JP2012533878A - マルチビームコヒーレントレーザ放射のダイオード光源 - Google Patents

マルチビームコヒーレントレーザ放射のダイオード光源 Download PDF

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Abstract

【解決手段】
マルチビームコヒーレントレーザダイオード光源は、マスターレーザ、リニア増幅器、及び２つの直交増幅器を備える。マスターレーザ及び増幅器は、活性層、２つのクラッド層、及びリークイン層を有する放射リークイン領域を含む単一のヘテロ構造の形態にある。ヘテロ構造は、リークイン層の屈折率（ｎＩＮ）に対するヘテロ構造の屈折率（ｎｅｆｆ）の比によって特徴付けられる。比ｎｅｆｆ：ｎＩＮは、１＋δから１−γまで広がる範囲から決定され、ここでδ及びγは１より十分小さい数によって定められ且つγはδよりも大きい。リニア増幅器は、マスターレーザからの放射伝搬の光学軸がリニア増幅器の軸に一致するように配置される。各直交増幅器は、出力エッジを有しており、そしてその光学軸がリニア増幅器の軸に対して直角になるように配置される。放射の一部がリニア増幅器から直交増幅器へ流れ込むようにするために、増幅器の軸が交差する点の近くに要素が設けられる。この要素は、ヘテロ構造の活性層とリークイン領域の一部とリークイン層の厚みの２０％〜８０％の範囲内で交差すると共に増幅器の軸と４５°の傾斜をなす反射面を含む。ダイオード光源の別の実施形態によると、直交増幅器の活性領域に沿って出力要素が配置され、出力要素は、ヘテロ構造層の面と４５°の角度で交差する反射面を含み且つ活性層とリークイン層の厚みの３０％〜８０％とを含む。技術的な結果は、レーザ放射の強度の増大、より高い効率及び信頼性、より長い動作寿命、変調速度の向上、及び製造技術の簡素化である。
【選択図】図１

Description

本発明は光電子工学の主要な構成要素に関し、具体的には小型、高パワー、高効率で且つ広い波長範囲でのレーザコヒーレント放射の光源に関し、即ち水平放射出力を伴うマルチビームコヒーレント放射のダイオード光源及び垂直放射出力を伴うマルチビームコヒーレント放射のダイオード光源に関し、前記光源はマスターダイオードレーザ及びダイオード光増幅器の２段階の組み合わせとして作製される。
増大した出力パワー及び改良されたレーザビーム品質のダイオードレーザは、米国特許第４０６３１８９号（ゼロックスコープ(Xerox Corp.)、（米国）、１９７７年、Ｈ０１Ｓ３／１９，３３１／９４．５Ｈ）（特許文献１）、ロシア特許第２１９７０４８号（ヴイ・アイ・シュベイキン(V. I. Shveikin)、ヴイ・エー・ジェロバーニ(V. A. Gelovani)、２００２年２月１８日、Ｈ０１Ｓ５／３２）（特許文献２）に記載された発明から知られている。
得られている技術的本質及び技術的結果の見地からは、例示的なプロトタイプ注入（以下ダイオード）レーザは、ロシア特許第２２７８４５５号（ヴィ・アイ・シュベイキン、２００４年１１月１７日、Ｈ０１Ｓ５／３２）（特許文献３）において提案されている。前記ダイオードレーザは、半導体化合物に基づくヘテロ構造と、光学ファセットと、反射器と、抵抗コンタクトと、光共振器とを含む。ヘテロ構造は、リークイン層の屈折率ｎＩＮに対するヘテロ構造の実効屈折率ｎｅｆｆの比によって特徴付けられる。ｎＩＮに対するｎｅｆｆの比（以下ｎｅｆｆ／ｎＩＮと称する）は、１＋δから１−δの範囲から決定され、ここでδは１より十分小さい数によって定められる。ヘテロ構造は、少なくとも１つの活性層と、少なくともその１つは活性層の各側上にある少なくとも２つの反射層（以下「クラッド層」と称する）とを含み、前記クラッド層は、少なくとも１つのサブ層から形成されると共にヘテロ構造の実効屈折率ｎｅｆｆよりも低い屈折率を有している。ヘテロ構造はまた、放射のために透明な少なくとも１つの放射リークイン領域を含む。リークイン領域は、活性層と活性層の少なくとも１つの側上の対応するクラッド層との間に位置する。リークイン領域は屈折率ｎＩＮを有し少なくとも１つのサブ層からなるレーザ放射リークイン層リークイン層と、少なくとも１つのサブ層からなる少なくとも１つの閉じ込め層と、少なくとも１つのサブ層からなる主調整層と、から構成され、主調整層は、そのサブ層の少なくとも１つについてリークイン層の屈折率ｎＩＮ以上の屈折率を有すると共にその表面の１つにて活性層に隣接している。主調整層の一方の表面に対して反対側には、リークイン領域の閉じ込め層が隣接しており、前記閉じ込め層は主調整層の屈折率よりも小さい屈折率を有している。光共振器反射器の反射係数並びにヘテロ構造層の組成及び厚みは、動作中のダイオードレーザに対して、活性層内でもたらされる放射の増幅が動作電流の範囲全域にわたってレーザ発振しきい値を維持するのに十分になるように選択される。ダイオードレーザのそのような構成を、我々は、レーザ発振しきい値電流の場におけるｎＩＮに対するｎｅｆｆの特定の比によって特徴付けられるリークイン領域を伴うヘテロ構造に基づくダイオードレーザと称してきた。所与のヘテロ構造に対して、レーザ発振しきい値電流の場におけるｎＩＮに対するｎｅｆｆの比は、１＋γから１−γの値の範囲から決定され、ここでγの値はδより小さい数によって定められる。
米国特許第４０６３１８９号 ロシア特許第２１９７０４８号 ロシア特許第２２７８４５５号
プロトタイプダイオードレーザの主な利点は、レーザ出力パワーの増大や、放射の角度広がりの対応する低減を伴う垂直面での発光領域のサイズの増大である。一方、プロトタイプダイオードレーザは、その高品質なレーザ放射を同時に伴う出力パワーの更なる増大を制限し、即ち、マルチビームコヒーレント放射（１に近い完全度因子(perfection factor)Ｍ２を伴う）の高パワー単一周波数ダイオード光源を、水平面及び垂直面の両方で増幅されたレーザ放出の出力を伴うマスターダイオードレーザ及びダイオード光増幅器の２段階の集積化された組み合わせとして実現することは可能ではない。
広い波長範囲において種々の必要な放射出力を伴うマルチビームのコヒーレントな増幅されたレーザ放射の提案に係るダイオード光源の技術的な結果は、安定した単一周波数且つ単一モードのレーザ種類の発振に対するその増幅されたレーザ放射の出力パワーの何倍もの増大（１〜３乃至はそれ以上の桁）、並びに効率、信頼性、寿命及び変調速度の増大を、光源製造のための技術の顕著な簡素化及び製造コストの低減を伴いながら可能にすることである。
