RU2109381C1 - Integrated semiconductor laser-amplifier - Google Patents

Integrated semiconductor laser-amplifier Download PDF

Info

Publication number
RU2109381C1
RU2109381C1 RU96115454A RU96115454A RU2109381C1 RU 2109381 C1 RU2109381 C1 RU 2109381C1 RU 96115454 A RU96115454 A RU 96115454A RU 96115454 A RU96115454 A RU 96115454A RU 2109381 C1 RU2109381 C1 RU 2109381C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radiation
region
gain
output
heterostructure
Prior art date
Application number
RU96115454A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU96115454A (en
Inventor
В.И. Швейкин
Original Assignee
Швейкин Василий Иванович
Государственное предприятие - Научно-исследовательский институт "Полюс"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Швейкин Василий Иванович, Государственное предприятие - Научно-исследовательский институт "Полюс" filed Critical Швейкин Василий Иванович
Priority to RU96115454A priority Critical patent/RU2109381C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2109381C1 publication Critical patent/RU2109381C1/en
Publication of RU96115454A publication Critical patent/RU96115454A/en

Links

Images

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

FIELD: quantum electronics, high-power single-mode and/or single-frequency high-coherent radiation sources used to pump solid or fibre lasers, design of laser radiation sources in visible region of spectrum thanks to generation of second harmonic in nonlinear optical crystals. SUBSTANCE: integrated semiconductor laser-amplifier incorporates master laser and optical amplifier. Its radiation lead-out is spread over surface of optical amplifier in specified order. Each lead-out means is fabricated in the form of recess of certain depth with reflector on one of its boundaries and region transparent for extraction of radiation arranged in path of reflected extracted signal which provide for extraction of portion of amplified radiation and for passage of remaining portion of it for its further amplification in next amplification region pumped with injection current. EFFECT: enhanced functional efficiency of proposed laser-amplifier. 16 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к квантовой электронной технике, а именно к высокомощным одномодовым и/или одночастотным высококогерентным источникам излучения, которые применяются для накачки твердотельных и волоконных лазеров, для создания лазерных источников излучения в видимой области спектра (красного, зеленого и синего излучения) за счет генерации второй гармоники в нелинейных оптических кристаллах, используется в системах передачи энергии и информации на большие расстояния, а также при создании медицинской аппаратуры, лазерного технологического оборудования. The invention relates to quantum electronic technology, namely to high-power single-mode and / or single-frequency highly coherent radiation sources that are used to pump solid-state and fiber lasers, to create laser radiation sources in the visible region of the spectrum (red, green, and blue radiation) by generating a second harmonics in nonlinear optical crystals, used in systems for transmitting energy and information over long distances, as well as in the creation of medical equipment, laser technology Logical equipment.

Известен ряд типов мощных многоэлементных лазеров, таких как лазерные линейки и решетки с торцевым излучением [1 - 3], а также лазерные линейки и решетки с поверхностным излучением [4 - 10]. A number of types of high-power multi-element lasers are known, such as laser rulers and gratings with end radiation [1–3], as well as laser rulers and gratings with surface radiation [4–10].

Несмотря на наличие больших уровней выходных мощностей, они обладают одним очень существенным недостатком: излучения каждого из отдельных лазерных диодов, входящих в состав линейки или решетки полупроводниковых лазеров не взаимосвязанных между собой. Другими словами, суммарное излучение линейки или решетки происходит путем некогерентного сложения интенсивностей отдельных излучающих диодных лазеров. Кроме того, как правило, излучение последних многомодово, что в совокупности с указанной некогерентностью между ними определяет их низкие пространственно спектральные характеристики. Despite the presence of large levels of output powers, they have one very significant drawback: the radiation of each of the individual laser diodes that make up the array or array of semiconductor lasers are not interconnected. In other words, the total radiation of the array or array occurs by incoherently adding the intensities of the individual emitting diode lasers. In addition, as a rule, the radiation of the latter is multimode, which, together with the indicated incoherence between them, determines their low spatial spectral characteristics.

Недостатками этих типов лазеров является то, что при наличии больших уровней мощностей они не обладают одномодовым (не говоря уже об одночастотном) режимом работы и, следовательно, не имеют дифракционно расходящегося выходного излучения, желательного для большинства применений. The disadvantages of these types of lasers are that in the presence of large power levels they do not have a single-mode (not to mention single-frequency) operating mode and, therefore, do not have a diffractively diverging output radiation, which is desirable for most applications.

Известен ряд типов одномодовых, в том числе одночастотных, лазеров типа мастер лазер-усилитель мощности в интегральном исполнении [1 - 14], которые отличает высокое качество излучения, имеющего дифракционную расходимость, одномодовый и/или одночастотный режимы работы. A number of types of single-mode, including single-frequency, lasers of the master laser-power amplifier type in the integrated design [1 - 14] are known, which are distinguished by high quality radiation having diffraction divergence, single-mode and / or single-frequency operating modes.

Однако в сравнении с приведенными выше многоэлементными лазерами, они обладают значительно меньшими уровнями мощностей выходного излучения. However, in comparison with the above multi-element lasers, they have significantly lower output power levels.

Наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению является интегральный полупроводниковый лазер-усилитель, включающий помещенную на полупроводниковой подложке многослойную гетероструктуру с активным слоем, в которой выполнены задающий лазер с полосковой активной областью генерации шириной b, оптический резонатор, отражатели, оптический усилитель, содержащий расширяемую область усиления от ширины b до ширины f, омические контакты, средство вывода излучения с покрытиями, средство подавления паразитных излучений, причем полосковая активная область генерации и расширяемая область усиления оптически взаимосвязаны при помощи единого волновода [12([3]-см.с. 41)]). The closest in technical essence to the present invention is an integrated semiconductor laser amplifier, comprising a multilayer active layer heterostructure placed on a semiconductor substrate, in which a master laser with a strip active generation region of width b is made, an optical resonator, reflectors, an optical amplifier containing an expandable region amplification from width b to width f, ohmic contacts, means for outputting radiation with coatings, means for suppressing spurious emissions, haircut the strip active generation region and the expandable amplification region are optically interconnected using a single waveguide [12 ([3] - see p. 41)]).

Основные особенности конструкции интегрального полупроводникового лазер-усилителя (ИПЛУ) могут быть пояснены с помощью фиг. 1, где схематически дано аксонометрическое изображение известного одномодового и одночастотного полупроводникового квантового излучателя с дифракционной расходимостью выходного излучения (см. фиг. 1 на с.2053 в [12([3]-см.с.410]). The main design features of an integrated semiconductor laser amplifier (IPLU) can be explained using FIG. 1, which schematically shows an axonometric image of a known single-mode and single-frequency semiconductor quantum emitter with diffraction divergence of the output radiation (see Fig. 1 on p.2053 in [12 ([3] see s.410]).

ИПЛУ в единой монолитной конструкции, выполненной в полупроводниковой многослойной гетероструктуре 1, помещенной на подложке 2, объединяет маломощный одночастотный задающий лазер 3 (мастер-лазер) с оптическим усилителем мощности 4. Задающий лазер 3 состоит из полосковой активной области генерации (ПАОГ) 5 шириной b = 4 мкм, ограниченной с торцевых сторон оптического резонатора (ОР) 6 распределенными брегговскими отражателями (РБО) 7, причем с внешней стороны РБО 7 имеет больший коэффициент обратного отражения, а со стороны, граничащей с оптическим усилителем мощности 4, РБО 7 имеет меньший коэффициент обратного отражения. IPLU in a single monolithic design made in a semiconductor multilayer heterostructure 1, placed on a substrate 2, combines a low-power single-frequency master laser 3 (master laser) with an optical power amplifier 4. The master laser 3 consists of a strip active generation region (PAOG) 5 of width b = 4 μm, bounded on the end sides of the optical resonator (OR) 6 by distributed Bragg reflectors (RBOs) 7, and on the outside of the RBO 7 has a larger coefficient of back reflection, and on the side adjacent to the optical them to a power amplifier 4, BOR 7 has a lower coefficient of retroreflection.

Оптический усилитель мощности 4 выполнен в той же полупроводниковой гетероструктуре 1, как продолжение задающего лазера 3, в форме расширяемой области усиления (РОУ) 8 длиной 2 мм. Расширение выполнено от b = 4 мкм до f = 250 мкм. Усилитель заканчивается средством вывода усиленного излучения в виде просветленной сколотой грани гетероструктуры 1, для чего на эту грань нанесены многослойные диэлектрические антиотражающие покрытия 9 с глубоким просветлением R ≈ 5•10-4. Выходная апертура усилителя 4 равна 250 мкм.The optical power amplifier 4 is made in the same semiconductor heterostructure 1, as a continuation of the master laser 3, in the form of an expandable amplification region (DOC) 8 with a length of 2 mm. The expansion is performed from b = 4 μm to f = 250 μm. The amplifier ends with a means of outputting the amplified radiation in the form of a clarified cleaved facet of the heterostructure 1, for which multilayer dielectric antireflection coatings 9 with deep enlightenment R ≈ 5 • 10 -4 are applied to this face. The output aperture of amplifier 4 is 250 μm.

Оптическая взаимосвязь между задающим лазером 3 и оптическим усилителем мощности 4 обусловлена наличием в гетероструктуре 1 единого волновода, включающего активный слой 10, часть которого относится к задающему лазеру 2 (ПАОГ 5), часть к оптическому усилителю 4 (РОУ 8). The optical relationship between the master laser 3 and the optical power amplifier 4 is due to the presence of a single waveguide in the heterostructure 1, including the active layer 10, part of which relates to the master laser 2 (PAOG 5), and part to the optical amplifier 4 (DOC 8).

Кроме того, в конструкции ИЛПУ предусмотрены средства, обеспечивающие подавление паразитных отражений и переотражений выходного сигнала, способные сорвать одномодовый режим его работы. Ими в [12([3]-см.с.41)]) являются те же антиотражающие покрытия 9, нанесенные на торцевую выходную грань оптического усилителя 4. In addition, the design of the ILPU provides means for suppressing spurious reflections and re-reflections of the output signal, which can disrupt the single-mode mode of its operation. They are in [12 ([3], see p.41)]) are the same antireflection coatings 9 deposited on the end output face of the optical amplifier 4.

Омические контакты 11, 12, размещены на поверхности единого волновода, а именно на поверхности ПАОГ 5 - омический контакт 11, и на поверхности РОУ 8 - омический контакт 12, а омический контакт 13 нанесен на подложке 2. The ohmic contacts 11, 12 are located on the surface of a single waveguide, namely, on the surface of the PAOG 5 — ohmic contact 11, and on the surface of the DOC 8 — ohmic contact 12, and ohmic contact 13 is applied to the substrate 2.

Достоинством данного ИПЛУ является то, что, в сравнении с известными мезаполосковыми лазерными диодами [15], получено не только повышение мощности выходного излучения, но и дифракционно ограниченное излучение при сохранении одномодового и одночастотного режима его работы. Уровни мощности в непрерывном режиме работы для таких ИПЛУ составляют единицы ватт, в то время как для полосковых лазерных диодов всего доли ватта. The advantage of this IPLU is that, in comparison with the well-known mesa-strip laser diodes [15], not only an increase in the output radiation power was obtained, but also diffraction-limited radiation while maintaining the single-mode and single-frequency modes of its operation. Power levels in continuous operation for such IPLUs are units of watts, while for strip laser diodes of the entire fraction of watts.

Однако для ряда применений требуется значительно большие выходные мощности излучения - десятки, сотни ватт и более. Кроме того, выходное излучение ИПЛУ обладает очень большой астигматичностью - размеры тела его свечения равны 1•250 мкм, что создает определенные трудности при передаче получаемого излучения при его различных использованиях. =Технической задачей настоящего изобретения является увеличение эффективной длины усиления излучения в оптическом усилителе при выводе излучения через поверхность, что обеспечило значительное увеличение выходной мощности излучения и ее плотности для различных режимов работы, а также сужение и возможность управления диаграммой направленности суммарного излучения в дальнем поле вследствие фазированного сложения дифракционно ограниченных выходных одномодовых и/или одночастотных излучений, снижение астигматизма совокупности поверхностных областей излучения и повышение эффективности теплоотвода. However, a number of applications require significantly larger output radiation powers — tens, hundreds of watts or more. In addition, the output radiation of IPLU is very astigmatic - the size of the body of its luminescence is 1 • 250 microns, which creates certain difficulties in transmitting the received radiation during its various uses. = The technical task of the present invention is to increase the effective length of the radiation gain in the optical amplifier when outputting radiation through the surface, which provides a significant increase in the output radiation power and its density for various operating modes, as well as narrowing and the ability to control the radiation pattern of the total radiation in the far field due to phased addition of diffraction-limited output single-mode and / or single-frequency radiation; reduction of astigmatism surface regions of the radiation and increasing the efficiency of heat dissipation.

Предложен ИПЛУ, в котором в задающем лазере полосковая активная область генерации по крайней мере одна, в оптическом усилителе расширяемая область усиления по крайней мере одна и выполнена длиной, меньшей длины оптического усилителя, дополнительно введена полосковая область усиления шириной f, соединенная с расширяемой областью усиления через первое средство вывода излучения и состоящая по крайней мере из одной ячейки усилителя, составляющей по крайней мере одну линейку усиления, ячейка усиления ограничена с противоположной стороны аналогичным первому средством вывода излучения, каждое из данных средств вывода выполнено в виде дополнительно введенных выемки с отражателем и области, прозрачной для выводимого излучения, причем выемка расположена со стороны поверхности гетероструктуры, отражатель помещен на фронтальной по отношению ко входу оптического усилителя наклонной поверхности выемки, при этом введен угол ψ, , образованный направлением ребра отражателя выемки на поверхности гетеростурктуры с направлением боковых сторон полосковой области усиления, выбираемой в диапазоне
(π/2)-arcsin(1/n) < ψ < (π/2)+arcsin(1/n), ,
где
n - показатель преломления области, прозрачной для выводимого излучения, а также введен угол φ, , образованный нормалью мысленно проведенной в плоскости активного слоя к линии пересечения его плоскости с плоскостью отражателя выемки с нормалью к поверхности отражателя выемки, выбираемый в диапазоне
(1/2)arcsin(1/n) < φ < (π/2)-(1/2)arcsin(1/n), ,
дно выемки по отношению к поверхности гетероструктуры помещено на расстоянии, задаваемым потоком энергии Pвх усиленного излучения, распространяемого при работе устройства, который определен в сечении гетероструктуры, нормальном к ее слоям, в начале ячейки усиления, в области прозрачной для вывода излучения, ограниченной дном выемки, а также задаваемым полным усилением в указанной ячейке, зависящем от заданного тока накачки, длины указанной ячейки и от конструкции гетероструктуры, при этом поток энергии Pвх выбран в диапазоне 0,95 - 0,001 от значения полного потока энергии усиленного излучения в конце выемки в предшествующей области усиления, а полное усиление в указанной ячейке обратно пропорционально потоку энергии Pвх, - далее в область, прозрачную для выводимого излучения и расположенную по ходу распространения во время работы устройства, отраженного от отражателя выемки излучения, введены поверхности вывода излучения по крайней мере одной стороной примыкающие к внешней выводной поверхности, а средства подавления паразитных излучений выполнены в гетероструктуре по крайней мере в виде области, расположенной после конечной выемки.
An IPLU is proposed in which at least one strip active generation region in the master laser, the expandable amplification region in the optical amplifier is at least one and made shorter than the length of the optical amplifier, an additional strip amplification region of width f connected to the expandable amplification region through the first radiation output means and consisting of at least one amplifier cell constituting at least one gain line, the gain cell is bounded on the opposite side a similar to the first radiation output means, each of these output means is made in the form of additionally introduced recesses with a reflector and a region transparent to the output radiation, the recess being located on the side of the heterostructure surface, the reflector is placed on the inclined surface of the recess frontal with respect to the input of the optical amplifier, when this introduced the angle ψ, formed by the direction of the ribs of the recess reflector on the surface of the heterostructure with the direction of the sides of the strip gain region, we choose oh in the range
(π / 2) -arcsin (1 / n) <ψ <(π / 2) + arcsin (1 / n),,
Where
n is the refractive index of the region transparent to the output radiation, and the angle φ, introduced by the normal mentally drawn in the plane of the active layer to the line of intersection of its plane with the plane of the notch reflector with the normal to the surface of the notch reflector, is selected in the range
(1/2) arcsin (1 / n) <φ <(π / 2) - (1/2) arcsin (1 / n),,
the bottom of the recess in relation to the surface of the heterostructure is placed at a distance specified by the energy flux P in of amplified radiation propagated during operation of the device, which is determined in the cross section of the heterostructure normal to its layers, at the beginning of the gain cell, in the region transparent for radiation output, limited by the bottom of the recess and predeterminable total amplification in the indicated cell-dependent preset pump current, the length of said cell, and on the design of the heterostructure, the energy flux P Rin is selected in the range 0.95 - 0,001 of the The values of the total energy flux of the amplified emission at the end of the recess in the prior art the gain, and the total amplification in the indicated cell is inversely proportional to the energy flux P Rin - hereinafter is the region transparent for the output emission and placed along the propagation during operation, reflected from the recesses of the reflector radiation, radiation output surfaces are introduced by at least one side adjacent to the external output surface, and the means for suppressing spurious emissions are made in the heterostructure along at least in the form of an area located after the final excavation.

