WO2009024462A1 - Laser amplification system - Google Patents

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WO2009024462A1
WO2009024462A1 PCT/EP2008/060303 EP2008060303W WO2009024462A1 WO 2009024462 A1 WO2009024462 A1 WO 2009024462A1 EP 2008060303 W EP2008060303 W EP 2008060303W WO 2009024462 A1 WO2009024462 A1 WO 2009024462A1
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laser
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reflector
quantum structure
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PCT/EP2008/060303
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Uwe Brauch
Adolf Giesen
Frank Demaria
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Landesstiftung Baden-Württemberg gGmbH
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Definitions

  • the invention relates to a laser amplifier system comprising
  • thermally coupled to a heat sink solid body having a fiber-active volume range in which parallel to at least one transverse to an optical axis structure surface at least one at least over a portion of the structure surface extending laser active quantum structure of semiconductor material is arranged and in which the at least one quantum structure system between arranged on both sides of the same arranged barrier structures,
  • a pump radiation source generating a pump radiation field propagating transversely to the at least one structure surface for optically pumping the laser active volume region such that the absorption of pump radiation from the pump radiation field in the at least one iaser active quantum structure is equal to or greater than the absorption of pump radiation by the barrier structures;
  • Such laser amplifier systems are known from the prior art. In these, there is the problem of optimally coupling the at least one quantum structure system to the pump radiation, and also optimally coupling it to the laser amplifier radiation field, since the pump radiation field necessarily has a shorter wavelength than the laser amplifier radiation field.
  • a reflector system is arranged in the direction of the optical axis on both sides of the fiber-active volume range, which reflect the pump radiation field such that forms a locally stationary pump radiation intensity profile in the laser-active volume range, which in a central region between the reflector systems within the at least one quantum structure system has intensity values of at least 60% of the locally closest intensity maximum and in that the reflector systems reflect the laser amplifier radiation field such that a localized amplifier radiation intensity profile forms in the laser active volume region Range within the same at least one quantum structure system intensity values of at least 60% of the locally closest intensity maximum s.
  • the advantage of the solution according to the invention lies in the fact that the possibility has been created by suitable dimensioning of the reflector systems to optimally couple the at least one quantum structure system both to the pump radiation field and to the amplifier radiation field, although the pump radiation intensity profile and the amplifier radiation intensity profile are in each case reflected by electromagnetic waves of different wavelengths are formed. It is advantageous if the intensity values of the pump radiation intensity profile amount to at least 70%, better at least 80% and even better at least 90% of the next local maximum intensity.
  • the intensity values of the amplifier radiation intensity profile amount to at least 70%, better at least 80%, and even better at least 90% of the next local maximum intensity.
  • a particularly advantageous solution provides that a plurality of quantum structure systems are arranged in the central region, within which both intensity values of the pump radiation intensity profile and intensity values of the amplifier radiation intensity profile of at least 60% of the respective nearest focal intensity maximum are.
  • This solution has the advantage that it increases the amplification of the laser-active volume range.
  • the intensity values of the pump radiation intensity profile amount to at least 70%, better at least 80% and even better at least 90% of the next local maximum intensity.
  • the intensity values of the amplifier radiation intensity profile amount to at least 70%, better at least 80%, and even better at least 90% of the next local maximum intensity.
  • the central region extends in the direction of the optical axis on both sides of a reference plane up to approximately one third of a distance of the reference plane from the respective reflector system.
  • the central region extends in the direction of the optical axis up to approximately half of a distance of the reference plane from the respective reflector system.
  • the boundary conditions according to the invention can be realized even more simply if the central region between the reflector systems extends in the direction of the optical axis up to approximately two thirds of a distance of the reference plane from the respective reflector system.
  • the central region is always defined such that this is the region in which the quantum structure systems lying within it are optimally coupled both to the pump radiation intensity profile and to the amplifier radiation intensity profile by being within the same, ie within the range of their extent Direction of the optical axis, in each case both an intensity maximum of the pump radiation intensity curve and an intensity maximum of the amplifier radiation intensity curve is.
  • this can be defined according to a further embodiment in that the solid is constructed in such a way that starting from a first reference plane lying in the laser active volume range in a first direction parallel to the optical axis a first layer system which is a first reflecting both the laser amplification field and the pump radiation field Reflector system and which leads to the formation of an amplifier radiation intensity profile and a pump radiation intensity profile having in the reference plane a substantially identical or by a ganzzahuges of 2 Pi (360 °) different relative phase position.
  • the laser amplifier system according to the invention can be defined according to a further embodiment in that, starting from a second reference plane lying in the laser-active volume range in a second direction opposite to the first direction, a second layer system follows parallel to the optical axis a second reflector system which reflects both the laser amplifier radiation field and also the pump radiation field, and which generates an amplifier radiation intensity course and a pump radiation intensity profile which have a substantially identical relative phase position or differ in the second reference plane by an integer multiple of 2 pi.
  • This solution ensures that the pump radiation intensity profile and the amplifier radiation intensity profile are formed at least in the area of the first and second reference planes so that optimal coupling of both the pump radiation field and the laser amplifier radiation field to the at least one quantum structure system is possible.
  • first reference plane and the second reference plane have a distance from each other which corresponds to a maximum of 20% of a distance between two intensity maxima of the amplifier radiation intensity curve or a maximum of 20% of the distance plus a simple to triple integer multiple of the distance.
  • first reference plane and the second reference plane coincide and the phase positions of the pump radiation intensity profile generated by the first layer system and of the pump radiation intensity profile generated by the second layer system in the reference planes merge into each other approximately without phase jump.
  • first reference plane and the second reference plane coincide and that the phase positions of the amplifier radiation intensity profile generated by the first layer system and of the amplifier radiation intensity profile generated by the second layer system in the reference planes merge into one another approximately without phase jump.
  • a weather embodiment provides that a first layer system adjoins the at least one quantum structure system in a first direction parallel to the optical axis, which reflects both the laser amplifier radiation field and the pump radiation field and both in the amplifier radiation intensity profile also leads to an intensity value of at least 60% of the locally closest intensity maximum in the at least one quantum structure system in the case of the pump radiation intensity profile.
  • a further embodiment provides that the at least one quantum structure system is connected in a second, the first direction opposite direction parallel to the optical axis of a second layer system connects, which reflects both the laser amplifier radiation field and the Pumpstrahiungsfeid and both the amplifier radiation intensity course and the pump radiation intensity curve to an intensity value of at least 60% of the locally closest intensity maximum in the at least one quantum structure system leads ,
  • the intensity values of the pump radiation intensity profile amount to at least 70%, better at least 80% and even better at least 90% of the nearest local intensity maximum.
  • the intensity values of the amplifier radiation intensity profile amount to at least 70%, better at least 80% and even better at least 90% of the nearest local intensity maximum.
  • the locally closest intensity maximum generated by the first reflector system in the pump radiation field and the locally closest intensity maximum generated by the second reflector system locally coincide approximately.
  • the locally closest intensity maximum generated by the first reflector system locally coincides with the locally closest intensity maximum generated by the second reflector system.
  • the locally closest intensity maximum generated by the first reflector system and the locally closest intensity maximum generated by the second reflector system locally coincide approximately.
  • the focal maximum intensity maximum generated by the first reflector system in the case of the laser amplifier radiation field coincides locally with the locally closest intensity maximum generated by the second reflector system.
  • the at least one quantum structure system can be optimally pumped through the pump radiation field and optimally coupled to the laser amplifier radiation field.
  • Particularly optimal coupling is designed when the respective maximum intensity is in the direction of the optical axis in the at least one quantum structure system in order to achieve the best possible coupling.
  • the coupling is optimal if the respective intensity maximum in the direction of the optical axis is arranged substantially centrally in the at least one quantum structure system.
  • the first layer system has at least one further quantum structure system arranged between barrier structures, which extends over at least a partial area of a structure area arranged parallel to the structure area of the at least one quantum structure system. It is even better if the first layer system has a plurality of quantum structure systems arranged between barrier structures, which are each arranged in structural surfaces parallel to the structure surface of the at least one quantum structure system.
  • the second layer system has at least one quantum structure system arranged between barrier structures and extending over at least a partial area of a structure area parallel to the structure area of the at least one quantum structure system.
  • the second layer system it is even better for the second layer system to have a plurality of laser-active quantum structure systems which extend in each case over the partial area of the same to the structural area of the at least one quantum structure system and which are arranged between barrier layers.
  • the at least one quantum structure system is arranged such that a pump radiation intensity profile in the quantum structure system reaches an intensity value of at least one third of the locally closest intensity maximum.
  • the at least one quantum structure system is arranged such that a pump radiation intensity profile in the quantum structure system reaches an intensity value of at least two-thirds of the locally closest intensity maximum.
  • the at least one further quantum structure system is arranged so that in this the amplifier radiation intensity curve reaches an intensity value of at least one third of the locally closest intensity maximum.
  • the at least one further quantum structure system is arranged in such a way that the intensity of the amplifier radiation intensity reaches at least two-thirds of the locally closest intensity maximum.
  • the heat sink as a transparent body, which is transparent either to the pumping radiation field and / or the laser amplifier radiation field.
  • An advantageous embodiment provides that the first reflector system substantially completely reflects the pumping radiation field, so that there is no need to pass the pumping radiation field through the heat sink.
  • a further advantageous embodiment provides that the first reflector system substantially completely reflects the laser amplifier radiation field, so that likewise there is no need to guide the laser amplifier radiation field through the heat sink.
  • the second reflector system it has proven to be expedient for the second reflector system to partially reflect the pump radiation field.
  • the second reflector system partially reflects the laser amplifier radiation field.
  • the reflector systems are also layer systems, even if they appear as a continuous or continuously varying refractive index gradient pointing reflector systems, since these are constructed when looking at the individual successive atomic layers of layers.
  • the layers of the reflector systems could be made of any material having a suitable refractive index, for example dielectrics.
  • the first reflector system comprises semiconductor layers Conveniently, the first reflector system is constructed so that it comprises Halbieiter füren of different semiconductor material.
  • a particularly simple way of constructing the first reflector system provides that the first reflector system comprises semiconductor layers of a first semiconductor material and semiconductor layers of a second semiconductor material, so that the reefing system can be at least partially constructed from semiconductor layers of two different semiconductor materials.
  • the semiconductor layers of the first semiconductor material and the semiconductor layers of the second semiconductor material alternate with one another.
  • the semiconductor layers could have the same thickness.
  • An expedient embodiment provides that the thickness of the semiconductor layers following one another in the direction of the optical axis varies from the same semiconductor material, so that the semiconductor layers also vary in their thickness within the same semiconductor material.
  • the first reflector system as the last reflective layer on a metal layer, which still reflects the residual intensity and thus eliminates the need for further refractive indices of varying layers.
  • the second reflector system comprises semiconductor layers.
  • the second reflector system comprises semiconductor layers of a first semiconductor material and semiconductor layers of a second semiconductor material, so that two different semiconductor materials may be sufficient to construct the second reflector system.
  • the semiconductor layers may have the same thickness.
  • optimum adaptation to the required specifications can be achieved in particular if the thickness of the semiconductor layers following one another in the direction of the optical axis varies.
  • the thickness of the semiconductor layers following one another in the direction of the optical axis varies from the same semiconductor material in order, in particular, to be able to achieve optimal reflection properties for the pump radiation field and the laser amplifier radiation field by this thickness variation.
  • the second reflector system comprises a cover layer of dielectric material.
  • the cover layer is expediently arranged on an opposite side of the second reflector system to the laser-active volume region.
  • a particularly favorable solution provides that the semiconductor materials in the first and the second reflector system are identical, so that the reflector systems can thus be constructed in a simple manner as layer systems.
  • the semiconductor materials in the first and the second reflector system are identical, so that the reflector systems can thus be constructed in a simple manner as layer systems.
  • the pump radiation field and the laser amplifier radiation field to run parallel to one another, for example parallel to the optical axis.
  • an advantageous solution provides that the pump radiation field and the laser amplifier radiation field extend in different spatial directions relative to the optical axis in the solid.
  • the course of the same in different spatial directions relative to the optical axis makes it possible to form the pump radiation intensity course that forms in the direction of the optical axis and in the direction of the
  • the amplifier beam intensity curve forming the optical axis can be adapted to one another, in particular such that a favorable coupling to the quantum structure systems is possible.
  • an advantageous solution provides that the pumping radiation field runs essentially parallel to the optical axis in the solid body.
  • the laser amplifier radiation field extends obliquely to the optical axis in the solid state.
  • Another advantageous solution provides that the laser amplifier radiation field runs essentially parallel to the optical axis in the solid.
  • the pump radiation field extends obliquely to the optical axis in the solid.
  • the pump radiation field and the laser amplifier radiation field can essentially run in a plane passing through the optical axis.
  • the pump radiation path and the laser amplifier radiation field can propagate in different planes respectively passing through the optical axis.
  • Fig. 1 is a schematic side view of a first embodiment of a laser amplifier system according to the invention
  • Fig. 2 is an enlarged section through a solid according to
  • Fig. 1 of the laser amplifier system according to the invention parallel to the optical axis;
  • FIG. 3 is an illustration of an amplifier radiation intensity profile in the solid in the direction of the optical axis in the first embodiment
  • 4 is an illustration of a pump radiation intensity profile in the solid in the direction of the optical axis in the first embodiment
  • 5 is a fragmentary view of the amplifier radiation intensity distribution in the solid in the direction of the optical axis between a reference plane and a heat sink in the first embodiment
  • FIG. 6 is a fragmentary view of the pump radiation intensity profile in the solid in the direction of the optical axis between the reference plane and a heat sink in the first embodiment
  • FIG. 7 shows a detail of the amplifier radiation intensity profile in the solid in the direction of the optical axis between a reference plane and an inlet side in the first embodiment
  • FIG. 8 is a fragmentary view of the pump radiation intensity distribution in the solid in the direction of the optical axis between the reference plane and the entrance side in the first embodiment
  • FIG. 9 shows a detail of the amplifier radiation intensity profile in the solid in the direction of the optical axis in a laser-active volume range in the first exemplary embodiment
  • FIG. 11 shows a representation according to FIG. 1 in a second embodiment of a laser amplifier system according to the invention
  • FIG. 12 is an illustration according to FIG. 2 in the second embodiment
  • FIG. 13 is a view similar to FIG. 3 in the second embodiment
  • FIG. 14 is a view similar to FIG. 4 in the second embodiment
  • FIG. 15 is a view similar to FIG. 5 in the second embodiment
  • FIG. 16 is a view similar to FIG. 6 in the second embodiment
  • FIG. 17 is a view similar to FIG. 7 in the second embodiment
  • FIG. 18 is a view similar to FIG. 8 in the second embodiment
  • FIG. 19 is a view similar to FIG. 9 in the second embodiment
  • FIG. FIG. 20 is a view similar to FIG. 10 in the second embodiment
  • FIG. 19 is a view similar to FIG. 9 in the second embodiment
  • FIG. 20 is a view similar to FIG. 10 in the second embodiment
  • Table 1 is a tabular representation of a layer structure of the solid in the first embodiment
  • Table 2 is a Tabeilawitz representation of the layer structure of the solid in the second embodiment of the laser amplifier system according to the invention.
