DE2365130B2 - Halbleiterlaservorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleiteriaservorrichtung mit einem optischen Resonator, zwischen dessen Reflektoren ein Halbleiteriaserkörper mit einer auf der optischen Achse liegenden, langgestreckten laseraktiven Zone von länglichem Querschnitt und ein Lichtstrahlen bündelnder Lichtleitkörper angeordnet sind.

Die Entwicklung der GaAlAs-GaAs-Laserdiode im

Doppelheteroaufbau hat die Aussicht für die praktische Anwendung von miniaturisierten Lichtquellen für kohärente, ungedämpfte Lichtstrahlen wesentlich verbessert Hierzu bedurfte es jedoch der Lösung einer Reihe von Problemen.

zo Zur Verbesserung der Kohärenz und der Leistung der kohärenten Lichtemission eines Halbleiterlasers muß die Laseroszillation auf eine transversale Schwingung niedriger Ordnung, vorzugsweise auf die Eigenschwingung niedrigster Ordnung (die Grundschwingung)

begrenzt werden. Um diese Anforderung zu erreichen, wurde bereits die aktive Zone des Halbleiterlasers verkleinert So wurde z. B. die Stärke der aktiven Zone 0,5 bis 1 μπι stark gewählt während die Breite der Stromeingangserregerelektrode derart festgelegt wurde, daß die Breite der aktiven Zone 10 bis 100 μηι betrug. Die Oszillation ließ sich dabei nur dann auf die transversale Grundschwingung begrenzen, wenn die Stärke der aktiven Zone aul einen Wert begrenzt wurde, der klein genug war, die Schwingungen höherer Ordnung zu unterdrücken. Besaß jedoch die aktive Zone eine Breite von 10 μΐη und mehr, so hatte das die Aussendung von unnötigen Schwingungen höherer Ordnung zur Folge. Solche Schwingungen höherer Ordnung ließen sich verhindern, indem die Intensität des oszillierenden Ausgangslichtes auf ein niedriges Niveau gedrückt wurden, d.h. auf einige Milliwatt, da die Erhöhung der Ausgangslichtintensität unausweichlich Schwingungen höherer Ordnung zur Folge hau. Auf die Grundschwingung begrenzte kohärente Lichtstrahlen mit hoher Ausgangslichtintensität waren daher bisher nicht erreichbar.

Wurde die Stärke der aktiven Zone reduziert, um eine Oszillation zu erhalten, die auf die Grundschwingung begrenzt war, so erhöhte sich die Laserlichtbeugung am Ausgangsende der aktiven Zone, wodurch die Kopplungsfähigkeit zwischen dem Laser und der äußeren Vorrichtung zum Empfang des Laserlichtes verringert wurde.

Es ist bekannt, diesen Problemen derart zu begegnen, daß ein äußerer Resonator verwendet wird, um die Oszillation auf die transversale Grundschwingung zu beschränken, ohne die Stärke und die Breite der aktiven Zone zu reduzieren, d. h. ohne Verlust an Laserausgangsenergie (siehe »Applied Optics«, Vol. 8, Nr. 9, September 1969, Seiten 1859 bis 1865 und »IEEE Journal of Quantum Electronics«, Vol. QE-8, Nr. 7, Juli 1972, Seiten 632 bis 641). In der bekannten Anordnung dient der äußere Resonator, welcher konkave Spiegel und/oder eine Linse umfassen kann, zum Konvergieren des von der aktiven Zone ausgestrahlten Lichtstrahles, um dadurch unerwünschte Schwingungen zu eliminieren. In ähnlicher Weise hat man auch schon versucht, die Laserlichtbeugung auf Grund der Stärke der aktiven

3°

35

40

55

60

Zone mit der Linse und/oder den Spiegeln zu unterdrücken. Auf diese Weise ließ sich bereits die Kopplungsfähigkeit zwischen einem Laser und einer Vorrichtung zum Empfang des Laserlidites verbessern.

