DE69130074T2 - Verbesserte Kopplungsstrukturen für eine phasengekoppelte Laser-Vielfachanordnung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen phasengekoppelten Halbleiterlaser-Mehrfachanordnung und insbesondere eine Kopplungsstruktur für den Laser.
• Eine solche Mehrfachanordnung ist aus EP-A-0 456 450 bekannt, eine Druckschrift, die unter den Wortlaut des Artikels 54 (3) fällt und für die Frage des Erfindungsschritts nicht von Bedeutung ist.
• Phasengekoppelte Laser-Mehrtachanordnungen enthalten eine Gruppe unmittelbar gekoppelter Wellenleiterverstärker, die phasenstarre Lichtwellen erzeugen. Jeder Wellenleiter weist eine Endöffnung an einer Laserfacette auf, die die in dem Wellenleiterverstärker erzeugten Lichtwellen abstrahlt. Die Verwendung einer Gruppe Wellenleiterverstärker liefert mehr Energie als ein einzelner Wellenleiter, und die Kopplung der Wellenleiterverstärker zwingt jeden Wellenleiter, Lichtwellenenergie nur in den Moden zu erzeugen, die phasenstarr sind, so daß das sich ergebende, ausgesandte Licht zu einem äußerst stark aufgelösten Bündel fokussiert werden kann.
• Es ist gut bekannt, Y-förmige Wellenleiterverstärker zu verwenden, um gleichphasige Ausgangslichtwellen zu erhalten. Lichtwellen, die sich in jedem Wellenleiterverstärker in der Mehrfachanordnung fortpflanzen, werden in benachbarte Wellenleiterverstärker durch die Y-förmigen Zweige der Verstärker abgelenkt und Moden der ungleichphasigen Lichtwellen strahlen von den Streifen fort und werden absorbiert.
• Ein zweites, gut bekanntes Kopplungsverfahren ist, die Wellenleiterverstärker nahe zueinander anzuordnen, so daß sich ihre abklingenden, elektrischen Felder überlappen. Jedoch unterstützt dieses Verfahren Moden der Vielfachanordnung, wo die Moden der einzelnen Wellenleiterverstärker ungleichphasig sind.
• Da die Laseranwendungen zunehmen, werden verbesserte Kopplungssysteme benötigt, um einen stabilen Betrieb gleichphasige bei hoher Leistung bereitzustellen. Eine Zielsetzung der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Laser-Mehrtachanordnung, die eine verbesserte Kopplungsstruktur zur Unterstützung nur der gleichphasigen Mode der Vielfachanordnung einschließt.
• Die vorliegende Erfindung schafft eine Halbleiter-Laser-Mehrfachanordnung, wie sie in irgendeinem der beigefügten Ansprüche beansprucht ist.
• Nur in beispielhafter Weise sind nun Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
• Fig. 1 eine Schnittansicht eines Laser mit Heterostruktur ist;
• Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Teil einer Ausführungsform der Erfindung ist, wobei Strahlerabschnitte verwendet werden, die abklingende Kopplung zu verbessern, und
• Fig. 3 eine Draufsicht auf einen anderen Teil einer Ausführungsform der Erfindung ist, wobei kurze, aktive Streifen verwendet werden, um den gleichphasigen Modus der Mehrfachanordnung zu verstärken.
• Es wird nun auf Fig. 1 Bezug genommen, in der eine vergrößerte Ansicht einer Halbleiterstruktur 10 dargestellt ist, die eine Mehrzahl epitaktisch abgeschiedener Schichten 22-28 auf einem Substrat 20 umfaßt. Bei diesem Beispiel ist die Halbleiterstruktur 10 eine Halbleiter-Heterostruktur. Das Substrat 20 kann n-GaAs umfassen, und die epitaktischen Schichten 22-28 können aufeinanderfolgend in einem MO-CVD (chemische Dampfabscheidung von Metalloxid) Reaktor abgeschieden werden, wie es auf dem Gebiet bekannt ist. Diese epitaktisch abgeschiedenen Schichten können z. B. sein, wie folgt:
