DE19934639A1 - Resonatorspiegel mit einem sättigbaren Absorber - Google Patents
Resonatorspiegel mit einem sättigbaren AbsorberInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Resonatorspiegel mit einem Sättigbaren Absorber für eine Laserwellenlänge ^L , der aus einer Schichtfolge mehrerer Halbleiterschichten auf einem Substrat (1) aufgebaut ist, wobei auf einer Oberfläche des Substrats (1) ein Bragg-Reflektor (2) aufgewachsen ist, welcher aus einer Vielzahl alternierend angeordneter Schichten aus einem ersten Material (4) mit einem Brechungsindex n H und aus einem zweiten Material (5) mit einem dem gegenüber niedrigeren Brechungsindex n L besteht. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Bragg-Reflektor (2) eine Dreifach-Schicht (3) aufgewachsen ist, bei der eine Einfach-Quantenschicht (6) innerhalb von zwei Schichten (4' und 4'' oder 5' und 5'') außerhalb eines Intensitätsminimums für die Laserstrahlung ^L eingelagert ist und die Dreifach-Schicht zusammen optisch DOLLAR F1 dick ist.
Description
Die Erfindung betrifft einen Resonatorspiegel mit einem Sättigbaren Absorber, der aus
mehreren Halbleiterschichten auf einem Substrat aufgebaut ist, für die Verwendung in einem
Festkörperlaserresonator.
In der WO 96/36906 A1 werden optische Komponenten zur Erzeugung gepulster
Laserstrahlung beschrieben, die auch als Resonatorspiegel eingesetzt werden können.
Diese Resonatorspiegel beinhalten einen Schichtaufbau, der einen Reflektor und einen
Sättigbaren Absorber beinhaltet. Durch die Lage der Absorberschicht in einem
Schichtensemble soll die auf der Struktur des Beschichtungsensembles beruhende
Wellenlängenabhängigkeit mit der vom absorbierenden Material gegebenen Absorption für
einen vorgegebenen Wellenlängenbereich kompensiert werden (Seite 8, Zeilen 29-35). Aus
Fig. 3 und der zugehörigen Beschreibung ist zu entnehmen, daß es mit dieser Maßnahme
gelingen soll, die Reflektivität über einen Wellenlängenbereich von etwa 50 nm bei nahezu
100% zu halten.
Weiterhin soll mit dem Schichtaufbau eine negative Dispersion der Gruppengeschwindigkeit
der Strahlungswellen im Laserresonator erreicht werden (Seite 11, Zeile 1-3). Ziel der
Anordnung des Sättigbaren Absorbes innerhalb des Schichtaufbaues ist, daß neben der
Eigenschaft einer negativen Dispersion zusätzlich die Eigenschaft einer sättigbaren
Absorption optimal im Schichtaufbau integriert ist (Seite 11, Zeilen 19-27).
Der Verlauf der Intensität innerhalb des Beschichtungsensembles ist aus der Fig. 4 für vier
Wellenlängen innerhalb eines Wellenlängenbereiches von 40 nm zu entnehmen. Aus den
Fig. 8 und deren Beschreibung ist zu entnehmen, daß durch die Lage des Sättigbaren
Absorbers im Beschichtungsensemble die Reflektivität der optischen Komponente eingestellt
werden kann.
Weiter ist im Anspruch 4 geschrieben, daß der Sättigbare Absorber an einem Ort angeordnet
ist, an dem eine hohe Strahlungsintensitätsstärkeänderung und eine hohe
Absorptionsänderung in einem Wellenlängenbereich vorliegt. Damit soll im
Zusammenwirken mit den anderen Schichten ein vorgegebener Reflexionsverlauf innerhalb
eines Wellenlängenbereiches geschaffen werden (siehe Anspruch 5).
Es soll ein gleichmäßig hoher Reflexionsgrad über einen Wellenlängenbereich von 50 nm
erreicht werden (Fig. 3, 8a-e).
Optimierungskriterium ist, eine optimale sättigbar absorbierende Wirkung dieser optischen
Komponente zu erhalten. Aus dem Inhalt der Beschreibung kann entnommen werden, daß das
Optimum darin besteht, (Seite 11 Zeilen 33 bis 37) Laserpulse mit extrem kurzer Pulsbreite
(kleiner 10 fs) zu erhalten und/oder, daß (Seite 15, Zeilen 10-16) der Sättigbare Absorber an
dem Ort plaziert wird, wo die gewünschte Wirkung eintritt: die gewünschte Breitbandigkeit in
Bezug auf einen gewünschten Wellenlängenbereich zu erhalten.
Die Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, einen vergleichsweise einfach
aufgebauten Resonatorspiegel mit einem Sättigbaren Absorber für die Verwendung in einem
Festkörperlaserresonator zu schaffen, der leistungsmäßig hoch belastbar ist. Dabei soll der
Sättigbare Absorber Laserpulse mit einer Breite im Bereich von 0,1 ps bis 100 ps erzeugen,
wobei eine vorgegebenen Peakleistung möglichst konstant eingehalten werden soll.
Die Erfindung betrifft einen Resonatorspiegel mit einem Sättigbaren Absorber für eine
Laserwellenlänge λL, der aus einer Schichtfolge mehrerer Halbleiterschichten auf einem
Substrat aufgebaut ist, wobei auf einer Oberfläche des Substrates ein Bragg-Reflektor
aufgewachsen ist, welcher aus einer Vielzahl alternierend angeordneter Schichten aus einem
ersten Material mit einem Brechungsindex nH und aus einem zweiten Material mit einem dem
gegenüber niedrigeren Brechungsindex nL besteht.
Der Resonatorspiegel ist für eine Verwendung in einem modensynchronisierten
Festkörperlaserresonator mit einer Ausgangsleistung größer 1 W, insbesondere größer 7 W,
vorgesehen.
Gemäß der Erfindung besteht der Resonatorspiegel mit einem Sättigbaren Absorber
aus dem auf einem Substrat aufgewachsenen Bragg-Reflektor und einer auf diesem
aufgewachsenen Dreifach-Schicht, die als Sättigbarer Absorber für die Laserwellenlänge λL
wirkt, bei der eine Einfach-Quantenschicht innerhalb von zwei Schichten außerhalb eines
Intensitätsminimums für die Laserstrahlung λL eingelagert ist und die Dreifach-Schicht
zusammen optisch λL/2 dick ist.
