JPH0337877B2 - - Google Patents
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- JPH0337877B2 JPH0337877B2 JP60140048A JP14004885A JPH0337877B2 JP H0337877 B2 JPH0337877 B2 JP H0337877B2 JP 60140048 A JP60140048 A JP 60140048A JP 14004885 A JP14004885 A JP 14004885A JP H0337877 B2 JPH0337877 B2 JP H0337877B2
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- Japan
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- semiconductor laser
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- film
- laser array
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
- H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
- H01S5/4031—Edge-emitting structures
- H01S5/4068—Edge-emitting structures with lateral coupling by axially offset or by merging waveguides, e.g. Y-couplers
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は高出力動作を可能とした0°位相同期型
半導体レーザアレイ装置の構造に関するものであ
る。
半導体レーザアレイ装置の構造に関するものであ
る。
[従来技術とその問題点]
半導体レーザを高出力で動作させる場合、単体
の半導体レーザでは現在のところ実用性を考慮す
るとレーザ光の最大出力値は50mW程度で限界と
なる。
の半導体レーザでは現在のところ実用性を考慮す
るとレーザ光の最大出力値は50mW程度で限界と
なる。
そこで、複数の半導体レーザを同一基板上に平
行に並べることにより高出力化を計る半導体レー
ザアレイの研究が進められている。
行に並べることにより高出力化を計る半導体レー
ザアレイの研究が進められている。
しかしながら、複数本の屈折率導波型半導体レ
ーザを平行に光学的結合を持たせて並べ、各レー
ザに均一な利得を与えても、各半導体レーザによ
る光は、0°位相で同期する状態よりもむしろ位相
が反転した180°位相モードの方が光の電界分布と
利得分布が良く一致するので発振域値利得が小さ
くなり、定常状態において、発振してしまう。こ
れを避けるためには、180°位相モードの発振域値
利得を大きくして180°位相モードの抑制を行なう
必要があり、第5図aに示すように両へき開面5
0に分岐結合型の導波路51を有する構造の半導
体レーザアレイが提案されている。この導波路は
2本の導波路を進んできた0°位相モードの光は1
本の導波路部に進行する際に位相が同相であるた
め互に強め合うが、180°位相モードの光は逆相に
なるため互に弱められ、放射モードとなつて導波
路外に放射していくことを利用して180°位相モー
ドの損失を増大させ、その結果、180°位相モード
の発振域値利得を増大させている。
ーザを平行に光学的結合を持たせて並べ、各レー
ザに均一な利得を与えても、各半導体レーザによ
る光は、0°位相で同期する状態よりもむしろ位相
が反転した180°位相モードの方が光の電界分布と
利得分布が良く一致するので発振域値利得が小さ
くなり、定常状態において、発振してしまう。こ
れを避けるためには、180°位相モードの発振域値
利得を大きくして180°位相モードの抑制を行なう
必要があり、第5図aに示すように両へき開面5
0に分岐結合型の導波路51を有する構造の半導
体レーザアレイが提案されている。この導波路は
2本の導波路を進んできた0°位相モードの光は1
本の導波路部に進行する際に位相が同相であるた
め互に強め合うが、180°位相モードの光は逆相に
なるため互に弱められ、放射モードとなつて導波
路外に放射していくことを利用して180°位相モー
ドの損失を増大させ、その結果、180°位相モード
の発振域値利得を増大させている。
しかしながら、導波路の本数が増大していく
と、0°位相モードと180°位相モードの中間モード
の発振或値利得が最も小さくなつてしまい、0°位
相モードによる発振が出来なくなる。例えば第5
図bのレーザアレにおける0°位相モードa、180°
位相モードd、各中間モードb,cの電界Eの分
布をそれぞれ第6図a〜dに示す。
と、0°位相モードと180°位相モードの中間モード
の発振或値利得が最も小さくなつてしまい、0°位
相モードによる発振が出来なくなる。例えば第5
図bのレーザアレにおける0°位相モードa、180°