• Umhüllungsschicht 22 aus n-Ga1-yALyAs, mit z. B. y = 0,40; aktiver Bereich 24, der eine Schicht aus GaAs oder Ga1-xAlxAs, mit y > x, oder eine einzelne Quantensenkenschicht aus GaAs oder eine mehrfache Quantensenke aus abwechselnden Schichten aus GaAs und Ga1-xAlxAs oder abwechselnden Schichten aus Ga1-xAlxAs und Ga1-zAlzAs umfaßt, wo y > z > x; Umhüllungsschicht 26 aus p- Ga1-yAlyAs und eine Abdeckungsschicht 28 aus p+ GaAs umfaßt. Bei dem besonderen Beispiel hier umfaßt der aktive Bereich 24 mehrere Quantensenken. Dieser aktive Bereich besteht aus vier 12 nm Quantensenken aus Ga1-xAlxAs, wobei x = 0,05, die durch drei 6 nm Sperren aus Ga1- zAlzAs getrennt sind, wobei z = 0,02. Deshalb hat der aktive Bereich eine Dicke LZ von ungefähr 66 nm.
• Eine Elektrodenanordnung 12, 14 kann vorgesehen werden, um eine elektrische Vorspannung zu ermöglichen, die an die Struktur 10 angelegt werden soll.
• Fig. 2 ist eine Draufsicht auf die aktive Schicht 24. In Fig. 2 ist eine Mehrzahl paralleler, gleichbeabstandeter Verstärkungswellenleiter 34 in dem aktiven Bereich 24 angeordnet und in Vorwärtsrichtung vorgespannt, um Lichtwellen unter laserüchtaussendenden Bedingungen zu erzeugen und zu verstärken.
• Ein Teil eines jeden abwechselnden Verstärkungswellenleiters 34 ist aus einem Strahlerabschnitt 60 gebildet. Diese Abschnitte 60 sind transparente, passive Wellenleiter, die schmaler als der Verstärkungswellenleiter 34 sind. Die Strahlerabschnitte 60 und die Verstärkungswellenleiter 34 können durch eine durch Störstellen induzierte Schichtfehlordnung gebildet werden, wie es in US-A-4 802182 beschrieben ist.
• Die indexgeführten Verstärkungswellenleiter weisen einen größeren Brechungsindex als die benachbarten Bereiche der aktiven Schicht 24 und der Umhüllungsschichten 22 und 26 auf. Somit wird das Licht, das in den Verstärkungswellenleitem erzeugt wird, durch das gut bekannte Phänomen der internen Totalreflexion eingegrenzt.
• Die Strahlerabschnitte 60 sind transparent und müssen nicht in Vorwärtsrichtung vorgespannt sein. Die Strahlerabschnitte 60 können in jedem Verstärkungswellenleiter 34 für eine stärkere Kopplung eingeschlossen werden.
• Die Kurvenbereiche 62 und 64 zeigen die Intensität des elektrischen Feldes in den Lichtwellenmoden, die von dem Verstärkungswellenleiter und dem Strahlerabschnitt 34 bzw. 60 geführt sind. Die Amplitude des Feldes nimmt außerhalb eines indexgeführten Wellenleiters exponentiell ab. Es ist gut bekannt, daß die Rate, mit der das Feld abfällt, abnimmt, wenn die Weite des Wellenleiters abnimmt. Somit breitet sich das Licht bei dem schmaleren Strahlerabschnitt 60 aus, um eine abklingende Kopplung mit benachbarten Verstärkungswellenleitem 34 zu verbessern.
• Fig. 3 zeigt eine alternative Anordnung, bei der die Strahlerabschnitte 60 in jedem Verstärkungswellenleiter 34 eingeschlossen und entlang einer einzigen Achse angeordnet sind. Ein aktiver Bereich 80, der einen kleinen Abschnitt eines in Vorwärtsrichtung vorgespannten Verstärkungswellenleiters umfaßt, ist in der aktiven Schicht 24 zwischen benachbarten Strahlerabschnitten 60 angeordnet.
• Die Kurvenbereiche 82 und 84 stellen dar, wie der aktive Bereich beim gleichphasigen Modus hervorsticht und seine Schwelle senkt. Die Felder von beiden strahlenden Elementen sind positiv und werden somit bei dem aktiven Bereich addiert. Das addierte Feld wird verstärkt, um die Leistung des gleichphasigen Modus zu erhöhen.
• Die Kurvenbereiche 86 und 88 stellen dar, wie sich die Felder bei dem aktiven Bereich 84 für den Modus außer Phase aufheben. Somit wird der Modus außer Phase durch die aktiven Bereiche 80 nicht verstärkt.

