DE112020003385T5 - Method, system and apparatus for higher-order mode suppression - Google Patents
Method, system and apparatus for higher-order mode suppression Download PDFInfo
- Publication number
- DE112020003385T5 DE112020003385T5 DE112020003385.6T DE112020003385T DE112020003385T5 DE 112020003385 T5 DE112020003385 T5 DE 112020003385T5 DE 112020003385 T DE112020003385 T DE 112020003385T DE 112020003385 T5 DE112020003385 T5 DE 112020003385T5
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- waveguide
- homsl
- lateral
- laser diode
- facet
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/2036—Broad area lasers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/1003—Waveguide having a modified shape along the axis, e.g. branched, curved, tapered, voids
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S2301/00—Functional characteristics
- H01S2301/16—Semiconductor lasers with special structural design to influence the modes, e.g. specific multimode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S2301/00—Functional characteristics
- H01S2301/16—Semiconductor lasers with special structural design to influence the modes, e.g. specific multimode
- H01S2301/166—Single transverse or lateral mode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/1053—Comprising an active region having a varying composition or cross-section in a specific direction
- H01S5/1064—Comprising an active region having a varying composition or cross-section in a specific direction varying width along the optical axis
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/2205—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers
- H01S5/2218—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers having special optical properties
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/2205—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers
- H01S5/2218—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers having special optical properties
- H01S5/2219—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers having special optical properties absorbing
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Geometry (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
Eine Laserdiode enthält einen transversalen Wellenleiter, der orthogonal zu einem lateralen Wellenleiter ist, der eine aktive Schicht zwischen einer n-Typ-Wellenleiterschicht und einer p-Typ-Wellenleiterschicht enthält, wobei der transversale Wellenleiter durch eine n-Typ-Mantelschicht auf einer n-Seite und eine p-Typ-Mantelschicht auf einer p-Seite begrenzt ist, und einen lateralen Wellenleiter, der in der longitudinalen Richtung an einem ersten Ende durch eine hochreflektierend (HR) beschichtete Facette und an einem zweiten Ende durch eine teilreflektierend (PR) beschichtete Facette begrenzt ist, wobei der laterale Wellenleiter ferner eine eingebettete, zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmte Schicht (HOMSL) enthält, die unter dem p-Mantel innerhalb des lateralen Wellenleiters oder auf einer oder auf beiden Seiten des lateralen Wellenleiters oder einer Kombination davon angeordnet ist, wobei sich die HOMSL in einer longitudinalen Richtung ausgehend von der HR-Facette über eine Länge erstreckt, die kleiner als der Abstand zwischen der HR-Facette und der PR-Facette ist.A laser diode includes a transverse waveguide orthogonal to a lateral waveguide containing an active layer sandwiched between an n-type waveguide layer and a p-type waveguide layer, the transverse waveguide being separated by an n-type cladding layer on an n- side and a p-type cladding layer on a p-side, and a lateral waveguide which is bounded in the longitudinal direction at a first end by a highly reflective (HR) coated facet and at a second end by a partially reflective (PR) coated facet, the lateral waveguide further including an embedded higher order mode suppression layer (HOMSL) disposed under the p-cladding within the lateral waveguide, or on one or both sides of the lateral waveguide, or a combination thereof is, where the HOMSL extends in a longitudinal direction from the HR facet üb it extends a length that is less than the distance between the HR facet and the PR facet.
Description
QUERVERWEIS AUF ZUGEHÖRIGE ANMELDUNGCROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATION
Diese Anmeldung nimmt die vorläufige US-Patenanmeldung Nr. 62/885,946 in Anspruch, eingereicht am 13. August 2019.This application claims U.S. Provisional Patent Application No. 62/885,946, filed August 13, 2019.
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die hier offenbarte Technologie bezieht sich auf Diodenlaser, insbesondere auf Verfahren, Systeme und Einrichtungen zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung in Diodenlasern.The technology disclosed herein relates to diode lasers, and more particularly to methods, systems and apparatus for higher order mode suppression in diode lasers.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Laser sind lichtimitierende Vorrichtungen. Lichtemission in einem Laser ist das Ergebnis einer optischen Verstärkung durch stimulierte Emission elektromagnetischer Strahlung. Einige Laser emittieren räumlich und zeitlich kohärentes Licht, das es den Lasern ermöglicht, Licht in einer schmalen Lichtbandbreite zu emittieren, das über große Entfernungen eng fokussiert werden kann. Es gibt eine breite Vielfalt an Lasern, z. B. Beispiel Gaslaser, chemische Laser, Farbstofflaser, Metalldampflaser, Festkörperlaser und Halbleiterlaser. Laserdioden sind elektrisch gepumpte Halbleiterlaser, in denen eine aktive Schicht aus einem p-n-Übergang einer Halbleiterdiode gebildet ist. Laserdioden enthalten typischerweise eine aktive Schicht, die zwischen einer p-Typ-Schicht aus Halbleitermaterial und einer n-Typ-Schicht aus Halbleitermaterial angeordnet ist. Viele Laserdioden werden auf einem Halbleitersubstrat gefertigt, wie etwa Galliumarsenid, das mit Elementen wie Aluminium, Silizium, Zink, Kohlenstoff oder Selen dotiert ist, um die n- und p-Typ-Halbleiterschichten herzustellen. Die aktive Schicht ist typischerweise undotiertes Galliumindiumarsenid und kann nur wenige Nanometer dick sein.Lasers are light-emitting devices. Light emission in a laser is the result of optical amplification by stimulated emission of electromagnetic radiation. Some lasers emit spatially and temporally coherent light, which allows the lasers to emit light in a narrow bandwidth of light that can be tightly focused over long distances. There is a wide variety of lasers, e.g. B. Example gas lasers, chemical lasers, dye lasers, metal vapor lasers, solid state lasers and semiconductor lasers. Laser diodes are electrically pumped semiconductor lasers in which an active layer is formed from a p-n junction of a semiconductor diode. Laser diodes typically include an active layer sandwiched between a p-type layer of semiconductor material and an n-type layer of semiconductor material. Many laser diodes are fabricated on a semiconductor substrate, such as gallium arsenide, doped with elements such as aluminum, silicon, zinc, carbon, or selenium to create the n- and p-type semiconductor layers. The active layer is typically undoped gallium indium arsenide and can be only a few nanometers thick.
Laserdioden werden durch Aufwachsen mehrerer Schichten aus Halbleitermaterialien auf einem geeigneten Substrat mit einer Gitterkonstanten hergestellt, welche die Wahl von Materialien zur Erzeugung der gewünschten Emissionswellenlängen erlaubt. Eine typische Laserdiode enthält n-Typ-Schichten, p-Typ-Schichten und dazwischen eine undotierte aktive Schicht, so dass, wenn die Diode vorgespannt ist, Elektronen und Löcher in der Schicht der aktiven Region rekombinieren, um Licht zu erzeugen. Die aktive Schicht (Quantentöpfe, Quantendrähte oder Quantenpunkte, Typ-II-Quantentöpfe) befinden sich in einer Wellenleiterschicht, die einen höheren Brechungsindex als die umgebende p- und n-dotierten Mantelschichten aufweist. Licht, das von der aktiven Schicht erzeugt wird, ist in der Ebene des Wellenleiters eingegrenzt.Laser diodes are fabricated by growing multiple layers of semiconductor materials on a suitable substrate with a lattice constant that allows the choice of materials to produce the desired emission wavelengths. A typical laser diode contains n-type layers, p-type layers and an undoped active layer in between such that when the diode is biased, electrons and holes in the active region layer recombine to produce light. The active layer (quantum wells, quantum wires or quantum dots, type II quantum wells) are in a waveguide layer that has a higher refractive index than the surrounding p- and n-doped cladding layers. Light generated by the active layer is confined in the plane of the waveguide.
Eine herkömmliche kantenemittierende Fabry-Perot-Breitstreifenlaserdiode ist als rechteckige verstärkungs- oder indexgeführte Halbleiterstruktur ausgeführt. Die gegenüberliegende Endfacetten des Wellenleiters definieren hoch- und teilreflektierende Elemente, um eine Rückkopplung für die Lichtoszillation innerhalb des Resonators bereitzustellen. Die mehrschichtige Laserdiodenstruktur erstreckt sich über die Länge des Lasers und hat eine große Breite für die elektrische Injektion, die sich bis zu den gegenüberliegenden Seitenflächen erstreckt, die sich ebenfalls über die Länge des Lasers erstrecken. Die mehrschichtigen Halleitermaterialien sind typischerweise so ausgeführt, dass der Laser in einer einzigen Mode entlang der Wachstumsrichtung des Lasers arbeitet, und diese Richtung ist als die Richtung der schnellen Achse definiert. Da eine Halbleiterlaser entlang der Richtung der schnellen Achse in einer einzigen Mode arbeitet, kann die Helligkeit einer Laserdiode in dieser Richtung nicht weiter verbessert werden; sie ist sozusagen beugungsbegrenzt. Der Abstand zwischen der oberen und der unteren Fläche der mehrschichtigen Halbleiterlaserstruktur bildet somit die kleinere Abmessung der Endfacetten, d. h. die Dicke des Streifens, die typischerweise in der Größenordnung von Mikrometern liegt. Andererseits bildet die Breite der mehrschichtige Laserstruktur die größere Abmessung der Endfacetten, d. h. die Streifenbreite, die typischerweise in der Größenordnung von vielen zehn Mikrometern bis hunderte Mikrometer liegt. Dies wird als die „langsame Achse“ bezeichnet. Da die Streifenbreite viel größer ist als die Lichtwellenlänge, ist die laterale Eigenschaft eines längs der optischen Achse des Wellenleiters propagierenden optischen Feldes längs der breiteren Streifenabmessung hoch Multimodal, und die entsprechende Achse wird als langsame Achse beschrieben, da der Divergenzwinkel viel kleiner als der auf die schnelle Achse bezogene Divergenzwinkel ist.A conventional broad area edge-emitting Fabry-Perot laser diode is implemented as a rectangular gain- or index-guided semiconductor structure. The opposing end facets of the waveguide define highly and partially reflective elements to provide feedback for light oscillation within the resonator. The multi-layer laser diode structure extends the length of the laser and has a large width for electrical injection that extends to opposite side surfaces that also extend the length of the laser. The multilayer semiconductor materials are typically designed so that the laser operates in a single mode along the growth direction of the laser, and this direction is defined as the fast axis direction. Since a semiconductor laser operates in a single mode along the fast axis direction, the brightness of a laser diode in this direction cannot be further improved; it is diffraction limited, so to speak. The spacing between the top and bottom surfaces of the multilayer semiconductor laser structure thus constitutes the minor dimension of the end facets, i. H. the thickness of the strip, which is typically of the order of microns. On the other hand, the width of the multilayer laser structure constitutes the major dimension of the end facets, i. H. the stripe width, which is typically on the order of tens of microns to hundreds of microns. This is referred to as the "slow axis". Because the stripe width is much larger than the light wavelength, the lateral property of an optical field propagating along the optical axis of the waveguide is highly multimodal along the wider stripe dimension, and the corresponding axis is described as the slow axis because the divergence angle is much smaller than that on the fast axis related divergence angle is.
„Multimode-Laserdioden“ oder „Breitstreifenlaser“ (BALs) werden in Hochleistungsanwendungen verwendet. BALs weisen mehrere Moden in der langsamen Achse auf, so dass ihr auf die langsame Achse bezogenes Strahlparameterprodukt (BPP) höher ist als das von Einmoden-Laserdioden. Da sie mit höheren Strömen betrieben werden, wird außerdem die thermische Linsenwirkung ausgeprägter, was ein höheres Indexkontrastprofil in der lateralen Richtung verursacht, wodurch eine größere Zahl an lateralen Moden untergebracht wird. Die Aufweitung des lateralen Divergenzwinkels führt zu einer Verschlechterung des lateralen BPP und der Helligkeit (Leistung: BPP) und gleichzeitig zu einer Verringerung der auf die langsame Achse bezogenen Helligkeit. Dies bedeutet, dass die auf die langsame Achse bezogene Helligkeit abnimmt, obgleich die Leistung typischerweise mit höherem Strom ansteigt. Die Helligkeit kann in BALs verbessert werden, indem die Emitterbreite verringert wird; jedoch liegt der Strom, bei dem die maximale Helligkeit auftritt, auch bei immer niedrigeren Stromwerten. Somit fällt die maximale Ausgangsleistung bei der Maximalhelligkeit ab."Multimode Laser Diodes" or "Broad Area Lasers" (BALs) are used in high power applications. BALs have multiple slow-axis modes, so their slow-axis beam parameter product (BPP) is higher than that of single-mode laser diodes. In addition, as they operate at higher currents, the thermal lensing effect becomes more pronounced, resulting in higher index contrast profile in the lateral direction, accommodating a larger number of lateral modes. The widening of the lateral divergence angle leads to a degradation of the lateral BPP and brightness (power: BPP) and at the same time a reduction of the brightness related to the slow axis. This means that the brightness related to the slow axis decreases, although the power typically increases with higher current. Brightness can be improved in BALs by reducing the emitter width; however, the current at which maximum brightness occurs is also at lower and lower current values. Thus, the maximum output power drops at maximum brightness.