本発明の１つの態様は、以下「マスターレーザ」と称される少なくとも１つの少なくとも単一モードの単一周波数マスターダイオードレーザと、前記マスターレーザに一体的且つ光学的に接続される以下「リニア増幅器」と称される少なくとも１つのダイオード光増幅器と、前記リニア増幅器に一体的且つ光学的に接続される以下「直交増幅器」と称される少なくとも２つのダイオード光増幅器とを含むマルチビームコヒーレントレーザ放射のダイオード光源（以下「ＤＳＭＣＬＥ」と称される）である。前記マスターレーザ、前記リニア増幅器、及び前記直交増幅器は、半導体化合物に基づく共通のヘテロ構造内に形成される。前記ヘテロ構造は、少なくとも１つの活性層と、少なくとも２つのクラッド層と、放射のために透明な放射リークイン領域とを含む。前記リークイン領域は、活性層と活性層の少なくとも１つの側上の対応するクラッド層との間に置かれ、前記リークイン領域は少なくともリークイン層を含む。前記ヘテロ構造は、リークイン層の屈折率ｎＩＮに対するヘテロ構造の実効屈折率ｎｅｆｆの比、即ちｎＩＮに対するｎｅｆｆの比が１から１−γの範囲内であることによって特徴付けられ、ここでγは１より十分小さい数によって定められる。前記マスターレーザは、接続された金属化層を有する活性ストライプレーザ発振領域と、接続された絶縁層を有する放射閉じ込め領域とを含み、前記閉じ込め領域は、マスターレーザの活性レーザ発振領域並びに抵抗コンタクト、光学ファセット、反射器及び光共振器の各側面上に位置している。両光学ファセット上で、光共振器の反射器は１に近い反射係数を有しており、それらはヘテロ構造の活性層の位置の特定された近傍内に位置している。接続された金属化層を有する活性増幅領域を少なくとも含む各リニア増幅器は、マスターレーザの放射の伝搬の光学軸がリニア増幅器の光学軸に一致するように配置される。接続された金属化層を有する活性増幅領域と光反射防止膜を有する光学出力ファセットとを少なくとも含む各直交増幅器は、直交増幅器の光学軸がリニア増幅器の光学軸に対して直角（絶対値(modulus)）で位置するように配置される。リニア増幅器の光学軸と各直交増幅器の光学軸との交点の近傍には、レーザ放射の特定部分のリニア増幅器から直交増幅器への流れのために、適宜回転要素と称される積分要素(integral element)がある。前記回転要素は、ヘテロ構造層の面に垂直な少なくとも１つの光学反射面からなり、少なくとも１つの光学反射面は、活性層とヘテロ構造リークイン領域の一部とリークイン層の厚みの２０％〜８０％の範囲内で交差していると共に、リニア増幅器及び直交増幅器の光学軸との傾斜角を約４５°（絶対値）にしている。
独創的なヘテロ構造に基づいて作製された提案に係る新たなＤＳＭＣＬＥの本質的は特徴は、マスターダイオードレーザ（以下「マスターレーザ」と称される）及びそれと接続される一体化されたリニアダイオード光増幅器（以下「リニア増幅器」と称される）の効率的な２段階の一体化された組み合わせにあり、前記リニア増幅器は同時に、一体化された直交ダイオード光増幅器（以下「直交増幅器」と称される）に接続される。提案に係るＤＳＭＣＬＥの新規性は、マスターレーザと前記増幅器の一体化接続が焦点調節光学なしで行われるところにある。第１段階では、マスターレーザとリニア増幅器の一体化接続が実現され、この場合、前記マスターレーザ及びリニア増幅器の放射の伝搬の光学軸の方向は一致する。第２段階のリニア増幅器及び直交増幅器の一体化接続では、前記増幅器の光放射の伝搬の方向、即ちそれらの光学軸の方向は互いに直交している。リニア増幅器からの直交増幅器へのレーザ放射の流れは、リニア増幅器の活性領域の側面側への直交増幅器の活性領域の接続の位置に配置される独創的な回転要素の使用によってもたらされる。
望ましい実施形態においては、マスターレーザの光共振器の反射器は、ヘテロ構造表面からリークイン領域における特定の深さまで各光学ファセット上に位置している。この場合、マスターレーザの２つのリニア増幅器の各々との一体化接続（焦点調節光学なし且つ実質的に損失なし）は、主として、ヘテロ構造のリークイン層の深く横たわった部分を通して、マスターレーザの光共振器の不透明反射器をバイパスすることで実現される。
望ましい実施形態においては、リニア増幅器は、マスターレーザの光共振器の１つの端部側上にあってよく、また光共振器の各端部側上に１つのリニア増幅器が存在しうる。
望ましい実施形態においては、マスターレーザは、１つの基本モードでレーザ発振を提供し、また必要に応じて単一周波数レーザ発振を提供する。安定な単一周波数レーザ発振（及び単一周波数同調）を達成するために、マスターレーザの光共振器の前記反射器は分布ブラッグ反射器として作製される。
望ましい実施形態においては、マスターレーザの側部閉じ込め領域内には少なくとも１つの分割閉じ込めサブ領域と少なくとも１つの閉じ込めサブ領域とがあり、そこで、特定の幅の分割閉じ込めサブ領域は、ヘテロ構造表面から特定の深さまで活性層の位置の深さまで到達しないようにマスターレーザの活性レーザ発振領域の両側面側上にあり、閉じ込めサブ領域は、ヘテロ構造表面から特定の深さまで活性層の位置の深さを超えるように分割閉じ込めサブ領域の両側面側上にある。閉じ込め領域の独特な横たわり（活性層と交差することを伴う）は、増大したレーザ出力パワーでのレーザ放射のモード安定性を提供する。
望ましい実施形態においては、リニア増幅器の活性領域は、完全にストライプの領域として、あるいは完全に広がっているものとして、あるいはストライプ部分へ向かって滑らかな移行で広がっているものとして作製され得る。その最後の実施形態においては、リニア増幅器の活性領域の広がっている部分はマスターレーザに隣接し、そしてストライプ活性領域へ向かう前記広がっている部分の滑らかな移行は、回転要素の最も近い位置まで実現されている。
望ましい実施形態においては、リニア増幅器の活性領域の各側面側には、ヘテロ構造表面から特定の深さまで活性層の位置の深さまで到達しないように配置された特定の幅の分割閉じ込めサブ領域が隣接している。必要に応じて、分割閉じ込めサブ領域の各側面側には、ヘテロ構造表面から特定の深さまで活性層の位置の深さを超えるように配置された閉じ込めサブ領域が接続される。
望ましい実施形態においては、リニア増幅器のフリー光学ファセット上の光学反射膜は、１に近い反射係数を有している。
望ましい実施形態においては、直交増幅器の活性領域は、完全にストライプの領域として、あるいは完全に広がっているものとして、あるいはストライプ部分へ向かって滑らかな移行で広がっているものとして作製され得る。その最後の実施形態においては、直交増幅器の活性領域の広がっている部分はリニア増幅器に隣接し、そしてストライプ活性領域へ向かう前記広がっている部分の滑らかな移行は、回転要素から特定の距離で実現されている。
