KR20120053044A - 각도-선택 피드백을 갖는 수직 캐비티 표면 방출 레이저 디바이스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 넓은 영역의 VCSEL(101) 및 상기 레이저로부터 방출된 레이저 방사에 대한 각도-선택 피드백을 제공하는 적어도 하나의 광학 피드백 요소(201, 301)를 포함하는 레이저 디바이스에 관한 것이다. 각도-선택 피드백은 상기 광학 축(601) 상에서 방출된 레이저 방사에 대한 것보다 상기 레이저의 광학 축(601)에 대해 θ＞0인 각도로 방출된 레이저 방사의 적어도 하나의 부분에 대해 더 높다. 본 발명은 또한 원하는 각도 분포(501, 502)에서 넓은 영역의 VCSEL의 레이저 방사를 안정화하는 방법을 소개한다. 제안된 디바이스 및 방법으로, 넓은 영역의 VCSEL의 강도 분포는 원하는 형상, 예를 들어, 링 형상으로 안정화될 수 있다.

Description

각도-선택 피드백을 갖는 수직 캐비티 표면 방출 레이저 디바이스{A VERTICAL CAVITY SURFACE EMITTING LASER DEVICE WITH ANGULAR-SELECTIVE FEEDBACK}
본 발명은 적어도 하나의 넓은 영역의 VCSEL(vertical cavity surface emitting laser) 및 상기 레이저로부터 방출된 레이저 방사에 대한 각도-선택 피드백을 제공하는 적어도 하나의 광학적 피드백 요소를 포함하는 레이저 디바이스에 관한 것이다. 본 발명은 또한 각도-선택 광학 피드백에 의해 넓은 영역의 VCSEL의 레이저 방출을 안정화시키는 방법에 관한 것이다.
고 전력 다이오드 레이저들은 컷팅, 용접 또는 땜납과 같은 재료 가공뿐 아니라 의학 분야에서도 응용들이 증가하고 있다. 또한 VCSEL은 오늘날 디바이스 당 더 높은 출력 전력에 도달하고, 2-차원 배열 등의 쉬운 확장성을 제공한다.
레이저들의 방출은 보통 가우시안 모드들(Gaussian modes)의 관점으로 설명되고, 대부분의 레이저들은 기초 가우시안 강도 분포(fundamental Gaussian intensity distribution)를 가지도록 설계된다. 그러나, 많은 레이저 응용들에서 대해서, 특히 재료 가공 또는 의학 분야에서는 동작 평면, 예를 들어, 탑-햇 원형(top-hat circular) 또는 직사각형 형상들 또는 링 구조체들에서 서로 다른 강도 분포들이 요구된다. 하나 또는 몇개의 렌즈 배열들 및 적어도 하나의 푸리에 렌즈(Fourier lens)로 이루어진 빔 호모지나이저(beam homogenizer)가 원하는 강도 분포에 대해 레이저 빔을 형상화하도록 적용될 수 있지만, 빔 내에 주의 깊게 정렬되어야 한다. 추가적으로, 레이저 빔의 간섭성(coherence) 때문에 원하지 않는 아티팩트가 나타날 수 있다. 더욱이, 링 프로파일들은 빔 호모지나이저에 의한 현저한 전력 손실을 통해서만 실현될 수 있다. 특히, 그러한 링 형상의 강도 프로파일들은 재료 가공 및 의학 분야 응용들에서 유리할 수 있다. 예를 들어, 링 프로파일들은 원형 용접 이음매 상에 레이저 빔을 스캐닝하는 것을 막기 위해 플라스틱 용접시에 사용될 수 있다. 또 다른 예는 높은 열 전도성을 갖는 재료들을 가열하는 것이다. 만약, 사용된 레이저 빔이 탑-햇 강도 분포를 가진다면, 워크피스(workpiece)의 표면상의 온도 분포는 가장자리가 냉각이 더 잘되기 때문에 중간 부분에서 피크치가 된다. 매치된 링 형상의 레이저 빔으로, 원형 영역을 균일하게 가열하여 중간 피크치를 막을 수 있다.
