RU2109381C1 - Integrated semiconductor laser-amplifier - Google Patents
Integrated semiconductor laser-amplifier Download PDFInfo
- 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
Links
Images
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
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
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
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
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
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
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
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-
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
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
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
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
На фиг. 5 показан дополнительно введенный просветляющий слой 30, помещенный между эмиттером 24 и подложкой 2. In FIG. 5 shows an additionally introduced
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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
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
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
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
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 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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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,
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
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
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
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
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
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
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:
the second emitter 23 p-type Al 0.31 Ga 0.69 As, a thickness of 1.5 microns;
the
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,
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
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
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
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 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
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
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
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
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:
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,
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
3. Патент США 5311536, H 01 S 3/19, 372/50, 1994. 3. US patent 5311536, H 01
4. Патент США 5253263, H 01 S 3/19, 372-45, 1993. 4. US patent 5253263, H 01
5. Патент США 5365533, H 01 S 3/045, 372-36, 1994. 5. US patent 5365533, H 01
6. Патент США 5159603, H 01 S 3/19, 372-45, 1992. 6. US patent 5159603, H 01
7. Патент США 5365537, H 01 S 3/19, 372-50, 1994. 7. US patent 5365537, H 01
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,
11. Патент США 5003550, H 01 S 3/19, 372-50, 1991. 11. US patent 5003550, H 01
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,
14. Патент РФ 2035103, H 01 S 3/19, 1993. 14. RF patent 2035103, H 01
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
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,
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
22. J. Electr. Mater., 1990, V. 19, N 5, p. 463 - 469. 22. J. Electr. Mater., 1990, V. 19,
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,
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)
(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 Pв х 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 Pв х 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 Pв х, 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.
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.
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.
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.
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)
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 |
-
1996
- 1996-08-19 RU RU96115454A patent/RU2109381C1/en active
Non-Patent Citations (1)
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)
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 |