位相モードd、各中間モードb,cの電界Eの分
布をそれぞれ第6図a〜dに示す。
この図からわかるように、0°位相同期モードa
の電界Eは中央部に分布したレーザ光となり、一
方、他のアレモードb,c,dの電界Eは周辺部
に分布したレーザ光となる。
の電界Eは中央部に分布したレーザ光となり、一
方、他のアレモードb,c,dの電界Eは周辺部
に分布したレーザ光となる。
半導体レーザアレイから放射されるレーザ光の
遠視野像は0°位相同期状態では単峰性の強度分布
を示し、レンズで単一の微小スポツトに絞ること
ができるが、180°位相同期モード及び各中間モー
ド状態では遠視野像が複数の双峰性のピークとな
りレンズで単一のスポツトに絞ることはできな
い。
遠視野像は0°位相同期状態では単峰性の強度分布
を示し、レンズで単一の微小スポツトに絞ること
ができるが、180°位相同期モード及び各中間モー
ド状態では遠視野像が複数の双峰性のピークとな
りレンズで単一のスポツトに絞ることはできな
い。
レーザ光を単一のスポツトに絞れないと各種光
学系との結合に不都合が生じ、光通信、光デイス
クシステム等の光源としての実用性が阻害される
ことになる。
学系との結合に不都合が生じ、光通信、光デイス
クシステム等の光源としての実用性が阻害される
ことになる。
従つて半導体レーザアレイが0°位相同期して発
振するように、即ち0°位相周期モードの発振利得
が180°位相同期モード及び中間モードよりも高く
なるように技術的手段を駆使して通信用光源等と
しての利用価値を確保することが半導体レーザア
レイ装置に対して強く要望されている。
振するように、即ち0°位相周期モードの発振利得
が180°位相同期モード及び中間モードよりも高く
なるように技術的手段を駆使して通信用光源等と
しての利用価値を確保することが半導体レーザア
レイ装置に対して強く要望されている。
[発明の目的]
本発明は平行にならびかつ互いがなめらかに結
合された複数本の屈折率導波型半導体レーザが0°
位相同期して発振し、単峰性の放射パターンで高
出力のレーザ光を放射する半導体レーザアレイ装
置を提供することを目的とする。
合された複数本の屈折率導波型半導体レーザが0°
位相同期して発振し、単峰性の放射パターンで高
出力のレーザ光を放射する半導体レーザアレイ装
置を提供することを目的とする。
[発明の構成]
本発明の半導体レーザアレイ装置は複数の屈折
率導波型活性導波路を有し、且つ前記導波路が互
いになめらかに光学的に平行結合されている半導
体レーザアレイ装置であつて、少なくとも一方の
活性導波路のへき開面の中央部における反射率を
周辺部における反射率よりも大きくしたことを特
徴とする。
率導波型活性導波路を有し、且つ前記導波路が互
いになめらかに光学的に平行結合されている半導
体レーザアレイ装置であつて、少なくとも一方の
活性導波路のへき開面の中央部における反射率を
周辺部における反射率よりも大きくしたことを特
徴とする。
[実施例]
以下、本発明の1実施例を第1図に示すような
平坦な活性層を有するGaAs−GaAlAs系半導体
レーザアレイを用いて説明する。
平坦な活性層を有するGaAs−GaAlAs系半導体
レーザアレイを用いて説明する。
p−GaAs基板1上にLPE(液相エピキシヤル
成長)法などの結晶成長法により、逆極性接合と
なるn−GaAs電流阻止層2を成長させる。次に
フオトリソグラフイとエツチング技術により、V
字形溝3を電流阻止層2表面から基板1内へ達す
る深さ迄形成する。V字形溝3を形成することに
より基板1上から電流阻止層2の除去された部分
が電流の通路となる。再度、LPE法を用いて溝
付きの基板1上にp−AlxGa1−xAsクラツド層
4、pまたはn−AlyGa1−yAs活性層5、n−
AlxGa1−xAsクラツド層6を順次成長させダブ
ルヘテロ接合を介する活性層5を得る。ただし、
上記クラツド層4,6において、x>yである。
さらに、この上にn+GaAsキヤツプ層7を連続的
に成長させてレーザ動作用の多層結晶構造を構成
し、基板側にp型抵抗性電極8を、成長層側即ち
キヤツプ層7上にn型抵抗性電極9を形成した
後、共振器長が200〜300μmとなるように前記溝
3と直角にへき(劈)開する。
成長)法などの結晶成長法により、逆極性接合と
なるn−GaAs電流阻止層2を成長させる。次に
フオトリソグラフイとエツチング技術により、V
字形溝3を電流阻止層2表面から基板1内へ達す
る深さ迄形成する。V字形溝3を形成することに
より基板1上から電流阻止層2の除去された部分
が電流の通路となる。再度、LPE法を用いて溝
付きの基板1上にp−AlxGa1−xAsクラツド層
4、pまたはn−AlyGa1−yAs活性層5、n−
AlxGa1−xAsクラツド層6を順次成長させダブ
ルヘテロ接合を介する活性層5を得る。ただし、
上記クラツド層4,6において、x>yである。
さらに、この上にn+GaAsキヤツプ層7を連続的
に成長させてレーザ動作用の多層結晶構造を構成
し、基板側にp型抵抗性電極8を、成長層側即ち
キヤツプ層7上にn型抵抗性電極9を形成した
後、共振器長が200〜300μmとなるように前記溝
3と直角にへき(劈)開する。
次に両へき開面にAl2O3膜あるいはアモルフア