Для обеспечения одномодового и/или одночастотного режима работы возможны различные варианты выполнения отражателей оптического резонатора задающего лазера:
один из отражателей оптического резонатора выполнен в виде зеркальной грани, а второй отражатель выполнен в виде распределенного брегговского зеркала.
To provide a single-mode and / or single-frequency operating mode, various embodiments of the reflectors of the optical resonator of the master laser are possible:
one of the reflectors of the optical resonator is made in the form of a mirror face, and the second reflector is made in the form of a distributed Bragg mirror.

оптический резонатор выполнен в виде распределенной обратной связи. The optical cavity is made in the form of distributed feedback.

Для расширения функциональных возможностей и упрощения технологического изготовления в оптическом усилителе в усиливающей области, содержащей расширяемую область усиления, начиная от входа до начала расширения выполнена полосковая часть области усиления шириной b. To expand the functionality and simplify the manufacturing process in the optical amplifier in the amplification region containing the expandable amplification region, from the input to the beginning of the expansion, the strip part of the amplification region of width b is made.

Для снижения потерь при выводе излучения после отражения от отражателей выемки и получения различных направлений вывода предложены различные варианты:
при непрозрачной для выходного излучения подложке в многослойной гетероструктуре слой между подложкой и прилегающим к ней эмиттером выполнен полупроводниковый слой, имеющий ширину запрещенной зоны (эВ), превышающую отношение 1,24 к длине волны (мкм) генерации лазерного излучения, распространяемого во время работы устройства, и толщину в диапазоне 5 - 100 мкм, причем поверхность вывода излучения размещена в введенном слое.
To reduce losses during radiation removal after reflection from the recess reflectors and to obtain different output directions, various options are proposed:
when the substrate is opaque to the output radiation in a multilayer heterostructure, the layer between the substrate and the adjacent emitter has a semiconductor layer having a band gap (eV) exceeding the ratio of 1.24 to the wavelength (μm) of the generation of laser radiation propagated during operation of the device, and a thickness in the range of 5-100 μm, the radiation output surface being placed in the introduced layer.

при выводе излучения по нормали к слоям гетероструктуры в случае плоской поверхности вывода излучения, расположенной параллельно слоям гетероструктуры, угол ψ выбран равным π/2 , а угол φ выбран равным π/4. . when radiation is output normal to the layers of the heterostructure in the case of a flat radiation output surface parallel to the layers of the heterostructure, the angle ψ is chosen equal to π / 2, and the angle φ is chosen equal to π / 4. .

для снижения потерь в предшествующем случае в многослойной гетероструктуре слой между эмиттером и прилегающим к нему внешним со стороны вывода излучения полупроводниковым слоем выполнен полупроводниковый слой с оптической толщиной, равной четверти длины волны излучения задающего лазера, распространяющегося во время работы устройства, и с показателем преломления, равным корню квадратному из произведения показателей преломления для слоев эмиттера и прилегающего к нему полупроводникового слоя;
для вывода излучения по нормали к плоскости слоев гетероструктуры, в частном случае, по нормали к поверхности подложки, и при исключении переотражений в случае плоской поверхности вывода излучения, наклонной под углом ε к внешней выводной поверхности и пересекающей ее по линии параллельной ребру выемки, угол ψ для которого выбран равным π/2, ,
а) при выборе угла φ, , меньшим π/4, , угол ε задан соотношением
n sin{ε-[(π/2)-2φ]} = sinε, ,
где
n - показатель преломления области, прозрачной для выводимого излучения;
б) при выборе угла φ, , большим π/4, , угол ε задан соотношением
n sin{ε-[2φ-(π/2)]} = sinε, ,
где n - показатель преломления области, прозрачной для выводимого излучения.
to reduce losses in the previous case, in the multilayer heterostructure, the layer between the emitter and the semiconductor layer adjacent to it by the semiconductor layer external to the radiation output side has a semiconductor layer with an optical thickness equal to a quarter of the radiation wavelength of the master laser propagating during operation of the device and with a refractive index equal to the square root of the product of refractive indices for the emitter layers and the adjacent semiconductor layer;
for outputting radiation normal to the plane of the layers of the heterostructure, in a particular case, normal to the surface of the substrate, and excluding re-reflections in the case of a flat radiation output surface inclined at an angle ε to the external output surface and intersecting it along a line parallel to the notch edge, the angle ψ for which it is chosen equal to π / 2,,
a) when choosing an angle φ, less than π / 4,, the angle ε is given by
n sin {ε - [(π / 2) -2φ]} = sinε,,
Where
n is the refractive index of the region transparent to the output radiation;
b) when choosing the angle φ, greater than π / 4,, the angle ε is given by
n sin {ε- [2φ- (π / 2)]} = sinε,,
where n is the refractive index of the region transparent to the output radiation.

В следующем случае для уменьшения паразитных отражений и переотражений предложено по периметру активных областей по крайней мере оптического усилителя средства подавления паразитных излучений выполнять в виде канавок глубиной не менее глубины расположения слоев гетероструктуры со стороны боковых границ активных областей излучения, при этом ближайшие к ним стороны канавок помещены под углами внутреннего отражения к преимущественному направлению подаваемых паразитных излучениям и на расстояниях, при которых во время работы устройства обеспечен боковой спад интенсивности излучения до значений не более чем 0,1 его максимального значения в соответствующем поперечном сечении активной области. In the following case, in order to reduce spurious reflections and rereflections, it is proposed that along the perimeter of the active regions of at least the optical amplifier, the means for suppressing spurious emissions be performed in the form of grooves with a depth not less than the depth of the heterostructure layers from the side boundaries of the active radiation regions, with the sides of the grooves closest to them at angles of internal reflection to the preferred direction of the delivered spurious emissions and at distances at which during operation wa is provided lateral to decline radiation intensity values not more than 0.1 its maximum value in the corresponding cross-section of the active region.

Причем в канавки введен материал, поглощающий излучение, и предложено в качестве него выбрать полупроводниковый материал, имеющий ширину запрещенной зоны (эВ) не более отношения 1,24 к длине волны (мкм) излучения задающего лазера, генерируемого во время работы устройства, при этом ширина канавок выбрана по крайней мере не менее трехкратной величины обратного значения коэффициента поглощения полупроводникового материала для указанной длины волны излучения. Moreover, radiation absorbing material was introduced into the grooves, and it was proposed to select a semiconductor material having a band gap (eV) of not more than 1.24 to the wavelength (μm) of the radiation from the master laser generated during operation of the device, the width at least three times the reciprocal of the absorption coefficient of the semiconductor material for the indicated radiation wavelength.

Для достижения более высокой плотности рас положения областей излучения в водном многолучевом лазере сформированы различные варианты двумерной площади тела свечения. При этом возможно при фазированном сложении достигнуть значительного сужения диаграммы направленности суммарного излучения и плотности мощности (выше суммарной) в дальнем поле. In order to achieve a higher density of the radiation regions in the water multipath laser, various variants of the two dimensional area of the luminescence body were formed. In this case, it is possible with phased addition to achieve a significant narrowing of the directivity pattern of the total radiation and power density (above the total) in the far field.

В одном случае полосковая область усиления выполнена по крайней мере из двух последовательно расположенных линеек усиления, помещенных под заданным углом друг к другу, причем в месте поворота под заданным углом друг к другу, причем в месте поворота линейки ограничены плоскостью отражателя, пересекающего по нормали по крайней мере слои гетероструктуры, а также ограничивающего внешне боковые стороны полосковой области усиления указанных линеек в местах образованных пересечением мысленно продолженных внутренних боковых сторон полосковой области усиления с ее внешними боковыми сторонами, а средства подавления паразитных излучений дополнительно размещены по крайней мере вдоль части боковых сторон линеек усиления. In one case, the strip region of amplification is made of at least two successive bars of amplification placed at a given angle to each other, and at the point of rotation at a given angle to each other, and at the point of rotation of the line are bounded by the plane of the reflector, intersecting normally at least layers of the heterostructure, as well as the externally bounding lateral sides of the strip region of amplification of said rulers in places formed by the intersection of mentally continued inner lateral sides of the strips of the amplification region with its external lateral sides, and means for suppressing spurious emissions are additionally placed at least along part of the lateral sides of the gain lines.

В другом случае сформированы по крайней мере две идентичные параллельно расположенные последовательности полосковой активной области генерации, усиливающей области, содержащей по крайней мере расширяемую область усиления, и линейки усиления, причем полосковые активные области генерации помещены на расстояниях, превышающих оптическое взаимодействие между ними, и ограничены едиными отражателями с каждой стороны соответственно, а средства подавления паразитных излучений расположены по крайней мере между боковых сторон полосковых активных областей генерации и в виде единой области со стороны всех конечных выемок линеек усиления. In another case, at least two identical parallel parallel sequences of the strip active generation region, the amplification region containing at least the expandable amplification region, and the gain line are formed, the strip active generation regions being placed at distances exceeding the optical interaction between them and limited to reflectors on each side, respectively, and means for suppressing spurious emissions are located at least between the sides of the strip ac ivnyh generation regions and in a single area of all recesses finite gain lines.

При этом предложено для фазирования излучения
в любой линейке усиления по крайней мере на одной ячейке усиления формировать автономный омический контакт.
It is proposed for phasing radiation
in any gain line at least on one gain cell to form an autonomous ohmic contact.

в параллельно расположенных линейках усиления
а) на полосковых частях каждой области усиления, содержащей расширяемую область усиления, сформированы автономные омические контакты,
б) по крайней мере на одной ячейке усиления каждой линейки усиления сформированы автономные омические контакты.
in parallel gain bars
a) on the strip parts of each gain region containing the expandable gain region, autonomous ohmic contacts are formed,
b) autonomous ohmic contacts are formed on at least one gain cell of each gain line.

Существом настоящего изобретения является создание в интегральном исполнении новой и оригинальной конструкции лазер-усилителя типа бегущей волны с поверхностным излучением, в которой с одним спектральным составом области выходного излучения заданным образом распределены в пределах линейной или двумерной площади тела свечения. The essence of the present invention is the creation of an integrated design of a new and original design of a traveling-wave type laser amplifier with surface radiation, in which, with one spectral composition, the regions of the output radiation are predeterminedly distributed within a linear or two-dimensional area of the luminous body.

Впервые неочевидным путем осуществлен вывод части усиленного излучения из оптического усилителя ИПЛУ при помощи предложенных средств вывода излучения, выполненных в виде выемок с фронтально размещенными отражателями и областей, прозрачных для выводимого излучения. При этом указанные средства обеспечивают прохождение оставшейся части (обычно, меньшей) этого же усиленного излучения в последующий участок усиления, для которого эта оставшейся часть излучения является входным сигналом (аналог сигнала задающего лазера 3 для РОУ 8). Последний в этом участке усиления вновь усиливается, возможно до уровня насыщения, и вновь выводится через следующее аналогичное средство вывода излучения, и так процесс поочередного усиления и вывода излучения может быть повторен требуемое число раз. For the first time, in a non-obvious way, a part of the amplified radiation was removed from an optical amplifier of the IPLU using the proposed radiation output means, made in the form of recesses with frontally placed reflectors and areas transparent to the output radiation. Moreover, these means ensure the passage of the remaining part (usually smaller) of the same amplified radiation to the subsequent amplification section, for which this remaining part of the radiation is an input signal (analogue of the signal of the master laser 3 for ROW 8). The latter in this amplification section is again amplified, possibly to the level of saturation, and is again output through the next similar radiation output means, and so the process of alternating amplification and output of radiation can be repeated the required number of times.

Следовательно, нами реализовано значительное увеличение эффективной длины усиления излучения в оптическом усилителе за счет обеспечения периодического "сброса" части излучения и усиления оставшейся части, причем предложение ново, обладает изобретательским уровнем и промышленно применимо. Therefore, we have implemented a significant increase in the effective length of the radiation gain in the optical amplifier by providing periodic "discharge" of the radiation part and amplification of the remaining part, the proposal being new, it has an inventive step and is industrially applicable.

Ясно, что для обеспечения на всей длине области усиления вывода дифракционно ограниченного одномодового и/или одночастотного когерентного излучения необходимо исключить возможность возникновения самовозбуждаемой генерации. Предложенные для этой цели средства подавления паразитных излучений, средства рассеяния излучений, выполнение областей, прозрачных для выводимых излучений позволили создать различные модификации предложенного ИПЛУ, составляющие единый общий изобретательский замысел. It is clear that in order to ensure that the output of the diffraction-limited single-mode and / or single-frequency coherent radiation is output throughout the amplification region, it is necessary to exclude the possibility of self-excited generation. The means for suppressing spurious emissions, the means for scattering radiation, and the implementation of areas transparent to the emitted radiation, proposed for this purpose, made it possible to create various modifications of the proposed IPLU that make up a single general inventive concept.

Все это обеспечивает значительное увеличение выходной мощности, дает возможность при подстройке токов накачки в соответствующих ячейках усиления достигнуть сужения диаграммы направленности суммарного излучения, а также управления ею вследствие фазированного сложения дифракционно ограниченных выходных одномодовых и/или одночастотных излучений и снижение астигматизма от областей излучения ИПЛУ при возможности вывода излучения практически со всей поверхности оптического усилителя, отводов больших количеств выделяемого тепла от активных областей ИПЛУ и относительной технологической простоты его изготовления. All this provides a significant increase in the output power, makes it possible to fine-tune the radiation pattern of the total radiation and to control it due to the phased addition of diffraction-limited output single-mode and / or single-frequency radiation and to reduce astigmatism from the IPLU radiation regions, if possible, when adjusting the pump currents in the respective gain cells radiation output from almost the entire surface of the optical amplifier, the removal of large amounts of heat from active areas of IPLU and the relative technological simplicity of its manufacture.

Настоящее изобретение будет более понятно из фиг. 2 - 8. The present invention will be more apparent from FIG. 2 - 8.

На фиг. 2 схематически изображен вид сверху конструкции предлагаемого ИПЛУ; на фиг. 3 - продольный разрез А-А предлагаемого ИПЛУ; на фиг. 4 - 6 - фрагменты продольного разреза А-А предлагаемого ИПЛУ; на фиг. 7 - 8 - конструкции предлагаемого ИПЛУ с двумерной интегральной полосковой областью усиления различной топологии: в виде "змейки" фиг. 7, в виде параллельно расположенных ПАОГ, РОУ, линеек усиления фиг. 8. In FIG. 2 schematically shows a top view of the design of the proposed IPLU; in FIG. 3 is a longitudinal section AA of the proposed IPLU; in FIG. 4 - 6 - fragments of a longitudinal section aa proposed IPLU; in FIG. 7 - 8 - design of the proposed IPLU with a two-dimensional integrated strip gain region of various topologies: in the form of a "snake" of FIG. 7, in the form of parallel-located PAOG, DOC, gain bars of FIG. eight.

Предложенное устройство ИПЛУ фиг. 2 и 3 состоит из следующих основных частей, выполненных на едином волноводе: заданного одночастотного мастер-лазера 3 с РБО 7 и оптического усилителя 4, в котором в начале расширяемой области усиления 8 помещен полосковый участок активной области, условно названный нами предусилителем 14, плавно переходящий в расширяемую область усиления, соединенную с полосковой областью усиления (ПОУ) 15 через средство вывода части усиленного излучения. В ПОУ 15 вдоль ее длины регулярно расположены те же средства излучения, которые выполнены в виде выемок 16 с отражателями 17, помещенными на фронтальной наклонной грани каждой выемки по отношению ко входу в усилитель. Средства вывода излучения содержат также области, прозрачные для выводимого излучения 18, которые на фиг.3 обозначены пунктиром. ПАОГ 5 выполнена шириной b, предусилитель 14 - шириной b, РОУ 8 выполнена расширяемой от ширины b до ширины f, ПОУ 15 - шириной f. Выемки 16 имеют глубину xo, определяемую в рассматриваемом случае от поверхности гетероструктуры 1 (в общем случае - от поверхности, противоположной поверхности вывода излучения). Выемки 16 ограничивают с двух сторон каждую ячейку усиления 19, последовательность которых образует линейку усиления 20 ПОУ 15. Выполнены подавляющие паразитное излучение области 21 и 22, поглощающие, либо рассеивающие с дальнейшим поглощением самопроизвольные паразитные отражения и переотражения. Расположены они непосредственно за последней (по ходу усиления) выемкой 16 (торцевые подавляющие области 21) и по обе стороны от всей области усиления оптического усилителя 4 с предусилителем 14 и вокруг мастер-лазера 3 (боковые подавляющие области 22) на расстоянии, на котором боковой спад интенсивности излучения из активных областей усиления достигает не более чем 0,1 его максимального значения в соответствующем поперечном сечении активной области.The proposed IPLU device of FIG. 2 and 3 consists of the following main parts, made on a single waveguide: a given single-frequency master laser 3 with RBO 7 and an optical amplifier 4, in which at the beginning of the expandable amplification region 8 there is a strip section of the active region, conventionally called by us preamplifier 14, smoothly transitioning into an expandable amplification region connected to the strip amplification region (COA) 15 through means for outputting a part of the amplified radiation. In POU 15 along the length of the same regular means of radiation are located that are made in the form of recesses 16 with reflectors 17 placed on the front oblique face of each recess with respect to the entrance to the amplifier. The radiation output means also comprise regions transparent to the output radiation 18, which are indicated by a dotted line in FIG. PAOG 5 is made of width b, the preamplifier 14 is of width b, DOC 8 is made expandable from width b to width f, POA 15 is made of width f. The recesses 16 have a depth x o determined in the case under consideration from the surface of the heterostructure 1 (in the general case, from the surface opposite to the radiation output surface). The recesses 16 limit on each side each gain cell 19, the sequence of which forms a gain line 20 of the POC 15. Spurious radiation suppressing regions 21 and 22 are made, absorbing or scattering with further absorption spontaneous parasitic reflections and rereflections. They are located immediately after the last (along the amplification) recess 16 (end suppression regions 21) and on both sides of the entire amplification region of the optical amplifier 4 with preamplifier 14 and around the master laser 3 (lateral suppression regions 22) at a distance at which the lateral The decrease in the radiation intensity from the active gain regions reaches no more than 0.1 of its maximum value in the corresponding cross section of the active region.

