DE602006000522T2

DE602006000522T2 - Endgepumpter, oberflächenemittierender Laser mit externem vertikalen Resonator

Info

Publication number: DE602006000522T2
Application number: DE602006000522T
Authority: DE
Inventors: Jun-ho Seongnam-si Lee
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2005-05-07
Filing date: 2006-02-24
Publication date: 2009-03-05
Anticipated expiration: 2026-02-25
Also published as: DE602006000522D1; KR101100434B1; EP1720225B1; KR20060115955A; EP1720225A1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen oberflächenemittierenden Laser und insbesondere einen endgepumpten, oberflächenemittierenden Laser mit externem vertikalen Resonator (VECSEL), bei dem ein Pumplaserstrahl in einem rechten Winkel auf einen Laserchip auftrifft.
Bei Halbleiterlasern emittiert ein kantenemittierender Laser einen Laserstrahl parallel zu einem Substrat und ein oberflächenemittierender Laser oder Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser (VCSEL) emittiert einen Laserstrahl senkrecht zu einem Substrat. Der VCSEL weist eine hohe Kopplungseffizienz auf, weil er in einer Einzellongitudinalmode eines schmalen Spektrums oszillieren kann und auch einen kleinen Emissionswinkel aufweist. Ferner kann der VCSEL aufgrund seiner Struktur leicht in andere Vorrichtungen integriert werden. Es ist für einen VCSEL jedoch schwieriger als für einem kantenemittierenden Laser, in einer Einzeltransversalmode zu oszillieren. Der VCSEL erfordert einen schmalen Oszillationsbereich für den Betrieb in einer Einzeltransversalmode, was zu einer geringen Emissionsleistung führt.
Um die Vorteile des VCSEL zu erhalten, während eine hohe Emissionsleistung hinzukommt, wurde ein Vertical-External-Cavity Surface-Emitting Laser (VECSEL) entwickelt. Der VECSEL weist einen Verstärkungsbereich auf, der durch Austausch eines oberen Spiegels gegen einen externen Spiegel erhöht ist, so dass der VECSEL eine hohe Emissionsleistung von zehn Watt oder mehr erreichen kann.
1 ist eine schematische Schnittansicht eines VECSEL vom optisch gepumpten Typ aus dem Stand der Technik. Mit Bezug zu 1 weist ein optisch gepumpter VECSEL 10 einen Laserchip 12, eine Wärme senke 11, an der der Laserchip 12 angebracht ist, und einen externen Spiegel 13 auf, der vom Laserchip 12 beabstandet ist. Der VECSEL 10 weist ferner einen Pumplaser 15 auf, der in einem Winkel so ausgerichtet ist, dass ein Pumplaserstrahl zum Laserchip 12 gebracht wird. Obwohl es nicht gezeigt ist, weist der Laserchip 12 einen verteilten Bragg-Reflektor (DBR) und eine aktive Schicht sequentiell auf ein Substrat aufgestapelt auf. Wie den Fachleuten bekannt ist, weist die aktive Schicht zum Beispiel eine Multiquantentopfstruktur mit einer Resonant-Periodic-Gain(RPG)-Struktur auf und wird durch einen Pumplaserstrahl angeregt, so dass Licht einer bestimmten Wellenlänge erzeugt wird. Die Wärmesenke 11 kühlt den Laserchip 12 durch Ableiten von Wärme, die durch den Laserchip 12 erzeugt ist. Der Pumplaser 15 strahlt Licht (mit einer kürzeren Wellenlänge als das vom Laserchip 12 emittierte Licht) auf den Laserchip 12 durch eine Linsenanordnung 16, um die aktive Schicht des Laserchips 12 zu aktivieren.
Wenn bei dieser Struktur vom Pumplaser 15 emittiertes Licht mit einer relativ kurzen Wellenlänge durch die Linsenanordnung 16 auf den Laserchip 12 einfällt, wird die aktive Schicht des Laserchips 12 aktiviert, so dass Licht einer spezifischen Wellenlänge erzeugt wird. Das von der aktiven Schicht erzeugte Licht wird wiederholt zwischen der DBR-Schicht des Laserchips 12 und dem externen Spiegel 13 durch die aktive Schicht reflektiert. Deshalb ist ein Resonanzraum des VECSEL 10 zwischen der DBR-Schicht des Laserchips 12 und einer konkaven Oberfläche des externen Spiegels 13 definiert. Durch diese wiederholte Reflexion wird das Licht im Laserchip 12 verstärkt. Ein Teil des verstärkten Lichts wird durch den externen Spiegel 13 als Laserstrahl nach außen ausgegeben und der Rest des Lichts wird erneut als Pumplicht zum Laserchip 12 reflektiert. Ein Kristall 14 zur Erzeugung der zweiten Harmonischen (SHG, second harmonic generation) kann zwischen dem Laserchip 12 und dem externen Spiegel 13 gelegen sein, um die Frequenz des Lichts zu verdoppeln. Wenn der SHG-Kristall 14 verwendet wird, kann zum Beispiel ein Laserstrahl mit einer sichtbaren Wellenlänge aus vom Laserchip 12 emittiertem Infrarotlicht ausgegeben werden.
Beim VECSEL 10 mit dieser Struktur teilt der Pumplaser 15, der den Laserchip 12 aktiviert, jedoch keine gemeinsame Achse mit anderen Komponenten, sondern muss von der Achse versetzt und in einem Winkel dazu liegen. Dies erhöht die Komplexität und die Dauer des Herstellungsprozesses, wodurch eine Massenproduktion des VECSEL schwierig wird und auch die potentielle Größenverminderung des VECSEL einschränkt. Ferner fällt der vom Pumplaser 15 emittierte Pumplaserstrahl auf den Laserchip 12 mit ungefähr 45 Grad ein, wodurch ein signifikanter Reflexionsverlust und ein Abfall der Oszillationseffizienz bewirkt wird. Da außerdem der Pumplaserstrahl aufgrund des Einfallswinkels auf dem Laserchip 12 eine elliptische Form aufweist, weist vom Laserchip 12 in Abhängigkeit vom Pumplaserstrahl erzeugtes Licht einen elliptischen Querschnitt anstelle eines runden Querschnitts auf.
Da ferner die Wellenlängenkonversionseffizienz des SHG-Kristalls 14 proportional zur einfallenden Lichtenergie zunimmt, ist es bevorzugt, dass der SHG-Kristall 14 nahe zum Laserchip 12 positioniert ist. Dies ist jedoch nicht möglich, weil der Pumplaserstrahl des Pumplasers 15 auf den Laserchip 12 von der Vorderseite des Laserchips 12 einfällt. Deshalb nimmt die Effizienz des SHG-Kristalls 14 ab.
US 6,594,297 beschreibt einen VECSEL mit einem auf einem Träger angebrachten Laserchip mit einem Durchtritt für das Pumplicht. Die gegenüberliegende Seite des Laserchips ist dem externen Spiegel zugewandt.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein oberflächenemittierender Laser mit externem vertikalen Resonator gemäß Anspruch 1 zur Verfügung gestellt. Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein VECSEL gemäß Anspruch 14 zur Verfügung gestellt. Weitere Aspekte der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2–13 und 14–24 definiert.