작은 영역의 VCSEL들은 가우스 모드들을 방출하는 것으로 알려져 있다. 출력 전력들이 높을수록 더 넓은 활성 영역들에 의해 달성될 수 있지만, 그 후 분포들에 대한 방출 변화들은 푸리에 모드들에 의해 가장 잘 설명된다. 그러한 넓은 영역의 VCSEL들에 대해, 레이저 방사의 방출 각도는 공명(cavity resonance)과 광학 이득 피크치의 디튜닝(detuning)뿐 아니라, 몇몇의 에탈론 효과(etalon effect)들에 달려있다. 넓은 영역의 VCSEL들은 주로, 온도, 구동 전류 및 레이저의 디자인에 매우 민감하게 의존하는 하나 이상의 별개의 각도로 방출하는 경향이 있다. 그러나 이러한 의존성은, 디튜닝이 변화함에 따라, 전류 또는 온도를 변화시키게 되므로 원거리장(far field)의 이동(shift)을 가져온다.
본 발명의 목적은, 원거리장에서의 원하는 그리고 안정된 강도 분포를 가지는 레이저 방사를 방출하도록 쉽게 설계될 수 있는 레이저 디바이스 및 원하는 각도 분포에서 VCSEL의 레이저 방출을 안정화시키기 위한 방법을 제공하는 것이다.
이 목표는 청구항 제1항에 따른 레이저 디바이스 및 제14항에 따른 방법으로 달성된다. 레이저 디바이스 및 방법의 유리한 실시예들은 종속 청구항들의 청구 대상이거나, 후속하는 상세한 설명 부분들에 기술된다.
제안된 레이저 디바이스는 광학 축을 가지는 적어도 하나의 넓은 영역의 VCSEL 및 상기 레이저로부터 방출된 레이저 방사에 대한 각도-선택 피드백(angular-selective feedback)을 제공하는 적어도 하나의 광학 피드백 요소를 포함한다. 피드백 요소에 의해 제공된 각도-선택 피드백은 상기 광학 축 상에서 방출된 레이저 방사보다 상기 광학 축에 대해 θ>0인 각도로 방출된 레이저 방사의 적어도 하나의 부분에서 더 높다.
따라서, 본 발명은 하나 또는 몇몇의 넓은 영역의 VCSEL들을 사용하는 것 및 각도-선택 피드백을 적용함으로써 이들 VCSEL들의 원하는 각도 분포로의 방출을 안정화시키는 것을 제안한다. 넓은 영역의 VCSEL은 레이저 방출이 푸리에 모드들에 의해 지배되는 VCSEL이다. 그러한 넓은 영역의 VCSEL은 통상적으로 ≥80μ㎡, 바람직하게는 ≥300μ㎡인 방출 영역을 가진다. 광학 축 상에서 방출된 레이저 방사에 대한 작은 영역의 VCSEL의 단일 기본 모드를 안정화시키는 것이 공지되어 있지만, 놀랍게도 본 발명의 발명자들은 ＞0인 방출 각도에서의 각도-선택 피드백이 광 범위한 구동 전류들 및 온도들에 대한 넓은 영역의 VCSEL을 이용하여 안정한 방출 패턴들을 산출한다는 것을 발견하였다. 이 각도-선택 피드백에 의해, 레이저의 원거리장에서의 각도 강도 분포는 대응하는 응용들에 쉽게 적용될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 몇몇의 응용들에서 바람직한 링 형상의 강도 분포들 또는 강도 프로파일들을 갖는 레이저 빔들을 방출하는 그러한 레이저 디바이스를 설계하는 것이 가능하다. 그러한 레이저 디바이스의 원거리장은 모든 범위의 구동 전류들 및 상이한 온도들에 대하여 매우 훌륭한 안정성을 보여준다.