望ましい実施形態においては、直交増幅器の活性領域の各側面側には、ヘテロ構造表面から特定の深さまで活性層の位置の深さまで到達しないように配置された特定の幅の分割閉じ込めサブ領域が隣接している。必要に応じて、分割閉じ込めサブ領域の各側面側には、ヘテロ構造表面から特定の深さまで活性層の位置の深さを超えるように配置された閉じ込めサブ領域が接続される。
望ましい実施形態においては、マスターレーザの光共振器の反射器から最も離れた少なくとも１つの回転要素の光学反射面は、基板の側上の少なくともクラッド層までヘテロ構造内へ貫通して作製される。
望ましい実施形態においては、直交増幅器の増幅された放射の出力の少なくとも光学ファセット上の光学反射防止膜は、ゼロに近い反射係数を有している。
望ましい実施形態においては、回転要素の光学反射面はプラス４５°の傾斜角を有しており、前記光学反射面の次の回転要素の光学反射面はマイナス４５°の傾斜角を有している。これにより反対方向における放射出力の実現が可能になった。
望ましい実施形態においては、共通のヘテロ構造は、ｐ型及びｎ型の高濃度にドープされた薄い層であってそれらの間にトンネル遷移を有する層によって互いに電気的に接続される少なくとも２つの活性層を含む。
技術的な結果は、非対称ヘテロ構造においてだけでなく対称ヘテロ構造においても達成され、対称ヘテロ構造においては、基板の側上のリークイン領域におけるリークイン層の厚みは、ヘテロ構造の外層の側上のリークイン領域におけるリークイン層の厚みに等しい。
望ましい実施形態においては、マスターレーザ、リニア増幅器及び直交増幅器は独立した抵抗コンタクトを有している。
本発明において提案される独特なＤＳＭＣＬＥの本質は、単一モード（且つ単一周波数）のマスターレーザ、リニア増幅器及び直交増幅器のために提案された共通のヘテロ構造にあり、ヘテロ構造の活性層に直交する面内での極めて大きいサイズの近放射場を伴う。本発明の本質はまた、一体化接続の独創的で且つ効率的な２段階プロセスにあり、第１段階は単一周波数、単一モードマスターレーザのリニア増幅器との接続であり、第２段階はリニア増幅器の直交増幅器との接続である。この場合、直交増幅器の活性領域は、リニア増幅器の活性増幅領域と直角で配置される。リニア増幅器から直交増幅器へのレーザ放射の特定部分の流れは、リニア増幅器の活性領域の直交増幅器との交差の位置に配置された独創的に導入された回転要素によって実現される。この場合、ヘテロ構造面に平行な方向における増幅されたレーザ放射の「水平な」出力が実現される。
本発明において提案されるＤＳＭＣＬＥの技術的な実現は、これまでに十分に開発され且つ広く用いられている既知の基本技術プロセスに基づいている。提案は「産業上の利用可能性」基準に合致する。その製造の主たる特質は、ヘテロ構造並びにマスターレーザのリニア増幅器との及びリニア増幅器の直交増幅器との一体的接続の特徴にある。
本発明の別の態様は、以下「マスターレーザ」と称される少なくとも１つの少なくとも単一モードの単一周波数マスターダイオードレーザと、前記マスターレーザに一体的且つ光学的に接続される以下「リニア増幅器」と称される少なくとも１つのダイオード光増幅器と、前記リニア増幅器に一体的且つ光学的に接続される以下「直交増幅器」と称される少なくとも２つのダイオード光増幅器とを含む垂直放射を伴うマルチビームコヒーレントレーザ放射のダイオード光源（以下「ＤＳＭＣＬＥ−ＶＥ」と称される）である。前記マスターレーザ、前記リニア増幅器、及び前記直交増幅器は、半導体化合物に基づく共通のヘテロ構造内に形成される。前記ヘテロ構造は、少なくとも１つの活性層と、少なくとも２つのクラッド層と、放射のために透明な放射リークイン領域とを含む。前記リークイン領域は、活性層と活性層の少なくとも１つの側上の対応するクラッド層との間に置かれ、前記リークイン領域は少なくともリークイン層を含む。前記ヘテロ構造は、リークイン層の屈折率ｎＩＮに対するヘテロ構造の実効屈折率ｎｅｆｆの比、即ちｎＩＮに対するｎｅｆｆの比が１から１−γの範囲内であることによって特徴付けられ、ここでγは１より十分小さい数によって定められる。前記マスターレーザは、接続された金属化層を有する活性ストライプレーザ発振領域と、接続された絶縁層を有する放射閉じ込め領域とを含み、前記閉じ込め領域は、マスターレーザの活性レーザ発振領域並びに抵抗コンタクト、光学ファセット、反射器及び光共振器の各側面上に位置している。両光学ファセット上で、光共振器の反射器は１に近い反射係数を有しており、それらはヘテロ構造の活性層の位置の特定された近傍内に位置している。接続された金属化層を有する活性増幅領域を少なくとも含む各リニア増幅器は、マスターレーザの放射の伝搬の光学軸がリニア増幅器の光学軸に一致するように配置される。接続された金属化層を有する活性増幅領域と光反射防止膜を有する光学出力ファセットとを少なくとも含む各直交増幅器は、直交増幅器の光学軸がリニア増幅器の光学軸に対して直角（絶対値）で位置するように配置される。リニア増幅器の光学軸と各直交増幅器の光学軸との交点の近傍には、レーザ放射の特定部分のリニア増幅器から直交増幅器への流れのために、適宜回転要素と称される積分要素がある。前記回転要素は、ヘテロ構造層の面に垂直な少なくとも１つの光学反射面からなり、少なくとも１つの光学反射面は、活性層とヘテロ構造リークイン領域の一部とリークイン層の厚みの２０％〜８０％の範囲内で交差していると共に、リニア増幅器及び直交増幅器の光学軸との傾斜角を約４５°（絶対値）にしている。また、ヘテロ構造面に垂直な方向における放射出力の可能性は、回転要素から特定の距離で２回増幅されたレーザ放射の伝搬の光学軸の方向における少なくとも１つの直交増幅器の前記活性領域に沿って、幾つかのヘテロ構造層の面と４５°（絶対値）の傾斜角で交差する少なくとも１つの光学反射面を含む少なくとも１つの追加的に導入された出力要素であって活性層を含み且つリークイン層を一部、即ちその厚みの３０％〜８０％を含む出力要素があるという事実を通して達成される。