In der Praxis sind jedoch die I sserstrahlen, die von einer sehr dünnen und relativ breiten aktiven Region ausgestrahlt werden, über den Querschnitt senkrecht zu ihren Achsen nicht isotrop, und es ist daher schwierig, die gewünschte Konvergenz der Lichtstrahlen mit einer konvexes Linse oder konkaven Spiegeln zu erreichen, die den optischen Resonator bilden. Um die Wirksamkeit der Lichtstrahlkonvergenz zu erhöhen, müßten die Linse und/oder die konvexen Spiegel so dicht wie möglich gegenüber dem Ende der aktiven Zone, d. h. gegenüber dem Ende des Halbleiters angeordnet sein. Die Brennweite von Linse und Spiegel müßte daher so klein wie möglich seia Die Linsen oder die Spiegel, die auf herkömmliche Weise geschliffen werden, besitzen jedoch für kleine Brennweiten eine untere Grenze, die aus Herstellungsgründen nicht unterschritten werden kann. Außerdem weisen derartige Linsen eine starke sphärische Aberration auf. Schließlich lassen sich derartige optische Systeme kaum zu einer Größe miniaturisieren, die klein genug ist, um mit einem Halbleiterlaserkörper integriert zu werden. Hierdurch ist bisher eine gewünschte Miniaturisierung von Halbleiterlasern verhindert worden. Außerdem war es schwierig, die Halbleiterlaserelemente gegenüber der Linse und/oder den sphärischen Spiegeln auszurichten. Außerdem ließ sich eine hohe mechanische Stabilität in dem optischen Resonator schwerlich aufrechterhalten. Besonders wenn ein Halbleiterlaserelement durch ein Ersatzelement ausgetauscht werden mußte, mußte die gesamte Vorrichtung einer erneuten Einstellung einschießlich der axialen Ausrichtung unterzogen werden.

Es war daher Aufgabe der Erfindung, eine Halbleiterlaservorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die eine hohe Ausgangsintensität bei hoher Kohärenz ermöglicht und einen Resonator umfaßt, der ohne aufwendige axiale Ausrichtungen zwischen dem Resonator und dem Halbleiterlaserkörper an den Halbleiterlaserkörper leicht anschließbar ist, so daß der Halbleiterlaserkörper und der Resonator eine leicht miniaturisierbare Baueinheit bilden können.

Die Aufgebe wird erfindungsgemäß in der Weise gelöst, daß in dem Lichtstrahlen bündelnden Lichtleitkörper der Brechungsindex zumindest näherungsweise der Beziehung

π = no(l -a\x²-a2y²)

folgt wobei no der Brechungsindex auf einer Achse des Körpers, a\ und ai jeweils Kosntanten sind und χ bzw. y die Abstände von der Achse in zwei aufeinander senkrechten Ebenen darstellen, die sich in der Achse des Lichtleitkörpers schneiden, und daß wenigstens an das eine Ende des Halbleiterlaserkörpers der L:-htleitkörper unmittelbar oder unter Zwischenschaltung eines Glaskörpers derart angebracht ist, daß die Achse des Lichtleitkörpers mit der optischen Achse .des Resonators zusammenfällt.

Vorteilhafte Ausführungen nach der Erfindung folgen aus den Merkmalen der Unteransprüche.

In schematischen Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele nach der Erfindung dargestellt. Hierbei zeigen

Fig. l(a) und l(b) Axialschnitte durch eine gebräuchliche Halbleiterlaservorrichtung aus einzelnen voneinander getrennten Bauteilen,

Fig.2(a) einen axialen Schnitt durch ein erstes Ansführungsbeispiel nach der Erfindung, Fig.2(b) eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung nach Fig.2(a) in teilweise aufgebrochener Darstellung,

Fig.3 eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispieles nach der Erfindung, ίο Fig.4 einen axialen Schnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung,

Fig.5 eine perspektivische Ansicht eines vierten Ausführungsbeispieles nach der Erfindung,

F i g. 6(a) und 6(b) axiale Schnitte durch die Vorrich-Jg tung nach F i g. 5,

F i g. 6(c) und 6(d) Diagramme für die Brechnungsindexverteilung der Vorrichtung nach F i g. 6(a) bzw. 6(b), F i g. 7(a) und 7(b) axiale Schnitte durch ein fünftes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung, Fig.7(c) und 7(d) Diagramme für die Brechungsindexverteilung der Vorrichtung nach F i g. 7(a) und 7(b),