Claims (3)

1. Eine Halbleiter-Laser-Mehrtachanordnung, die umfaßt:

eine monolitische Halbleiterstruktur (10), die eine Mehrzahl Halbleiterschichten (22, 24, 26, 28) in Heterostruktur aufweist, die über einem Substrat (20) angeordnet sind, wobei wenigstens eine der genannten Schichten eine aktive Schicht (24) zur Lichtverstärkung und Fortpflanzung unter laserüchtaussendenden Bedingungen ist;

eine Einrichtung, die elektrisch mit der genannten Halbleiterstruktur gekoppelt ist, um eine elektrische Vorwärtsspannung an die genannten Schichten in dem genannten Substrat anzulegen;

eine Mehrzahl im wesentlichen paralleler, beabstandeter, zweidimensionaler, indexgeführter Verstärkerwellenleiter (34), die in dem aktiven Bereich angeordnet und parallel zu einer ersten Achse in der genannten aktiven Schicht ausgerichtet sind, wobei jeder der genannten Verstärkerwellenleiter eine vorbestimmte Weite aufweist, um Lichtwellen bei einer gegebenen Wellenlänge in Reaktion auf die genannte elektrische Vorwärtsspannung zu erzeugen und zu verstärken; eine Mehrzahl Strahlerabschnitte (60), von denen jeder einen Teil eines entsprechenden Verstärkerwellenleiters in der genannten Mehrzahl bildet, jeder der genannten Strahlerstreifen in dem genannten aktiven Bereich angeordnet ist, jeder Strahlerabschnitts mit der Weite S. um die genannten verstärkten Lichtwellen zu führen, die in dem genannten ausgewählten Verstärkerwellenleiter erzeugt worden sind, wobei jeder Strahlerabschnitt die Ausbreitung eines abklingenden Feldes erhöht; und

eine Mehrzahl Kopplungsverstärkungsbereiche (80), wobei jeder Kopplungsverstärkungsbereich in der genannten aktiven Schicht zwischen den genannten Strahlerabschnitten eines entsprechenden benachbarten Paares Verstärkerwellenleiter angeordnet ist, der genannte Kopplungsverstärkungsbereich zur Verstärkung des abklingenden Feldes dient, das von den genannten Strahlerabschnitten des genannten entsprechenden Paares abgestrahlt wird, um die Schwelle für den gleichphasigen Modus in Phase der Mehrfachanordnung zu senken.

2. Eine Lasermehrfachanordnung, wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei jeder Strahlerabschnitt (60) die Weite S aufweist, wobei der Betrag der Weite S kleiner als die kritische Weite ist, die zu einer im wesentlichen vollständigen Einschließung des genannten erzeugten Lichts verlangt wird.

3. Eine Lasermehrfachanordnung, wie in Anspruch 1 oder Anspruch 2 beansprucht, wobei jeder Strahlabschnitt (60) ein verlustarmer Wellenleiter ist.