独創的なヘテロ構造に基づいて作製された提案に係る新たなＤＳＭＣＬＥ−ＶＥの本質的は特徴は、マスターダイオードレーザ（以下「マスターレーザ」と称される）及びそれと接続される一体化されたリニアダイオード光増幅器（以下「リニア増幅器」と称される）の効率的な２段階の一体化された組み合わせにあり、前記リニア増幅器は同時に、一体化された直交ダイオード光増幅器（以下「直交増幅器」と称される）に接続される。提案に係るＤＳＭＣＬＥ−ＶＥの新規性は、マスターレーザと前記増幅器の一体化接続が焦点調節光学なしで行われるところにある。第１段階では、マスターレーザとリニア増幅器の一体化接続が実現され、この場合、前記マスターレーザ及びリニア増幅器の放射の伝搬の光学軸の方向は一致する。第２段階のリニア増幅器及び直交増幅器の一体化接続では、前記増幅器の放射の伝搬の光学軸の方向は互いに直交している。リニア増幅器からの直交増幅器へのレーザ放射の流れは、リニア増幅器の活性領域の側面側への直交増幅器の活性領域の接続の位置に配置された独創的な回転要素の使用によってもたらされる。また、提案の新規性及び独創性は、追加的な独創的な出力要素が直交増幅器の活性領域内へそれらの光学軸の方向において導入されているという事実にある。前記要素は、直交増幅器の活性領域と交差し且つ外層から放射リークイン層内へ（その一部まで）４５°（絶対値）の傾斜角で貫通するように配置された光学反射面を含む。この場合、ヘテロ構造面に直交する「垂直」方向において追加的な増幅されたレーザ放射の出力の実現が可能である。
望ましい実施形態においては、増幅されたレーザ放射は、ヘテロ構造の外層の方向及び／又は半導体基板の方向において出力される。
望ましい実施形態においては、回転要素から最も離れた出力要素の光学反射面は、基板の側でクラッド層へ向かってヘテロ構造内へ深く貫通するように作製される。
望ましい実施形態においては、各光学ファセット上で、マスターレーザの光共振器の反射器は、ヘテロ構造表面からリークイン領域における特定の深さまで位置している。この場合、マスターレーザと２つのリニア増幅器の各々との一体化接続（焦点調節光学なし且つ実質的に損失なし）は、主として、ヘテロ構造のリークイン層の深く横たわった部分を通して、マスターレーザの光共振器の不透明反射器をバイパスすることで実現される。
望ましい実施形態においては、リニア増幅器は、マスターレーザの光共振器の１つの端部側上にあってよく、また光共振器の各端部側上に１つのリニア増幅器があってよい。
望ましい実施形態においては、マスターレーザは、１つの基本モードでレーザ発振を提供し、また必要に応じて単一周波数レーザ発振を提供する。安定な単一周波数レーザ発振（及び単一周波数同調）を達成するために、マスターレーザの光共振器の前記反射器は分布ブラッグ反射器として作製される。
望ましい実施形態においては、マスターレーザの側部閉じ込め領域内には少なくとも１つの分割閉じ込めサブ領域と少なくとも１つの閉じ込めサブ領域とがあり、特定の幅の分割閉じ込めサブ領域は、ヘテロ構造表面から特定の深さまで活性層の位置の深さまで到達しないようにマスターレーザの活性レーザ発振領域の両側面側上にあり、閉じ込めサブ領域は、ヘテロ構造表面から特定の深さまで活性層の位置の深さを超えるように分割閉じ込めサブ領域の両側面側上にある。閉じ込め領域の独特な横たわり（活性層と交差することを伴う）は、増大したレーザ出力パワーでのレーザ放射のモード安定性を提供する。
望ましい実施形態においては、リニア増幅器の活性領域は、完全にストライプの領域として、あるいは完全に広がっているものとして、あるいはストライプ部分へ向かって滑らかな移行で広がっているものとして作製され得る。その最後のバージョンにおいては、リニア増幅器の活性領域の広がっている部分はマスターレーザに隣接し、そしてストライプ活性領域へ向かう前記広がっている部分の滑らかな移行は、回転要素の最も近い位置まで実現されている。
望ましい実施形態においては、リニア増幅器の活性領域の各側面側には、ヘテロ構造表面から特定の深さまで活性層の位置の深さまで到達しないように配置された特定の幅の分割閉じ込めサブ領域が隣接している。必要に応じて、分割閉じ込めサブ領域の各側面側には、ヘテロ構造表面から特定の深さまで活性層の位置の深さを超えるように配置された閉じ込めサブ領域が接続される。
望ましい実施形態においては、リニア増幅器のフリー光学ファセット上の光学反射膜は、１に近い反射係数を有している。
望ましい実施形態においては、直交増幅器の活性領域は、完全にストライプの領域として、あるいは完全に広がっているものとして、あるいはストライプ部分へ向かって滑らかな移行で広がっているものとして作製され得る。その最後の実施形態においては、直交増幅器の活性領域の広がっている部分はリニア増幅器に隣接し、そしてストライプ活性領域へ向かう前記広がっている部分の滑らかな移行は、回転要素から特定の距離で実現されている。
望ましい実施形態においては、直交増幅器の活性増域の各側面側には、ヘテロ構造表面から特定の深さまで活性層の位置の深さまで到達しないように配置された特定の幅の分割閉じ込めサブ領域が隣接している。必要に応じて、分割閉じ込めサブ領域の各側面側には、ヘテロ構造表面から特定の深さまで活性層の位置の深さを超えるように配置された閉じ込めサブ領域が接続される。
望ましい実施形態においては、マスターレーザの光共振器の反射器から最も離れた少なくとも１つの回転要素の光学反射面は、少なくとも基板の側上のクラッド層までヘテロ構造内へ貫通して作製される。
望ましい実施形態においては、直交増幅器の増幅された放射の出力の少なくとも光学ファセット上の光学反射防止膜は、ゼロに近い反射係数を有している。
望ましい実施形態においては、回転要素の光学反射面はプラス４５°の傾斜角を有しており、前記光学反射面の次の回転要素の光学反射面はマイナス４５°の傾斜角を有している。これにより反対方向における放射出力の実現が可能になった。
望ましい実施形態においては、共通のヘテロ構造は、ｐ型及びｎ型の高濃度にドープされた薄い層であってそれらの間にトンネル遷移を有する層によって互いに電気的に接続される少なくとも２つの活性層を含む。
望ましい実施形態においては、非対称ヘテロ構造だけでなく対称ヘテロ構造も用いられてよく、対称ヘテロ構造においては、基板の側上のリークイン領域におけるリークイン層の厚みは、ヘテロ構造の外層の側上のリークイン領域におけるリークイン層の厚みに等しい。
望ましい実施形態においては、マスターレーザ、リニア増幅器及び直交増幅器は独立した抵抗コンタクトを有している。
本発明において提案される独特なＤＳＭＣＬＥ−ＶＥの本質は、単一モード且つ単一周波数のマスターレーザ、リニア増幅器及び直交増幅器のために提案された共通のヘテロ構造にあり、ヘテロ構造の活性層に直交する面内での極めて大きいサイズの近放射場及び出力放射の極めて小さい発散を伴う。本発明の本質はまた、一体化接続の独創的で且つ効率的な２段階プロセスにあり、第１段階は単一周波数、単一モードマスターレーザのリニア増幅器との接続であり、第２段階はリニア増幅器の直交増幅器との接続である。この場合、直交増幅器の活性領域は、リニア増幅器の活性増幅領域と直角で配置される。リニア増幅器から直交増幅器へのレーザ放射の特定部分の流れは、リニア増幅器の活性領域の直交増幅器との交差の位置に配置された独創的に導入された回転要素によって実現される。また、直交増幅器の光学軸に沿って配置された独創的な積分出力要素を導入することによって、超高パワーなマルチビームで高品質な増幅されたレーザ放射の独創的で効率的な出力が実現され、前記放射は、ヘテロ構造層の面に対して垂直に向いている（ヘテロ構造の外層の方向及び半導体基板の方向の両方）。