광학 피드백 요소는 요소들의 결합, 예를 들어, 렌즈와 거울의 결합으로 형성될 수 있으며, 상기 거울은 방출된 레이저 방사를 위해 부분적으로 투명해야 한다. 또한, 피드백 요소는 레이저 방사를 위한 각도-선택 광학 피드백을 제공하는 하나의 단일 요소로 이루어질 수 있다. 이런 각도-선택 광학 피드백은 공간적으로 변조된 반사도를 갖는 반사 표면 또는 그 밖의 효과들, 특히 레이저 방사의 다른 각도들에 대한 서로 다른 이미징 조건들에 의해 달성될 수 있다. 그러한 서로 다른 이미징 조건들은, 예를 들어, 레이저 방사의 일부분만을 피드백이 요구되는 내부 레이저 캐비티 내로 다시 반사시키도록 형상화된 적어도 하나의 자유 형태 표면(free form surface)을 갖는 광학 요소를 사용하여 달성될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 각도-선택 광학 피드백은 링 형상의 강도 분포가 레이저 디바이스의 원거리장에서 안정화되도록 설계된다. 이것은 피드백 요소가 남아있는 부분들보다 방출된 레이저 방사의 링 형상 각도 분포에 대해 더 높은 피드백을 제공하도록 설계되는 것을 요구한다.
피드백 요소 및 VCSEL의 아웃커플링 미러는, 바람직하게는, 아웃커플링 미러의 반사도와 더 높은 피드백을 제공하는 피드백 요소의 표면 일부의 반사도의 곱이 98%보다 크도록, 바람직하게는 99%보다 크도록, 더 바람직하게는 99.5%보다 크도록 설계된다.
피드백은 작은 각도 θ1과 큰 각도 θ2 사이에 있는 각도 θ의 범위 - 이 각도들은 모두 ＞0 임 - 에서 더 높은 것으로 선택된다. 또한, 피드백은 그러한 각도 θ에서 방출된 레이저 방사의 일부분만, 즉 전체 링 형상에 대해 광학 축 주변에 있지 않은 부분만, 예를 들어, 하나 또는 몇 개의 스팟형 영역들에 대해서만 더 높을 수 있다. 더 높은 광학 피드백 영역의 분포는 원거리장에서의 요구되는 강도 분포에 달려있다.
피드백 요소들의 바람직한 예들은 공간적으로 구조화되거나 변조된 반사도를 갖는 굴곡형 거울들, 렌즈들과 공간적으로 구조화되거나 변조된 반사도를 갖는 평면 거울들의 조합들, 구면 수차(spheric aberration)를 갖는 하나의 렌즈와 평면 거울, 격자들(grating) 또는 프리즘들과의 조합이다. 피드백 요소들 또는 피드백 요소들의 컴포넌트는 유리 또는 플라스틱과 같은 분리된 광학 재료 상에, 즉, 외부 요소에 의해 제공될 수 있거나, 레이저 기판에 본딩된 유리 또는 플라스틱과 같은 광학 재료 상에서 실현될 수 있다. 또한, 피드백 요소 또는 그것의 컴포넌트들은 레이저 구조체에 직접 본딩되거나 레이저 기판 내에 통합될 수 있는 유리 또는 플라스틱과 같은 광학 재료 상에서 실현될 수 있다. 또한, 피드백 요소 또는 그것의 컴포넌트들은 레이저의 에피택셜 층 상에서 실현될 수 있다.
만약, 축상 모드(on-axis mode)가 대응하는 광학 피드백에 의해 안정화될 것이라면, 제안된 방법으로, 광학 축 상에서 방출된 레이저 방사의 기본 모드에 대한 안정화보다, 광학 축에 대해 ＞0인 각도로 방출된 레이저 방사에 대해 더 높은 안정화를 달성하는 것이 가능하다. 축상 방출(on-axis emission)은 필라멘테이션(filamentation)에 의해 더 쉽게 영향을 받을 수 있으며, 반면에 큰 각도들은 이득 매체 또는 내부 캐비티의 작은 비균질성들에 대해 더 강건하다. 특히, 더 높은 안정화라는 것은 구동 전류 및 온도에 대하여 더 큰 레이저 동작 범위를 의미한다.