F i g. 8(a) und 8(b) axiale Schnitte durch ein sechstes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung,

F i g. 8{c) und 8{d) Diagramme für die Brechungsindexverteilung der Vorrichtung nach F i g. 8(a) und 8(b),

F i g. 9(a) und 9{b) axiale Schnitte durch ein siebentes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung und

F i g. 9(c) und 9(d) Diagramme für die Brechungsindexverteilung der Vorrichtung nach F i g. 9(a) und 9(b). In den F i g. l(a) und l(b) sind gewöhnliche Halbleiterlaservorrichtungen mit einem separaten äußeren Spiegel schematisch im Schnitt dargestellt Fig. l(a) zeigt einen axialen Schnitt senkrecht zur aktiven Zone und F i g. l(b) zeigt einen axialen Schnitt parallel zur aktiven Zone. Anstatt einer sphärischen Linse ist eine zylindrische Linse vorgesehen. Mit der zylindrischen Linse wird ein von einer aktiven Zone ausgesandeter flacher Strahl in einen Strahl mit kreisförmigem Querschnitt überführt. Diese herkömmliche Halbteiterlaservorrichtung besteht aus einer Halbleiterlaserdiode 1 mit einer streifenförmigen Elektrode 2 und einer zylindrischen Linse 3, die eine Krümmung nur in einer Ebene senkrecht zur PN-Schicht aufweist. Es sind zwei Reflexionsflächen, nämlich ein sphärischer Spiegel 4 und eine Reflexionsschicht 5 an der Außenseite der Diode ί vorhanden, welche einen optischen Resonator bilden. Der lichtaussendende Teil am Ausgangsende der Diode 1 ist rechteckig und extrem dünn in Richtung senkrecht zur aktiven Schicht ausgebilde·. Der Ausgangslichtstrahl wird daher stärker in Richtung senkrecht zur aktiven Schicht als in Richtung parallel dazu gebeugt. Wenn daher die Ausgangslichtstrahlen durch die zylindrische Linse 3 nur in Richtung senkrecht zur aktiven Schicht konvergiert werdsn, wird der Querschnitt des erhaltenen Strahles nahezu kreisförmig. Diese Strahlen können in dem optischen Resonator konvergiert werden, der den sphärischen Spiegel 4 und die reflektierende Fläche 5 an dem einen Ende der Diode 1 umfaßt. Zum wirksamen Konvergieren des Ausgangslichtstrahles der Diode 1 und um einen nahezu kreisrunden Querschnitt des Ausgangslichtstrahles zu erhalten, ist es notwendig, daß die Brennweite der zylindrischen Linse 3 klein ist und die Brennpunktebene mit dem Ausgangsende des Halbleiterlasers 1 zusammenfällt. Die herkömmliche Vorrichtung weist viele Schwierigkeiten auf, wie bereits oben ausgeführt wurde. Die Erfindung vermeidet diese Schwierigkeiten der herkömmlichen Vorrichtungen durch Verwendung

eines lichtbündelnden Übertragungskörpers mit einer bestimmten Brechungsindexverteilung ohne daß eine zylindrische Linse erforderlich ist, die in einem Schleifverfahren hergestellt werden muß. Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel nach der Erfindung besteht eine Halbleiterlaservorrichtung 10 in F i g. 2(a) und 2(b) aus einem Halbleiterlaserkörper 11, einem Lichtleitkörper 121, einem die Elektroden umfassenden Gehäusekörper 13 und einem Glaskörper 123, wobei sämtliche Teile in der nachstehend beschriebenen Weise eine integrierte Baueinheit bilden.