スSi膜を電子ビーム蒸着法で被覆して、レーザ面
ミラーを形成する。この時単層のAl2O3膜あるい
は多層のAl2O3膜とアモルフアスSi膜で構成され
る反射膜における各層の厚さを適当に変えること
によつて反射膜の反射率を約2%〜95%まで任意
に設定することができる。本実施例ではλ/4厚
(λ:発振波長)のAl2O3膜とλ/4厚のAl2O3膜
を用いていて、それぞれの反射率を約2%と約32
%としている。このために、まず、第2図で示す
ように、両へき開面10にλ/4厚のAl2O3膜1
1を電子ビーム蒸着法で形成し、次に周知のホト
リソグラフイ技術によつてAl2O3膜11のコーテ
イングされたへき開面上の周辺部の活性導波路部
w1,w2,w3,w4にレジスト膜12を形成した
後、再度λ/4厚のAl2O3膜13を被覆する。次
に第3図に示すように、レジスト膜12をリムー
バーで除去することによつて、中央部の活性導波
路w2,w3,wbの両へき開面10上にはλ/4厚
のAl2O3膜(反射率32%)、そして、周辺部の活
性導波路w1,w4,wa,wc上にはλ/4厚の
Al2O3膜(反射率2%)の共振器ミラーが形成さ
れることになる。
スSi膜を電子ビーム蒸着法で被覆して、レーザ面
ミラーを形成する。この時単層のAl2O3膜あるい
は多層のAl2O3膜とアモルフアスSi膜で構成され
る反射膜における各層の厚さを適当に変えること
によつて反射膜の反射率を約2%〜95%まで任意
に設定することができる。本実施例ではλ/4厚
(λ:発振波長)のAl2O3膜とλ/4厚のAl2O3膜
を用いていて、それぞれの反射率を約2%と約32
%としている。このために、まず、第2図で示す
ように、両へき開面10にλ/4厚のAl2O3膜1
1を電子ビーム蒸着法で形成し、次に周知のホト
リソグラフイ技術によつてAl2O3膜11のコーテ
イングされたへき開面上の周辺部の活性導波路部
w1,w2,w3,w4にレジスト膜12を形成した
後、再度λ/4厚のAl2O3膜13を被覆する。次
に第3図に示すように、レジスト膜12をリムー
バーで除去することによつて、中央部の活性導波
路w2,w3,wbの両へき開面10上にはλ/4厚
のAl2O3膜(反射率32%)、そして、周辺部の活
性導波路w1,w4,wa,wc上にはλ/4厚の
Al2O3膜(反射率2%)の共振器ミラーが形成さ
れることになる。
このようにへき開面10上に異なる誘電膜を形
成することにより、へき開面10の反射率が活性
導波路Wの中央部で高く、活性導波路Wの周辺部
で低くなる。
成することにより、へき開面10の反射率が活性
導波路Wの中央部で高く、活性導波路Wの周辺部
で低くなる。
従つて、共振器ミラーによる損失は、0°位相同
期モードでは第6図aに示したように中央部の活
性導波路Wに分布する電界の割合が大きいので、
共振器ミラーによる損失は少なく、一方他のアレ
イモードにおいては周辺部の活性導波路Wに多く
分布しているので、損失は大きくなる。
期モードでは第6図aに示したように中央部の活
性導波路Wに分布する電界の割合が大きいので、
共振器ミラーによる損失は少なく、一方他のアレ
イモードにおいては周辺部の活性導波路Wに多く
分布しているので、損失は大きくなる。
この結果、0°位相同期モードの全体としての損
失は他のアレイモードに比べて少なく、発振域値
利得も小さくなるため、第4図で示すように、0°
位相で同期したレーザ光を安定して出力すること
ができる。
失は他のアレイモードに比べて少なく、発振域値
利得も小さくなるため、第4図で示すように、0°
位相で同期したレーザ光を安定して出力すること
ができる。
この時、各導波路間のエバネツセント波を利用
して光学的に結合している方が安定な0°位相同期
モードが得られるが、各活性導波路が均一にでき
ていれば、エバネツセント波を利用した光学的結
合は必ずしも必要ではない。
して光学的に結合している方が安定な0°位相同期
モードが得られるが、各活性導波路が均一にでき
ていれば、エバネツセント波を利用した光学的結
合は必ずしも必要ではない。
第5図bに示す活性導波路構造のアレイで、活
性導波路Wが4μm、中間領域幅Wsが1μm、中央
部の活性導波路部のへき開端面反射率32%、周辺
部の活性導波路部のへき開端面反射率2%に設定
した半導体レーザアレイ装置を試作した場合、発
振域値電流は120〜150mA、出力130mWまで0°
位相同期モードで発振し、他の位相同期モードの
発振を抑制することができた。
性導波路Wが4μm、中間領域幅Wsが1μm、中央
部の活性導波路部のへき開端面反射率32%、周辺
部の活性導波路部のへき開端面反射率2%に設定
した半導体レーザアレイ装置を試作した場合、発
振域値電流は120〜150mA、出力130mWまで0°
位相同期モードで発振し、他の位相同期モードの
発振を抑制することができた。
尚、本発明の半導体レーザアレイは上述した屈
折率型導波路構造に限らずリツヂ構造型あるいは
埋込み構造型等の屈折率型導波路に適用できるこ
とはいうまでもない。さらにGaAlAs−GaAs系
に限らずInP−InGaAsP系、その他の材料を用い
た半導体レーザに適用することができる。
折率型導波路構造に限らずリツヂ構造型あるいは