Bei der Bestimmung der Schichtdicke der Einfach-Quantenschicht, der diese einbettenden
zwei Schichten und der ersten und der zweiten Schichten für den Bragg-Reflektor wird mit
den Brechungsindizes der jeweiligen Materialien für die Laserwellenlänge λL gerechnet. Die
optische Dicke ergibt sich aus der Luftwellenlänge dividiert durch die Brechzahl n der
entsprechenden Schicht für die Laserwellenlänge λL. Dabei sind die Brechzahlen der die
Einfach-Quantenschicht einhüllenden zwei Schichten nicht kritisch und diese können auch für
jede der zwei Schichten verschieden sein. Wichtig ist die Einhaltung der optischen
Gesamtdicke λL/2 der Dreifach-Schicht. Die Auswahl der Materialien für die Dreifach-Schicht
richtet sich daher insbesondere nach den stofflichen Eigenschaften des Bragg-Reflektors,
insbesondere nach den Gitterkonstanten der verwendeten Materialien, welche möglichst
gleich sein sollten. Gleiche Gitterkonstanten erlauben ein möglichst fehlerfreies einkristallines
Wachstum der Schichten auf einem einkristallinen Substrat. Einkristalline Schichtsysteme
sind besonders vorteilhaft, da diese eine besonders geringe Absorption haben.
Die Auswahl des Materials für die Einfach-Quantenschicht und deren Dicke hängen
wiederum von seinen sättigbar absorbierenden Eigenschaften (Bandlücke) für die
Laserwellenlänge ab und ist nicht auf die hier genannten Materialien beschränkt. Die zwei
Schichten müssen vor allem eine geringe Absorption für die Laserwellenlänge λL und die
Eigenschaft haben, mit der Einfach-Quantenschicht und dem Schichtsystem des Bragg-
Reflektors eine dauerhafte, feste Verbindung herzustellen.
Die Dreifach-Schicht wird nachfolgend als Schicht bezeichnet, die die sättigbar absorbierende
Wirkung hat, wobei nur die Einfach-Quantenschicht mit ihrer Bandlücke die eigentlich
absorbierende Schicht ist, jedoch diese hier nur durch ihre Einbettung innerhalb der Dreifach-
Schicht in der nachfolgend beschriebenen Art und Weise funktionsfähig ist.
Die Einfach-Quantenschicht unterliegt hier keiner Resonanzbedingung innerhalb eines
Laserresonators. Ihre Funktion ist vergleichbar mit der eines Farbstoff-Absorbers in einem
Farbstofflaser oder Festkörperlasers. Es muß hervorgehoben werden, daß hier nicht ultrakurze
Impulse im Femtosekunden und im Milliwatt-Bereich erzeugt werden sollen, wie diese in der
Nachrichtentechnik gewünscht werden. Praktisch wird der Resonatorspiegel so ausgelegt, daß
mit einer möglichst geringen Anzahl von alternierenden Einzelschichten ein vorgegebener
hoher Reflexionsgrad für die Laserwellenlänge λL erreicht wird, wobei hier ein
Reflexionsgrad von 98% im allgemeinen für den Laserbetrieb ausreichend ist.
Zusammen mit der Dreifach-Schicht als Sättigbaren Absorber sind zum Beispiel nur etwa 30
Einzelschichten für einen Reflektor mit einer sättigbar absorbierenden Wirkung erforderlich.
Diese vergleichsweise geringe Anzahl von Einzelschichten erfordert einen entsprechend
geringen Herstellungsaufwand. Wichtiger ist jedoch, daß die vergleichsweise geringe Anzahl
von Einzelschichten in Verbindung mit einer entsprechenden Beherrschung und Führung der
Beschichtungsverfahren zu einem sehr homogenen Schichtaufbau senkrecht zur
Strahlrichtung des Laserlichts führt. Dieses wiederum ermöglicht die Verwendung einer
vergleichsweise geringen Fokussierung der Laserstrahlung auf den Resonatorspiegel.
Der Spot-Durchmesser auf dem Resonatorspiegel kann hier mehr als 200 µm betragen und
kann bis etwa 5 mm aufgeweitet werden, wobei eine saubere, konstante
Modensynchronisation des Lasers erfolgt. Diese vergleichsweise großen Spot-Durchmesser
reduzieren die Leistungsdichte am Resonatorspiegel erheblich. Typisch ist ein Wert von
kleiner 100 kW/cm2 bis hin zu etwa 2 kW/cm2, bezogen auf cw-Betrieb des Lasers.
In der Praxis wird aber möglichst nahe an der Belastbarkeitsgrenze des Resonatorspiegels
gearbeitet, um eine maximale Laserausgangsleistung über eine vorgegebene Lebensdauer der
Laserstrahlungsquelle zu erzielen.
Die Erfindung ermöglicht eine vergleichsweise einfache, überschaubare Berechnung eines
Resonatorspiegels mit einem Sättigbaren Absorber, da die Funktion der Einzelbauelemente
Bragg-Reflektor und Sättigbarer Absorber dessen Grundlagen sind. Durch die Wahl der
Position der Einfach-Quantenschicht innerhalb der Dreifach-Schicht ist eine einfache
Möglichkeit gegeben, die Strahlungsfestigkeit eines derartigen Resonatorspiegels in weiten
Grenzen zu beeinflussen.
Weiterhin ergibt sich auch eine vergleichsweise einfache Prozeßführung für den
Schichtaufbau durch entsprechende Verfahren der Dünnschichttechnik, wobei heute
vornehmlich epitaktisch aufgewachsene Schichten eingesetzt werden.
Die Dreifach-Schicht kann auch ein ganzzahliges Vielfaches i von λL/2 optisch dick
sein, wobei die Vorteile der Erfindung erhalten bleiben. Die um den Faktor i dickere
Dreifach-Schicht ist vor allem wegen einer besseren Oberflächenpassivierung, zum Schutz
der Einfach-Quantenschicht erforderlich, wobei i in der Regel mit 2 oder 3 gewählt,
ausreichend ist.
Das Absorptionsverhalten des Resonatorspiegels mit dem Sättigbaren Absorber wird
durch die Wahl der Dicke d3 der Einfach-Quantenschicht und deren Position zwischen den
beiden Schichten eingestellt, wobei eine der beiden Schichten eine Mindestdicke von λL/100 hat.
Auf jeden Fall sollte diese Mindestdicke größer als die Dicke der Einfach-Quantenschicht
sein. Die Einfach-Quantenschicht muß genügend weit vom Stehwellenminimum entfernt
liegen und ausreichend mechanisch und chemisch gegenüber angrenzenden Medien geschützt
werden.