Der Halbleiterlaserkörper 11, ähnlich dem nach Fig. 1, enthält aufeinanderfolgend eine N-Alo.3Gao.7As-Schicht, die epitaxial auf einem GaAs-Substrat 111 gebildet ist, eine P-GaAs-Schicht zur Bildung einer aktiven Zone, eine P-AlojGao.yAs-Schicht und eine P-GaAs-Schicht Weiterhin befindet sich eine streifenförmige ohmsche Elektrode 112 auf der P-GaAs-Schicht. Eine weiter ohmsche Elektrode 113 befindet sich auf der Bodenfläche des Substrats 111. Diese Elektroden 112 und 113 sind mit einer positiven Elektrode 131 bzw. einer negativen Elektrode 132 des Gehäusekörpers 13 verbunden.

Wie F i g 2(b) zeigt, halten die Elektroden 131 und 132 den Laserkörper 11 und bilden gemeinsam eine zylindrische Gestalt. Innerhalb der Elektroden ist ein zylindrischer Raum 133 vorhanden, in welchem ein Lichtstrahlen bündelnder Lichtleitkörper 121 angeordnet ist. Der Lichtleitkörper ist mit der aktiven Zone des Laserkörpers 11 axial ausgerichtet und mit einem Epoxydkunstharz 122 befestigt Ein einfacher optisch transparenter, zylindrischer Glaskörper 123, ähnlich dem Lichtleitkörper 121, grenzt koaxial an den Lichtleitkörper 121 und ist mit dem Epoxydkunstharz 122 verbunden. Reflexionsvermindernde Schichten 124 und 125 sind in einem Spalt zwischen dem Laserkörper 11 und dem Lichtleitkörper 121 angeordnet, um die Reflexionsverluste minimal zu halten. Die äußere Endfläche des Laserkörpers 11 und des zylindrischen Glaskörpers 123 sind als Endflächen spiegeiförmig geschliffen und mit einem Reflexionsfilm 126 bzw. 127 abgedeckt. Diese Filme bilden zusammen mit den aktiven Zonen des Laserkörpers 11, dem Lichtleitkörper 121 und dem Glaskörper 123 einen optischen Resonator. Das Reflexionsvermögen des Filmes 127 beträgt annähernd 80%, so daß die übertragene Lichtkomponente als ein kohärenter Lichtstrahl austreten und von einer äußeren Vorrichtung empfangen werden kann.

Der Lichtstrahlen bündelnde Lichtleitkörper 121 weist in Ebenen senkrecht zur Achse des Körpers eine Brechungsindexverteilung auf, die nahezu proportional mit dem Quadrat des radialen Abstandes von der Achse nach außen abnimmt Mehr im einzelnen ist der Brechungsindex n(r) an einem Punkt im Abstand τ von der Achse des Lichtleitkörpers gekennzeichnet durch die Gleichung

wobei /Jo der Brechungsindex in der Achse und a eine Konstante ist, die den Gradienten der Brechungsindexverteilung bestimmt Der Lichtleitkörper wirkt wie eine Linse, deren optische Achse in Achsrichtung verläuft Somit gilt

/ = l/(Ho|<'asin L\'a)

h = (1 - cos L\'a)/(no α sin L]/α) (3)

wobei L eine gewählte Länge des Lichtleitkörpers, /die Brennweite und h einen Abstand von der Endfläche des Lichtleitkörpers zur Hauptebene in ihm darstellt.

Die Gleichungen (2) und (3) und die Definition der Hauptebene sind von H. K ο g e 1 η i k in »Bell System Technical Journal«, Vol. 44, März 1965, Seiten 455 bis 494 beschrieben.

In dem vorstehenden Beispiel beträgt a=0,55 mm-² und L = 2,ll mm, um der Bedingung L]fa =π/2 für den Lichtleitkörper 121 zu genügen. In diesem Falle ist die Brennweite /"=0,86 mm. Diese kleine Brennweite läßt sich leicht in einem Lichtstrahlen bündelnden Lichtleitkörper 121 realisieren, der im lonenaustauschverfahren hergestellt ist. Eine entsprechend kleine Brennweite läßt sich bei einer herkömmlichen, im Schleifverfahren hergestellten Linse nicht verwirklichen. Die Länge des zylindrischen Glaskörpers 123 beträgt 1,6 mm in Achsrichtung. Der zylindrische Glaskörper 123 wird benötigt, um der Bedingung für die Stabilität des optischen Resonators, der die Reflexionsfilme 126 und 127 und den Lichtstrahlen bündelnden Lichtleitkörper

121 mitumfaßt, zu genügen. Um die erfindungsgemäße Halbleiterlaservorrichtung handlich zu gestalten, ist die Länge des die Elektroden umfassenden Gehäusekörpers 13 derart bestimmt, daß seine beiden kreisförmigen Enden jeweils mit den äußeren Enden des Halbleiter laserkörpers 11 bzw. des zylindrischen Glaskörpers 123 abschließen.