유리한 실시예에서, 이렇게 안정화된 강도 분포는 높은 안정성을 갖는 원거리장에서의 강도 분포를 달성하기 위해 추가적인 광학기를 이용하여 가우스 형 분포로 변형된다. 이런 목적을 위해, 예를 들어, 링 형상의 안정화된 광학 강도 분포를 가우스 형 강도 분포로 변형하기 위해 적어도 두 개의 자유 형태 표면들을 갖는 광학기들이 필요하다. 그러한 수단으로, 넓은 영역의 VCSEL들에 대한 가우스 형 강도 분포의 매우 높은 안정성이 달성되며, 이는 광학 피드백에 의한 축상 방출을 안정화시키고자 할 때에는 불가능하다.
제안된 레이저 디바이스 및 대응하는 방법은 청구항들에 의해 정의된 것과 같은 보호 범위를 제한함이 없이 첨부된 도면들과 연계하여 예시의 방법으로 아래에 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 레이저 디바이스의 제1 예이다.
도 2는 본 발명에 따른 레이저 디바이스의 제2 예이다.
도 3은 본 발명에 따른 레이저 디바이스의 제3 예이다.
도 4는 본 발명에 따른 레이저 디바이스의 제4 예이다.
도 5는 본 발명에 따른 레이저 디바이스의 제5 예이다.
도 6은 본 발명에 따른 레이저 디바이스의 제6 예이다.
도 7은 본 발명에 따른 레이저 디바이스의 제7 예이다.
도 8은 본 발명에 따른 레이저 디바이스의 제8 예이다.
도 9는 본 발명에 따른 레이저 디바이스의 제9 예이다.
도 10은 본 발명에 따른 레이저 디바이스의 제10 예이다.
도 11은 본 발명에 따른 레이저 디바이스의 제11 예이다.
도 12는 본 발명에 따른 레이저 디바이스의 제12 예이다.
도 13은 레이저 디바이스의 서로 다른 빔 프로파일들의 예들이다.
도 1은 제안된 레이저 디바이스의 제1 예를 도시한다. 레이저 디바이스는 광학적으로 투명한 기판(102) 상의 넓은 영역의 VCSEL(101)을 포함한다. 피드백 요소는 레이저 방사에 대해 부분적으로 투명한 양면 볼록 구면 렌즈(201)와 평면 거울(301)의 조합으로 형성된다. 이 예에서, 양면 볼록 렌즈는 초점 거리 f=25㎜와 직경 22.4㎜를 가진다. 평면 거울(301)은 R=50%의 반사도를 가진다. 렌즈(201)와 평면 거울(301)은 거의 미러링된 자기-이미징 구성에서 외부 캐비티를 형성하도록 구성되는데, 즉 레이저의 활성층과 렌즈 사이의 광학 거리(401)와 렌즈와 거울 사이의 광학 거리(402)는 렌즈의 초점길이 f와 거의 동일하다.
