FR2914508A1

FR2914508A1 - Laser a semiconducteur ayant un resonateur de fabry-perot.

Info

Publication number: FR2914508A1
Application number: FR0759019A
Authority: FR
Inventors: Tetsuya Yagi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-03-28
Filing date: 2007-11-13
Publication date: 2008-10-03
Also published as: US7627010B2; US20080240198A1; DE102007053328A1; JP2008244300A

Abstract

Un laser à semiconducteur (1) conforme à la présente invention est construit de façon que la réflectance de la couche de revêtement de facette avant (22) ou de la couche de revêtement de facette arrière (23) diminue très fortement à des longueurs d'onde supérieures à une longueur d'onde prédéterminée. Ceci occasionne une très forte augmentation de la perte du laser à semiconducteur à des longueurs d'onde supérieures à la longueur d'onde prédéterminée. Il en résulte que la longueur d'onde d'oscillation du laser à semiconducteur (1) à des températures élevées est bloquée au voisinage de la longueur d'onde prédéterminée.

Description

LASER A SEMICONDUCTEUR AYANT UN RESONATEUR DE FABRY-PÉROT

La présente invention concerne des lasers à semiconducteur ayant un résonateur de Fabry-Pérot, et concerne plus particulièrement des couches de revêtement de type filtre passe-haut ou passe-bas recou- vrant les facettes du résonateur. Des lasers à semiconducteur ayant un résonateur de Fabry-Pérot (qu'on appelle ci-après des diodes laser FP) sont connus dans la technique. Voir, par exemple, l'ouvrage de Hiroo Yonezu, "Optical Com-munications Device Engineering : Light Emitting Devices And Photodetectors", septième édition, Kougakutosho, Ltd., 20 mai 2003. Ce document qui n'est pas un brevet décrit le principe de l'oscillation laser dans des diodes laser FP (pages 164-171). Ce document qui n'est pas un brevet décrit l'oscillation sur des modes longitudinaux dans des diodes laser FP (pages 243-251). Les conditions pour l'oscillation sur des modes longitudinaux dans une diode laser FP sont déterminées par les modes de résonateur qui sont en recouvrement avec le pic du spectre de gain de la diode laser FP, comme représenté sur la figure 4.2 (d), à la page 166 du document. L'espacement des modes longitudinaux d'une diode laser FP est de façon caractéristique approximativement de quelques angstrôms (voir la page 244 du document ci-dessus). Ceci signifie que dans la diode laser FP, une oscillation laser se produit sur les quelques modes longitudinaux qui sont en recouvrement avec le pic du spectre de gain. Le spectre de gain d'une diode laser FP est déterminé par la structure de bandes du matériau semiconducteur de la couche active. Du fait que cette structure de bandes change avec la température, l'oscillation sur des modes longitudinaux dans la diode laser FP en fait de même. Autrement dit, l'os- cillation sur des modes longitudinaux présente une dépendance vis-à-vis de la température. On notera incidemment que dans une diode laser FP, des couches de revêtement sont formées sur les facettes d'émission (c'est-à-dire les facettes avant et arrière) du résonateur pour protéger ces facettes (voir le document ci-dessus qui n'est pas un brevet). La réflectance Rf de la couche de revêtement sur la facette avant et la réflectance Rr de la couche de revêtement sur la facette arrière sont fixées de façon que la diode laser FP ait des caractéristiques désirées. Ces réflectances Rf et Rr affectent fortement le rendement de pente (SE pour "Slope Efficiency") de la diode laser FP, comme on peut le voir d'après l'équation (1) envisagée ultérieurement. Par conséquent, on fait en sorte que les couches de revêtement aient une conception robuste pour éviter que leurs réflectances Rf, Rr ne varient avec la longueur d'onde. Par exemple, dans le cas de diodes laser à 0,8 pm pour exciter, ou pomper, un laser Nd:YAG, qui doit fonctionner à puissance élevée, les réflectances Rf et Rr sont habituellement approximativement de 10-20% et 95-100%, respectivement. On va maintenant décrire la dépendance vis-à-vis de la température de la longueur d'onde d'oscillation d'une diode laser FP classique dans laquelle une couche de revêtement est formée sur chaque facette. Dans cette diode laser FP classique, la réflectance Rf de la couche de revêtement sur la facette avant est de 12% et la réflectance Rr de la couche de revêtement sur la facette arrière est de 99%. Ces réflectances n'ont pas de dépendance vis-à-vis de la température. En outre, la perte interne ai du résonateur est de 1 cm-1 et la longueur Lc du résonateur est de 1 mm. Comme représenté sur la figure 12, la perte (globale) a de la diode laser FP est constante (11,7 cm-1), indépendamment de la longueur d'onde du faisceau laser. Sur la figure 12, le symbole "GS(Tl)" indique le spectre de gain de la diode laser FP à la température de fonctionnement T1 lorsqu'un courant est injecté dans la diode laser FP. Dans ce cas, une oscillation laser se produit au voisinage de la longueur d'onde 'À,L(TI) à laquelle la perte a est équilibrée par le gain (ou le pic du spectre de gain) dans la diode laser FP. Cette oscillation a lieu sur une multiplicité de mo- des longitudinaux dont les longueurs d'onde sont centrées sur la longueur d'onde XL(Tl) à laquelle le gain est maximal. La bande interdite du matériau semiconducteur de la diode laser FP diminue lorsque la température de la diode laser FP augmente. Sur la figure 12, des