Das Absorptionsverhalten der Einfach-Quantenschicht bestimmt wesentlich die Pulsdauer
eines modensynchronisierten Lasers, in dem dieser Resonatorspiegel eingesetzt wird. Die
Lage der Einfach-Quantenschicht innerhalb der beiden Schichten wird nach dem Kriterium
der gewünschten oder erforderlichen Laserfestigkeit des Resonatorspiegels festgelegt, wobei
diese Lage vom Stehwellenminimum der Laserstrahlung soweit entfernt liegen muß, daß die
erforderliche sättigbar absorbierende Wirkung erhalten bleibt, um kurze Laserpulse zum
Beispiel im Pikosekunden-Bereich zu erzeugen. Das Absorptionsverhalten und damit die in
einem Laser erzeugte Pulsdauer sind besonders gut und reproduzierbar durch die Wahl der
Lage der Einfach-Quanten-Schicht zwischen den beiden umhüllenden Schichten innerhalb der
Dreifach-Schicht einstellbar. Pulsdauer und Absorptionsverhalten bestimmen wiederum die
Leistungsfestigkeit des Resonatorspiegels, wobei erwartet wird, daß längere Pulse die
Leistungsfestigkeit des Resonatorspiegels erhöhen.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Eigenschaften und Wirkparameter des Resonatorspiegels
mit dem Sättigbaren Absorber sehr stark von den jeweiligen Einbaubedingungen innerhalb
eines Laserresonators (Resonatordesign) abhängen.
Es ist ein Vorteil, der sich aus der Erfindung ergibt, daß der Resonatorspiegel mit dem
Sättigbaren Absorber im Zusammenwirken mit dem Laserresonator auf die jeweiligen
anwenderspezifischen Anforderungen hin durch eine einfache, überschaubare Maßnahme
optimiert wird: Platzierung der Einfach-Quantenschicht innerhalb der Dreifachschicht.
Praktisch wird folgende Vorgehensweise durchgeführt: Es wird zunächst eine
Resonatorgeometrie entworfen, die mindestens den Laserkristall, einen Auskoppelspiegel und
den Resonatorspiegel enthält (siehe: Köcher, W.: Solid-Stade Laser Engineering, Voll;
Edition 4; Berlin, Springer Verlag 199. Mit Kenntnis der erfindungsgemäßen Lehre sind
wenige Versuche notwendig, in denen die Lage der Einfach-Quantenschicht innerhalb der
Dreifach-Schicht variiert wird, um Pulsdauern und Laserfestigkeiten bei verschiedenen
Laserausgangsleistungen zu ermitteln. Es werden für eine konkrete Gestaltung eines
jeweiligen Laserresonators Abhängigkeiten ermittelt, die zu einer Optimierung der Lage der
Einfach-Quantenschicht innerhalb der Dreifach-Schicht genutzt werden.
Versuche an einem Resonatordesign haben gezeigt: Ist die Einfach-Quantenschicht im
Stehwellenmaximum der Laserstrahlung angeordnet, wurden die kürzesten Impulsdauern
erreicht. Allerdings wurde in dieser Lage auch die relativ geringste Leistungsfestigkeit des
Resonatorspiegels festgestellt.
Die Einfach-Quantenschicht ist daher vorzugsweise außerhalb eines
Intensitätsmaximums der Laserstrahlung angeordnet. Praktisch nutzt die Erfindung eine
Stellung der Einfach-Quantenschicht innerhalb der Dreifach-Schicht, die zwischen dem
Stehwellenmaximum und dem Stehwellenminimum der Laserstrahlung liegt. Mit dieser
Dimensionierung wurde eine Vergrößerung der Pulsdauer beobachtet, die jedoch durch
zusätzliche, nachfolgend genannte Maßnahmen wieder reduziert werden kann, so daß
ausreichend kurze Impulse der Laserstrahlung, im Pikosekundenbereich, und eine
ausreichende Laserfestigkeit des Resonatorspiegels, im cw-Watt-Bereich, erreicht werden.
Eine Verkürzung der Pulsdauer der Laserstrahlung wird durch eine
Entspiegelungsbeschichtung erreicht, die auf der Dreifach-Schicht aufgebracht ist und die für
die eine Laserwellenlänge λL ausgelegt ist.
Durch die Entspiegelungsbeschichtung wird auch eine weitere Erhöhung der
Leistungsfestigkeit des Resonatorspiegels erreicht. Mit dieser Entspiegelungsbeschichtung
wird der Sättigbare Absorber weder resonant noch antiresonant betrieben.
Weiterhin wird die Pulsdauer der Laserstrahlung dadurch verkürzt, daß die Einfach-
Quantenschicht als Niedrig-Temperatur-Schicht (Low-Temperature) aufgebracht wird, wobei
die Pulsdauer niedriger wird, je niedriger die Wachstumstemperatur gewählt wird.
Die Einfach-Quantenschicht besteht insbesondere aus einem der Materialsysteme Indium-
Gallium-Arsen (InGaAs) oder Gallium-Arsen-Antimon (GaAsSb) oder Gallium-Stickstoff-
Arsen (GaNAs).
Für die Minimierung des Aufwandes zur Herstellung des Resonatorspiegels mit dem
Sättigbaren Absorber ist es besonders vorteilhaft, wenn einer der Stoffe, die zum Aufbau des
Bragg-Reflektors eingesetzt werden auch mit zum Aufbau der Dreifach-Schicht verwendet
wird. Schichten aus gleichen oder strukturell sehr ähnlichen Materialien werden besonders
günstig epitaktisch aufeinander aufgewachsen. Dazu eignen sich die Materialien für die
Herstellung des Bragg-Reflektors besonders günstig. Die Dreifach-Schicht besteht dann
vorteilhafterweise aus einer Schicht aus dem ersten Material oder aus dem zweiten Material
des Bragg-Reflektors, einer Einfach-Quantenschicht und einer weiteren Schicht aus dem
ersten Material oder aus dem zweiten Material des Bragg-Reflektors. Die Einfach-
Quantenschicht, deren Dicke d3 von der Laserwellenlänge λL abhängt, ist zwischen zwei
Schichten aus dem ersten Material mit dem Brechungsindex nH oder zwischen zwei Schichten
aus dem zweiten Material mit dem Brechungsindex nL eingebettet, wobei diese Schichten mit
ihren Dicken d1, d2 und d3 die Dreifach-Schicht bilden, die
dick ist.
Auch hier ist die Entspiegelungsbeschichtung vorteilhaft, wobei hier
deren Brechzahl nach oder ausgelegt ist und diese
dick
ist, je nachdem, welches Material angrenzt.
Zur Steigerung der Laserfestigkeit des Resonatorspiegels ist dieser mit seinem
Substrat auf einer Wärmesenke befestigt. Sie hat die Funktion eine konstante
Betriebstemperatur des Sättigbaren Absorbers zu gewährleisten, wobei durch eine Einstellung
der Solltemperatur eine Feinabstimmung der sättigbar absorbierenden Schicht auf die
jeweilige Laserwellenlänge λL erfolgt. Diese Wärmesenke sichert auch die geforderte hohe
Konstanz der Peakleistung über die Zeit.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung dieser Vorgehensweise besteht darin, daß das Substrat
aus Galliumarsenid (GaAs) besteht und der Bragg-Reflektor aus Einzelschichten besteht, die
jeweils eine Dicke haben, die für das erste Material mit dem Brechungsindex nH mit
undotiertem Galliumarsenid (GaAs)
und die für das zweite Material mit dem
niedrigeren Brechungsindex nL mit undotiertem Aluminiumarsenid (AlAs)
betragen,
und die Einfach-Quantenschicht aus Indium-Galliumarsenid (In1-xGaxAs) besteht.