Die vorliegende Erfindung stellt einen VECSEL zur Verfügung, der durch einen einfachen Herstellungsprozess in Massenproduktion hergestellt werden kann und eine verringerte Größe aufweisen kann.
Die vorliegende Erfindung stellt auch einen endgepumpten VECSEL zur Verfügung, der durch Emittieren eines Pumplaserstrahls auf einen Laserchip im rechten Winkel eine hohe Effizienz ohne Reflexionsverlust aufweist.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner einen VECSEL zur Verfügung, der eine effiziente Wärmeabgabestruktur aufweist, so dass er eine hohe Effizienz behält.
Die Wärmesenke kann eine mittige Öffnung aufweisen, so dass das vom Pumplaser emittierte Pumplicht die Laserchippackung erreichen kann.
Der Unterbau kann aus mindestens einem Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Diamant, Siliciumcarbid (SiC), Aluminiumnitrid (AIN) und Galliumnitrid (GaN) gebildet sein.
Der Laserchip und der Unterbau können durch Kapillarbonden gekoppelt sein. In diesem Fall kann der Laserchip durch Auftragen eines härtbaren Harzes um die Oberseite des Unterbaus, an der der Laserchip angebracht wird, und um eine Außenseite des Laserchips und Härten des härtbaren Harzes am Unterbau fest fixiert sein.
Der Laserchip kann beinhalten: ein Substrat, eine aktive Schicht mit einer Quantentopfstruktur und auf dem Substrat ausgebildet, wobei die aktive Schicht durch vom Pumplaser emittiertes Pumplicht aktiviert wird, so dass Licht der ersten Wellenlänge emittiert wird, und eine auf der aktiven Schicht ausgebildete DBR-Schicht, so dass das von der aktiven Schicht emittierte Licht der ersten Wellenlänge zum externen Spiegel reflektiert wird und das vom Pumplaser emittierte Licht der zweiten Wellenlänge transmittiert wird.
Das Substrat des Laserchips kann dem externen Spiegel zugewandt sein und die DBR-Schicht des Laserchips kann mit der Oberseite des Unterbaus in Kontakt stehen.
Das Substrat kann eine mittige (Öffnung aufweisen, um zu ermöglichen, dass von der aktiven Schicht des Laserchips emittiertes Licht sich zum externen Spiegel ausbreitet.
Die Laserchippackung kann ferner erste und zweite Packungsblöcke aufweisen, die jeweils zwischen der Wärmesenke und dem Unterbau und einer Oberseite des Laserchips angebracht sind, so dass der Laserchip geschützt wird und vom Laserchip erzeugte Wärme abgeleitet wird. Der erste und zweite Packungsblock können jeweils eine mittige Öffnung aufweisen, so dass sie entsprechend ermöglichen, dass vom Laserchip emittiertes Licht der ersten Wellenlänge sich zum externen Spiegel ausbreitet bzw. dass vom Pumplaser emittiertes Licht der zweiten Wellenlänge den Laserchip erreichen kann.
Alternativ kann die Laserchippackung ferner einen Packungsblock beinhalten, der eine Seitenfläche und eine Oberkante des Unterbaus teilweise umgibt und an der Wärmesenke fixiert ist, so dass die Laserchip packung an der Wärmesenke befestigt ist und vom Laserchip erzeugte Wärme ableitet.
Der oberflächenemittierende Laser mit externem vertikalen Resonator kann ferner einen SHG-Kristall zwischen der Laserchippackung und dem externen Spiegel beinhalten, so dass die Frequenz des von der Laserchippackung emittierten Lichts der ersten Wellenlänge verdoppelt wird. Der SHG-Kristall kann mit der Laserchippackung oder dem Laserchip direkt in Kontakt stehen.
Alternativ betrifft die Erfindung einen VECSEL nach Anspruch 14.
Der Laserchip kann beinhalten: ein Substrat, eine auf dem Substrat ausgebildete DBR-Schicht und eine aktive Schicht mit einer Quantentopfstruktur, die auf der DBR-Schicht ausgebildet ist, wobei die aktive Schicht durch vom Pumplaser emittiertes Pumplicht so aktiviert wird, dass Licht der ersten Wellenlänge emittiert wird, wobei die DBR das von der aktiven Schicht emittierte Licht der ersten Wellenlänge zum externen Spiegel reflektiert und das vom Pumplaser emittierte Licht der zweiten Wellenlänge transmittiert.
Das Substrat des Laserchips kann der Wärmesenke zugewandt sein und die aktive Schicht des Laserchips kann mit der Unterseite des Unterbaus in Kontakt stehen.
Die Laserchippackung kann ferner einen Packungsblock beinhalten, der eine Oberkante und eine Unterkante des Unterbaus teilweise umschließt und an der Wärmesenke fixiert ist, so dass der Unterbau befestigt ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die obigen und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser ersichtlich durch eine ausführliche Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen, in denen:
1 eine Schnittansicht eines optisch gepumpten VECSEL gemäß dem Stand der Technik ist;
2 eine Schnittansicht eines endgepumpten VECSEL gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
3 eine Schnittansicht einer Laserchippackung des in 2 abgebildeten endgepumpten VECSEL ist;
4 eine Schnittansicht eines endgepumpten VECSEL gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
5 eine Schnittansicht eines endgepumpten VECSEL gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
6A bis 6C einen Zusammenbauprozess eines Laserchips und eines Unterbaus zeigen;
7A und 7B eine Schnitt- bzw. eine Perspektivansicht sind, die eine Packungsblock der ersten Ausführungsform mit der Anordnung des Laserchips und des Unterbaus gekoppelt zeigen, die durch den in den 6A bis 6C gezeigten Prozess zusammengesetzt sind;
8A und 8B eine Schnitt- bzw. eine Perspektivansicht sind, die einen Packungsblock der zweiten Ausführungsform mit der Anordnung des Laserchips und des Unterbaus gekoppelt zeigen, die durch den in den 6A bis 6C gezeigten Prozess zusammengesetzt sind;
9 eine Schnittansicht eines endgepumpten VECSEL gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
10 eine Simulation der Wärmeverteilung beim Betrieb einer Laserchippackung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 ein Schaubild ist, das die Temperatur eines Laserchips der vorliegenden Erfindung mit der Temperatur eines Laserchips aus dem Stand der Technik vergleicht; und
12A und 12B Schaubilder des Verhaltens eines VECSEL aus dem Stand der Technik und eines VECSEL der vorliegenden Erfindung sind.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
2 ist eine Schnittansicht eines endgepumpten VECSEL gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Mit Bezug zu 2 beinhaltet ein VECSEL 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Laserchippackung 120 mit einer Verstärkerstruktur, so dass Licht einer ersten Wellenlänge emittiert wird, einen externen Spiegel 140, der von einer Seite der Laserchippackung 120 beabstandet ist, und einen Pumplaser 150, der Pumplicht in einer zweiten Wellenlänge emittiert, an der anderen Seite der Laserchippackung 120. Wie oben beschrieben, gibt der externe Spiegel 140 einen Laserstrahl aus, indem ein Teil des Lichts der ersten Wellenlänge, das von der Laserchippackung 120 emittiert ist, nach außen transmittiert und der Rest des Lichts der ersten Wellenlänge zur Verstärkung zur Laserchippackung 120 reflektiert wird. Hier weist das Pumplicht der zweiten Wellenlänge, das vom Pumplaser 150 emittiert wird, eine kürzere Wellenlänge auf, als das Licht der ersten Wellenlänge, das von der Laserchippackung 120 emittiert ist. Wenn zum Beispiel ein Halbleiter auf Ga-Basis verwendet wird, emittiert die Laserchippackung 120 Infrarotlicht mit einem Wellenlängenbereich von ungefähr 900 nm bis 1100 nm. In diesem Fall ist es geeignet, dass der Pumplaser 150 Pumplicht mit einer Wellenlänge von ungefähr 808 nm emittiert.