  • a first exemplary embodiment of a laser amplifier system according to the invention comprises a solid body 10 made of half-titer layers, which has a cooling surface 12 provided with a metallization 14, wherein the metallization is provided by means of a solder layer 16 having a surface 18 as a Whole is associated with 20 designated heatsink. Due to the planar connection between the surface 18 of the heat sink 20 and the cooling surface 12 of the solid 10 is a good thermal coupling between the solid 10 and the heat sink 20 to efficiently dissipate heat from the solid 10 in the heat sink 20.
  • the solid body 10 is used for the optical amplification of a laser radiation radiation field 30, which propagates along an optical axis 32 which extends transversely, preferably perpendicularly, to the cooling surface 12.
  • the laser amplifier radiation field 30 is determined by an amplifier optics 40, which on the one hand an external reflector 42 with a solid surface 10 facing the reflector surface 44 and on the other hand, two internal Reflector systems 46 and 48, wherein the reflector system 46 is disposed in the solid 10 between a laser-active volume region 50 and the metallization 14, while the reflector system 48 between the laser-active Voiumen Scheme 50 and one of the metallization 14 opposite and approximately parallel to the metallization 14 extending inlet side 52nd of the solid body is arranged, which in turn faces the external reflector 42.
  • the inlet side 52 extends transversely, substantially perpendicular to the optical axis 32nd
  • the reflector surface 44 of the external reflector 42 extends transversely, in particular at the point of intersection with the optical axis 32 perpendicular to this.
  • a plurality of quantum structure systems 60 Arranged in the laser-active volume region 50 are a plurality of quantum structure systems 60 which extend in structure planes 62, wherein the structure planes 62 extend transversely, preferably perpendicular to the optical axis 32. Further, the structural planes 62 are substantially parallel to each other.
  • barrier structures 64 are arranged, the function of which will be explained in detail below.
  • the quantum structure systems 60 each comprise only one quantum structure, which is made, for example, of the semiconductor material GaAs and has a thickness in the range from approximately 5 nm to approximately 10 nm.
  • a quantum structure transverse to the respective structure surface 62 may have a thickness which is at most on the order of 10 times, more preferably the simple, of the wavelength of the electrons in the quantum structure forming semiconductor material.
  • such a quantum structure determines the extent of an electron gas present in it, so that there is a dimension-limited electron gas.
  • a quantum structure for example a planar extension in the respective structure surface 62
  • a quantum film in which a two-dimensional electron gas exists.
  • a quantum structure system 60 As an alternative to the formation of a quantum structure system 60 from a simple quantum structure, as mentioned above, it is also possible to construct such a quantum structure system from, for example, two or three quantum structures.
  • a further suitable embodiment of a quantum structure system is to construct it from a quantum structure group comprising in each case a plurality of quantum structures which are, however, only separated from one another by tunnel barrier structures, so that charge carriers can tunnel between the quantum structures of a quantum structure group and the optical pumping a quantum structure of the quantum structure group can be made while the stimulated emission can be made from another quantum structure of the quantum structure group.
  • a pumping of the quantum structure systems 60 in the laser-active volume range is preferably effected by a pump radiation field designated as a whole by 70, which enters the solid from a pump radiation source 72 and impinges obliquely on the inlet side 52, for example, and due to the refraction in the solid body 10 approximately in the direction of optical axis 32, with a slight skew propagates to this.
  • the pumping radiation field 70 is reflected in the solid body 10 both by the reflector system 46 and by the reflector system 48, which thus together form a microcavity 72 in the solid body 10, which causes the solid body 10, in particular in the laser-active volume region 50 of the solid 10, forms a locally standing pump radiation intensity course PIV shown in FIG. 4, which thus also has locally standing intensity maxima IMP in the laser-active volume range. Since the reffector systems 46 and 48 also reflect the laser amplifier radiation field 30, the microcavity 72 is also effective for the laser intensity radiation field 30, so that in the laser-active volume region 50 there is also a locally standing intensifier radiation intensity profile VIV with localized intensity maxima IMV forms, as shown in Fig. 3.
  • Table 1 shows a total of the number of layers of the solid 10, which in thisskysbetspiel a total of 119 layers of semiconductor material plus a dielectric layer comprises.
  • the layer Nr. 1 shown in Table 1 is the first layer following the metallization 14 and this layer is part of the reflector system 46 comprising the layers 1 to 83.
  • the layers 84 to 98 form the laser-active volume region 50, and the layers 99 to 120 form the reflector system 48.
  • the reflector systems 46 and 48 are formed mainly of layers of two materials, namely AIAs and AIO, 2GaO, 8As, wherein the layer thicknesses are determined by an optimization process, which will be discussed in detail below.
  • the laser-active volume region 50 comprises as quantum structure systems 60 individual quantum wells of GaAs with thicknesses of, for example, approximately 8 nm separated by barrier structures 64 of A10.4 Ga0.6 As whose band gap is greater than that of GaAs, so that the barrier structures 64 the pump radiation field 70, and thus essentially only the quantum structure systems 60 are able to absorb the pump radiation field 70.
  • a determination of these layer thicknesses of the reflector systems 46 and 48 with the respective layers of the laser-active volume region 50 takes place according to the following optimization criteria.
  • the starting point for the optimization is the premise that in a central region 74 of the laser-active volume region 50, for example the quantum structure system 60 of the layer 91 as the central quantum structure system 60 and the quantum structure systems 60 in the layers 89 and 93 as peripheral quantum structure systems 60 each have intensity maxima IMP of the pump radiation intensity profile PIV and intensity maxima IMV of the amplifier radiation intensity profile VIV lie within the extent of the quantum structure systems 60 in the direction of the optical axis 32 within the layers 91 and 89 and 93, so that optimal pumping occurs in these quantum structure systems 60 of the layers 91 and 89 and 93 the quantum structure systems 60 with maximum possible intensity and on the other hand an optimal coupling to the laser amplifier radiation field 30 takes place.
  • the amplifier radiation intensity profile VIV in the direction of the optical axis 32 with the intensity maxima IMV is illustrated in FIG. 3 and the pump radiation intensity profile PIV in the direction of the optical axis 32 with the intensity maxima IMP is shown in FIG. 4 for the entire solid 10.
  • FIG. 48 is an enlarged view, the illustrations in FIG. 5 and FIG. 6 or FIG. 7 and FIG. 8 starting from a reference plane 80 which is centered in the direction of the optical axis 32 in the quantum structure system 60 of the layer 91 and also in the center thereof laser-active volume range 50 between the reflector systems 46, 48 is located.
  • FIGS. 9 and 10 the amplifier radiation intensity profile VIV and the pump radiation intensity profile PIV within the laser-active cavity region 50 are shown enlarged again, wherein it can be seen that in the quantum structure system 60 in the layer 91, in particular in the center of the quantum structure system 60 , and thus in the reference plane 80 the intensity maximum IMV of the amplifier radiation intensity profile VIV and the intensity maximum IMP of the pump radiation intensity profile PIV, respectively in the center thereof, preferably in the reference plane 80, so that the intensity value IWV of the amplifier radiation intensity profile VIV and the intensity value IWP of the pump radiation intensity profile PIV is maximum.
  • the position of the next adjacent quantum structure systems 60 in the layers 89 and 93, which are arranged at a suitable distance from the layer 91 then also results in that the intensity value IWV corresponds to the local next respective respective intensity maximum IMV of the amplifier radiation intensity profile VIV and the intensity value IWP corresponds to the local next respective respective intensity maximum IMP of the pump radiation intensity profile PIV in the direction of the optical axis 32, since the intensity maxima IMV and IMP are also still lie within the respective quantum structure system 60 of this layer and thus in this quantum structure system 60 in the layers 89 and 93 also still given the opportunity, on the one hand, the quantum structure system 60 to optimally pum pen and on the other hand to achieve an optimal coupling to the Laserver jointlyrstrahlungsfefd 30.
  • the solution according to the invention thus provided the optimum possibility, in the central region 74 of the laser-active volume region 50, of at least one of the quantum structure systems 60, preferably the quantum structure system 60 of the layer 91, even better in the case of several quantum structure systems 60, preferably the quantum structure systems 60 of the layers 91 and 89 and 93, optically pumping the respective quantum structure system 60 with the pump radiation field 70 and, on the other hand, optimally coupling this to the laser amplifier radiation field 30.
  • the quantum structure systems 60 optimally used for the laser amplifier operation are all at a distance from the heat sink 20, which still leads to favorable results and on the other hand still so that in the largest possible number of quantum structure systems 60 in the laser-active volume range 50 on the one hand optical pumping with the Purnp radiation field 70 is efficiently possible and on the other hand still an efficient coupling to the laser amplifier radiation field 30, so as to achieve an optimal gain in the laser action.
  • the definition of the structure of the solid 10 is preferably carried out by fixing the central region 74, in particular in the exact center of the laser-active volume region 50.
  • the reference plane 80 in two reference planes, namely in a first reference plane 80a and a second reference plane 80b, which initially do not necessarily have to coincide in the reference plane 80.
  • a layer system extending in a first direction 92 parallel to the optical axis 32 and lying between the reference plane 80a and the metallization 14 can be obtained 86, on the one hand with the requirement that this layer system 86 should include three quantum structure systems 60 within the laser volume region 50 and, moreover, the layers 1 to 83 of the reflector system 46.
  • both the amplifier radiation intensity profile VIV and the pump radiation intensity profile PIV in the reference plane 80a the same relative Phase phase, in the simplest Fafi, intensity maxima IMV and IMP, should have, so that the reference plane 80a in the absolute maximum of the same, that is, both intensity gradients, namely the amplifier radiation intensity profile VIV and the pump radiation intensity course PIV should be starting from the reference plane 80 and starting with an intensity maximum IMV and IMP for metallization to the cooling body 20 out, the mirror system 46, both the amplifier radiation field 30 and the pump radiation field 70 with maximum reflectivity, that is, a reflectivity of more than 95%, to be reflected.
  • the layer system 88 extending parallel to the optical axis 32 and comprising the layers 99 to 120 in a second direction 94 opposite the first direction 92 is configured to that this layer system also comprises further quantum structure systems 60, for example the quantum structure systems 60 in the layers 93, 95 and 97, and the reflector system 48 and thereby leads to the formation of both an amplifier radiation intensity profile VIV and a pump radiation intensity profile PIV, which have the same relative phase position exactly in the reference plane 80b , In the simplest case has intensity maxima IMV or PIV.
  • a reflectivity in the range between approximately 50% to approximately 99% is selected for the reefing system 48 in this case, so that a coupling out of the laser amplifier radiation field 30 and simultaneous coupling of the pump radiation field 70 is possible by the reflector system 48.
  • a layer 119 formed from AIO, 2GaO, 8As and another dielectric layer 120 formed as a cover layer 90 are provided for the protection of the layer 118, wherein the layer 120 with its free Surface then immediately forms the inlet side 52 and is provided with such a thickness that, as shown in Fig. 8, the transition from the layer 119 into the layer 120 is approximately in the region of a minimum or near a minimum of the pump radiation intensity profile PIV.
  • the amplifier radiation intensity profile VIV is also adjusted so that the transition from the layer 119 into the dielectric layer 120 has approximately a minimum thereof, as shown in FIG.
  • the layer 120 lying between the layer 119 and the entrance side 52 which is made of a dielectric material and is formed as a quarter-wave dielectric layer, which prevents the optically "hard transition" between the semiconductor material and the air with a a very large refractive index jump forms a maximum of the pump radiation intensity profile PIV and the amplifier radiation intensity profile VIV, so that it is possible to obtain a minimum of the pump radiation intensity ratio PIV and the amplifier radiation intensity profile VIV at the transition between the layer 118 and the layer 119.
  • the spacing of the reference planes 80a and 80b can basically be selected such that no phase jump of the amplifier radiation intensity profile VIV and of the .mu.s between the two reference planes 80a and 80b Pump radiation intensity course PIV occurs and thus present in the microcavity 72 a phase jump-free amplifier radiation intensity profile VIV and a phase jump-free Pumpenstrahlungsintensticiansveriauf PIV.
  • intensity maxima IMV and IMP are in each case in the reference planes 80a and 80b and if the two reference planes 80a and 80b are combined to form the common reference plane 80, exactly one intensity maximum IMV of the amplifier radiation intensity profile VIV and an intensity lie in this reference plane 80
  • Maximum IMP of the pump radiation intensity curve PIV and in the laser-active volume range 50 are at least the nearest intensity maxima IMV of the amplifier radiation intensity profile VIV and the intensity maxima IMP of the pump radiation intensity profile PIV symmetrical to the reference plane 80.
  • a further procedure for determining the layer thicknesses of the layer in the layer systems 86 and 88 provides that the reflectivity for one of the wavelengths, for example, for the wavelength of the laser amplifier radiation field 30, is determined and also the reflectivity for the pump radiation field 70 is achieved, that according to the above described additional thickness variations according to a beat frequency are added so that thereby also for the wavelength of the pump radiation field 70, the desired reflection values result.
  • the formation of the pump radiation intensity profile PIV in the Mikrokavtician 72 with a local course corresponds to a parallel to the optical axis 32 incident pump radiation field having a larger wavelength.
  • the reflector systems 46 and 48 are to be designed such that they reflect both the approximately parallel to the optical axis 32 incident laser amplifier radiation field 30 at a wavelength of 855 nm and obliquely to the optical axis 32 incident pump radiation field 70 with a wavelength of 808 nm in that the Reflector systems 46 and 48 have a suitable reflectivity and phase, which is effective at both 855 nm and 818 nm.
  • the pump radiation field 70 enters the solid 10 approximately parallel to the optical axis 32, while the laser amplifier radiation field 30 'has a spatial direction oblique to the optical axis 32 into the solid 10 and reflected by two external reflectors 31a and 31b.
  • the reflector systems 46 "and 48" are designed to be effective in the pump radiation field 70 ", for example of 808 nm, which is incident approximately parallel to the optical axis 32 and which in the microcavity 72 is a Pump radiation intensity course PIV leads, which corresponds to the wavelength of the Pumpstrahiungsfelds 70 ', for example, of 808 nm.
  • the laser amplifier radiation field 70 'obliquely to the optical axis 32 and therefore results in the formation of an amplifier radiation intensity profile VIV within the solid 10 in the direction of the optical axis 32, which corresponds to the local intensity profile of a parallel to the optical axis 32 propagating laser amplifier radiation field at a wavelength of about 870 nm ,
  • the reflector systems 46 and 48 are to be dimensioned such that they both build up the locally standing pump radiation intensity profile PIV according to a wavelength of 808 nm and the locally located amplifier radiation intensity profile VIV with a local course corresponding to that in the direction of the optical Axis 32 incident wavelength of about 870 nm. With such a difference of the wavelength relevant to the formation of the amplifier radiation intensity profile VIV and the wavelength relevant for the pump radiation intensity profile PIV, it is difficult to provide reflector systems 46 and 48 with suitable reflectivity and phase angle.
  • the reflector systems 46 and 48 are selected to have two refractive maximums selected according to the wavelengths to be reflected.
  • Table 2 shows in total the number of layers of the solid 10 ', which in this embodiment comprises a total of 118 layers of Halbleitermateriai and a directly adjacent to the inlet side 52 dielectric layer.
  • the layer 1 is - in the same way as in the first embodiment - the first layer following the metallization 14 and this layer is already part of the first reflector system 46 ', which comprises the layers 1 to 84.