Der Bragg-Reflektor besteht aus 15 bis 50 Einzelschichten, die Spiegelpaare bilden.
Die Zahl der Spiegelpaare bestimmt seinen Reflektivitätsgrad (siehe Orazio Svelto:
"Prinziples of Lasers" fourth edition Plenum Press 1998). Zum Beispiel wird mit 28
Spiegelpaaren eine Reflektivität des Resonatorspiegels über 98% erreicht. Praktisch wird
immer angestrebt, mit möglichst wenig Schichten zu arbeiten.
Die Eigenschaften des Materialsystems Galliumarsenid/Aluminiumarsenid sind ausreichend
untersucht, so daß diese Materialien mit der erforderlichen Homogenität der Schichtdicken
und des Schichtaufbaues vergleichsweise einfach auf das Substrat aus Galliumarsenid
epitaktisch aufgewachsen werden können.
Die Dimensionierung der Einfach-Quantenschicht aus Indium-Galliumarsenid (In1-xGaxAs)
für die jeweilige Laserwellenlänge ist aus der Literatur bekannt (siehe z. B. Wang, C. A.; Hong
K. Ch.: "Organometallic Vapor Phase Epitaxy of High-Performance Strained-Layer InGaAs-
AlGaAs Diode Lasers IEEE Jopurnal of Quantum Elektronics, Vol. 27, No. 3, March 1991).
Für eine Laserwellenlänge von 1064 nm ergibt sich eine Dicke der Einfach-Quantenschicht
von etwa 7 nm und der Galliumanteil x = 67%.
Die Einfach-Quantenschicht ist in zwei Galliumarsenid-Schichten eingebettet, wobei
diese Schichten zusammen die entsprechende λ/2-Dicke aufweisen müssen. Praktisch wird
der Schichtaufbau so ausgeführt, daß ein störungsfreier Schichtaufbau und ein technologisch
günstiger Verfahrensablauf gewährleistet sind.
Das Absorptionsverhalten und damit die in einem Laser erzeugte Pulsdauer sind besonders
gut und reproduzierbar durch die Wahl der Lage der Indium-Galliumarsenid-Einfach-
Quantenschicht zwischen den beiden Galliumarsenid-Schichten innerhalb der Dreifach-
Schicht einstellbar. Pulsdauer und Absorptionsverhalten bestimmen wiederum die
Leistungsfestigkeit des Resonatorspiegels. Dabei hat eine der Galliumarsenid-Schichten, die
innerhalb der als Sättigbarer Absorber wirkenden Dreifach-Schicht angeordnet ist, eine
Mindestdicke von etwa λL/100.
Diese Mindestdicke ist erforderlich, damit die Indium-Galliumarsenid-Schicht als
absorbierende Einfach-Quantenschicht funktioniert und diese gegenüber Umwelteinflüssen
sehr empfindliche Schicht ausreichend geschützt ist.
Die dem Bragg-Reflektor abgewandte Galliumarsenid-Schicht dient damit immer als
Schutzschicht für die Indium-Galliumarsenid-Schicht zum umgebenden Medium hin.
Die Indium-Galliumarsenid-Schicht ist in einem speziellen Fall innerhalb von zwei λL/4
optisch dicken Galliumarsenid-Schichten eingebettet. Dann steht die Indium-Galliumarsenid-
Schicht genau im Stehwellenmaximum. Dies hat den Nachteil einer maximalen Energiedichte
an dieser Stelle. Dieser Nachteil wird aber dadurch beseitigt, daß der Durchmesser des in den
Resonatorspiegel einfallenden Strahlenbündels vergleichsweise sehr groß eingestellt wird,
statt üblicherweise 10 µm Spotdurchmesser können mehr als 200 µm Spotdurchmesser
eingestellt werden. Dies ist jedoch nur bei einem sehr homogenen Schichtaufbau möglich, der
durch den vergleichsweise sehr einfachen Schichtaufbau und die vergleichsweise geringe
Zahl von Einzelschichten begünstigt wird.
Die Indium-Galliumarsenid-Schicht ist vorteilhafterweise eine Low-Temperature-Schicht.
Die Wachstumstemperatur sollte unter 500°C liegen, um hinreichend kurze Laserpulse zu
erzeugen. Ziel dieser Erfindung ist jedoch nicht die Erzeugung möglichst kurzer Laserpulse,
wie dies für Anwendungen in der Kommunikationstechnik gewünscht wird.
Jedoch ist mit einer Low-Temperature-Schicht gewährleistet, daß der Sättigbare Absorber
auch bei einer Optimierung des Schichtaufbaues hinsichtlich seiner Leistungsfestigkeit
hinreichend kurze Laserimpulse liefert, die für viele technische Anwendungen im Bereich von
1 bis 10 Pikosekunden günstig liegen. Technische Anwendungen sind zum Beispiel die
Materialbearbeitung oder die Bildprojektion mittels Laserlicht.
Der Einfluß der Pulsdauer des Laserlichts auf die Bilddarstellung ist zum Beispiel in der WO
98/20385 beschrieben. Dort ist beschrieben, daß bei der Bilderzeugung mit Laserlicht mit
einer Pulsdauer in einem Bereich um die Pikosekunde die sogenannte Speckle-Erscheinungen
von einem Beobachter nicht mehr wahrnehmbar sind.
Vorteilhafterweise ist, wie oben allgemein beschrieben auf der dem Reflektor
abgewandten, äußeren Galliumarsenid-Schicht eine Entspiegelungsbeschichtung aufgebracht.
Die Entspiegelungsbeschichtung ist für die eine Laserwellenlänge λL ausgelegt, wobei sich
deren Brechzahl nach berechnet und mit nGaAs für die Laserwellenlänge λL verwendet
wird. Ein Reflexionsgrad kleiner 1% ist ohne besondere Aufwendungen erreichbar, wobei die
errechnete Brechzahl nur annähernd erreicht werden muß. Die optische Dicke der
Entspiegelungsschicht ist λL/4.
Für die Laserwellenlänge λL = 1064 nm ist die Entspiegelungsbeschichtung aus einer Schicht
Siliziumoxinitrid oder aus einer Schicht Siliziumnitrid hergestellt.
Die Entspiegelungsbeschichtung liefert eine höhere Intensität in der Einfach-Quantenschicht.