Für leistungsskalierende Anwendungen und zur Verringerung der Kosten pro Watt bei der Fertigung von Diodenlasern ist eine höhere Helligkeit bei einer höheren Ausgangsleistung je Emitter wünschenswert.Higher brightness at higher output power per emitter is desirable for power scaling applications and to reduce cost per watt in manufacturing diode lasers.
ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY
Offenbart sind Verfahren, Systeme und Einrichtungen zur Verringerung der Größe des Brechungsindexkontrastes eines lateralen Wellenleiters während des Betriebs einer Laserdiode. Dies kann eine Laserdiode mit einem transversalen Wellenleiter einschließen, der orthogonal zu dem lateralen Wellenleiter ist, der eine aktive Schicht zwischen einer n-Typ-Wellenleiterschicht und einer p-Typ-Wellenleiterschicht enthält, wobei der transversale Wellenleiter durch eine n-Typ-Mantelschicht auf einer n-Seite und eine p-Typ-Mantelschicht auf einer p-Seite begrenzt ist und ein lateraler Wellenleiter in einer longitudinalen Richtung an einem ersten Ende durch eine hochreflektierend (HR) beschichtete Facette und an einem zweiten Ende durch eine teilreflektierend (PR) beschichtete Facette begrenzt ist, wobei der laterale Wellenleiter ferner eine eingebettete, zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmte Schicht (HOMSL) enthält, die innerhalb des lateralen Wellenleiters unter dem p-Mantel oder auf einer oder beiden Seiten des lateralen Wellenleiters oder einer Kombination davon angeordnet ist, wobei sich die HOMSL in longitudinaler Richtung von der HR-Facette aus über eine Länge erstreckt, die kleiner als der Abstand zwischen der HR-Facette und der PR-Facette ist.Disclosed are methods, systems and apparatus for reducing the magnitude of the refractive index contrast of a lateral waveguide during operation of a laser diode. This may include a laser diode with a transverse waveguide orthogonal to the lateral waveguide containing an active layer between an n-type waveguide layer and a p-type waveguide layer, the transverse waveguide being covered by an n-type cladding layer an n-side and a p-type cladding layer on a p-side, and a lateral waveguide in a longitudinal direction bounded at a first end by a highly reflective (HR) coated facet and at a second end by a partially reflective (PR) coated facet facet, the lateral waveguide further including an embedded higher order mode suppression layer (HOMSL) disposed within the lateral waveguide under the p-cladding, or on one or both sides of the lateral waveguide, or a combination thereof , where the HOMSL extend in the longitudinal direction from the HR facet over ei ne length that is less than the distance between the HR facet and the PR facet.
Ein Brechungsindex der HOMSL, die auf einer oder beiden Seiten des lateralen Wellenleiters angeordnet ist, kann in einigen Beispielen höher als der der p-Typ-Wellenleiterschicht und der p-Mantelschicht sein.A refractive index of the HOMSL located on one or both sides of the lateral waveguide may be higher than that of the p-type waveguide layer and the p-cladding layer in some examples.
In einigen Beispielen kann ein Brechungsindex der HOMSL, die innerhalb des lateralen Wellenleiters angeordnet ist, niedriger als der der n-Typ-Wellenleiterschicht oder der p-Typ-Wellenleiterschicht oder einer Kombinationen davon sein.In some examples, a refractive index of the HOMSL disposed within the lateral waveguide may be lower than that of the n-type waveguide layer or the p-type waveguide layer, or a combination thereof.
Eine Dicke der HOMSL kann auf Grundlage einer Größe des Brechungsindexkontrastes in dem lateralen Wellenleiter ausgewählt sein, der durch thermische Linsenwirkung innerhalb des lateralen Wellenleiters während des Betriebs der Laserdiode induziert wird. Die Größe des Brechungsindexkontrastes kann in einem Bereich von 10-5 < Δn<10-3 sein. In einigen Beispielen unterstützt solch ein lateraler Wellenleiter weniger als 10 laterale Moden oder nur eine einzige laterale Mode.A thickness of the HOMSL may be selected based on a magnitude of the refractive index contrast in the lateral waveguide induced by thermal lensing within the lateral waveguide during operation of the laser diode. The size of the refractive index contrast can be in a range of 10 -5 <Δn<10 -3 . In some examples, such a lateral waveguide supports fewer than 10 lateral modes or only a single lateral mode.
In einigen Beispielen kann eine Dicke der HOMSL so gewählt sein, dass ein effektiver Index auf einer Seite des lateralen Wellenleiters, die sich von der HR-Facette aus erstreckt, verringert ist. In einigen Beispielen ist ein solcher lateraler Wellenleiter in der lateralen Richtung durch einen Stegwellenleiter begrenzt, wobei sich der Stegwellenleiter von der HR-Facette zu der PR-Facette erstreckt.In some examples, a thickness of the HOMSL can be chosen to reduce an effective index on a side of the lateral waveguide that extends from the HR facet. In some examples, such a lateral waveguide is bounded in the lateral direction by a ridge waveguide, the ridge waveguide extending from the HR facet to the PR facet.
In einigen Beispielen überlappt die HOMSL den lateralen Wellenleiter um 0-10 um auf jeder Seite oder um 0-20 um insgesamt.In some examples, the HOMSL overlaps the lateral waveguide by 0-10 µm on each side, or by 0-20 µm overall.
In einigen Beispielen ist die HOMSL, die innerhalb des lateralen Wellenleiters angeordnet ist, um 0-10 um auf jeder Seite oder um 0-20 um insgesamt lateral schmaler als der laterale Wellenleiter.In some examples, the HOMSL located within the lateral waveguide is laterally narrower than the lateral waveguide by 0-10 µm on each side or by 0-20 µm overall.
In einigen Beispielen ist der laterale Wellenleiter in der lateralen Richtung durch einen Stegwellenleiter begrenzt, der sich in der longitudinalen Richtung ausgehend von der PR-Facette über eine Länge erstreckt, die kleiner als der Abstand zwischen der PR-Facette und der HR-Facette ist.In some examples, the lateral waveguide is bounded in the lateral direction by a ridge waveguide that extends in the longitudinal direction from the PR facet for a length less than the spacing between the PR facet and the HR facet.
In einigen Beispielen weist die HOMSL eine verringerte transversale Wellenleiterdicke in dem aktiven Streifen auf und kann entweder durch Abätzen oder selektives Abscheiden dickerer Schichten, die an den aktiven Streifen angrenzen, ausgebildet sein.In some examples, the HOMSL has a reduced transverse waveguide thickness in the active stripe and can be formed either by etching away or selectively depositing thicker layers adjacent to the active stripe.
In einigen Beispielen enthält die HOMSL Galliumarsenid (GaAs), Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs), Indiumgalliumarsenid (InGaAs), Indiumaluminiumgalliumarsenid (InAlGaAs), Indiumgalliumphosphid (InGaAsP).In some examples, the HOMSL includes gallium arsenide (GaAs), aluminum gallium arsenide (AlGaAs), indium gallium arsenide (InGaAs), indium aluminum gallium arsenide (InAlGaAs), indium gallium phosphide (InGaAsP).
In Beispielen, in denen die HOMSL eine dünnere Schicht mit niedrigem Index ist, kann sie aus AlGaAs entlang der Breite des lateralen Wellenleiters in dem HOMSL-Bereich gebildet sein.In examples where the HOMSL is a thinner, low-index layer, it may be formed of AlGaAs along the width of the lateral waveguide in the HOMSL region.
Figurenlistecharacter list
Die anliegenden Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente darstellen, sind Bestandteil dieser Beschreibung und erläutern zusammen mit der Beschreibung die Vorteile und Prinzipien der vorliegend offenbarten Technologie. In den Zeichnungen,
-
1 zeigt ein effektives laterales Indexprofil für eine beispielhafte Laserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht, die angrenzend an einen lateralen Wellenleiter angeordnet ist; -
2 zeigt ein laterales Indexprofil und eine modale Modellierung für eine beispielhafte Laserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht, die angrenzend an den lateralen Wellenleiter angeordnet ist; -
3 zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht, die eine vertikale Epitaxialschichtstruktur einer beispielhaften Laserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht zeigt, die angrenzend an den lateralen Wellenleiter angeordnet ist; -
4 zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht, die eine vertikale Epitaxialschichtstruktur einer beispielhaften Laserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht zeigt, die angrenzend an den lateralen Wellenleiter angeordnet ist; -
5 zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht, die eine vertikale Epitaxialschichtstruktur einer beispielhaften Laserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht zeigt, die angrenzend an den lateralen Wellenleiter angeordnet ist; -
6 zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht, die eine vertikale Epitaxialschichtstruktur einer beispielhaften Laserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht zeigt, die angrenzend an den lateralen Wellenleiter angeordnet ist; -
7 zeigt eine Draufsicht, die einen beispielhaften lateralen Wellenleiter einer Breitstreifenlaserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht zeigt, die angrenzend an den lateralen Wellenleiter in Längsrichtung angeordnet ist; -
8 zeigt eine Draufsicht, die einen beispielhaften lateralen Wellenleiter einer Breitstreifenlaserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Teillängen-Schicht zeigt, die angrenzend an den lateralen Wellenleiter in Längsrichtung angeordnet ist; -
9 zeigt eine Draufsicht eines beispielhaften lateralen Wellenleiters einer Breitstreifenlaserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Teillängen-Schicht zeigt, die angrenzend an den lateralen Wellenleiter in Längsrichtung auf nur einer der Seiten angeordnet ist; -
10 zeigt eine Draufsicht, die einen beispielhaften lateralen Wellenleiter einer Breitstreifenlaserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht zeigt, die angrenzend an den lateralen Wellenleiter in Längsrichtung angeordnet ist; -
11 zeigt eine Draufsicht, die einen beispielhaften lateralen Wellenleiter einer Breitstreifenlaserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Teillängen-Schicht zeigt, die angrenzend an den lateralen Wellenleiter in Längsrichtung auf nur eine Seite angeordnet ist; -
12 zeigt eine Draufsicht, die einen beispielhaften lateralen Wellenleiter einer Breitstreifenlaserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Teillängen-Schicht zeigt, die angrenzend an den lateralen Wellenleiter in Längsrichtung angeordnet ist; -
13 zeigt eine Draufsicht auf einen beispielhaften lateralen Wellenleiter einer Breitstreifenlaserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Teillängen-Schicht zeigt, die angrenzend an den aufgeweiteten Laseroszillator-Wellenleiter in Längsrichtung auf eine Seite angeordnet ist; -
14 zeigt eine Draufsicht, die einen beispielhaften aufgeweiteten Laseroszillator-Wellenleiter (d. h. lateralen Wellenleiter) einer Laserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht zeigt, die angrenzend an den aufgeweiteten Laseroszillator-Wellenleiter in Längsrichtung angeordnet ist; -
15 zeigt eine Draufsicht, die einen beispielhaften aufgeweiteten Laseroszillator-Wellenleiter (d. h. lateralen Wellenleiter) einer Laserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Teillängen-Schicht zeigt, die angrenzend an den aufgeweiteten Laseroszillator-Wellenleiter in Längsrichtung angeordnet ist; -
16 zeigt eine Draufsicht, die einen beispielhaften aufgeweiteten Laseroszillator-Wellenleiter (d. h. lateralen Wellenleiter) einer Laserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Teillängen-Schicht zeigt, die angrenzend an den aufgeweiteten Laseroszillator-Wellenleiter in Längsrichtung auf nur eine Seite angeordnet ist; -
17 zeigt eine Draufsicht, die einen beispielhaften aufgeweiteten Laseroszillator-Wellenleiter (d. h. lateralen Wellenleiter) einer Laserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Teillängen-Schicht zeigt, die angrenzend an den aufgeweiteten Laseroszillator-Wellenleiter in Längsrichtung angeordnet ist; -
18 zeigt eine Draufsicht, die einen beispielhaften aufgeweiteten Laseroszillator-Wellenleiter (d. h. lateralen Wellenleiter) einer Laserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Teillängen-Schicht zeigt, die angrenzend an den aufgeweiteten Laseroszillator-Wellenleiter in Längsrichtung auf nur eine Seite angeordnet ist; -
19 zeigt eine Draufsicht, die einen beispielhaften aufgeweiteten Laseroszillator-Wellenleiter (d. h. lateralen Wellenleiter) einer Laserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Teillängen-Schicht zeigt, die angrenzend an den aufgeweiteten Laseroszillator-Wellenleiter in Längsrichtung angeordnet ist; -
20 zeigt eine Draufsicht, die einen beispielhaften aufgeweiteten Laseroszillator-Wellenleiter (d. h. lateralen Wellenleiter) einer Laserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Teillängen-Schicht zeigt, die angrenzend an den aufgeweiteten Laseroszillator-Wellenleiter in Längsrichtung auf nur eine Seite angeordnet ist; -
21A zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht, die eine vertikale Epitaxialschichtstruktur einer beispielhaften Laserdiode mit einem angepassten n-seitigen Strominjektionsschema und einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht zeigt, die angrenzend an den lateralen Wellenleiter in Längsrichtung angeordnet ist; -