埋込み構造型等の屈折率型導波路に適用できるこ
とはいうまでもない。さらにGaAlAs−GaAs系
に限らずInP−InGaAsP系、その他の材料を用い
た半導体レーザに適用することができる。
[発明の効果]
以上説明したように、この発明は、半導体レー
ザアレイ装置のへき開面における中央部での反射
率が周辺部における反射率よりも高くなるように
し、たとえば0°位相同期モードの発振域値利得を
他のアレイモードにおける利得よりも小さくした
ので0°位相で同期したレーザ光を安定して放射す
ることができる。これによりレンズ等により微小
面積の単一のスポツトに絞ることができ、解像度
のすぐれた各種のレーザ光応用機器の実現が可能
となる。
ザアレイ装置のへき開面における中央部での反射
率が周辺部における反射率よりも高くなるように
し、たとえば0°位相同期モードの発振域値利得を
他のアレイモードにおける利得よりも小さくした
ので0°位相で同期したレーザ光を安定して放射す
ることができる。これによりレンズ等により微小
面積の単一のスポツトに絞ることができ、解像度
のすぐれた各種のレーザ光応用機器の実現が可能
となる。
第1図は本発明の1実施例を示す半導体レーザ
アレイ装置の断面図、第2図及び第3図は第1図
におけるへき開面上に反射膜を形成する過程を示
す平面図、第4図は本発明の実施例により得られ
たレーザ光の強度分布を示す図、第5図a,bは
従来の半導体レーザアレイ装置における分岐結合
型導波路を示す図、第6図は第5図bにおける各
位相同期モードの電界分布を示す図である。 10……へき開面、11,13……Al2O3膜、
12……レジスト膜、W……活性導波路。
アレイ装置の断面図、第2図及び第3図は第1図
におけるへき開面上に反射膜を形成する過程を示
す平面図、第4図は本発明の実施例により得られ
たレーザ光の強度分布を示す図、第5図a,bは
従来の半導体レーザアレイ装置における分岐結合
型導波路を示す図、第6図は第5図bにおける各
位相同期モードの電界分布を示す図である。 10……へき開面、11,13……Al2O3膜、
12……レジスト膜、W……活性導波路。
Claims (1)
- 1 複数の屈折率導波型活性導波路を有し、且つ
前記導波路が互いになめらかに光学的に平行結合
されている半導体レーザアレイ装置であつて、少
なくとも一方の活性導波路のへき開面の中央部に
おける反射率を周辺部における反射率よりも大き
くしたことを特徴とする半導体レーザアレイ装
置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60140048A JPS61296785A (ja) | 1985-06-25 | 1985-06-25 | 半導体レ−ザアレイ装置 |
| US06/876,223 US4772082A (en) | 1985-06-25 | 1986-06-19 | Semiconductor laser array device |
| GB08614932A GB2176939B (en) | 1985-06-25 | 1986-06-19 | A semiconductor laser array device |
| DE19863621198 DE3621198A1 (de) | 1985-06-25 | 1986-06-25 | Halbleiter-laseranordnung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60140048A JPS61296785A (ja) | 1985-06-25 | 1985-06-25 | 半導体レ−ザアレイ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61296785A JPS61296785A (ja) | 1986-12-27 |
| JPH0337877B2 true JPH0337877B2 (ja) | 1991-06-06 |
Family
ID=15259768
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60140048A Granted JPS61296785A (ja) | 1985-06-25 | 1985-06-25 | 半導体レ−ザアレイ装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4772082A (ja) |
| JP (1) | JPS61296785A (ja) |
| DE (1) | DE3621198A1 (ja) |
| GB (1) | GB2176939B (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6215877A (ja) * | 1985-07-12 | 1987-01-24 | Sharp Corp | 半導体レ−ザアレイ装置 |
| JPS6392079A (ja) * | 1986-10-07 | 1988-04-22 | Sharp Corp | 半導体レ−ザアレイ装置 |