Im Betrieb beträgt die Eigenschwingungsfleckgröße des Ausgangslichtes in Richtung parallel zur Ebene der aktiven Zone am Reflexionsfilm 126 des Halbleiterlaserkörpers 11 8 μιτι. während die Lichtfleckgröße an dem Reflexionsfilm 127 an der gegenüberliegenden Seite 30 μπι aufweist. Wenn die Breite der Streifenelektrode 112 auf 25 jxm festgelegt ist was etwa dem dreifachen Wert der Eigenschwingungsfleckgröße entspricht, wird

eine transversale Schwingung höherer Ordnung im wesentlichen unterdrückt und ein kohärenter Ausgangslichtstrahl mit einem vergleichsweise hohen Energien! veau erhalten.
Weil die Lichtfleckgröße des Ausgangslichtes arr

reflektierenden Film 127 so groß ist wie vorstehenc angegeben, kann der Divergenzwinke] in Richtung parallel zur Ebene'der aktiven Schicht näherungsweise auf 0.5° begrenzt werdea Bei einer Stärke der aktiver Schicht von etwa 0.6 μιη kann der Divergenzwinkel ir

Richtung senkrecht zu der Ebene der aktiven Schichi auf etwa 5° beschränkt werden, verglichen mit einei

weiten Divergenz von 60° ohne einen derartiger

Resonator.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dei

Erfindung sind alle Einzelteile der Halbleiterlaservor richtung zu einer kompakten Baueinheit integriert wodurch eine gute mechanische Stabilität erzielt wird

In F i g. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispjel nach dei Erfindung perspektivisch dargestellt, wobei entspre

chende Teile der F i g. 2 mit entsprechenden Bezugszei dien versehen sind. Entsprechende Elektroden 131 unc 132 nach Fig 2 sind bei diesem Ausführungsbeispie weggelassen.

Anstelle einer Streifenelektrode 112 zur Begrenzung der Weite der aktiven Zone in dem Laserkörper 11 nach Fig.2 wird bei dem zweiten Ausführungsbeispiel eine ohmsche Kontaktschicht 112' verwendet, die sich über der gesamten Oberseite der epitaxialen P-GaAs-Schicht erstreckt. Anstatt des reflektierenden Filmes an dem äußeren kreisrunden Ende auf dem zylindrischen Glaskörper 123, wird hier ein streifenförmiger reflektierender Film 127' verwendet, der senkrecht zur Ebene der aktiven Zone des Laserkörpers 11 verläuft.

Die Eigenschwingungsfleckgröße in Richtung parallel zur Ebene der aktiven Schicht des Resonators in diesem Ausführungsbeispiel beträgt etwa 30 μιτι an dem reflektierenden Film 127'. Transversale Schwingungen höherer Ordnung werden durch den streifenförmigen Film 127' begrenzt, der 100 μπι breit ist, also etwa das Dreifache der Grundschwingungsfleckgröße. Somit kann ein Lichtstrahl erhalten werden, der allein in der transversalen Grundschwingung schwingt. Experimentelle Ergebnisse, die eine derartige Arbeitsweise zeigen, wurden sogar erhalten, wenn der Erregerstrom erhöht wurde.