На продольном разрезе А-А гетероструктуры 1 и подложки 2 ИПЛУ (фиг. 3) показано, что гетеростурктура 1 состоит из активного слоя 10, двух окружающих его эмиттеров 23, 24, контактного полупроводникового слоя 25, помещенного на эмиттере со стороны противоположной расположению подложки, и омических контактов 11, 12, 13, где омический контакт 12 является омическим контактом ко всему оптическому усилителю 4, включая все его части, а именно к предусилителю 14, РОУ 8, РОУ 15. В ряде случаев возможно автономное выполнение омического контакта 26 к предусилителю 14. On a longitudinal section AA of the heterostructure 1 and the IPLU substrate 2 (Fig. 3), it is shown that the heterostructure 1 consists of an active layer 10, two emitters 23, 24 surrounding it, a contact semiconductor layer 25 placed on the emitter from the side opposite to the location of the substrate, and ohmic contacts 11, 12, 13, where the ohmic contact 12 is an ohmic contact to the entire optical amplifier 4, including all its parts, namely to the preamplifier 14, ROW 8, ROW 15. In some cases, it is possible to independently conduct the ohmic contact 26 to the preamplifier 14.

Активный слой 10 в реальных гетероструктурах 1, в частности, с напряженными квантово-размерными подслоями, например [16], может включить несколько квантово-размерных активных подслоев в разделяющими их барьерными подслоями и два волноводных подслоя, граничащих в эмиттерами 23, 24 соответственно, но для настоящего изобретения это не будет играть принципиальной роли. The active layer 10 in real heterostructures 1, in particular, with strained quantum-dimensional sublayers, for example [16], can include several quantum-dimensional active sublayers in the barrier sublayers separating them and two waveguide sublayers bordering the emitters 23, 24, respectively, but for the present invention this will not play a fundamental role.

Грани выемки 16 могут быть покрыты упрочняющими защитными покрытиями 27, а фронтальная по отношению в распространяемому усиливаемому излучению дополнительно покрыта высокоотражающим покрытием 28 (см. фиг. 3 - 6). The edges of the recess 16 can be covered with reinforcing protective coatings 27, and the frontal one with respect to the propagated amplified radiation is additionally covered with a highly reflective coating 28 (see Figs. 3-6).

Для осуществления вывода излучения через области, прозрачные для выводимости излучения 18, а именно слои гетероструктуры 1 и подложку 2, расположенные по пути прохождения отраженного усиленного излучения от отражателя 17 выемки 16, в подложке 2 выполнены поверхности вывода 29, свободные от омического контакта 13 и покрытые многослойными диэлектрическими антиотражающими покрытиями 9. На фиг. 4 - 6 на фрагментах разрезов изображены различные варианты размещения отражателей 17 выемок 16 и поверхностей вывода 29, выполненных либо на поверхности подложки 2 (фиг. 4, 5), либо в углублениях в подложке 2 (фиг. 6). При этом поверхности вывода 29 могут помещены под различными углами ε к плоскости слоев гетеростурктуры 1 в зависимости от положения отражателя 17, т.е. от величины угла ψ (образован направлением ребра отражателя выемки на поверхности гетероструктуры с направлением боковых сторон полосковой области усиления) и угла φ (образован нормально, мысленно проведенной в плоскости активного слоя, к линии пересечения его плоскости с плоскостью отражателя выемки с нормалью к поверхности отражателя выемки). To carry out the radiation output through regions transparent to the radiation output 18, namely the heterostructure layers 1 and the substrate 2 located along the path of the reflected amplified radiation from the reflector 17 of the recess 16, the output surfaces 29 are made from the ohmic contact 13 and coated multilayer dielectric antireflection coatings 9. In FIG. 4-6, fragments of sections depict various options for the placement of reflectors 17 of the recesses 16 and output surfaces 29, made either on the surface of the substrate 2 (Fig. 4, 5) or in the recesses in the substrate 2 (Fig. 6). Moreover, the output surfaces 29 can be placed at different angles ε to the plane of the heterostructure layers 1 depending on the position of the reflector 17, i.e. from the value of the angle ψ (formed by the direction of the edge of the recess reflector on the heterostructure surface with the direction of the sides of the strip gain region) and the angle φ (formed normally, mentally drawn in the plane of the active layer, to the line of intersection of its plane with the plane of the recess reflector with the normal to the surface of the recess reflector )

На фиг. 5 показан дополнительно введенный просветляющий слой 30, помещенный между эмиттером 24 и подложкой 2. In FIG. 5 shows an additionally introduced antireflection layer 30 placed between the emitter 24 and the substrate 2.

На фиг. 7, 8 изображены поворотные отражатели 31, помещенные на поворотной ячейке усиления 32, соединяющей две смежные последовательно расположенные линейки усиления 20, использованные для создания двумерной интегральной ПОУ 15 с поворотными ячейками 32 в предположенном ИПЛУ. In FIG. 7, 8 depict rotary reflectors 31 placed on a rotary gain cell 32 connecting two adjacent successive array of amplifiers 20, used to create a two-dimensional integrated POC 15 with rotary cells 32 in the proposed IPLU.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. The proposed device operates as follows.

Излучение из задающего лазера 3 (см. фиг. 2) через селективный РБО 7 вводится по полосковому волноводу предусилителя 14 в РОУ 8, в которой усиливается дифракционно расходящееся излучение. Величина усиленного излучения может быть рассчитана с помощью известных методик для определенной гетероструктуры 1 известным образом при знании величины тока, приложенного к РОУ 8, а также длины РОУ 8. Усиленное до заданной величины (Po) излучение, попадая на фронтальную наклонную зеркальную грань выемки 16 - отражатель 17, отражается от него и выводится из активного слоя 10. (В данном частном случае, изображенном на фиг. 2 при углах ψ = π/2 и φ = π/4 лучи отражаются под прямым углом в сторону подложки.) Однако, так как выемка 16 глубиной х0 специально рассчитана и сформирована из активного слоя 10 выводится на все излучение, а только его часть - Pвых. Оставшаяся, обычно меньшая часть проходит непосредственно под дном выемки 16 и излучение Pвх (обычно не менее 10-3) попадает в первую ячейку усиления 19 ПОУ 15. Здесь за счет приложенного к этой ячейке 19 тока накачки, излучение в конце нее вновь может быть усилено практически до насыщения (в зависимости от длины ячейки 19 и силы приложенного тока), вновь отражается от отражателя 17 следующей выемки 16 и выводится из активной области ячейки усиления 19 и т.д.The radiation from the master laser 3 (see Fig. 2) is introduced through a selective RBW 7 along the strip waveguide of the preamplifier 14 into the DOC 8, in which diffractionly diverging radiation is amplified. The magnitude of the amplified radiation can be calculated using known methods for a specific heterostructure 1 in a known manner with knowledge of the magnitude of the current applied to the DOC 8, as well as the length of the DOC 8. The radiation amplified to a given value (P o ), falling on the front inclined mirror face of the recess 16 - the reflector 17 is reflected from it and is removed from the active layer 10. (In this particular case, shown in Fig. 2 at angles ψ = π / 2 and φ = π / 4, the rays are reflected at right angles to the substrate.) However, since the depth of the recess 16, specifically x 0 p sschitana and is formed from the active layer 10 is output to all of the radiation, but only part of it - P O. The remaining, usually a smaller part passes directly below the bottom of the recess 16 and the radiation P in (usually not less than 10 -3 ) falls into the first amplification cell 19 of the POU 15. Here, due to the pump current applied to this cell 19, the radiation at the end of it can again be amplified almost to saturation (depending on the length of the cell 19 and the strength of the applied current), is again reflected from the reflector 17 of the next recess 16 and is derived from the active region of the gain cell 19, etc.

На фиг. 3 на продольном разрезе, перпендикулярном слоям гетероструктуры 1, показано схематическое распределение интенсивности I(x) излучения, распространяющегося вдоль активного слоя 10. Максимум этого распределения в нашем случае, как и для обычно используемых симметричных гетероструктур, расположен в центре активного слоя 10, вдоль оптической оси симметрии, а спадающие хвосты распределения захватят эмиттеры 23 и 24. In FIG. 3, a longitudinal section perpendicular to the layers of the heterostructure 1 shows a schematic distribution of the intensity I (x) of the radiation propagating along the active layer 10. The maximum of this distribution in our case, as for the commonly used symmetric heterostructures, is located in the center of the active layer 10, along the optical the axis of symmetry, and the falling tails of the distribution will be captured by emitters 23 and 24.

Расчет распределения интенсивности излучения I(x) для конкретной гетероструктуры 1 при заданных составах и толщинах всех ее слоев в настоящее время не представляет трудностей (см., например, [17]). Для каждой конкретной полученной зависимости I(x) поток мощности излучения в гетероструктуре 1, проходящий под дном выемки через сечение, нормальное к плоскости слоев гетероструктуры 1, равен
kPo= k∫oI(x)dx = ∫xI(x)dx, ,
где
Po - полный поток мощности излучения через гетероструктуру 1.
The calculation of the distribution of the radiation intensity I (x) for a specific heterostructure 1 for given compositions and thicknesses of all its layers is not difficult at present (see, for example, [17]). For each specific dependence I (x) obtained, the radiation power flux in the heterostructure 1 passing under the bottom of the notch through a section normal to the plane of the layers of the heterostructure 1 is
kP o = k∫ o I (x) dx = ∫ x I (x) dx,,
Where
P o is the total flux of radiation power through the heterostructure 1.

При выбранном значении k, равном, например 0,1, можно найти x0 т.е. то расстояние, на которое дно выемки 16 должно быть отдалено от поверхности контактного слоя 25 или, что тоже самое, от поверхности гетероструктуры 1. Было определено, что практически для реализации изобретения Pвх выбирает в диапазоне (0,99 - 0,001) P0.For a chosen value of k equal to, for example, 0.1, we can find x 0 i.e. the distance at which the bottom of the recess 16 should be remote from the surface of the contact layer 25 or, which is the same, from the surface of the heterostructure 1. It was determined that, for practicing the invention, P in selects in the range (0.99 - 0.001) P 0 .

Указанный диапазон изменения k= 0,99-0,001 может быть также обоснован известными данными [18] и проведенными оценками. The indicated range of variation k = 0.99-0.001 can also be justified by the known data [18] and the estimates made.

Поток энергии, равный (1-k)P0=Pвых, будет выведен из гетероструктуры 1 в направлении подложки 2, за вычетом потерь, в основном дифракционных, связанных с таким выводом. Эти потери будут пренебрежимо малы, если определяемая заданной конфигурацией гетероструктуры поперечная к слоям гетероструктуры ширина волноводной моды, отсекаемая отражателем выемки, превышает значение длины волны генерируемого излучения, распространяемого в гетероструктуре. Это означает, что практически для используемых гетероструктур указанное выше условие выполнимо.An energy flux equal to (1-k) P 0 = P o will be removed from the heterostructure 1 in the direction of the substrate 2, minus the losses, mainly diffraction, associated with this conclusion. These losses will be negligibly small if the width of the waveguide mode, cut off by the notch reflector, which is determined by the given configuration of the heterostructure and is cut off by the recess reflector, exceeds the wavelength of the generated radiation propagated in the heterostructure. This means that for the heterostructures used, the above condition is satisfied.

Доля полного потока, равная kP0, за вычетом потерь, связанных с вхождением этой части излучения в моду излучения (процесс формирования моды в следующей ячейке генерации) является входным потоком мощности Pвх, поступающим в следующую ячейку генерации 11. Из проведенных оценок определено, что основную долю составляют дифракционные потери, связанные с процессом формирования моды, которые зависят от величины k. Величина этих потерь варьируется от нескольких процентов P0 до значений, не превышающих 0,25 P0.The fraction of the total flux equal to kP 0 , minus the losses associated with the entry of this part of the radiation into the radiation mode (the process of forming the mode in the next generation cell), is the input power stream P in which enters the next generation cell 11. From the estimates made, it was determined that the main share is the diffraction loss associated with the process of mode formation, which depend on the value of k. The magnitude of these losses varies from a few percent P 0 to values not exceeding 0.25 P 0 .

Перешедшая в следующую ячейку 19 доля усиленного излучения захватится ее волноводом и будет усиливаться на всей ее длине до следующего отражателя 17 выемки 16, причем экспериментально была подтверждена необходимость выполнения условия, при котором полное усиление в ячейке было обратно пропорционально величине Pвх.The fraction of the amplified radiation that passed into the next cell 19 is captured by its waveguide and will be amplified along its entire length until the next reflector 17 of the recess 16, and the necessity of fulfilling the condition under which the total gain in the cell was inversely proportional to the value of P input was experimentally confirmed.

Обращаем внимание на то, что отраженная часть выходного потока мощности должна быть выведена из гетероструктуры 1 с минимальными обратными отражениями в активный слой 10. Обратно отраженные паразитные излучения могут привести к самовозбуждению областей генерации в усиливающих областях, т.е. к нарушению одномодового (одночастотного) характера усиленного излучения. Для решения этого вопроса могут быть предусмотрены различные конструктивные меры, относящиеся как к расположению выемок, т.е. к углу ψ, к наклону отражателя, т. е. к углу φ, к областям, прозрачным для выводимого излучения 18, включая расположения поверхностей вывода 29 излучений, т.е. к углу ε, так и к областям подавления паразитных излучений 21 и 22. We draw attention to the fact that the reflected part of the output power stream should be removed from the heterostructure 1 with minimal back reflections to the active layer 10. The back-reflected spurious emissions can lead to self-excitation of the generation regions in amplifying regions, i.e. to violation of the single-mode (single-frequency) nature of amplified radiation. To address this issue, various design measures may be provided, relating both to the location of the recesses, i.e. to the angle ψ, to the slope of the reflector, i.e., to the angle φ, to areas transparent to the output radiation 18, including the location of the output surfaces 29 of the radiation, i.e. to the angle ε, and to the areas of suppression of spurious emissions 21 and 22.

Рассмотрим влияние положения отражателей 17 и поверхностей вывода 29 излучения, а также конструкции областей, прозрачных для выводимого излучения 18, на реализацию режима усиления в ПОУ 15 при увеличенной эффективной длине усиления излучения, а также на снижение вероятности возникновения самовозбуждаемых областей генерации в усиливающих областях. Let us consider the influence of the position of the reflectors 17 and the surfaces of the radiation output 29, as well as the design of the regions transparent to the output radiation 18, on the implementation of the amplification mode in the POC 15 with an increased effective radiation amplification length, as well as on the reduction in the likelihood of self-excited generation regions in amplifying regions.

Нами определено, что для реализации необходимых условий усиления необходимо, чтобы направления ребер выемок были направлены либо перпендикулярно по отношению к направлению боковых поверхностей ПОУ 15, либо под некоторым углом ψ ≠ 90° ограниченным диапазоном значений
(π/2)-arcsin(1/n) < ψ < (π/2)+arcsin(1/n),
где
n - показатель преломления области, прозрачной для выводимого излучения, а наклон отражателей ограничен диапазоном значений углов φ
(1/2)arcsin(1/n) < φ < (π/2)-(1/2)arcsin(1/n),
где n - показатель преломления области, прозрачной для выводимого излучения.
We determined that in order to implement the necessary reinforcing conditions, it is necessary that the directions of the notch ribs are directed either perpendicularly with respect to the direction of the lateral surfaces of POU 15, or at a certain angle ψ ≠ 90 ° in a limited range
(π / 2) -arcsin (1 / n) <ψ <(π / 2) + arcsin (1 / n),
Where
n is the refractive index of the region transparent to the output radiation, and the slope of the reflectors is limited by the range of angles φ
(1/2) arcsin (1 / n) <φ <(π / 2) - (1/2) arcsin (1 / n),
where n is the refractive index of the region transparent to the output radiation.