symboles "GS(T2)" et "GS(T3)" indiquent les spectres de gain de la diode laser FP, respectivement à des températures de fonctionnement T2 et T3 (Ti < T2 < T3). Comme représenté sur la figure 12, l'augmentation de la température de la diode laser FP entraîne un décalage de son spectre de gain vers de plus grandes longueurs d'onde. Il en résulte que la longueur d'onde .kL à laquelle la perte a est équilibrée par le gain est également décalée vers de plus grandes longueurs d'onde, comme indiqué par des symboles "XL(Tl)", "X.L(T2)" et "XL(T3)" sur la figure 12. Il faut noter que le tableau 4.2 à la page 244 du document précité, qui n'est pas un brevet, montre les degrés de dépendance vis-à-vis de la température des longueurs d'onde d'oscillation de diodes laser FP classiques. Par exemple, la longueur d'onde d'oscillation d'une diode laser à 0,8 pm constituée du matériau AlGaAs a une dépendance vis-à-vis de la température d'environ 23 angstrôms/ C. D'autres documents comprennent les Publications de Brevets du 20 Japon Ouverts à l'Examen du Public n H5-82897 (1993), H9-107156 (1997), 2005-72488 et 2004-111622. Pour utiliser une diode laser FP comme une source d'excitation pour un laser à l'état solide, tel qu'un laser Nd:YAG ou Yb:YAG, il est nécessaire de commander de manière exacte la longueur d'onde d'oscilla- 25 tion de la diode laser FP. De façon spécifique, la longueur d'onde d'oscillation de la diode laser FP doit être réglée de façon à être comprise dans la plage de 805-811 nm, de préférence 807-809 nm, lorsqu'elle est appliquée au laser Nd:YAG. D'autre part, la longueur d'onde d'oscillation doit être réglée de façon à être dans la plage de 931-949 nm, de préférence 30 937-943 nm, lorsque la diode laser FP est appliquée au laser Yb:YAG. Il faut noter que les lasers à l'état solide ci-dessus sont utilisés principalement pour l'usinage, comme le soudage, le découpage, le perçage et le brasage. Un tel usinage exige une puissance élevée (quelques watts à quelques dizaines de kilowatts), et le rendement de conversion 35 (d'énergie) entre la lumière d'excitation et la lumière laser est élevé (quelques dizaines de pourcent). Ceci signifie que l'excitation d'un laser à l'état solide exige quelques diodes laser FP jusqu'à quelques centaines de diodes laser FP qui fournissent une puissance de l'ordre de quelques dizaines de watts et qui ont des longueurs d'onde d'oscillation sensible- ment égales. Pour atteindre une puissance laser de sortie de l'ordre de quelques dizaines de watts, quelques dizaines de diodes laser FP d'aire étendue peuvent être intégrées ensemble en une barre de diodes laser ayant une largeur de 1 cm et montée sur une structure à microcanaux refroidie par eau, comme il est connu dans la technique. Bookham, Inc. fournit de tels modules (appelés ci-après "modules de diodes laser"), c'est-à-dire les modèles BAC50C-806-01, BAC50C-806-02, etc. L'égalisation des longueurs d'onde d'oscillation de modules de diodes laser exige de réduire la variation dans la composition et dans l'épaisseur des couches actives des diodes laser FP dans chaque barre de diodes laser. En outre, il est également nécessaire de réduire les variations d'assemblage des barres de diodes laser et de réduire la variation de la résistance thermique des modules. En outre, la température de l'eau de refroidissement pour les modules de diodes laser doit être commandée de manière exacte du côté du laser à l'état solide, ce qui exige un ref roi- disseur ayant une grande capacité de refroidissement. D'autre part, il est souhaitable de réduire la variation dans les longueurs d'onde d'oscillation des diodes laser FP sous l'effet de variations dans la composition et dans l'épaisseur des couches actives des diodes laser FP, et sous l'effet de variations de la résistance thermique des modules. Autrement dit, il est souhaitable de réduire la dépendance, vis-à-vis de la température, des longueurs d'onde d'oscillation des diodes laser FP, pour améliorer le rendement de production des modules de diodes laser. La présente invention a été conçue pour résoudre les problèmes 30 mentionnés précédemment, et un but général de la présente invention est de procurer un laser à semiconducteur nouveau et utile. Un but plus spécifique de la présente invention est de procurer un laser à semiconducteur dont la longueur d'onde d'oscillation ait une dépendance réduite vis-à-vis de la température. 35 Selon un premier aspect de la présente invention, le laser à se- miconducteur comprend un résonateur de Fabry-Pérot. Une couche de revêtement est formée sur une facette avant ou une facette arrière du résonateur de Fabry-Pérot. La réflectance de la couche de revêtement diminue à des longueurs d'onde supérieures à une longueur d'onde prédéter-minée. Dans le laser à semiconducteur de la présente invention, la couche de revêtement formée sur la facette avant ou arrière a une réflectance réduite à des longueurs d'onde supérieures à une longueur d'onde prédéterminée. Ceci signifie que la perte du laser à semiconducteur aug-mente à ces longueurs d'onde. Il en résulte que la longueur d'onde d'oscillation du laser à semiconducteur est bloquée au voisinage de la longueur d'onde prédéterminée lorsque la température du laser à semi-conducteur est élevée, ce qui réduit la dépendance, vis-à-vis de la température, de la longueur d'onde d'oscillation du laser à semiconducteur.