In F i g. 4 ist ein drittes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt. In diesem Falle ist ein zylindrischer Glaskörper 123A zwischen dem Lichtstrahlen bündelnden Lichtleitkörper 121 und dem Laserkörper 11 angeordnet. Diese Ausführung unterscheidet sich damit von der Ausführung nach F i g. 2, in der der Lichtleitkörper 121 in direktem Kontakt mit dem Laserkörper U steht. Ein weiterer zylindrischer Glaskörper 1235 ist an dem Lichtleitkörper 121 dicht angeschlossen und mit Epoxydkunstharz (der Einfachheit halber nicht dargestellt) befestigt. Die Länge L des Lichtleitkörpers 121 ist hier mit 1,06 mm gewählt, so daß seine Brennweite 1,19 mm beträgt. Die Längen der zylindrischen Glaskörper 123Λ und 123ß betragen der Reihe nach 0,84 mm und 2 mm. Es wurde experimentell bestätigt, daß auch diese erfindungsgemäße Vorrichtung wirksam Schwingungsformen höherer Ordnung unterdrückt.

Bei den ersten drei Ausführungsbeispielen nach der Erfindung wird ein Lichtstrahlen bündelnder Lichtleitkörper 121 verwendet, bei dem der Brechungsindex etwa proportional zum Quadrat des radialen Abstandes von der Achse in einer radialen Ebene des Übertragungskörpers abnimmt. Bei diesen Ausführungen ist die aktive Schicht des Laserkörpers sehr dünn und weist eine rechteckige Gestalt auf. Der Querschnitt des Ausgangsstrahles kann bei diesem rotationssymmetrischen Aufbau nicht kreisrund ausfallen.

Es gibt allerdings Anwendungsfälle, in denen ein Ausgangsstrahl mit einem kreisrunden Querschnitt erforderlich ist. Auch ist ein Ausgangslaserstrahl mit einem kreisrunden Querschnitt erforderlich im Hinblick auf die Güte einer optischen Kopplung zwischen der Laservorrichtung und einer die ausgesendeten Laserstrahlen empfangenen Vorrichtung. Um den Querschnitt des Lase-ausgcngsstrahles einer Kreisfläche anzunähern, sind besondere Ausbildungen erforderlich. Zum Beispiel kann der Brechungsindex nicht symmetrisch zur Achse des Lichtleitkörpers 121 sondern nur in eindimensionaler Richtung geändert werden. Alternativ kann die Brechungsindexänderung in einer bestimmten Richtung größer gewählt werden als in der Richtung senkrecht zu dieser.

Ein viertes Ausführungsbeispiel ist schematisch in den Fig.5. 6(a) und 6(b) dargestellt Dabei weist der Lichtleitkörper 121 nur in eindimensionaler Richtung eine parabolische Brechungsindexverteilung auf. Auf der Ausgangsseite befindet sich ein zylindrischer reflektierender Film 127". In den Fig.5 und 6 sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. .s In dem vierten Ausführungsbeispiel wird ein Lichtleitkörper 12Γ mit rechteckigem Querschnitt anstelle eines zylindrischen Lichtleitkörpers verwendet, der leicht herstellbar ist. (Der Epoxydkunstharz ist der Einfachheit halber nicht dargestellt.)

ίο Die Achsen X, Y und Z in Fig.6 dienen zur genaueren Beschreibung der Brechungsindexverteilung. Die Z-Achse weist in die Ausgangsrichtung des Ausgangslaserstrahles der Laservorrichtung 10. Die -Y-Achse liegt parallel zur aktiven Schicht in der Ebene senkrecht zur Z-Achse. Die F-Achse steht senkrecht auf der X-Achse.

Wie die Fig.6(c) und 6(d) zeigen, besitzt der Lichtleitkörper 121' eine parabolische Brechungsindexverteilung in Richtung der X-Achse und einen konstanten Brechungsindex in Richtung der V-Achse. Wie im Falle der Lichtleitkörper 121 der voranstehenden Ausführungsbeispiele kann auch der Lichtleitkörper 12Γ aus einem Glasmaterial durch lonenaustauschverfahren hergestellt sein. Das äußere Ende des Körpers kann poliert sein, um Konvergenz des Lichtes in Richtung der X-Achse zu erlauben. In diesem Beispiel wird ein Lichtleitkörper 12Γ verwendet, dessen Brechungsindex n₀ in der Achse 1,58 beträgt und der Brechungsindexgradient a = 0,117 mm-² gewählt ist. Bei dieser Ausführung beträgt die Länge des Lichtleitkörpers 4,6 mm, und der Krümmungsradius der zylindrischen Fläche ist 5 mm. Ein vielschichtiger Film aus dielektrischem Material ist auf der polierten Fläche aufgedampft.