Mit einer Entspiegelungbeschichtung auf dem Resonatorspiegel mit dem Sättigbaren
Absorber wurden im Vergleich kürzere Impulsdauern gemessen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß
das Substrat aus Indiumphosphid (InP) besteht und der Bragg-Reflektor aus Einzelschichten
besteht, die jeweils eine Dicke haben, die für das erste Material mit dem Brechungsindex nH
mit Indium-Galliumarsenid (In1-yGayAs)
und die für das zweite Material mit dem
niedrigeren Brechungsindex nL mit Indiumphosphid (InP)
betragen.
Die Einfach-Quantenschicht besteht auch aus Indium-Galliumarsenid (In1-xGaxAs), wobei
deren Schichtdicke im Bereich von 6 nm bis 10 nm liegt und deren Zusammensetzung (x)
durch die Laserwellenlänge λL bestimmt sind. Auch hier bestimmt der Galliumanteil (x) die
Größe der Bandlücke. Der Bragg-Reflektor besteht hier aus jeweils 30 bis 100
Einzelschichten. In den Indium-Galliumarsenid-Schichten des Bragg-Reflektors beträgt der
Galliumanteil y = 47% um Gitteranpassung zu den Indiumphosphid-Schichten zu erhalten.
Dieser Resonatorspiegel eignet sich für Laserwellenlängen λL größer 1,65 µm.
Hier ist die Einfach-Quantenschicht entweder zwischen zwei Schichten aus Indium-
Galliumarsenid oder zwei Schichten aus Indiumphosphid eingebettet.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß das Substrat
aus Indiumphosphid (InP) besteht und der Bragg-Reflektor aus Einzelschichten besteht, die
jeweils eine Dicke haben, die für das erste Material mit dem Brechungsindex nH mit Indium-
Galliumarsenid-Phosphid (In1-yGayAszP1-z)
und die für das zweite Material mit
dem niedrigeren Brechungsindex nL mit Indiumphosphid (InP)
betragen, und die
Einfach-Quantenschicht aus Indium-Galliumarsenid (In1-xGaxAs) besteht, wobei deren
Schichtsdicke und Zusammensetzung durch die Laserwellenlänge λL bestimmt sind.
Insbesondere werden der Galliumanteil y und der Arsenanteil z durch die Beziehung
y = 0,4 z + 0,067 z2 bestimmt, um eine Gitteranpassung zwischen den Indium-Galliumarsenid-
Phosphid-Schichten (In1-yGayAszP1-z) und den Indiumphosphid-Schichten (InP) des Bragg-
Reflektors zu erreichen. In Abhängigkeit vom Galliumanteil eignet sich dieser
Resonatorspiegel für Laserwellenlängen λL größer 1,3 µm. Da jedoch der
Brechzahlunterschied im Schichtaufbau des Bragg-Reflektors vergleichsweise gering ist
müssen hier mehr Spiegelpaare verwendet werden, um eine gleiche Reflektivität zu erreichen.
Typischer Weise sind 40 bis 100 Spiegelpaare für eine Funktion in einem Laserresonator
notwendig.
Auch hier ist die Einfach-Quantenschicht entweder zwischen zwei Schichten aus
Indium-Galliumarsenid-Phosphid oder zwischen zwei Schichten aus Indiumphosphid
eingebettet.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Figuren beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 Prinzipieller Aufbau des Resonatorspiegels mit einer Einfach-
Quantenschicht innerhalb hochbrechender Schichten
Fig. 2 Prinzipieller Aufbau des Resonatorspiegels mit einer Einfach-
Quantenschicht innerhalb niedrigbrechender Schichten
Fig. 3 Aufbau des Resonatorspiegels mit einem Sättigbaren Absorber
auf Basis eines GaAs/AlAs-Systems
Fig. 4 Lage einer Einfach-Quantenschicht innerhalb einer als Sättigbarer
Absorber wirkenden Dreifach-Schicht gemäß Fig. 3
Fig. 5 Eine andere Lage einer Einfach-Quantenschicht innerhalb einer als
Sättigbarer Absorber wirkenden Dreifach-Schicht gemäß Fig. 3
Fig. 6 Aufbau des Resonatorspiegels mit einem Sättigbaren Absorber
auf Basis eines InGaAs/InP-Systems
Fig. 7 Aufbau des Resonatorspiegels mit einem Sättigbaren Absorber
auf Basis eines InGaAsP/InP-Systems
Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Schichtaufbau eines Resonatorspiegels mit einer einfach
Quantenschicht 6, die zwischen zwei hochbrechenden Schichten 4' und 4" angeordnet ist,
entlang einer Koordinate z. Auf einem Substrat (hier nicht dargestellt) sind mehrere
Schichtpaare aus einem Material 4 mit einem höheren Brechungsindex nH und aus einem
Material 5 mit einem niedrigeren Brechungsindex nL aufgebaut, die einen Bragg-Reflektor 2
bilden. Die Dicken der Einzelschichten ergeben sich aus den Brechzahlen der Materialien 4
und 5 für die jeweilige Laserwellenlänge λL zu
In Richtung der in den Resonatorspiegel einfallenden Laserstrahlung λL gesehen, ist auf der
ersten Schicht aus dem Material 4 mit dem hohen Brechungsindex nH des Bragg-Reflektors 2
eine Dreifach-Schicht 3 als Sättigbarer Absorber aufgebracht. Diese Dreifach-Schicht 3
enthält die Einfach-Quantenschicht 6. Diese ist zwischen den zwei Schichten 4' und 4" hoher
Brechzahl nH eingebettet, wobei die Gesamtdicke der Dreifach-Schicht 6 durch
gegeben ist. Die Schichten 4' und 4" sollten aus einem gleichen Material bestehen, müssen
jedoch nicht mit dem Material 4 mit dem hohen Brechungsindex identisch sein.
Die Materialzusammensetzung und die Dicke der Einfach-Quantenschicht 6 werden
entsprechend ihrer sättigbar absorbierenden Wirkung für die Laserwellenlänge festgelegt. Die
Dicken der diese einhüllenden Schichten 4' und 4" werden so eingestellt, daß sich eine
Gesamtdicke der Dreifach-Schicht von
ergibt (siehe auch Ausführungen am Beispiel
zu Fig. 3 und Fig. 4). Die Brechzahl nQW der Einfach-Quantenschicht 6 ist für die Funktion des
Sättigbaren Absorbers von untergeordneter Bedeutung. Für die Funktion der Einfach-
Quantenschicht 6 mit sättigbar absorbierender Wirkung zur Erzeugung kurzer Laserpulse ist
es jedoch von Bedeutung, an welchem Ort diese innerhalb der Dreifach-Schicht 3 liegt.
In Verbindung mit dem in Richtung z der einfallenden Laserstrahlung λL gesehen,
nachgeordneten Bragg-Reflektor ergibt sich eine Intensitätsverteilung I im Resonatorspiegel,
wie diese in Fig. 1 bis 7 als gepunktete Linien prinzipiell dargestellt sind. Die
gestrichelten Linien in Fig. 1 und Fig. 2 stellen den Brechzahlverlauf im Schichtsystem des
Resonatorspiegels schematisch dar.