  • the layers 85 to 99 form the laser-active volume region 50 'and the layers 100 to 119 form the second reflector system 48'.
  • the reflector systems 46 'and 48' mainly comprise layers of two materials, namely AIAs and AIO, 2GaO, 8As, the layer thicknesses of these layers in the direction of the optical axis 32 being the same as in connection with FIG first109sbeispief described are optimized.
  • the iaser-active volume region 50 ' comprises the quantum structure systems 60, which consist of the same semiconductor material!
  • the quantum structure Systems 60 are formed as in the first off ⁇ exemplary implementation, namely GaAs, and are separated by barrier structures AI0,4GaO, 6a, whose band gap in the same manner as in the first principalsbeispiei is greater than that of the quantum structure Systems 60 so that the barrier structures 64, the Pump radiation field 70 'substantially not absorb and thus essentially only the quantum structure systems 60 are optically pumped.
  • the layer thicknesses of the reflector systems 46 and 48 are optimized in conjunction with the respective layers of the laser-active volume area 50 such that in this embodiment the quantum structure system 60 in the layer 92 is the quantum structure system is, through which the reference plane 80, in the direction of the optical axis 32 in the middle, passed through.

Abstract

In order to couple at least one quantum structure system (60) to the pump beam (70) and to the laser amplification beam field (30) in a laser amplification system comprising a solid body (10) having a laser-active volume area (50) in which a laser-active quantum structure system made of semiconductor material is disposed, and in which the at least one quantum structure system (60) is disposed between barrier structures (64) disposed on both sides of the same, and comprising a pump beam source (72), and comprising an amplification optic (40) defining a laser amplification beam field, the invention proposes that a reflector system (42, 46, 48) be disposed on each side of the laser-active volume area (5), reflecting the pump beam field (30) such that a locally static pump beam intensity gradient is formed in the laser-active volume area, having intensity values in a center area between the reflector systems within the quantum structure system (60) of at least 60% of the nearest local intensity maximum, and that the reflector systems (42, 46, 48) reflect the laser amplification beam field (30) such that a locally static amplifier beam intensity gradient is formed, having intensity values in the center area within the same at least one quantum structure system (60) of at least 60% of the nearest local intensity maximum.

Description

Laserverstärkersystem Laser amplifier system
Die Erfindung betrifft ein Laserverstärkersystem umfassendThe invention relates to a laser amplifier system comprising
einen mit einem Kühlkörper thermisch gekoppelten Festkörper mit einem faseraktiven Volumenbereich, in welchem parallel, zu mindestens einer quer zu einer optischen Achse verlaufenden Strukturfläche mindestens ein sich zumindest über einen Teilbereich der Strukturfläche erstreckendes laseraktives Quantenstruktursystem aus Halbleitermaterial angeordnet ist und in welchem das mindestens eine Quantenstruktursystem zwischen beiderseits desselben angeordneten Barrierenstrukturen angeordnet ist,a thermally coupled to a heat sink solid body having a fiber-active volume range in which parallel to at least one transverse to an optical axis structure surface at least one at least over a portion of the structure surface extending laser active quantum structure of semiconductor material is arranged and in which the at least one quantum structure system between arranged on both sides of the same arranged barrier structures,
eine ein sich quer zu der mindestens einen Strukturfläche ausbreitendes Pumpstrahlungsfeld erzeugende Pumpstrahlungsquelle zum optischen Pumpen des laseraktiven Volumenbereichs derart, dass die Absorption von Pumpstrahlung aus dem Pumpstrahlungsfeld in dem mindestens einen iaseraktiven Quantenstruktursystem gleich oder größer als die Absorption von Pumpstrahlung durch die Barrierenstrukturen ist,a pump radiation source generating a pump radiation field propagating transversely to the at least one structure surface for optically pumping the laser active volume region such that the absorption of pump radiation from the pump radiation field in the at least one iaser active quantum structure is equal to or greater than the absorption of pump radiation by the barrier structures;
und eine ein den faseraktiven Volumenbereich durchsetzendes Laser- verstärkerstrahlungsfeld definierende Verstärkeroptik.and an amplifier optic defining the fiber-active volume range passing through the laser amplifier radiation field.
Derartige Laserverstärkersysteme sind aus dem Stand der Technik bekannt. Bei diesen besteht das Problem, das mindestens eine Quantenstruktursystem sowohl optimal an die Pumpstrahlung anzukoppeln, a!s auch optimal an das Laserverstärkerstrahlungsfeld anzukoppein, da das Pumpstrahlungsfeld notwendigerweise eine kürzere Wellenlänge aufweist als das Laserverstärker- strahlungsfeid.Such laser amplifier systems are known from the prior art. In these, there is the problem of optimally coupling the at least one quantum structure system to the pump radiation, and also optimally coupling it to the laser amplifier radiation field, since the pump radiation field necessarily has a shorter wavelength than the laser amplifier radiation field.
Diese Aufgabe wird bei einem Laserverstärkersystem der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in Richtung der optischen Achse beiderseits des faseraktiven Volumenbereichs jeweils ein Reflektorsystem angeordnet ist, welche das Pumpstrahlungsfeld derart reflektieren, dass sich in dem laseraktiven Volumenbereich ein lokal stehender Pumpstrahlungsintensitätsverlauf ausbildet, welcher in einem mittigen Bereich zwischen den Reflektorsystemen innerhalb des mindestens einen Quantenstruktursystems Intensitätswerte von mindestens 60% des lokal nächst- liegenden Intensitäts-Maximums aufweist und dass die Reflektorsysteme das Laserverstärkerstrahlungsfeld derart reflektieren, dass sich in dem laseraktiven Volumenbereich ein lokal stehender Verstärkerstrahlungsintensitätsverlauf ausbildet, welcher in dem mittigen Bereich innerhalb desselben mindestens einen Quantenstruktursystems Intensitätswerte von mindestens 60% des lokal nächstliegenden Intensitäts-Maximums aufweist.This object is achieved in a laser amplifier system of the type described above according to the invention that in each case a reflector system is arranged in the direction of the optical axis on both sides of the fiber-active volume range, which reflect the pump radiation field such that forms a locally stationary pump radiation intensity profile in the laser-active volume range, which in a central region between the reflector systems within the at least one quantum structure system has intensity values of at least 60% of the locally closest intensity maximum and in that the reflector systems reflect the laser amplifier radiation field such that a localized amplifier radiation intensity profile forms in the laser active volume region Range within the same at least one quantum structure system intensity values of at least 60% of the locally closest intensity maximum s.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, dass mit dieser durch geeignete Dimensionierung der Reflektorsysteme die Möglichkeit geschaffen wurde, das mindestens eine Quantenstruktursystem optimal sowohl an das Pumpstrahlungsfeld als auch an das Verstärkerstrahlungsfeld anzukoppeln, obwohl der Pumpstrahlungsintensitätsverlauf und der Verstärkerstrahlungsintensitätsverlauf jeweils durch reflektierte elektromagnetische Wellen unterschiedlicher Wellenlänge gebildet werden. Vorteilhaft ist es, wenn die Intensitätswerte des Pumpstrahlungsintensitätsverlaufs mindestens 70%, besser mindestens 80% und noch besser mindestens 90% des nächstiiegenden lokalen Intensitäts-Maximums betragen.The advantage of the solution according to the invention lies in the fact that the possibility has been created by suitable dimensioning of the reflector systems to optimally couple the at least one quantum structure system both to the pump radiation field and to the amplifier radiation field, although the pump radiation intensity profile and the amplifier radiation intensity profile are in each case reflected by electromagnetic waves of different wavelengths are formed. It is advantageous if the intensity values of the pump radiation intensity profile amount to at least 70%, better at least 80% and even better at least 90% of the next local maximum intensity.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Intensitätswerte des Verstärkerstrahlungsintensitätsverlaufs mindestens 70%, besser mindestens 80% und noch besser mindestens 90% des nächstiiegenden lokalen Intensitäts-Maximums betragen.Furthermore, it is advantageous if the intensity values of the amplifier radiation intensity profile amount to at least 70%, better at least 80%, and even better at least 90% of the next local maximum intensity.
Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht vor, dass in dem mittigen Bereich mehrere Quantenstruktursysteme angeordnet sind, innerhalb von welchen sowohl Intensitätswerte des Pumpstrahlungsintensitätsverlaufs als auch Intensitätswerte des Verstärkerstrahlungsintensitätsverlaufs von mindestens 60% des jeweils nächstiiegenden fokalen Intensitäts-Maximums liegen. Diese Lösung hat den Vorteil, dass damit die Verstärkung des laseraktiven Volumenbereichs größer ist.A particularly advantageous solution provides that a plurality of quantum structure systems are arranged in the central region, within which both intensity values of the pump radiation intensity profile and intensity values of the amplifier radiation intensity profile of at least 60% of the respective nearest focal intensity maximum are. This solution has the advantage that it increases the amplification of the laser-active volume range.
Vorteilhaft ist es, wenn die Intensitätswerte des Pumpstrahlungsintensitätsverlaufs mindestens 70%, besser mindestens 80% und noch besser mindestens 90% des nächstiiegenden lokalen Intensitäts-Maximums betragen.It is advantageous if the intensity values of the pump radiation intensity profile amount to at least 70%, better at least 80% and even better at least 90% of the next local maximum intensity.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Intensitätswerte des Verstärkerstrahlungsintensitätsverlaufs mindestens 70%, besser mindestens 80% und noch besser mindestens 90% des nächstiiegenden lokalen Intensitäts-Maximums betragen.Furthermore, it is advantageous if the intensity values of the amplifier radiation intensity profile amount to at least 70%, better at least 80%, and even better at least 90% of the next local maximum intensity.
Besonders günstig ist es, wenn der mittige Bereich sich in Richtung der optischen Achse beiderseits einer Referenzebene bis zu ungefähr einem Drittel eines Abstandes der Referenzebene von dem jeweiligen Reflektorsystem erstreckt. Es ist aber auch denkbar, dass sich der mittige Bereich in Richtung der optischen Achse bis zu ungefähr der Hälfte eines Abstandes der Referenzebene von dem jeweiligen Reflektorsystem erstreckt.It is particularly favorable if the central region extends in the direction of the optical axis on both sides of a reference plane up to approximately one third of a distance of the reference plane from the respective reflector system. However, it is also conceivable that the central region extends in the direction of the optical axis up to approximately half of a distance of the reference plane from the respective reflector system.
Die erfindungsgemäßen Randbedingungen lassen sich noch einfacher realisieren, wenn der mittige Bereich zwischen den Reflektorsystemen sich in Richtung der optischen Achse bis zu ungefähr zwei Drittel eines Abstandes der Referenzebene von dem jeweiligen Reflektorsystem erstreckt.The boundary conditions according to the invention can be realized even more simply if the central region between the reflector systems extends in the direction of the optical axis up to approximately two thirds of a distance of the reference plane from the respective reflector system.
Dabei ist der mittige Bereich stets so definiert, dass dies der Bereich ist, in welchem die innerhalb desselben liegenden Quantenstruktursysteme jeweils optimal sowohl an den Pumpstrahlungsintensitätsverfauf als auch an den Verstärkerstrahlungsintensitätsverlauf dadurch angekoppelt sind, dass innerhalb derselben, das heißt innerhalb des Bereichs der Erstreckung derselben in Richtung der optischen Achse, jeweils sowohl ein Intensitäts-Maximum des Pumpstrahlungsintensitätsverlaufs als auch ein Intensitäts-Maximum des Verstärkerstrahlungsintensitätsverlaufs liegt.In this case, the central region is always defined such that this is the region in which the quantum structure systems lying within it are optimally coupled both to the pump radiation intensity profile and to the amplifier radiation intensity profile by being within the same, ie within the range of their extent Direction of the optical axis, in each case both an intensity maximum of the pump radiation intensity curve and an intensity maximum of the amplifier radiation intensity curve is.
Alternativ oder ergänzend zu den vorstehend beschriebenen Merkmalen eines erfindungsgemäßen Laserverstärkersystems iässt sich dieses gemäß einer weiteren Ausführungsform dahingehend definieren, dass der Festkörper so aufgebaut ist, dass sich ausgehend von einer im laseraktiven Volumenbereich liegenden ersten Referenzebene in einer ersten Richtung parallel zur optischen Achse ein erstes Schichtsystem anschließt, das ein sowohl das Laserver- stärkerstrahiungsfeld als auch das Pumpstrahlungsfeld reflektierendes erstes Reflektorsystem umfasst und das zur Ausbildung eines Verstärkerstrahlungsintensitätsverlaufs und eines Pumpstrahlungsintensitätsverlaufs führt, die in der Referenzebene eine irn Wesentlichen identische oder sich um ein ganz- zahüges von 2 Pi (360°) unterscheidende relative Phasenlage aufweisen.As an alternative or in addition to the above-described features of a laser amplifier system according to the invention, this can be defined according to a further embodiment in that the solid is constructed in such a way that starting from a first reference plane lying in the laser active volume range in a first direction parallel to the optical axis a first layer system which is a first reflecting both the laser amplification field and the pump radiation field Reflector system and which leads to the formation of an amplifier radiation intensity profile and a pump radiation intensity profile having in the reference plane a substantially identical or by a ganzzahuges of 2 Pi (360 °) different relative phase position.
Ferner lässt sich alternativ oder ergänzend zu den vorstehend beschriebenen Lösungen das erfindungsgemäße Laserverstärkersystem gemäß einer weiteren Ausführungsform dahingehend definieren, dass sich ausgehend von einer im laseraktiven Volumenbereich liegenden zweiten Referenzebene in einer zweiten zur ersten Richtung entgegengesetzten Richtung parallel zur optischen Achse ein zweites Schichtsystem anschließt, das ein sowohl das Laserver- stärkerstrahlungsfeld ais auch das Pumpstrahlungsfeld reflektierendes zweites Reflektorsystem umfasst, und das einen Verstärkerstrahlungsintensϊtätsverlauf und einen Pumpstrahlungsintensitätsverlauf erzeugt, die in der zweiten Referenzebene eine im Wesentlichen identische oder sich um ein ganzzahliges Vielfaches von 2 Pi unterscheidende relative Phasenlage aufweisen.Furthermore, as an alternative or in addition to the solutions described above, the laser amplifier system according to the invention can be defined according to a further embodiment in that, starting from a second reference plane lying in the laser-active volume range in a second direction opposite to the first direction, a second layer system follows parallel to the optical axis a second reflector system which reflects both the laser amplifier radiation field and also the pump radiation field, and which generates an amplifier radiation intensity course and a pump radiation intensity profile which have a substantially identical relative phase position or differ in the second reference plane by an integer multiple of 2 pi.
Durch diese Lösung wird sichergestellt, dass zumindest im Bereich der ersten und zweiten Referenzebene der Pumpstrahlungsintensitätsverlauf und der Verstärkerstrahlungsintensitätsverlauf derart ausgebildet sind, dass eine optimale Ankoppiung sowohl des Pumpstrahlungsfeldes als auch des Laserverstärker- strahlungsfeldes an das mindestens eine Quantenstruktursystem möglich ist.This solution ensures that the pump radiation intensity profile and the amplifier radiation intensity profile are formed at least in the area of the first and second reference planes so that optimal coupling of both the pump radiation field and the laser amplifier radiation field to the at least one quantum structure system is possible.