Bei diesem vierten Ausführungsbeispiel ist die Eigenschwingungsfleckgröße auf dem Refl<*xionsfilm 126 gegenüber dem Lichtleitkörper 121' des Laserkörpers 11 20 μπι. Versuche zeigten, daß Schwingungen hoher Ordnung, deren Energieverteilung in der Peripherie größer ist, begrenzt wurden und ein Lichtstrahl mit der Grundschwingung erhalten wurde, wenn die Breite der Streifenelektrode 60 μιη betrug, d. h. etwa den dreifachen Betrag der Eigenschwingungsfleckgröße.

In F i g. 7 ist ein fünftes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt, das ähnlich dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 und 6 ist ausgenommen, daß das sphärische Ende des zylindrischen Lichtleitkörpers 121" einen Krümmungsradius von 5 mm aufweist In diesem

so Beispiel beträgt die Länge des Lichtleitkörpers 3,56 mm. Die weiteren Bedingungen sind gleich bzw. ähnlich denen des vierten Ausführungsbeispieles.

In den vierten und fünften Ausführungsbetspielen nach F i g. 5 bis 7 ändert sich der Brechungsindex nur in

Richtung der X-Achse und das Ende des Lichtleitkörpers auf der Laserausgangsseite ist zylindrisch oder sphärisch ausgebildet um den Lichtkonvergierungseffekt zu unterstützen. In einigen Fällen soll die Änderung des Brechungsindex in Richtung der Y- Achse erfolgen Das ist z. B. erforderlich, wenn die Gestalt des Querschnittes des Laserausgangsstrahles genau eingestellt sein muß. Eine Ausführung nach der Erfindung, die hierfür geeignet ist wird nachstehend im Zusammenhang mit den F i g. 8(a) und 8(b) beschrieben.

Fig.8(a) stellt einen axialen Querschnitt senkrechi zur aktiven Zone und Fig.8(b) einen axialen Querschnitt parallel zur aktiven Zone dar.
In diesem Fall sind zwei Lichtleitkörper 12M und

1215 vorgesehen, die verschiedene Brechungsindexverteilungen aufweisen und koaxial in Kaskadenform angeordnet sind. Der innere Lichtleitkörper 121.4 besitzt eine relativ steile Brechungsindexänderung in Richtung der -Y-Achse und eine konstante Brechungsindexverteilung in Richtung der K-Achse, die in den Diagrammen in F i g. 8(c) und 8(d) dargestellt sind. Der andere, äußere Lichtleitkörper 121Bbesitzt dagegen die gleichen Brechungsindexverteilungen in Richtung der X- und Y-Achsen, wie die Diagramme in Fig.8(e) und 8(f) verdeutlichen. Im Beispielsfalle sind die axialen Längen der Lichtleitkörper 12\A und 1215 der Reihe nach 3,10 und 2,14 mm.

Anstatt zweier Lichtleitkörper können auch mehrere Lichtleitkörper verwendet werden, die verschiedene Brechungsindexverteilungen aufweisen und in Kombination verwendet werden, um eine bestimmte Lichtkonvergenzcharakteristik und einen Querschnitt des Laserausgangsstrahls von annähernd kreisförmiger Gestalt bei Unterdrückung unerwünschter Schwingungen zu erhalten, wodurch eine besonders wirkungsvolle Laservorrichtung nach der Erfindung erzielt werden kann.