Эмпирически подтверждено, что при выбранном нами диапазоне наклона ребер выемки 16 и наклона отражателей 17 возможна реализация вывода излучения из оптического усилителя 4, значительное уменьшение рассеяния паразитно отраженных излучений, что в совокупности с условиями расположения дна выемки позволяет наиболее оптимально реализовать достаточно эффективный выход части излучения и его введение в следующую ячейку для дальнейшего усиления. It is empirically confirmed that for the range of inclination of the edges of the recess 16 and the inclination of the reflectors 17 we can realize the output of radiation from the optical amplifier 4, a significant reduction in the scattering of spuriously reflected radiation, which, combined with the conditions for the location of the bottom of the recess, allows the most efficient implementation of a sufficiently effective output of a part of the radiation and its introduction to the next cell for further amplification.

Для случая, когда длина волны выводимого излучения λ [мкм] < 1,24/Eg, где Eg [эВ] - ширина запрещенной зоны материала подложки 2 в гетероструктуре 1, подложка 2 в процессе изготовления должна быть удалена по крайней мере из области вывода излучения. For the case when the wavelength of the emitted radiation is λ [μm] <1.24 / Eg, where Eg [eV] is the band gap of the material of the substrate 2 in the heterostructure 1, the substrate 2 must be removed at least from the radiation output region .

В этом случае при выращивании гетероструктуры 1 между подложкой и эмиттером может быть выращен дополнительный прозрачный полупроводниковый слой толщиной в пределах 5 - 100 мкм. Известно, что условие прозрачности отвечает требованию λ [мкм] > 1,24/(Eg+δ), где Eg[эВ] - ширина запрещенной зоны материала подложки 2 в гетероструктуре 1, причем δ следует выбирать не менее 0,1 эВ.In this case, when growing the heterostructure 1 between the substrate and the emitter, an additional transparent semiconductor layer with a thickness in the range of 5-100 μm can be grown. It is known that the transparency condition meets the requirement λ [μm]> 1.24 / (E g + δ), where E g [eV] is the band gap of the substrate material 2 in the heterostructure 1, and at least 0.1 eV should be chosen .

Выходное излучение может быть направлено как наклонно, так и перпендикулярно к плоскостям слоев гетероструктуры 1. The output radiation can be directed both obliquely and perpendicularly to the planes of the layers of the heterostructure 1.

Как сказано ранее, перпендикулярный вывод излучений обеспечивается в случае плоской поверхности вывода излучения, расположенной параллельно слоям гетероструктуры, и выборе угла ψ = π/2, , а угла φ = π/4. . Однако при этом возможно увеличение отражений от поверхностей слоев гетероструктуры и поверхности выхода излучения, в частном случае, о поверхности подложки 2, что крайне нежелательно (фиг. 4). As mentioned earlier, the perpendicular emission output is provided in the case of a flat radiation output surface located parallel to the heterostructure layers and the choice of the angle ψ = π / 2, and the angle φ = π / 4. . However, it is possible to increase reflections from the surfaces of the heterostructure layers and the radiation exit surface, in particular, about the surface of the substrate 2, which is extremely undesirable (Fig. 4).

Как показали эксперименты для минимизации этого эффекта желательно на пути вывода отраженного излучения из активного слоя 10 гетероструктуры 1, например, между эмиттером 24 и подложкой 2 в многослойной гетероструктуре 1 желательно встраивать просветляющий полупроводниковый слой 30, оптическая толщина которого равна четверти длины волны выводимого излучения (фиг. 5). Просветляющие свойства слоя 15 определяются выполнением условия

Figure 00000002
где n15, n4, n2 - показатели преломления четвертьволнового просветляющего слоя 15, эмиттера 14 и подложки 2, соответственно. Аналогично такой слой может быть введен со стороны другого эмиттера при противоположном выводе излучения.As experiments have shown, in order to minimize this effect, it is desirable to transfer the reflected radiation from the active layer 10 of the heterostructure 1, for example, between the emitter 24 and the substrate 2 in the multilayer heterostructure 1, it is desirable to incorporate an antireflection semiconductor layer 30, the optical thickness of which is equal to a quarter of the wavelength of the radiation emitted (Fig. . 5). The enlightening properties of layer 15 are determined by the fulfillment of the condition
Figure 00000002
where n 15 , n 4 , n 2 are the refractive indices of the quarter-wave antireflection layer 15, emitter 14 and substrate 2, respectively. Similarly, such a layer can be introduced from the side of another emitter with the opposite output radiation.

Также снизить эффект переотражений и паразитных излучений при направление выходного излучения по нормали к плоскостям слоев гетероструктуры 1, в частности, к подложке 2 при углах ψ = π/2 и φ ≠ π/4 позволяет выбор определенного наклона плоской поверхности вывода излучения к плоскостям слоев гетероструктуры 1 (фиг. 6). Было выяснено, что для φ < π/4 угол ε задан соотношением
n sin{ε-[(π/2)-2φ]} = sinε,
где
n - показатель преломления области, прозрачной для выводимого излучения, а для угла φ > π/4 угол ε задан соотношением
n sin{ε-[2φ-(π/2)]} = sinε, ,
где
n - показатель преломления области, прозрачной для выводимого излучения.
The decrease in the effect of rereflections and spurious emissions when the direction of the output radiation is normal to the planes of the layers of the heterostructure 1, in particular, to the substrate 2 at angles ψ = π / 2 and φ ≠ π / 4 allows the choice of a certain slope of the flat surface of the radiation output to the planes of the layers of the heterostructure 1 (Fig. 6). It was found that for φ <π / 4 the angle ε is given by
n sin {ε - [(π / 2) -2φ]} = sinε,
Where
n is the refractive index of the region transparent to the output radiation, and for the angle φ> π / 4, the angle ε is given by
n sin {ε- [2φ- (π / 2)]} = sinε,,
Where
n is the refractive index of the region transparent to the output radiation.

В местах выхода лучей из подложки 2, свободных от металлических контактных слоев омического контакта 13, желательно наносить антиотражающие покрытия 9. In the places where the rays exit the substrate 2, free of metal contact layers of the ohmic contact 13, it is desirable to apply antireflection coatings 9.

Для случая, когда подложка 2 непрозрачна для выходного излучения, вышеприведенные конструктивные решения остаются в силе, но при этом в местах выхода излучения подложка 2 должна быть удалена. For the case when the substrate 2 is opaque to the output radiation, the above structural solutions remain valid, but at the same time, the substrate 2 must be removed at the places where the radiation exits.

Как сказано ранее, для уменьшения обратно отраженных паразитных излучений нами выполнены области их подавления 21 и 22. Для этого в конце последней ячейки усиления 19 ПОУ 15, непосредственно после отражателя 17 конечной выемки 16 в гетероструктуре 1 создается торцевая область подавления паразитных излучений 21, а именно, либо область поглощения, либо рассеяния с последующим поглощением прошедшей под выемкой 16 малой части излучения Pвх, а также подавлением отраженных и переотраженных излучений с целью предотвращения самовозбуждения усилителя.As mentioned earlier, to reduce the back-reflected spurious emissions, we performed the areas of their suppression 21 and 22. For this, at the end of the last gain cell 19 of the POC 15, immediately after the reflector 17 of the final recess 16 in the heterostructure 1, an end region for suppressing spurious emissions 21 is created, namely or either the absorption or scattering region, followed by absorption of a small part of the radiation P in , passed under the recess 16, as well as suppression of the reflected and reflected radiation in order to prevent the self-excitation of the amplifier.

Предложено с боковых сторон активной области, по крайней мере, задающего лазера 3 и в торце ПОУ 15 после последней выемки 16 ячейки усиления 19 выполнять канавки для создания торцевой и частично боковой областей подавления 21 и 22. Также могут быть выполнены аналогичные канавки по бокам предусилителя 14 и РОУ 8 оптического усилителя 4 для создания частично боковых областей подавления 22. It is proposed that grooves be made on the sides of the active region of at least the driving laser 3 and in the end of the POU 15 after the last recess 16 of the amplification cell 19 to create the end and partially lateral suppression regions 21 and 22. Similar grooves on the sides of the preamplifier 14 can also be made. and ROW 8 of the optical amplifier 4 to create partially lateral areas of suppression 22.

Эмпирически было выяснено и подвержено расчетными оценками, что подавление паразитных излучений при минимально вносимых потерях достигается при расположении канавок на расстояниях, при которых боковой спад интенсивности генерируемого либо усиливаемого излучения снижается до значений не более чем 0,1 максимального значения интенсивности излучения в соответствующем поперечном сечении активной области. Причем данные канавки должны быть выполнены, по крайней мере, на глубину расположения всех слоев гетероструктуры 1, вплоть до подложки 2. Стороны канавок, смежные с боковыми сторонами активных областей, желательно формировать под углами полного внутреннего отражения к преимущественно распространяемым паразитным излучениям. Они могут быть рассчитаны при помощи известных методик. It was empirically determined and subject to design estimates that the suppression of spurious emissions with minimal insertion loss is achieved by arranging the grooves at distances at which the lateral decay of the intensity of the generated or amplified radiation decreases to no more than 0.1 of the maximum value of the radiation intensity in the corresponding active cross section area. Moreover, these grooves should be made at least to the depth of all layers of the heterostructure 1, up to the substrate 2. It is desirable to form the sides of the grooves adjacent to the sides of the active regions at angles of total internal reflection to predominantly spurious radiation. They can be calculated using known methods.

Для увеличения эффекта подавления паразитных излучений канавки заполняют поглощающими излучение материалами с определенными характеристиками. Как определено, наилучшими материалами являются полупроводниковые материалы с шириной запрещенной зоны Eg (эВ) < 1,24/λ (1/мкм) . При этом необходима ширина канавок не менее 3/α, где α - коэффициент поглощения выбранного полупроводникового материала для данной длины волны λ (мкм). . Полупроводниковыми материалами могут быть германий, кремний, арсенид индия и т.д.To increase the effect of suppressing spurious emissions, the grooves are filled with radiation-absorbing materials with certain characteristics. As determined, the best materials are semiconductor materials with a band gap E g (eV) <1.24 / λ (1 / μm). In this case, a groove width of at least 3 / α is required, where α is the absorption coefficient of the selected semiconductor material for a given wavelength λ (μm). . Semiconductor materials can be germanium, silicon, indium arsenide, etc.

Из литературы [12, 19] известно введение областей, подавляющих паразитные излучения: как торцевой области 21 [12], так и боковых областей 22 [19]. Однако для данной конструкции ИПЛУ выбраны расположения, углы наклона боковых сторон канавок, смежных с активными областями, используемые поглощающие материалы. Выяснено, что увеличение расстояний между канавкой 21 и торцевой стороной ПОУ 15, а также между канавками 22 и боковыми сторонами активных областей ИПЛУ значительно снижает эффект подавления паразитных излучений. Наименьшее расстояние определяется технологическими возможностями и требованиями исключения переотражений от граней канавок в активную область. Углы наклона канавок выбирают именно такими, чтобы исключить обратные переотражения. Предварительно они могут быть рассчитаны при помощи известных методов и уточнены во время эксперимента, так как зависят от каждой конкретной конструкции ИПЛУ, т.е. конкретной гетероструктуры и его элементов. Из сказанного следует, что вся совокупность существенных признаков предложенного ИПЛУ, включающего указанные средства подавления паразитных излучений обладает изобретательским уровнем и новизной. From the literature [12, 19], the introduction of regions suppressing spurious radiation is known: both the end region 21 [12] and the side regions 22 [19]. However, for this design, the IPLU selected location, the angle of inclination of the sides of the grooves adjacent to the active areas, the absorbing materials used. It was found that increasing the distances between the groove 21 and the end side of the POC 15, as well as between the grooves 22 and the sides of the active regions of the IPLU, significantly reduces the effect of suppressing spurious emissions. The smallest distance is determined by the technological capabilities and the requirements for eliminating rereflections from the edges of the grooves into the active region. The angles of inclination of the grooves are chosen precisely so as to exclude reverse re-reflections. Previously, they can be calculated using known methods and refined during the experiment, since they depend on each specific design of the IPLU, i.e. specific heterostructure and its elements. From the foregoing, it follows that the entire set of essential features of the proposed IPLU, including these means of suppressing spurious emissions, has an inventive step and novelty.

Предложенные нами и рассмотренные здесь модификации элементов позволяют оптимизировать конструкцию ИПЛУ и получить превосходные параметры как по величине выходной мощности, так и по качеству получаемого излучения. The modifications of elements that we have proposed and discussed here allow us to optimize the design of the IPLU and obtain excellent parameters both in terms of the output power and the quality of the received radiation.

Для дальнейшего увеличения выходной мощности предложены различные варианты топологий ПОУ 15, ПАОГ 5, предусилителя 14. To further increase the output power, various topology options were proposed for POU 15, PAOG 5, and preamplifier 14.

На фиг.7, 8 представлено несколько вариантов ИПЛУ, отличающихся двумерной областью поверхностного излучения, сформированными из линеек усиления 20, соответственно в виде, например, "змейки" (фиг.7), а также из "решетки" (фиг.8). Возможны также другие варианты создания топологий двумерных областей, не представленные в настоящем описании и на фигурах (например, "свернутая спираль", "раскручивающаяся спираль" и т.д.). In Figs. 7, 8, several IPLU variants are presented, characterized by a two-dimensional region of surface radiation formed from gain lines 20, respectively, in the form, for example, of a "snake" (Fig. 7), as well as of a "lattice" (Fig. 8). There are also other options for creating topologies of two-dimensional regions that are not presented in the present description and in the figures (for example, "rolled up spiral", "untwisted spiral", etc.).

На фиг. 7 излучение задающего лазера, усиленное в РОУ 8, поочередно отражаясь для вывода из активного слоя 10 и усиливаясь вновь, как описано ранее, достигает конца линейки усиления 20. Здесь за счет введения поворотного отражателя 32, сформированного под углом 45oC по отношению с боковым поверхностям линейки усиления 20 и пересекающим по нормали все слои гетероструктуры 1 вплоть до подложки 2, излучение за счет полного внутреннего отражения на этом зеркале меняет направление на угол 90oC в ту или иную сторону, в зависимости от направления угла поворота линейки усиления 20. Далее процесс повторяется во второй линейке усиления 20, расположенной под прямым углом к первой. На конце второй линейки 20 также сформирован аналогичный поворотный отражатель 31. В конце последней линейки 20 непосредственно после выемки 16 для вывода излучения, например, через подложку 2 сформирована торцевая подавляющая паразитное излучение область 21.In FIG. 7, the radiation of the master laser amplified in ROW 8, alternately reflected for output from the active layer 10 and amplified again, as described earlier, reaches the end of the gain line 20. Here, by introducing a rotary reflector 32, formed at an angle of 45 o C with respect to the side line gain surfaces 20 and intersecting the normal all heterostructure layers 1 down to the substrate 2, the radiation due to total internal reflection at the mirror changes the direction at an angle of 90 o C in one direction or another, depending on the direction of the angle of rotation l Neykov gain 20. The process is repeated for the second amplification line 20 at right angles to the first. A similar rotary reflector 31 is also formed at the end of the second ruler 20. At the end of the last ruler 20, immediately after the recess 16 for outputting radiation, for example, an end spurious suppression region 21 is formed through the substrate 2.

Варьируя последовательность и углы поворотов, длины линеек усиления 20 можно сформировать разнообразные варианты двумерных фигур ПОУ 15 и, соответственно, поверхностей с регулярно расположенными на них поперечными полосками излучения. By varying the sequence and angles of rotation, the lengths of the gain lines 20, various variants of two-dimensional figures of POU 15 and, correspondingly, surfaces with transverse radiation strips regularly arranged on them can be formed.

Так, например, может быть выполнен ИПЛУ, включающий 41 линейку усиления 20, причем каждая последующая линейка усиления 20 расположена под прямым углом по отношению к предыдущей (см. фиг.7). При этом первая линейка усиления 20, граничащая со стороны входа излучения с РОУ 8 будет состоять из двух ячеек усиления 19, вторая, четвертая и все четные линейки усиления 20, вплоть до сороковой - из одной ячейки усиления 19; третья и все нечетные линейки усиления 20, вплоть до последней нечетной 41 линейки усиления 20 - из 6 ячеек усиления 19. Всего в устройстве, кроме поворотных, должно быть предусмотрено 142 ячейки усиления 19. На каждом повороте помещена поворотная ячейка 19 (всего 40 штук), ограничения на повороте поворотным отражателем 31. Каждый из таких зеркальных отражателей 31 должен быть расположен под углом [(π/4) ± 0,01] рад по отношению к падающему на них усиливаемому лучу так, что направление усиливаемого излучения в каждой из нечетных шестиячеечных линеек усиления 20, начиная с 3 и кончая 41, меняется на противоположные. So, for example, can be performed IPLU, including 41 gain line 20, and each subsequent gain line 20 is located at right angles to the previous one (see Fig.7). In this case, the first gain line 20, bordering the radiation input side with the DOC 8, will consist of two gain cells 19, the second, fourth, and all even gain lines 20, right up to the fortieth, from one gain cell 19; the third and all odd gain bars 20, up to the last odd 41 gain bars 20 — out of 6 gain cells 19. In total, in addition to rotary ones, 142 gain cells 19 must be provided 19. At each turn, rotary cell 19 is placed (40 in total) , restrictions on rotation by the rotary reflector 31. Each of such mirror reflectors 31 should be located at an angle of [(π / 4) ± 0.01] rad with respect to the amplified beam incident on them so that the direction of the amplified radiation in each of the odd six-cell gain bars I'm 20, starting at 3 and ending at 41, is reversed.