Hierbei kann, wie in 2 gezeigt, eine Wärmesenke 110 zusätzlich an der anderen Seite der Laserchippackung 120 angebracht sein, um beim Betrieb Wärme von der Laserchippackung 120 abzuleiten. Das Lichttransmissionsvermögen der Wärmesenke ist allgemein nicht gut. Des halb kann die Wärmesenke 110 eine Öffnung 115 definieren, so dass Pumplicht vom Pumplaser 150 zur Laserchippackung 120 durchgeleitet werden kann. Die Wärmesenke 110 kann aus einem Material gebildet sein, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, wie Kupfer (Cu).
Ferner kann, wie in 2 gezeigt, zusätzlich ein SHG-Kristall 130 zwischen der Laserchippackung 120 und dem externen Spiegel 140 vorgesehen sein, um die Frequenz des von der Laserchippackung 120 emittierten Lichts der ersten Wellenlänge zu verdoppeln. Wenn der SHG-Kristall 130 verwendet wird, kann zum Beispiel von der Laserchippackung 120 mit einer Wellenlänge in einem Bereich von 900 nm bis 1100 nm emittiertes Infrarotlicht in sichtbares Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 450 nm bis 550 nm konvertiert werden. Der SHG-Kristall 130 kann aus Kaliumtitanylphosphat (KTP), LiNbO₃, periodisch gepoltes LiNbO₃ (PPLN), periodisch gepoltes Lithiumtantalat (PPLT), KTN, KNbO₃ usw. gebildet sein. Bevorzugt steht der SHG-Kristall 130 mit der Laserchippackung 120 in Kontakt.
Gemäß dieser Struktur des VECSEL 100, ist der Pumplaser 150 von der Rückseite der Laserchippackung 120 mit der Laserchippackung 120 ausgerichtet, im Gegensatz zum herkömmlichen VECSEL, bei dem ein Pumplaser in einem Winkel auf einer Seite angeordnet ist. Das heißt, der Pumplaser 150 ist auf der gleichen Achse wie die anderen Komponenten angeordnet. Deshalb kann der VECSEL 100 der vorliegenden Erfindung durch einen einfacheren Prozess als der herkömmliche VECSEL gefertigt werden, so dass der VECSEL 100 in Massenproduktion hergestellt werden kann. Ferner können die Abmessungen des VECSEL 100 verringert sein. Zum Beispiel kann der VECSEL 100 so gefertigt werden, dass er einen Durchmesser gleich oder kleiner als 20 mm und eine Gesamtlänge gleich oder kleiner als 50 mm aufweist, wobei der Pumplaser 150 ausgenommen ist. Da außerdem der Pumplaserstrahl in einem rechten Winkel auf die Laserchippackung 120 einfallen kann, tritt fast keine Reflexion auf und der Pumplaserstrahl kann auf den gewünschten Bereich konzentriert werden. Deshalb kann die optische Ausgabeleistung des Lasers gesteigert werden und der Querschnitt des von der Laserchippackung 120 ausgegebenen Lichts kann annähernd kreisförmig gehalten werden. Da ferner der Pumplaser 150 nicht auf der Seite platziert ist, kann der SHG-Kristall 130 näher an der Laserchippackung 120 platziert sein. Deshalb kann die Effizienz der optischen Wellenlängenkonvertierung des SHG-Kristalls 130 gesteigert werden.
Die Struktur der im VECSEL 100 vorgesehenen Laserchippackung 120 der ersten Ausführungsform ist in 3 genauer dargestellt.
Mit Bezug zu 3 beinhaltet die Laserchippackung 120 des VECSEL 100 der ersten Ausführungsform einen Laserchip 123, der Licht einer ersten Wellenlänge zum externen Spiegel 140 emittiert, und einen mit dem Laserchip 123 gekoppelten Unterbau 122, so dass Wärme vom Laserchip 123 zur Wärmesenke 110 übertragen wird. Gemäß der in 3 dargestellten Struktur der Laserchippackung 120 emittiert der Pumplaser 150 Pumplicht bei einer zweiten Wellenlänge, das den Unterbau 122 passiert und auf den Laserchip 123 trifft. Deshalb ist der Unterbau 122 so ausgelegt, dass er eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist und ebenso ein hohes optisches Transmissionsvermögen für Pumplicht der zweiten Wellenlänge aufweist. Bevorzugt ist der Unterbau 122 aus Diamant gebildet. Alternativ kann der Unterbau 122 aus anderen Materialien, wie SiC, AIN und GaN, gebildet sein.
Hierbei weist der Laserchip 123 eine Verstärkerstruktur auf, die aus einem Halbleiter gebildet ist, der Licht der ersten Wellenlänge in Abhängigkeit vom Pumplicht der zweiten Wellenlänge, das vom Pumplaser 150 einfällt, emittiert. Wie in 3 gezeigt ist, beinhaltet der Laserchip 123 allgemein ein Substrat 124, eine auf dem Substrat 124 ausgebildete aktive Schicht und eine auf der aktiven Schicht 125 ausgebildete DBR- Schicht 126. Wie den Fachleuten bekannt ist, weist die aktive Schicht 125 eine Quantentopfstruktur in der Form auf, dass die aktive Schicht 125 das Licht der ersten Wellenlänge emittieren kann, wenn sie vom Pumplicht aktiviert wird, das vom Pumplaser 150 emittiert ist. Ferner weist die DBR-Schicht 126 eine Mehrschichtstruktur auf, die durch abwechselnde Anordnung einer Mehrzahl von Schichten mit hohem Brechungsvermögen mit einer Mehrzahl von Schichten mit niedrigem Brechungsvermögen derart gebildet ist, dass die DBR-Schicht 126 ein maximales Reflexionsvermögen für das von der aktiven Schicht 125 emittierte Licht der ersten Wellenlänge aufweisen kann. Hier kann die DBR-Schicht 126 so ausgelegt sein, dass sie dem Licht der zweiten Wellenlänge, das vom Pumplaser 150 emittiert ist, ein Passieren durch die aktive Schicht 125 ermöglicht. In dieser Struktur wird das von der aktiven Schicht 125 emittierte Licht der ersten Wellenlänge wiederholt zwischen der DBR-Schicht 126 und dem externen Spiegel 140 durch die aktive Schicht 125 reflektiert. Diese wiederholte Reflexion verstärkt das Licht der ersten Wellenlänge in der aktiven Schicht 125 und dann wird ein Teil des Lichts der ersten Wellenlänge durch den externen Spiegel 140 als Laserstrahl nach außen ausgegeben und der Rest des Lichts der ersten Wellenlänge wird erneut zur DBR-Schicht 126 reflektiert. Dadurch erfüllen die DBR-Schicht 126 und der externe Spiegel 140 die Funktion eines Resonators für das Licht der ersten Wellenlänge.