Ein siebentes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung ist schematisch in Fig.9 dargestellt, wobei Fig.9(a) einen axialen Querschnitt senkrecht zur aktiven Zone und Fig.9(b) einen axialen Querschnitt parallel zur aktiven Zone zeigt In diesem Ausführungsbeispiel ist der Brechungsindexgradient des Lichtleitkörpers 121 unterschiedlich in Richtung der X- und K-Achse. Die Brechungsindexverteilungen in den Richtungen diese beiden Achsen sind in den F i g. 9(c) und 9(d) dargestelll Mehr im einzelnen ist die Brechungsindexverteiluni dieses Lichtleitkörpers 121 relativ flach und elliptisch ir Richtung parallel zur aktiven Zone und die Parameter a und ^2, die die Brechungsindexgradienten in Richtung der A"und Y-Achse definieren, sind der Reihe nach mil 6mm-² und 0,13mm-² gewählt. Die Länge des Lichtleitkörpers beträgt 2,11 mm.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Lichtfleckgröße des Ausgangslichtstrahles, der vom Lichtresonator abhängt, gleich oder ähnlich dem beim vierten Ausführungsbeispiel. Auch die Breite der streifenförmigen Elektrode betrug 60 μιη wie in dem vorstehenden Ausführungsbeispiel.

In den vorstehenden Ausführungsbeispielen sind die Lichtleitkörper nur gegenüber einer Seite der Laserdiode angeordnet, um einen optischen Resonator zu bilden. Es ist klar, daß solche Resonatoren auch an beiden Seiten des Halbleiterlaserkörpers 11 angeordnet sein können, wobei Lichtbündelungseffekte an beiden Seiten erhalten werden. Dabei wird die Wirkung der Begrenzung von unerwünschten transversalen Schwingungen hoher Ordnung verstärkt.

Die Lichtstrahlen bündelnden Lichtleitkörper nach den vorstehenden erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen können durch Ionenaustauschverfahren hergestellt werden, wobei ein Glaskörper in eine Salzschmelze zum Ionenaustausch getaucht wird.

Hierzu 7 Biait Zeichnungen

Claims (12)

1. Patentansprüche:

   J. Halbleiteriaservorrichtung mit einem optischen Resonator, zwischen dessen Reflektoren ein HaIbleiterlaserkörper mit einer auf der optischen Achse liegenden, langgestreckten laseraktiven Zone von länglichem Querschnitt und ein Lichtstrahlen bündelnder Lichtleitkörper angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Lichtstrahlen bündelnden Lichtleitkörper (121) der Brechungsindex zumindest näherungsweise der Beziehung

   η = A)(I- aix²—a^y²)

   folgt, wobei nt, der Brechungsindex auf einer Achse des Körpers, a\ und 02 jeweils Konstanten sied und χ bzw. y die Abstände von der Achse in zwei aufeinander senkrechten Ebenen darstellen, die sich in der Achse des Lichtleitkörpers schneiden, und daß wenigstens an das eine Ende des Halbleiterlaserkörpers (11) der Lichtleitkörper unmittelbar oder unter Zwischenschaltung eines Glaskörpers (\2SA) derart angebracht ist, daß die Achse des Lichtleitkörpers mit der optischen Achse des Resonators zusammenfällt.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß a\ = 32 gewählt ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß entweder a< oder ar gleich Null gewählt ist.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dab der Lichtleitkörper (121) aus wenigstens zwei koaxialen Abschnitten (121Λ, \2\B)besteht die verschiedene Brechungsindexgradienten aufweisen.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den dem Halbleiterlaserkörper (11) abgewandten Ende des Lichtleitkörpers (121) ein Glaskörper (123, 123Λ 123ß; anschließt.
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß mindestens einer der Reflektoren des optischen Resonators auf der dem Halbleiterlaserkörper abgewandten Seite eines Lichtleitkörpers oder eines Glaskörpers aufgebracht ist.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß die den Reflektor tragende Fläche eben ist
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß die den Reflektor tragende Fläche gekrümmt ist.
9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (127') als schmaler Streifen ausgebildet ist
10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterlaserkörper (11), der/die Lichtleitkörper (121) und der/die Glaskörper (123) innerhalb eines Haiterungskörpers (13) angeordnet sind, der von den beiden voneinander isolierten Elektroden für den Halbleiterlaserkörper gebildet ist und als Wärmesenke dient.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Halterungskörper (13) koaxial zur optischen Achse angeordnet ist.
12. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Halbleiterlaserkörper (11) und dem Lichtleitkörper

    (121) oder dem Glaskörper (123) eine reflexionsvermindernde Schicht (124,125) angeordnet ist