Selon un deuxième aspect de la présente invention, la longueur d'onde prédéterminée est plus courte qu'une longueur d'onde à laquelle le gain du laser à semiconducteur fonctionne est maximisé, lorsque le laser fonctionne à une plus basse température de fonctionnement. Selon un troisième aspect de la présente invention, la réflec-20 tance de la couche de revêtement diminue sur une plage de longueur d'onde ayant une largeur de 0,01 nm û 10 nm. Selon un quatrième aspect de la présente invention, la perte de miroirs du résonateur de Fabry-Pérot change de 15 cm-1 ou plus sur une plage de longueur d'onde sur laquelle la réflectance sur la couche de re- 25 vêtement change. D'autres buts et des caractéristiques supplémentaires de la pré-sente invention ressortiront de la description détaillée suivante, en la lisant en se référant conjointement aux dessins annexés, dans lesquels : La figure 1 est une coupe montrant la structure de dispositif 30 d'un laser à semiconducteur 1 conforme à la présente invention; La figure 2 est une représentation graphique illustrant la dépendance, vis-à-vis de la longueur d'onde, de la réflectance Rr de la couche de revêtement de facette arrière, 23, conformément au premier mode de réalisation; 35 La figure 3 est une représentation graphique montrant les résul- tats de calcul, illustrant la dépendance, vis-à-vis de la longueur d'onde, de la perte (globale) a de la diode laser 1 du premier mode de réalisation; La figure 4 est une représentation graphique illustrant la dépendance, vis-à-vis de la température, du spectre de gain de la diode laser 1 du premier mode de réalisation; La figure 5 est une représentation graphique illustrant la dépendance, vis-à-vis de la température, de la longueur d'onde d'oscillation XL de la diode laser 1 du premier mode de réalisation; La figure 6 est une représentation graphique montrant la rela- tion entre la plage de température de fonctionnement de la diode laser 1 et la longueur d'onde prédéterminée 2L,c, conformément au premier mode de réalisation; La figure 7 est une représentation graphique illustrant la dépendance, vis-à-vis de la longueur d'onde, de la réflectance Rf de la couche de revêtement de facette avant, 22, conformément au deuxième mode de réalisation; La figure 8 est une représentation graphique montrant les résultats de calcul, illustrant la dépendance, vis-à-vis de la longueur d'onde, de la perte (globale) a de la diode laser 1 du deuxième mode de réalisa- tion; La figure 9 est une représentation graphique illustrant la dépendance, vis-à-vis de la température, du spectre de gain de la diode laser 1 du deuxième mode de réalisation; La figure 10 est une représentation graphique illustrant la dé-25 pendance, vis-à-vis de la température, de la longueur d'onde d'oscillation de la diode laser 1 du deuxième mode de réalisation; La figure 11 est une représentation graphique montrant la relation entre la plage de température de fonctionnement de la diode laser 1 et la longueur d'onde prédéterminée Xc, conformément au deuxième mode 30 de réalisation; et La figure 12 est une représentation graphique montrant que la perte (globale) a de la diode laser FP classique est constante (11,7 cm-1), indépendamment de la longueur d'onde du faisceau laser. Dans ce qui suit, on décrira des principes et des modes de ré-35 alisation de la présente invention en référence aux dessins annexés. Les éléments et étapes qui sont communs à certains des dessins ont reçu les mêmes numéros de référence, et des descriptions redondantes peuvent donc être omises. La figure 1 est une coupe montrant la structure de dispositif d'un laser à semiconducteur (qu'on appelle ci-après une "diode laser") 1 conforme à la présente invention. La diode laser 1 comprend un résonateur de FabryPérot et oscille, ou lase, à une longueur d'onde voisine de 808 nm. Par exemple, le résonateur de Fabry-Pérot inclut les couches 13-17 suivantes, et il a deux facettes miroirs. Les deux facettes sont formées par clivage, gravure, etc. Comme représenté sur la figure 1, la diode laser 1 comprend un substrat en GaAs de type n (ou substrat semiconducteur) 11. Une électrode inférieure de type n, 21, est formée sur la surface inférieure du substrat 11. L'électrode inférieure de type n, 21, est constituée, par exemple, d'un empilement de pellicules comprenant une pellicule d'alliage d'Au et Ge, et une pellicule d'Au. Une couche tampon de type n, 12, est formée sur la surface supérieure du substrat 11. La couche tampon de type n, 12, consiste par exemple en GaAs de type n et elle a une épaisseur qui est par exemple de 200-700 nm. Une couche de gaine de type n, 13, est formée sur la couche tampon de type n, 12. La couche de gaine de type n, 13, consiste par exemple en AlGalnP de type n, et elle a une épaisseur qui est par exemple de 500-1500 nm. Le substrat Il, la couche tampon de type n, 12, et la couche de gaine de type n, 13, sont dopés avec Si (impuretés de type n). Une structure de puits quantiques multiples est formée sur la couche de gaine de type n, 13. Cette structure de puits quantiques multiples comprend par exemple un couche de guidage en InGaAsP, 14, une couche active en GaAsP, 15, et une couche de guidage en InGaAsP, 16.