Da das von der aktiven Schicht 125 emittierte Licht der ersten Wellenlänge wiederholt durch das Substrat 124 transmittiert wird, wenn das Licht der ersten Wellenlänge wiederholt zwischen der DBR-Schicht 126 und dem externen Spiegel 140 reflektiert wird, können durch das Substrat 124 optische Verluste bedingt sein. Um dies zu verhindern, kann das Substrat 124 eine mittige Öffnung aufweisen, wie es in 3 gezeigt ist.
Der Laserchip 123 ist auf dem Unterbau 122 angebracht. Zum Beispiel ist, wie in 3 gezeigt, der Laserchip 123 auf dem Unterbau 122 so angebracht, dass das Substrat 124 dem externen Spiegel 140 zugewandt ist und die DBR-Schicht 126 mit dem Unterbau 122 in Kontakt steht. Gemäß der Laserchippackung 120 der vorliegenden Erfindung, kann von der aktiven Schicht 125 erzeugte Wärme leicht durch den Unterbau 122 abgeleitet werden. Wenn der Laserchip auf dem Unterbau so angebracht ist, dass das Substrat mit dem Unterbau in Kontakt steht, nachdem die DBR-Schicht und die aktive Schicht auf dem Substrat aufgeschichtet sind, ist der Wärmeableitungsweg verlängert, weil die von der aktiven Schicht erzeugte Wärme durch das Substrat abgeleitet wird. Die Laserchippackung 120 der vorliegenden Erfindung weist jedoch einen relativ kurzen Wärmeableitungsweg von der aktiven Schicht 125 zum Unterbau 122 auf, so dass Wärme effizienter abgeleitet wird.
Die Laserchippackung 120 der vorliegenden Erfindung kann ferner Packungsblöcke 121a und 121b beinhalten, die jeweils am Unterbau 122 und dem Laserchip 123 angebracht sind, so dass der Laserchip 123 geschützt wird und die Wärmeableitung von der aktiven Schicht 125 nach außen erleichtert ist. Die Packungsblöcke 121a und 121b sind aus Metall mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit gebildet. Allgemein wird Kupfer (Cu) für die Packungsblöcke 121a und 121b verwendet. Die Metallpackungsblöcke 121a und 121b transmittieren jedoch kein Licht. Deshalb weist der Packungsblock 121a, der an der Unterseite des Unterbaus 122 angebracht ist, eine Öffnung 128 auf, so dass es möglich ist, dass vom Pumplaser 150 emittiertes Pumplicht der zweiten Wellenlänge den Laserchip 123 erreicht. Aus dem gleichen Grund weist der Packungsblock 121b, der an der Oberseite des Laserchips 123 angebracht ist, auch eine Öffnung 129 auf, so dass es möglich ist, dass vom Laserchip 123 emittiertes Licht der ersten Wellenlänge sich zum externen Spiegel 140 ausbreitet.
4 ist eine Schnittansicht eines endgepumpten VECSEL gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der in den 2 und 3 gezeigten ersten Ausführungsform kann der Laserchip 123 durch Kompression beschädigt werden, wenn die Packungsblöcke 121a und 121b am Laserchip 123 angebracht werden. In der in 4 gezeigten zweiten Ausführungsform ist die Laserchippackung 120 so konstruiert, dass die Möglichkeit einer Beschädigung des Laserchips 123 beim Anbringen des Packungsblocks minimiert ist.
Im Detail ist gemäß der Struktur einer Laserchippackung 120 eines VECSEL der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie in 4 gezeigt, ein Laserchip 123 auf der Mitte der Oberfläche eines Unterbaus 122 angebracht und ein Packungsblock 121 ist so gekoppelt, dass er eine Seitenfläche und eine Oberkante des Unterbaus 122 teilweise umgibt. Der Packungsblock 121 ist an einer Wärmesenke 110 unter Verwendung von Befestigungseinrichtungen 148, wie Schrauben, befestigt. Der Laserchip 123 beinhaltet, wie oben beschrieben, ein Substrat 124, eine auf dem Substrat 124 ausgebildete aktive Schicht 125 und eine auf der aktiven Schicht 125 ausgebildete DBR-Schicht 126. Der Laserchip 123 ist am Unterbau 122 so angebracht, dass das Substrat dem externen Spiegel 140 zugewandt ist und die DBR-Schicht 126 mit dem Unterbau 122 in Kontakt steht. Das Substrat 124 weist eine Öffnung so auf, dass von der aktiven Schicht 125 emittiertes Licht sich zum externen Spiegel 140 ausbreitet. Gemäß dieser Struktur kommt der Packungsblock 121 nicht mit dem Laserchip 123 in Kontakt, sondern steht mit dem Unterbau 122 in Kontakt, was dadurch die Möglichkeit einer Beschädigung des Laserchips 123 beim Anbringen des Packungsblocks 121 eliminiert. Da ferner der Unterbau 122 an der Wärmesenke 110 mit dem einzigen Packungsblock 121 befestigt werden kann, kann der VECSEL eine einfache Struktur aufweisen und kann schnell und billig hergestellt werden.
Der VECSEL der in 4 gezeigten zweiten Ausführungsform weist, mit Ausnahme der Laserchippackung 120, die gleiche Struktur auf wie der VECSEL der ersten Ausführungsform. Wie in 4 gezeigt ist, weist der VECSEL der zweiten Ausführungsform die Laserchippackung 120 mit dem Laserchip 123 zum Emittieren von Licht der ersten Wellenlänge auf, den externen Spiegel 140 von einer Seite der Laserchippackung 120 beabstandet, einen Pumplaser 150 zum Emittieren von Pumplicht einer zweiten Wellenlänge auf der anderen Seite der Laserchippackung 120 und die Wärmesenke 110 an der anderen Seite der Laserchippackung 120 angebracht, so dass von der Laserchippackung 120 erzeugte Wärme abgeleitet wird. Die Wärmesenke 110 ist zum Beispiel aus Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit gebildet, wie Kupfer (Cu), und weist eine Öffnung 115 so auf, dass vom Pumplaser 150 emittiertes Pumplicht die Laserchippackung 120 erreichen kann. Ferner kann ein SHG-Kristall 130 zwischen der Laserchippackung 120 und dem externen Spiegel 140 gelegen sein, um die Frequenz des von der Laserchippackung 120 emittierten Lichts zu verdoppeln.