렌즈(201)의 구면 수차 때문에, 광학 축(601)에 대해 직각 이하로 방출된 광만이 완벽하게 시준(collimate)된다. 외부 거울(301)로부터의 반사 후에, 광은, 레이저 임계값을 감소시키면서, 레이저의 활성 영역으로 피드백된다. 따라서, VCSEL은 외부 공진기에 의해 완벽하게 제어되고 모든 동작 전류 및 넓은 온도 범위에 걸쳐 안정적인 링 모드에서 레이저를 발생하기 시작한다. 이것은 도 1에 도시된 것처럼 원거리장에서 링 형상의 강도 분포(501)(링 형상의 빔 프로파일)를 야기한다. VCSEL(101)과 렌즈(201) 사이의 거리(401)를 변화시킴으로써, 링의 크기 또는 반경은 변할 수 있으며, 이는 단지 렌즈 또는 거울의 구경에 의해 제한된다. 넓은 영역의 VCSEL 캐비티의 큰 프레넬 수(Fresnel number) 때문에, 기하학적 광학기는 설명된 공진기에 대해서는 충분하다. 따라서, 광선 추적 프로그램들은 원거리장에서 원하는 강도 분포를 달성하기 위해 외부 피드백을 쉽게 설계하는데 사용될 수 있다.
최적의 빔 안정화 및 가장 높은 출력 전력을 달성하기 위해, VCSEL 아웃커플링 미러와 외부 거울, 즉 본 예에서는 거울(301) 사이의 정확한 반사율이 선택되어야 한다. 아웃커플링 미러의 반사도는 0.1% 내지 99.95%, 바람직하게는 10% 내지 99.5%, 더 바람직하게는 70% 내지 95%가 될 수 있다. 두 반사도들의 곱이 98%보다 크도록, 바람직하게는 99%보다 크도록, 더 바람직하게는 99.5%보다 크도록, 피드백 거울의 반사도는 5% 내지 99.5%, 바람직하게는 10% 내지 95%, 더 바람직하게는 30% 내지 90%가 되어야 한다. 가장 간단한 경우에는, 디바이스가 외부 피드백 없이는 레이저를 전혀 발생하지 않도록 아웃커플링 미러의 반사도가 선택되고, 외부 거울의 반사도는 VCSEL 거울들과 기판에서의 흡수를 고려하면서 전송 메트릭스 접근법을 이용하여 출력 전력을 최대화하도록 매치된다.
도 2는 제안된 레이저 디바이스의 추가적 예를 도시한다. 이 예에서, 평면 거울(301) 대신에, 구면 거울(302)이 구면 렌즈(201) 뒤의 거리(403)에 배치된다. 또한 이 예에서, 외부 자기-이미징 캐비티는 구면 렌즈(201) 및 구면 거울(302)에 의해 형성된다. 자기-이미징은 다수의 디바이스들에 대한 단일 외부 캐비티를 가능하게 한다. 이 모드는 구면 거울(302)의 반사도의 공간적 변조에 의해, 즉, 반사 코팅(303) 및/또는 피드백에 대해 사용되지 않는 나머지 영역에서의 반-반사 코팅(anti-reflection coating)에 의해서 제어될 수 있다. 렌즈(201)와 외부 거울(302) 사이의 거리(403)는 바람직하게는 렌즈(201)의 초점 길이 f와 거울의 곡률 반경의 합과 동일하다.
도 3은 본 발명에 따른 레이저 디바이스의 추가적 예를 도시한다. 외부 거울 이미징 캐비티는 비구면(aspheric) 렌즈(202)와 공간적으로 구조화된 반사도를 갖는 평면 거울(301)에 의해 형성된다. 비구면 렌즈(202) 때문에, 모든 방출 각도는 캐비티에 의해 지지되고, 레이저 모드는 평면 거울 반사도의 공간적 변조에 의해, 즉, 적절한 반사 코팅들(303) 및/또는 피드백에 사용되지 않는 나머지 영역의 반-반사 코팅에 의해 제어될 수 있다.
상기 예들 및 아래의 예들에서, 원거리장에서의 도시된 링 형상 강도 분포(501, 502)는 다른 레이저 모드와 비교하여 이러한 링 형상 레이저 모드에 대해서 피드백이 더 높기 때문에 발생된다.