21B zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht, die eine vertikale Epitaxialschichtstruktur einer beispielhaften Laserdiode mit einem angepassten n-seitigen Strominjektionsschema und einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht zeigt, die angrenzend an den lateralen Wellenleiter in Längsrichtung angeordnet ist; -
22 zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht, die eine vertikale Epitaxialschichtstruktur einer beispielhaften Laserdiode mit einem angepassten n-seitigen Strominjektionsschema und einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht zeigt, die angrenzend an den lateralen Wellenleiter in Längsrichtung angeordnet ist; -
23 zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht, die eine vertikale Epitaxialschichtstruktur einer beispielhaften Laserdiode mit einem angepassten n-seitigen Strominjektionsschema und einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht zeigt, die angrenzend an den lateralen Wellenleiter in Längsrichtung angeordnet ist; -
24 zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht, die eine vertikale Epitaxialschichtstruktur einer beispielhaften Laserdiode mit einem angepassten n-seitigen Strominjektionsschema und einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht zeigt, die angrenzend an den lateralen Wellenleiter in Längsrichtung angeordnet ist; -
25 zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht, die eine vertikale Epitaxialschichtstruktur einer beispielhaften Laserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht zeigt, die angrenzend an den lateralen Wellenleiter in Längsrichtung angeordnet ist; -
26 zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht, die eine vertikale Epitaxialschichtstruktur einer beispielhaften Laserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht zeigt, die angrenzend an den lateralen Wellenleiter in Längsrichtung angeordnet ist; -
27 zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht, die eine vertikale Epitaxialschichtstruktur einer beispielhaften Laserdiode mit einem angepassten n-seitigen Strominjektionsschema zeigt; -
28 zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht, die eine vertikale Epitaxialschichtstruktur einer beispielhaften Laserdiode mit einem angepassten n-seitigen Strominjektionsschema zeigt; -
29 zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht, die eine vertikale Epitaxialschichtstruktur einer beispielhaften Laserdiode mit einem angepassten n-seitigen Strominjektionsschema zeigt; -
30A ist ein Graph, der ein herkömmliches Stufenindexprofil in transversaler Richtung einer Einzelemitterlaserdiode bei Betrieb mit geringer Leistung ohne signifikante thermische Linsenwirkung zeigt; -
30B ist ein Graph, der ein Stufenindexprofil mit einem hinzugefügten parabolischen Profil zeigt; -
30C ist ein Graph, der ein beispielhaftes „negatives“ Stufenindexprofil mit einem hinzugefügten parabolischen Profil zeigt, welches das Indexprofil in dem Bereich mit negativer Kompensation modelliert; -
31A ist eine Querschnittsansicht einer vertikalen Epitaxialschichtstruktur, von der hochreflektierenden (HR) Seite einer beispielhaften Laserdiode her gesehen, die eine eingebettete, zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmte Schicht enthält, die auf benachbarten Seiten eines lateralen Wellenleiters angeordnet ist und sich in Längsrichtung erstreckt; -
31B ist eine Querschnittsansicht einer vertikalen Epitaxialschichtstruktur, von der teilreflektierenden (PR) Seite der in31A dargestellten beispielhaften Laserdiode her gesehen, die eine eingebettete, zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmte Schicht enthält, die auf benachbarten Seiten eines lateralen Wellenleiters angeordnet sind; -
31C ist eine Draufsicht auf eine beispielhafte Laserdiode mit einer eingebetteten, zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht, die auf benachbarten Seiten eines lateralen Wellenleiters angeordnet ist und sich in Längsrichtung erstreckt; -
31D ist eine perspektivische Querschnittsansicht einer vertikalen Epitaxialschichtstruktur, von der hochreflektierenden (HR) Seite einer beispielhaften Laserdiode her gesehen, die eine eingebettete, zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmte Schicht enthält, die auf benachbarten Seiten eines lateralen Wellenleiters angeordnet ist und sich in Längsrichtung erstreckt; -
32A ist eine Querschnittsansicht einer vertikalen Epitaxialschichtstruktur, von der hochreflektierenden (HR) Seite einer beispielhaften Laserdiode her gesehen, die eine eingebettete, zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmte Schicht enthält, die innerhalb eines lateralen Wellenleiters angeordnet ist und sich in Längsrichtung erstreckt; -
32B ist eine Querschnittsansicht einer vertikalen Epitaxialschichtstruktur, von der teilreflektierenden (PR) Seite der in32A gezeigten beispielhaften Laserdiode her gesehen, die eine eingebettete, zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmte Schicht enthält, die innerhalb eines lateralen Wellenleiters angeordnet ist und sich in Längsrichtung erstreckt; -
32C ist eine Draufsicht auf eine beispielhafte Laserdiode mit einer eingebetteten, zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht, die innerhalb eines lateralen Wellenleiters angeordnet ist und sich in Längsrichtung erstreckt; -
32D ist eine perspektivische Querschnittsansicht einer vertikalen Epitaxialschichtstruktur, von der hochreflektierenden (HR) Seite einer beispielhaften Laserdiode her gesehen, die eine eingebettete, zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmte Schicht enthält, die innerhalb eines lateralen Wellenleiters angeordnet ist und sich in Längsrichtung erstreckt; -
33A ist eine Querschnittsansicht einer vertikalen Epitaxialschichtstruktur, von der hochreflektierenden (HR) Seite einer beispielhaften Laserdiode her gesehen, die eine zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmte Schicht enthält, die einen Wellenleiterabschnitt mit verringerter Dicke aufweist, der innerhalb eines lateralen Wellenleiters angeordnet ist und sich in Längsrichtung erstreckt; -
33B ist eine Querschnittsansicht einer vertikalen Epitaxialschichtstruktur, von der teilreflektierenden (PR) Seite der in33A dargestellten beispielhaften Laserdiode her gesehen, die eine zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmte Schicht aufweist, die einen Wellenleiterabschnitt verringerter Dicke hat, der innerhalb eines lateralen Wellenleiters angeordnet ist und sich in Längsrichtung erstreckt; -
33C ist eine Draufsicht einer beispielhaften Laserdiode mit einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht, die einen Wellenleiterabschnitt verringerte Dicke aufweist, der innerhalb eines lateralen Wellenleiters angeordnet ist und sich in Längsrichtung erstreckt; -
33D ist eine perspektivische Querschnittsansicht einer vertikalen Epitaxialschichtstruktur, von der hochreflektierenden (HR) Seite einer beispielhaften Laserdiode her gesehen, die eine zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmte Schicht enthält, die einen Wellenleiterabschnitt verringerter Dicke aufweist, der innerhalb eines lateralen Wellenleiters angeordnet ist und sich in Längsrichtung erstreckt. -
34 istein beispielhaftes Diagramm 3400 zur Approximation einer optimierten Dicke einer zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmten Schicht, um ein spezifisches Delta in dem Index, das durch eine thermische Linsenwirkung verursacht wird, zu kompensieren; und -
35 ist ein Graph 3500, der eine Simulation veranschaulicht, die beispielhafte Fernfelder von unterstützten Moden mit und ohne Unterdrückung von Moden höherer Ordnung durch Kompensation der thermischen Linsenwirkung vorhersagt.
-
1 Figure 12 shows an effective lateral index profile for an exemplary laser diode with a higher order mode suppression layer disposed adjacent a lateral waveguide; -
2 Figure 12 shows a lateral index profile and modal modeling for an exemplary laser diode with a higher order mode suppression layer disposed adjacent to the lateral waveguide; -
3 Figure 12 is a cross-sectional perspective view showing a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode with a higher order mode suppression layer disposed adjacent the lateral waveguide; -
4 Figure 12 is a cross-sectional perspective view showing a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode with a higher order mode suppression layer disposed adjacent the lateral waveguide; -
5 Figure 12 is a cross-sectional perspective view showing a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode with a higher order mode suppression layer disposed adjacent the lateral waveguide; -
6 Figure 12 is a cross-sectional perspective view showing a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode with a higher order mode suppression layer disposed adjacent the lateral waveguide; -
7 12 is a plan view showing an exemplary lateral waveguide of a broad area laser diode with a higher-order mode suppression layer longitudinally disposed adjacent the lateral waveguide; -
8th Fig. 12 is a plan view showing an exemplary lateral waveguide of a broad area laser diode with a part-length layer intended for higher-order mode suppression disposed longitudinally adjacent to the lateral waveguide; -
9 Fig. 12 shows a plan view of an exemplary lateral waveguide of a broad area laser diode with a partial length layer intended for higher order mode suppression disposed longitudinally adjacent to the lateral waveguide on only one of the sides; -
10 12 is a plan view showing an exemplary lateral waveguide of a broad area laser diode with a higher-order mode suppression layer longitudinally disposed adjacent the lateral waveguide; -
11 Fig. 14 is a plan view showing an exemplary lateral waveguide of a broad area laser diode with a partial length layer intended for higher order mode suppression disposed longitudinally adjacent to the lateral waveguide on only one side; -
12 Fig. 12 is a plan view showing an exemplary lateral waveguide of a broad area laser diode with a part-length layer intended for higher-order mode suppression disposed longitudinally adjacent to the lateral waveguide; -
13 Figure 12 shows a plan view of an exemplary lateral waveguide of a broad area laser diode with a part-length layer intended for higher order mode suppression disposed adjacent the flared laser oscillator waveguide longitudinally on one side; -
14 12 is a plan view showing an exemplary laser oscillator expanded waveguide (ie, lateral waveguide) of a laser diode having a higher-order mode suppression layer disposed adjacent to the laser oscillator expanded waveguide in the longitudinal direction; -
15 Fig. 12 is a plan view showing an exemplary laser oscillator flared waveguide (ie, lateral waveguide) of a laser diode with a partial-length higher-order mode suppression layer disposed longitudinally adjacent to the laser oscillator flared waveguide; -
16 Fig. 12 is a plan view showing an exemplary laser oscillator flared waveguide (ie, lateral waveguide) of a laser diode with a partial-length higher-order mode suppression layer disposed adjacent to the laser oscillator flared waveguide in the longitudinal direction on only one side; -
17 Fig. 12 is a plan view showing an exemplary laser oscillator flared waveguide (ie, lateral waveguide) of a laser diode with a partial-length higher-order mode suppression layer disposed longitudinally adjacent to the laser oscillator flared waveguide; -
18 Fig. 12 is a plan view showing an exemplary laser oscillator flared waveguide (ie, lateral waveguide) of a laser diode with a partial-length higher-order mode suppression layer disposed adjacent to the laser oscillator flared waveguide in the longitudinal direction on only one side; -
19 Fig. 12 is a plan view showing an exemplary laser oscillator flared waveguide (ie, lateral waveguide) of a laser diode with a partial-length higher-order mode suppression layer disposed longitudinally adjacent to the laser oscillator flared waveguide; -
20 Fig. 12 is a plan view showing an exemplary laser oscillator flared waveguide (ie, lateral waveguide) of a laser diode with a partial-length higher-order mode suppression layer disposed adjacent to the laser oscillator flared waveguide in the longitudinal direction on only one side; -
21A Figure 12 is a perspective cross-sectional view showing a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode with an adapted n-side current injection scheme and a higher order mode suppression layer longitudinally disposed adjacent the lateral waveguide; -
21B Figure 12 is a perspective cross-sectional view showing a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode with an adapted n-side current injection scheme and a higher order mode suppression layer longitudinally disposed adjacent the lateral waveguide; -
22 Figure 12 is a perspective cross-sectional view showing a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode with an adapted n-side current injection scheme and a higher order mode suppression layer longitudinally disposed adjacent the lateral waveguide; -
23 Figure 12 is a perspective cross-sectional view showing a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode with an adapted n-side current injection scheme and a higher order mode suppression layer longitudinally disposed adjacent the lateral waveguide; -