本発明において提案されるＤＳＭＣＬＥ−ＶＥの技術的な実現は、これまでに十分に開発され且つ広く用いられている既知の基本技術プロセスに基づいている。提案は「産業上の利用可能性」基準に合致する。その製造の主たる特質は、ヘテロ構造並びにマスターレーザとリニア増幅器との一体的接続及びリニア増幅器と直交増幅器との一体的接続の特徴の他、半導体増幅器における積分出力要素の特徴にある。
本発明は図１〜８に関連して下記で詳細に説明される。
マスターレーザと、外面光学ファセット上の反射防止膜を有する２つのリニア増幅器と４つの直交増幅器とを有する提案に係るＤＳＭＣＬＥの模式的な平面図である。 マスターレーザの光学軸及びマスターレーザと一体的に接続されるリニア増幅器の光学軸に沿う提案に係るＤＳＭＣＬＥの縦断面の模式図である。 図１に模式的に示されるＤＳＭＣＬＥとは異なる提案に係るＤＳＭＣＬＥの模式的な平面図であり、そのＤＳＭＣＬＥにおいては、２つのリニア増幅器の各々の活性増幅領域はストライプ部分へ滑らかに広がっている部分からなり、またリニア増幅器の外面光学ファセット上に反射防止膜はない。 図３に模式的に示されるＤＳＭＣＬＥとは異なる提案に係るＤＳＭＣＬＥの模式的な平面図であり、そのＤＳＭＣＬＥにおいては、２つのリニア増幅器の活性増幅領域に４つの直交増幅器が対応する回転要素を介して接続され、その増幅されたレーザ放出は、交互に反対方向に伝搬させられる。 図３に模式的に示されるＤＳＭＣＬＥとは異なる提案に係るＤＳＭＣＬＥの模式的な平面図であり、そのＤＳＭＣＬＥにおいては、１つのリニア増幅器が光共振器の不透明反射器の一方の側上でマスターダイオードレーザに一体的に接続されている。 図３に模式的に示されるＤＳＭＣＬＥとは異なる提案に係るＤＳＭＣＬＥ−ＶＥの模式的な平面図であり、そのＤＳＭＣＬＥ−ＶＥにおいては、長手方向の光学軸に沿う４つの直交増幅器の各々内に、増幅されたレーザ放射のための３つの出力要素が形成されている。 提案に係るＤＳＭＣＬＥ−ＶＥの４つの直交増幅器の１つの縦断面の模式図であり、そのＤＳＭＣＬＥ−ＶＥにおいては、出力要素は増幅されたレーザ放射のビームの基板を介した出力を実現している。 増幅されたレーザ放射のビームのヘテロ構造の外面の方向における出力を出力要素が実現している点で図７に模式的に示されるのと異なる直交増幅器の縦断面の模式図である。
以下、添付の図面を参照した具体的な実施形態の記述によって本発明を説明する。マルチビームコヒーレントレーザ放射のダイオード光源（ＤＳＭＣＬＥ）及び垂直放射出力を伴うマルチビームコヒーレントレーザ放射のダイオード光源（ＤＳＭＣＬＥ−ＶＥ）の実施形態の所与の例は、唯一のものではなく、また他の実現（既知の波長範囲を含む）の利用可能性を想定しており、その特徴は、特許請求の範囲に従う特質の総和に反映されている。
考察のために提案されそして図１〜８に示されるＤＳＭＣＬＥ設計において、以下の記号表示が与えられる。
１０…提案に係るＤＳＭＣＬＥ。
２０…マスターダイオードレーザ。その構成要素は、
２１…以下「不透明光学反射器」と称される光共振器の不透明反射器、
２２…光共振器の光学ファセット、
２３…ストライプ活性レーザ発振領域。
３０…リニア増幅器。その構成要素は、
３１…ストライプ活性増幅領域、
３２…外面光学ファセット、
３３…反射防止膜、
３４…ストライプ領域への滑らかな移行を伴い広がっている活性増幅領域。
４０…直交増幅器。その構成要素は、
４１…広がっている活性増幅領域、
４２…出力光学ファセット、
４３…反射防止膜、
４４…ストライプ活性増幅領域。
５０…ヘテロ構造。その構成要素は、
５１…活性層、
５２…基板の側上のクラッド層、
５３…基板の側上の調節層、
５５…外層の側上のクラッド層、
５６…外層の側上のリークイン領域、
５７…ｐ型の外部コンタクト層、
６０…ヘテロ構造のための基板、
６１…基板の外面。
７０…回転要素。その構成要素は、
７１…光学反射面、
７２…クラッド層５２へ貫通している光学反射面。
８０…マスターレーザ、リニア増幅器及び直交増幅器のための側部閉じ込め領域。
１００…ＤＳＭＣＬＥ−ＶＥ実施形態。
１１０…出力要素、
１１１…光学反射面、
１１２…クラッド層５２へ貫通している光学反射面、
１１３…出力放射のための反射防止膜。
提案に係るＤＳＭＣＬＥ１０（図１及び図２参照）は、基本モードでレーザ発振する単一モードマスターレーザ２０を含み、マスターレーザ２０は、その両端側で２つのリニア増幅器３０に一体的に接続されている。レーザ光共振器の両端には不透明な光学反射器２１が配置されている。外面の光学ファセット３２上に反射防止膜３３を有するリニア増幅器３０は、回転要素７０の使用を伴って同様に直交増幅器４０と一体に接続されており、直交増幅器４０は末広がりの活性増幅領域４１を有している。増幅されたレーザ放射の出力は、４つの直交増幅器４０の各々の反射防止光学ファセット４２を介して運び出される。
ＤＳＭＣＬＥ１０は、マスターレーザ２０とダイオード増幅器３０及び４０との両方について共通のレーザヘテロ構造５０に基づいて作製される。ヘテロ構造５０は、ｎ型ＧａＡｓの基板６０上に成長させられる。リニア増幅器３０の直交増幅器４０との一体化接続は、回転要素７０の使用によって実現される。ヘテロ構造５０は、ＩｎＡｌＧａＡｓの１つの活性層５１と共にＡｌＧａＡｓ半導体化合物に基づいて成長させられる。活性層５１の組成及び厚みによって決定されるレーザ波長は、０．９７６μｍに等しく選択される。
活性層５１と基板６０の側のクラッド層５２との間には、第１のリークイン領域（調節層５３及びリークイン層５４を含む）が配置されている。反対側で活性層５１とクラッド層５５との間には、第２のリークイン領域５６（調節層及びリークイン層を含む）が配置され、ｐ型の半導体コンタクト層５７が第２のリークイン層５６に隣接している。金属化層及び対応する絶縁誘電体層はこれらの図には示されていない。実際には、クラッド層５２及び５５の間に位置するヘテロ構造５０の一連の全ての層が、拡張された導波領域を形成する。リークイン層はＡｌＧａＡｓから作製される。基板６０側のリークイン層５４の厚みは６μｍに等しく選択され、この厚みは反対側のリークイン層の厚みよりも１桁大きい。リークイン層５４の屈折率ｎＩＮに対するヘテロ構造５０の実効屈折率ｎｅｆｆの計算された比（ｎｅｆｆ／ｎＩＮ）は、電流密度０．３ｋＡ／ｃｍ２及び５．０ｋＡ／ｃｍ２でそれぞれ０．９９９８６８及び０．９９９７７２であった。
