DE3636336C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Halbleiterlaser-Vorrichtungen mit phasengekoppelter Anordnung, sogenannte "Phase-Locked-Arrays", bei denen sich eine Vielzahl von Halbleiterlasern nebeneinander befindet, die mit einer bestimmten Phasenbeziehung zueinander strahlen.

Mit solchen Halbleiterlaser-Vorrichtungen läßt sich eine besonders hohe Ausgangsleistung erzielen. Typische solche Halbleiterlaser-Vorrichtungen sind in dem Artikel "Phased Array Diode Lasers" in Laser Focus, Juni 1984, Seiten 100 bis 109, in der EP 01 00 242 A2, der GB 14 83 023 oder in IBM Technical Disclosure Bulletin, Band 17, Nummer 2, Juli 1974, Seiten 568 und 569 beschrieben. Das Fernfeld solcher Halbleiterlaser-Vorrichtungen weist meist mehrere Lichtkeulen auf, von denen die weniger intensiven Nebenkeulen beispielsweise mit Blenden abgedeckt werden können. Bei der am leichtesten anzuregenden Schwingungsmode beträgt die Phasenverschiebung zweier aus benachbarten Laser-Emissionsbereichen austretenden Lichtwellen zueinander 180°. Das Fernfeld weist in diesem Fall zwei Hauptkeulen auf. Um diesen unerwünschten Effekt zu beseitigen und ein Fernfeld mit einer einzigen Keule zu erhalten, wird in "Phase-Locked Injection Laser Arrays with Integrated Phase Shifters", RCA Review, Band 44, Dezember 1983, Seite 625 bis 633 vorgeschlagen, die Phasen der aus den einzelnen Emissionsbereichen austretenden Lichtwellen durch eine Phasenkorrektur-Beschichtung auf der Stirnfläche jedes zweiten Emissionsbereichs aneinander anzugleichen. Die Phasenkorrektur- Beschichtung verschiebt die Phase der durch sie hindurchtretenden Lichtwelle um 180° und bewirkt ein Fernfeld mit im wesentlichen einer einzigen Keule, die sich in der Praxis leichter nutzen läßt. Die Beschichtung beeinflußt jedoch die Reflexion der entsprechenden Emissionsbereiche und stört damit die Schwingungsmode. Dies führt auch zu einer verringerten Ausgangsleistung des Lasers.

Im Hinblick auf diesen Stand der Technik ist es daher die Aufgabe der Erfindung, eine phasengekoppelte Halbleiterlaser-Vorrichtung zu schaffen, die mit einer hohen Leistung unter stabiler Einhaltung der Schwingungsmode strahlt.

Diese Aufgabe wird mit der in Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Die Erfindung verwendet zur Zusammenführung der zwei Keulen einer phasengekoppelten Halbleiterlaser-Vorrichtung ein Halbwellenplättchen und einen Polarisations- Strahlteiler. Ein Polarisations-Strahlteiler ist an sich beispielsweise aus der DE-OS 22 57 278 bekannt.

Nach der Erfindung besteht die Einrichtung zur Erzielung der einzigen Keule aus einem Halbwellenplättchen, einem sogenannten λ/2-Plättchen, das in einem Teil eines optischen Weges des Laserlichts vom Phased-Array-Laser angeordnet ist, sowie aus einem Polarisations-Strahlteiler zur Kombination des Laserlichts von dem Halbwellenplättchen mit dem Rest des Laserlichts von dem Phased-Array-Laser, so daß das Fernfeldmuster des Phased-Array-Lasers eine Einkeulen-Intensitätsverteilung hat.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Figuren beschrieben. Es zeigt

Fig. 1a eine schematische Ansicht eines nach vorlie­ gender Erfindung verwendeten Phased-Array-Halb­ leiterlasers;

Fig. 1b ein Wellenform-Diagramm, das den Schwingungsmode des Halbleiterlasers nach Fig. 1a zeigt;

Fig. 1c ein Wellenform-Diagramm, das ein Fernfeldmuster des Phased-Array-Halbleiterlasers zeigt;

Fig. 2 eine schematische Ansicht des Aufbaus eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung, wenn diese Anwendung auf ein optisches System eines optischen Plattengerätes findet; und

Fig. 3 eine Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels, wenn dieses Anwendung auf ein optisches System eines Laserstrahldruckers findet.