Таким образом может быть сформировано двумерное плотноупакованное тело свечения для выходного усиленного излучения, имеющего форму типа "змейки". Общий размер близкого к квадратному тела свечения для данного ИПЛУ равен 3,0•3,2 = 9,6 мм2.In this way, a two-dimensional close-packed luminescence body can be formed for the output amplified radiation having the form of a “snake” type. The total size of the near-square glow body for this IPLU is 3.0 • 3.2 = 9.6 mm 2 .

Для выполнения определенной архитектуры ПОУ 15 и поворотных отражателей 31 можно использовать хорошо отработанные в настоящее время методы планарной технологии и фотолитографии, а также разработанные в последнее время технологии изготовления травленных зеркал [20]. To implement the specific architecture of the POU 15 and rotary reflectors 31, it is possible to use currently well developed methods of planar technology and photolithography, as well as recently developed technologies for manufacturing etched mirrors [20].

Другие варианты конструкций ИПЛУ с двумерной поверхностью излучения оптического усилителя 4 без использования поворотных отражателей 31 могут быть образованы так называемыми "решетками". При этом оптический усилитель состоит из идентичных параллельно расположенных последовательностей волноводов предусилителя 14, РОУ 8 и линеек усиления 20, объединенных с помощью задающего лазера 3. Последний может состоять либо из одной ПАОГ 5, либо из нескольких. Элементы "решеток" сформированы аналогично элементам, описываемым ранее в соответствии с фиг.2 - 6. Other design options for IPLU with a two-dimensional radiation surface of the optical amplifier 4 without the use of rotary reflectors 31 can be formed by the so-called "gratings". In this case, the optical amplifier consists of identical parallel arranged sequences of waveguides of the preamplifier 14, ROW 8 and gain lines 20, combined using a master laser 3. The latter can consist of either one PAOG 5 or several. Elements of the "gratings" are formed similarly to the elements described previously in accordance with figure 2 - 6.

В случае одной ПАОГ 5 задающего лазера 3 (топология размещения ПАОГ 15, предусилителя 14 и РОУ 8 оптического усилителя 4 известна из научной литературы - см., например, [21, фиг.1] ее выход соединен с единым входным концом далее разветвляющегося волновода предусилителя 14. Выходы его соединены с несколькими (по числу отводов волновода предусилителя 14) входами РОУ 8. In the case of one PAOG 5 of the master laser 3 (the layout topology of the PAOG 15, the preamplifier 14, and the DOC 8 of the optical amplifier 4 is known from the scientific literature - see, for example, [21, Fig. 1] its output is connected to a single input end of a further branching waveguide of the preamplifier 14. Its outputs are connected to several (by the number of taps of the preamplifier waveguide 14) inputs of the DOC 8.

В другом случае, изображенном на фиг.8, в гетероструктуре 1 сформировано несколько параллельно расположенных единых волноводов, т.е. несколько параллельно расположенных ПАОГ 5 задающего лазера 3, число которых равно числу волноводов, расположенных друг от друга на расстояниях, превышающих расстояние возможного оптического их взаимодействия между ними. Оптический резонатор 6 является единым для всех ПАОГ 5 с идентичными РБО 7. Излучение от каждой ПАОГ 5 через соответствующий волновод предусилителя 14 и соответствующую РОУ 8 вводится в соответствующую интегрально выполненную линейку усиления 20. Процессы поочередного вывода и усиления оставшегося введенного в следующую ячейку усиления 19 излучения в линейках 20 аналогичны описываемым ранее (см. Описание к фиг. 6 настоящего изобретения). In another case, depicted in Fig. 8, several parallel waveguides are formed in heterostructure 1, i.e. several parallel-located PAOG 5 of the master laser 3, the number of which is equal to the number of waveguides located from each other at distances exceeding the distance of their possible optical interaction between them. The optical resonator 6 is the same for all PAOG 5 with identical RBOs 7. Radiation from each PAOG 5 through the corresponding waveguide of the preamplifier 14 and the corresponding ROW 8 is introduced into the corresponding integrally executed gain line 20. The processes of sequential output and amplification of the remaining radiation introduced into the next cell 19 amplification in lines 20 are similar to those described previously (see. Description to Fig. 6 of the present invention).

Подобный ИПЛУ с двумерной излучающей поверхностью может состоять, например, из 15-ти единых волноводов с 15-ю одинаковыми ПАОГ 5, 15-ю предусилителями 14, 15-ю РОУ 8 и 15-ю линейками усиления 20 ПОУ 15 оптического усилителя 4. Все ПАОГ 5 должны быть объединены общим резонатором 6 с идентичным РБО 7 и ко всем линейкам 20 должна быть выполнена единая торцевая область подавления паразитных излучений 21. Для исключения оптического взаимодействия между ПАОГ 5 все 15 единых волноводов должны быть расположены строго параллельно (см. фиг. 8) на расстояниях, превышающих расстояния оптического взаимодействия между ними (обычно единицы микрон). Выбранное для данного ИПЛУ это расстояние равно 50 мкм. A similar IPLU with a two-dimensional radiating surface can, for example, consist of 15 single waveguides with 15 identical PAOGs 5, 15 preamplifiers 14, 15th DOC 8 and 15 amplification lines 20 POU 15 of optical amplifier 4. All PAOH 5 must be combined by a common resonator 6 with the identical RBO 7 and a uniform end region for suppressing spurious emissions 21 should be made to all lines 20. To exclude optical interaction between PAOH 5, all 15 single waveguides should be located strictly parallel (see Fig. 8 ) at distances exceeding their optical interaction distance therebetween (typically several microns). The distance selected for this IPLU is 50 μm.

Для обоих случаев "решеток" ИПЛУ могут быть автономно выполнены омические контакты 26, которые помещены на волноводах предусилителя 14. В этих случаях они могут служить не только для предварительного усиления выходного излучения ПАОГ 5 задающего лазера 3, но также и для контроля фаз излучения ПАОГ 5. Для этого независимо контролируют ток, протекающий через каждый отрезок волновода предусилителя 14, или какие-либо другие участки оптического усилителя 4, к которым также могут быть выполнены автономные омические контакты 12. Нужное изменение фазы при этом достигается заданным введением концентрации инжектированных носителей, изменяющих длину оптического пути для усиливаемого излучения в таком участке. Подобный контроль для другого конструктивного исполнения решетки лазерных усилителей известен из [22]. For both cases of IPLU gratings, ohmic contacts 26 can be made autonomously, which are placed on the waveguides of the preamplifier 14. In these cases, they can serve not only to pre-amplify the output radiation of the PAOG 5 of the master laser 3, but also to control the phases of the radiation of the PAOG 5 To do this, independently control the current flowing through each segment of the waveguide preamplifier 14, or any other sections of the optical amplifier 4, which can also be made autonomous ohmic contacts 12. The desired phase change this is achieved by a predetermined introduction of the concentration of injected carriers that change the optical path length for the amplified radiation in such a section. A similar control for another design of a laser amplifier array is known from [22].

Для высококачественных гетероструктур 1, близких к идеальным, выходные лучи, отраженные от фронтальных отражателей 17 выемок 16, будут сфазированными между собой, и их когерентное сложение в этом случае обеспечивает в дальнем поле не только указанные выше высокие выходные мощности излучения, но и дальнейшее (относительно расходимости каждого отдельного луча) сужение диаграммы направленности суммарного излучения в каждом из двух направлений (вдоль линейки генерации и перпендикулярно к ней) пропорционально числу складываемых лучей в каждом из указанных направлений. Однако структуры обычно не идеальны и в этих случаях необходима какая-либо подстройка условий работы ячеек усиления 19 друг к другу. Наиболее простой является токовая подстройка. В ряде случаев возможна токовая подстройка только одной ячейки 19 в линейке 20, но может возникнуть необходимость подстройки каждой ячейки 19. В этом случае для получения сфазированного излучения требуется автономное исполнение омических контактных слоев 17 к каждой из ячеек усиления 19 и независимый контроль тока через каждую ячейку 19. For high-quality heterostructures 1 that are close to ideal, the output rays reflected from the front reflectors 17 of the recesses 16 will be phased among themselves, and their coherent addition in this case provides not only the above high output radiation powers, but also further (relatively the divergence of each individual ray) the narrowing of the radiation pattern of the total radiation in each of two directions (along the generation line and perpendicular to it) is proportional to the number of added rays in each m from these areas. However, the structures are usually not ideal and in these cases some adjustment of the working conditions of the gain cells 19 to each other is necessary. The simplest is current tuning. In some cases, current tuning of only one cell 19 in line 20 is possible, but it may be necessary to adjust each cell 19. In this case, to obtain phased radiation, autonomous execution of ohmic contact layers 17 to each of the gain cells 19 and independent control of the current through each cell are required 19.

Соответствующее управление контроллерами (например, с помощью компьютеров) позволяет обеспечить не только синхронизацию выходного излучения между линейками усиления 20, но и между ячейками усиления 19, а также управляемое сканирование выходного луча для всего ИПЛУ в целом. Appropriate control of the controllers (for example, using computers) allows us to ensure not only the synchronization of the output radiation between the gain bars 20, but also between the gain cells 19, as well as the controllable scanning of the output beam for the entire IPLU as a whole.

Приведенные нами объяснения работы и доказательства существенности отличительных признаков устройства позволяют определить главное достоинство предложенных конструкций ИПЛУ - возможность получения относительно несложными известными технологическими приемами сверхвысоких уровней выходной мощности излучения при поддержании одночастотных и/или одномодовых его свойств со всеми присущими ему уникальными качествами: узкой диаграммой направленности излучения, определяемой дифракционной расходимостью отдельных излучающих элементов ИПЛУ и их когерентным сложением в дальнем поле, узким спектром излучения, присущим одной частоте генерации для задающего лазера, высокой температурной стабильностью длины волны излучения, однородностью ближнего поля излучения, высокой надежностью. Our explanations of the operation and evidence of the significant features of the device allow us to determine the main advantage of the proposed designs of the IPLU - the possibility of obtaining relatively simple known technological methods of ultrahigh levels of output radiation power while maintaining its single-frequency and / or single-mode properties with all its unique qualities: a narrow radiation pattern determined by the diffraction divergence of individual radiating elements IPLU and their coherent addition in the far field, the narrow emission spectrum inherent in one generation frequency for the master laser, high temperature stability of the radiation wavelength, uniformity of the near radiation field, and high reliability.

Поддержание одночастотного и/или одномодового режимов работы предложенного ИПЛУ с модификациями связано с тем, что все активные элементы предлагаемого устройства, как описывается ранее, работают в режиме усиления одномодового и/или одночастотного излучения задающего лазера. Maintaining single-frequency and / or single-mode operation modes of the proposed IPLU with modifications is due to the fact that all active elements of the proposed device, as described previously, operate in the amplification mode of single-mode and / or single-frequency radiation from a master laser.

Высокие мощности предложенных в данном изобретении конструкций ИПЛУ обеспечиваются тем, что в оптический усилитель 4 дополнительно ведена ПОУ 15 с увеличенной эффективной длиной усиления излучения за счет введения отдельных ячеек усиления 19, на границах которых происходит "сброс" из активной области 10 части излучения и введения оставшейся части в следующую ячейку 19 для дальнейшего усиления в ней. The high power of the IPLU designs proposed in this invention is ensured by the fact that an optical amplifier 4 is additionally equipped with a POU 15 with an increased effective radiation amplification length due to the introduction of separate amplification cells 19, at the boundaries of which a part of the radiation is “dumped” from the active region 10 and the remaining radiation is introduced parts to the next cell 19 for further amplification in it.

Фактически, в предложенном ИПЛУ для одночастотного излучения, распространяющегося в ПОУ, осуществлен режим бегущей волны и, вследствие этого, выходные лучи, отраженные от каждой выемки, например, регулировкой тока могут быть сфазированы между собой, что невозможно получить при простом суммировании мощностей от большого количества обычных лазер-усилителей [11]. В последнем случае также можно получить высокие значения выходных мощностей, однако при этом невозможно достигнуть других вышеназванных характеристик выходного излучения предлагаемого ИПЛУ. Поэтому предложенный нами ИПЛУ нельзя рассматривать как результат сложения известных решений. In fact, in the proposed IPLU, for the single-frequency radiation propagating in the POC, the traveling wave mode is implemented and, as a result, the output rays reflected from each recess, for example, by adjusting the current, can be phased between themselves, which cannot be obtained by simply summing the powers of a large number conventional laser amplifiers [11]. In the latter case, it is also possible to obtain high values of output powers, however, it is not possible to achieve the other above-mentioned characteristics of the output radiation of the proposed IPLU. Therefore, the IPLU proposed by us cannot be considered as a result of the addition of known solutions.

Следует также заметить, что поскольку вывод излучения в предложенных ИПЛУ может быть осуществлен через подложку 2, то имеется возможность отвода больших потоков тепловыделения из активных слоев 10 ИПЛУ, расположенных обычно, всего лишь на расстояниях нескольких микрон от внешней поверхности гетероструктуры 1. Это позволяет получать большие выходные мощности от предложенных ИПЛУ не только в коротких импульсах, но и большие уровни мощности в непрерывном и квазинепрерывном режимах его работы
Достижение поставленной задачи стало возможным только при реализации всей совокупности признаков изобретения.
It should also be noted that since the radiation can be removed in the proposed IPLUs through the substrate 2, it is possible to remove large heat fluxes from the active layers 10 of the IPLUs, which are usually located only at distances of several microns from the outer surface of the heterostructure 1. This allows one to obtain large output powers from the proposed IPLU not only in short pulses, but also large power levels in continuous and quasi-continuous modes of operation
The achievement of the task became possible only with the implementation of the totality of the features of the invention.

В первую очередь специфической конструкцией полосковой области усиления, а именно, расположением по отношению к слоям гетероструктуры 1 выемок 16 (как определено выше), позволяющих не только вывести из активного слоя часть излучения, но и ввести в каждую последующую ячейку усиления 19 часть усиленного излучения, играющую такую же роль, как задающий лазер 3 по отношению к РОУ 8. Кроме того, усилительный режим в ячейках усиления 19 поддерживается введенными в конструкции ИПЛУ средствами подавления возможных паразитных излучений, возникающих вследствие отражений и переотражений (описывается ранее в торце оптического усилителя 4, после последней ячейки усиления 19, ее выемки 16, так и с боковых сторон активной области, а также при выводе излучения из активного слоя 10 через область, прозрачную для выводимого излучения 18 (требования к углам наклона отражателей 17 и поверхностей вывода 30, к просветляющим слоям 31). Устранение попадания отраженных оптических лучей в активные слои 10 ячеек усиления 19 препятствует самовозбуждению и генерации в них лазерного многомодового излучения. Следует отметить, что вся совокупность указанных выше средств подавления паразитных отражений в предложенных конструкциях ИПЛУ обладает большей эффективностью, не только по сравнению с используемым в прототипе нанесением, многослойного просветляющего диэлектрического покрытия на выходную грань зеркала скола, но и по сравнению с другими известными средствами [12, 19]. First of all, by the specific design of the strip amplification region, namely, the location in relation to the heterostructure layers 1 of the grooves 16 (as defined above), which allows not only to remove part of the radiation from the active layer, but also to introduce part of the amplified radiation into each subsequent amplification cell 19, playing the same role as the master laser 3 with respect to the DOC 8. In addition, the amplification mode in the amplification cells 19 is supported by means of suppressing possible spurious radiation arising from the effect of reflections and rereflections (described earlier in the end of the optical amplifier 4, after the last gain cell 19, its recess 16, and on the sides of the active region, as well as when radiation is removed from the active layer 10 through a region transparent to the output radiation 18 (requirements to the tilt angles of the reflectors 17 and the output surfaces 30, to the antireflection layers 31. Elimination of the reflected optical rays entering the active layers 10 of the gain cells 19 prevents self-excitation and the generation of multimode laser radiation in them. It should be noted that the entire combination of the above means of suppressing spurious reflections in the proposed designs of IPLU is more effective, not only compared with the application of the prototype, a multilayer antireflective dielectric coating on the exit face of the cleavage mirror, but also compared to other known means [12 , 19].

В настоящее время известны по отдельности различные устройства отражения излучения от отражателя выемки, помещенного под углом к направлению распространения усиливаемого излучения [23] и устройства прохождения излучения по волноводному слою под выемкой и перевода излучения в активный слой последующей области [24]. Однако формальное сложение известных решений не позволяет получить предложенное изобретение и решить поставленную техническую задачу. Достижение предложенного стало возможным только при оригинальном и неочевидном совмещении в одном узле внутри усиливаемой среды предложенного нами нового средства вывода и ввода излучения определенной конфигурации и определенным образом расположенного, что и обуславливает изобретательский уровень изобретения. Currently, various devices for reflecting radiation from a notch reflector placed at an angle to the direction of propagation of the amplified radiation [23] and devices for transmitting radiation through the waveguide layer under the notch and transferring radiation to the active layer of the subsequent region are known individually [24]. However, the formal addition of known solutions does not allow to obtain the proposed invention and solve the technical problem. The achievement of the proposed became possible only with the original and non-obvious combination in one node inside the amplified medium of our proposed new means of output and input of radiation of a certain configuration and in a certain way located, which determines the inventive step of the invention.

