonator koppelt die optisch gepumpten Quantentopfstrukturen sodass ein gemeinsam kohärent schwingender Laser gebildet wird.
  • Typische Abstände zwischen den Halbleiterscheiben 1 und den externen Resonatorspiegeln 10, 11 liegen im Millimeter- bis Zentimeterbereich. Die externen Resonatorspiegel 10, 11 können an einem gemeinsamen, hier nicht gezeigten Halter angeordnet sein, der bevorzugt aus einem Material mit einem geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht. Dieser Halter kann fest mit dem Träger 4 verbunden sein, wodurch insgesamt eine kompakte Halbleiter-Laservorrichtung gebildet wird.
  • 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer optisch gepumpten Halbleiter-Laservorrichtung gemäß der Erfindung in einer schematischen Schnittdarstellung. Im Unterschied zu der in 1 gezeigten Anordnung weist dieses Ausführungsbeispiel nur eine Halbleiterscheibe 1 auf, auf der sich vier Verstärkerbereiche 2 mit zugehörigen Pumpstrahlungsquellen 3 befinden. Es sind fünf externe Resonatorspiegel 10 bis 12 vorgesehen, von denen die drei mittleren einstückig ausgebildet sind.
  • Der Aufbau jedes Verstärkerbereichs 2 mit zugehörigen Pumpstrahlungsquellen 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel analog zu dem in 1 gezeigten Beispiel. Die Verstärkerbereiche 2 sind wiederum auf einer Geraden angeordnet. Die Anordnung der Pumpstrahlungsquellen 3 ist jedoch erfindungsgemäß so gewählt, dass ihre Hauptstrahlungsrichtung senkrecht zu dieser Geraden liegt. Das ermöglicht, die von den Verstärkerbereichen 2 abgewandte Endfläche der Pumpstrahlungsquellen 3 durch Ritzen und Brechen bzw. Ätzen zu erzeugen und zu verspiegeln, ohne die einzelnen, monolithisch integrierten Kombinationen aus Verstärkerbereich 2 und Pumpstrahlungsquellen 3 aus dem Waferverbund voneinander zu trennen. Vorteilhaft an dieser Ausführung ist, dass zum einen nur eine Halbleiterscheibe 1 auf dem Träger 4 angebracht werden muss und zum anderen, dass bedingt durch den Herstellungsprozess im Waferverbund die Abstände zwischen den Verstärkerbereichen 2 hochpräzise definiert sind.
  • 4 zeigt diese Anordnung analog zu 2 schematisch in einer Aufsicht. Es versteht sich, dass jede beliebige andere relative Anordnung von Pumpstrahlungsquellen 3 und Verstärkerbereich 2 im Rahmen der Erfindung ebenfalls möglich ist. Auch die Anzahl der Pumpstrahlungsquellen 3 pro Verstärkerbereich 2 ist nicht auf den hier gezeigten Fall beschränkt. Es können sowohl mehr als auch weniger als zwei Pumpstrahlungsquellen 3 pro Verstärkerbereich 2 vorgesehen sein. Auch der Einsatz von Pumpstrahlungsquellen 3 mit zwei emittierenden Endflächen ist möglich, sodass von einer Pumpstrahlungsquelle 3 zwei Verstärkerbereiche gepumpt werden.
  • Entsprechend der Anzahl von vier Verstärkerbereichen in der gezeigten Anordnung sind fünf externe Resonatorspiegel 10 bis 12 vorgesehen, um einen gemeinsamen, die vier Verstärkerbereiche 2 verbindendenden Resonator zu bilden. Drei der externen Resonatorspiegel 12 sind einstückig ausgebildet. Solche einstückigen Spiegelstrukturen lassen sich einfach und kostengünstig in einem Prägeverfahren aus Glas, das im Anschluss mit einer hochreflektierenden Metallschicht versehen wird, erzeugen. Herstellungsbedingt sind dadurch die Abstände zwischen den einzelnen Spiegeln gut definiert. Weiterhin wird auf diese Weise die Anzahl der diskreten zu positionierenden Elemente des Resonators verringert, was den Herstellungsprozess der Gesamtanordnung vereinfacht und Justageprobleme verringert. Wiederum können die externen Resonatorspiegel 1012 mit Hilfe eines gemeinsamen Halters relativ zum Träger 4 positioniert werden, sodass insgesamt eine kompakte Halbleiter-Laservorrichtung entsteht.
  • 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer optisch gepumpten Halbleiter-Laservorrichtung gemäß der Erfindung in einer schematischen Schnittdarstellung. Die Halbleiterscheibe 1 mit Verstärkerbereichen 2 und Pumplaserstrukturen 3, aufgebracht auf den Träger 4, ist analog zu dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel. Unterschiedlich ist hier der Einsatz von planen externen Resonatorspiegeln 13 und 14. Einer dieser externen Resonatorspiegel 13 ist teilreflektierend und wirkt damit als Auskoppelspiegel für den Laserstrahl. Der zweite externe Resonatorspiegel 14 übernimmt einstückig ausgebildet die Funktion von vier diskreten Spiegeln. Zur Unterstützung der Ausbildung einer stabilen Lasermode im Resonator sind als strahlformende Elemente Konvexlinsen in Form einer einstückigen Linsenanordnung 15 im Resonator vorgesehen. Die planen externen Resonatorspiegel 13 und 14 haben zusammen mit den Konvexlinsen der Linsenanordnung 15 ein optisches Abbildungsverhalten, das den konkaven externen Resonatorspiegeln 10 bis 12 entspricht. Anstelle von Linsen können auch andere strahlformende optische Elemente im Resonator verwendet werden. Ebenfalls sind andere als die hier gezeigten externen Resonatorspiegel denkbar. Beispielsweise kann ein reflektierendes Beugungsgitter vorteilhaft als externer Resonatorspiegel mit frequenzselektierenden Eigenschaften in einer als Littrow-Laser bekannten Anordnung eingesetzt werden.
