JP2016534547A - レーザーデバイスのための密封されたコンテナ - Google Patents
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Abstract
Description
該第一コンテナは外部空間から該内部空間を密封(または気密またはハーメチックシール)し、
該第一コンテナは少なくとも1つの第一貫通開口部を備える少なくとも1つのコンテナ壁(またはコンテナウォール)を含み、
該少なくとも1つの第一貫通開口部は:
外部空間から内部空間への光学的励起ビームの通過および/または、
内部空間から外部空間へのレーザー放射ビームの通過に適応し、
該第一コンテナはシーリングミラー(または封止ミラー)を含み、
該少なくとも1つの第一貫通開口部は該シーリングミラーによって密封され、
該シーリングミラーは、内部空間の垂直外部共振器面発光レーザーデバイスの外部共振器(または外部キャビティ)の一部を構成するように適応される、
第一コンテナによって達成される。
外部空間から内部空間への光学的励起ビームの通過または
内部空間から外部空間へのレーザー放射ビームの通過
に適応される。
本明細書に記載されるような第一コンテナ;および
該第一コンテナの内部空間内に収容される少なくとも1つの活性領域を備える垂直外部共振器面発光レーザーデバイスを含むレーザーデバイスであって、
垂直外部共振器面発光レーザーデバイスの外部共振器が部分的にシーリングミラーおよび少なくとも1つの第二ミラーで構成され
シーリングミラーが少なくとも1つの第一貫通開口部を密封する、
レーザーデバイスを提供する。
シーリングミラーおよび少なくとも1つの第一貫通開口部;および/または
第二ミラーおよび少なくとも1つの第二貫通開口部
を通して、内部空間から外部空間へレーザー放射ビームを供給するように適応されるか、または作られる。
第二ミラーおよび少なくとも1つの第二貫通開口部;または
シーリングミラーおよび少なくとも1つの第一貫通開口部
を通して供給してもよい。
1)内部空間温度が約0℃に保持され、第二コンテナの温度が約20℃であり、および外側温度(環境温度)が約−15℃〜約40℃のあいだで維持される。この温度設定は、接着剤を、その塗布時から常に、一定の温度に保持することができるため有益である。さらに、このデバイスは外側(環境)温度よりも高温で運転させることができる。
2)内部空間温度が約0℃に保持され、第二コンテナの温度が約2℃であり、および外側温度(環境温度)が約−15℃〜約20℃のあいだで維持される。この温度設定は、活性領域またはレーザーデバイスの近くの温度差が((1)の温度設定と比較して)比較的小さいために有益である。
3)温度の(例えば内部空間温度の)任意の変化が約20℃に保持され、第二コンテナの温度が40℃である。この温度設定は、例えば、高温環境に(例えば、約40℃または40℃を越える温度を有する砂漠において)適応される場合に有益である。
ポンピング光学素子をアラインメントするためのプロセスが、1つの封止されたパッケージの外側で、すなわち第一コンテナの外側で行われる場合に、著しく簡易化される。操作および固定化がマイクロメートルの精度における標準的な工具によりなされ得る。長期間にわたる全体の機械的安定性が向上する。;
増加した機械的安定性によって、および損失が生じる不必要な相互作用(またはインターフェース)を除くことによって、デバイス効率および出力特性が向上する。;
より小さい光学素子の寸法および追加の窓の省略により、パッケージされたデバイスのサイズおよび重さが低減される。;
2つの温度安定化(第一コンテナおよび第二コンテナの温度安定化)が半導体層および光学的共振器に使用される場合に、放出されたレーザー波長の安定性が増加される。;および/または
デバイスの効率および出力特性は、意図された動作温度におけるポンピング光学素子のアラインメントによりさらに改善される。
a)第一コンテナの内部空間に、第二ミラーと活性層とを含む少なくとも1つのレーザーチップを挿入すること、さらに第二チップの上に設けられたシーリングミラーと、存在する場合には冷却デバイスと、存在する場合には長さ変更デバイスと、存在する場合には機械的部材とを挿入すること;および
それら(すなわちレーザーチップ等)をアタッチメントとして、はんだ付けおよび/または接着技術を用いて、第一コンテナに、直接または間接に取り付けること;および
b)取り付け工程のためにのみ必要な任意の機械的部材を、必要であれば第一コンテナの追加の専用の開口部を通して、取り除くこと;
c)第一コンテナの内部空間から、好ましくは加熱により、水分を取り除き、乾燥空気または乾燥ガスを充填し、および全ての貫通開口部と、存在する場合には追加の専用の開口部とを密封すること;および
d)光学的ポンプデバイスを外部空間に、好ましくは第一コンテナの上に、配置及び取り付けすること、ここで該取り付けは、好ましくは接着により行われ、好ましくは特定の温度で、より好ましくは実質的に20℃で実施される;
e)存在する場合には、第二コンテナに全ての該アタッチメントを備える第一コンテナを組み入れること、ここで第二コンテナは好ましくは第一コンテナを水分フリー雰囲気に保持し、および/または該特定の温度に、好ましくは0℃〜25℃の範囲の温度に、好ましくは実質的に0℃または0℃を下回る温度または0℃〜20℃のあいだの温度に保持する。