La couche active 15 a une épaisseur qui est par exemple de 5-12 nm, et les couches de guidage 14 et 16 ont une épaisseur qui est par exemple de 500-1500 nm. Une couche de gaine de type p, 17, est formée sur la structure de puits quantiques multiples. La couche de gaine de type p, 17, consiste par exemple en AlGalnP de type p, et elle a une épaisseur qui est par exemple de 500-1500 nm. Cette couche 17 est dopée avec Zn ou Mg (impuretés de type p). Une couche tampon de type p, 18, est formée sur la couche de gaine de type p, 17. La couche tampon de type p, 18, consiste par exem- ple en Al Ga1_xAs de type p, et elle a une épaisseur qui est par exemple de 100-500 nm. Cette couche 18 est également dopée avec Zn ou Mg (impuretés de type p). Une couche de recouvrement de type p, 19, est formée sur la couche tampon de type p, 18, pour procurer un contact ohmique. La cou- che de recouvrement de type p, 19, consiste par exemple en GaAs de type p, et elle a une épaisseur qui est par exemple de 1-3 nm. Cette couche 19 est également dopée avec Zn ou Mg (impuretés de type p). Une électrode supérieure de type p, 20, est formée sur la couche de recouvrement de type p, 19. L'électrode supérieure de type p, 20, consiste par exemple en un empilement de pellicules comprenant une pellicule de Ti et une pellicule d'Au. La diode laser 1 a une paire de facettes d'émission (ou surfaces clivées) 10A et 10B s'étendant parallèlement l'une à l'autre. Une couche de revêtement 22 (qu'on appelle également ci-après la "couche de revê- tement de facette avant 22") est formée sur la facette d'émission avant 10A. D'autre part, une couche de revêtement 23 (qu'on appelle également ci-après la "couche de revêtement de facette arrière 23") est formée sur la facette d'émission arrière 10B. L'une ou l'autre des couches de revêtement 22 ou 23 est une couche de revêtement du type filtre passe-haut ou passe-bas, qui est une couche de revêtement ayant une réflectance réduite à des longueurs d'onde plus courtes ou plus longues qu'une longueur d'onde prédéterminée. Conformément à des premier et deuxième modes de réalisation de la présente invention (qu'on décrira ultérieurement), la réflectance Rf de la couche de revêtement de facette avant 22 ou la réflectance Rr de la couche de revêtement de facette arrière 23 diminue très fortement à des longueurs d'onde supérieures à une longueur d'onde prédéterminée. Chacune des couches de revêtement 22 et 23 est constituée d'une pellicule multicouche différente. Ces pellicules multicouches sont constituées de matériaux sélectionnés dans le groupe consistant en oxy- des (tels que l'oxyde de silicium, l'oxyde de tantale, l'oxyde d'aluminium, l'oxyde de titane et l'oxyde de zirconium), nitrures (tels que le nitrure de silicium, le nitrure d'aluminium et le nitrure de gallium, et fluorures (tels que le fluorure de magnésium et le fluorure de gallium).

En ce qui concerne un procédé pour concevoir des filtres passe-haut ou passe-bas, on consultera par exemple l'ouvrage de Cheng-Chung Lee, "Optical Thin Films And Coating Technology", Chapitre 6, pages 167-191, traduit du chinois en japonais par ULVAC, Inc., publié par Agne Technical Center. En utilisant le procédé de conception de filtre passe- haut ou passe-bas qui est décrit dans ce document, l'homme de l'art peut concevoir la couche de revêtement de facette avant 22 et la couche de revêtement de facette arrière 23 de manière que la réflectance Rf ou Rr diminue très fortement à des longueurs d'onde supérieures à une longueur d'onde prédéterminée.

Il faut noter que la perte (globale) de la diode laser 1 est ex- primée par l'équation (1) ci-dessous, 1 1 = OCi + x 2Lc 1 In (1) Rf x Rr dans laquelle "ai" est la perte interne de la diode laser, "Lc" est la longueur du résonateur, "Rf" est la réflectance de la couche de revêtement de facette avant, et "Rr" est la réflectance de la couche de revêtement de facette arrière. En outre, le deuxième terme dans l'équation (1) représente la perte de miroirs. Une oscillation laser se produit (ou le seuil d'émission laser est atteint) lorsque la perte a, exprimée par l'équation (1) ci-dessus, est équi- librée par le gain G dans la diode laser 1. La longueur d'onde d'oscillation RL) est déterminée par les multiples modes longitudinaux qui sont en recouvrement avec le pic du spectre de gain, comme décrit ci-dessus. Ainsi, une oscillation laser se produit à la longueur d'onde À.L déterminée par ces modes longitudinaux lorsque le gain G est égal à la perte a.

Le rendement de pente SE (un facteur de performances princi- pal) de la diode laser 1 est exprimé par l'équation (2) ci-dessous. (Il faut noter que le rendement de pente SE d'un laser est l'augmentation de la puissance de sortie optique par unité d'augmentation du courant après le commencement de l'émission laser.) 1 x ln 1 1,24 SE = ' x Â,L 1+ xi1i ... (2) 2Lc x 1 x Rr a i+ 2Lc x ln 1 ûRr û Rf Rf xRr 1 Rf x Rr Dans cette expression, la longueur d'onde d'oscillation "2^,L" est exprimée en nanomètres, et "ni" est le rendement quantique interne. Comme on peut le voir d'après l'équation (2), la réflectance "Rf" de la couche de revêtement de facette avant et la réflectance "Rr" de la couche de revête-ment de facette arrière affectent fortement le rendement de pente "SE".