Fig. 2 zeigt den prinzipiellen Schichtaufbau eines Resonatorspiegels mit einer Einfach-
Quantenschicht, die zwischen zwei niedrigbrechenden Schichten 5' und 5" angeordnet ist.
Auf einem Substrat (hier nicht dargestellt) sind ebenfalls mehrere Schichtpaare aus dem
Material 4 mit einem höheren Brechungsindex nH und aus dem Material 5 mit einem
niedrigeren Brechungsindex nL aufgebaut die den Bragg-Reflektor 2 bilden.
In Richtung der in den Resonatorspiegel einfallenden Laserstrahlung λL gesehen, ist auf der
ersten Schicht aus dem Material 4 mit dem hohen Brechungsindex nH des Bragg-Reflektors 2
ebenfalls die Dreifach-Schicht 3 als Sättigbarer Absorber aufgebracht. Diese Dreifach-Schicht
3 enthält die Einfach-Quantenschicht 6. Diese ist zwischen zwei Schichten 5' und 5" mit
niederer Brechzahl nL eingebettet, wobei die Gesamtdicke der Dreifach-Schicht 3 durch
geben ist. Die Ausführungen zu Fig. 1 gelten in analoger Weise auch zu
Fig. 2.
Fig. 3 zeigt den Schichtaufbau eines Resonatorspiegels mit einem Sättigbaren Absorber im
Materialsystem Galliumarsenid/Aluminiumarsenid. Auf einem Substrat 1 aus Galliumarsenid
sind 28 Schichtpaare aus undotiertem Aluminiumarsenid (Material mit niederer Brechzahl 5)
und aus undotiertem Galliumarsenid (Material mit hoher Brechzahl 4) aufgebracht, die den
Bragg-Reflektor 2 bilden, der für die Laserwellenlänge λL = 1064 nm ausgelegt ist und diese
zu 98,77% reflektiert.
Die Berechnung des Bragg-Reflektors kann nach Orazio Svelto: "Prinziples of Lasers" Plenum
Press, fourth edition 1998). Die Schichtdicken der Einzelschichten sind für die für
Galliumarsenid
mit jeweils 76 nm und die für Aluminiumarsenid
mit
jeweils 90 nm bestimmt. In Richtung der in den Resonatorspiegel einfallenden Laserstrahlung
λL gesehen ist auf der ersten Schicht aus Galliumarsenid des Bragg-Reflektors 2 eine
Dreifach-Schicht 3 als Sättigbarer Absorber aufgebracht.
Fig. 4 zeigt diese Dreifach-Schicht 3. Sie enthält eine Einfach-Quantenschicht 6 aus einer d3 =
7 nm dicken Indium-Galliumarsenid-Schicht. Diese ist zwischen jeweils einer der zwei
Galliumarsenid-Schichten (Material mit hoher Brechzahl 4' und 4") eingebettet. Die Dicke
dieser Dreifach-Schicht 3 wird nach der Formel
berechnet, wobei d1 und d2 die Schichtdicken der Galliumarsenidschichten (Material 4' und
4"), d3 = 7 nm die Dicke der Einfach-Quantensicht 6 sind und die Brechzahl nQW der
Einfach-Quantenschicht aus Indium-Galliumarsenid empirisch mit 3,6 ermittelt wurde. Die
Berechnung ergibt eine exakte Dicke der Dreifach-Schicht 3 zu 152,1 nm. Rechnet man mit
der Näherung
ergibt sich ein Wert von 152,3 nm. Aus der Größe der
Differenz
von 0,2 nm ist zu sehen, daß die Näherung gültig ist und praktisch ausreichende Ergebnisse
erreicht werden. Dies ist insbesondere daher von Bedeutung, da der Wachstumsprozeß nur
mit einer Reproduzierbarkeit im Nanometerbereich sicher beherrscht wird. Diese
Betrachtungen gelten auch allgemein, im Zusammenhang mit den wesentlichen Merkmalen
der Erfindung.
Diese zwei Galliumarsenid-Schichten (4' und 4") sind zusammen d1 + d2 = 145 nm dick.
Zusammen mit der Dicke der Einfach-Quantenschicht d3 bilden diese eine einfache λ/2-
Schicht (mit i = 1) mit der Dicke dges = d1 + d2 + d3 = 152 nm.
Gemäß der Erfindung wird nun die Indium-Galliumarsenid-Schicht (6) innerhalb der diese
umgebenden Galliumarsenid-Schichten (4' und 4") so positioniert, daß einerseits die
gewünschte sättigbar absorbierende Wirkung zur Modensynchronisation innerhalb einer
Laserkavität erreicht wird und andererseits eine Grenze der Leistungsfestigkeit der Indium-
Galliumarsenid-Schicht (6) nicht überschritten wird. Als Antireflexionsschicht 10 wird hier
eine Siliziumnitrid-Schicht (SiN) entsprechender Dicke verwendet.
Im Beispiel nach Fig. 4 ist die 7 nm dicke Indium-Galliumarsenid-Schicht (6) in der Mitte,
zwischen den beiden jeweils 73 nm dicken Galliumarsenid-Schichten (4' und 4") im
Intensitätsmaximum angeordnet.
Diese Stellung wird gewählt, wenn es das Design des Laserresonators erlaubt, bei einer
gewünschten hohen Ausgangsleistung einen ausreichend großen Spot auf dem
Resonatorspiegel zu erzeugen, der so bemessen ist, daß die Energiedichte auf dem
Resonatorspiegel mit dem Sättigbaren Absorber sicher unterhalb der Zerstörschwelle liegt.
Die Einfach-Quantenschicht 6 kann nun gemäß der Erfindung im Prozeß der Herstellung der
Dreifach-Schicht 3 in Richtung der Laserstrahlung bis zu einer Grenze 8 oder gegen die
Richtung der Laserstrahlung bis zu einer Grenze 9 verschoben werden. Diese Grenzen liegen
etwa bei einer Dicke von λL/100, bei der Laserwellenlänge 1064 nm in der Größenordnung von
10 nm. Die Grenzen 9 und 10 ergeben sich praktisch aus der minimalen Dicke der
Galliumarsenid-Schicht, die erforderlich ist, um die Einfach-Quantenschicht als Sättigbaren
Absorber wirksam zu machen. Es muß eine ausreichende Energiedichte in der Einfach-
Quantenschicht 4 wirksam werden, um diese zu einer ausreichende Sättigung zu bringen,
damit die gewünschte sättigbar absorbierende Wirkung eintritt. Die optimale Stelle für die
Einbettung der Einfach Quantenschicht innerhalb der Dreifach-Schicht 3 kann letzlich aber
nur in der konkreten Anordnung im jeweilig dimensionierten Laserresonator ermittelt werden.