1 第一コンテナ
10 第二コンテナ
11 トップ素子
12 ボトム素子
2 外部共振器
20 共振器長さ
21 シーリングミラー
22 第二ミラー
23 第一貫通開口部/窓
24 第二貫通開口部/窓
25 密封部(または封止部または封止板)
3 内部空間
4 外部空間
5 レーザーデバイス
50 垂直外部共振器面発光レーザーデバイス
51 活性領域
55 発光ダイオードを備える光学的ポンプデバイス
56 55の本体
57 焦点レンズ
6 冷却デバイス
60 ペルチェ素子
61 金属層
62 ヒートリンク
63 支持層
7 励起ビーム
8 放射ビーム
9 圧電素子を備える長さ変更デバイス
91 圧電性結晶素子
Claims (14)
- 垂直外部共振器面発光レーザーデバイス(50)を収容するための内部空間(3)を備える第一コンテナ(1)であって、
該第一コンテナ(1)は外部空間(4)から該内部空間(3)を密封し、
該第一コンテナ(1)は少なくとも1つの第一貫通開口部(23)を備える少なくとも1つのコンテナ壁を含み、
該少なくとも1つの第一貫通開口部(23)は:
外部空間(4)から内部空間(3)への光学的励起ビーム(7)の通過および/または、
内部空間(3)から外部空間(4)へのレーザー放射ビーム(8)の通過
に適応され、
該第一コンテナ(1)がシーリングミラー(21)を含み、該少なくとも1つの第一貫通開口部(23)は該シーリングミラー(21)により密封され、および該シーリングミラー(21)が内部空間(3)で垂直外部共振器面発光レーザーデバイス(50)の外部共振器(2)の一部を構成するように適応されることを特徴とする、第一コンテナ(1)。 - 第一コンテナ(1)が、少なくとも1つの第二貫通開口部(24)を有し、該少なくとも1つの第二貫通開口部(24)が封止部(25)で密封され、および
外部空間(4)から内部空間(3)への光学的励起ビーム(7)の通過または
内部空間(3)から外部空間(4)へのレーザー放射ビーム(8)の通過
に適応される、請求項1に記載の第一コンテナ(1)。 - 冷却デバイス(6)が内部空間(3)内に収容され、該冷却デバイス(6)が内部空間(3)を、好ましくはシーリングミラー(21)を含め、好ましくは垂直外部共振器面発光レーザーデバイス(50)を含め、20℃を下回る温度まで、好ましくは5℃を下回る温度まで、最も好ましくは0℃以下まで冷却するように適応され、冷却デバイス(6)が好ましくはペルチェ素子(60)を含む、請求項1または2に記載の第一コンテナ(1)。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の第一コンテナ(1)と、
該第一コンテナ(1)の内部空間(3)内に収容された、少なくとも1つの活性領域(51)を備える垂直外部共振器面発光レーザーデバイス(50)と
を含むレーザーデバイス(5)であって、
垂直外部共振器面発光レーザーデバイス(50)の外部共振器(2)が、シーリングミラー(21)と少なくとも1つの第二ミラー(22)とによって部分的に構成され、
シーリングミラー(21)が、少なくとも1つの第一貫通開口部(23)を密封する、レーザーデバイス(5)。 - 垂直外部共振器面発光レーザーデバイス(50)からレーザー放射ビーム(8)を
シーリングミラー(21)と少なくとも1つの第一貫通開口部(23)とを通して;または
第二ミラー(22)と、存在する場合には、少なくとも1つの第二貫通開口部(24)とを通して
内部空間(3)から外部空間(4)へ供給するように適応される、請求項4に記載のレーザーデバイス(5)。 - 垂直外部共振器面発光レーザーデバイス(50)が、光学的ポンプデバイス(55)により光学的に励起されるように適応され、光学的ポンプデバイス(55)が外部空間(4)に収容され、好ましくは第一コンテナ(1)に取り付けられ、および光学的励起ビーム(7)が:
第二ミラー(22)および、存在する場合には、少なくとも1つの第二貫通開口部(24);または
シーリングミラー(21)および少なくとも1つの第一貫通開口部(23)
を通して供給される、請求項4または5に記載のレーザーデバイス(5)。 - 光学的ポンプデバイス(55)が発光ダイオードを含み、発光ダイオードの、焦点レンズ(57)の焦点面から垂直外部共振器面発光レーザーデバイス(50)の活性領域(51)まで及ぶ焦点距離が、0.5〜3ミリメートルの範囲にある、請求項6に記載のレーザーデバイス(5)。
- シーリングミラー(21)と少なくとも1つの第一貫通開口部(23)とを通過する光学的励起ビーム(7)を有するように適応され、および/または第二ミラー(22)と少なくとも1つの第二貫通開口部(24)とを通過するレーザー放射ビーム(8)を有するように適応される、請求項6または7に記載のレーザーデバイス(5)。
- レーザーデバイス(5)が、少なくとも垂直外部共振器面発光レーザーデバイス(50)の活性領域(51)を、実質的に0℃以下に冷却するように適応される冷却デバイス(6)を含み、