Dans des diodes laser FP classiques, les couches de revête-ment sur les facettes ont une conception robuste pour empêcher que leurs réflectances (Rf, Rr) ne varient avec la longueur d'onde, comme décrit ci-dessus (voir la figure 12). Par exemple, dans le cas de diodes laser à 0,8 lm pour pomper un laser Nd:YAG, qui doit fonctionner à puissance éle- vée, les réflectances Rf et Rr sont habituellement approximativement de 10-20% et 95-100%, respectivement. Au contraire, dans les lasers à semiconducteur de la présente invention, la couche de revêtement 22 et la couche de revêtement 23 placées respectivement sur la facette avant 10A et la facette arrière 10B du résonateur de Fabry-Pérot sont telles que soit la réflectance Rf de la couche de revêtement de facette avant 22, soit la réflectance Rr de la couche de revêtement de facette arrière 23 diminue très fortement à des longueurs d'onde supérieures à une longueur d'onde prédéterminée. Cette caractéristique sera décrite de façon plus détaillée en référence à des premier et deuxième modes de réalisation de la présente invention. Premier Mode de Réalisation Conformément au premier mode de réalisation de la présente invention, la réflectance Rr de la couche de revêtement de facette arrière 23 diminue très fortement à des longueurs d'onde supérieures à une Ion- gueur d'onde prédéterminée 2,c, comme représenté sur la figure 2. La fi- gure 2 est une représentation graphique illustrant la dépendance, vis-à-vis de la longueur d'onde, de la réflectance Rr de la couche de revête-ment de facette arrière 23, conformément au mode de réalisation présent. Comme représenté sur la figure 2, la longueur d'onde prédéterminée Xc est de 807 nm, et la réflectance Rr est de 99% à des longueurs d'onde inférieures à la longueur d'onde prédéterminée Xc. La réflectance Rr diminue très fortement, de 99% à 1%, lorsque la longueur d'onde augmente à partir de la longueur d'onde prédéterminée X.c (807 nm) jusqu'à 810 nm (c'est-à-dire sur une plage de longueur d'onde d'une largeur de 3 nm).

D'autre part, la réflectance Rf de la couche de revêtement de facette avant 22 est constante (12%), indépendamment de la longueur d'onde. En outre, la longueur de résonateur Lc de la diode laser 1 est de 1 mm, et la perte interne ai est de 1 cm-1. Conformément à la présente invention, la dépendance, vis-à-vis de la longueur d'onde, de la perte (globale) a de la diode laser 1 peut être calculée d'après l'équation (1) ci-dessus. La figure 3 montre les résultats de calcul, illustrant la dépendance, vis-à-vis de la longueur d'onde, de la perte (globale) a de la diode laser 1 du mode de réalisation présent. Comme représenté sur la figure 3, la perte a augmente très fortement à des longueurs d'onde supérieures à la longueur d'onde prédéterminée De façon plus spécifique, la perte a augmente très fortement lorsque la longueur d'onde augmente à partir de la longueur d'onde prédéterminée Â,c (807 nm) jusqu'à 810 nm (c'est-à-dire sur une plage de longueur d'onde d'une largeur de 3 nm). Sur la figure 3, la valeur d'augmentation de la perte (globale), c'est-à-dire la valeur d'augmentation de la perte de miroirs du résonateur, désignée par le symbole "dPerte", est approximativement de 23 cm* On va maintenant décrire la dépendance, vis-à-vis de la tempé- rature, de la longueur d'onde d'oscillation de la diode laser 1 dans la-30 quelle la perte a a la dépendance vis-à-vis de la longueur d'onde qui est décrite ci-dessus. La figure 4 est une représentation graphique illustrant la dépendance, vis-à-vis de la température, du spectre de gain de la diode laser 1 du mode de réalisation présent. Sur la figure 4, le symbole "GS(Tl)" indique le spectre de gain de la diode laser 1 à une température T1 lorsqu'un courant est injecté dans la diode laser 1 (comme sur la figure 12, décrite en relation avec un laser à semiconducteur classique). L'oscillation laser se produit lorsque la perte a est équilibrée par le gain dans la diode laser 1. Cette oscillation est sur une multiplicité de modes longitudinaux dont les longueurs d'onde sont centrées sur la longueur d'onde 2^,L(T1). La bande interdite du matériau semiconducteur de la diode laser 1 diminue lorsque la température de la diode laser 1 augmente. Sur la figure 4, les symboles "GS(T2)" et "GS(T3)" indiquent les spectres de gain de la diode laser 1 à des températures de fonctionnement respectives T2 et T3 (T1 < T2 < T3). Une augmentation de la température de la diode laser 1 entraîne un décalage de son spectre de gain (GS pour "Gain Spectrum") vers de plus grandes longueurs d'onde, comme représenté sur la figure 4. Dans le cas de la diode laser 1 du mode de réalisation présent, contrairement à la diode laser classique représentée sur la figure 12, la perte a augmente très fortement à des longueurs d'onde plus grandes que la longueur d'onde prédéterminée Par conséquent, la longueur d'onde d'oscillation XL est bloquée au voisinage de la longueur d'onde prédéterminée Xc, même si la température de la diode laser 1 est augmentée, comme représenté sur la figure 4. Sur la figure 4, les symboles "2^,L(T2)" et "Â,L(T3)" indiquent respectivement les longueurs d'onde d'oscillation de la diode laser 1 aux températures de fonctionnement T2 et T3. La figure 5 est une représentation graphique illustrant la dépendance, vis-à-vis de la température, de la longueur d'onde d'oscillation XL de la diode laser 1 du mode de réalisation présent. Par exemple, lorsque la température de la diode laser 1 augmente, la longueur d'onde d'oscillation XL augmente à un taux de 0,26 nm/ C, comme dans des lasers à semiconducteur classiques, jusqu'à ce que la longueur d'onde prédéterminée Xc soit atteinte. Après ceci, la longueur d'onde d'oscillation XL est sensiblement bloquée au voisinage de la longueur d'onde prédéterminée À.c, même si la température de la diode laser 1 est augmentée davantage, comme représenté sur la figure 5. La figure 6 montre la relation entre la plage de température de fonctionnement de la diode laser 1 et la longueur d'onde prédéterminée 35 conformément au mode de réalisation présent. Dans le mode de réali- sation présent, la longueur d'onde prédéterminée Xc est plus courte que la longueur d'onde du maximum de gain BASSE) de la diode laser 1 à la plus basse température de fonctionnement TBASSE. Il en résulte que la longueur d'onde d'oscillation XL(TBASSE) à la plus basse température de fonctionnement TBASSE est bloquée au voisinage de la longueur d'onde prédéterminée Xc. Ceci permet de réduire notablement la dépendance, vis-à-vis de la température, de la longueur d'onde d'oscillation X,L de la diode laser 1, sur la plage de température de fonctionnement de la diode laser 1.