| US4852113A (en) * | 1986-10-21 | 1989-07-25 | Trw Inc. | Laser array with wide-waveguide coupling region |
| US4866724A (en) * | 1986-10-21 | 1989-09-12 | Trw Inc. | Wide-waveguide interferometric array with interelement losses |
| JPS63199480A (ja) * | 1987-02-16 | 1988-08-17 | Sharp Corp | 半導体レ−ザ走査装置 |
| JPH06103775B2 (ja) * | 1987-07-31 | 1994-12-14 | シャープ株式会社 | 半導体レ−ザアレイ装置 |
| US5050180A (en) * | 1989-10-10 | 1991-09-17 | Trw Inc. | Phase-locked arrays of coupled X-junctions |
| US6577658B1 (en) | 1999-09-20 | 2003-06-10 | E20 Corporation, Inc. | Method and apparatus for planar index guided vertical cavity surface emitting lasers |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5411117B2 (ja) * | 1972-02-23 | 1979-05-11 | ||
| GB1407351A (en) * | 1973-02-06 | 1975-09-24 | Standard Telephones Cables Ltd | Injection lasers |
| US4255717A (en) * | 1978-10-30 | 1981-03-10 | Xerox Corporation | Monolithic multi-emitting laser device |
| JPS55115386A (en) * | 1979-02-26 | 1980-09-05 | Hitachi Ltd | Semiconductor laser unit |
| JPS55595A (en) * | 1979-06-01 | 1980-01-05 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | Data imprinting device of camera |
| US4536940A (en) * | 1981-06-12 | 1985-08-27 | At&T Bell Laboratories | Method of making a loss stabilized buried heterostructure laser |
| US4603421A (en) * | 1982-11-24 | 1986-07-29 | Xerox Corporation | Incoherent composite multi-emitter laser for an optical arrangement |
| US4594718A (en) * | 1983-02-01 | 1986-06-10 | Xerox Corporation | Combination index/gain guided semiconductor lasers |
| US4641311A (en) * | 1983-12-20 | 1987-02-03 | Rca Corporation | Phase-locked semiconductor laser array with integral phase shifters |
| US4624000A (en) * | 1984-11-01 | 1986-11-18 | Xerox Corporation | Phased array semiconductor lasers with preferred emission in a single lobe |
-
1985
- 1985-06-25 JP JP60140048A patent/JPS61296785A/ja active Granted
-
1986
- 1986-06-19 US US06/876,223 patent/US4772082A/en not_active Expired - Lifetime
- 1986-06-19 GB GB08614932A patent/GB2176939B/en not_active Expired
- 1986-06-25 DE DE19863621198 patent/DE3621198A1/de active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3621198C2 (ja) | 1992-10-08 |
| GB8614932D0 (en) | 1986-07-23 |
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