上述したヘテロ構造５０に基づいて、一体的に接続される１つのマスターレーザ２０と２つのリニア増幅器３０と４つの直交増幅器４０とが形成される。ダイオードレーザ２０の光共振器の光学ファセット２２における両側上には、１に近い反射係数を有する反射器２１（不透明光学反射器）が形成される（膜の蒸着によって）。マスターレーザ２０のリニア増幅器３０との一体化接続は、主として、深く横たわった(deep-lying)リークイン層５４を通して、光共振器の不透明反射器２１をバイパスすることで実現される。マスターレーザ２０の活性レーザ発振領域２３は、９μｍのストライプ幅を有するストライプ領域として作製され、光共振器の長さは１０００μｍに等しく選択される。２つのリニア増幅器３０の各々におけるストライプ活性増幅領域３１の幅及び長さは、それぞれ１２μｍ及び２０００μｍである。各リニア増幅器３０の外面の光学ファセット３２上には、ゼロに近い反射係数（０．０００１未満）を有する反射防止膜３３が蒸着されている。
各リニア増幅器３０と２つの直交増幅器４０との間の一体的な光学結合は、活性増幅領域３１内への２つの回転要素７０の配置によって実現される。エッチングによって作製される各回転要素７０は、ヘテロ構造５０の層の面に対して直角で配置され且つコンタクト層５７からリークイン層５４まで垂直に内部へその厚みの６０％まで貫通している光学反射面７１を含む。この場合、回転要素７０の反射面７１は、リニア増幅器３０内及び２つの直交増幅器４０内の両方における増幅された放射の伝搬の光学軸に対して４５°（絶対値）の角度で回転されている。各直交増幅器４０の活性増幅領域４１は、６°の広がり角で広がるように作製される。直交増幅器の長さが５０００μｍのところで、増幅された放射を出力する光学ファセット４２の幅は２５０μｍである。各直交増幅器４０の出力光学ファセット４２上には、ゼロに近い反射係数（０．０００１未満）を有する反射防止膜４３が蒸着されている。
同じ主要特性を伴う側部閉じ込め領域８０が、マスターレーザ２０のストライプ活性レーザ発振領域２３に隣接してその両側面上に作製される他、２つのリニア増幅器３０の各ストライプ活性増幅領域３１に隣接してその両側面上に及び４つの直交増幅器４０の各広がり活性領域４１に隣接してその両側面上に作製される。領域８０は２つのサブ領域を含む（図面には図示せず）。領域２３、３１、及び４１に隣接する第１のストライプ分割閉じ込めサブ領域は、ヘテロ構造５０の活性層５１が横たわっている深さに到達しないように幅２．０μｍで０．７μｍの深さまで溝としてエッチングすることによって形成される。第１のサブ領域に接触している第２の閉じ込めサブ領域は、活性層５１の横たわっている面と交差し且つリークイン層５４内へその厚みの６０％まで貫通する凹溝をエッチングすることによって形成される。両溝とも誘電体で埋められる。
ＤＳＭＣＬＥ１０の次の実施形態（図面には図示せず）は、この実施形態においては光共振器の不透明反射器２１が、マスターレーザの安定な単一周波数レーザ発振を提供する分布ブラッグ反射器(distributed Bragg reflectors)として形成されている点において、図１及び２に示される実施形態と異なる。
ＤＳＭＣＬＥ１０の次の実施形態（図面には図示せず）は、この実施形態においては共通のヘテロ構造５０がｐ型及びｎ型の高濃度にドープされた薄い層であってそれらの間にトンネル遷移を有する層によって互いに電気的に接続される少なくとも２つの活性層を含む点において、図１及び２に示される実施形態と異なる。
ＤＳＭＣＬＥ１０の次の実施形態（図面には図示せず）は、この実施形態が２０，０００μｍの各リニア増幅器３０の長さに対して５０個の直交増幅器４０及び５０個の回転要素７０を含む点において、図１及び２に示される実施形態と異なる。
ＤＳＭＣＬＥ１０の次の実施形態（図３参照）は、この実施形態においては、マスターレーザに最も近い各（２つのうちの）活性増幅領域３４が、その始まりの部分において滑らかな移行を伴って５０μｍのストライプ幅を有するストライプ部分３１まで広がっていくように作製されている点において、図１及び図２に示される実施形態と異なる。直交増幅器４０の各活性増幅領域４４はストライプ領域として作製される。また、マスターレーザ２０の光学ファセット２２から最も離れた各回転要素７０においては、光学反射面７２は、リークイン層５４内へその厚みの１００％まで貫通している。この場合、リニア増幅器３０のために反射防止膜３３を作る必要性はもはやない。尚、図３及び図４〜図６においては、側部閉じ込め領域は図示されていない。
ＤＳＭＣＬＥ１０の次の実施形態（図面には図示せず）は、この実施形態においては、リニア増幅器３０の広がっている活性増幅領域３４に隣接する側部閉じ込め領域８０が、分割閉じ込めサブ領域のみから構成されている点で前の実施形態と異なる。
ＤＳＭＣＬＥ１０の次の実施形態（図面には図示せず）は、この実施形態においては、直交増幅器４０の広がっている活性増幅領域４１に隣接する側部閉じ込め領域８０が、分割閉じ込めサブ領域のみから構成されている点で前の実施形態と異なる。
ＤＳＭＣＬＥ１０の次の実施形態（図４参照）は、この実施形態においては、各リニア増幅器３０の活性増幅領域３１において光学反射面７２が回転要素７０の光学反射面７１に対して直角（９０°）だけ回転させられている点で、図３に示される実施形態と異なる。この場合、回転要素７０の光学反射面７１及び７２を伴うリニア増幅器３０に接続されている直交増幅器４０においては、出力される増幅されたレーザ放射は逆方向に伝搬する。
ＤＳＭＣＬＥ１０の次の実施形態（図５参照）は、この実施形態においては、リニア増幅器３０のマスターレーザ２０との一体的な接続が、光共振器の不透明反射器２１を通して一方の側で行われている点で図３に示される実施形態と異なる。光共振器の反対側上では、劈開された光学ファセット２２上に不透明反射器２１が形成されている。４つの直交増幅器４０の活性増幅領域４１は、４つの回転要素７０を介して１つの活性増幅領域３４及び３つのストライプ活性増幅領域３１に結合されている。
ＤＳＭＣＬＥ１０の次の実施形態は、この実施形態においては、マスターレーザ２０に対して、リニア増幅器３０に対して、及び直交増幅器４０に対して、独立した（別個の）抵抗コンタクトが形成されている点で前の実施形態と異なり、それらの抵抗コンタクトは、抵抗金属化層の間の薄い分割ストライプの導入によって実現される（図面には図示せず）。