Conformément au mode de réalisation, comme décrit ci-dessus, la réflectance Rr de la couche de revêtement de facette arrière 23 diminue très fortement à des longueurs d'onde plus grandes que la longueur d'onde prédéterminée Xc. Il en résulte que la perte (globale) a de la diode laser 1 augmente très fortement à des longueurs d'onde plus grandes que la longueur d'onde prédéterminée Xc, comme représenté sur la figure 3. Par conséquent, lorsque la diode laser 1 a une température élevée (telle que T2 ou T3), la longueur d'onde d'oscillation 2^.L à laquelle la perte a est équilibrée par le gain G est bloquée au voisinage de la longueur d'onde prédéterminée 2.c, ce qui réduit la dépendance, vis-à-vis de la tempéra-Lure, de la longueur d'onde d'oscillation XL, en comparaison avecdes la-sers à semiconducteur classiques. Toujours conformément au mode de réalisation présent, la longueur d'onde prédéterminée X.c ci-dessus est plus courte que la longueur d'onde du maximum de gain XL(TBASSE) de la diode laser 1 à la plus basse température de fonctionnement TBASSE. Il en résulte que la longueur d'onde d'oscillation XL(TBASSE) à la plus basse température de fonctionnement TBASSE est bloquée au voisinage de la longueur d'onde prédéterminée Xc. Ceci permet de réduire notablement la dépendance, vis-à-vis de la température, de la longueur d'onde d'oscillation 2,L de la diode laser 1, sur la plage de température de fonctionnement de la diode laser 1. De cette manière, il est possible de réduire la variation de la longueur d'onde d'oscillation XL de la diode laser 1 sous l'effet de varia- tions dans la composition et dans l'épaisseur de la couche active de la 35 diode laser 1, et de variations dans la résistance thermique du module. En outre, de telles diodes laser 1, en une quantité allant de quelques unes jusqu'à quelques centaines, peuvent être intégrées ensemble dans un module de diodes laser. Un tel module de diodes laser peut être fabriqué avec un rendement de fabrication accru. En outre, du fait que la dépen- dance, vis-à-vis de la température, de la longueur d'onde d'oscillation de la diode laser 1 est réduite, il n'est pas nécessaire de commander de manière exacte la température de l'eau de refroidissement pour le module de diode laser, ce qui permet de réduire la taille du refroidisseur installé du côté du laser à l'état solide.

Deuxième Mode de Réalisation Conformément au deuxième mode de réalisation de la présente invention, la réflectance Rf de la couche de revêtement de facette avant 22 diminue très fortement à des longueurs d'onde supérieures à une longueur d'onde prédéterminée comme représenté sur la figure 7. La fi- gure 7 est une représentation graphique illustrant la dépendance, vis-à-vis de la longueur d'onde, de la réflectance Rf de la couche de revête-ment de facette avant 22, conformément au mode de réalisation présent. Comme représenté sur la figure 7, la longueur d'onde prédéterminée Xc est de 807 nm, comme dans le premier mode de réalisation. La réflec- tance Rf est de 12% à des longueurs d'onde plus courtes que la longueur d'onde prédéterminée X.c. Cependant, la réflectance Rf diminue très fortement, de 12% à 0,1%, lorsque la longueur d'onde augmente à partir de la longueur d'onde prédéterminée ?Lc (807 nm) jusqu'à 810 nm (c'est-à-dire sur une plage de longueur d'onde d'une largeur de 3 nm).