24 Figure 12 is a perspective cross-sectional view showing a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode with an adapted n-side current injection scheme and a higher order mode suppression layer longitudinally disposed adjacent the lateral waveguide; -
25 Fig. 12 is a perspective cross-sectional view showing a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode with a higher-order mode suppression layer longitudinally disposed adjacent the lateral waveguide; -
26 Fig. 12 is a perspective cross-sectional view showing a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode with a higher-order mode suppression layer longitudinally disposed adjacent the lateral waveguide; -
27 12 is a perspective cross-sectional view showing a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode with an adapted n-side current injection scheme; -
28 12 is a perspective cross-sectional view showing a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode with an adapted n-side current injection scheme; -
29 12 is a perspective cross-sectional view showing a vertical epitaxial layer structure of an exemplary laser diode with an adapted n-side current injection scheme; -
30A Figure 12 is a graph showing a conventional step index profile in the transverse direction of a single emitter laser diode operating at low power without significant thermal lensing; -
30B Fig. 14 is a graph showing a step index profile with a parabolic profile added; -
30C Figure 12 is a graph showing an example "negative" step index profile with an added parabolic profile that models the index profile in the negative compensation region; -
31A Figure 12 is a cross-sectional view of a vertical epitaxial layer structure, viewed from the highly reflective (HR) side of an exemplary laser diode, including an embedded higher order mode suppression layer disposed on adjacent sides of a lateral waveguide and extending longitudinally; -
31B Fig. 12 is a cross-sectional view of a vertical epitaxial layer structure taken from the partially reflective (PR) side of Figs31A As seen from the exemplary laser diode illustrated, which includes an embedded higher-order mode suppression layer disposed on adjacent sides of a lateral waveguide; -
31C Figure 12 is a plan view of an exemplary laser diode having an embedded higher order mode suppression layer disposed on adjacent sides of a lateral waveguide and extending longitudinally; -
31D Figure 12 is a perspective cross-sectional view of a vertical epitaxial layer structure, viewed from the highly reflective (HR) side of an exemplary laser diode, including an embedded higher order mode suppression layer disposed on adjacent sides of a lateral waveguide and extending longitudinally; -
32A Figure 13 is a cross-sectional view of a vertical epitaxial layer structure, viewed from the highly reflective (HR) side of an exemplary laser diode, including an embedded higher order mode suppression layer disposed within a lateral waveguide and extending longitudinally; -
32B Fig. 12 is a cross-sectional view of a vertical epitaxial layer structure taken from the partially reflective (PR) side of Figs32A Referring to the exemplary laser diode shown, which includes an embedded higher order mode suppression layer disposed within a lateral waveguide and extending longitudinally; -
32C Figure 12 is a plan view of an exemplary laser diode having an embedded higher order mode suppression layer disposed within a lateral waveguide and extending longitudinally; -
32D Figure 12 is a perspective cross-sectional view of a vertical epitaxial layer structure, viewed from the highly reflective (HR) side of an exemplary laser diode, including an embedded higher order mode suppression layer disposed within a lateral waveguide and extending longitudinally; -
33A Figure 12 is a cross-sectional view of a vertical epitaxial layer structure, viewed from the highly reflective (HR) side of an exemplary laser diode, including a higher-order mode suppression layer having a reduced-thickness waveguide portion disposed within a lateral waveguide and extending into extends longitudinally; -
33B Fig. 12 is a cross-sectional view of a vertical epitaxial layer structure taken from the partially reflective (PR) side of Figs33A illustrated exemplary laser diode seen from here, which has a specific for suppression of higher-order modes layer that verrin a waveguide section gerter thickness disposed within a lateral waveguide and extending longitudinally; -
33C Figure 12 is a plan view of an exemplary laser diode with a higher order mode suppression layer having a reduced thickness waveguide portion disposed within a lateral waveguide and extending longitudinally; -
33D Fig. 12 is a perspective cross-sectional view of a vertical epitaxial layer structure seen from the highly reflective (HR) side of an exemplary laser diode including a higher order mode suppression layer having a reduced thickness waveguide portion disposed within a lateral waveguide and extending into extends longitudinally. -
34 Figure 3400 is anexample plot 3400 for approximating an optimized thickness of a higher order mode suppression layer to compensate for a specific delta in index caused by thermal lensing; and -
35 FIG. 3500 is a graph illustrating a simulation that predicts exemplary far-fields of supported modes with and without suppression of higher-order modes through thermal lensing compensation.
DETAILLIERTER BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Wie in dieser Anmeldung und in den Ansprüchen verwendet, schließen die Singularformen „ein(e)“ und „der/die/das“ die Pluralformen mit ein, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes vorschreibt. Zudem hat der Begriff „enthält“ die Bedeutung „umfasst“. Ferner schließt der Begriff „gekoppelt“ nicht das Vorhandensein von Zwischenelementen zwischen den gekoppelten Elementen aus.As used in this application and the claims, the singular forms "a" and "the" include the plural forms unless the context clearly dictates otherwise. In addition, the term "contains" has the meaning "comprises". Furthermore, the term "coupled" does not exclude the presence of intermediate elements between the coupled elements.
Die hier beschriebenen Systeme, Einrichtungen und Verfahren sollten in keiner Weise als beschränkend verstanden werden. Vielmehr ist die vorliegende Offenbarung auf alle neuen und nicht nahegelegten Merkmale und Aspekte der verschiedenen offenbarten Ausführungsbeispiele gerichtet, sei es allein oder in verschiedenen Kombinationen und Unterkombinationen. Die offenbarten Systeme, Verfahren und Einrichtungen sind weder auf einen bestimmten Aspekt, ein bestimmtes Merkmal oder bestimmte Kombinationen davon beschränkt, noch erfordern die offenbarten Systeme, Verfahren und Einrichtungen, dass ein oder mehrere bestimmte Vorteile vorhanden sind oder Probleme gelöst werden. Sämtliche Funktionsprinzipien sollen die Erläuterung erleichtern, jedoch sind die offenbarten Systeme, Verfahren und Einrichtungen nicht auf solche Funktionsprinzipien beschränkt.The systems, devices, and methods described herein should not be construed as limiting in any way. Rather, the present disclosure is directed to all novel and non-obvious features and aspects of the various disclosed embodiments, whether alone or in various combinations and sub-combinations. The disclosed systems, methods, and devices are not limited to any particular aspect, feature, or combinations thereof, nor do the disclosed systems, methods, and devices require that one or more specific advantages be present or problems be solved. All principles of operation are intended to facilitate explanation, however, the disclosed systems, methods, and devices are not limited to such principles of operation.
Obgleich die Operationen einiger der offenbarten Verfahren in einer bestimmten, sequenziellen Reihenfolge beschrieben sind, um eine bequeme Präsentation zu ermöglichen, sollte klar sein, dass diese Art der Beschreibung eine Umordnung einschließt, es sei denn, der im Folgenden verwendete spezifische Wortlaut erfordert eine bestimmte Reihenfolge. So können beispielsweise sequenziell beschriebene Operationen in einigen Fällen umgeordnet oder gleichzeitig durchgeführt werden. Ferner zeigen die anliegenden Figuren der Einfachheit halber die verschiedenen Weisen, in denen die offenbarten Systeme, Verfahren und Einrichtungen im Zusammenhang mit anderen System, Verfahren und Einrichtungen verwendet werden können. Zudem werden in der Beschreibung gelegentlich Begriffe wie „erzeugen“ und „vorsehen/bereitstellen“ verwendet, um die offenbarte Technologie zu beschreiben. Diese Begriffe stellen hochgradige Abstraktionen der tatsächlich durchgeführten Operationen dar. Die tatsächlichen Operationen, die diesen Begriffen entsprechen, werden in Abhängigkeit der jeweiligen Implementierung variieren und sind für einen Fachmann leicht zu erkennen.Although the operations of some of the disclosed methods are described in a particular sequential order for convenience in presentation, it should be understood that this manner of description includes rearrangement unless specific language used hereinafter requires a particular order . For example, operations described sequentially may in some cases be reordered or performed concurrently. Furthermore, for the sake of simplicity, the accompanying figures show the various ways in which the disclosed systems, methods, and devices can be used in conjunction with other systems, methods, and devices. Additionally, terms such as "create" and "provide" are occasionally used in the description to describe the disclosed technology. These terms represent high-level abstractions of the actual operations performed. The actual operations that correspond to these terms will vary depending on the particular implementation and are readily apparent to one skilled in the art.
In einigen Beispiele werden Werte, Prozeduren oder Einrichtungen als „niedrigste/geringste“, „beste“, „Minimum“ oder in ähnlicher Weise bezeichnet. Dabei wird deutlich, dass solche Beschreibungen darauf hinweisen sollen, dass eine Auswahl unter vielen verwendeten funktionalen Alternativen getroffen werden kann, und solche Auswahlen müssen nicht besser, kleiner oder in andere Weise gegenüber anderen Auswahlen zu bevorzugen sein. Beispiele werden unter Bezugnahme auf Richtungen beschrieben, die mit „oben“, „unten“, „obere(r)“, „untere(r)“ und dergleichen bezeichnet werden. Diese Begriffe werden verwendet, um die Beschreibung zu erleichtern, implizieren aber keine bestimmte räumliche Ausrichtung.In some examples, values, procedures, or facilities are labeled "lowest/least," "best," "minimum," or the like. It is understood that such descriptions are intended to indicate that a choice can be made among many functional alternatives used, and such choices need not be better, smaller, or otherwise preferable to other choices. Examples are described with reference to directions labeled "up," "down," "upper," "lower," and the like. These terms are used to facilitate description but do not imply a particular spatial orientation.
Wie oben diskutiert, ist es wünschenswert, in BALs die Leistung effizient zu skalieren und die Helligkeit zu verbessern und dabei die auf die Ausgangsleistung bezogenen Nachteile zu minimieren. Hier sind Verfahren, Systeme und Einrichtungen beschrieben, die auf eine höhere Helligkeit bei höherer Ausgangsleistung abzielen, in dem der auf die langsame Achse bezogene Divergenzwinkel verringert wird, ohne die Emitterbreite zu reduzieren. Das Ziel besteht darin, die Moden höherer Ordnung in der langsamen Achse zu unterdrücken und dabei die Lasermoden niedriger Ordnung zu erhalten.As discussed above, it is desirable to be able to efficiently scale power and improve brightness in BALs while minimizing output power-related penalties. Methods, systems and devices are described here which are aimed at higher brightness at higher output power direction by reducing the divergence angle related to the slow axis without reducing the emitter width. The goal is to suppress the higher order modes in the slow axis while preserving the lower order lasing modes.
Schicht zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung (HOMSL)Higher order mode suppression layer (HOMSL)
Um die weiter oben in dem Abschnitt „Hintergrund“ diskutierten Nachteile herkömmlicher Laserdioden zu überwinden, wird eine Laserdiode benötigt, die konfiguriert ist, um Moden höherer Ordnung in der lateralen Richtung (d. h. orthogonal zur Ausbreitungsrichtung) zu unterdrücken und dabei Lichtmoden niedriger Ordnung zu erhalten. Dies kann dadurch erreicht werden, dass Strukturen zur Unterdrückung Moden höherer Ordnung angrenzend an den lateralen Wellenleiter der Laserdiode angeordnet werden. Strukturen zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung können eine Vielzahl an Materialien beinhalten und können als indexgeführte Strukturen, antiwellengeführte Strukturen und/oder Strukturen mit hohem Verlust sein.In order to overcome the disadvantages of conventional laser diodes discussed above in the Background section, what is needed is a laser diode that is configured to reject higher-order modes in the lateral direction (i.e. orthogonal to the direction of propagation) while preserving lower-order light modes. This can be achieved by placing higher order mode suppression structures adjacent to the lateral waveguide of the laser diode. Higher order mode suppression structures may include a variety of materials and may be index-guided, anti-wave-guided, and/or high-loss structures.