Besonders günstig ist es dabei, wenn die erste Referenzebene und die zweite Referenzebene einen Abstand voneinander aufweisen, welcher maximal 20% eines Abstandes zwischen zwei Intensitätsmaxima des Verstärkerstrahlungsintensitätsverlaufs oder maximal 20% des Abstandes plus einem einfachen bis dreifachen ganzzahligen Vielfachen des Abstandes entspricht. Im einfachsten Fall ist vorgesehen, dass die erste Referenzebene und die zweite Referenzebene zusammenfallen und die Phasenlagen des von dem ersten Schichtsystem erzeugten Pumpstrahlungsintensitätsverlaufs und des von dem zweiten Schichtsystem erzeugten Pumpstrahiungsintensitätsverlaufs in den Referenzebenen ungefähr phasensprungfrei ineinander übergehen.It is particularly advantageous if the first reference plane and the second reference plane have a distance from each other which corresponds to a maximum of 20% of a distance between two intensity maxima of the amplifier radiation intensity curve or a maximum of 20% of the distance plus a simple to triple integer multiple of the distance. In the simplest case, it is provided that the first reference plane and the second reference plane coincide and the phase positions of the pump radiation intensity profile generated by the first layer system and of the pump radiation intensity profile generated by the second layer system in the reference planes merge into each other approximately without phase jump.
Ferner ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die erste Referenzebene und die zweite Referenzebene zusammenfallen und die Phasenlagen des von dem ersten Schichtsystem erzeugten Verstärkerstrahlungsintensitätsverlaufs und des von dem zweiten Schichtsystem erzeugten Verstärkerstrahlungsintensitätsverlaufs in den Referenzebenen ungefähr phasensprungfrei ineinander übergehen.Furthermore, it is advantageously provided that the first reference plane and the second reference plane coincide and that the phase positions of the amplifier radiation intensity profile generated by the first layer system and of the amplifier radiation intensity profile generated by the second layer system in the reference planes merge into one another approximately without phase jump.
Alternativ oder ergänzend zu den bislang beschriebenen Ausführungs- beispieien sieht eine wettere Ausführungsform vor, dass sich an das mindestens eine Quantenstruktursystem in einer ersten Richtung parallel zur optischen Achse eine erstes Schichtsystem anschließt, welches sowohl das Laserverstärkerstrahlungsfeld als auch das Pumpstrahlungsfeld reflektiert und sowohl beim Verstärkerstrahlungsintensitätsveriauf als auch bei dem Pumpstrahlungsintensitätsverlauf zu einem Intensitätswert von mindestens 60% des lokal nächstliegenden Intensitäts-Maximums in dem mindestens einen Quantenstruktursystem führt.As an alternative or in addition to the embodiments described hitherto, a weather embodiment provides that a first layer system adjoins the at least one quantum structure system in a first direction parallel to the optical axis, which reflects both the laser amplifier radiation field and the pump radiation field and both in the amplifier radiation intensity profile also leads to an intensity value of at least 60% of the locally closest intensity maximum in the at least one quantum structure system in the case of the pump radiation intensity profile.
Alternativ oder ergänzend zu den bislang beschriebenen Ausführungs- beispieien sieht eine weitere Ausführungsform vor, dass sich an das mindestens eine Quantenstruktursystem in einer zweiten, der ersten Richtung entgegengesetzten Richtung parallel zur optischen Achse ein zweites Schicht- system anschließt, welche sowohl das Laserverstärkerstrahlungsfeld als auch das Pumpstrahiungsfeid reflektiert und sowohl beim Verstärkerstrahlungsintensitätsverlauf als auch bei dem Pumpstrahlungsintensitätsverlauf zu einem Intensitätswert von mindestens 60% des lokal nächstliegenden Intensitäts- Maximums in dem mindestens einen Quantenstruktursystem führt.As an alternative or in addition to the embodiments described so far, a further embodiment provides that the at least one quantum structure system is connected in a second, the first direction opposite direction parallel to the optical axis of a second layer system connects, which reflects both the laser amplifier radiation field and the Pumpstrahiungsfeid and both the amplifier radiation intensity course and the pump radiation intensity curve to an intensity value of at least 60% of the locally closest intensity maximum in the at least one quantum structure system leads ,
Vorteilhaft ist es, wenn die Intensitätswerte des Pumpstrahlungsintensitätsverlaufs mindestens 70%, besser mindestens 80% und noch besser mindestens 90% des nächstliegenden lokalen Intensitäts-Maximums betragen.It is advantageous if the intensity values of the pump radiation intensity profile amount to at least 70%, better at least 80% and even better at least 90% of the nearest local intensity maximum.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Intensitätswerte des Verstärkerstrahlungsintensitätsverlaufs mindestens 70%, besser mindestens 80% und noch besser mindestens 90% des nächstliegenden lokalen Intensitäts-Maximums betragen.Furthermore, it is advantageous if the intensity values of the amplifier radiation intensity profile amount to at least 70%, better at least 80% and even better at least 90% of the nearest local intensity maximum.
Zweckmäßigerweise ist dabei vorgesehen, dass das bei dem Pumpstrahlungsfeld durch das erste Reflektorsystem erzeugte lokal nächstliegende Intensitäts-Maximum und das durch das zweite Reflektorsystem erzeugte lokal nächstliegende Intensitäts-Maximum lokal ungefähr zusammenfallen.Expediently, it is provided that the locally closest intensity maximum generated by the first reflector system in the pump radiation field and the locally closest intensity maximum generated by the second reflector system locally coincide approximately.
Günstig ist es, wenn bei dem Pumpstrahiungsfeid das vom ersten Reflektorsystem erzeugte lokal nächstliegende Intensitäts-Maximum mit dem von dem zweiten Reflektorsystem erzeugte lokal nächstliegende Intensitäts-Maximum lokal zusammenfällt.It is favorable if, in the case of the pumping radiation field, the locally closest intensity maximum generated by the first reflector system locally coincides with the locally closest intensity maximum generated by the second reflector system.
Ferner ist zweckmäßigerweise vorgesehen, dass bei dem Laserverstärkerstrahlungsfeld das von dem ersten Reflektorsystem erzeugte lokal nächstliegende Intensitäts-Maximum und das vom zweiten Reflektorsystem erzeugte lokal nächstliegende Intensitäts-Maximum lokal ungefähr zusammenfallen. Dabei ist es besonders günstig, wenn das bei dem Laserverstärkerstrahiungs- feld vom ersten Reflektorsystem erzeugte fokal nächstiiegende Intensitäts- Maximum mit dem von dem zweiten Reflektorsystem erzeugten lokal nächst- liegenden Intensitäts-Maximum lokal zusammenfällt.Furthermore, it is expediently provided that, in the case of the laser amplifier radiation field, the locally closest intensity maximum generated by the first reflector system and the locally closest intensity maximum generated by the second reflector system locally coincide approximately. In this case, it is particularly favorable if the focal maximum intensity maximum generated by the first reflector system in the case of the laser amplifier radiation field coincides locally with the locally closest intensity maximum generated by the second reflector system.
Mit dieser Lösung lässt sich das mindestens eine Quantenstruktursystem optimal durch das Pumpstrahlungsfeld pumpen und optimal an das Laser- verstärkerstrahlungsfeld ankoppeln.With this solution, the at least one quantum structure system can be optimally pumped through the pump radiation field and optimally coupled to the laser amplifier radiation field.
Besonders optimal ist die Kopplung dann gestaltet, wenn das jeweilige Intensitäts-Maximum in Richtung der optischen Achse in dem mindestens einen Quantenstruktursystem liegt, um eine möglichst günstige Ankopplung zu erreichen.Particularly optimal coupling is designed when the respective maximum intensity is in the direction of the optical axis in the at least one quantum structure system in order to achieve the best possible coupling.
Die Ankopplung ist optimal, wenn das jeweilige Intensitäts-Maximum in Richtung der optischen Achse im Wesentlichen mittig in dem mindestens einen Quantenstruktursystem angeordnet ist.The coupling is optimal if the respective intensity maximum in the direction of the optical axis is arranged substantially centrally in the at least one quantum structure system.
Um die Verstärkung des erfindungsgemä8en Laserverstärkersystems noch zu verbessern, ist vorzugsweise vorgesehen, dass das erste Schichtsystem mindestens ein weiteres, zwischen Barrierenstrukturen angeordnetes Quantenstruktursystem aufweist, welches sich zumindest über einen Teilbereich einer Strukturfläche erstreckt, die parallel zu der Strukturfläche des mindestens einen Quantenstruktursystems angeordnet ist. Noch besser ist es, wenn das erste Schichtsystem mehrere, zwischen Barrierenstruktυren angeordnete Quantenstruktursysteme aufweist, die jeweils in zur Strukturfiäche des mindestens einen Quantenstruktursystems parallelen Strukturflächen angeordnet sind.In order to further improve the gain of the laser amplifier system according to the invention, it is preferably provided that the first layer system has at least one further quantum structure system arranged between barrier structures, which extends over at least a partial area of a structure area arranged parallel to the structure area of the at least one quantum structure system. It is even better if the first layer system has a plurality of quantum structure systems arranged between barrier structures, which are each arranged in structural surfaces parallel to the structure surface of the at least one quantum structure system.
Desgleichen ist es günstig, wenn das zweite Schichtsystem mindestens ein zwischen Barrierenstrukturen angeordnetes und sich zumindest über einen Teilbereich einer zur Strukturfläche des mindestens einen Quantenstruktursystems parallelen Strukturfläche erstreckendes Quantenstruktursystem aufweist.Likewise, it is favorable if the second layer system has at least one quantum structure system arranged between barrier structures and extending over at least a partial area of a structure area parallel to the structure area of the at least one quantum structure system.
Noch besser ist es, wenn das zweite Schichtsystem mehrere, sich jeweils in zur Strukturfläche des mindestens einen Quantenstruktursystems parallelen Strukturflächen über Teilbereich derselben erstreckende und zwischen Barrierenschichten angeordnete laseraktive Quantenstruktursysteme aufweist.It is even better for the second layer system to have a plurality of laser-active quantum structure systems which extend in each case over the partial area of the same to the structural area of the at least one quantum structure system and which are arranged between barrier layers.
Besonders günstig ist es, wenn in dem jeweiligen Schichtsystem das mindestens eine Quantenstruktursystem so angeordnet ist, dass ein Pumpstrahlungsintensitätsverlauf in dem Quantenstruktursystem einen Intensitätswert von mindestens einem Drittel des lokal nächstliegenden Intensitäts- Maximums erreicht.It is particularly favorable if, in the respective layer system, the at least one quantum structure system is arranged such that a pump radiation intensity profile in the quantum structure system reaches an intensity value of at least one third of the locally closest intensity maximum.
Noch besser ist es, wenn in dem jeweiligen Schichtsystem das mindestens eine Quantenstruktursystem so angeordnet ist, dass ein Pumpstrahlungsintensitätsverlauf in dem Quantenstruktursystem einen Intensitätswert von mindestens zwei Drittel des lokal nächstliegenden Intensitäts-Maximums erreicht. Darüber hinaus ist bei der erfindungsgemäßen Lösung vorgesehen, dass in dem jeweiligen Schichtsystem das mindestens eine weitere Quantenstruktursystem so angeordnet ist, dass in diesem der Verstärkerstrahlungsintensitätsverlauf einen Intensitätswert von mindestens einem Drittel des lokal nächst- liegenden Intensitäts-Maximums erreicht.It is even better if, in the respective layer system, the at least one quantum structure system is arranged such that a pump radiation intensity profile in the quantum structure system reaches an intensity value of at least two-thirds of the locally closest intensity maximum. Moreover, it is provided in the solution according to the invention that in the respective layer system the at least one further quantum structure system is arranged so that in this the amplifier radiation intensity curve reaches an intensity value of at least one third of the locally closest intensity maximum.
Noch besser ist es, wenn in dem jeweiligen Schichtsystem das mindestens eine weitere Quantenstruktursystem so angeordnet ist, dass in diesem der Verstärkerstrahlungsintensitätsverlauf einen Intensitätswert von mindestens zwei Drittel des lokal nächstliegenden Intensitäts-Maximums erreicht.It is even better if in the respective layer system the at least one further quantum structure system is arranged in such a way that the intensity of the amplifier radiation intensity reaches at least two-thirds of the locally closest intensity maximum.
Hinsichtlich der Eigenschaften der Reflektorsysteme wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.With regard to the properties of the reflector systems, no further details have been given so far.
So wäre es beispielsweise denkbar, den Kühlkörper als transparenten Körper auszubilden, der entweder für das Pumpstrahiungsfeld und/oder das Laser- verstärkerstrahlungsfeld transparent ist.For example, it would be conceivable to form the heat sink as a transparent body, which is transparent either to the pumping radiation field and / or the laser amplifier radiation field.
Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht jedoch vor, dass das erste Reflektorsystem das Pumpstrahiungsfeld im Wesentlichen vollständig reflektiert, so dass keine Notwendigkeit dafür besteht, das Pumpstrahiungsfeld durch den Kühlkörper hindurchzuführen.An advantageous embodiment, however, provides that the first reflector system substantially completely reflects the pumping radiation field, so that there is no need to pass the pumping radiation field through the heat sink.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das erste Reflektorsystem das Laserverstärkerstrahlungsfeld im Wesentlichen vollständig reflektiert, so dass ebenfalls keine Notwendigkeit besteht, das Laserverstärkerstrahlungsfeld durch den Kühlkörper zu führen. Bei diesen Lösungen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn das zweite Reflektorsystetm das Pumpstrahlungsfeld teilweise reflektiert.A further advantageous embodiment provides that the first reflector system substantially completely reflects the laser amplifier radiation field, so that likewise there is no need to guide the laser amplifier radiation field through the heat sink. In these solutions, it has proven to be expedient for the second reflector system to partially reflect the pump radiation field.
Somit besteht beispielsweise die Möglichkeit, das Pumpstrahlungsfeld durch das zweite Reflektorsystem in den laseraktiven Volumenbereich einzukuppeln.Thus, for example, it is possible to couple the pump radiation field through the second reflector system in the laser-active volume range.
Ferner ist zweckmäßigerweise ebenfalls vorgesehen, dass das zweite Reflektorsystem das Laserverstärkerstrahlungsfeld teilweise reflektiert.Furthermore, it is expediently likewise provided that the second reflector system partially reflects the laser amplifier radiation field.
Damit besteht ebenfalls die Möglichkeit, das Laserverstärkerstrahlungsfeld durch das zweite Reflektorsystem aus dem laseraktiven Volumenbereich auszukoppeln.Thus, it is also possible to decouple the laser amplifier radiation field by the second reflector system from the laser-active volume range.
Hinsichtlich des Aufbaus der Reflektorsysteme wurden bislang keine näheren Angaben gemacht, außer die, dass die Reflektorsysteme jeweils Teile von Schichtsystemen sind.With regard to the structure of the reflector systems, no details have yet been provided, except that the reflector systems are each parts of layer systems.
Die Reflektorsysteme sind auch dann Schichtsysteme, wenn diese als einen kontinuierlichen oder kontinuierlich variierenden Brechzahlenverlauf zeigende Reflektorsysteme erscheinen, da auch diese bei Betrachtung der einzelnen aufeinanderfolgenden Atomlagen aus Schichten aufgebaut sind.The reflector systems are also layer systems, even if they appear as a continuous or continuously varying refractive index gradient pointing reflector systems, since these are constructed when looking at the individual successive atomic layers of layers.