Здесь следует также отметить, что изготовление предложенного ИПЛУ опирается на ряд известных и в большинстве случаев отработанных технологий. Кроме технологий изготовления напряженных квантоворазмерных гетероструктур [16] и мезаполосковых активных областей [15], это относится также к технологии травления выемок под различными углами к гетероструктуре [25], технологии изготовления травленного зеркала [20], технологии изготовления РБО [26]. Это все обеспечило промышленную применимость изобретения. It should also be noted here that the manufacture of the proposed IPLU is based on a number of well-known and, in most cases, proven technologies. In addition to manufacturing techniques for strained quantum-well heterostructures [16] and messtrip active regions [15], this also applies to the etching technology of recesses at various angles to the heterostructure [25], the manufacturing technology of the etched mirror [20], and the manufacturing technology of RBR [26]. This all ensured the industrial applicability of the invention.

Нами определено, что только вся неочевидная совокупность указанных существенных признаков, обладающая изобретательским уровнем, новизной и промышленной применимостью позволила решить поставленную техническую задачу: увеличение эффективной длины усиления излучения в оптическом усилителе при выводе излучения через поверхность, что обеспечило значительное увеличение выходной мощности излучения и ее плотности для различных режимов работы, а также сужение возможность управления диаграммой направленности суммарного излучения в дальнем поле вследствие фазированного сложения дифракционно ограниченных выходных одномодовых и/или одночастотных излучений, снижение астигматизма совокупности поверхностных областей излучения и повышение эффективности теплоотвода. We determined that only the entire non-obvious combination of these essential features, which has an inventive step, novelty, and industrial applicability, made it possible to solve the technical problem posed: increasing the effective radiation amplification length in an optical amplifier when outputting radiation through the surface, which ensured a significant increase in the radiation output power and its density for various operating modes, as well as narrowing the ability to control the radiation pattern of the total radiation in the far m field due to phased addition diffraction limited output single-mode and / or single-frequency radiation, reducing astigmatism aggregate surface areas and increase the radiation efficiency of the heat sink.

Примеры конкретного выполнения
Пример 1. Предложенный ИПЛУ с поверхностным излучением (см. фиг. 2, 3) с одной линейкой усиления 20 был изготовлен следующим образом.
Case Studies
Example 1. The proposed IPLU with surface radiation (see Fig. 2, 3) with a single gain line 20 was made as follows.

На полированной подложке 2 n-типа GaAs выращивали гетероструктуру 1 на основе соединений InGaAs, следующего состава:
первый эмиттер 24 n-типа Al0,31Ga0,69As, толщиной 2,0 мкм;
активный слой 10, состоящий из следующей последовательности подслоев: нелегированного волноводного подслоя из Al0,17Ga0,83As, толщиной 0,09 мкм, барьерного подслоя GaAs, толщиной 6,0•10-3 мкм, активного подслоя из In0,2Ga0,8As, толщиной 7,0•10-3 мкм, и далее барьерного, активного, вновь барьерного и нелегированного волнового подслоев указанной выше толщины и состава;
второй эмиттер 23 p-типа Al0,31Ga0,69As, толщиной 1,5 мкм;
контактный слой 25 из легированного p-типа GaAs, толщиной 0,3 мкм.
A heterostructure 1 based on InGaAs compounds of the following composition was grown on a polished n-type GaAs substrate 2:
first emitter 24 of n-type Al 0.31 Ga 0.69 As, 2.0 microns thick;
active layer 10, consisting of the following sequence of sublayers: an undoped waveguide sublayer of Al 0.17 Ga 0.83 As, a thickness of 0.09 μm, a GaAs barrier sublayer, a thickness of 6.0 • 10 -3 μm, an active sublayer of In 0, 2 Ga 0.8 As, a thickness of 7.0 • 10 -3 microns, and then the barrier, active, newly barrier and undoped wave sublayers of the above thickness and composition;
the second emitter 23 p-type Al 0.31 Ga 0.69 As, a thickness of 1.5 microns;
the contact layer 25 of doped p-type GaAs, a thickness of 0.3 μm.

Гетероструктура 1 со слоями указанного состава обеспечивает эффективную генерацию лазерного излучения для длины волны λ ≈ 980 нм . Heterostructure 1 with layers of the specified composition provides efficient generation of laser radiation for a wavelength of λ ≈ 980 nm.

В гетероструктуре 1 методами планарной технологии и ионно-химического травления были одновременно сформированы ПАОГ 5 для задающего лазера 3, полосковая волноводная область (ПВО) предусилителя 14 и оптический усилитель 4, состоящий из РОУ 8 и ПОУ 15 в виде линейки усиления 20, состоящей из шести ячеек усиления 19, разделенных выемками 16. In heterostructure 1, by the methods of planar technology and ion-chemical etching, PAOG 5 for a master laser 3, a strip waveguide region (ADT) of a preamplifier 14, and an optical amplifier 4 consisting of a DOC 8 and a COD 15 in the form of a gain line 20 consisting of six were simultaneously formed gain cells 19, separated by recesses 16.

На обеих сторонах ПАОГ 5 задающего лазера 3 были сформированы РВО 7 в виде дифракционных решеток второго порядка. Длина РВО 7 с торцевой стороны равна 400, а с противоположной стороны - 75 мкм. Период дифракционных решеток определялся известным образом [26] и был равен 0,29 мкм. Ширина ПАОГ 5 и предусилителя 14 были выбраны одинаковыми и равными 3,0 мкм, а их длины соответственно равны 1,0 мм (с учетом двух РВО 7) и 0,3 мм. On both sides of the PAOG 5 of the master laser 3, PBOs 7 were formed in the form of second-order diffraction gratings. The length of the PBO 7 from the front side is 400, and from the opposite side, 75 μm. The period of diffraction gratings was determined in a known manner [26] and was equal to 0.29 μm. The width of the PAOG 5 and preamplifier 14 were chosen equal and equal to 3.0 μm, and their lengths were respectively 1.0 mm (taking into account two RVO 7) and 0.3 mm.

Начальная ширина РОУ 8 была равна ширине ПВО предусилителя 14, т.е. 3,0 мкм, угол расширения РОУ 8 был равен 0,1 рад, длина расширяемой части 1,0 мм, а максимальная ширина расширяемой части 1,0 мм, а максимальная ширина расширения равна 100 мкм. Линейка усиления 20 выполнена той же ширины 100 мкм, что и ячейки усиления 19, длина каждой из которых была равна 0,5 мм. The initial width of the DOC 8 was equal to the width of the air defense of the preamplifier 14, i.e. 3.0 μm, the expansion angle of DOC 8 was 0.1 rad, the length of the expandable part was 1.0 mm, and the maximum width of the expandable part was 1.0 mm, and the maximum width of the expansion was 100 μm. The gain line 20 is made of the same width of 100 μm as the gain cells 19, the length of each of which was equal to 0.5 mm.

Общая длина сформированного ИПЛУ на полупроводниковой гетероструктуре 1 с шестью ячейками усиления 19 в одной линейкой усиления 20 составила 5,3 мм. The total length of the formed IPLA on a semiconductor heterostructure 1 with six gain cells 19 in one gain line 20 was 5.3 mm.

Смесь выемок 16 было вытравлено методом ионно-химического травления. Первая из них была помещена в конце РОУ 8 и начале ПОУ 15, а остальные - через 0,5 мм в конце каждой ячейки усиления 19. Выемки 16 сформированы так, что их ребра на поверхности гетероструктуры были направлены перпендикулярно боковым поверхностям линейки усиления 20 с высокой точностью, обеспечиваемой методами фотолитографии (т.е. угол ψ = π/2 ). Они были огранены двумя гранями, пересекающимися в глубине гетероструктуры 1. Угол

Figure 00000003
наклона зеркально полированных фронтальных граней - отражателей 17 всех выемок 16 был выдержан в пределах [ [(π/4) ± 0,01] ] рад по отношению к нормали к слоям гетероструктуры 1. Особых требований к другим, противоположным граням выемок 16 не предъявлялось.The mixture of recesses 16 was etched by ion-chemical etching. The first of them was placed at the end of the DOC 8 and the beginning of the POU 15, and the rest through 0.5 mm at the end of each gain cell 19. The recesses 16 were formed so that their edges on the surface of the heterostructure were directed perpendicular to the lateral surfaces of the gain line 20 with high accuracy provided by photolithography methods (i.e. angle ψ = π / 2). They were faceted by two faces intersecting in the depths of the heterostructure 1. Angle
Figure 00000003
the slope of the mirror-polished front faces - reflectors 17 of all the recesses 16 was maintained within [[(π / 4) ± 0.01]] rad with respect to the normal to the layers of the heterostructure 1. There were no special requirements for other opposite edges of the recesses 16.

Для определения глубины расположения выемок 16 из решений волновых уравнений с соответствующими граничными условиями для вышеуказанных толщин и составов (а именно, их значений показателей преломления) слоев гетероструктуры 1 было найдено распределение интенсивности излучения для моды нулевого порядка I(x) в направлении, перпендикулярном слоям гетероструктуры 1 (см. фиг. 3). Глубина x0 расположения выемок 16 найдена из условия, что поток излучения для этой моды, протекающей под выемкой 16, составляет 10% от полного потока излучения моды через гетероструктуру 1.To determine the depth of the grooves 16 from the solutions of the wave equations with the corresponding boundary conditions for the above thicknesses and compositions (namely, their refractive indices) of the heterostructure layers 1, we found the radiation intensity distribution for the zero-order mode I (x) in the direction perpendicular to the layers of the heterostructure 1 (see FIG. 3). The depth x 0 of the location of the recesses 16 is found from the condition that the radiation flux for this mode flowing under the recess 16 is 10% of the total radiation flux of the mode through the heterostructure 1.

Из расчетов получено, что дно выемки 16 должно быть расположено на глубине x0 = 2,22 мкм от верхней границы контактного слоя 25 гетероструктуры 1. Экспериментально глубина выемок 16 получена в пределах 2,20-2,30 мкм, при этом дно выемки 16 углублено в слой эмиттера 24, граничащий с подложкой 2, на примерно 0,33 мкм от активного слоя (из расчетов получено значение 0,34 мкм).From the calculations it was found that the bottom of the recess 16 should be located at a depth x 0 = 2.22 μm from the upper boundary of the contact layer 25 of the heterostructure 1. Experimentally, the depth of the recesses 16 was obtained in the range of 2.20-2.30 microns, while the bottom of the recess 16 deepened into the emitter layer 24 adjacent to the substrate 2, approximately 0.33 μm from the active layer (from the calculation obtained a value of 0.34 μm).

Экспериментально была получена достаточно малая ширина дна выемки 16 (примерно 1,5 мкм). Поэтому можно не учитывать при расчетах потери излучения при прохождении его под дном выемки 16. A sufficiently small width of the bottom of the recess 16 (approximately 1.5 μm) was obtained experimentally. Therefore, you can not take into account when calculating the loss of radiation when passing under the bottom of the recess 16.

На расстояниях (5±2) мкм по всему периметру от сформированных активных элементов прибора: задающего мастер-лазера 3, РОУ 8 и ячеек усиления 19 полосковой области усиления 15 были вытравлены канавки 21 и 22 на глубину всей совокупности слоев гетероструктуры 1, вплоть до подложки 2. Ширина вытравленных канавок составила (6±1) мкм. Угол наклона граней вытравленных канавок 21 и 22, смежных с интегральными элементами устройства, был выполнен равным (1,0±0,1) рад. Вытравленные канавки 21 и 22 были заполнены германием, имеющим коэффициент поглощения излучения более 104 см-1 для длин волн меньше (980±5) нм.At distances (5 ± 2) μm around the entire perimeter from the formed active elements of the device: master laser 3, DOC 8 and gain cells 19 of the strip gain region 15, grooves 21 and 22 were etched to the depth of the entire aggregate of heterostructure layers 1, up to the substrate 2. The width of the etched grooves was (6 ± 1) μm. The angle of inclination of the faces of the etched grooves 21 and 22 adjacent to the integral elements of the device was made equal to (1.0 ± 0.1) rad. The etched grooves 21 and 22 were filled with germanium having a radiation absorption coefficient of more than 10 4 cm -1 for wavelengths less than (980 ± 5) nm.

Далее известными методами были созданы омические контакты 11, 12 и 13, на p- и n-стороны полупроводниковой пластины прибора. Слои металлов омических контактов 11 со стороны p+-GaAs контактного слоя 25 на поверхности гетероструктуры 1 для задающего лазера 3, слои металлических контактов 12 для предусилителя 14 и РОУ 8, а также для каждой ячейки 19 полосковой области - линейки усиления 20 были выполнены изолированными друг от друга, иначе автономными. Общий омический контакт 13 на подложку 2 был нанесен после ее утонения при общей толщине подложки 2 и гетероструктуры 1, равной 100 мкм.Further, by known methods, ohmic contacts 11, 12 and 13 were created on the p- and n-sides of the semiconductor wafer of the device. The metal layers of the ohmic contacts 11 from the p + -GaAs side of the contact layer 25 on the surface of the heterostructure 1 for the master laser 3, the layers of the metal contacts 12 for the preamplifier 14 and DOC 8, as well as for each cell 19 of the strip region — gain bars 20 were made isolated from a friend, otherwise autonomous. The common ohmic contact 13 on the substrate 2 was deposited after it was thinned with the total thickness of the substrate 2 and the heterostructure 1 equal to 100 μm.

Для вывода излучения через подложку 2 металлические слои омического контакта 13, расположенные непосредственно под выемками 16, удаляли, а вместо них наносили многослойные диэлектрические просветляющие покрытия 9, коэффициент отражения которых не превышал 0,1%. To output radiation through the substrate 2, the metal layers of the ohmic contact 13 located directly below the recesses 16 were removed, and instead, multilayer dielectric antireflection coatings 9 were applied, the reflection coefficient of which did not exceed 0.1%.

Далее методом скрайбирования пластины разделяли на кристаллы. Габаритный размер кристалла со сформированными в них задающим лазером 3 и оптическим усилителем 4 с предусилителем 14 был выполнен равным 1,0•6,0 мм. Then, by scribing, the plates were separated into crystals. The overall crystal size with the master laser 3 and optical amplifier 4 with a preamplifier 14 formed in them was made equal to 1.0 • 6.0 mm.

Далее кристаллы p-стороной вниз напаивали на металлизированную пластину из синтетического алмаза, обладающего высокой теплопроводностью. Металлизация пластины алмаза и монтаж кристалла на нее осуществляли таким образом, чтобы можно было обеспечить автономную подачу электрического питания для задающего лазера 3, предусилителя 14 вместе с РОУ 8 и для каждой из шести ячеек усиления 19. Со стороны n-типа подложки 2 припаивали тонкую металлическую рамку с прорезями в местах вывода излучения. Next, the crystals were p-side down soldered to a metallized synthetic diamond plate with high thermal conductivity. The diamond plate was metallized and the crystal was mounted on it in such a way that it was possible to provide an autonomous supply of electrical power for the master laser 3, preamplifier 14 together with the DOC 8 and for each of the six gain cells 19. A thin metal was soldered from the n-type side of substrate 2 frame with slots in the places of radiation output.

Пластину алмаза с кристаллом устанавливали на термоохлаждающее устройство. Для обеспечения работы устройства металлический вывод от подложки 2 подсоединяли к минусу источника питания, а плюс источника питания подсоединяли к полосковым контактам задающего лазера 3, предусилителю 14 вместе с РОУ 8 и к каждой ячейке усиления 19 в отдельности. Источник питания обеспечивал разность потенциалов на гетероструктуре питания обеспечивал разность потенциалов на гетероструктуре 1 в пределах 1,5-2,2 В. При этом контролировали протекание тока через задающий лазер 3 в пределах 20-150 мА, а через оптический усилитель 4 с предусилителем 14 - в пределах 1-10 А. Точность установления токов здесь и ниже была не хуже ±5%. A diamond plate with a crystal was mounted on a heat-cooling device. To ensure the operation of the device, the metal output from the substrate 2 was connected to the minus of the power source, and the plus of the power source was connected to the strip contacts of the master laser 3, preamplifier 14 together with ROW 8 and to each gain cell 19 separately. The power supply provided the potential difference on the heterostructure power provided the potential difference on the heterostructure 1 in the range of 1.5-2.2 V. In this case, the current flow through the master laser 3 was controlled within 20-150 mA, and through the optical amplifier 4 with the preamplifier 14, within 1-10 A. The accuracy of the establishment of currents here and below was not worse than ± 5%.

В задающем лазере 3 при токе 120 мА была получена одночастотная генерация малой мощности до 50 мВт. Через оптический предусилитель 14 и РОУ 8 пропускали ток, равный 1,4 А, а через каждую из ячеек усиления 19 - по 1 А. In the master laser 3, at a current of 120 mA, single-frequency low-power generation of up to 50 mW was obtained. A current of 1.4 A was passed through the optical preamplifier 14 and ROW 8, and 1 A through each of the 19 gain cells.