In einem erfindungsgemäßen Halbleiterlaser mit phasen­ gekoppelter Anordnung bzw. Phased-Array-Halbleiterlaser ist eine Vielzahl von Lichtemissionsbereichen monolithisch aus­ gerichtet, und ihre Phasen sind durch Verkürzung der Ab­ stände zwischen benachbarten Lichtemissionsbereichen ge­ koppelt, so daß eine Oszillation bewirkt wird, bei der die Oszillationsphasen aller Bereiche wechselseitig kohärent sind. In diesem Phased-Array-Halbleiterlaser existieren zehn Arten von Schwingungsmoden, wenn es zehn Lichtemissions­ bereiche gibt, wie beispielsweise in Fig. 1a gezeigt. Unter diesen Moden besteht die größte Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines in der Phase um 180° verschobenen Modes, bei dem die Phasen der benachbarten Lichtemissionsbereiche von­ einander um π abweichen, wie in Fig. 1b gezeigt. Ein der­ artiger Mode ist ein Doppelkeulen-Mode mit zwei Spitzen­ werten im Fernfeld, wie in Fig. 1c dargestellt.

Fig. 2 ist eine schematische Ansicht des Aufbaus einer Ausführungsform der Erfindung, die auf das optische System eines optischen Plattengerätes angewandt wird. Bezugsziffer 1 bezeichnet den in Fig. 1 dargestellten Phased-Array-Halbleiterlaser oder Halbleiter­ laser mit phasengekoppelter Anordnung (im folgenden kurz als "Laser" bezeichnet). Der von diesem Laser 1 emittierte Strahl wird von einer Koppellinse 2 empfangen, konvergiert und parallelgerichtet. Wie bereits beschrieben, ist das Fernfeldmuster des Strahls vom Laser 1 in zwei Keulen 3 und 3′ unterteilt. Von diesen beiden Anteilen wird der Strahl 3 durch einen total reflektierenden Spiegel 4 reflek­ tiert und erreicht einen Polarisations-Strahlteiler 5. Zu diesem Zeitpunkt ist die Polarisationsebene eines jeden der Strahlen 3 und 3′ parallel zur Zeichnungsebene oder in anderen Worten, es liegt P-polarisiertes Licht bezüglich des reflektierenden Spiegels 4 und des Polarisations-Strahl­ teilers 5 vor. Daher tritt der Strahl 3 durch den Polari­ sations-Strahlteiler 5. Der Strahl 3′ tritt andererseits durch ein Halbwellenplättchen 6, wird zu einem S-polarisier­ ten Strahl 7, wird anschließend durch den Polarisations- Strahlteiler 5 reflektiert und kommt dann dazu, daß er sich die optische Achse mit dem Durchlaßstrahl vom Strahlanteil 3 teilt, so daß ein zusammengesetzter Strahl 8 mit einer einzigen Keule entsteht. Auf diese Weise läßt sich ein Einkeulen-Fernfeldmuster erzielen. In diesem Ausführungs­ beispiel werden der reflektierende Spiegel 4, das Halb­ wellenplättchen 6 und der Polarisations-Strahlteiler 5 in engem Kontakt gehalten und miteinander integriert.

Ein Dreieckprisma 9 ist angeordnet, um den Strahl vom Polarisations-Strahlteiler 5, der elliptisch ist, in einen runden Strahl umzuformen. Obwohl entsprechend der Zeichnung nur ein Prisma 9 angeordnet ist, können zwei oder mehr Prismen in Kombination verwendet werden. Der so erhaltene zusammengesetzte Strahl 10 wird zu einer Objektivlinse 11 geführt und punktförmig auf ein Auf­ zeichnungsmedium 13, wie z.B. eine optische Platte, eine photoempfindliche Trommel für einen Laserdrucker, einen Flüssigkristall oder ähnliches, geworfen, um ein Bild 12 zu erzeugen.