Fig. 5 zeigt ein Beispiel, bei dem die 7 nm dicke Einfach-Quantenschicht 4 innerhalb zweier
Galliumarsenid-Schichten (4' und 4") liegt, wobei die Dreifach-Schicht 3 304 nm dick ist. In
der Formel
ist i = 2 gewählt. Die Einfach-Quantensicht ist hier in einem Bereich
angeordnet, in dem die Intensität der Laserstrahlung etwa die der Hälfte des
Intensitätsmaximums beträgt.
Die in Richtung der Laserstrahlung erste Galliumarsenid-Schicht (4') ist 80 nm dick und die
in Richtung des Laserlichts nach der Einfach-Quantenschicht 6 angeordnete Galliumarsenid-
Schicht (4") ist 217 nm dick. In Verbindung mit dem in Richtung der Laserstrahlung gesehen
nachgeordneten Bragg-Reflektor ergibt sich eine Intensitätsverteilung I wie diese in Fig. 5 als
gepunktete Linie dargestellt ist.
Fig. 6 zeigt einen Resonatorspiegel mit einem Sättigbaren Absorber auf der Basis eines
Schichtsystems Indium-Galliumarsenid/Indiumphosphid, der dem System von Fig. 1
entspricht. Die Einfach-Quantenschicht 6 ist hier in die hochbrechenden Indium-
Galliumarsenid-Schichten (4' und 4") eingebettet.
In Verbindung mit dem in Richtung der Laserstrahlung gesehen nachgeordneten Bragg-
Reflektor ergibt sich eine Intensitätsverteilung I wie diese in Fig. 4 als gepunktete Linie
dargestellt ist. Dieser Aufbau funktioniert nur für Laserwellenlängen λL < 1,65 µm, weil
In0,53Ga0,47As für kürzere Wellenlängen nicht mehr transparent ist.
Fig. 6 zeigt eine mit dem Substrat 1 thermisch leitfähig verbundene Wärmesenke 11. Die
Wärmesenke ist mit einer Temperaturmeß- und Steuereinrichtung verbunden und reguliert
den Wärmehaushalt des Reflektors mit dem Sättigbaren Absorber während seines Betriebes in
einem Laserresonator.
Fig. 7 zeigt beispielhaft einen weiteren Resonatorspiegel, der hier auf der Basis eines Indium-
Gallium-Arsenidphosphid-Schichtsystem 4 und 5 aufgebaut ist und auf dem System gemäß
Fig. 2 beruht. Die Einfach-Quantenschicht 6 ist hier in die niedrigbrechenden
Indiumphosphid-Schichten (5' und 5") eingebettet.
Dieser Aufbau funktioniert für Laserwellenlängen λL < 1,3 µm, je nach Zusammensetzung
des Indium-Galliumarsenidphosphid (In1-yGayAszP1-z).
Die Auswahl der hier genannten Schichtsysteme ist beispielhaft. Je nach Laserwellenlänge λL
kann der Fachmann entsprechend transparente Materialien für den Bragg-Reflektor und ein
Material für die Einfach-Quantenschicht mit einer entsprechenden Bandlücke und Dicke,
sowie das Material für die Einbettung der Einfach-Quantenschicht auswählen, deren
Kombination so erfolgen muß, daß ein mechanisch und chemisch stabiles, über die Fläche
weitestgehend homogenes Schichtsystem entsteht, das für die Laserwellenlänge ausreichend
leistungsfest ist.
Claims (15)
1. Resonatorspiegel mit einem Sättigbaren Absorber für eine Laserwellenlänge λL, der aus
einer Schichtfolge mehrerer Halbleiterschichten auf einem Substrat (1) aufgebaut ist, wobei
auf einer Oberfläche des Substrates (1) ein Bragg-Reflektor (2) aufgewachsenen ist, welcher
aus einer Vielzahl alternierend angeordneter Schichten aus einem ersten Material (4) mit
einem Brechungsindex nH und aus einem zweiten Material (5) mit einem dem gegenüber
niedrigeren Brechungsindex nL besteht, dadurch gekennzeichnet, daß
auf dem Bragg-Reflektor (2) eine Dreifach-Schicht (3) aufgewachsen ist, bei der eine
Einfach-Quantenschicht (6) innerhalb von zwei Schichten (4' und 4" oder 5' und 5")
außerhalb eines Intensitätsminimums für die Laserstrahlung λL eingelagert ist und die
Dreifach-Schicht zusammen optisch λL/2 dick ist.
2. Resonatorspiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Dreifach-Schicht (3) ein ganzzahliges Vielfaches von optisch λL/2 dick ist.
3. Resonatorspiegel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das Absorptionsverhalten des Resonatorspiegels durch die Wahl der Dicke (d3) und
durch die Wahl der Lage der Einfach-Quantenschicht (6) zwischen den beiden
Schichten (4' und 4" oder 5' und 5") einstellbar ist, wobei eine der beiden Schichten
(d1 oder d2) eine Mindestdicke von λL/100 hat.
4. Resonatorspiegel nach einem oder mehreren der Ansprüche von 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß
die Einfach-Quantenschicht (6) außerhalb eines Intensitätsmaximums der
Laserstrahlung angeordnet ist.
5. Resonatorspiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Entspiegelungsbeschichtung (10) auf der Dreifach-Schicht (3) aufgebracht ist, die
für die Laserwellenlänge λL ausgelegt ist.
6. Resonatorspiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Einfach-Quantenschicht (6) eine Niedrig-Temperatur-Schicht (Low-Temperature)
ist, die insbesondere aus einem der Materialsysteme Indium-Gallium-Arsen (InGaAs)
oder Gallium-Arsen-Antimon (GaAsSb) oder Gallium-Stickstoff-Arsen (GaNAs)
besteht.
7. Resonatorspiegel nach einem oder mehreren der Ansprüche von 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß
die Einfach-Quantenschicht (6) mit einer Dicke (d3) zwischen zwei Schichten aus dem
ersten Material (4 'und 4") mit dem Brechungsindex nH oder aus dem zweiten Material
(5' und 5") mit dem Brechungsindex nL eingebettet ist, wobei diese Schichten mit
ihren Dicken (d1, d2 und d3) die Dreifach-Schicht (3) bilden, die
dick ist.
dick ist.
8. Resonatorspiegel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
das Substrat (1) aus Galliumarsenid (GaAs) besteht und
der Bragg-Reflektor (2) aus Einzelschichten besteht, die jeweils eine Dicke haben, die
für das erste Material (4) mit dem Brechungsindex nH mit undotiertem Galliumarsenid
(GaAs)
und die für das zweite Material (5) mit dem niedrigeren Brechungsindex nL mit undotiertem Aluminiumarsenid (AlAs)
betragen.
und die für das zweite Material (5) mit dem niedrigeren Brechungsindex nL mit undotiertem Aluminiumarsenid (AlAs)
betragen.