Значения выводимых плотностей мощности были измерены под каждой выемкой 16 в отдельности. Среднее значение выводимой мощности, приходящееся на одну ячейку усиления 19 составило 0,85 Вт. Общая выходная мощность была получена равной 6,0 Вт. Для указанных здесь и ниже измерений мощностей излучения точность измерения была не хуже 20%. The values of the output power densities were measured under each recess 16 separately. The average value of the output power per one gain cell 19 was 0.85 watts. The total output power was obtained equal to 6.0 watts. For the radiation power measurements indicated here and below, the measurement accuracy was no worse than 20%.

Измеренная длина волны излучения ИПЛУ была равной (985,4±0,1) нм. Ширина спектральной линии излучения при этом составила менее 0,1 нм. Это ее значение ограничивалось разрешением используемого для измерений спектрометра. Результаты этих измерений свидетельствовали об одночастотном режиме работы ИПЛУ. The measured wavelength of the radiation from the IPLU was equal to (985.4 ± 0.1) nm. The width of the spectral line of radiation in this case was less than 0.1 nm. This value was limited by the resolution of the spectrometer used for measurements. The results of these measurements indicated a single-frequency operation mode of the IPLU.

Расходимость выходного излучения в направлении вдоль длины линейки усиления 20 в каждом луче из шести выемок 16 вблизи подложки 2 находились в пределах 0,42-0,43 рад, а в направлениях поперечных к длине линейки усиления 20 для каждого из лучей в пределах 11-12 мрад, что близко к дифракционно ограниченному пределу расходимости, при размере тела свечения 100 мкм. Здесь и ниже измерялись углы расходимости излучения на уровне 0,5 от максимального значения мощности. The divergence of the output radiation in the direction along the length of the gain line 20 in each beam of six recesses 16 near the substrate 2 was in the range 0.42-0.43 rad, and in the directions transverse to the length of the gain line 20 for each of the rays in the range 11-12 mrad, which is close to the diffraction limited divergence limit, with a luminescence body size of 100 μm. Here and below, the angles of radiation divergence were measured at the level of 0.5 of the maximum power value.

Измерения дальнего поля излучения, проведенные на расстоянии 4,0 м, при подстройке токов в пределах от 30 мА через указанные выше автономные контакты 12 показали, что вследствие фазированного сложения лучей суммарная расходимость излучения для направления вдоль длины линейки усиления 20 уменьшалось примерно в число складываемых лучей (7 лучей) до значения порядка 60 мрад. В приведенных здесь и ниже расходимостей излучения точность их измерений была не лучше 15%. Measurements of the far radiation field, carried out at a distance of 4.0 m, with the adjustment of currents ranging from 30 mA through the above autonomous contacts 12 showed that, due to the phased addition of rays, the total radiation divergence for the direction along the length of the gain line 20 decreased by approximately the number of added rays (7 rays) to a value of the order of 60 mrad. In the divergences given here and below, the accuracy of their measurements was no better than 15%.

Пример 2. Выбрав за основу конструкцию ИПЛУ примера 1 нами были опробованы другие варианты изготовления и размещения областей, прозрачных для выводимого излучения 18, выемок с отражателями 17 и поверхностей вывода 30 излучения. Example 2. Having chosen as a basis the design of the IPLU of Example 1, we have tested other options for the manufacture and placement of areas transparent to the output radiation 18, recesses with reflectors 17 and surfaces of the output terminal 30 of the radiation.

Пример 2.1. Угол ψ наклона выемки 16 был выбран равным (3o±0,10o), при этом угол φ наклона отражателей был выбран равным (42±0,05)o.Example 2.1 The angle ψ of the inclination of the recess 16 was chosen equal to (3 o ± 0.10 o ), while the angle of inclination φ of the reflectors was chosen equal to (42 ± 0.05) o .

Пример 2.2. В многослойной гетероструктуре был выращен просветляющий полупроводниковый слой 30 состава Al0,15Ga0,85As, толщиной 0,072 мкм (см. фиг. 5). Коэффициент преломления этого слоя равен 3,486, а углы ψ и φ соответствовали указанным углам в примере 1.Example 2.2 In the multilayer heterostructure, an antireflective semiconductor layer 30 of Al 0.15 Ga 0.85 As composition, 0.072 μm thick, 0.072 μm thick was grown (see Fig. 5). The refractive index of this layer is 3.486, and the angles ψ and φ correspond to the indicated angles in Example 1.

Выводы по примерам 2.1-2.2. Conclusions from examples 2.1-2.2.

Результаты измеренных энергетических и пространственно спектральных характеристик ИПЛУ для вариантов 2.1-2.2 были очень близки собой и результатами, приведенными в примере 1. Главное отличие состояло в различии уровней максимальных выходных мощностей генерации, при которых еще поддерживается одномодовый режим генерации и сохраняется дифракционная расходимость выходного излучения каждого выходного луча. Соответственно, для ИПЛУ примеров 2.1 и 2.2 измеренные максимально достигаемые мощности при сохранении пространство спектральных характеристик были равны: 3,6; 2,8 Вт. The results of the measured energy and spatial spectral characteristics of the IPLU for options 2.1-2.2 were very close to themselves and the results shown in example 1. The main difference was in the difference in the levels of the maximum output powers of the generation, at which the single-mode generation is still maintained and the diffraction divergence of the output radiation of each output beam. Accordingly, for the IPLU of examples 2.1 and 2.2, the measured maximum achievable powers while maintaining the space of spectral characteristics were equal to: 3.6; 2.8 watts

Кроме того, если для варианта по примеру 2.2, в соответствии с фиг. 5, выходное излучение было направлено перпендикулярно к поверхности подложки 2, то для варианта примера 2.1, выходное излучение было направлено под углом δ = 22° . при этом получено, что выход излучения находился в области, смещенной по отношению к плоскости нормального поперечного сечения, проходящего через отражатель 17.In addition, if for the variant of example 2.2, in accordance with FIG. 5, the output radiation was directed perpendicular to the surface of the substrate 2, then for the variant of example 2.1, the output radiation was directed at an angle δ = 22 ° . it was found that the radiation output was in a region offset with respect to the plane of the normal cross section passing through the reflector 17.

При возможной реализации ИПЛУ, изображенных на фиг. 7, 8 на основе конструкции и при режимах работы, описанных в примере 1, а также соответствующей регулировкой токов через автономные контакты 12 предусилителей 14 и ячеек усиления 19, могли бы быть получены следующие результаты. В конструкциях ИПЛУ в соответствии с фиг. 7 ("змейка") и фиг. 8 ("решетка") можно предположить, что величины выходных мощностей могут быть порядка 100 Вт при ожидаемой расходимости излучения в дальнем поле для направления вдоль линеек усиления 20 порядок 60-65 мрад, а в перпендикулярном ему направлении - порядка 1,0 мрад. Это было бы свидетельством одномодовости отдельных выходящих излучений из ячеек усиления 19 и их фазированного сложения в дальнем поле. With the possible implementation of the ILS, depicted in FIG. 7, 8 based on the design and operating modes described in example 1, as well as the corresponding adjustment of the currents through the autonomous contacts 12 of the preamplifiers 14 and amplification cells 19, the following results could be obtained. In IPLU constructions in accordance with FIG. 7 (“snake”) and FIG. 8 (“grating”) it can be assumed that the output powers can be of the order of 100 W with the expected divergence of radiation in the far field for the direction along the gain lines 20 of the order of 60-65 mrad, and in the direction perpendicular to it - of the order of 1.0 mrad. This would be evidence of the single-mode nature of individual outgoing radiations from gain cells 19 and their phased addition in the far field.

Сравнение характеристик ИПЛУ (устройства прототипа [11] и предложенного нами) показало, что ИПЛУ, предлагаемый настоящим изобретением, имеет ряд неоспоримых и значительных преимуществ. Comparison of the characteristics of the IPLU (prototype device [11] and that proposed by us) showed that the IPLU proposed by the present invention has a number of undeniable and significant advantages.

В настоящее время нам не известно совмещение средств вывода и ввода излучения в одном узле, размещенных определенным образом внутри усиливающей среды и выполненных в виде определенных, предложенных нами (описываемых выше) конфигураций, которые позволили бы реализовать поставленную нами задачу в малогабаритном интегральном устройстве. At present, we do not know the combination of radiation output and input means in one node, placed in a certain way inside the amplifying medium and made in the form of certain configurations proposed by us (described above) that would allow us to realize our task in a small-sized integrated device.

Вследствие этого стало возможным вывод излучения через торцевую грань [11] заменить на многократное число выводов излучения через поверхность. При этом достигнуты выходные мощности излучения ИПЛУ примерно в n-раз больше, чем в прототипе, где n - число ячеек усиления ИПЛУ. На примерах показано, что n может иметь значение примерно 100. Реально, для больших размеров ИПЛУ можно получить n ≈ 1000 и более. As a result of this, it became possible to transfer radiation through the end face [11] to a multiple number of radiation leads through the surface. At the same time, the output power of the IPLU radiation was achieved approximately n-times greater than in the prototype, where n is the number of IPLU gain cells. The examples show that n can have a value of about 100. Actually, for large sizes of IPLU, you can get n ≈ 1000 or more.

Важным и новым является то, что поскольку в предложенном ИПЛУ реализован по существу режим усиливаемой бегущей волны одночастотного излучения при ее регулярном "сбросе" через поверхность ПОУ 15, то выходные лучи, отраженные от фронтальных отражателей 17 выемок 16, например, при токовой подстройке ячеек усиления 19 являются сфазированными между собой и их когерентное сложение в дальнем поле обеспечивает не только указанные выше высокие выходные мощности излучения, но и дальнейшее ( относительно расходимости каждого отдельного луча) сужение диаграммы направленности суммарного излучения в каждом из двух направлений (вдоль линейки усиления 20 и перпендикулярно к ней) пропорционально числу складываемых лучей в каждом из указанных направлений. It is important and new that since the proposed IPLU implements essentially the regime of an amplified traveling wave of single-frequency radiation when it is regularly “discharged” through the surface of the POU 15, the output rays reflected from the front reflectors 17 of the recesses 16, for example, when the gain cells are tuned 19 are phased with each other and their coherent addition in the far field provides not only the above high output radiation powers, but also further (relative to the divergence of each individual beam) narrowing and the directivity diagrams of the total radiation in each of two directions (along the gain line 20 and perpendicular to it) is proportional to the number of beams added in each of these directions.

Следовательно, только вся заявленная совокупность признаков изобретения является новой, обладающей изобретательским уровнем и промышленно применимой, и позволяет решить поставленную техническую задачу: увеличение эффективной длины усиления излучения в оптическом усилителе при выводе излучения через поверхность, что обеспечило значительное увеличение выходной мощности излучения и ее плотности для различных режимов работы, а также сужение и возможность управления диаграммой направленности суммарного излучения в дальнем поле вследствие фазированного сложения дифракционно ограниченных выходных одномодовых и/или одночастотных излучений, снижение астигматизма совокупности поверхностных областей излучения и повышение эффективности теплоотвода. Therefore, only the entire claimed combination of features of the invention is new, having an inventive step and is industrially applicable, and allows us to solve the technical problem: increasing the effective length of the radiation gain in the optical amplifier when outputting radiation through the surface, which provided a significant increase in the output radiation power and its density for different operating modes, as well as narrowing and the ability to control the radiation pattern of the total radiation in the far field after tvie phased addition diffraction limited output single-mode and / or single-frequency radiation, reducing astigmatism aggregate surface areas and increase the radiation efficiency of the heat sink.

Источники информации
1. Реклама фирмы McDonnell Douglas Corp. на решетки лазерных диодов серии B4500, 1994.
Sources of information
1. McDonnell Douglas Corp. Advertising to the laser diode arrays of the B4500, 1994 series.

2. Патент США 4716568, H 01 S 3/04, 372/36, 1987. 2. US patent 4716568, H 01 S 3/04, 372/36, 1987.

3. Патент США 5311536, H 01 S 3/19, 372/50, 1994. 3. US patent 5311536, H 01 S 3/19, 372/50, 1994.

4. Патент США 5253263, H 01 S 3/19, 372-45, 1993. 4. US patent 5253263, H 01 S 3/19, 372-45, 1993.

5. Патент США 5365533, H 01 S 3/045, 372-36, 1994. 5. US patent 5365533, H 01 S 3/045, 372-36, 1994.

6. Патент США 5159603, H 01 S 3/19, 372-45, 1992. 6. US patent 5159603, H 01 S 3/19, 372-45, 1992.

7. Патент США 5365537, H 01 S 3/19, 372-50, 1994. 7. US patent 5365537, H 01 S 3/19, 372-50, 1994.

8. B. Groussin, F. Pitard, A. Parent and C. Carriere, Electronics Letters, 1993, V. 29, N 4, p. 370 - 372. 8. B. Groussin, F. Pitard, A. Parent and C. Carriere, Electronics Letters, 1993, V. 29, No. 4, p. 370 - 372.

9. J.P. Donnelly, W.D. Goodhue et al., IEEE Photonics Technology Letters (1993), V. 5, N 7, p. 747 - 750. 9. J.P. Donnelly, W.D. Goodhue et al., IEEE Photonics Technology Letters (1993), V. 5, N 7, p. 747 - 750.

10. Ellections Letters (1992), V. 28, N 21, p. 2011 - 2012. 10. Ellections Letters (1992), V. 28, N 21, p. 2011 - 2012.

11. Патент США 5003550, H 01 S 3/19, 372-50, 1991. 11. US patent 5003550, H 01 S 3/19, 372-50, 1991.

12. IEEE J. of Quantum Electronics, 1993, V. 29, N 6, p. 2052 - 2057. 12. IEEE J. of Quantum Electronics, 1993, V. 29, N 6, p. 2052 - 2057.

13. IEEE Photonics Technology Letters, 1993, V. 5, N 3, p. 297 - 300. 13. IEEE Photonics Technology Letters, 1993, V. 5, N 3, p. 297 - 300.

14. Патент РФ 2035103, H 01 S 3/19, 1993. 14. RF patent 2035103, H 01 S 3/19, 1993.

15. IEEE J. of Quantum Electronics, 1993, V. 29, N 6, p. 1936 - 1942. 15. IEEE J. of Quantum Electronics, 1993, V. 29, N 6, p. 1936 - 1942.

16. Х. Кейси, М. Паниш, Лазеры на гетероструктурах, т.1, гл.2, 1982
17. Патент США 5260822, H 01 S 3/19, 1993.
16. H. Casey, M. Panish, Lasers on heterostructures, vol. 1, chap. 2, 1982
17. US patent 5260822, H 01 S 3/19, 1993.

18. А.А. Вайнштейн. Электромагнитные волны. М.: Сов. Радио, 1988, параграф 98. 18. A.A. Weinstein. Electromagnetic waves. M .: Sov. Radio 1988, paragraph 98.

19. IEEE Photonics Technology Letters, (August 1993), V. 7, N 8, p. 899 - 901. 19. IEEE Photonics Technology Letters, (August 1993), V. 7, N 8, p. 899 - 901.

20. J. S. Osinski, D. Mehuys et al., IEEE Photonics Technology Letters, (1994), V. 6, N 10, p. 1185 - 1187. 20. J. S. Osinski, D. Mehuys et al., IEEE Photonics Technology Letters, (1994), V. 6, No. 10, p. 1185 - 1187.

21. Европейский патент 0411145 A1, H 01 S 3/18, 1990. 21. European patent 0411145 A1, H 01 S 3/18, 1990.

22. J. Electr. Mater., 1990, V. 19, N 5, p. 463 - 469. 22. J. Electr. Mater., 1990, V. 19, N 5, p. 463 - 469.

23. Hondbook of Semiconductor Laser and Photonic integrated circuits, edited by Y. Sucmadsu and A.R. Adoms, London, 1994, p. 510 - 514. 23. Hondbook of Semiconductor Laser and Photonic integrated circuits, edited by Y. Sucmadsu and A.R. Adoms, London, 1994, p. 510 - 514.

24. Hondbook of Semiconductor Laser and Photonic integrated circuits, edited by Y. Sucmadsu and A.R. Adoms, London, 1994, p. 503 - 510. 24. Hondbook of Semiconductor Laser and Photonic integrated circuits, edited by Y. Sucmadsu and A.R. Adoms, London, 1994, p. 503-510.

25. J. Electr. Mater., 1990, V. 19, N 5, p. 463 - 469. 25. J. Electr. Mater., 1990, V. 19, N 5, p. 463 - 469.

26. Hondbook of Semiconductor Laser and Photonic integrated circuits, edited by Y. Sucmadsu and A.R. Adoms, London, 1994, p. 510 - 515. 26. Hondbook of Semiconductor Laser and Photonic integrated circuits, edited by Y. Sucmadsu and A.R. Adoms, London, 1994, p. 510 - 515.