以下の図面に示される提案に係るＤＳＭＣＬＥ−ＶＥ１００は、活性増幅領域４１に沿った直交増幅器４０内に２つ以上の積分出力要素１１０がエッチングによって追加的に形成されている点で、上述のＤＳＭＣＬＥ実施形態と異なる。要素１１０は、回転要素７０から特定の距離で且つそれらの間で特定の距離で形成される。要素１１０は、ヘテロ構造の層の面に対して垂直な方向において、増幅されたレーザ放射を出力するように設計される。
ＤＳＭＣＬＥ−ＶＥ１００の次の実施形態（図６及び図７参照）は、この実施形態においては、エッチングにより形成される各積分出力要素１１０が、ストライプ活性増幅領域４４と交差して配置された増幅されたレーザ放射のための光学反射面１１１を含んでいる点で、前の実施形態とは異なる。面１１１は、ヘテロ構造５０（活性層５１を含む）の層の面と傾斜角マイナス４５°で交差しながらリークイン層５４内へその厚みの６５％まで貫通している。回転要素７０から最も離れた出力要素１１０のために、光学反射面１１２がリークイン層５４内へその厚みの１００％まで貫通している。基板６０の外面側６１上の増幅されたレーザ放射の出力の面には、反射係数が０．０００１未満である反射防止膜１１３が形成されている。基板６０の残りの自由表面上の金属化層及び反射防止膜１１３は図７には図示されていない。
ＤＳＭＣＬＥ−ＶＥ１００の次の実施形態（図６及び図８参照）は、この実施形態においては、積分出力要素１１０の光学反射面１１１の傾斜角がプラス４５°である点において、前の実施形態と異なる。この実施形態においては、増幅されたレーザ放射の出力は、基板６０の位置とは反対の方向においてヘテロ構造５０の層の面に対して直角で実現される。この場合、高濃度にドープされたコンタクト層５７及びクラッド層の除去の後に、増幅されたレーザ放射の出力の面には、反射係数が０．０００１未満の反射防止膜１１３が蒸着される。コンタクト層５７の表面上の金属化層は図８には図示されていない。
提案に係るマルチビームコヒーレントレーザ放射のダイオード光源、即ちＤＳＭＣＬＥ及びＤＳＭＣＬＥ−ＶＥは、出力放射の発散が極めて小さく、デバイスにおける放射の伝搬の水平面及びヘテロ構造の活性層に対して垂直な面の両方において極めて高いパワーのコヒーレントレーザ放射を生成することを可能にする。
マルチビームコヒーレントレーザ放射のダイオード光源は、精密レーザ材料加工（レーザ切断、溶接、ドリリング、表面溶融、種々の部品の寸法加工、レーザマーキング及び彫刻）において、手術及びパワーセラピーのためのレーザデバイスにおいて、レーザ距離計、レーザ目標照射機において、周波数倍増レーザの実現のために、並びに、ファイバ及び固体レーザをポンピングしそして光増幅器のために用いられる。

Claims (21)

  1. マルチビームコヒーレントレーザ放射のダイオード光源であって、
    以下マスターレーザと称される少なくとも１つの少なくとも単一モードの単一周波数マスターダイオードレーザと、
    前記マスターレーザに一体的且つ光学的に接続される以下リニア増幅器と称される少なくとも１つのダイオード光増幅器と、
    前記リニア増幅器に一体的且つ光学的に接続される以下直交増幅器と称される少なくとも２つのダイオード光増幅器とを含み、
    前記マスターレーザ、前記リニア増幅器、及び前記直交増幅器は、半導体化合物に基づく共通のヘテロ構造内に形成され、
    前記ヘテロ構造は、少なくとも１つの活性層と、少なくとも２つのクラッド層と、放射のために透明な放射リークイン領域とを含み、
    前記リークイン領域は、前記活性層と前記活性層の少なくとも１つの側上の対応するクラッド層との間に置かれると共に少なくともリークイン層を含み、
    前記ヘテロ構造は、前記リークイン層の屈折率ｎＩＮに対する前記ヘテロ構造の実効屈折率ｎｅｆｆの比、即ちｎＩＮに対するｎｅｆｆの比が１から１−γの範囲内であることによって特徴付けられ、ここでγは１より十分小さい数によって定められ、
    前記マスターレーザは、接続された金属化層を有する活性ストライプレーザ発振領域と、接続された絶縁層を有する側部放射閉じ込め領域とを含み、
    前記閉じ込め領域は、前記マスターレーザの前記活性レーザ発振領域並びに抵抗コンタクト、光学ファセット、反射器及び光共振器の各側面上に位置し、
    両光学ファセット上で前記光共振器の前記反射器は１に近い反射係数を有すると共に前記ヘテロ構造の前記活性層の位置の特定された近傍内に位置し、
    接続された金属化層を伴う活性増幅領域を少なくとも含む各リニア増幅器は、前記マスターレーザの放射の伝搬の光学軸が前記リニア増幅器の光学軸に一致するように配置され、
    接続された金属化層を伴う活性増幅領域と光反射防止膜を伴う光学出力ファセットとを少なくとも含む各直交増幅器は、前記直交増幅器の光学軸が前記リニア増幅器の光学軸に対して直角（絶対値）で位置するように配置され、
    前記リニア増幅器の前記光学軸と各直交増幅器の前記光学軸との交点の近傍には、レーザ放射の特定部分の前記リニア増幅器から前記直交増幅器への流れのために、適宜回転要素と称される積分要素があり、
    前記回転要素は、ヘテロ構造層の面に垂直な少なくとも１つの光学反射面を含み、前記少なくとも１つの光学反射面は、前記活性層と前記ヘテロ構造リークイン領域の一部と前記リークイン層の厚みの２０％〜８０％の範囲内で交差していると共に前記リニア増幅器及び前記直交増幅器の前記光学軸との傾斜角を約４５°（絶対値）にしている、マルチビームコヒーレントレーザ放射のダイオード光源。
  2. 前記マスターレーザの前記光共振器の前記反射器は、前記ヘテロ構造表面から前記リークイン領域における特定の深さまで各光学ファセット上に位置している請求項１に記載のマルチビームコヒーレントレーザ放射のダイオード光源。
  3. 前記マスターレーザの前記光共振器の各端部側上に１つのリニア増幅器がある請求項１に記載のマルチビームコヒーレントレーザ放射のダイオード光源。
  4. 前記マスターレーザの前記光共振器の前記反射器は分布ブラッグ反射器である請求項１に記載のマルチビームコヒーレントレーザ放射のダイオード光源。
  5. 前記マスターレーザの前記側部閉じ込め領域内には少なくとも１つの分割閉じ込めサブ領域と少なくとも１つの閉じ込めサブ領域とがあり、特定の幅の前記分割閉じ込めサブ領域は、前記ヘテロ構造表面から特定の深さまで前記活性層の位置の深さまで到達しないように前記マスターレーザの前記活性レーザ発振領域の両側面側上に位置し、前記閉じ込めサブ領域は、前記ヘテロ構造表面から特定の深さまで前記活性層の位置の前記深さを超えるように前記分割閉じ込めサブ領域の両側面側上に位置している請求項１に記載のマルチビームコヒーレントレーザ放射のダイオード光源。