Die Schichten der Reflektorsysteme könnten aus beliebigem Material mit geeigneter Brechzahl sein, zum Beispiel Dielektrika umfassen.The layers of the reflector systems could be made of any material having a suitable refractive index, for example dielectrics.
Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht vor, dass das erste Reflektor System Haibleiterschichten umfasst Zweckmäßigerweise ist dabei das erste Reflektorsystem so aufgebaut, dass es Halbieiterschichten aus unterschiedlichem Halbleitermaterial umfasst.A particularly advantageous solution provides that the first reflector system comprises semiconductor layers Conveniently, the first reflector system is constructed so that it comprises Halbieiterschichten of different semiconductor material.
Eine besonders einfache Art des Aufbaus des ersten Reflektorsystems sieht dabei vor, dass das erste Reflektorsystem Halbleiterschichten aus einem ersten Haibleitermateriai und Hatbleiterschichten aus einem zweiten Halbleitermaterial aufweist, so dass sich das Reffe ktorsystem zumindest teilweise aus Halbleiterschichten zweier unterschiedlicher Halbleitermaterialien aufbauen lässt.A particularly simple way of constructing the first reflector system provides that the first reflector system comprises semiconductor layers of a first semiconductor material and semiconductor layers of a second semiconductor material, so that the reefing system can be at least partially constructed from semiconductor layers of two different semiconductor materials.
Besonders zweckmäßig ist es dabei, wenn die Halbleiterschichten aus dem ersten Haibleitermateriai und die Halbleiterschichten aus dem zweiten Halbleitermaterial einander abwechseln.In this case, it is particularly expedient if the semiconductor layers of the first semiconductor material and the semiconductor layers of the second semiconductor material alternate with one another.
Ferner könnten prinzipiell die Halbleiterschichten dieselbe Dicke aufweisen.Furthermore, in principle, the semiconductor layers could have the same thickness.
Für die erfindungsgemäße Lösung ist es jedoch besonders günstig, wenn die Dicke der in Richtung der optischen Achse aufeinander folgenden Halbleiterschichten variiert.For the solution according to the invention, however, it is particularly favorable if the thickness of the semiconductor layers following one another in the direction of the optical axis varies.
Eine zweckmäßige Ausführungsform sieht dabei vor, dass die Dicke der in Richtung der optischen Achse aufeinander folgenden Halbleiterschichten aus demselben Haibleitermateriai variiert, so dass auch innerhalb desselben Halbleitermaterials die Halbleiterschichten in ihrer Dicke variieren. Zweckmäßigerweise weist das erste Reflektorsystem als letzte reflektierende Schicht eine Metallschicht auf, die die Restintensität noch reflektiert und damit die Notwendigkeit weiterer hinsichtlich der Brechungsindizes variierender Schichten entfallen lässt.An expedient embodiment provides that the thickness of the semiconductor layers following one another in the direction of the optical axis varies from the same semiconductor material, so that the semiconductor layers also vary in their thickness within the same semiconductor material. Conveniently, the first reflector system as the last reflective layer on a metal layer, which still reflects the residual intensity and thus eliminates the need for further refractive indices of varying layers.
Ferner sieht eine vorteilhafte Ausführungsform vor, dass das zweite Refiektor- system Halbleiterschichten umfasst.Furthermore, an advantageous embodiment provides that the second reflector system comprises semiconductor layers.
Auch bei dem zweiten Reflektorsystem hat es sich als günstig erwiesen, wenn dieses Halbleiterschichten aus unterschiedlichem Halbleitermaterial umfasst.In the case of the second reflector system too, it has proved to be advantageous if this comprises semiconductor layers of different semiconductor material.
Besonders günstig ist es dabei, wenn das zweite Reflektorsystem Halbleiterschichten aus einem ersten Hafbleitermaterial und Halbleiterschichten aus einem zweiten Halbfeitermaterial aufweist, so dass zwei unterschiedliche Halbleitermaterialien ausreichen können, um das zweite Reflektorsystem aufzubauen.It is particularly advantageous if the second reflector system comprises semiconductor layers of a first semiconductor material and semiconductor layers of a second semiconductor material, so that two different semiconductor materials may be sufficient to construct the second reflector system.
Dabei ist es besonders günstig, wenn die Halbleiterschichten aus dem ersten Halbleitermaterial und die Halbieiterschichten aus dem zweiten Halbleitermaterial einander abwechseln, das heißt, dass in Richtung der optischen Achse eine Halbleiterschicht aus dem ersten Halbieitermaterial auf eine Halbleiterschicht aus dem zweiten Halbieitermaterial folgt.It is particularly advantageous if the semiconductor layers of the first semiconductor material and the Halbieiterschichten of the second semiconductor material alternate, that is, that in the direction of the optical axis, a semiconductor layer of the first Halbieitermaterial on a semiconductor layer of the second Halbieitermaterial follows.
Prinzipiell können bei dem zweiten Reflektorsystem die Halbleiterschichten dieselbe Dicke aufweisen. Eine optimale Anpassung an die geforderten Vorgaben lässt sich bei der erfindungsgemäßen Lösung jedoch insbesondere dann erreichen, wenn die Dicke der in Richtung der optischen Achse aufeinander folgenden Halbleiterschichten variiert.In principle, in the second reflector system, the semiconductor layers may have the same thickness. However, in the case of the solution according to the invention, optimum adaptation to the required specifications can be achieved in particular if the thickness of the semiconductor layers following one another in the direction of the optical axis varies.
Besonders günstig ist es, wenn die Dicke der in Richtung der optischen Achse aufeinander folgenden Halbleiterschichten aus demselben Haibleitermaterial variiert, um insbesondere auch durch diese Dickenvariation optimale Reflek- tionseigenschaften für das Pumpstrahlungsfeld und das Laserverstärker- strahlungsfeld erreichen zu können.It is particularly favorable if the thickness of the semiconductor layers following one another in the direction of the optical axis varies from the same semiconductor material in order, in particular, to be able to achieve optimal reflection properties for the pump radiation field and the laser amplifier radiation field by this thickness variation.
Um am Übergang zwischen der Umgebung und dem Festkörper eine günstige Anpassung des Verstärkerstrahlungsintensitätsverlaufs und des Pump- strahlungsintensitätsverjaufs zu erhalten, ist vorzugsweise vorgesehen, dass das zweite Reflektorsystem eine Deckschicht aus dielektrischem Material umfasst.In order to obtain a favorable adaptation of the amplifier radiation intensity profile and the pump radiation intensity variation at the transition between the environment and the solid state, it is preferably provided that the second reflector system comprises a cover layer of dielectric material.
Dabei ist zweckmäßigerweise die Deckschicht auf einer dem laseraktiven Volumenbereich gegenüberliegenden Seite des zweiten Reflektorsystems angeordnet.In this case, the cover layer is expediently arranged on an opposite side of the second reflector system to the laser-active volume region.
Prinzipiell bestünde die Möglichkeit, in dem ersten Reflektorsystem und dem zweiten Reflektorsystem und mit unterschiedlichen Halbfeitermaterialien zu arbeiten.In principle, it would be possible to work in the first reflector system and the second reflector system and with different semi-conductive materials.
Eine besonders günstige Lösung sieht jedoch vor, dass die Halbleiter- materiaMen in dem ersten und dem zweiten Reflektorsystem identisch sind, so dass sich somit die Reflektorsysteme in einfacher Weise als Schichtsysteme aufbauen lassen. Hinsichtlich des Verlaufs des Pumpstrahlungsfeldes und des Laserverstärker- strahlungsfeldes in dem Festkörper wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.However, a particularly favorable solution provides that the semiconductor materials in the first and the second reflector system are identical, so that the reflector systems can thus be constructed in a simple manner as layer systems. With regard to the course of the pump radiation field and the laser amplifier radiation field in the solid, no further details have so far been given.
So wäre es beispielsweise denkbar, dass das Pumpstrahlungsfetd und das Laserverstärkerstrahlungsfeld parallel zueinander verlaufen, beispielsweise parallel zur optischen Achse.Thus, it would be conceivable, for example, for the pump radiation field and the laser amplifier radiation field to run parallel to one another, for example parallel to the optical axis.
Eine derartige Lösung hat den Nachteil, dass sich damit Probleme bei der Ausbildung des Pumpstrahlungsintensitätsverlaufs und des Verstärkerstrahlungsintensitätsverlauf in dem Festkörper ergeben, da das Pumpstrahlungsfeid und das Laserverstärkerstrahlungsfeld unterschiedliche Wellenlängen aufweisen und somit die Schwierigkeit besteht, den Pumpstrahlungsintensitätsverlauf und den Verstärkerstrahlungsintensitätsverlauf in Richtung der optischen Achse im Festkörper lokal stehend so anzuordnen, dass eine optimale Ankopplung der Quantenstruktursysteme sowohl an den Pumpstrahlungsintensitätsverlauf als auch an den Verstärkerstrahlungsintensitätsverlauf möglich ist.Such a solution has the disadvantage that this results in problems in the formation of the pump radiation intensity profile and the amplifier radiation intensity curve in the solid, since the pump radiation field and the laser amplifier radiation field have different wavelengths and thus the difficulty exists, the pump radiation intensity profile and the amplifier radiation intensity curve in the direction of the optical axis in To arrange the solid body locally in such a way that an optimal coupling of the quantum structure systems to the pump radiation intensity profile as well as to the intensifier radiation intensity profile is possible.
Aus diesem Grund sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass das Pumpstrahlungsfeld und das Laserverstärkerstrahlungsfeld in unterschiedlichen Raumrichtungen relativ zur optischen Achse in dem Festkörper verlaufen.For this reason, an advantageous solution provides that the pump radiation field and the laser amplifier radiation field extend in different spatial directions relative to the optical axis in the solid.
Der Verlauf derselben in unterschiedlichen Raumrichtungen relativ zur optischen Achse ermöglicht es, den in Richtung der optischen Achse sich ausbildenden Pumpstrahlungsintensitätsverlauf und den sich in Richtung der optischen Achse ausbildenden Verstärkerstrahlungsintensitätsverlauf in geeigneter Weise zu trennen aneinander anzupassen, insbesondere derart, dass eine günstige Ankopplung an die Quantenstruktursysteme möglich ist.The course of the same in different spatial directions relative to the optical axis makes it possible to form the pump radiation intensity course that forms in the direction of the optical axis and in the direction of the In a suitable manner, the amplifier beam intensity curve forming the optical axis can be adapted to one another, in particular such that a favorable coupling to the quantum structure systems is possible.
So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass das Pumpstrahiungsfeld im Wesentlichen parallel zur optischen Achse in dem Festkörper verläuft.Thus, an advantageous solution provides that the pumping radiation field runs essentially parallel to the optical axis in the solid body.
Dabei ist es günstig, wenn das Laserverstärkerstrahlungsfeld schräg zur optischen Achse in dem Festkörper verläuft.It is advantageous if the laser amplifier radiation field extends obliquely to the optical axis in the solid state.
Eine andere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass das Laserverstärker- strahiungsfeld im Wesentlichen parallel zur optischen Achse in dem Festkörper verläuft.Another advantageous solution provides that the laser amplifier radiation field runs essentially parallel to the optical axis in the solid.
In diesem Fall ist es günstig, wenn das Pumpstrahlungsfeld schräg zur optischen Achse in dem Festkörper verläuft.In this case, it is favorable if the pump radiation field extends obliquely to the optical axis in the solid.
Durch die Anpassung des Verlaufs der Strahlungsfelder in dem Festkörper ergibt sich die Möglichkeit, in dem laseraktiven Volumenbereich einen lokal stehenden Pumpstrahiungsintensitätsverlauf und einen lokal stehenden Ver- stärkerstrahiungsintensitätsverlauf zu erhalten, die günstig an die jeweiligen Quantenstruktursysteme ankoppeln.By adapting the course of the radiation fields in the solid body, it is possible to obtain a locally standing pump radiation intensity profile and a localized intensification radiation intensity profile in the laser-active volume range, which are advantageously coupled to the respective quantum structure systems.
Dabei können im einfachsten FaIf das Pumpstrahlungsfeld und das Laser- verstärkerstrahiungsfeld im Wesentlichen in einer durch die optische Achse hindurch verlaufenden Ebene verlaufen. Es ist aber auch denkbar, dass das Pumpstrahlungsfefd und das Laserver- stärkerstrahlungsfeld sich jeweils in verschiedenen, jeweils durch die optische Achse hindurch verfaufenden Ebenen ausbreiten.In the simplest case, the pump radiation field and the laser amplifier radiation field can essentially run in a plane passing through the optical axis. However, it is also conceivable for the pump radiation path and the laser amplifier radiation field to propagate in different planes respectively passing through the optical axis.
Weitere Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger Ausfϋhrungsbeispiele.Further features and advantages of the solution according to the invention are the subject of the following description and the drawings of some Ausfϋhrungsbeispiele.
In der Zeichnung zeigen :In the drawing show:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Laserverstärkersystems;Fig. 1 is a schematic side view of a first embodiment of a laser amplifier system according to the invention;
Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt durch einen Festkörper gemäßFig. 2 is an enlarged section through a solid according to
Fig. 1 des erfindungsgemäßen Laserverstärkersystems parallel zur optischen Achse;Fig. 1 of the laser amplifier system according to the invention parallel to the optical axis;
Fig. 3 eine Darstellung eines Verstärkerstrahlungsintensitätsverlaufs in dem Festkörper in Richtung der optischen Achse bei dem ersten Ausführungsbeispäel;FIG. 3 is an illustration of an amplifier radiation intensity profile in the solid in the direction of the optical axis in the first embodiment; FIG.
Fig. 4 eine Darstellung eines Pumpstrahlungsintensitätsverlaufs in dem Festkörper in Richtung der optischen Achse bei dem ersten Ausführungsbeispiel; Fig. 5 eine ausschnittsweise Darstellung des Verstärkerstrahlungs- intensitätsverSaufs in dem Festkörper in Richtung der optischen Achse zwischen einer Referenzebene und einem Kühlkörper bei dem ersten Ausführungsbeispiel;4 is an illustration of a pump radiation intensity profile in the solid in the direction of the optical axis in the first embodiment; 5 is a fragmentary view of the amplifier radiation intensity distribution in the solid in the direction of the optical axis between a reference plane and a heat sink in the first embodiment;
Fig. 6 eine ausschnittsweise Darstellung des Pumpstrahlungs- intensitätsveriaufs in dem Festkörper in Richtung der optischen Achse zwischen der Referenzebene und einem Kühlkörper bei dem ersten Ausführungsbeispiel;6 is a fragmentary view of the pump radiation intensity profile in the solid in the direction of the optical axis between the reference plane and a heat sink in the first embodiment;
Fig. 7 eine ausschnittsweise Darstellung des Verstärkerstrahlungsintensitätsverlaufs in dem Festkörper in Richtung der optischen Achse zwischen einer Referenzebene und einer Eintrittsseite bei dem ersten Ausführungsbeispiei;7 shows a detail of the amplifier radiation intensity profile in the solid in the direction of the optical axis between a reference plane and an inlet side in the first embodiment;
Fig. 8 eine ausschnittsweise Darstellung des Pumpstrahlungs- intensitätsverJaufs in dem Festkörper in Richtung der optischen Achse zwischen der Referenzebene und der Eintrittsseite bei dem ersten Ausführungsbeispiel;8 is a fragmentary view of the pump radiation intensity distribution in the solid in the direction of the optical axis between the reference plane and the entrance side in the first embodiment;
Fig. 9 eine ausschnittsweise Darstellung des Verstärkerstrahlungs- intensitätsverlaufs in dem Festkörper in Richtung der optischen Achse in einem laseraktiven Volumenbereich bei dem ersten Ausführungsbeispiel;FIG. 9 shows a detail of the amplifier radiation intensity profile in the solid in the direction of the optical axis in a laser-active volume range in the first exemplary embodiment; FIG.