Claims (16)

1. Интегральный полупроводниковый лазер-усилитель, включающий помещенную на полупроводниковой подложке многослойную гетероструктуру с активным слоем, в которой выполнены задающий лазер с полосковой активной областью генерации шириной b, оптический резонатор, отражатели, оптический усилитель, содержащий расширяемую область усиления от ширины b до ширины F, омические контакты, средство вывода излучения с покрытиями, средство подавления паразитных излучений, причем полосковая активная область генерации и расширяемая область усиления оптически взаимосвязаны, отличающийся тем, что в задающем лазере полосковая активная область генерации по крайней мере одна в оптическом усилителе расширяемая область усиления по крайней мере одна и выполнена длиной, меньшей длины оптического усилителя, дополнительно введена полосковая область усиления шириной f, соединенная с расширяемой областью усиления через первое средство вывода излучения и состоящая по крайней мере из одной ячейки усиления, составляющей по крайней мере одну линейку усиления, ячейка усиления ограничена с противопложной стороны аналогичным первому средством вывода излучения, каждое из данных средств вывода выполнено в виде дополнительно введенных выемки с отражателем и области, прозрачной для выводимого излучения, причем выемка расположена со стороны поверхности гетероструктуры, отражатель помещен на фронтальной по отношению к входу оптического усилителя наклонной поверхности выемки, при этом введен угол ψ, образованный направлением ребра отражателя выемки на поверхности гетероструктуры с направлением боковых сторон полосковой области усиления, выбираемый в диапазоне
(π/2)-arcsin(1/n) < ψ < (π/2)+arcsin(1/n),
где n - показатель преломления области, прозрачной для выводимого излучения,
а также введен угол φ, образованный нормалью, мысленно проведенной в плоскости активного слоя к линии пересечения его плоскости с плоскостью отражателя выемки с нормалью к поверхности отражателя выемки, выбираемый в диапазоне
(1/2)arcsin(1/n) < φ < (π/2)-(1/2)arcsin(1/n),
дно выемки по отношению к поверхности гетероструктуры помещено на расстоянии, задаваемом потоком энергии Pвх усиленного излучения, распространяемого при работе устройства, который определен в сечении гетероструктуры, нормальном к ее слоям, в начале ячейки усиления, а также задаваемым полным усилением в указанной ячейке, зависящим от заданного тока накачки, длины указанной ячейки и от конструкции гетероструктуры, при этом поток энергии Pвх выбран в диапазоне 0,95 - 0,001 от значения полного потока энергии усиленного излучения в конце предшествующей области усиления, а полное усиление в указанной ячейке выбрано обратно пропорциональным потоку энергии Pвх, далее в область, прозрачную для выводимого излучения и расположенную по ходу распространения во время работы устройства, отраженного от отражателя выемки излучения, введены поверхности вывода излучения по крайней мере одной стороной примыкающие к внешней выводной поверхности, а средства подавления паразитных излучений выполнены в гетероструктуре по крайней мере в виде области, расположенной после конечной выемки.
1. An integrated semiconductor laser amplifier, comprising an active layer multilayer heterostructure placed on a semiconductor substrate, in which a master laser with a strip active generation region of width b, an optical resonator, reflectors, an optical amplifier containing an expandable amplification region from width b to width F is made ohmic contacts, a means of outputting radiation with coatings, a means of suppressing spurious emissions, wherein the strip active generation region and the expandable amplification region op They are interconnected, characterized in that in the master laser the strip active generation region of at least one expandable gain region in the optical amplifier is at least one and made with a length shorter than the length of the optical amplifier, an additional strip gain region of width f connected to the expandable gain region is additionally introduced through the first radiation output means and consisting of at least one gain cell constituting at least one gain line, the gain cell is bounded against On the other hand, similar to the first radiation output means, each of these output means is made in the form of additionally introduced recesses with a reflector and a region transparent to the output radiation, the recess being located on the side of the heterostructure surface, the reflector is placed on the inclined surface of the recess frontal with respect to the input of the optical amplifier in this case, the angle ψ is introduced, formed by the direction of the edge of the recess reflector on the surface of the heterostructure with the direction of the sides of the stripe region of the range selectable
(π / 2) -arcsin (1 / n) <ψ <(π / 2) + arcsin (1 / n),
where n is the refractive index of the region transparent to the output radiation,
and also introduced the angle φ formed by the normal, mentally drawn in the plane of the active layer to the line of intersection of its plane with the plane of the recess reflector with the normal to the surface of the recess reflector, selected in the range
(1/2) arcsin (1 / n) <φ <(π / 2) - (1/2) arcsin (1 / n),
the bottom of the recess in relation to the surface of the heterostructure is placed at a distance specified by the energy flux P in x of the amplified radiation propagated during operation of the device, which is determined in the cross section of the heterostructure normal to its layers at the beginning of the gain cell, and also specified by the total gain in the specified cell, depending on the given pump current, the length of the indicated cell and on the design of the heterostructure, while the energy flux P in x is selected in the range of 0.95 - 0.001 on the total energy flux of the amplified radiation at the end of the previous of the existing gain region, and the total gain in the indicated cell is chosen inversely proportional to the energy flux P in x , then to the radiation output surface at least the radiation output surfaces are introduced at least during the operation of the device reflected from the reflector of the radiation extraction, in the region transparent to the output radiation one side adjacent to the external output surface, and the means of suppressing spurious emissions are made in the heterostructure at least in the form of a region located after the final excavation.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что один из отражателей оптического резонатора задающего лазера выполнен в виде зеркальной грани, а второй отражатель выполнен в виде распределенного брегговского зеркала. 2. The device according to claim 1, characterized in that one of the reflectors of the optical resonator of the master laser is made in the form of a mirror face, and the second reflector is made in the form of a distributed Bragg mirror. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отражатель задающего лазера выполнены в виде распределенной обратной связи. 3. The device according to claim 1, characterized in that the reflector of the master laser is made in the form of distributed feedback. 4. Устройство по п.1, или 2, или 3, отличающееся тем, что в оптическом усилителе в усиливающей области, содержащей расширяемую область усиления, начиная от входа до начала расширения, выполнена полосковая часть области усиления шириной b. 4. The device according to claim 1, or 2, or 3, characterized in that in the optical amplifier in the amplification region containing the expandable amplification region, from the input to the beginning of the expansion, the strip part of the amplification region of width b is made. 5. Устройство по одному из пп. 1- 4, отличающееся тем, что в многослойной гетероструктуре между подложкой и прилегающим к нему эмиттером выполнен полупроводниковый слой, имеющий ширину запрещенной зоны, эВ, превышающую отношение 1,24 к длине волны, мкм, генерации лазерного излучения, распространяемого во время работы устройства, и толщину в диапазоне 5 - 100 мкм, причем поверхность вывода излучения размещена в введенном слое. 5. The device according to one of paragraphs. 1-4, characterized in that in the multilayer heterostructure between the substrate and the adjacent emitter, a semiconductor layer is made having a band gap, eV, exceeding the ratio of 1.24 to the wavelength, μm, of the generation of laser radiation propagated during operation of the device, and a thickness in the range of 5-100 μm, the radiation output surface being placed in the introduced layer. 6. Устройство по одному из п.1 - 5, отличающееся тем, что в случае плоской поверхности вывода излучения, расположенной параллельно слоям гетероструктуры, угол ψ выбран равным π/2, а угол φ выбран равным π/4.
7. Устройство по одному из пп.1 - 6, отличающееся тем, что в многослойной гетероструктуре слой между эмиттером и прилегающим к нему внешним со стороны вывода излучения полупроводниковым слоем выполнен полупроводниковый слой с оптической толщиной, равной четверти длины волны излучения задающего лазера, распространяющегося во время работы устройства, и с показателем преломления, равным корню квадратному из произведения показателей преломления для слоев эмиттера и прилегающего к нему полупроводникового слоя.
6. The device according to one of claims 1 to 5, characterized in that in the case of a flat radiation output surface located parallel to the heterostructure layers, the angle ψ is chosen equal to π / 2, and the angle φ is chosen equal to π / 4.
7. The device according to one of claims 1 to 6, characterized in that in the multilayer heterostructure the layer between the emitter and the adjacent semiconductor layer external to the radiation output side is a semiconductor layer with an optical thickness equal to a quarter of the radiation wavelength of the master laser propagating in the operating time of the device, and with a refractive index equal to the square root of the product of the refractive indices for the emitter layers and the adjacent semiconductor layer.
8. Устройство по одному из пп.1 - 5, отличающееся тем, что в случае плоской поверхности вывода излучения, наклоненной под углом ε к внешней выводной поверхности и пересекающей ее по линии, параллельной ребру выемки, угол ψ для которого выбран равным π/2, и при выборе угла φ, меньшим π/4, угол ε задан соотношением
n sin{ε-[(π/2)-2φ]} = sinε,
где n - показатель преломления области, прозрачной для выводимого излучения.
8. The device according to one of claims 1 to 5, characterized in that in the case of a flat radiation output surface inclined at an angle ε to the external output surface and intersecting it along a line parallel to the notch edge, the angle ψ for which is chosen to be π / 2 , and when choosing an angle φ smaller than π / 4, the angle ε is given by
n sin {ε - [(π / 2) -2φ]} = sinε,
where n is the refractive index of the region transparent to the output radiation.
9. Устройство по одному из пп. 1 - 5, отличающееся тем, что в случае плоской поверхности вывода излучения, наклоненной под углом ε к внешней выводной поверхности и пересекающей ее по линии, параллельной ребру выемки, угол ψ для которого выбран равным π/2, и при выборе угла φ, большим π/4, угол ε задан соотношением
n sin{ε-[2φ-(π/2)]} = sinε,
где n - показатель преломления области, прозрачной для выводимого излучения.
9. The device according to one of paragraphs. 1 - 5, characterized in that in the case of a flat surface of the radiation output, inclined at an angle ε to the external output surface and intersecting it along a line parallel to the notch edge, the angle ψ for which is chosen equal to π / 2, and when choosing the angle φ, large π / 4, the angle ε is given by
n sin {ε- [2φ- (π / 2)]} = sinε,
where n is the refractive index of the region transparent to the output radiation.
10. Устройство по одному из пп.1 - 9, отличающееся тем, что средства подавления паразитных излучений выполнены в виде канавок глубиной не менее глубины расположения слоев гетероструктуры со стороны боковых границ активных областей излучения, при этом ближайшие к ним стороны канавок помещены под углами полного внутреннего отражения к преимущественному направлению подавляемых паразитных излучений и на расстояниях, при которых во время работы устройства обеспечен боковой спад интенсивности излучения до значений не более, чем 0,1 его максимального значения в соответствующем поперечном сечении активной области. 10. The device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the means for suppressing spurious radiation is made in the form of grooves with a depth not less than the depth of the heterostructure layers on the side of the lateral boundaries of the active radiation regions, while the sides of the grooves closest to them are placed at full angles internal reflection to the predominant direction of suppressed spurious emissions and at distances at which, during operation of the device, a lateral drop in radiation intensity is ensured to values of no more than 0.1 its maximum value in the corresponding cross section of the active region. 11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что в канавки введен материал, поглощающий излучение. 11. The device according to claim 10, characterized in that the material absorbing radiation is introduced into the grooves. 12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что поглощающим излучением материалом выбран полупроводниковый материал, имеющий ширину запрещенной зоны, эВ, не более отношения 1,24 к длине волны, мкм, излучения задающего лазера, распространяющего во время работы устройства, а ширина, мкм, канавок выбрана по крайней мере не менее трехкратной величины обратного значения от коэффициента поглощения полупроводникового материала для указанной длины волны излучения. 12. The device according to claim 11, characterized in that the semiconductor material having the band gap, eV, no more than 1.24 ratio to the wavelength, μm, the radiation of the master laser propagating during operation of the device, and the width , μm, grooves selected at least at least three times the reciprocal of the absorption coefficient of the semiconductor material for the specified radiation wavelength. 13. Устройство по одному из пп.1 - 12, отличающееся тем, что полосковая область усиления выполнена по крайней мере из двух последовательно расположенных линеек усиления, помещенных под заданным углом друг к другу, причем в месте поворота линейки ограничены плоскостью отражателя, пересекающего по нормали по крайней мере слои гетероструктуры, а также ограничивающего внешние боковые стороны полосковой области усиления указанных линеек в местах, образованных пересечением мысленно продолженных внутренних боковых сторон полосковой области усиления с ее внешними боковыми сторонами, а средства подавления паразитных излучений дополнительно размещены по крайней мере вдоль части боковых сторон линеек усиления. 13. The device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the strip gain region is made of at least two successively arranged gain bars placed at a predetermined angle to each other, and at the turning point, the bars are bounded by the plane of the reflector crossing normally at least layers of the heterostructure, as well as the reinforcing of the indicated lines bounding the outer lateral sides of the strip region, at places formed by the intersection of the mentally extended inner sides of the strip region of the antenna lines with its external lateral sides, and means for suppressing spurious emissions are additionally placed at least along part of the lateral sides of the gain lines. 14. Устройство по одному из пп.1 - 12, отличающееся тем, что сформировано по крайней мере две идентичные, параллельно расположенные последовательности полосковой активной области генерации, усиливающей области, содержащей по крайней мере расширяемую область усиления, и линейки усиления, причем полосковые активные области генерации помещены на расстояниях, превышающих оптическое взаимодействие между ними, и ограничены едиными отражателями с каждой стороны соответственно, а средства подавления паразитных излучений расположены по крайней мере между боковых сторон полосковых активных областей генерации и в виде единой области со стороны всех конечных линеек усиления. 14. The device according to one of claims 1 to 12, characterized in that at least two identical, parallel located sequences of the strip active generation region, the amplification region containing at least the expandable amplification region, and the gain line are formed, wherein the strip active regions the generations are placed at distances exceeding the optical interaction between them, and are limited by single reflectors on each side, respectively, and the means for suppressing spurious emissions are located at Leray between the sides of the stripe generation regions and active in a single field of all lines finite gain. 15. Устройство по одному из пп.1 - 13, отличающееся тем, что по крайней мере на одной ячейке усиления сформирован автономный омический контакт. 15. The device according to one of claims 1 to 13, characterized in that an autonomous ohmic contact is formed on at least one gain cell. 16. Устройство по пп.4 и 14, отличающееся тем, что на полосковых частях каждой области усиления, содержащей расширяемую область усиления, сформированы автономные омические контакты. 16. The device according to claims 4 and 14, characterized in that on the strip parts of each gain region containing the expandable gain region, autonomous ohmic contacts are formed. 17. Устройство по п.14, отличающееся тем, что по крайней мере на одной ячейке усиления каждой линейки усиления сформированы автономные омические контакты. 17. The device according to 14, characterized in that at least one gain cell of each gain line formed autonomous ohmic contacts.
RU96115454A 1996-08-19 1996-08-19 Integrated semiconductor laser-amplifier RU2109381C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96115454A RU2109381C1 (en) 1996-08-19 1996-08-19 Integrated semiconductor laser-amplifier

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96115454A RU2109381C1 (en) 1996-08-19 1996-08-19 Integrated semiconductor laser-amplifier

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2109381C1 true RU2109381C1 (en) 1998-04-20
RU96115454A RU96115454A (en) 1998-10-10

Family

ID=20183861

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96115454A RU2109381C1 (en) 1996-08-19 1996-08-19 Integrated semiconductor laser-amplifier

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2109381C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009148360A1 (en) 2008-06-06 2009-12-10 Shveykin Vasiliy Ivanovich Diode laser, integral diode laser and an integral semiconductor optical amplifier

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
IEEE J. of Quantum Electronis, 1993, v. 29, N 6, p. 2052 -2057. IEEE Photonics Technology Letters, 1993, v. 5, N 3, p. 297 - 300. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009148360A1 (en) 2008-06-06 2009-12-10 Shveykin Vasiliy Ivanovich Diode laser, integral diode laser and an integral semiconductor optical amplifier
US8238398B2 (en) 2008-06-06 2012-08-07 General Nano Optics Limited Diode laser, integral diode laser, and an integral semiconductor optical amplifier

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5337328A (en) Semiconductor laser with broad-area intra-cavity angled grating
Walpole et al. High‐power strained‐layer InGaAs/AlGaAs tapered traveling wave amplifier
RU2142665C1 (en) Injection laser
CA1138968A (en) Monolithic multi-emitter laser device
US6167073A (en) High power laterally antiguided semiconductor light source with reduced transverse optical confinement
US7388894B2 (en) Hybrid MOPA having narrowband oscillator and amplifier with integrated optical coupling
US5349602A (en) Broad-area MOPA device with leaky waveguide beam expander
US6075801A (en) Semiconductor laser with wide side of tapered light gain region
EP0624284A4 (en) Tapered semiconductor laser gain structure with cavity spoiling grooves.
JP2009540593A (en) Optoelectronic device and manufacturing method thereof
JP2004535679A (en) Semiconductors for zigzag lasers and optical amplifiers
US4791648A (en) Laser having a substantially planar waveguide
JP3891223B2 (en) Lasers and related improvements
Major et al. High power, high efficiency antiguide laser arrays
JPS5940592A (en) Semiconductor laser element
Vaissié et al. High efficiency surface-emitting laser with subwavelength antireflection structure
RU2109381C1 (en) Integrated semiconductor laser-amplifier
US20120113998A1 (en) Multibeam coherent laser diode source (embodiments)
RU2109382C1 (en) Semiconductor laser
US20170201067A1 (en) Method for improvement of the beam quality of the laser light generated by systems of coherently coupled semiconductor diode light sources
US5063570A (en) Semiconductor laser arrays using leaky wave interarray coupling
RU2110875C1 (en) Semiconductor optical amplifier
JP2006162736A (en) Terahertz wave generating device
RU2535649C1 (en) Semiconductor laser
Figueroa et al. Twin channel laser with high cw power and low beam divergence