  • In allen bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen werden Verstärkerbereiche 2 mit möglichst identischen Quantentopfstrukturen eingesetzt, was zur Ausbildung einer monochromatischen, spektral schmalen Lasermode führt. Alternativ ermöglicht die erfindungsgemäße Aufteilung des Verstärkervolumens auf mehrere Verstärkerbereiche 2 aber auch, Verstärkerbereiche 2 mit unterschiedlichen Verstärkungsspektren einzusetzen.
  • Auf diese Weise lassen sich Halbleiter-Laservorrichtungen realisieren, die Laserlicht verschiedener Frequenz emittieren (Zwei- oder Mehrfarbenlaser; spektral breite Laser).
  • 6 zeigt eine weitere Halbleiter-Laservorrichtung in einer schematischen Schnittzeichnung. Die Halbleiterscheiben 1 mit Verstärkerbereichen 2 und Pumpstrahlungsquellen 3 sowie der Träger 4 sind wie beim Beispiel von 1 ausgeführt. Der externe Resonator wird hier von den zwei internen Resonatorspielstrukturen der Verstärkerbereiche 2 sowie von vier konkaven externen Resonatorspiegeln 10, 11 gebildet. Drei der externen Resonatorspiegel 10, 11 sind wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen gegenüber den Halbleiterscheiben 1 angeordnet. Der vierte Resonatorspiegel 10 steht den ersten drei genannten gegenüber. Es entsteht auf diese Weise ein gefalteter optischer Resonator mit fünf Wegstrecken. In der Wegstrecke, die zwischen den zwei benachbarten externen Resonatorspiegeln 10 und 11 liegt, befindet sich ein nichtlinearer optischer Kristall 16 zur Frequenzverdopplung. Der externe Resonatorspiegel 11 ist so ausgeführt, dass er für die von den Verstärkerbereichen 2 emittierte Laserstrahlung hoch reflektierend ist, wohingegen er für die frequenzverdoppelte Strahlung weitgehend transparent und möglichst antireflektierend ist. Solche Spiegel können beispielsweise dichroitische Spiegel sein. Die weiteren externen Resonatorspiegel 10 sind wie zuvor konkav und hoch reflektierend. Die gesamte im Resonator aufgebaute optische Leistung steht somit zur Frequenzverdopplung zur Verfügung. Durch die konkave Ausführung der sich gegenüberstehenden externen Resonatorspiegel 10 und 11 wird darüber hinaus die Strahlung im Resonator auf den nicht linearen optischen Kristall 16 fokussiert und damit die Intensität im nichtlinearen optischen Kristall 16 weiter erhöht.

Claims (16)

  1. Optisch gepumpte Halbleiterlaservorrichtung mit – mindestens zwei oberflächenemittierenden Verstärkerbereichen (2), die je mindestens eine strahlungserzeugende Quantentopfstruktur und parallel dazu je eine interne Resonatorspiegelstruktur aufweisen, – mindestens einer Pumpstrahlungsquelle (3) zum optischen Pumpen der Verstärkerbereiche (2), wobei die mindestens zwei Verstärkerbereiche (2) und die Pumpstrahlungsquellen (3) monolithisch integriert ausgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb der monolithisch integrierten Verstärkerbereiche (2) und Pumpstrahlungsquellen (3) externe Resonatorspiegel (1014) vorgesehen sind, die zusammen mit den internen Resonatorspiegelstrukturen einen optischen Resonator bilden, wobei die mindestens zwei Verstärkerbereiche (2) entlang einer Geraden angeordnet sind und wobei die Hauptstrahlungsrichtung der Pumpstrahlungsquellen (3) quer, vorzugsweise senkrecht zu dieser Geraden verläuft.
  2. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die externen Resonatorspiegel (1014) konkave oder plane Spiegel sind.
  3. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der externen Resonatorspiegel (1014) ein Auskoppelspiegel (11, 13) ist.
  4. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektivität des mindestens einen Auskoppelspiegels (11, 13) wellenlängenabhängig ist.
  5. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Auskoppelspiegel (11, 13) ein Reflexionsgitter ist.
  6. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die externen Resonatorspiegel (1014) einstückig ausgebildet sind.
  7. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die internen Resonatorspiegelstrukturen Bragg-Reflektoren sind.
  8. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Verstärkerbereiche (2) das gleiche Verstärkungsspektrum aufweisen.
  9. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Verstärkerbereiche (2) verschiedene Verstärkungsspektren aufweisen.
  10. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Resonator strahlformende Elemente angeordnet sind.
  11. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Resonator frequenzselektive Elemente angeordnet sind.
  12. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Resonator frequenzkonvertierende Elemente angeordnet sind.
  13. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass je Verstärkerbereich (2) mindestens eine Pumpstrahlungsquelle (3) vorhanden ist.
  14. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpstrahlungsquellen (3) elektrisch gepumpte, kantenemittierende Halbleiterlaser sind.
  15. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge der Pumpstrahlungsquellen (3) kürzer ist als die Wellenlänge der Strahlung im Resonator.
  16. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkerbereiche (2) und/oder die Pumpstrahlungsquellen (3) zur Kühlung mit einer Wärmesenke verbunden sind.
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