該冷却デバイス(6)は少なくとも1つの冷却素子(60)を含み、この冷却素子(60)は好ましくはペルチェ素子であり、および該冷却素子(60)は垂直外部共振器面発光レーザーデバイス(50)の上または第一コンテナ(1)の内部表面の上に配置され、後者の場合には、好ましくは、冷却素子(60)と垂直外部共振器面発光レーザーデバイス(50)との間にコールドフィンガが配置され、および/または
冷却デバイス(6)の、垂直外部共振器面発光レーザーデバイス(50)または第一コンテナ(1)へのよりよい冷却接触を生じさせるために、追加の金属層(61)が冷却素子(60)の上に配置される、請求項4〜8のいずれか一項に記載のレーザーデバイス(5)。 - 外部共振器(2)の共振器長さ(20)が単一モード発光に適する長さか、またはマルチモード発光に適する長さを有し、好ましくは、外部共振器(2)を所定の発光モードに、好ましくは単一モード発光に調節するために、追加の光学的素子が設けられる、請求項4〜9のいずれか一項に記載のレーザーデバイス(5)。
- 外部共振器(2)の共振器長さ(20)を変更するために、長さ変更デバイス(9)が第一コンテナ(1)内に配置され、好ましくは、該長さ変更デバイス(9)が少なくとも長さ変更素子(91)を含み、長さ変更素子が好ましくは圧電素子であり、
および/または
該長さ変更デバイス(9)が、好ましくは、シーリングミラー(21)と第一コンテナ(1)との間、または第二ミラー(22)と第一コンテナ(1)との間に配置される、請求項4〜10のいずれか一項に記載のレーザーデバイス(5)。 - ミラー(21,22)、貫通開口部封止部および/または活性領域(51)が、くさび形状を有するように構成され、1つのミラー(21;22)、貫通開口部(23;24)、または活性領域(51)の対向する表面が、互いに対して好ましくは実質的に0.5〜2°傾き、および/または、くさび形素子(21;22;23;24;51)が、他の1つに対して、それぞれの表面に実質的に垂直な軸の周りに、好ましくは実質的に90°回転される、請求項4〜11のいずれか一項に記載のレーザーデバイス(5)。
- レーザーデバイス(5)が第二コンテナ(10)を含み、該第二コンテナ(10)に第一コンテナ(1)が完全に収容され、好ましくは、該第二コンテナ(10)が水分フリーの雰囲気を含み、および/または、該第二コンテナ(10)内の温度が所定の温度に、好ましくは実質的に20℃に対して安定化される、請求項4〜12のいずれか一項に記載のレーザーデバイス(5)。
- 請求項4〜13のいずれか一項に記載のレーザーデバイス(5)の組立て方法であって、工程:
a) 活性領域(51)と第二ミラー(22)とを含む少なくとも1つのレーザーチップを挿入すること、およびさらに、第一コンテナ(1)の内部空間(3)にシーリングミラー(21)、存在する場合には冷却デバイス(6)、および存在する場合には長さ変更デバイス(9)、および存在する場合には機械的部材を挿入すること;および
はんだ付けおよび/または接着技術を用いて、それらをアタッチメント(22,21,50;6;9)として第一コンテナ(1)に直接または間接に取り付けること;および
b) 組立ての目的のためにのみ必要な任意の機械的部材を、必要であれば第一コンテナ(1)の追加の専用の開口部を通して、取り除くこと
c) 第一コンテナ(1)の内部空間(3)から、好ましくは加熱により、水分を取り除き、乾燥空気または乾燥ガスを充填し、および全ての貫通開口部(23;24)と、存在する場合には追加の専用の開口部とを密封すること;および
d) 光学的ポンプデバイス(55)を外部空間(4)に、好ましくは第一コンテナ(1)の上に、配置及び取り付けすることであり、ここで該取り付けは、好ましくは接着工程により、好ましくは特定の温度で、好ましくは実質的に20℃で実施されること;および
e) 全ての該アタッチメント(22,21,50;6;9)を備える第一コンテナ(1)を、存在する場合には、第二コンテナ(10)に組み入れることであり、ここで第二コンテナ(10)は好ましくは第一コンテナ(1)を水分フリー雰囲気に保持し、および/または該特定の温度に、より好ましくは0℃〜20℃の間の温度に保持すること
を含むか、またはこれらの工程から成る方法。
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FILL, M. ET AL.: "IV-VI mid-infrared VECSEL on Si-substrate", PROC. OF SPIE, vol. 8242, JPN7019002848, 14 February 2012 (2012-02-14), pages 82420 - 1, XP055077273, ISSN: 0004273236, DOI: 10.1117/12.905643 * |
RAHIM, M. ETA AL.: "Continuously tunable singlemode VECSEL at 3.3 μm wavelength for spectroscopy", ELECTRONICS LETTERS, vol. 47, no. 8, JPN6019034408, 1 September 2011 (2011-09-01), ISSN: 0004273235 * |
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