In einem Beispiel kann die zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung bestimmte Schicht (HOMSL) angrenzend an den lateralen Wellenleiter an oder nahe der hinteren Facette angeordnet sein und sich über weniger als die volle Länge des Wellenleiters in Längsrichtung erstrecken. Die HOMSL kann umfassen: indexgeführte Strukturen, antiwellengeführte Strukturen und/oder Strukturen mit hohem Verlust. Beispielsweise können sich die indexgeführten, antiwellengeführten und/oder verlustreichen Strukturen bis zu 20% oder in einem anderen Beispiel zwischen 5% - 50% der Länge des Wellenleiters, gemessen von der hinteren Facette erstrecken. Erstreckt sich die HOMSL nur über eine kurze Distanz in Längsrichtung, so wird der Verlust für die nicht unterdrückten Moden der Laserdiode minimiert, und die Diode kann effizienter arbeiten, als wenn sich eine HOMSL-Struktur über die gesamte Länge erstrecken würde.In one example, the higher order mode suppression layer (HOMSL) may be disposed adjacent the lateral waveguide at or near the back facet and may extend less than the full longitudinal length of the waveguide. The HOMSL may include: index-guided structures, anti-wave-guided structures, and/or high-loss structures. For example, the index-guided, anti-wave-guided, and/or lossy structures may extend up to 20%, or in another example between 5%-50% of the length of the waveguide measured from the back facet. If the HOMSL extends only a short longitudinal distance, the loss for the non-suppressed modes of the laser diode is minimized and the diode can operate more efficiently than if a HOMSL structure extended the full length.
In einem anderen Beispiel kann die HOMSL angrenzend an einen aufgeweiteten Laseroszillator-Wellenleiter angeordnet sein und sich entweder über eine volle longitudinale Länge des Wellenleiters oder eine partielle longitudinale Länge des Wellenleiters, gemessen von der hinteren Facette, erstrecken. Indem die Diode in dieser Weise aufgebaut wird, kann der Vorteil der Reduzierung von Moden höherer Ordnung durch Unterdrückung derselben mittels der HOMSL kombiniert werden mit den Vorteilen der Verwendung eines aufgeweiteten Laseroszillator-Wellenleiters (FLOW), wie er in dem
In einem weiteren Beispiel kann eine Laserdiode eine eingebettete aperiodische Hoch- und Niedrigindex-Struktur mit hohem Verlust in dem Hochindexmaterial enthalten, das angrenzend an den Wellenleiter längs der longitudinalen Richtung angeordnet ist. Die aperiodische Struktur kann Moden höherer Ordnung unterdrücken, indem sie Moden höherer Ordnung im Vergleich zu Moden niedrigerer Ordnung und/oder der Grundmode überproportional überlappt. Die aperiodischen Strukturen sind so gewählt, dass sie für Moden höherer Ordnung hohe Verluste einführen, aber die Verluste für Moden niedrigerer Ordnung und/oder die Grundmode minimieren. Die aperiodische Struktur kann über die Gesamtlänge des Wellenleiters längs der longitudinalen Richtung oder über eine kürzere Länge, die sich von der hinteren Facette aus erstreckt, angeordnet sein. Die aperiodische Struktur kann auch längs der longitudinalen Richtung eines Breitstreifenlasers (BAL) oder eines aufgeweiteten Laseroszillator-Wellenleiters angeordnet sein.In another example, a laser diode may include an embedded high- and low-index, high-loss aperiodic structure in the high-index material disposed adjacent the waveguide along the longitudinal direction. The aperiodic structure can suppress higher-order modes by disproportionately overlapping higher-order modes compared to lower-order modes and/or the fundamental mode. The aperiodic structures are chosen to introduce high losses for higher order modes but minimize losses for lower order modes and/or the fundamental mode. The aperiodic structure can be arranged over the entire length of the waveguide along the longitudinal direction or over a shorter length extending from the rear facet. The aperiodic structure can also be arranged along the longitudinal direction of a broad area laser (BAL) or a laser oscillator expanded waveguide.
In einem Beispiel ist die HOMSL eine antiwellengeführte Struktur, die eine Vielzahl von Materialien mit einem Brechungsindex umfasst, der höher als der Brechungsindex des Wellenleiters ist. Die HOMSL kann eine Vielzahl von dotierten und undotierten Materialien umfassen. Das HOMSL Material kann in verständiger Weise gewählt werden, um die Effizienz gegenüber dem BPP unter den Laserbetriebsbedingungen zu optimieren. Einige Beispiele von antiwellengeführten HOMSL-Materialien für den Fall, dass der ursprüngliche Wellenleiter Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs) enthält, beinhalten dotiertes Galliumarsenid (GaAs), Indiumgalliumarsenid (InGaAs) oder dergleichen oder Kombinationen davon. Andere Kombinationen von Materialien, die den Wellenleiter und die antiwellengeführten Strukturen bilden, wird der Fachmann in Betracht ziehen, und der beanspruchte Gegenstand ist diesbezüglich nicht beschränkt.In one example, the HOMSL is an anti-wave guided structure that includes a variety of materials with a refractive index higher than the refractive index of the waveguide. The HOMSL can include a variety of doped and undoped materials. The HOMSL material can be judiciously chosen to optimize efficiency over the BPP under the laser operating conditions. Some examples of anti-wave guided HOMSL materials in the case where the original waveguide contains aluminum gallium arsenide (AlGaAs) include doped gallium arsenide (GaAs), indium gallium arsenide (InGaAs), or the like, or combinations thereof. Other combinations of materials forming the waveguide and anti-wave guided structures will occur to those skilled in the art and the claimed subject matter is not limited in such respects.
Die Beispiele in den
In einem Beispiel ist die Laserdiode 300 so gefertigt, dass sie ein Substrat 304, eine n-Typ-Halbleiterschicht 306 und eine p-Typ-Halbleiterschicht 308 aufweist. Ein Quantentopf 302 befindet sich zwischen der n-Typ-Halbleiterschicht 306 und der p-Typ-Halbleiterschicht 308. Eine n-Mantelschicht 310 ist außerhalb der n-Typ-Halbleiterschicht 306 angeordnet. Eine p-Mantelschicht 312 ist außerhalb der p-Typ-Halbleiterschicht 308 angeordnet. Ein n-Metallkontakt 314 ist auf dem n-Substrat 304 angeordnet. Ein p-Metallkontakt 316 ist unter der p-Mantelschicht 312 angeordnet. Der Quantentopf 302, die n-Typ-Halbleiterschicht 306 und die p-Typ-Halbleiterschicht 308 bilden einen transversalen Wellenleiterabschnitt 318 der Laserdiode 300. Die Begrenzung des lateralen Wellenleiters 340 ist durch gepunktete Linien veranschaulicht, die sich auf den n-Metallkontakt 314 längs der longitudinalen Richtung erstrecken.In one example, the laser diode 300 is fabricated to include a
Die laterale Strahlgröße des Diodenlasers ist durch die Breite des aktiven Bereichs oder die Breite des lateralen Wellenleiters bestimmt. Da die Breite des Wellenleiters in der lateralen Richtung deutlich größer als die Lichtwellenlänge ist, werden in der lateralen Richtung viele Moden erzeugt. Die HOMSL 320 ist angrenzend an den lateralen Wellenleiter 340 längs der longitudinalen Richtung angeordnet. In
In einem Beispiel enthält die HOMSL 320 ein Hochindexmaterial, wobei der Index der HOMSL 320 höher ist als der Index des lateralen Wellenleiters 340. Die HOMSL 320 ist so konfiguriert, dass sie für Moden höherer Ordnung unterschiedlich mehr Verlust einbringt, wodurch diese in der lateralen Richtung (d. h. orthogonal zur Ausbreitung) unterdrückt werden. Die Einbeziehung dieses eingebetteten oder oberflächlichen Hochindexmaterials bewirkt eine überproportionale Antiführung von Moden höherer Ordnung, die mit dem Hochindexmaterial überlappen, im Vergleich zu Moden niedrigerer Ordnung/Grundmode.In one example, the
Zur Fertigung der Laserdiode 300 kann eine Vielzahl bekannter Materialien und Verfahren verwendet werden. Beispielsweise kann das Substrat 304 Galliumarsenid (GaAs) enthalten. Die n-Typ-Halbleiterschicht 306, die p-Typ-Halbleiterschicht 308 der n-Mantel 310 und/oder der p-Mantel 318 können auf dem GaAs-Substrat 304 aufgewachsen werden und eines der folgenden Materialien enthalten: Indium (In), Gallium (Ga), Aluminium (Al), Arsen (As), Phosphor (P), Galliumarsenid (GaAs), Indiumphosphid (InP) oder dergleichen oder beliebige Kombinationen davon. N-Typ und p-Typ-Schichten können mit Dotierstoffen dotiert werden, um die gewünschten n-Typ- oder p-Typ-Materialien herzustellen. Der beanspruchte Gegenstand ist in dieser Hinsicht nicht beschränkt.A variety of known materials and methods may be used to fabricate the laser diode 300 . For example, the
Das Material für die HOMSL 320 kann ein absorbierendes Material sein, so dass es Moden höherer Ordnung absorbiert, um die Effizienz im Vergleich zu dem Strahlparameterprodukt (BPP) unter den Betriebsbedingungen zu optimieren. Das Material der HOMSL 320 kann absorbierend oder nicht absorbierend sein.The material for the
In einem Beispiel erstrecken sich die Niedrig- und Hochindexmaterialien in alternierender Folge von den Seiten des lateralen Wellenleiters 314 nach außen. Das Niedrigindexmaterial 506 ist angrenzend an den lateralen Wellenleiter 340 angeordnet. Das Niedrigindexmaterial 506 ist dem lateralen Wellenleiter 340 näher als das Hochindexmaterial 340. Das Hochindexmaterial 504 ist außerhalb des Niedrigindexmaterials 506 angeordnet. Das Muster aus Hochindex-/Niedrigindexmaterial kann sich in der HOMSL-Struktur 502 einige Male aperiodisch wiederholen. Wie oben erwähnt, kann die aperiodische Struktur der HOMSL 502 einen mittleren Brechungsindex aufweisen, der niedriger als der effektive Modalindex in dem lateralen Wellenleiter oder höher als der Modalindex des lateralen Wellenleiters ist. Die für die aperiodische Struktur der HOMSL 502 selektierten Materialen sind so gewählt, dass sie für Moden höherer Ordnung einen hohen Verlust einbringen, aber den Verlust für Moden niedriger Ordnungen/Grundmode minimieren.In one example, the low and high index materials extend outwardly from the sides of the
In einem Beispiel kann die HOSML 1402 eine aperiodische Struktur aus einer ersten Schicht aus Niedrigindexmaterial 1406 enthalten, wobei der Index des Niedrigindexmaterials 1406 kleiner ist als der effektive Brechungsindex des Materials, das den FLOW 1440 aufbaut. Die HOMSL 1402 enthält ferner eine zweite Schicht aus Hochindexmaterial 1404, wobei der Index des Hochindexmaterials 1404 größer oder kleiner als der effektive Brechungsindex des Materials ist, das den FLOW 1440 ausbildet. Wie oben unter Bezugnahme auf
Ansatz der VerstärkungsanpassungGain Matching Approach
In einem Beispiel können Moden höherer Ordnung in dem lateralen Wellenleiter reduziert werden, indem die Strommenge verringert wird, welche die aktive Schicht in dem lateralen Wellenleiter erreicht, in der Moden höherer Ordnung verstärkt auftreten. Dies kann durch Verstärkungsanpassung erreicht werden. Herkömmlicherweise geht eine Verstärkungsanpassung mit einer Strominjektion von der p-Seite der Heterostruktur einher. Jedoch ist eine Verstärkungsanpassung von der p-Seite aus mit Ineffizienzen behaftet. Dagegen erzeugt eine Verstärkungsanpassung von der n-Seite aus eine diffuse Trägerverteilung, die stärker in erster Linie mit der Grundmode und dann mit den Profilen von Moden niedrigerer Ordnung überlappt, wodurch die gewünschten Moden eine höhere Verstärkung und die unerwünschten Moden höherer Ordnung eine geringere Verstärkung erhalten.In one example, higher order modes in the lateral waveguide can be reduced by reducing the amount of current reaching the active layer in the lateral waveguide where higher order modes are more prevalent. This can be achieved by gain adjustment. Conventionally, gain matching involves current injection from the p-side of the heterostructure. However, gain adjustment from the p-side has inefficiencies. In contrast, gain matching from the n-side produces a diffuse carrier distribution that overlaps more primarily with the fundamental mode and then with the profiles of lower-order modes, giving the desired modes higher gain and the undesired higher-order modes lower gain .