D'autre part, la réflectance Rr de la couche de revêtement de facette arrière 23 est constante (99%) indépendamment de la longueur d'onde. En outre, la longueur de résonateur Lc de la diode laser 1 est de 1 mm, et la perte interne ai est de 1 cm* Conformément au mode de réalisation présent, la dépendance, vis-à-vis de la longueur d'onde, de la perte (globale) a de la diode laser 1 peut être calculée d'après l'équation (1) ci-dessus, comme dans le premier mode de réalisation. La figure 8 montre les résultats de calcul, illustrant la dépendance, vis-à-vis de la longueur d'onde, de la perte (globale) a de la diode laser 1 du mode de réalisation présent. Comme représenté sur la figure 8, la perte a augmente très fortement à des longueurs d'onde plus grandes que la longueur d'onde prédéterminée À,c. De façon plus spécifique, la perte a augmente très fortement lorsque la longueur d'onde augmente à partir de la longueur d'onde prédéterminée Xc (807 nm) jus-qu'à 810 nm (c'est-à-dire sur une plage de longueur d'onde d'une largeur de 3 nm). Sur la figure 8, la valeur d'augmentation de la perte a, c'est-à-dire la valeur d'augmentation de la perte de miroirs du résonateur, désignée par le symbole "APerte", est approximativement de 23 cm* On va maintenant décrire la dépendance, vis-à-vis de la température, de la longueur d'onde d'oscillation de la diode laser 1 dans la- quelle la perte a a la dépendance vis-à-vis de la longueur d'onde qui est décrite ci-dessus. La figure 9 est une représentation graphique illustrant la dépendance, vis-à-vis de la température, du spectre de gain de la diode laser 1 du mode de réalisation présent. Sur la figure 9, le symbole "GS(Tl)" indi- que le spectre de gain de la diode laser 1 à une température T1 lorsqu'un courant est injecté dans la diode laser 1 (comme dans le premier mode de réalisation). Une oscillation laser se produit lorsque la perte a est équilibrée par le gain dans la diode laser 1. Cette oscillation est sur une multiplicité de modes longitudinaux dont les longueurs d'onde sont centrées sur la longueur d'onde X.L(Tl). La bande interdite du matériau semiconducteur de la diode laser 1 diminue lorsque la température de la diode laser 1 augmente. Sur la figure 9, des symboles "GS(T2)" et "GS(T3) " indiquent les spectres de gain de la diode laser 1 à des températures de fonctionnement respectives T2 et T3 (Ti < T2 < T3). L'augmentation de la température de la diode laser 1 entraîne un décalage de son spectre de gain (GS) vers de plus grandes longueurs d'onde, comme représenté sur la figure 9. Contrairement à la diode laser classique représentée sur la figure 12, dans le cas de la diode laser 1 du mode de réalisation présent, la perte a augmente très fortement à des longueurs d'onde plus grandes que la longueur d'onde prédéterminée X.c. Par conséquent, la longueur d'onde d'oscillation 2,.L est bloquée au voisinage de la longueur d'onde À,c prédéterminée, même si la température de la diode laser 1 est augmentée, comme dans le premier mode de réalisation. Sur la figure 9, les sym- baies "XL(T2)" et "XL(T3)" indiquent respectivement les longueurs d'onde d'oscillation de la diode laser 1 aux températures de fonctionnement T2 et T3. La figure 10 est une représentation graphique illustrant la dépendance, vis-à-vis de la température, de la longueur d'onde d'oscillation kL de la diode laser 1 du mode de réalisation présent. Par exemple, lors-que la température de la diode laser 1 augmente, la longueur d'onde d'oscillation 2^,L augmente à un taux de 0,26 nml C, comme dans des lasers à semiconducteur classiques, jusqu'à ce que la longueur d'onde prédéter- minée À,c soit atteinte. Après ceci, la longueur d'onde d'oscillation est sensiblement bloquée au voisinage de la longueur d'onde prédéterminée 2uc, même si la température de la diode laser 1 est augmentée davantage, comme représenté sur la figure 10. La figure 11 montre la relation entre la plage de température de fonctionnement de la diode laser 1 et la longueur d'onde prédéterminée conformément au mode de réalisation présent. Dans le mode de réalisation présent, la longueur d'onde prédéterminée Xc est plus courte que la longueur d'onde du maximum de gain XL(TBASSE) de la diode laser 1 à la plus basse température de fonctionnement TBASSE. Il en résulte que la longueur d'onde d'oscillation XL(TBASSE) à la plus basse température de fonctionnement TBASSE est bloquée au voisinage de la longueur d'onde prédéterminée Xc. Ceci permet de réduire notablement la dépendance, vis-à-vis de la température, de la longueur d'onde d'oscillation X.L de la diode laser 1, sur la plage de température de fonctionnement de la diode laser 1.