도 4는 기판(102)에 본딩된 하이브리드 통합 렌즈(203)를 갖는 제안된 레이저 디바이스의 예를 도시한다. 피드백 요소는 이 통합된 렌즈(203)과 외부 거울(301)에 의해 형성된다. 도 1의 배치와 같이 동작하는 이런 배치는, 또한, 렌즈(203)와 외부 거울(301) 사이의 거리(402)를 변화시킴으로써 방출 또는 빔 프로파일의 튜닝을 가능하게 한다.
도 5는 제안된 레이저 디바이스의 추가적 예를 도시한다. 이 예에서, 반사 코팅(303)에 의해 달성된 표면에 구조화된 반사도를 갖는 구면 거울(203)은 레이저 디바이스의 기판(102)에 본딩된다. 거울의 곡률은 VCSEL(101)의 활성 층과 이 외부 거울(203)의 거울 표면 사이의 거리(401)에 매치된다. 반사 코팅(303)의 형태 및 위치는 발산 빔의 방출 각도 및 그에 의한 빔 프로파일(502)을 정의한다. 디바이스의 이런 구조는, 예를 들어, 도 10에 도시된 바와 같이, 원거리장에서의 빔 조합을 같는 VCSEL 배열들 상에 적용될 수도 있다.
도 6은 제안된 레이저 디바이스의 추가적 예를 도시하며, 구면 렌즈(204) 및 평면 거울(301)은 하이브리드식으로 통합되며, 특히 기판(102)에 본딩된다. 평면 거울(301)의 반사도는 원하는 피드백을 달성하기 위해 반사 코팅(303)에 의해 조절된다. 이러한 디바이스는 링 형상 빔 프로파일(501)을 이용하여 시준된 빔을 방출한다: 이런 빔 프로파일(501)의 크기는 VCSEL(101)과 렌즈(204) 사이의 거리(401)를 변화시키는 압전 소자(piezoelectric element)(도면에는 도시되지 않음)로 튜닝 가능하도록 만들어질 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 레이저 디바이스의 추가적 예를 도시한다. 이 실시예에서, 구면 거울(304)은 레이저의 기판(102)을 형상화함으로써 모놀리식(monolithically)으로 통합된다. 구면 거울(304)의 반사 표면은 반사 코팅에 의해 반사도가 공간적으로 변조된다. 방출 각도는 거울(304)의 반사도의 공간적인 변조에 의해 제어된다.
도 8은 모놀리식으로 통합된 피드백 요소를 갖는 제안된 레이저 디바이스의 추가적 예의 단면도를 도시한다. 이 예에서, 레이저의 기판(102)은 격자(305)로 형상화된다. 격자 주기는 피드백의 수용 각도를 결정하며, 이 경우에서는 링 형상 빔 프로파일(502)을 야기한다. 격자는 1차원 또는 2차원의 격자일 수 있다.
도 9는 제안된 레이저 디바이스의 또 다른 예의 단면도를 도시한다. 이 예시는 레이저의 기판(102)을 적절하게 형상화함으로써 마이크로-프리즘 배열(306)의 모놀리식 통합에 기초한다. 프리즘들은 피드백에 대한 반사가 하나 또는 몇몇의 특정 요구 각도들에 대해서만 달성되도록 설계된다.
도 8 및 도 9의 피드백 요소들(305, 306)을 통합하는 것 대신에, 이러한 피드백 요소들(305, 306)이 별개로 배치될 수도 있다는 것이 숙련자들에게는 명백하다.
도 11 및 도 12는 제안된 레이저 디바이스의 두 개의 추가적 예들을 도시한다. 이들 예들에서, 피드백 요소는 적절히 설계된 자유 형태 표면을 가지는 광학 요소(307, 308)에 의해 형성된다. 자유 형태 표면은 원하는 각도들로 방출된 레이저 방사만이 VCSEL(101)의 내부 레이저 캐비티로 다시 반사되어 피드백을 제공하도록 형상화된다. 다른 각도로 방출된 레이저 방사는 단순히 다른 방향들로 반사된다.