Eine Verstärkungsanpassung ausgehend von der n-Seite kann durch Einbringen eines lateralen Trägerverteilungsmusters 2802 erreicht werden, indem ein schmaler Streifen eines n-Metallkontakts 2814 auf der n-Seite 2820 der Laserdiode 2800 angeordnet ist, anstatt der herkömmlichen Metallisierung der gesamten n-Seite. Der dünne n-Metallkontakt 2814 kann an einer Vielzahl von Stellen gegenüber dem p-Metallkontakt 316 angeordnet sein. In einem Beispiel ist der n-Metallkontakt 2814 so versetzt, dass sich seine Kante an der Emitter-Halbebene 2804 befindet. Es wird eine Verstärkungsanpassung ausgehend von der n-Metallseite 2820 vorgenommen, welche Moden höherer Ordnung, die sich in dem Wellenleiter 2840 ausbreiten, dadurch reduziert, dass die Größe der Verstärkung für die Moden höherer Ordnung verringert wird.Gain matching from the n-side can be achieved by introducing a lateral
In einem Beispiel kann der n-Metallkontakt 2814 eine variable Breite längs der Kavität aufweisen, um das Trägerprofil in der lateralen und der longitudinalen Richtung zu modulieren. Dies ist in
Hybride Verstärkungsanpassung/HOMSL-AnsatzHybrid Gain Matching/HOMSL Approach
Eine weitere Reduzierung von Moden höherer Ordnung in einem lateralen Wellenleiter kann unter Verwendung eines Hybridansatzes vorgenommen werden, indem 1) die Ausbreitung von Moden höherer Ordnung in dem Wellenleiter durch Anwendung eines angepassten Strominjektionsschemas verringert wird, um die Verstärkung anzupassen oder die Verstärkung für Moden höherer Ordnung zu benachteiligen und ihnen dadurch die Verstärkung zu entziehen und die Moden höherer Ordnung zu unterdrücken, und 2) eine HOMSL angrenzend an den lateralen Wellenleiter längs der longitudinalen Richtung eingefügt wird, um Moden höherer Ordnung, die trotz der Verstärkungsanpassung erzeugt werden, weiter zu unterdrücken.Further reduction of higher order modes in a lateral waveguide can be done using a hybrid approach by 1) reducing the propagation of higher order modes in the waveguide by applying an adjusted current injection scheme to adjust the gain or the gain for higher order modes and thereby depriving them of gain and suppressing the higher order modes, and 2) inserting a HOMSL adjacent the lateral waveguide along the longitudinal direction to further suppress higher order modes generated despite the gain matching.
Wie oben diskutiert, kann eine Verstärkungsanpassung von der n-Seite aus durch Einbringen eines lateralen Trägerverteilungsmusters 2102 erreicht werden, indem der n-Metallkontakt 2114 auf der n-Seite der Laserdiode angeordnet wird. In
In einem anderen Beispiel kann eine HOMSL-Struktur, die symmetrisch um den Wellenleiter 2140 angeordnet ist, anstelle einer symmetrisch angeordneten HOMSL-Struktur verwendet werden. In einem Beispiel sollte eine asymmetrische HOMSL-Struktur, wie in den
Ferner können auch andere HOMSL-Strukturen verwendet werden, um das hier beschriebene Verfahren zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung durch den Hybrid aus Verstärkungsanpassung/HOMSL vorzunehmen. Statt die Hochindexmaterialien der HOMSL 320 einzusetzen, können beispielsweise absorbierende und/oder aperiodische Materialien verwendet werden, wie oben in Bezug auf die HOMSL 402 der
Merkmale der eingebetteten HOMSL zur Kompensation der thermischen LinsenwirkungFeatures of the embedded HOMSL to compensate for thermal lensing
Indexführung und Verstärkungsführung sind die vorherrschenden Eingrenzungsmechanismen, mit denen laterale optischen Moden (d. h. quer zur langsamen Achse) in Breitstreifenlaserkavitäten eingegrenzt werden. Eine Eingrenzung vertikaler Moden (d. h. quer zur schnellen Achse) wird typischerweise mit Indexführung unter Verwendung von n-Typ- und p-Typ-Mantelschichten vorbestimmter Brechungsindizes durchgeführt. Im Allgemeinen werden laterale optische Moden, die von einer Halbleiterlaserkavität, die eine Variation des lateralen Brechungsindex von Null in einem stromlosen, kalten Zustand aufweist, unterstützt werden, während eines gespeisten Zustands verstärkungsgeführt, da der injizierte Strom eine laterale Indexvariation zwischen elektrisch gepumpten und ungepumpten Bereichen induziert.Index guidance and gain guidance are the dominant confinement mechanisms used to confine lateral (i.e., transverse to the slow axis) optical modes in broad area laser cavities. Vertical mode confinement (i.e., transverse to the fast axis) is typically performed with index guidance using n-type and p-type cladding layers of predetermined refractive indices. In general, lateral optical modes supported by a semiconductor laser cavity that has zero lateral refractive index variation in an unpowered, cold state are gain-guided during a driven state because the injected current introduces a lateral index variation between electrically pumped and unpumped regions induced.
Bei Betrieb mit hoher Leistung verursacht ein lateraler thermischer Gradient eine laterale Indexdifferenz zwischen dem lateralen Wellenleiter und dem Mantel, die mit thermischer Linsenwirkung einhergeht. Die Größe eines durch thermische Linsenwirkung verursachten positiven, lateralen Indexkontrastes kann von verschiedenen Eigenschaften und Parametern der Kavität abhängen, darunter Länge, Halbleierschichtdicken, Trägerdichten, Typ und Dicke der aktiven Schicht, Emitter-/Reflektorbreiten, Verstärkung, Betriebswellenlänge, Menge der von dem Diodenlaser erzeugten Abwärme und Wärmeübertragung zwischen dem Diodenübergang und der Wärmesenke, etc., wie von einem Fachmann leicht erkannt wird.During high power operation, a lateral thermal gradient causes a lateral index difference between the lateral waveguide and the cladding, which is associated with thermal lensing. The magnitude of positive lateral index contrast caused by thermal lensing can depend on various cavity properties and parameters, including length, semiconductor layer thicknesses, carrier densities, active layer type and thickness, emitter/reflector widths, gain, operating wavelength length, amount of waste heat generated by the diode laser, and heat transfer between the diode junction and the heat sink, etc., as will be readily appreciated by one skilled in the art.
Der auf die langsame Achse bezogene Divergenzwinkel eines von der Halbleitervorrichtung emittierten Ausgangsstrahls kann durch die laterale Wellenleitereingrenzung nahe der hochreflektierenden Facette stark beeinflusst werden. Die Indexführung (hervorgerufen durch thermische Linsenwirkung) in dem lateralen Wellenleiter nahe der hochreflektierenden Facette kann unerwünschte laterale Moden höherer Ordnung unterstützen, was zu einer auf die langsame Achse bezogenen Divergenz und zu verminderter Strahlqualität führt.The slow-axis divergence angle of an output beam emitted from the semiconductor device can be strongly affected by the lateral waveguide confinement near the highly reflective facet. Index guiding (caused by thermal lensing) in the lateral waveguide near the highly reflective facet can support unwanted higher-order lateral modes, resulting in slow-axis divergence and reduced beam quality.
Diese Beispiele beschreiben Verfahren, Systeme und Einrichtungen, die dazu dienen, das Auftreten von lateralen Moden höherer Ordnung im Gerätebetrieb zu verringern, die durch hohen Indexkontrast induzierte thermische Linsenwirkung verursacht werden. Der erhöhte Wellenleiterindexkontrast infolge der thermischen Linsenwirkung wird ausgeglichen oder kompensiert, indem auf der HR-Seite der Fabry-Perot-Kavität ein Indexkompensationsbereich ausgebildet wird. Dies verringert die Größe der durch Indexkontrast induzierten thermischen Linsenwirkung.These examples describe methods, systems and devices for reducing the occurrence of higher order lateral modes in device operation caused by high index contrast induced thermal lensing. The increased waveguide index contrast due to thermal lensing is offset or compensated for by forming an index compensation region on the HR side of the Fabry-Perot cavity. This reduces the magnitude of index contrast induced thermal lensing.
Wie weiter unten genauer beschrieben ist, beinhalten die Verfahren zur Erzielung eines solchen Profils das Einbringen lateraler Merkmale mit höherem Brechungsindex angrenzend an und/oder überlappend mit dem lateralen Wellenleiter, die Verringerung der transversalen Wellenleiterdicke in dem aktiven Streifen, und/oder das Einbringen einer dünnen Niedrigindexschicht innerhalb des transversalen Wellenleiters.As described in more detail below, methods for achieving such a profile include introducing higher index of refraction lateral features adjacent and/or overlapping the lateral waveguide, reducing the transverse waveguide thickness in the active stripe, and/or introducing a thin one Low-index layer within the transverse waveguide.
Die
In einem Beispiel wird die Laserdiode 3100 in einer vereinfachten Epitaxialstruktur dargestellt und enthält eine n-Typ-Mantelschicht 3108 und eine p-Typ-Mantelschicht 3110, zwischen denen ein transversaler Wellenleiter oder eine Kavität 3112 ausgebildet ist. Der transversale Wellenleiter 3112 ist orthogonal zu dem lateralen Wellenleiter 3106 und enthält eine n-Typ-Wellenleiterschicht 3114, eine p-Typ-Wellenleiterschicht 3116 oder eine aktive Schicht 3118. Die aktive Schicht 3118 enthält typischerweise eine oder mehrere Quantentöpfe, jedoch sind auch andere Konfigurationen möglich, darunter p-n-Übergang, Homostrukturen, Heterostrukturen, Doppelheterostrukturen, Quantendrähte, Quantenpunkte, etc. Die p-Typ-Mantelschicht 3110 kann in verschiedene Formen geätzt werden, um Stegstrukturen 3120 oder Mesas auszubilden, die sich entweder über die gesamte longitudinale Länge der Diode 3100 erstrecken oder sich ausgehend von der Seite des Partialreflektors (PR) 3122 nur über eine Teillänge der Diode 3100 erstrecken. Zusätzlich können eine oder mehr dielektrische und/oder Deckschichten (nicht gezeigt) auf der Laserdiode 3100 ausgebildet sein, um Strom durch die aktive Schicht 3118 zu leiten.In one example, the
Der laterale Wellenleiter 3106 ist in der longitudinalen Richtung an einem ersten Ende durch die HR-beschichtete Facette 3124 und an einem zweiten Ende durch eine PR-beschichtete Facette 3126 begrenzt. In einem Beispiel ist die HOMSL 3104 unterhalb der p-Typ-Mantelschicht 3110 auf einer oder beiden Seiten des lateralen Wellenleiters ausgebildet. Die HOMSL 3104 erstreckt sich ausgehend von der HR-beschichteten Facette 3124 in longitudinale Richtung um eine Länge, die kleiner als der Abstand zwischen der HR-Facette und der PR-Facette ist. Die eingebettete HOMSL 3104 erstreckt sich nicht zur PR-Seite 3122 und ist deshalb von der PR-Seite 3122 hergesehen nicht sichtbar.