5 ist eine Schnittansicht eines endgepumpten VECSEL gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der in 5 gezeigte VECSEL der dritten Ausführungsform weist mit Ausnahme der Laserchippackung die gleiche Struktur auf wie der VECSEL der ersten Ausführungsform.
Die Struktur der Laserchippackung 120 des VECSEL der dritten Ausführungsform wird nun genauer mit Bezug zu 5 beschrieben. Ein Unterbau 122 ist dem externen Spiegel 140 zugewandet und ein Laserchip 123 ist einem Pumplaser 150 zugewandt. Ein Packungsblock 121 ist an einer Wärmesenke 110 so befestigt, dass Teile der Ober- und Unterkanten des Unterbaus 122 umschlossen sind. Der Packungsblock 121 ist zum Beispiel unter Verwendung von Befestigungsmitteln 148, wie Schrauben, an der Wärmesenke 110 befestigt. Ferner weist in der drit ten Ausführungsform ein Laserchip 123 ein Substrat 124 auf, eine auf dem Substrat 124 ausgebildete DBR-Schicht 126 und eine auf der DBR-Schicht 126 ausgebildete aktive Schicht 125. Der Laserchip 123 ist am Unterbau 122 so angebracht, dass das Substrat 124 dem Pumplaser 150 zugewandt ist und die aktive Schicht 125 mit dem Unterbau 122 in Kontakt steht. Das Substrat 124 weist eine mittige Öffnung so auf, dass vom Pumplaser 150 emittiertes Licht sich zur aktiven Schicht 125 ausbreiten kann. Der Unterbau 122 weist eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf sowie ein hohes optisches Transmissionsvermögen, so dass von der aktiven Schicht 125 emittiertes Licht transmittiert wird. Bevorzugt ist der Unterbau 122 aus Diamant gebildet, wie es oben beschrieben ist. Alternativ kann der Unterbau 122 aus anderen Materialien, wie SiC, AIN und GaN, gebildet sein. Gemäß dieser Struktur der Laserchippackung 120 ist der Laserchip 123 nicht mit der Außenseite in Berührung. Deshalb kann die Möglichkeit einer Beschädigung des Laserchips 123 signifikant vermindert werden.
Wie oben beschrieben wird gemäß der Struktur der Laserchippackung 120 der vorliegenden Erfindung Licht durch eine Schnittstelle zwischen dem Unterbau 122 und dem Laserchip 123 transmittiert. Das heißt, vom Pumplaser 150 emittiertes Licht passiert den Unterbau 122 zum Laserchip 123 in der ersten und zweiten Ausführungsform und vom Laserchip 123 emittiertes Licht passiert den Unterbau 122 zum externen Spiegel 140 in der dritten Ausführungsform. Wenn daher ein Klebstoff auf die Kontaktfläche zwischen dem Laserchip 123 und dem Unterbau 122 aufgetragen wird, um den Laserchip 123 am Unterbau 122 zu befestigen, kann die Lichttransmission durch Hindernisse reduziert sein. Um den Lichtverlust zwischen dem Laserchip 123 und dem Unterbau 122 zu verhindern, kann ein Bondingverfahren, wie Kapillarbonden, angewendet werden, um den Laserchip 123 mit dem Unterbau 122 zu koppeln.
Die 6A bis 6C zeigen einen Zusammenbauprozess des Laserchips 123 und des Unterbaus 122 unter Verwendung von Kapillarbonden. Zunächst wird mit Bezug zu 6A ein flüchtiges flüssiges Material 200 auf die Oberseite des Unterbaus 122 aufgebracht. Zum Beispiel kann das flüchtige flüssige Material 200 Methanol oder deionisiertes (DI) Wasser sein.
Danach wird mit Bezug zu 6B der Laserchip 123 auf die Oberseite des Unterbaus 122 platziert, auf der das flüssige Material 200 aufgebracht ist. Hier ist in der ersten und zweiten Ausführungsform die DBR-Schicht 126 des Laserchips 123 der Oberseite des Unterbaus 122 zugewandt, und in der dritten Ausführungsform ist eine aktive Schicht 125 des Laserchips 123 der Oberseite des Unterbaus 122 zugewandt. Zur Vereinfachung der Beschreibung zeigen die 6A bis 6C den Zusammenbauprozess des Laserchips 123 und des Unterbaus 122 gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform, aber der in den 6A bis 6C gezeigte Zusammenbauprozess kann auf gleiche Weise bei der dritten Ausführungsform angewendet werden. Wenn der auf die Oberseite des Unterbaus 122 platzierte Laserchip 123 heruntergedrückt wird, läuft der größte Teil des flüssigen Materials 200 zwischen dem Laserchip 123 und dem Unterbau 122 aus. Dies entfernt auch Luft vollständig, so dass keine Luftschicht zwischen dem Laserchip 123 und dem Unterbau 122 vorhanden ist.
Deshalb können, nachdem das verbleibende flüssige Material 200 vollständig verflüchtigt ist, der Unterbau 122 und der Laserchip 123 in einem Abstand von einigen Nanometern oder weniger miteinander in engen Kontakt kommen. Da die Van-der-Waals-Anziehungskraft auf zwei nahe beieinander liegende Objekte wie diese wirkt, können der Unterbau 122 und der Laserchip 123 ohne Trennung gekoppelt werden. Wenn der Laserchip 123 und der Unterbau 122 durch Kapillarbonden gekoppelt werden, tritt an der Grenzfläche zwischen dem Unterbau 122 und dem Laserchip 123 fast kein optischer Verlust auf.
Nachdem, mit Bezug zu 6C, der Laserchip 123 und der Unterbau 122 durch Kapillarbonden gekoppelt sind, kann ein Harz 127 an der Unterkante des Laserchips 123 aufgetragen werden, um den Laserchip 123 sicherer am Unterbau 122 zu befestigen. Zum Beispiel kann ein UV-härtendes Harz aufgetragen und durch UV-Strahlen gehärtet werden, so dass der Laserchip 123 am Unterbau 122 noch sicherer befestigt ist. Dann wird, erneut mit Bezug zu 6C, das Substrat 124 des Laserchips 123 so geätzt, dass ein Öffnung 124a in seinem Mittelteil definiert wird, so dass vom Laserchip 123 emittiertes Licht der ersten Wellenlänge sich ohne Verlust zu einem externen Spiegel ausbreiten kann.
Nach dem Zusammenbau des Laserchips 123 und des Unterbaus 122 werden, mit Bezug zu 7A, Packungsblöcke 121a und 121b jeweils an der Unterseite des Unterbaus 122 und der Oberseite des Laserchips 123 angebracht.