제안된 방법 및 레이저 디바이스는 다수의 VCSEL들로 쉽게 확장될 수 있다. 도 10은 그러한 업스케일링(upscaling)의 예를 도시한다. 이 예에서, 공통 기판(102) 상의 VCSEL들(101)의 배열이 사용된다. 구면 거울들(203)의 배열은 기판(102)에 본딩되며, 구면 거울들(203)은 적절한 반사 코팅들(303)에 의해 공간 변조된 반사도를 제공한다. 이러한 배치들의 각각에 의해 방출된 링 형상 강도 분포들은 푸리에 렌즈(204)에 의해 푸리에 렌즈(204)로부터의 거리(405)에서 초점 평면의 단일 링 형상 강도 분포(503)로 이질적으로(incoherently) 결합된다.
본 발명이 도면들과 전술한 상세한 설명에서 자세하게 예시되고 설명되었지만, 그러한 예시 및 설명은 설명 또는 예시를 위한 것이며, 제한하는 것으로 고려되어서는 안된다. 본 발명은 개시된 실시예들에 제한되는 것이 아니다. 위에서 설명된, 그리고 청구항들에서의 서로 다른 실시예들은 결합될 수도 있다. 본 기술분야의 숙련자가 도면들, 명세서 및 첨부된 청구항들을 학습하여 청구된 발명을 실시함으로써, 개시된 실시예들에 대한 그 밖의 변형들이 이해될 수 있고 달성될 수 있다. 또한, 예를 들어, 대부분의 실시예들에 대해서 대응하는 거울들의 반사도의 공간적 구조 또는 변조에 따라 또 다른 강도 프로파일들, 즉, 링 형상 프로파일들과는 다른 강도 프로파일들이 가능하다. 예를 들어, 하나 또는 몇몇의 선들, 몇몇의 점들, 사각형들 또는 링 탑-햇(ring top-hat) 분포들이 설계될 수 있다.
도 13은 작업 평면 내에서, 제안된 디바이스를 이용하여 발생될 수 있는, 서로 다른 강도 분포들 또는 빔 프로파일들(504)의 예들을 도시한다. 이들 예들의 일부에서, 피드백은 광학 축(601) 주변의 단지 단일 각도들 Φ 및 동일 또는 다른 각도들 θ로 방출된 레이저 방사의 일부분에 대해 더 높게 선택되었다. 모든 강도 분포들은 광학 축(601)에 대해 점 대칭이다.
청구항들에서, "포함하다(comprising)"라는 단어는 다른 요소들 또는 단계들을 배제하지 않고, 부정관사 "a" 또는 "an"은 복수를 배제하지 않는다. 방법들이 서로 다른 종속 청구항들에서 인용되었다는 단순한 사실은 이들 방법들을 조합하면 유리하게 사용될 수 없다는 것을 의미하지는 않는다. 청구항들 내의 참조 부호들은 이들 청구항들의 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다.
101 VCSEL
102 기판
201 렌즈
202 비구면 렌즈
203 구면 거울
204 구면 렌즈
301 평면 거울
302 구면 거울
303 반사 코팅
304 구면 거울
305 격자
306 마이크로-프리즘 배열
307-308 자유 형태 표면을 가지는 광학 소자
401-405 거리
501-503 링 형상 강도 분포/빔 프로파일
504 강도 분포/빔 프로파일
601 광학 축

Claims (15)

  1. - 적어도 하나의 넓은 영역의 수직 캐비티 표면 방출 레이저(101) - 상기 레이저는 광학 축(601)을 가짐,
    - 상기 레이저로부터 방출된 레이저 방사에 대한 각도-선택 피드백을 제공하는 적어도 하나의 광학 피드백 요소(201, 301-308),
    를 포함하고,
    상기 각도-선택 피드백은 상기 광학 축 상에서 방출된 레이저 방사에 대한 것보다 θ＞0인 각도에서 상기 광학 축(601)으로 방출된 레이저 방사의 적어도 하나의 부분에 대해 더 높은 레이저 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 각도-선택 피드백은 상기 광학 축(601) 상에 방출된 레이저 방사에 대해서보다 상기 광학 축(601)에 대해 점 대칭인 레이저 방사의 부분들에 대해 더 높은 레이저 디바이스.