Hährend des Hochleistungsbetriebs der Laserdiode 3100, führt das Temperaturprofil, das aus einer lateralen Wärmeausbreitung resultiert, zu einer thermischen Linsenwirkung in dem lateralen Wellenleiter 3106, die einen Brechungsindexkontrast in dem lateralen Wellenleiter 3106 hervorruft. In einem Beispiel kann eine partielle oder vollständige Kompensation im Hinblick auf den erhöhten Brechungsindexkontrast in dem lateralen Wellenleiter 3106 erzielt werden, indem die HOMSL-Merkmale 3104 strategisch angrenzend an den lateralen Wellenleiter 3106 auf einer oder beiden lateralen Seiten angeordnet werden. Die HOMSL 3104 ist zwischen der p-Typ-Wellenleiterschicht 3116 und der p-Typ-Mantelschicht 3110 ausgebildet. Alternativ kann die HOMSL 3104 auch zwischen der n-Typ-Wellenleiterschicht 3114 und der n-Typ-Mantelschicht 3108 ausgebildet werden. Die HOMSL 3104 kann ferner auch so ausgebildet sein, dass sie den lateralen Wellenleiter 3106 geringfügig überlappt, um eine auf die Modengröße bezogene Fehlanpassung zwischen den beiden Bereichen zu kompensieren oder aus anderen Gründen.During high power operation of the
Das Hinzufügen von HOMSL-Strukturen 3104 (z. B. mit GaAs) zu einem BAL kann mit einer Vielzahl von Verfahren erfolgen, die dem Fachmann an sich bekannt sind, und der beanspruchte Gegenstand ist in dieser Hinsicht nicht beschränkt. Beispielweisen kann eine modifizierte Maske und Ätzung eingesetzt werden, um eine HOMSL 3104 mit ausgewählten Versätzen gegenüber dem Stegwellenleiter 3120 auszubilden. Die HOMSL-Hochindexmerkmale 3104, die an den kanten des Stegwellenleiters 3120 angeordnet sind, können Moden höherer Ordnung überproportional überlappen, jedoch bedeutet die Fehlanpassung in der Modengröße von Moden identischer Ordnung zwischen der HR-Seite und der PR-Seite, dass der Versatz zwischen dem Oxidsteg 3120 und der HOMSL 3104 in der lateralen Richtung so gewählt wird, dass das Auftreten übermäßiger Verluste vermieden wird, indem die unterstützten Lasermoden ausgekoppelt werden.Adding HOMSL structures 3104 (e.g., with GaAs) to a BAL can be done using a variety of methods well known to those skilled in the art, and the claimed subject matter is not limited in this regard. For example, a modified mask and etch may be employed to form a
Verschiedene Simulationen deuten darauf hin, dass für verschiedene Größenordnungen von Indexkontrasten der Trend der Modengröße unabhängig davon, um welche Ordnung es sich handelt, vorhersagbar ist. Die Größenordnung der Indexkontraste liegt in einem Bereich von 10-5<Δn<10-3. Die vorhergesagte Fehlanpassung in der Größe des lateralen Wellenleiters 3106 (oder der Überlapp in der HOMSL 3104 über den lateralen Wellenleiter) kann in einem Bereich von 2-6 um auf jeder Seite oder 4-12 um insgesamt sein.Various simulations indicate that for different orders of index contrasts, the trend in mode size is predictable regardless of which order it is. The order of magnitude of the index contrasts is in a range of 10-5<Δn<10-3. The predicted mismatch in size of the lateral waveguide 3106 (or the overlap in the
In einem anderen Beispiel ist die HOMSL 3104 so ausgebildet, dass sie den lateralen Wellenleiter 3106 lateral überlappt, um eine Fehlanpassung in dem lateral Modenbereich zwischen einem HOMSL-Bereich 3104 und einem indexgeführten Bereich um einen Wert zwischen 0-10um auf jeder Seite oder 0-20um insgesamt zu kompensieren.In another example, the
In einem Beispiel erstreckt sich die HR-Seite 3102 ausgehend von der HR-beschichteten Facette 3124 bis etwa zu einem Mittelpunkt 3130 (gestrichelte Linie). Die PR-Seite 3122 erstreckt sich ausgehend von der PR-beschichteten Facette 3126 etwa bis zu dem Mittelpunkt 3130.In one example, the
Unter Betriebsbedingungen erfährt die HR-Seite 3102 eine thermische Linsenwirkung, jedoch ist bei Unterdrückung oder Kompensation durch die HOMSL 3104 dieser Bereich schwach indexgeführt; daher hat er ein Indexprofil, das näherungsweise dem in
Um die Größe einer durch den Indexkontrast auf der HR-Seite 3102 der Laserdiode 3100 induzierten thermischen Linsenwirkung zu reduzieren, kann die HOMSL 3104 ein Material mit einem höheren Brechungsindex als die umgebenden Materialien enthalten. Der relative Brechungsindex (n) für die HOMSL 3104 in Bezug auf die transversalen Wellenleiterschichten ist nHOMSL 3104 > np-Typ-Mantelschicht-3110 / nn-Typ-Mantelschicht 3108 > np-Typ-Wellenleiterschicht 3116 / nn-Typ-Wellenleiterschicht.In order to reduce the magnitude of thermal lensing induced by the index contrast on the
Um die Größe des durch die thermische Linsenwirkung induzierten Indexkontrasts auf der HR-Seite 3102 zu reduzieren, sind zudem der Brechungsindex und die Dicke 3128 der HOMSL 3104 mit Bedacht gewählt. Die Wahl der Dicke 3128 sollte auf Grundlage von deren Auswirkung auf die Größe des Brechungsindexkontrastes erfolgen (d.h. des potentiellen effektiven Indexkontrastes auf der HR-Seite 3102 des lateralen Wellenleiters 3106). Eine bestimmte Dicke 3128 der HOMSL 3104, eine Schwellendicke oder ein Dickenbereich (hier zusammenfassend als „Dicke“ bezeichnet), welche die Größe der durch den Indexkontrast induzierten thermischen Linsenwirkung auf der HR-Seite 3102 hinreichend reduzieren, könen durch eine Vielzahl von Verfahren identifiziert werden, darunter Simulation, Experimente, Referenztabellen und vorausschauende Analysen etc.In addition, to reduce the magnitude of the thermal lensing-induced index contrast on the
Die Dicke 3128 bestimmt das Δn auf der HR-Seite 3102 relativ zur thermischen Linsenwirkung und reduziert das Führungsvermögen des lateralen Wellenleiters 3106 in dem Bereich nahe der HOMSL 3104. In verschiedenen Beispielen können die Dicken so gewählt werden, dass die Linsenwirkung größtenteils kompensiert ist, um so einen schwach indexgeführten Bereich zu erzeugen. Dies ermöglicht eine schwache Indexführung einiger weniger lateraler Moden oder, im Extremfall, nur einer einzigen lateralen Mode bei hohem Betriebsstrom auf der HR-Seite 3102. Ein solch schwach geführter Bereich kann 10 oder weniger laterale Moden oder auch nur eine Mode unterstützen. Im Ergebnis unterstützt der laterale Wellenleiter 3106 auf der HR-Seite weniger laterale Moden und ermöglicht eine Verringerung der auf die langsame Achse bezogenen Divergenz sowie höhere Helligkeit im Vergleich zu herkömmlichen BALs.The
Da die HOMSL so konstruiert ist, dass sie die thermische Linsenwirkung im Hochleistungsbetrieb größtenteils kompensiert, kann auf der HR-Seite 3102 für den Betrieb mit geringer Leistung effektiv ein antigeführter Bereich vorhanden sein, der beim Betrieb mit höherer Leistung mit dem Einsetzen der thermischen Linsenwirkung in einen schwach indexgeführten Bereich übergeht.Because the HOMSL is designed to largely compensate for thermal lensing in high power operation, there can effectively be an anti-guided region on the
Die Laserdiode 3200 ist in einer vereinfachten epitaktischen Struktur dargestellt und enthält eine n-Typ-Mantelschicht 3208 und eine p-Typ-Mantelschicht 3210, zwischen denen ein transversaler Wellenleiter oder eine Kavität 3212 ausgebildet ist. Der transversale Wellenleiter 3212 ist orthogonal zu dem lateralen Wellenleiter 3206 und enthält eine n-Typ-Wellenleiterschicht 3214, eine p-Typ-Wellenleiterschicht 3216 und eine aktive Schicht 3218. Stegstrukturen 3220 können sich über einen Teil oder die gesamte longitudinale Länge der Diode 3200 zwischen der HR-Seite 3202 und der PR-Seite 3222 erstrecken.
Die HOMSL 3204 ist innerhalb des transversalen Wellenleiters 3212 innerhalb der p-Typ-Wellenleiterschicht 3216 angeordnet. Alternativ kann die HOMSL 3204 in der n-Typ-Wellenleiterschicht 3214 angeordnet sein.
In einem Beispiel kann die HOMSL 3204 eine dünne Schicht eines Materials mit niedrigerem Index enthalten. Obgleich die HOMSL 3204 in dem transversalen Wellenleiter 3212 angeordnet ist, befindet sie sich auch innerhalb des lateralen Wellenleiters 3206; deshalb wird der effektive Index des lateralen Wellenleiters 3206 durch das Vorhandensein der HOMSL 3204 mit niedrigerem Index verringert. Der Index des lateralen Mantels 3210 bleibt unverändert.In one example, the
Während des Hochleistungsbetriebs der Laserdiode 3200 führt das Temperaturprofil, das aus der lateralen Wärmeausbreitung resultiert, zu einer thermischen Linsenwirkung in dem lateralen Wellenleiter 3206, die einen Brechungsindexkontrast in dem lateralen Wellenleiter 3206 induziert. In einem Beispiel kann eine teilweise oder vollständige Kompensation hinsichtlich des erhöhten Brechungsindexkontrastes in dem lateralen Wellenleiter 3206 erzielt werden, indem ein HOMSL 3204 innerhalb des lateralen Wellenleiters 3206 strategisch platziert wird. Die HOMSL 3204 kann um 0-10 um auf jeder Seite oder um 0-20 um insgesamt lateral schmaler als der laterale Wellenleiter 3206 sein.During high power operation of the
Das Hinzufügen der HOMSL-Strukturen 3204 (z. B. mit AlGaAs) zu einem BAL kann mit einer Vielzahl an Verfahren vorgenommen werden, die dem Fachmann bekannt sind, und der beanspruchte Gegenstand ist in dieser Hinsicht nicht beschränkt.Adding the HOMSL structures 3204 (e.g., with AlGaAs) to a BAL can be done using a variety of methods known to those skilled in the art, and the claimed subject matter is not limited in these respects.