Fig. 10 eine ausschnittsweise Darstellung des Pumpstrahlungs-10 is a fragmentary view of the pump radiation
Intensitätsverlaufs in dem Festkörper in Richtung der optischen Achse im laseraktiven Volumenbereich bei dem ersten Ausführungsbeispiel; Fig. 11 eine Darstellung gemäß Fig. 1 bei einem zweiten Ausführungs- beispief eines erfindungsgemäßen Laserverstärkersystems;Intensitätsverlaufs in the solid in the direction of the optical axis in the laser-active volume range in the first embodiment; 11 shows a representation according to FIG. 1 in a second embodiment of a laser amplifier system according to the invention; FIG.
Fig. 12 eine Darstellung gemäß Fig. 2 bei dem zweiten Ausführungsbetspiel;FIG. 12 is an illustration according to FIG. 2 in the second embodiment; FIG.
Fig. 13 eine Darstellung ähnlich Fig. 3 bei dem zweiten Ausführungsbeispiel;FIG. 13 is a view similar to FIG. 3 in the second embodiment; FIG.
Fig. 14 eine Darstellung ähnlich Fig. 4 bei dem zweiten Ausführungsbeispiel;FIG. 14 is a view similar to FIG. 4 in the second embodiment; FIG.
Fig. 15 eine Darstellung ähnlich Fig. 5 bei dem zweiten Ausführungsbeispiel;FIG. 15 is a view similar to FIG. 5 in the second embodiment; FIG.
Fig. 16 eine Darstellung ähnlich Fig. 6 bei dem zweiten Ausführungsbeispiel;FIG. 16 is a view similar to FIG. 6 in the second embodiment; FIG.
Fig. 17 eine Darstellung ähnlich Fig. 7 bei dem zweiten Ausführungsbeispiel;FIG. 17 is a view similar to FIG. 7 in the second embodiment; FIG.
Fig. 18 eine Darstellung ähnlich Fig. 8 bei dem zweiten Ausführungsbeispiel;FIG. 18 is a view similar to FIG. 8 in the second embodiment; FIG.
Fig. 19 eine Darstellung ähnlich Fig. 9 bei dem zweiten Ausführungs- beispiel; Rg. 20 eine Darstellung ähnlich Fig. 10 bei dem zweiten Ausführungsbeispiel;FIG. 19 is a view similar to FIG. 9 in the second embodiment; FIG. FIG. 20 is a view similar to FIG. 10 in the second embodiment; FIG.
Tabelle 1 eine tabellarische Darstellung eines Schichtaufbaus des Festkörpers bei dem ersten Ausführungsbeispiel undTable 1 is a tabular representation of a layer structure of the solid in the first embodiment and
Tabelle 2 eine tabeilarische Darstellung des Schichtaufbaus des Festkörpers bei dem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Laserverstärkersystems.Table 2 is a Tabeilarische representation of the layer structure of the solid in the second embodiment of the laser amplifier system according to the invention.
Ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Laserverstärkersystems, dargestellt in Fig. 1 und 2, umfasst einen aus Halbteiterschichten aufgebauten Festkörper 10, welcher eine Kühlfläche 12 aufweist, die mit einer Metallisierung 14 versehen ist, wobei die Metallisierung mittels einer Lotschicht 16 mit einer Oberfläche 18 eines als Ganzes mit 20 bezeichneten Kühlkörpers verbunden ist. Durch die flächenhafte Verbindung zwischen der Oberfläche 18 des Kühlkörpers 20 und der Kühlfläche 12 des Festkörpers 10 erfolgt eine gute thermische Kopplung zwischen dem Festkörper 10 und dem Kühlkörper 20, um effizient Wärme aus dem Festkörper 10 in den Kühlkörper 20 abzuführen.A first exemplary embodiment of a laser amplifier system according to the invention, illustrated in FIGS. 1 and 2, comprises a solid body 10 made of half-titer layers, which has a cooling surface 12 provided with a metallization 14, wherein the metallization is provided by means of a solder layer 16 having a surface 18 as a Whole is associated with 20 designated heatsink. Due to the planar connection between the surface 18 of the heat sink 20 and the cooling surface 12 of the solid 10 is a good thermal coupling between the solid 10 and the heat sink 20 to efficiently dissipate heat from the solid 10 in the heat sink 20.
Der Festkörper 10 dient zur optischen Verstärkung eines La serverstärke r- strahiungsfeldes 30, welches sich längs einer optischen Achse 32 ausbreitet, die quer, vorzugsweise senkrecht zur Kühlfläche 12 verläuft.The solid body 10 is used for the optical amplification of a laser radiation radiation field 30, which propagates along an optical axis 32 which extends transversely, preferably perpendicularly, to the cooling surface 12.
Das Laserverstärkerstrahlungsfeld 30 wird dabei festgelegt durch eine Verstärkeroptik 40, die einerseits einen externen Reflektor 42 mit einer dem Festkörper 10 zugewandten Reflektorfläche 44 und andererseits zwei interne Reflektorsysteme 46 und 48 aufweist, wobei das Reflektorsystem 46 in dem Festkörper 10 zwischen einem laseraktiven Volumenbereich 50 und der Metallisierung 14 angeordnet ist, während das Reflektorsystem 48 zwischen dem laseraktiven Voiumenbereich 50 und einer der Metallisierung 14 gegenüberliegenden und ungefähr parallel zur Metallisierung 14 verlaufenden Eintrittsseite 52 des Festkörpers angeordnet ist, die ihrerseits wiederum dem externen Reflektor 42 zugewandt ist.The laser amplifier radiation field 30 is determined by an amplifier optics 40, which on the one hand an external reflector 42 with a solid surface 10 facing the reflector surface 44 and on the other hand, two internal Reflector systems 46 and 48, wherein the reflector system 46 is disposed in the solid 10 between a laser-active volume region 50 and the metallization 14, while the reflector system 48 between the laser-active Voiumenbereich 50 and one of the metallization 14 opposite and approximately parallel to the metallization 14 extending inlet side 52nd of the solid body is arranged, which in turn faces the external reflector 42.
Vorzugsweise erstreckt sich dabei die Eintrittsseite 52 quer, im Wesentlichen senkrecht zur optischen Achse 32.Preferably, the inlet side 52 extends transversely, substantially perpendicular to the optical axis 32nd
Ferner erstreckt sich vorzugsweise auch die Reflektorfläche 44 des externen Reflektors 42 quer, insbesondere im Schnittpunkt mit der optischen Achse 32 senkrecht zu dieser.Furthermore, preferably also the reflector surface 44 of the external reflector 42 extends transversely, in particular at the point of intersection with the optical axis 32 perpendicular to this.
In dem laseraktiven Volumenbereich 50 sind mehrere Quantenstruktursysteme 60 angeordnet, die sich in Strukturebenen 62 erstrecken, wobei die Strukturebenen 62 quer, vorzugsweise senkrecht zur optischen Achse 32 verlaufen. Ferner verlaufen die Strukturebenen 62 im Wesentlichen parallel zueinander.Arranged in the laser-active volume region 50 are a plurality of quantum structure systems 60 which extend in structure planes 62, wherein the structure planes 62 extend transversely, preferably perpendicular to the optical axis 32. Further, the structural planes 62 are substantially parallel to each other.
Ferner sind beiderseits jedes Quantenstruktursystems 60 Barrierenstrukturen 64 angeordnet, deren Funktion nachfolgend noch im Einzelnen erläutert wird.Furthermore, on each side of each quantum structure system 60 barrier structures 64 are arranged, the function of which will be explained in detail below.
Die Quantenstruktursysteme 60 umfassen im einfachsten Fall jeweils nur eine Quantenstruktur, die beispielsweise aus dem Halbleitermaterial GaAs hergestellt ist und eine Dicke im Bereich von ungefähr 5 nm bis ungefähr 10 nm aufweist. Allgemein kann eine derartige Quantenstruktur quer zu der jeweiligen Strukturfläche 62 eine Dicke aufweisen, die maximal in der Größenordnung des 10-fachen, noch besser des einfachen der Wellenlänge der Elektronen in dem die Quantenstruktur bildenden Halbleitermaterial ist.In the simplest case, the quantum structure systems 60 each comprise only one quantum structure, which is made, for example, of the semiconductor material GaAs and has a thickness in the range from approximately 5 nm to approximately 10 nm. In general, such a quantum structure transverse to the respective structure surface 62 may have a thickness which is at most on the order of 10 times, more preferably the simple, of the wavelength of the electrons in the quantum structure forming semiconductor material.
Damit legt eine derartige Quantenstruktur die Ausdehnung eines in diesem vorhandenen Elektronengases fest, so dass ein dimensionslimitiertes Elektronengas vorliegt.Thus, such a quantum structure determines the extent of an electron gas present in it, so that there is a dimension-limited electron gas.
Bei einer flächigen Ausbildung einer Quantenstruktur, beispielsweise einer flächigen Ausdehnung in der jeweiligen Strukturffäche 62 liegt ein Quantenfilm vor, in dem ein zweidimensionales Elektronengas existiert. Es besteht aber auch die Möglichkeit, eine Quantenstruktur als eine Vielzahl von sich in der jeweiligen Strukturfläche 62 erstreckenden Quantendrähte mit einem eindimensionalen Elektronengas auszubilden, oder es besteht die Möglichkeit, eine Quantenstruktur 60 durch in der StrukturfSäche 62 in einem Muster, beispielsweise einem regelmäßigen Muster, angeordnete Quantenpunkte mit einem jeweils nulldimensionalen Elektronengas auszubilden.In the case of a planar formation of a quantum structure, for example a planar extension in the respective structure surface 62, there is a quantum film in which a two-dimensional electron gas exists. However, it is also possible to form a quantum structure as a plurality of quantum wires extending in the respective structure surface 62 with a one-dimensional electron gas, or it is possible to pass a quantum structure 60 through in the structure surface 62 in a pattern, for example a regular pattern. arranged to form quantum dots with a respective zero-dimensional electron gas.
Die Beschreibung derartiger einfacher Quantenstrukturen findet sich beispielsweise in dem Buch von Karl-Joachim Ebeling, "Integrierte Optoelektronik", Springer Verlag 1992, Seite 215 bis 221.The description of such simple quantum structures can be found, for example, in the book by Karl-Joachim Ebeling, "Integrated Optoelectronics", Springer Verlag 1992, pages 215 to 221.
Alternativ zur Ausbildung eines Quantenstruktursystems 60 aus einer einfachen Quantenstruktur, wie vorstehend erwähnt, besteht aber auch die Möglichkeit, ein derartiges Quantenstruktursystem aus beispielsweise aus zwei oder drei Quanten Strukturen aufzubauen. Eine weitere geeignete Ausführungsform eines Quantenstruktursystems sieht vor, dieses aus einer Quantenstrukturgruppe, umfassend jeweils mehrere Quantenstrukturen, aufzubauen, die jedoch nur durch Tunnelbarrieren- strukturen voneinander getrennt sind, so dass zwischen den Quantenstrukturen einer Quantenstrukturgruppe ein Tunneln von Ladungsträgern erfolgen kann und das optische Pumpen bei einer Quantenstruktur der Quantenstrukturgruppe erfolgen kann, während die stimulierte Emission aus einer anderen Quantenstruktur der Quantenstrukturgruppe erfolgen kann.As an alternative to the formation of a quantum structure system 60 from a simple quantum structure, as mentioned above, it is also possible to construct such a quantum structure system from, for example, two or three quantum structures. A further suitable embodiment of a quantum structure system is to construct it from a quantum structure group comprising in each case a plurality of quantum structures which are, however, only separated from one another by tunnel barrier structures, so that charge carriers can tunnel between the quantum structures of a quantum structure group and the optical pumping a quantum structure of the quantum structure group can be made while the stimulated emission can be made from another quantum structure of the quantum structure group.
Derartige Quantenstrukturgruppen sind beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung 10 2007 029 257 der Anmeiderin beschrieben,Such quantum structure groups are described, for example, in the German Patent Application 10 2007 029 257 to the Anmeiderin,
Ein Pumpen der Quantenstruktursysteme 60 im laseraktiven Volumenbereich erfolgt vorzugsweise durch ein als Ganzes mit 70 bezeichnetes Pumpstrahlungsfeld, welches ausgehend von einer Pumpstrahlungsquelle 72 in den Festkörper eintritt und dabei beispielsweise schräg auf die Eintrittsseite 52 auftrifft und aufgrund der Brechung sich im Festkörper 10 näherungsweise in Richtung der optischen Achse 32, mit einem geringen Schrägverlauf zu dieser ausbreitet.A pumping of the quantum structure systems 60 in the laser-active volume range is preferably effected by a pump radiation field designated as a whole by 70, which enters the solid from a pump radiation source 72 and impinges obliquely on the inlet side 52, for example, and due to the refraction in the solid body 10 approximately in the direction of optical axis 32, with a slight skew propagates to this.
Das Pumpstrahiungsfeid 70 wird im Festkörper 10 sowohl von dem Refiektor- system 46 als auch von dem Reflektorsystem 48 reflektiert, die somit zusammen in dem Festkörper 10 eine Mϊkrokavität 72 bilden, die bewirkt, dass sich im Festkörper 10, und zwar insbesondere im laseraktiven Volumenbereich 50 des Festkörpers 10, ein in Fig. 4 dargestellter lokal stehender Pumpstrahlungsintensitätsverlauf PIV ausbildet, der damit auch lokal stehende Intensitäts-Maxima IMP im laseraktiven Volumenbereich aufweist. Da die Reffektorsysteme 46 und 48 aber auch das Laserverstärkerstrahlungs- feld 30 reflektieren, ist die Mikrokavität 72 auch für das La serverstärke r- strahlungsfeld 30 wirksam, so dass sich in dem laseraktiven Volumenbereich 50 auch ein lokal stehender Verstärkerstrahlungsintensitätsverlauf VIV mit lokal stehenden Intensitäts-Maxima IMV ausbildet, wie in Fig. 3 dargestellt.The pumping radiation field 70 is reflected in the solid body 10 both by the reflector system 46 and by the reflector system 48, which thus together form a microcavity 72 in the solid body 10, which causes the solid body 10, in particular in the laser-active volume region 50 of the solid 10, forms a locally standing pump radiation intensity course PIV shown in FIG. 4, which thus also has locally standing intensity maxima IMP in the laser-active volume range. Since the reffector systems 46 and 48 also reflect the laser amplifier radiation field 30, the microcavity 72 is also effective for the laser intensity radiation field 30, so that in the laser-active volume region 50 there is also a locally standing intensifier radiation intensity profile VIV with localized intensity maxima IMV forms, as shown in Fig. 3.