9. Resonatorspiegel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die Einfach-Quantenschicht (6) in Galliumarsenid (4' und 4") eingebettet ist.
10. Resonatorspiegel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
das Substrat (1) aus Indiumphosphid (InP) besteht und
der Bragg-Reflektor (2) aus Einzelschichten besteht, die jeweils eine Dicke haben, die
für das erste Material (4) mit dem Brechungsindex nH mit Indium-Galliumarsenid (In1-yGayAs)
und die für das zweite Material (5) mit dem niedrigeren Brechungsindex nL mit Indiumphosphid (InP)
betragen.
und die für das zweite Material (5) mit dem niedrigeren Brechungsindex nL mit Indiumphosphid (InP)
betragen.
11. Resonatorspiegel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die Einfach-Quantenschicht (6) zwischen zwei Schichten aus Indium-Galliumarsenid
(4' und 4") oder Indiumphosphid (5' und 5") eingebettet ist.
12. Resonatorspiegel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
das Substrat (1) aus Indiumphosphid (InP) besteht und
der Bragg-Reflektor (2) aus Einzelschichten besteht, die jeweils eine Dicke haben, die
für das erste Material (4) mit dem Brechungsindex nH mit Indium-Galliumarsenid-
Phosphid (In1-yGayAszP1-z)
und die für das zweite Material (5) mit dem niedrigeren Brechungsindex nL mit Indiumphosphid (InP)
betragen.
und die für das zweite Material (5) mit dem niedrigeren Brechungsindex nL mit Indiumphosphid (InP)
betragen.
13. Resonatorspiegel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
die Einfach-Quantenschicht (6) zwischen zwei Schichten aus Indium-Galliumarsenid-
Phosphid (4' und 4") oder Indiumphosphid (5' und 5") eingebettet ist.
14. Resonatorspiegel nach Anspruch 8 oder Anspruch 10 oder Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, daß die Einfach-Quantenschicht (6) aus Indium-Galliumarsenid
(In1-xGaxAs) besteht, deren Schichtdicke und Zusammensetzung (x) durch die
Laserwellenlänge λL bestimmt sind.
15. Resonatorspiegel nach einem oder mehreren der Ansprüche von 1 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß das Substrat (1) mit einer Wärmesenke (11) thermisch leitfähig
verbunden ist, deren Solltemperatur einstellbar und regelbar ist.
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DE50002051T DE50002051D1 (de) | 1999-07-23 | 2000-06-27 | Resonatorspiegel mit einem sättigbaren Absorber |
EP00113568A EP1079483B1 (de) | 1999-07-23 | 2000-06-27 | Resonatorspiegel mit einem sättigbaren Absorber |
JP2000221173A JP2001068774A (ja) | 1999-07-23 | 2000-07-21 | 可飽和吸収体を有する共振器ミラー |
US09/624,633 US6560268B1 (en) | 1999-07-23 | 2000-07-24 | Resonator mirror with a saturable absorber |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
DE19934639A DE19934639A1 (de) | 1999-07-23 | 1999-07-23 | Resonatorspiegel mit einem sättigbaren Absorber |
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DE19934639A Ceased DE19934639A1 (de) | 1999-07-23 | 1999-07-23 | Resonatorspiegel mit einem sättigbaren Absorber |
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DE (2) | DE19934639A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102008013925B3 (de) * | 2008-03-12 | 2009-05-07 | Batop Gmbh | Sättigbarer Absorberspiegel mit einem Luftspalt |
DE102008061335A1 (de) * | 2008-12-11 | 2010-06-17 | Toptica Photonics Ag | Sättigbarer Absorberspiegel |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4690573B2 (ja) * | 2001-04-05 | 2011-06-01 | 古河電気工業株式会社 | 面型波長選択フィルタ及びその作製方法 |
JP4306990B2 (ja) * | 2001-10-18 | 2009-08-05 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 非線形光学素子 |
US6826219B2 (en) * | 2002-03-14 | 2004-11-30 | Gigatera Ag | Semiconductor saturable absorber device, and laser |
US7505196B2 (en) | 2004-03-31 | 2009-03-17 | Imra America, Inc. | Method and apparatus for controlling and protecting pulsed high power fiber amplifier systems |
US7804864B2 (en) | 2004-03-31 | 2010-09-28 | Imra America, Inc. | High power short pulse fiber laser |
FR3016743B1 (fr) * | 2014-01-20 | 2016-03-04 | Centre Nat Rech Scient | Procede de fabrication de miroirs a absorbant saturable semiconducteur |
US11462881B2 (en) * | 2017-06-06 | 2022-10-04 | Vescent Photonics LLC | Method and device for altering repetition rate in a mode-locked laser |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2712743B1 (fr) * | 1993-11-15 | 1995-12-15 | Commissariat Energie Atomique | Cavité laser à déclenchement passif par absorbant saturable et laser incorporant cette cavité. |
US5627854A (en) | 1995-03-15 | 1997-05-06 | Lucent Technologies Inc. | Saturable bragg reflector |
EP0826164B1 (de) * | 1995-05-19 | 1999-03-31 | Ursula Keller-Weingarten | Optische komponente zur erzeugung gepulster laserstrahlung |
US5701327A (en) | 1996-04-30 | 1997-12-23 | Lucent Technologies Inc. | Saturable Bragg reflector structure and process for fabricating the same |
US6141359A (en) * | 1998-01-30 | 2000-10-31 | Lucent Technologies, Inc. | Modelocking laser including self-tuning intensity-dependent reflector for self-starting and stable operation |
-
1999
- 1999-07-23 DE DE19934639A patent/DE19934639A1/de not_active Ceased
-
2000
- 2000-06-27 DE DE50002051T patent/DE50002051D1/de not_active Revoked
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- 2000-07-24 US US09/624,633 patent/US6560268B1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102008013925B3 (de) * | 2008-03-12 | 2009-05-07 | Batop Gmbh | Sättigbarer Absorberspiegel mit einem Luftspalt |
DE102008061335A1 (de) * | 2008-12-11 | 2010-06-17 | Toptica Photonics Ag | Sättigbarer Absorberspiegel |
DE102008061335B4 (de) | 2008-12-11 | 2021-09-23 | Toptica Photonics Ag | Sättigbarer Absorberspiegel und Verfahren zur Anpassung eines sättigbaren Absorberspiegels an eine vorgegebene Arbeitswellenlänge |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2001068774A (ja) | 2001-03-16 |
US6560268B1 (en) | 2003-05-06 |
EP1079483A3 (de) | 2001-04-04 |
DE50002051D1 (de) | 2003-06-12 |
EP1079483B1 (de) | 2003-05-07 |
EP1079483A2 (de) | 2001-02-28 |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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