7B ist eine Perspektivansicht der Laserchippackung 120 der ersten Ausführungsform, die gemäß dem zuvor genannten Prozess hergestellt ist. Die Laserchippackung 120 kann relativ geringe Abmessungen mit einer Breite von ungefähr 10 mm und einer Höhe von ungefähr 7 mm aufweisen. Ferner können die Öffnung 124a im Substrat 124 und eine Öffnung 129 im Packungsblock 121b über dem Laserchip 123 einen Durchmesser von ungefähr 3 mm aufweisen. Im VECSEL der vorliegenden Erfindung emittiert eine aktive Schicht 125 einen Lichtstrahl mit einem Querschnittsdurchmesser von 100 μm bis 300 μm. Deshalb ist es ausreichend, wenn die Öffnungen 124a und 129 einen Durchmesser von 3 mm aufweisen.
Ferner wird mit Bezug zu 8A, nachdem der Packungsblock 121 auf den Unterbau 122 gesetzt ist, auf dem der Laserchip 123 angebracht ist, Befestigungseinrichtungen 148, wie Schrauben, verwendet, um den Packungsblock 121 an der Wärmesenke 110 so anzubringen, dass die Laserchippackung 120 der zweiten Ausführungsform hergestellt werden kann. 8B ist eine Perspektivansicht der auf diese Weise an der Wärmesenke 110 angebrachten Laserchippackung 120.
9 ist eine Schnittansicht eines endgepumpten VECSEL gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die vierte Ausführungsform wird durch leichtes Modifizieren nur der Struktur des Laserchips 123 in der in 4 gezeigten zweiten Ausführungsform erhalten, und die übrigen Komponenten sind gleich wie in der zweiten Ausführungsform. Der Einfachheit halber sind ein SHG-Kristall zum Erzeugen einer zweiten Harmonischen und ein externer Spiegel in 9 nicht gezeigt. In der ersten bis dritten Ausführungsform ist das Substrat 124 des Laserchips 123 so geätzt, dass die Öffnung 124a im Mittelteil definiert ist. Der Ätzprozess erweitert die Herstellung des Laserchips 123 und erhöht die Herstellungsdauer. Da außerdem auch eine Resonanz im Laserchip 123 auftritt, sollte die Quantentopfstruktur der aktiven Schicht 125 gemäß den Resonanzmerkmalen im Laserchip 123 ausgebildet werden, und die Dicke des Substrats 124 sollte akkurat geätzt werden. Daher erfordert insbesondere das Ätzen des Substrats 124 eine lange Zeit.
Selbst wenn jedoch das Substrat 124 auf eine exakte Dicke geätzt ist, ist sie aufgrund einer Abnahme der Gesamtdicke des Laserchips 123 für eine Deformation, zum Beispiel Wärmeausdehnung bei einem Betrieb des Laserchips 123, anfällig. Wenn diese Deformation auftritt, werden die Resonanzbedingungen verändert und es wird möglicherweise ein Laserlicht mit einem sehr instabilen Spektrum emittiert.
Der Laserchip 123 der vierten Ausführungsform beinhaltet ein Substrat 124, das, im Gegensatz zu 4, nicht geätzt ist und eher dicker ist als das im herkömmlichen Stand der Technik. Eine Antireflexions(AR)-Überzugsschicht 145 ist auf der Oberseite des Substrats 124 ausgebildet. Zur Erhöhung des Transmissionsvermögens bei der Wellenlänge von 900 nm oder mehr, kann ein N⁺-dotiertes GaAs-Substrat als das Substrat 124 verwendet werden. Die Gesamtdicke des Laserchips 123 mit der DBR-Schicht 126, der aktiven Schicht 125, dem Substrat 124 und der AR-Überzugsschicht 145 beträgt in geeigneter Weise ungefähr 200 bis 350 μm. Die Summe der Dicken der DBR-Schicht 126 und der aktiven Schicht 125 beträgt ungefähr 7 μm.
In der vierten Ausführungsform tritt keine Resonanz im Laserchip 123 auf, da die AR-Überzugsschicht 145 auf der Oberseite des Substrats 124 ausgebildet ist, und Resonanz tritt nur zwischen der DBR-Schicht 126 und dem externen Spiegel 140 in den 4 und 5 auf. Daher braucht die Resonanz im Laserchip 123 nicht berücksichtigt werden, wenn die Quantentopfstruktur der aktiven Schicht 125 ausgebildet wird. Da das Substrat 124 nicht geätzt werden muss, können die Dauer und Kosten der Herstellung des Laserchips 123 stark gesenkt werden. Da außerdem das Substrat 124 sehr dick ist, wird es durch Wärme beim Betrieb des Laserchips 123 nicht leicht deformiert, so dass das Laserlicht mit einem sehr stabilen Spektrum erhalten werden kann. Da außerdem das Substrat 124, trotz seiner Dicke sehr transparent ist, ist der Lichtverlust gering.
Obwohl die in 9 gezeigte vierte Ausführungsform als Modifikation der zweiten Ausführungsform dargestellt ist, in der der Laserchip 123 leicht verändert ist, können die Laserchips 123 der ersten bis dritten Ausführungsform ebenso modifiziert werden, so dass sie die gleiche Struktur wie der Laserchip 123 der vierten Ausführungsform aufweisen.
10 zeigt eine Simulation der Wärmeverteilung beim Betrieb der Laserchippackung 120 der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie oben beschrieben, wird vom Pumplaser 150 emittiertes Licht durch den Unterbau 122 auf den Laserchip 123 projiziert. Dann erfolgt optisches Pumpen im Laserchip 123 und gleichzeitig wird vom Laserchip 123 Wärme erzeugt. Die Wärme wird durch den Unterbau 122 und die Packungsblöcke 121a und 121b abgeleitet. Beim in 1 gezeigten herkömmlichen VECSEL fällt Pumplicht auf die Oberseite des Laserchips und Licht wird von der Unterseite abgeleitet. Deshalb weist der herkömmliche VECSEL eine geringe Wärmeableiteffizienz auf. Gemäß der vorliegenden Erfindung beginnt die Wärmeableitung jedoch an dem Teil, an dem das Pumplicht einfällt. Deshalb weist der VECSEL der vorliegenden Erfindung im Vergleich zum herkömmlichen VECSEL eine hohe Wärmeableiteffizienz auf. Mit Bezug zu 10 wird vom Laserchip 123 erzeugte Wärme rasch abgeleitet, da die Wärme zum Unterbau 122 und den Packungsblöcken 121a und 121b übertragen wird.
11 ist ein Schaubild der Temperatur des Laserchips 123 der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit der Temperatur des Laserchips des herkömmlichen VECSEL, das deutlich den Unterschied in der Wärmeableiteffizienz zeigt. In 11 gibt die Säule rechts außen die Temperatur des Laserchips 12 des herkömmlichen VECSEL 10 an und die mittlere Säule gibt die Temperatur der aus Diamant gebildeten Wärmesenke 11 im herkömmlichen VECSEL 10 an. Die Säule links außen gibt die Temperatur des Laserchips 123 des VECSEL 100 der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung an. Wie in 11 gezeigt ist, ist die Temperatur des Laserchips 123 der ersten Ausführungsform niedriger als die der Wärmesenke 11 des herkömmlichen VECSEL 10. Deshalb ist verständlich, dass die Struktur des VECSEL 100 der vorliegenden Erfindung eine erhöhte Wärmeableiteffizienz aufweist.