  6. 前記リニア増幅器の前記活性増幅領域は前記マスターレーザの側で少なくともその長さの一部で広がっている請求項１に記載のマルチビームコヒーレントレーザ放射のダイオード光源。
  7. ストライプ部分へ向かって当該広がっている部分の滑らかな移行がある請求項６に記載のマルチビームコヒーレントレーザ放射のダイオード光源。
  8. 前記リニア増幅器の前記活性増幅領域の各側面側は、前記ヘテロ構造表面から特定の深さまで前記活性層の位置の深さまで到達しないように配置された特定の幅の分割閉じ込めサブ領域を有している請求項１に記載のマルチビームコヒーレントレーザ放射のダイオード光源。
  9. 前記分割閉じ込めサブ領域の各側面側は、前記ヘテロ構造表面から特定の深さまで前記活性層の位置の前記深さを超えるように配置された閉じ込めサブ領域を有している請求項８に記載のマルチビームコヒーレントレーザ放射のダイオード光源。
  10. 前記直交増幅器の前記活性増幅領域は前記リニア増幅器の側で少なくともその長さの特定の一部で広がっている請求項１に記載のマルチビームコヒーレントレーザ放射のダイオード光源。
  11. ストライプ部分へ向かって当該広がっている部分の滑らかな移行がある請求項１０に記載のマルチビームコヒーレントレーザ放射のダイオード光源。
  12. 前記直交増幅器の前記活性増幅領域の各側面側は、前記ヘテロ構造表面から特定の深さまで前記活性層の位置の深さまで到達しないように配置された特定の幅の分割閉じ込めサブ領域を有している請求項１に記載のマルチビームコヒーレントレーザ放射のダイオード光源。
  13. 前記分割閉じ込めサブ領域の各側面側は、前記ヘテロ構造表面から特定の深さまで前記活性層の位置の前記深さを超えるように配置された閉じ込めサブ領域を有している請求項１２に記載のマルチビームコヒーレントレーザ放射のダイオード光源。
  14. 前記マスターレーザの前記光共振器の前記反射器から最も離れた回転要素の前記光学反射面が、基板の側で前記ヘテロ構造表面から前記クラッド層へ向かって位置している請求項１に記載のマルチビームコヒーレントレーザ放射のダイオード光源。
  15. 前記直交増幅器の増幅された放射の出力の光学ファセット上の光学反射防止膜はゼロに近い反射係数を有している請求項１に記載のマルチビームコヒーレントレーザ放射のダイオード光源。
  16. 前記回転要素の前記光学反射面はプラス４５°の傾斜角を有しており、前記光学反射面の次の回転要素の光学反射面はマイナス４５°の傾斜角を有している請求項１に記載のマルチビームコヒーレントレーザ放射のダイオード光源。
  17. 前記共通のヘテロ構造内には、ｐ型及びｎ型の高濃度にドープされた薄い層であって該ｐ型とｎ型との間にトンネル遷移を有する層によって互いに電気的に接続された少なくとも２つの活性層がある請求項１に記載のマルチビームコヒーレントレーザ放射のダイオード光源。
  18. 少なくとも各マスターレーザ、各リニア増幅器、及び、各直交増幅器は独立した抵抗コンタクトを有している請求項１に記載のマルチビームコヒーレントレーザ放射のダイオード光源。
  19. 前記回転要素から特定の距離で２回増幅されたレーザ放射の伝搬の光学軸の方向における少なくとも１つの直交増幅器の前記活性領域に沿って、幾つかのヘテロ構造層の面と４５°（絶対値）の傾斜角で交差する少なくとも１つの光学反射面を含む少なくとも１つの導入された出力要素であって前記活性層を含み且つ前記リークイン層を一部、即ちその厚みの３０％〜８０％を含む出力要素がある請求項１に記載のマルチビームコヒーレントレーザ放射のダイオード光源。
  20. 前記回転要素から最も離れた出力要素の光学反射面は基板の側で前記ヘテロ構造表面から前記クラッド層へ向かってある請求項１９に記載のマルチビームコヒーレントレーザ放射のダイオード光源。
  21. 前記マルチビームコヒーレントレーザ放射のダイオード光源は請求項２〜１８のいずれかに記載のように作製される請求項１９に記載のマルチビームコヒーレントレーザ放射のダイオード光源。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10203399B2 (en) 2013-11-12 2019-02-12 Big Sky Financial Corporation Methods and apparatus for array based LiDAR systems with reduced interference
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US10036801B2 (en) 2015-03-05 2018-07-31 Big Sky Financial Corporation Methods and apparatus for increased precision and improved range in a multiple detector LiDAR array
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4063189A (en) 1976-04-08 1977-12-13 Xerox Corporation Leaky wave diode laser
RU2134007C1 (ru) * 1998-03-12 1999-07-27 Государственное предприятие Научно-исследовательский институт "Полюс" Полупроводниковый оптический усилитель
RU2142665C1 (ru) * 1998-08-10 1999-12-10 Швейкин Василий Иванович Инжекционный лазер
JP2003078209A (ja) * 2001-09-05 2003-03-14 Fujitsu Ltd 光半導体装置
RU2197048C1 (ru) 2002-02-18 2003-01-20 Швейкин Василий Иванович Инжекционный лазер
RU2278455C1 (ru) * 2004-11-17 2006-06-20 Василий Иванович Швейкин Гетероструктура, инжекционный лазер, полупроводниковый усилительный элемент и полупроводниковый оптический усилитель
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