Conformément au mode de réalisation présent, comme décrit ci-dessus, la réflectance Rf de la couche de revêtement de facette avant 22 diminue très fortement à des longueurs d'onde plus grandes que la longueur d'onde prédéterminée Xc. Il en résulte que la perte (globale) a de la diode laser 1 augmente très fortement à des longueurs d'onde supérieu- res à la longueur d'onde prédéterminée Xc, comme représenté sur la figure 8. Par conséquent, lorsque la diode laser 1 a une température élevée (telle que T2 ou T3), la longueur d'onde d'oscillation 2,L à laquelle la perte a est équilibrée par le gain G est bloquée au voisinage de la longueur d'onde prédéterminée 2Lc, ce qui réduit la dépendance, vis-à-vis de la température, de la longueur d'onde d'oscillation XL, en comparaison avec des lasers à semiconducteur classiques. Toujours en conformité avec le mode de réalisation présent, la longueur d'onde prédéterminée Xc est plus courte que la longueur d'onde du maximum de gain X,L(TBASSE) de la diode laser 1 à la plus basse tem- pérature de fonctionnement TBASSE. Il en résulte que la longueur d'onde d'oscillation 2q_(TBASSE) à la plus basse température de fonctionnement TBASSE est bloquée au voisinage de la longueur d'onde prédéterminée Xc. Ceci permet de réduire notablement la dépendance, vis-à-vis de la température, de la longueur d'onde d'oscillation XL de la diode laser 1, sur la plage de température de fonctionnement de la diode laser 1. De cette manière, il est possible de réduire la variation de la longueur d'onde d'oscillation XL de la diode laser 1 sous l'effet de variations dans la composition et dans l'épaisseur de la couche active de la diode laser 1, et de variations de la résistance thermique du module, comme dans le premier mode de réalisation. En outre, quelques unes à quelques centaines de telles diodes laser 1 peuvent être intégrées en-semble en un module de diodes laser. Un tel module de diodes laser peut être fabriqué avec un rendement de production accru. En outre, du fait que la dépendance, vis-à-vis de la température, de la longueur d'onde d'oscillation 2L,L de la diode laser 1 est réduite, il n'est pas nécessaire de commander de manière exacte la température de l'eau de refroidissement pour le module de diode laser, ce qui permet de réduire la taille du refroidisseur installé du côté du laser à l'état solide. Bien que les premier et deuxième modes de réalisation aient été décrits en référence à des diodes laser FP ayant une longueur d'onde d'oscillation au voisinage de 808 nm, la présente invention peut être appliquée à des diodes laser FP ayant n'importe quelle longueur d'onde d'oscillation ou bande de longueur d'onde d'oscillation. En outre, la présente invention n'est pas limitée à des diodes laser formées dans des systèmes de matériaux AlGaAs, 1nP et AlGaInAsP. Elle peut être appliquée à des diodes laser formées dans n'importe quel système de matériaux approprié, par exemple GaN, ZnSe, etc. En outre, la présente invention peut être appliquée à des diodes 35 laser ayant n'importe quelle structure de couche active, par exemple une couche active massive, une couche active à puits quantique unique, une couche active à puits quantiques multiples ayant une largeur de puits uni-forme, une couche active à puits quantiques multiples ayant une largeur de puits non uniforme, une couche active à boîte quantique, etc.

Bien que dans les premier et deuxième modes de réalisation, la plage de longueur d'onde sur laquelle la réflectance Rf ou Rr augmente très fortement ait une largeur de 3 nm, dans d'autres modes de réalisation elle peut avoir une largeur différente déterminée sur la base de la longueur d'onde (d'oscillation) désirée et de la région stable en température.

Par exemple, la plage de longueur d'onde peut avoir une largeur de 0,01 nm - 10 nm, plus préférablement de 0,01 nm - 3 nm. Ceci permet d'obtenir un effet identique à celui décrit en relation avec les premier et deuxième modes de réalisation. En outre, bien que dans les premier et deuxième modes de ré- alisation, la perte de miroirs du résonateur (qui est représentée par le deuxième terme dans l'équation (1) ci-dessus) change d'environ 23 cm-1 sur la plage de longueur d'onde d'une largeur de 3 nm envisagée ci-dessus, dans d'autres modes de réalisation la perte de miroirs peut changer d'une quantité différente sur la même plage de longueur d'onde. Par exemple, le miroir peut changer de 15 cm-1 ou plus. Ceci permet d'obtenir un effet qui est le même que celui décrit en relation avec les premier et deuxième modes de réalisation. En outre, la présente invention n'est pas limitée à ces modes de réalisation, mais des changements et des modifications peuvent être ef- fectués sans sortir du cadre de la présente invention.

Claims

REVENDICATIONS

1. Laser à semiconducteur (1) comprenant : un résonateur de Fabry-Pérot (11-21); et une couche de revêtement (22, 23) formée sur une facette avant (10A) ou une facette arrière (10B) du résonateur de Fabry-Pérot (13-17), caractérisé en ce que la réflectance (Rf, Rr) de la couche de revêtement (22, 23) diminue à des longueurs d'onde plus grandes qu'une longueur d'onde prédéterminée (Xc).

2. Laser à semiconducteur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la longueur d'onde prédéterminée (Xc) est plus courte qu'une longueur d'onde à laquelle le gain (G) du laser à semiconducteur (1) est maximisé, lorsque le laser à semiconducteur (1) fonctionne à une plus basse température de fonctionnement (TBASSE).

3. Laser à semiconducteur (1) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la réflectance (Rf, Rr) de la couche de revê- tement (22, 23) diminue sur une plage de longueur d'onde ayant une largeur de 0,01 nm 10 nm.

4. Laser à semiconducteur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la perte de miroirs du résonateur de Fabry-Pérot (Il, 21) change de 15 cm-1 ou plus sur une plage de longueur d'onde sur laquelle la réflectance sur la couche de revêtement (22, 23) change.