DE3410729A1

DE3410729A1 - Stabilisierter halbleiterlaser

Info

Publication number: DE3410729A1
Application number: DE19843410729
Authority: DE
Inventors: Klaus Prof. Dr.-Ing. 1000 Berlin Petermann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1984-03-23
Filing date: 1984-03-23
Publication date: 1985-09-26

Description

Beschreibung
Stabilisierter Halbleiterlaser Die Erfindung betrifft einen stabilisierten Halbleiterlaser nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine derartige Anordnung dient dazu, Halbleiterlaser derart zu stabilisieren, daß im wesentlichen monochromatisches Licht ausgesandt wird.
Eine solche Anordnung ist bekannt aus der Veröffentlichung von K.R. Preston, Electron. Lett. 18 (1982), Seiten 1092-1094. Bei der bekannten Anordnung wird das Licht des Halbleiterlasers zu einem externen Reflektor geführt und außerdem über einen Lichtwellenleiter zu einer Fotodiode, mit deren Hilfe die Lichtemission des Halbleiterlasers geregelt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gat-tungsge mäße Anordnung anzugeben, die einen mechanisch robusten Aufbau ermöglicht und die wirtschaftlich herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Halbleiterlaser einschließlich der zugehörigen Steuer- und/oder Regelungseinrichtungen sowie einem Auskoppel-Lichtwellenleiter ("pig tail") in einem Gehäuse montierbar sind, das im wesentlichen gasdicht ist und das Anschlußstifte besitzt, die eine kostengünstige Befestigung auf einer gedruckten Schaltung ermöglichen. An den Auskoppel-Lichtwellenleiter sind in kostengünstiger Weise weitere Lichtwellenleiter ankoppelbar, z.B. durch Spleiß- und/oder optische Steckverbindungen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei spielen näher erläutert unter Bezugnahme auf eine schematische Zeichnung. Es zeigen FIG. 1 bzw. FIG. 2 ein erstes bzw. ein zweites Ausführungsbeispiel.
FIG. 1 zeigt eine mechanisch stabile Wärmesenke 10, z.B.
ein kühlbarer Körper aus Kupfer, auf der ein Halbleiterlaser 20 befestigt ist, z.B. durch Kleben und/oder Löten.
Der Halbleiterlaser 20 besitzt eine erste Lichtaustrittsfläche 21 und eine zweite Lichtaustrittsfläche 22. Das aus der ersten Lichtaustrittsfläche 21 austretende Licht (Pfeil) wird in einen Lichtwellenleiter 30 ("pig tail") gekoppelt, der ebenfalls auf der Wärmesenke 10 befestigt ist, z.B. ebenfalls durch Kleben und/oder Löten. Der Lichtwellenleiter 30 dient als Ausgangslichtwellenleiter für das eigentlich nutzbare Laserlicht. Für viele Anwendungen, z.B. in der optischen Nachrichtentechnik, ist es erwünscht, daß das Laserlicht eine stabilisierte Wellenlänge und/oder eine stabilisierte Leistung besitzt.
Eine derartige Stabilisierung soll beispielsweise Temperatur- und/oder Alterungsvorgänge ausgleichen. Diese Stabilisierung wird erreicht durch ein lichtreflektierendes Bauelement 40, z.B. eine Fotodiode, das auf einem elektrisch ansteuerbaren Abstandshalter 50, z.B. einer als Dickenschwinger ausgebildeten Piezokeramik oder einem entsprechenden magnetostriktiven Wandler, befestigt ist.
Der Abstandshalter 50 ist ebenfalls an der Wärmesenke 10 befestigt. Zwischen der zweiten Lichtaustrittsfläche 22 und der Lichteintrittsfläche 41 der Fotodiode entsteht dadurch ein elektrisch steuer- und/oder regelbarer optischer Resonator, der ein stabilisiertes Laserlicht ermöglicht. In Abhängigkeit von der gewünschten Lichtwellenlänge und/oder der nutzbaren Lichtleistung liegt der Abstand zwischen der zweiten Lichtaustrittsfläche 22 und der Lichteintrittsfläche 41 in einem beispielhaft gewählten Bereich von 0,1 mm bis 1 mm. Dieser Abstand muß beispielsweise auf den Bruchteil eines Mikrometers stabil gehalten werden, damit der Halbleiterlaser 20 lediglich Licht mit einer einzigen Spektrallinie aussendet. Bei einem vorgegebenen elektischen Strom durch den Halbleiterlaser ist der optimale Abstand dadurch bestimmt, daß die Lichtausgangsleistung des Halbleiterlasers ein relatives Maximum besitzt. Dieses ist erreichbar durch eine elektrische Regelanordnung, die Init Hilfe des elektrischen Ausgangssignals der Fotodiode ein Regelsignal erzeugt, das bei dem Abstandshalter 50 eine Abstandsänderung bewirkt.
Eine derartige Regelanordnung ist z.B. beschrieben in der eingangs erwähnten Veröffentlichung von K..R. Preston.
Das Ausführungsbeispiel gemäß FIG. 2 unterscheidet sich von demjenigen der InIG. 1 lediglich dadurch, daß die Lichteintrittsfläche 41 als Hohlspiegel ausgebildet ist.
Dadurch ist es möglich, das an der LichteinErittsfläche 41 reflektierte Licht verlustarm in dem Halbleiter einzukoppeln.
Für die Arbeitsweise des optischen Resonators ist es erforderlich, daß die Lichteintrittsfläche 41 der Fotodiode einen bestimmten Anteil des auftreffenden Lichts reflektiert. Es ist daher zweckmäßig, die Lichteintrittsfläche nicht zu entspiegeln. Für die Fotodiode geeignete Halbleitermaterialien, z.B. Silizium, Galliumarsenid, haben Brechzahlen wisc 3 und 4, so daß sich ohne eine Passivierung des Halbleitermaterials Reflexionsfaktoren zwischen 30% und 40% ergeben. Diese Werte sind für die Wirkung des Resonators im allgemeinen ausreichend. Gegebenenfalls ist es möglich, den Reflexionsfaktor zu erhöhe z.B. durch zusätzlich aufgebrachte dielektrische Schichten.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern sinngemäß auf weitere anwendbar. So ist es beispielsweise möglich, die erwähnte Fotodiode und zumindest einen Teil der Regeleinrichtung, z,B, einen Verstärker, auf einem gemeinsamen Halbleiterbauteil zu integrieren, Dadurch entfallen elektrische Verbiudugsleii:ungen (Drähte) und es ist möglich, eine vollständig gekapselte Halbleiter-Laserlichtquelle herzustellen. Das umgebende Gehäuse benötigt dann lediglich wenige elektrische Auschlüsse für die Strom- und/oder Spannungsversorgung. Wird für die Fotodiode ein Halbleitermaterial, z.B. GaAs, InP, mit elektrischen Dipoleigenschaften verwendet, so ist es möglich, den Abstandshalter ebenfalls aus diesem Halbleitermaterial herzustellen.
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Claims