Unter Betriebsbedingungen erfährt die HR-Seite 3202 eine thermische Linsenwirkung, jedoch wird mit der Unterdrückung oder Kompensation durch die HOMSL 3204, in dem der Indexkontrast durch Einbringen eines Materials mit niedrigerem Index in den lateralen Wellenleiter 3206 verringert wird, der Bereich der HR-Seite 3202 schwach indexgeführt. Um die Größe einer durch den Indexkontrast induzierten thermischen Linsenwirkung auf der HR-Seite 3202 zu verringern, kann die HOMSL 3204 ein Material mit einem niedrigeren Index als die umgebenden Materialien enthalten. Der relative Brechungsindex (n) für die HOMSL 3204 in Bezug auf die transversalen Wellenleiterschichten ist: nNiedrigindexschicht <np-Wellenleiter/nn-Wellenleiter<nn-Mantel/nn-Mantel.Under operating conditions, the
Um die Größe der durch den Indexkontrast induzierten thermischen Linsenwirkung auf der HR-Seite 3202 zu verringern, werden ähnlich wie bei der HOMSL 3104 die Dicke 3228 und der Brechungsindex der HOMSL 3204 mit Bedacht gewählt. Die Wahl der Dicke 3228 basiert auf deren Auswirkung auf die Größe des Brechungsindexkontrastes (d.h. des potentiellen effektiven Indexkontrastes auf der HR-Seite 3202 des lateralen Wellenleiters 3206). Eine bestimmte Dicke 3228 der HOMSL 3204, welche die Größe der durch den Indexkontrast induzierten thermischen Linsenwirkung auf der HR-Seite 3202 hinreichend verringert, kann durch eine Vielzahl von Verfahren identifiziert werden, darunter Simulation, Experimente, Referenztabelle und vorausschauende Analyse etc.To reduce the magnitude of the index contrast induced thermal lensing effect on the
Die Dicke 3228 bestimmt das Δn auf der HR-Seite 3202 in Relation zur thermischen Linsenwirkung und verringert das Führungsvermögen des lateralen Wellenleiters 3206 in dem Bereich nahe der HOMSL 3204. In verschiedenen Beispielen können die Dicken so gewählt werden, dass die thermische Linsenwirkung größtenteils kompensiert ist, um einen schwach indexgeführten Bereich zu erzeugen. Dies ermöglicht eine schwache Indexführung einiger weniger lateraler Moden oder, im Extremfall, nur einer einzigen lateralen Mode bei hohem Betriebsstrom auf der HR-Seite 3202. Ein solch schwach geführter Bereich kann 10 oder weniger laterale Moden oder auch nur eine einzige Mode unterstützen. Im Ergebnis unterstützt so der laterale Wellenleiter 3206 auf der HR-Seite 3202 weniger laterale Moden und ermöglicht eine Verringerung der auf die langsame Achse bezogenen Divergenz sowie eine höhere Helligkeit im Vergleich zu herkömmlichen BALs.The
In verschiedenen Beispielen können die HOMSL 3104 und die HOMSL 3204 aus einer Vielzahl von Materialien gebildet werden, die dem Fachmann bekannt sind, und welche die hier offenbarten Einschränkungen in Bezug auf die Abmessung und die relativen Brechungsindizes hinreichend erfüllen, um die Größe der durch den Indexkontrast induzierten thermischen Linsenwirkung in dem lateralen Wellenleiter zu verringern, und der beanspruchte Gegenstand ist in dieser Hinsicht nicht beschränkt. Beispielsweise können die HOMSL 3104 und/oder die HOMSL 3204 aus einer Vielzahl von Materialien gebildet werden, darunter Galliumarsenid (GaAs), Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs), Indiumgalliumarsenid (InGaAs), Indiumaluminiumgalliumarsenid (InAlGaAs) und/oder Indiumgalliumphosphid (InGaAsP).In various examples,
Die
Obgleich die HOMSL 3304 in dem transversalen Wellenleiter 3212 in der p-Typ-Wellenleiterschicht 3316 angeordnet ist, befindet sie sich auch innerhalb des lateralen Wellenleiters 3306; der effektive Index des lateralen Wellenleiters 3306 ist deshalb durch das Vorhandensein der HOMSL 3304 verringert.Although
Während des Hochleistungsbetriebs der Laserdiode 3300 führt das Temperaturprofil, das aus der lateralen Wärmeausbreitung resultiert, zu einer thermischen Linsenwirkung in dem lateralen Wellenleiter 3306, die einen Brechungsindexkontrast in dem lateralen Wellenleiter 3306 induziert. In einem Beispiel kann eine teilweise oder vollständige Kompensation hinsichtlich des erhöhten Brechungsindexkontrastes in dem lateralen Wellenleiter 3306 erzielt werden, in dem die HOMSL 3304 innerhalb des lateralen Wellenleiters 3306 strategisch platziert wird. Eine Rinne für die HOMSL 3304 kann so ausgebildet werden, dass sie um 0-10 µm auf jeder Seite oder um 0-20 µm insgesamt lateral schmaler ist als der laterale Wellenleiter 3306.During high power operation of the
Das Hinzufügen einer auf die HOMSL 3304 bezogenen Rinne, eines Einschnitts, eines Kanals, etc. zu einem BAL kann mit einer Vielzahl von Verfahren erfolgen, die dem Fachmann bekannt sind, und der beanspruchte Gegenstand ist in dieser Hinsicht nicht beschränkt. Beispielsweise kann die HOMSL 3304 durch Abätzen oder selektives Abscheiden dickerer Schichten, die an den aktiven Streifen angrenzen, ausgebildet werden.The addition of a
Unter Betriebsbedingungen erfährt die HR-Seite 3302 eine thermische Linsenwirkung, jedoch wird mit der Unterdrückung oder Kompensation durch die HOMSL 3304 durch die Bereitstellung des Abschnittes mit dünnerer transversaler Wellenlängendicke der Bereich der HR-Seite 3302 schwach indexgeführt, wodurch die Größe einer durch den Indexkontrast induzierten thermischen Linsenwirkung auf der HR-Seite 3302 verringert wird. Je kleiner die Dicke des transversalen Wellenleiters 3312 in einem Beispiel ist, desto höher ist der effektive Brechungsindex, wodurch der laterale Wellenleiter 3306 einen niedrigeren Brechungsindex als der laterale Mantel haben kann.Under operating conditions, the
Um die Größe der durch den Indexkontrast induzierten thermischen Linsenwirkung auf der HR-Seite 3302 zu verringern, wird ähnlich wie bei der HOMSL 3104 die Dicke 3328 mit Bedacht gewählt. Die Wahl der Dicke 3328 basiert auf deren Auswirkung auf die Größe des Brechungsindexkontrastes (d.h. des potentiellen effektiven Indexkontrastes auf der HR-Seite 3302 des lateralen Wellenleiters 3306). Eine bestimmte Dicke 3328 der HOMSL 3304, welche die Größe der durch den Indexkontrast induzierten thermischen Linsenwirkung auf der HR-Seite 3302 hinreichend verringert, kann durch eine Vielzahl von Verfahren identifiziert werden, darunter Simulation, Experimente, Referenztabelle und vorausschauende Analyse etc.To reduce the magnitude of the index contrast induced thermal lensing effect on the
Die Dicke 3328 bestimmt das Δn auf der HR-Seite 3302 in Relation zur thermischen Linsenwirkung und verringert das Führungsvermögen des lateralen Wellenleiters 3306 in dem Bereich nahe der HOMSL 3304. In verschiedenen Beispielen können die Dicken so gewählt werden, dass die thermische Linsenwirkung größtenteils kompensiert ist, um einen schwach indexgeführten Bereich auszuführen. Dies ermöglicht eine schwache Indexführung einiger weniger lateraler Moden oder, im Extremfall, nur einer einzigen laterale Mode bei hohem Betriebsstrom auf der HR-Seite 33002. Ein solch schwach geführter Bereich kann 10 oder weniger laterale Moden oder auch nur eine Mode unterstützen. Im Ergebnis unterstützt der laterale Wellenleiter 3306 an der HR-Seite 3302 weniger laterale Moden und ermöglicht eine Verringerung der auf die langsame Achse bezogenen Divergenz sowie eine höhere Helligkeit im Vergleich zu konventionellen BALs.The
SIMULATIONEN UND BEISPIELESIMULATIONS AND EXAMPLES
Die HOMSL 3104 und die HOMSL 3204 können jeweils durch eine Vielzahl von Verfahren gefertigt werden, die den Fachmann bekannt sind, und der beanspruchte Gegenstand ist in dieser Hinsicht nicht beschränkt. Für die Herstellung kann es erforderlich sein, eine geeignete Dicke der HOMSL 3104 zu bestimmen, die ausreicht, um den Indexkontrast auf der HR-Seite zu reduzieren. Diese relative Differenz in Δn kann für eine Simulationsberechnung der Beziehung zwischen der Dicke der HOMSL 3104 und Δn berücksichtigt werden.
Die für die thermische Linsenwirkung erforderliche approximative Indexkompensation wird anhand der simulierten Strahlausbreitung eines Wellenleiters und anhand des gleichzeitig simulierten Fernfeldes ermittelt.The approximate index compensation required for the thermal lens effect is determined using the simulated beam propagation of a waveguide and the simultaneously simulated far field.
Wie oben beschrieben, wird eine flache Indexstufe verwendet, um den Indexkontrast zu bestimmen, der erforderlich ist, um das Fernfeld bei geringer Betriebsleistung anzupassen. Die Spalte HOM bezeichnet die Ordnung der vorhergesagten Mode mit der höchsten Ordnung.As described above, a flat index step is used to determine the index contrast required to match the far field at low operating power. The HOM column denotes the order of the predicted mode with the highest order.
Die vorstehende Beschreibung von Laserdioden, Epitaxialschichtstrukturen, verschiedenen Merkmalen/Strukturen innerhalb der Epitaxialschichten und Wellenleitern sind lediglich Beispiele und dienen der Veranschaulichung; andere Strukturen und Merkmale oder Kombinationen von Strukturen und/oder Merkmalen sind denkbar und liegen innerhalb des Bereichs des offenbarten Gegenstands; der Anspruchsgegenstand ist in dieser Hinsicht nicht beschränkt.The foregoing description of laser diodes, epitaxial layer structures, various features/structures within the epitaxial layers, and waveguides are merely examples and are for purposes of illustration; other structures and features or combinations of structures and/or features are contemplated and are within the scope of the disclosed subject matter; the claimed subject matter is not limited in this regard.
Nach der Beschreibung und Veranschaulichung der allgemeinen und spezifischen Prinzipien von Beispielen der vorliegend offenbarten Technologie sollte es offensichtlich sein, dass die Beispiele in der Anordnung und im Detail modifiziert werden können, ohne von diesen Prinzipien abzuweichen. Wir beanspruchen alle Modifikationen und Variationen, die innerhalb des Geistes und des Umfangs der folgenden Ansprüche liegen.Having described and illustrated the general and specific principles of examples of the technology disclosed herein, it should be apparent that the examples may be modified in arrangement and detail without departing from such principles. We claim all modifications and variations coming within the spirit and scope of the following claims.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- US 9166369 [0027]US9166369 [0027]
Claims (16)
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201962885946P | 2019-08-13 | 2019-08-13 | |
US62/885,946 | 2019-08-13 | ||
PCT/US2020/046251 WO2021030639A1 (en) | 2019-08-13 | 2020-08-13 | Method, system and apparatus for higher order mode suppression |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE112020003385T5 true DE112020003385T5 (en) | 2022-03-31 |
Family
ID=74570440
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE112020003385.6T Pending DE112020003385T5 (en) | 2019-08-13 | 2020-08-13 | Method, system and apparatus for higher-order mode suppression |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN114424417A (en) |
DE (1) | DE112020003385T5 (en) |
WO (1) | WO2021030639A1 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11495942B2 (en) | 2016-10-28 | 2022-11-08 | Nlight, Inc. | Method, system and apparatus for higher order mode suppression |
CN116345302B (en) * | 2023-05-30 | 2023-08-15 | 苏州长光华芯光电技术股份有限公司 | Semiconductor light-emitting structure, preparation method thereof and packaging module |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9166369B2 (en) | 2013-04-09 | 2015-10-20 | Nlight Photonics Corporation | Flared laser oscillator waveguide |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100674836B1 (en) * | 2005-02-28 | 2007-01-26 | 삼성전기주식회사 | High power single mode semiconductor laser device and method of producing the same |
DE102011100175B4 (en) * | 2011-05-02 | 2021-12-23 | OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Laser light source with a ridge waveguide structure and a mode filter structure |
JP5255106B2 (en) * | 2011-10-24 | 2013-08-07 | 住友電気工業株式会社 | Nitride semiconductor light emitting device |
CN110114945B (en) * | 2016-10-28 | 2023-06-06 | 恩耐公司 | Method, system and apparatus for higher order mode suppression |
-
2020
- 2020-08-13 WO PCT/US2020/046251 patent/WO2021030639A1/en active Application Filing
- 2020-08-13 CN CN202080065748.3A patent/CN114424417A/en active Pending
- 2020-08-13 DE DE112020003385.6T patent/DE112020003385T5/en active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9166369B2 (en) | 2013-04-09 | 2015-10-20 | Nlight Photonics Corporation | Flared laser oscillator waveguide |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN114424417A (en) | 2022-04-29 |
WO2021030639A1 (en) | 2021-02-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102008014093B4 (en) | Edge-emitting semiconductor laser chip with at least one current barrier | |
DE102009019996B4 (en) | DFB laser diode with lateral coupling for high output power | |
CN110114945B (en) | Method, system and apparatus for higher order mode suppression | |
DE60107679T2 (en) | Indium phosphide-based vertical cavity surface emitting laser | |
DE102004032467B4 (en) | Single-mode vertical cavity resonator lasers and methods of making same | |
DE102009054564A1 (en) | A laser diode array and method of making a laser diode array | |
WO2009082999A2 (en) | Edge-emitting semiconductor laser chip having a structured contact strip | |
DE112020003385T5 (en) | Method, system and apparatus for higher-order mode suppression | |
EP2218153B1 (en) | Method for producing a radiation-emitting component and radiation-emitting component | |
EP2191548B1 (en) | Radiation-emitting component | |
DE60204168T2 (en) | PHASE-SHIFTED SURFACE-EMITTING DFB LASER STRUCTURES WITH REINFORCING OR ABSORBENT GRIDS | |
EP2337168B1 (en) | Two-cavity surface-emitting laser | |
EP1323219B1 (en) | Semiconductor laser | |
WO2020156775A1 (en) | Device for generating a laser beam | |
DE102016122147B4 (en) | semiconductor laser | |
US7409134B2 (en) | Control of output beam divergence in a semiconductor waveguide device | |
DE112021002126T5 (en) | VCSEL with increased wavelength dependence of drive current | |
JP2003017813A (en) | Semiconductor laser | |
DE102017101422B4 (en) | Diode laser with improved mode profile | |
EP2262067B1 (en) | Optoelectronic semiconductor element | |
WO2004049461A2 (en) | Method for producing a buried tunnel junction in a surface-emitting semiconductor laser | |
DE102020133368B4 (en) | Laser diode with integrated thermal aperture | |
WO2023218005A1 (en) | Broad-area diode laser with integrated p-n tunnel junction | |
EP1630914B1 (en) | Vertically emitting semiconductor laser with external resonator and its method of fabrication | |
DE102021104343A1 (en) | SEMICONDUCTOR EMITTER |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: NLIGHT, INC., CAMAS, US Free format text: FORMER OWNER: NLIGHT, INC., VANCOUVER, WA, US |