Fig. 3 zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 in Anwendung auf ein optisches System eines Laserstrahldruckers. Das Verfahren der Zusammensetzung der Strahlen entspricht genau dem des in Fig. 2 gezeig­ ten Ausführungsbeispiels; der Unterschied dieses Aus­ führungsbeispiels vom ersten Ausführungsbeispiel liegt jedoch darin, daß ein Satz von Zylinderlinsen 14 und 15 verwendet wird, um den elliptischen Strahl zu formen. Das Verhältnis der Brennweiten der Zylinderlinsen 14 und 15 wird auf r festgesetzt, wenn das Verhältnis der großen und der kleinen Achse des elliptischen Strahls r ist. Es ist hierbei anzumerken, daß bei Phased-Array-Halbleiterlasern mit Verstärkungsführung (gain guided type phased-array semiconductor lasers) im allgemeinen zusätzlich zur Phasen­ abweichung gleichzeitig eine "Biegung" der Phasen auftritt. Dies wird als "Astigmatismus" bezeichnet. Nach diesem Aus­ führungsbeispiel kann auch dieser Astigmatismus korrigiert werden, indem die relativen Positionen der zwei Zylinder­ linsen um einen Abstand abweichen, der die astigmatische Differenz der Lichtquelle versetzt.

Entsprechend diesem Ausführungsbeispiel werden die Phased-Array-Halbleiterlaser, die in dem Mode schwingen, in dem die Phasen um 180° verschoben sind, im Fernfeld zusammengesetzt, um den Einzelstrahl zu erhalten, der zu der konvergierenden Linse geführt wird. Demnach ist es möglich, immer den Punkt mit der Beugungsgrenze zu erzielen, die durch die Wellenlänge der Halbleiterlaser und die numerische Apertur der konvergierenden Linse bestimmt ist. Nachdem die Strahlen 3 und 3′ mit den um 180° verschobenen Phasen zusammengesetzt sind, werden ihre Polarisations­ ebenen senkrecht, so daß sie als eine skalare Summe der Intensität zusammengesetzt werden, ohne eine gegenseitige Beeinflussung hervorzurufen. Damit kann mit einem hohen Wirkungsgrad ein Strahl mit einer hohen Ausgangsleistung erzielt werden.

Wie oben beschrieben, läßt sich nach vorliegender Erfindung von dem Phased-Array-Halbleiterlaser mit einer Vielzahl von Lichtemissionsbereichen ein Strahl mit einer einzelnen Keule erhalten. Wenn dieser Einkeulenstrahl dem optischen System eines Laserstrahldruckers oder einer optischen Platte zugeführt wird, läßt sich mit einem hohen Wirkungsgrad ein Strahl mit einer extrem hohen Aus­ gangsleistung erzielen. Im Falle des Laserdruckers kann die Druckgeschwindigkeit, im Falle der optischen Platte die Bit-Transferrate von Signalen verbessert werden.

Die vorliegende Erfindung kann neben ihrer Anwendung auf das optische System eines optischen Plattenrecorders auch auf das optische System eines Bildabtasters bzw. Bild-Scanners oder einer Flüssigkristall-Anzeige Anwendung finden.

Claims (3)

1. Halbleiterlaser-Vorrichtung mit
einer Vielzahl von auf einem Substrat nebeneinanderliegenden phasengekoppelten Lichtemissionsbereichen, die ein Fernfeld mit zwei Lichtkeulen (3, 3′) emittieren, und
einer Einrichtung (4 bis 7), die aus dem emittierten Laserlicht ein Fernfeld mit einer einzigen Lichtkeule (8) erzeugt,
dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Einrichtung (4 bis 7) ein in einer (3′) der beiden emittierten Lichtkeulen (3, 3′) angeordnetes Halbwellenplättchen (6) sowie einen Polarisations-Strahlteiler (5), der den Laserstrahl, der das Halbwellenplättchen (6) durchlaufen hat, und die zweite (3) der beiden Lichtkeulen zu einem einzigen Strahl (8) verbindet, umfaßt.

2. Halbleiterlaser-Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen mit dem Halbwellenplättchen (6) und dem Polarisations-Strahlteiler (5) integrierten reflektierenden Spiegel (4), der die zweite emittierte Lichtkeule (3) des Laserlichts zu dem Polarisations- Strahlteiler (5) führt.

3. Halbleiterlaser-Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den lichtemittierenden Bereichen einerseits und dem Halbwellenplättchen (6), dem Spiegel (4) und dem Polarisations- Strahlteiler (5) andererseits eine Linseneinrichtung (2) vorgesehen ist, durch die die erste Lichtkeule (3′) auf das Halbwellenplättchen (6) und die zweite Lichtkeule (3) auf den Spiegel (4) fällt und daß nach dem Polarisations-Strahlteiler (5) eine Strahl-Formeinrichtung (9) vorgesehen ist, durch die der kombinierte Strahl (8) auf ein Aufzeichnungsmedium (13, 16) fällt.