  3. 제1항에 있어서, 상기 피드백 요소(201, 301-308)는 공간적으로 변조된 반사도를 가지는 곡면 거울(302)을 포함하는 레이저 디바이스.
  4. 제1항에 있어서, 상기 피드백 요소(201, 301-308)는 적어도 하나의 렌즈(201)와 평면 거울(301)의 조합을 포함하는 레이저 디바이스.
  5. 제4항에 있어서, 상기 평면 거울(301)은 공간적으로 변조된 반사도를 가지는 레이저 디바이스.
  6. 제1항에 있어서, 상기 피드백 요소(201, 301-308)는 격자(grating)(305)를 포함하는 레이저 디바이스.
  7. 제1항에 있어서, 상기 피드백 요소(201, 301-308)는 프리즘들(306)의 배열을 포함하는 레이저 디바이스.
  8. 제1항에 있어서, 상기 피드백 요소(201, 301-308)는 상기 각도-선택 피드백을 제공하도록 형상화된 적어도 하나의 자유 형태 표면(free form surface)을 가지는 광학 요소(307, 308)를 포함하는 레이저 디바이스.
  9. 제1항에 있어서, 상기 피드백 요소(201, 301-308) 또는 상기 피드백 요소(201, 301-308)의 컴포넌트는 상기 레이저(101) 상에 본딩되거나 상기 레이저(101)의 기판(102)에 모놀리식으로(monolithically) 통합된 레이저 디바이스.
  10. 제1항에 있어서, 상기 피드백 요소(201, 301-308)는 상기 레이저(101)와 별개로 배치된 레이저 디바이스.
  11. 제1항에 있어서, 상기 피드백 요소(201, 301-308)는 레이저(101)의 아웃커플링 미러의 반사도와 더 높은 피드백을 제공하는 상기 피드백 요소(201, 301-308)의 표면 부분의 반사도의 곱이 98%보다 더 크도록 설계되는 레이저 디바이스.
  12. 제1항에 있어서, 동일한 피드백 요소들(201, 301-308)을 갖는 몇몇의 상기 레이저들(101)은 배열의 형태로 배치되고, 상기 피드백 요소들(201, 301-308)을 통과한 후의 상기 레이저들(101)의 레이저 방사는 공통 렌즈(204)에 의해 동작 평면에 중첩되도록 집광되는 레이저 디바이스.
  13. 제1항에 있어서, 추가적인 광학기가 상기 피드백 요소(201, 301-308) 뒤에 빔 방향으로 배치되며, 상기 추가적인 광학기는 상기 피드백 요소(201, 301-308)를 통과한 후의 레이저 방사의 강도 분포를 다른 기하학적 형상, 특히 가우스형 형상으로 변형시키도록 설계된 레이저 디바이스.
  14. 원하는 각도 분포에서 넓은 영역의 수직 캐비티 표면 방출 레이저(101)의 레이저 방사를 안정화하는 방법으로서, 상기 안정화는 상기 레이저(101)로부터 방출된 레이저 방사에 대한 각도-선택 광학 피드백에 의해 수행되며, 상기 각도-선택 피드백은 광학 축(601) 상에 방출된 레이저 방사에 대해서보다 θ>0인 각도로 상기 레이저(101)의 상기 광학 축(601)에 방출된 레이저 방사의 적어도 하나의 부분에 대하여 더 높은 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 각도-선택 피드백은 상기 광학 축(601) 상에 방출된 레이저 방사에 대해서보다 레이저 방사의 적어도 하나의 링-형상 부분에 대해 더 높게 선택되며, 원거리장에서 링-형상 강도 분포(501, 502)를 야기하는 방법.
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