Die 12A und 12B sind Leistungsschaubilder eines VECSEL aus dem Stand der Technik bzw. eines VECSEL der vorliegenden Erfindung. Kavitäten des herkömmlichen VECSEL und des VECSEL der vorliegenden Erfindung weisen die gleiche Länge von 140 mm auf. Zunächst mit Bezug zu 11A, die das Verhalten eines herkömmlichen VECSEL zeigt, wenn ein Spiegel mit einem Reflexionsvermögen von 94% als externer Spiegel verwendet wird, kann eine Ausgabeleistung von ungefähr 5,1 Watt erhalten werden, und wenn eine Hochreflexions(HR)-Spiegel mit einem Reflexionsvermögen von fast 100% als externer Spiegel verwendet wird, kann eine Ausgabeleistung von ungefähr 0,51 Watt erhalten werden. Wenn hingegen, mit Bezug zu 11B, ein Spiegel mit einem Reflexionsvermögen von 94% (d. h. Transmissionsvermögen 6%) als externer Spiegel verwendet wird, kann eine hohe Ausgabeleistung, nämlich von ungefähr 9,1 Watt erhalten werden, und wenn ein Hochreflexions(HR)-Spiegel mit einem Reflexionsvermögen von fast 100% als externer Spiegel verwendet wird, kann eine Ausgabeleistung von ungefähr 1,37 Watt erhalten werden. Es ist daher verständlich, dass der VECSEL der vorliegenden Erfindung im Vergleich zum herkömmlichen VECSEL eine signifkant erhöhte Ausgabeleistung aufweist.
Wie oben beschrieben, ist gemäß dem VECSEL der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, der Pumplaser mit der Wärmesenke von der Rückseite der Wärmesenke ausgerichtet, statt auf einer Seite in einem Winkel angeordnet, so dass der VECSEL durch einen einfachen Herstellungsprozess in Massenfertigung hergestellt werden kann und die Abmessungen des VECSEL verringert werden können. Ferner kann der SHG-Kristall näher am Laserchip angeordnet sein, so dass die optische Wellenlängenkonversionseffizienz des SHG-Kristalls erhöht sein kann.
Darüber hinaus fällt der Pumplaserstrahl gemäß der vorliegenden Erfindung in einem rechten Winkel auf den Laserchip, so dass Reflexionsverluste und Dispersion des Laserstrahls vermieden werden. Deshalb kann die optische Ausgabe des Laserchips erhöht werden und der Querschnitt des aus dem Laserchip emittierten Lichtstrahls kann ungefähr kreisförmig gehalten werden.
Außerdem ist die Wärmeabgabestruktur des VECSEL der vorliegenden Erfindung derart ausgelegt, dass die Wärmeleitung von dem Teil des Laserchips beginnt, an dem der Pumplaserstrahl einfällt. Deshalb kann der Laserchip effizienter gekühlt werden als der herkömmliche Laserchip.
Während die vorliegende Erfindung insbesondere mit Bezug zu beispielhaften Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, versteht es sich für die Fachleute, dass verschiedene Änderungen in Form und Detail hierzu vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen, wie er in den folgenden Ansprüchen definiert ist.

Claims

Oberflächenemittierender Laser mit externem Resonator umfassend: eine Laserchippackung (120) versehen mit einem Laserchip (123), der durch optisches Pumpen Licht bei einer ersten Wellenlänge emittiert, einen externen Spiegel (140), der in einem Abstand von einer Oberfläche der Laserchippackung dem externen Spiegel (140) zugewandt angeordnet ist, so dass ein Teil des vom Laserchip emittierten Lichts nach außen transmittiert wird und der Rest des Lichts zum Laserchip reflektiert wird, eine Wärmesenke (110), die mit einer Oberfläche der Laserchippackung gekoppelt ist, die der dem externen Spiegel (140) zugewandten Seite gegenüberliegt, so dass vom Laserchip erzeugte Wärme abgeleitet wird, und einen Pumplaser (150), der der dem externen Spiegel (140) gegenüberliegenden Oberfläche der Wärmesenke zugewandt ist, so dass Pumplicht einer zweiten Wellenlänge senkrecht zum Laserchip emittiert wird, wobei die Wärmesenke (110) eine mittige Öffnung (115) aufweist, so dass das vom Pumplaser emittierte Pumplicht die Laserchippackung erreichen kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserchippackung beinhaltet: einen thermisch leitfähigen und transparenten Unterbau (122), der auf der Oberfläche der Wärmesenke gelegen ist, die dem externen Spiegel (140) zugewandt ist, und den Laserchip (123), der an der Oberfläche des Unterbaus (122), die dem externen Spiegel (140) zugewandt ist, in einem Mittelteil so angebracht ist, dass das Licht der ersten Wellenlänge zum externen Spiegel emittiert wird, und wobei der Unterbau (122) die vom Laserchip erzeugte Wärme zur Wärmesenke leitet und das vom Pumplaser emittierte Pumplicht transmittiert.
Oberflächenemittierender Laser mit externem Resonator nach Anspruch 1, wobei der Unterbau (122) aus mindestens einem Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Diamant, Siliciumcarbid (SiC), Aluminiumnitrid (AIN) und Galliumnitrid (GaN) gebildet ist.
Oberflächenemittierender Laser mit externem Resonator nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Laserchip (123) und der Unterbau (122) durch Kapillarbonden gekoppelt sind.
Oberflächenemittierender Laser mit externem Resonator nach Anspruch 3, wobei der Laserchip (123) am Unterbau mit ausgehärtetem härtbarem Harz um die dem externen Spiegel zugewandte Oberfläche des Unterbaus, an der der Laserchip angebracht ist, und um eine Außenseite des Laserchips herum fixiert ist.
Oberflächenemittierender Laser mit externem Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Laserchip (123) beinhaltet: ein Substrat (124), eine aktive Schicht (125) mit einer Quantentopfstruktur und ausgebildet auf dem Substrat, wobei die aktive Schicht durch das vom Pumplaser emittierte Pumplicht aktiviert wird, so dass das Licht der ersten Wellenlänge emittiert wird, und eine DBR(verteilte Bragg-Reflektor)-Schicht (126), die auf der aktiven Schicht (125) so ausgebildet ist, dass sie das von der aktiven Schicht emittierte Licht der ersten Wellenlänge zum externen Spiegel reflektiert und das vom Pumplaser emittierte Pumplicht der zweiten Wellenlänge transmittiert.
Oberflächenemittierender Laser mit externem Resonator nach Anspruch 5, wobei das Substrat (124) des Laserchips dem externen Spiegel (140) zugewandt ist und die DBR-Schicht (126) des Laserchips mit der Oberseite des Unterbaus (122) in Kontakt steht.
Oberflächenemittierender Laser mit externem Resonator nach Anspruch 6, wobei das Substrat (124) eine mittige Öffnung aufweist, so dass sich das von der aktiven Schicht des Laserchips emittierte Licht zum externen Spiegel ausbreiten kann.