Der detaillierte Aufbau des Festkörpers 10 aus Schichten im Wesentlichen aus Halbleitermateria! ergibt sich beispielsweise aus Tabelle 1.The detailed structure of the solid body 10 of layers essentially of semiconductor material! results, for example, from Table 1.
Tabelle 1 zeigt insgesamt die Zahl der Schichten des Festkörpers 10, der bei diesem Ausführungsbetspiel insgesamt 119 Schichten aus Halbleitermaterial plus eine dielektrische Schicht umfasst.Table 1 shows a total of the number of layers of the solid 10, which in this Ausführungsbetspiel a total of 119 layers of semiconductor material plus a dielectric layer comprises.
Dabei ist die die in Tabelle 1 gezeigte Schicht Nr, 1 die erste Schicht, die auf die Metallisierung 14 folgt und diese Schicht ist Teil des Reflektorsystems 46, welches die Schichten 1 bis 83 umfasst.Here, the layer Nr. 1 shown in Table 1 is the first layer following the metallization 14 and this layer is part of the reflector system 46 comprising the layers 1 to 83.
Die Schichten 84 bis 98 bilden den laseraktiven Volumenbereich 50 und die Schichten 99 bis 120 bilden das Reflektorsystem 48.The layers 84 to 98 form the laser-active volume region 50, and the layers 99 to 120 form the reflector system 48.
Wie sich aus der Tabelle 1 ergibt, sind die Reflektorsysteme 46 und 48 hauptsächlich aus Schichten aus zwei Materialien, nämlich AIAs und AIO, 2GaO, 8As gebildet, wobei die Schichtdicken durch einen Optimierungsvorgang bestimmt werden, auf weichen nachfolgend im Einzelnen eingegangen wird. Der laseraktive Volumenbereich 50 umfasst als Quantenstruktursysteme 60 einzelne Quantenfilme aus GaAs mit Dicken von beispielsweise ungefähr 8 nm, wobei diese voneinander getrennt sind durch Barrierenstrukturen 64 aus A10,4Ga0,6As deren Bandabstand größer ist als der von GaAs, so dass die Barrierenstrukturen 64 das Pumpstrahlungsfeid 70 im Wesentlichen nicht absorbieren und somit im Wesentlichen lediglich die Quantenstruktursysteme 60 in der Lage sind, das Pumpstrahlungsfeld 70 zu absorbieren.As is apparent from Table 1, the reflector systems 46 and 48 are formed mainly of layers of two materials, namely AIAs and AIO, 2GaO, 8As, wherein the layer thicknesses are determined by an optimization process, which will be discussed in detail below. The laser-active volume region 50 comprises as quantum structure systems 60 individual quantum wells of GaAs with thicknesses of, for example, approximately 8 nm separated by barrier structures 64 of A10.4 Ga0.6 As whose band gap is greater than that of GaAs, so that the barrier structures 64 the pump radiation field 70, and thus essentially only the quantum structure systems 60 are able to absorb the pump radiation field 70.
Bei der Ermittlung der Schichtdicken der Reflektorsysteme 46 und 48 erfolgt eine Ermittlung dieser Schichtdicken der Reflektorsysteme 46 und 48 mit den jeweiligen Schichten des laseraktiven Volumenbereichs 50 nach folgenden Optimierungskriterien.When determining the layer thicknesses of the reflector systems 46 and 48, a determination of these layer thicknesses of the reflector systems 46 and 48 with the respective layers of the laser-active volume region 50 takes place according to the following optimization criteria.
Ausgangspunkt für die Optimierung ist die Prämisse, dass in einem mittigen Bereich 74 des laseraktiven Volumenbereichs 50, beispielsweise umfassend das Quantenstruktursystem 60 der Schicht 91 als zentrales Quantenstruktursystem 60 und die Quantenstruktursysteme 60 in den Schichten 89 und 93 als periphere Quantenstruktursysteme 60 jeweils Intensitäts-Maxima IMP des Pumpstrahlungsintensitätsverlaufs PIV sowie Intensitäts-Maxima IMV des Verstärkerstrahlungsintensitätsverlaufs VIV innerhalb der Ausdehnung der Quantenstruktursysteme 60 in Richtung άer optischen Achse 32 innerhalb der Schichten 91 sowie 89 und 93 liegen, so dass in diesen Quantenstruktursystemen 60 der Schichten 91 sowie 89 und 93 einerseits ein optimales Pumpen der Quantenstruktursysteme 60 mit maximal möglicher Intensität erfolgt und andererseits eine optimale Ankopplung an das Laserverstärker- strahiungsfeld 30 erfolgt. Der Verstärkerstrahlungsintensitätsverlauf VIV in Richtung der optischen Achse 32 mit den Intensitäts-Maxima IMV ist in Fig. 3 dargestellt und der Pumpstrahlungstntensitätsverlauf PIV in Richtung der optischen Achse 32 mit den Intensitäts-Maxima IMP ist in Fig. 4 jeweils für den gesamten Festkörper 10 dargestellt.The starting point for the optimization is the premise that in a central region 74 of the laser-active volume region 50, for example the quantum structure system 60 of the layer 91 as the central quantum structure system 60 and the quantum structure systems 60 in the layers 89 and 93 as peripheral quantum structure systems 60 each have intensity maxima IMP of the pump radiation intensity profile PIV and intensity maxima IMV of the amplifier radiation intensity profile VIV lie within the extent of the quantum structure systems 60 in the direction of the optical axis 32 within the layers 91 and 89 and 93, so that optimal pumping occurs in these quantum structure systems 60 of the layers 91 and 89 and 93 the quantum structure systems 60 with maximum possible intensity and on the other hand an optimal coupling to the laser amplifier radiation field 30 takes place. The amplifier radiation intensity profile VIV in the direction of the optical axis 32 with the intensity maxima IMV is illustrated in FIG. 3 and the pump radiation intensity profile PIV in the direction of the optical axis 32 with the intensity maxima IMP is shown in FIG. 4 for the entire solid 10.
Zur besseren Übersichtlichkeit ist ferner noch in Fig. 5 der Verstärkerstrahlungsintensitätsverlauf VIV und in Fig. 6 der Pumpstrahlungsintensitäts- verSauf PIV im Bereich des Reflektorsystems 46 vergrößert dargestellt und in Fig. 7 und 8 ist der Verstärkerstrahlungsintensitätsverlauf VIV bzw. der Pumpstrahlungsintensitätsverlauf PIV im Bereich des Reflektorsystems 48 vergrößert dargesteift, wobei die Darstellungen in Fig. 5 und Fig. 6 bzw. Fig. 7 und Fig. 8 von einer Referenzebene 80 ausgehen, die in Richtung der optischen Achse 32 mittig in dem Quantenstruktursystem 60 der Schicht 91 und auch mittig in dem laseraktiven Volumenbereich 50 zwischen den Reflektorsystemen 46, 48 liegt.For better clarity, the amplifier radiation intensity profile VIV is also shown enlarged in FIG. 5, and the pump radiation intensity profile PIV in the region of the reflector system 46 is shown in FIG. 6 and in FIG. 7 and 8 the amplifier radiation intensity profile VIV or the pump radiation intensity profile PIV is in the area of the reflector system FIG. 48 is an enlarged view, the illustrations in FIG. 5 and FIG. 6 or FIG. 7 and FIG. 8 starting from a reference plane 80 which is centered in the direction of the optical axis 32 in the quantum structure system 60 of the layer 91 and also in the center thereof laser-active volume range 50 between the reflector systems 46, 48 is located.
Ferner sind in Fig. 9 und Fig. 10 nochmals vergrößert der Verstärker- strahlungsintensitätsverlauf VIV bzw. der PumpstrahSungsintensitätsverlauf PIV innerhalb des laseraktiven Voiumenbereichs 50 dargestellt, wobei erkennbar ist, dass in dem Quantenstruktursystem 60 in der Schicht 91, und zwar insbesondere mittig des Quantenstruktursystems 60, und somit in der Referenzebene 80 das Intensitäts-Maximum IMV des Verstärkerstrahlungs- intensitätsverfaufs VIV und das Intensitäts-Maximum IMP des Pump- strahSungsintensitätsveriaufs PIV, und zwar jeweils mittig derselben, vorzugsweise in der Referenzebene 80 liegen, so dass der Intensitätswert IWV des Verstärkerstrahlungsintensitätsverlaufs VIV und der Intensitätswert IWP des Pumpstrahlungsintensitätsverlaufs PIV maximal ist. Bei einer derartigen, im Wesentlichen mättigen Anordnung der Maxima IMV und IMP des Verstärkerstrahlungsintensitätsverlaufs VIV bzw. Pump- strahlungsintensitätsverlaufs PIV resultiert dann bei geeigneter Lage der nächstbenachbarten Quantenstruktursysteme 60 in den Schichten 89 und 93, die in geeignetem Abstand von der Schicht 91 angeordnet sind, ebenfalls, dass der Intensitätswert IWV dem lokal nächstiiegenden jeweiligen Intensitäts- Maximum IMV des Verstärkerstrahlungsintensitätsverlaufs VIV entspricht und der Intensitätswert IWP dem lokal nächstiiegenden jeweiligen Intensitäts- Maximum IMP des Pumpstrahlungsintensitätsverlaufs PIV in Richtung der optischen Achse 32 entspricht, da die Intensitäts-Maxima IMV und IMP ebenfalls noch innerhalb des jeweiligen Quantenstruktursystems 60 dieser Schicht liegen und somit in diesem Quantenstruktursystem 60 in den Schichten 89 und 93 ebenfalls noch die Möglichkeit gegeben ist, einerseits das Quantenstruktursystem 60 optimal zu pumpen und andererseits eine optimale Ankopplung an das Laserverstärkerstrahlungsfefd 30 zu erreichen.Furthermore, in FIGS. 9 and 10, the amplifier radiation intensity profile VIV and the pump radiation intensity profile PIV within the laser-active cavity region 50 are shown enlarged again, wherein it can be seen that in the quantum structure system 60 in the layer 91, in particular in the center of the quantum structure system 60 , and thus in the reference plane 80 the intensity maximum IMV of the amplifier radiation intensity profile VIV and the intensity maximum IMP of the pump radiation intensity profile PIV, respectively in the center thereof, preferably in the reference plane 80, so that the intensity value IWV of the amplifier radiation intensity profile VIV and the intensity value IWP of the pump radiation intensity profile PIV is maximum. With such an essentially monochrome arrangement of the maxima IMV and IMP of the amplifier radiation intensity profile VIV or pump radiation intensity profile PIV, the position of the next adjacent quantum structure systems 60 in the layers 89 and 93, which are arranged at a suitable distance from the layer 91, then also results in that the intensity value IWV corresponds to the local next respective respective intensity maximum IMV of the amplifier radiation intensity profile VIV and the intensity value IWP corresponds to the local next respective respective intensity maximum IMP of the pump radiation intensity profile PIV in the direction of the optical axis 32, since the intensity maxima IMV and IMP are also still lie within the respective quantum structure system 60 of this layer and thus in this quantum structure system 60 in the layers 89 and 93 also still given the opportunity, on the one hand, the quantum structure system 60 to optimally pum pen and on the other hand to achieve an optimal coupling to the Laserverstärkerstrahlungsfefd 30.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung wurde somit die optimale Möglichkeit geschaffen, in dem mittigen Bereich 74 des laseraktiven Volumenbereichs 50 die in mindestens einem der Quantenstruktursysteme 60, vorzugsweise dem Quantenstruktursystem 60 der Schicht 91, noch besser bei mehreren Quantenstruktursystemen 60, vorzugsweise den Quantenstruktursystemen 60 der Schichten 91 sowie 89 und 93, mit dem Pumpstrahtungsfeld 70 das jeweilige Quantenstruktursystem 60 optimal optisch zu Pumpen und andererseits dieses optimal an das Laserverstärkerstrahlungsfeld 30 anzukoppeln. Dabei liegen die optimal für die Laserverstärkertätigkeit eingesetzten Quantenstruktursysteme 60 alle in einer Entfernung von dem Kühlkörper 20, die noch zu günstigen Ergebnissen führt und andererseits noch so, dass in einer möglichst große Zahl von Quantenstruktursystemen 60 in dem laseraktiven Volumenbereich 50 einerseits ein optisches Pumpen mit dem Purnp- strahlungsfeid 70 effizient möglich ist und andererseits noch eine effiziente Ankopplung an das Laserverstärkerstrahlungsfeld 30, um somit eine optimale Verstärkung bei der Lasertätigkeit zu erreichen.The solution according to the invention thus provided the optimum possibility, in the central region 74 of the laser-active volume region 50, of at least one of the quantum structure systems 60, preferably the quantum structure system 60 of the layer 91, even better in the case of several quantum structure systems 60, preferably the quantum structure systems 60 of the layers 91 and 89 and 93, optically pumping the respective quantum structure system 60 with the pump radiation field 70 and, on the other hand, optimally coupling this to the laser amplifier radiation field 30. In this case, the quantum structure systems 60 optimally used for the laser amplifier operation are all at a distance from the heat sink 20, which still leads to favorable results and on the other hand still so that in the largest possible number of quantum structure systems 60 in the laser-active volume range 50 on the one hand optical pumping with the Purnp radiation field 70 is efficiently possible and on the other hand still an efficient coupling to the laser amplifier radiation field 30, so as to achieve an optimal gain in the laser action.
Die Festlegung des Aufbaus des Festkörpers 10 erfolgt vorzugsweise durch Festlegung des mittigen Bereichs 74, insbesondere in der exakten Mitte des laseraktiven Volumenbereichs 50. Außerdem wird für die Dimensionierung der Schichten die Referenzebene 80 in zwei Referenzebenen, nämlich in eine erste Referenzebene 80a und eine zweite Referenzebene 80b zerlegt, die zunächst nicht zwangsläufig in der Referenzebene 80 zusammenfallen müssen.The definition of the structure of the solid 10 is preferably carried out by fixing the central region 74, in particular in the exact center of the laser-active volume region 50. In addition, for the dimensioning of the layers, the reference plane 80 in two reference planes, namely in a first reference plane 80a and a second reference plane 80b, which initially do not necessarily have to coincide in the reference plane 80.
Ausgehend von einer ersten mittig in die Schicht 91 gelegten Referenzebene 80a !ässt sich, wie beispielhaft in Fig. 5 und 6 dargestellt, ein sich in einer ersten Richtung 92 parallel zur optischen Achse 32 erstreckendes, zwischen der Referenzebene 80a und der Metallisierung 14 liegendes Schichtsystem 86 optimieren, und zwar einerseits mit der Vorgabe, dass dieses Schichtsystem 86 noch drei Quantenstruktursysteme 60 innerhalb des Laservolumenbereichs 50 umfassen soll und im Übrigen die Schichten 1 bis 83 des Reflektorsystems 46.Starting from a first reference plane 80a placed centrally in the layer 91, as shown by way of example in FIGS. 5 and 6, a layer system extending in a first direction 92 parallel to the optical axis 32 and lying between the reference plane 80a and the metallization 14 can be obtained 86, on the one hand with the requirement that this layer system 86 should include three quantum structure systems 60 within the laser volume region 50 and, moreover, the layers 1 to 83 of the reflector system 46.