Patentansprüche Stabilisierter Halbleiterlaser mit einem externen optischen Resonator, der ein lichtreflektierendes Bauelement enthält, das auf einem elektrisch ansteuerbarem Abstandshalter angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement (40) eine Fotodiode enthält mit einer dem Halbleiterlaser (20) zugewandten Lichteintrittsöffnung (41), deren Reflexionsfaktor so gewählt ist, daß der optische Resonator entsteht und daß an der Fotodiode ein elektrisch auswertbares Ausgangssignal entsteht.
2. Stabilisierter Halbleiterlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichteintrittsfläche (41) als Hohlspiegel ausgebildet ist, so daß zum Halbleiterlaser (20) reflektiertes Licht verlustarm in diesen einkoppelbar ist.
3. Stabilisierter Halbleiterlaser nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement (40) außer der Fotodiode mindestens einen als Halbleiter ausgebildeten Verstärker enthält, der elektrisch mit der Fotodiode und/oder dem Abstandshalter (50) verbunden ist.
4. Stabilisierter Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement (40) als Bestandteil eines Steuer- bzw. Regelkreises ausgebildet ist, der den Abstand zwischen der Lichteintrittsfläche (41) und dem Halbleiterlaser (20) derart steuert bzw. regelt, daß die Laseremission im wesentlichen im Bereich einer Spektrallinie und/oder im Bereich der maximalen optischen Leistung erfolgt.
5. Stabilisierter Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Bauelement (40) abgewandten Seite des Halbleiterlasers (20) mindestens ein Lichtwellenleiter (30) vorhanden ist, in den das vom Halbleiterlaser (20) emittierte Licht einkoppelbar ist.
6. Stabilisierter Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandshalter (50) als piezoelektrisches oder als magnetostriktives Bauteil ausgebildet ist.