Oberflächenemittierender Laser mit externem Resonator nach Anspruch 5, 6 oder 7, wobei eine Antireflexionsüberzugsschicht auf eine Oberfläche des Substrats aufgetragen ist, die der aktiven Schicht gegenüberliegt.
Oberflächenemittierender Laser mit externem Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Laserchippackung ferner einen ersten und zweiten Packungsblock (121a, 121b) beinhaltet, die jeweils zwischen der Wärmesenke (110) und dem Unterbau (122) und an der Oberfläche des Laserchips (123), die dem externen Spiegel (140) zugewandt ist, angebracht sind und die vom Laserchip erzeugte Wärme ableiten.
Oberflächenemittierender Laser mit externem Resonator nach Anspruch 9, wobei der erste und zweite Packungsblock (121a, 121b) jeweils eine mittige Öffnung (128, 129) aufweisen, um dem vom Laserchip emittierten Licht der ersten Wellenlänge zu ermöglichen, dass es sich zum externen Spiegel ausbreitet, bzw. dem vom Pumplaser emittierten Licht der zweiten Wellenlänge zu ermöglichen, dass es den Laserchip erreicht.
Oberflächenemittierender Laser mit externem Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Laserchippackung ferner einen Packungsblock (121) beinhaltet, der eine Seitenfläche und eine Oberkante des Unterbaus teilweise umschließt und an der Wärmesenke fixiert ist.
Oberflächenemittierender Laser mit externem Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei ein SHG-Kristall (zweite Harmonische erzeugender Kristall) (130) zwischen der Laserchippackung (120) und dem externen Spiegel (140) gelegen ist, so dass die Frequenz des von der Laserchippackung emittierten Lichts der ersten Wellenlänge verdoppelt wird.
Oberflächenemittierender Laser mit externem Resonator nach Anspruch 12, wobei der SHG-Kristall (130) mit der Laserchippackung (120) in Kontakt steht.
Oberflächenemittierender Laser mit externem Resonator umfassend: eine Laserchippackung (120), die mit einem Laserchip (123) versehen ist, der durch optisches Pumpen Licht bei einer ersten Wellenlänge emittiert, einen externen Spiegel (140), der in einem Abstand von einer Oberfläche der Laserchippackung dem externen Spiegel (140) zugewandt so angeordnet ist, dass ein Teil des vom Laserchip emittierten Lichts nach außen transmittiert wird und der Rest des Lichts zum Laserchip reflektiert wird, eine Wärmesenke (110), die mit einer Unterseite der Laserchippackung gekoppelt ist, so dass vom Laserchip erzeugte Wärme abgeleitet wird, und einen Pumplaser (150), der der dem externen Spiegel (140) gegenüberliegenden Oberfläche der Wärmesenke zugewandt ist, so dass Pumplicht einer zweiten Wellenlänge senkrecht zum Laserchip emittiert wird, wobei die Wärmesenke (110) eine mittige Öffnung (115) aufweist, so dass das vom Pumplaser emittierte Pumplicht die Laserchippackung erreichen kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserchippackung beinhaltet: einen thermisch leitfähigen und transparenten Unterbau (122), der der Oberfläche der Wärmesenke (110) zugewandt ist, die dem externen Spiegel (140) zugewandt ist, und den Laserchip (123), der an der Oberfläche des Unterbaus (122), die dem Pumplaser (150) zugewandt ist, in einem Mittelteil so angebracht ist, dass das Licht der ersten Wellenlänge zum externen Spiegel emittiert wird, und wobei der Unterbau (122) die vom Laserchip erzeugte Wärme zur Wärmesenke (110) leitet und das vom Laserchip emittierte Licht der ersten Wellenlänge transmittiert.
Oberflächenemittierender Laser mit externem Resonator nach Anspruch 14, wobei der Unterbau (122) aus mindestens einem Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Diamant, Siliciumcarbid (SiC), Aluminiumnitrid (AIN) und Galliumnitrid (GaN) gebildet ist.
Oberflächenemittierender Laser mit externem Resonator nach Anspruch 14 oder 15, wobei der Laserchip (123) und der Unterbau (122) durch Kapillarbonden gekoppelt sind.
Oberflächenemittierender Laser mit externem Resonator nach Anspruch 16, wobei der Laserchip (123) am Unterbau (122) durch ausgehärtetes härtbares Harz um die Oberfläche des Unterbaus (122), die dem externen Spiegel zugewandt ist, an der der Laserchip (123) angebracht ist, und um eine Außenseite des Laserchips herum fixiert ist.
Oberflächenemittierender Laser mit externem Resonator nach Anspruch 14, 15, 16 oder 17, wobei der Laserchip (123) beinhaltet: ein Substrat (124), eine auf dem Substrat ausgebildete DBR-Schicht (126) und eine aktive Schicht (125) mit einer Quantentopfstruktur, die auf dem Substrat ausgebildet ist, wobei die aktive Schicht durch das vom Pumplaser emittierte Pumplicht so aktiviert wird, dass das Licht der ersten Wellenlänge emittiert wird, und wobei die DBR (126) das von der aktiven Schicht emittierte Licht der ersten Wellenlänge zum externen Spiegel reflektiert und das vom Pumplaser emittierte Pumplicht der zweiten Wellenlänge transmittiert.
Oberflächenemittierender Laser mit externem Resonator nach Anspruch 18, wobei das Substrat (124) des Laserchips der Wärmesenke (110) zugewandt ist und die aktive Schicht (125) des Laserchips mit der Unterseite des Unterbaus (122) in Kontakt steht, die eine Oberfläche des Unterbaus (122) ist, die der Wärmesenke zugewandt ist.
Oberflächenemittierender Laser mit externem Resonator nach Anspruch 19, wobei das Substrat (124) eine mittige Öffnung aufweist, so dass sich das vom Pumplaser emittierte Pumplicht zur aktiven Schicht des Laserchips ausbreiten kann.
Oberflächenemittierender Laser mit externem Resonator nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei eine Antireflexionsüberzugsschicht auf eine Oberfläche des Substrats aufgetragen ist, die der DBR-Schicht gegenüberliegt.
Oberflächenemittierender Laser mit externem Resonator nach einem der Ansprüche 14 bis 21, wobei die Laserchippackung ferner einen Packungsblock (121) beinhaltet, der gegenüberliegende Kanten des Unterbaus teilweise umschließt und an der Wärmesenke fixiert ist.
Oberflächenemittierender Laser mit externem Resonator nach einem der Ansprüche 14 bis 22, wobei ein SHG-Kristall (130) zwischen der Laserchippackung (120) und dem externen Spiegel (140) so gelegen ist, dass die Frequenz des von der Laserchippackung emittierten Lichts der ersten Wellenlänge verdoppelt wird.
Oberflächenemittierender Laser mit externem Resonator nach Anspruch 23, wobei der SHG-Kristall (130) mit der Laserchippackung (120) in Kontakt steht.