Ferner wird für die Optimierung des Schichtsystems 86 vorgegeben, dass sowohl der Verstärkerstrahlungsintensitätsverlauf VIV als auch der Pumpstrahlungsintensitätsverlauf PIV in der Referenzebene 80a, dieselbe relative Phasenlage, im einfachsten Fafi, Intensitäts-Maxima IMV und IMP, aufweisen sollen, so dass die Referenzebene 80a im absoluten Maximum derselben liegt, das heißt beide Intensitätsverläufe, nämiich der Verstärkerstrahlungsintensitätsverlauf VIV und der Pumpstrahlungsintensitätsverlauf PIV sollten sich ausgehend von der Referenzebene 80 und beginnend mit einem Intensitäts- Maximum IMV und IMP zur Metallisierung zum Kühikörper 20 hin erstrecken, wobei das Spiegeisystem 46 sowohl das Verstärkerstrahlungsfeld 30 als auch das Pumpstrahlungsfeld 70 mit maximaler Reflektivität, das heißt einer Reflektivität von mehr als 95%, reflektiert werden soll.Furthermore, for the optimization of the layer system 86, it is predetermined that both the amplifier radiation intensity profile VIV and the pump radiation intensity profile PIV in the reference plane 80a, the same relative Phase phase, in the simplest Fafi, intensity maxima IMV and IMP, should have, so that the reference plane 80a in the absolute maximum of the same, that is, both intensity gradients, namely the amplifier radiation intensity profile VIV and the pump radiation intensity course PIV should be starting from the reference plane 80 and starting with an intensity maximum IMV and IMP for metallization to the cooling body 20 out, the mirror system 46, both the amplifier radiation field 30 and the pump radiation field 70 with maximum reflectivity, that is, a reflectivity of more than 95%, to be reflected.
Ferner wird, ausgehend von einer in Richtung der optischen Achse 32 mittig der Schicht 91 angeordneten Referenzebene 80b, das sich in einer zur ersten Richtung 92 entgegengesetzten zweiten Richtung 94 parallel zur optischen Achse 32 erstreckenden und die Schichten 99 bis 120 umfassende Schichtsystem 88 so konfiguriert, dass dieses Schichtsystem noch weitere Quantenstruktursysteme 60, beispielsweise die Quantenstruktursysteme 60 in den Schichten 93, 95 und 97, sowie das Reflektorsystem 48 umfasst und dabei zur Ausbildung sowohl eines Verstärkerstrahlungsintensitätsverlaufs VIV als auch eines Pumpstrahlungsintensitätsverlaufs PIV führt, der genau in der Referenzebene 80b dieselbe relative Phasenlage, im einfachsten Fall Intensitäts- Maxima IMV bzw. PIV aufweist.Furthermore, starting from a reference plane 80b arranged in the direction of the optical axis 32 in the middle of the layer 91, the layer system 88 extending parallel to the optical axis 32 and comprising the layers 99 to 120 in a second direction 94 opposite the first direction 92 is configured to that this layer system also comprises further quantum structure systems 60, for example the quantum structure systems 60 in the layers 93, 95 and 97, and the reflector system 48 and thereby leads to the formation of both an amplifier radiation intensity profile VIV and a pump radiation intensity profile PIV, which have the same relative phase position exactly in the reference plane 80b , In the simplest case has intensity maxima IMV or PIV.
Ferner wird für das Reffektorsystem 48 in diesem Fall eine Reflektivität im Bereich zwischen ungefähr 50% bis ungefähr 99% gewählt, so dass durch das Reflektorsystem 48 eine Auskopplung des Laserverstärkerstrahlungsfeldes 30 und gleichzeitig eine Einkopplung des Pumpstrahlungsfelds 70 möglich ist. Um den Pumpstrahlungsintensitätsverlauf PIV beim Hindurchtreten durch die Eintrittsseite 52 nicht zu stören, werden für den Schutz der Schicht 118 eine aus AIO, 2GaO, 8As gebildete Schicht 119 und eine weitere als Deckschicht 90 ausgebildete dielektrische Schicht 120 vorgesehen, wobei die Schicht 120 mit ihrer freien Oberfläche dann unmittelbar die Eintrittsseite 52 bildet und mit einer derartigen Dicke versehen ist, dass, wie in Fig. 8 dargestellt, der Übergang von der Schicht 119 in die Schicht 120 ungefähr im Bereich eines Minimums oder nahe eines Minimums des Pumpstrahlungsintensitätsverlaufs PIV erfolgt.Furthermore, a reflectivity in the range between approximately 50% to approximately 99% is selected for the reefing system 48 in this case, so that a coupling out of the laser amplifier radiation field 30 and simultaneous coupling of the pump radiation field 70 is possible by the reflector system 48. In order not to disturb the pump radiation intensity profile PIV when passing through the entrance side 52, a layer 119 formed from AIO, 2GaO, 8As and another dielectric layer 120 formed as a cover layer 90 are provided for the protection of the layer 118, wherein the layer 120 with its free Surface then immediately forms the inlet side 52 and is provided with such a thickness that, as shown in Fig. 8, the transition from the layer 119 into the layer 120 is approximately in the region of a minimum or near a minimum of the pump radiation intensity profile PIV.
In gleicher Weise wird auch der Verstärkerstrahlungsintensitätsverlauf VIV so angepasst, dass beim Übergang von der Schicht 119 in die dielektrische Schicht 120 ungefähr ein Minimum desselben vorliegt, wie in Fig. 7 dargestellt.In the same way, the amplifier radiation intensity profile VIV is also adjusted so that the transition from the layer 119 into the dielectric layer 120 has approximately a minimum thereof, as shown in FIG.
Ferner ist die zwischen der Schicht 119 und der Eintrittsseite 52 liegende Schicht 120, welche aus einem dielektrischen Material hergestellt ist und als dielektrische λ-Viertelschicht ausgebildet ist, die verhindert, dass sich am optisch "harten Übergang" zwischen dem Halbleitermaterial und der Luft mit einem sehr großen Brechzahlensprung ein Maximum des Pumpstrahlungsintensitätsverlaufs PIV und des Verstärkerstrahlungsintensitätsverlaufs VIV ausbildet, so dass die Möglichkeit besteht, ein Minimum des Pumpstrahlungs- intensätätsveriaufs PIV und des Verstärkerstrahlungsintensitätsverlaufs VIV am Übergang zwischen der Schicht 118 und der Schicht 119 zu erhalten.Further, the layer 120 lying between the layer 119 and the entrance side 52, which is made of a dielectric material and is formed as a quarter-wave dielectric layer, which prevents the optically "hard transition" between the semiconductor material and the air with a a very large refractive index jump forms a maximum of the pump radiation intensity profile PIV and the amplifier radiation intensity profile VIV, so that it is possible to obtain a minimum of the pump radiation intensity ratio PIV and the amplifier radiation intensity profile VIV at the transition between the layer 118 and the layer 119.
Der Abstand der Referenzebenen 80a und 80b kann grundsätziich so gewählt werden, dass zwischen den beiden Referenzebenen 80a und 80b kein Phasensprung des Verstärkerstrahlungsintensitätsveriaufs VIV und des Pumpstrahlungsintensitätsverlaufs PIV auftritt und somit in der Mikrokavität 72 ein phasensprungfreier Verstärkerstrahlungsintensitätsverlauf VIV und ein phasensprungfreier Pumpstrahlungsintensitätsveriauf PIV vorliegen.The spacing of the reference planes 80a and 80b can basically be selected such that no phase jump of the amplifier radiation intensity profile VIV and of the .mu.s between the two reference planes 80a and 80b Pump radiation intensity course PIV occurs and thus present in the microcavity 72 a phase jump-free amplifier radiation intensity profile VIV and a phase jump-free Pumpenstrahlungsintensitätsveriauf PIV.
Liegen in den Referenzebenen 80a und 80b jeweils Intensitäts-Maxima IMV und IMP und führt man die beiden Referenzebenen 80a und 80b zu der gemeinsamen Referenzebene 80 zusammen, so liegt in dieser Referenzebene 80 genau ein Intensitäts-Maximum IMV des Verstärkerstrahlungsintensitäts- veriaufs VIV und ein Intensitäts-Maximum IMP des Pumpstrahlungsintensitäts- verlaufs PIV und in dem laseraktiven Volumenbereich 50 liegen zumindest die nächstüegenden Intensitäts-Maxima IMV des Verstärkerstrahlungsintensitätsverlaufs VIV und die Intensitäts-Maxima IMP des Pumpstrahlungsintensitätsverlaufs PIV symmetrisch zur Referenzebene 80.If intensity maxima IMV and IMP are in each case in the reference planes 80a and 80b and if the two reference planes 80a and 80b are combined to form the common reference plane 80, exactly one intensity maximum IMV of the amplifier radiation intensity profile VIV and an intensity lie in this reference plane 80 Maximum IMP of the pump radiation intensity curve PIV and in the laser-active volume range 50 are at least the nearest intensity maxima IMV of the amplifier radiation intensity profile VIV and the intensity maxima IMP of the pump radiation intensity profile PIV symmetrical to the reference plane 80.
Zur Optimierung der Schichtdicken und der Zahl der Schichten des Schichtsystems 86 ausgehend von der Referenzebene 80a und des Schichtsystems 88 ausgehend von der Referenzebene 80b kann beispielsweise analog zur Vorgehensweise in Electronic Letters, September 1996, Vol. 32, Nr. 19, Seite 1782 vorgegangen werden oder alternativ dazu gemäß dem Artikel von Tikhonravor in APPLIED OPTICS, Vol. 35, No. 28, Oct. 1996, Seite 5493 oder dem vereinfachten Needle Algorithmus des Optimierungsprogramms "Spektrum" des Laserzentrums Hannover, Autor: Dr. Manfred Diekmann.To optimize the layer thicknesses and the number of layers of the layer system 86 starting from the reference plane 80a and the layer system 88 starting from the reference plane 80b, it is possible to proceed analogously to the procedure in Electronic Letters, September 1996, Vol. 32, No. 19, page 1782, for example or alternatively according to the article by Tikhonravor in APPLIED OPTICS, Vol. 28, Oct. 1996, page 5493 or the simplified Needle algorithm of the optimization program "Spektrum" of the Laserzentrum Hannover, author: Dr. med. Manfred Diekmann.
Eine weitere Vorgehensweise zur Festlegung der Schichtdicken der Schicht in den Schichtsystemen 86 und 88 sieht vor, dass die Reflektivität für eine der Wellenlängen, beispielsweise für die Wellenlänge des Laserverstärker- strahlungsfeldes 30, festgelegt wird und außerdem die Reflektivität für das Pumpstrahlungsfeld 70 dadurch erreicht wird, dass gemäß der vorstehend beschriebenen Vorgehensweise ermittelten Schichtdicken noch zusätzliche Dickenvariationen gemäß einer Schwebungsfrequenz zugeschlagen werden, so dass sich dadurch auch für die Wellenlänge des Pumpstrahlungsfeldes 70 die gewünschten Reflektionswerte ergeben.A further procedure for determining the layer thicknesses of the layer in the layer systems 86 and 88 provides that the reflectivity for one of the wavelengths, for example, for the wavelength of the laser amplifier radiation field 30, is determined and also the reflectivity for the pump radiation field 70 is achieved, that according to the above described additional thickness variations according to a beat frequency are added so that thereby also for the wavelength of the pump radiation field 70, the desired reflection values result.
Es können aber auch die vorstehend beschriebenen Vorgehensweisen in geeigneter Form miteinander kombiniert werden.However, it is also possible to combine the above-described procedures in a suitable form.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Laserverstärkersystems erfolgt durch den Einfall des Pumpstrahlungsfelds 70, schräg relativ zur optischen Achse 32, aufgrund des in Richtung der optischen Achse 32 verkürzten K-Vektors die Ausbildung des Pumpstrahlungsintensitätsverlaufs PIV in der Mikrokavität 72 mit einem lokalen Verlauf, der dem einem parallel zur optischen Achse 32 einfallenden Pumpstrahlungsfeld mit einer größeren Wellenlänge entspricht. Beispielsweise erfolgt bei einem schräg einfallenden Pumpstrahlungsfeld von 808 nm die Ausbildung eines Pumpstrahlungsintensitätsverlaufs PIV in der Mikrokavität 72 in Richtung der optischen Achse 32 mit einem lokalen Verlauf der dem, einem in Richtung der optischen Achse 32 einfallenden Pumpstrahlungsfeld mit einer Wellenlänge von ungefähr 818 nm entsprechen würde. Folglich sind die Reflektorsysteme 46 und 48 so auszubilden, dass diese sowohl das ungefähr parallel zur optischen Achse 32 einfallende Laserverstärkerstrahlungsfeld 30 bei einer Wellenlänge von 855 nm und das schräg zur optischen Achse 32 einfallende Pumpstrahlungsfeld 70 mit einer Wellenlänge von 808 nm dadurch reflektieren, dass die Reflektorsysteme 46 und 48 eine geeignete Reflektivität und Phasenlage aufweisen, die sowohl bei 855 nm als auch bei 818 nm wirksam ist. Im Gegensatz dazu ist bei einem zweiten Ausführungsbeispiei, dargestellt in Fig. 11 vorgesehen, dass das Pumpstrahlungsfeld 70 ungefähr parallel zur optischen Achse 32 in den Festkörper 10 eintritt, während das Laserver- stärkerstrahlungsfeld 30' mit einer Raumrichtung schräg zur optischen Achse 32 in den Festkörper 10 eintritt und durch zwei externe Reflektoren 31a und 31b reflektiert wird.In the first embodiment of the laser amplifier system according to the invention by the incidence of the pump radiation field 70, obliquely relative to the optical axis 32, due to the shortened in the direction of the optical axis 32 K vector, the formation of the pump radiation intensity profile PIV in the Mikrokavität 72 with a local course, the corresponds to a parallel to the optical axis 32 incident pump radiation field having a larger wavelength. For example, with an obliquely incident pump radiation field of 808 nm, the formation of a pump radiation intensity profile PIV in the microcavity 72 in the direction of the optical axis 32 would take place with a local profile corresponding to the pump radiation field incident in the direction of the optical axis 32 with a wavelength of approximately 818 nm , Consequently, the reflector systems 46 and 48 are to be designed such that they reflect both the approximately parallel to the optical axis 32 incident laser amplifier radiation field 30 at a wavelength of 855 nm and obliquely to the optical axis 32 incident pump radiation field 70 with a wavelength of 808 nm in that the Reflector systems 46 and 48 have a suitable reflectivity and phase, which is effective at both 855 nm and 818 nm. In contrast, in a second exemplary embodiment, shown in FIG. 11, the pump radiation field 70 enters the solid 10 approximately parallel to the optical axis 32, while the laser amplifier radiation field 30 'has a spatial direction oblique to the optical axis 32 into the solid 10 and reflected by two external reflectors 31a and 31b.
Dies führt dazu, dass die Reflektorsysteme 46" und 48" so auszulegen sind, dass sie bei dem ungefähr parallel zur optischen Achse 32 einfallenden Pump- strahlungsfeid 70", beispielsweise von 808 nm, wirksam sind, die in der Mikro- kavität 72 zu einem Pumpstrahlungsintensitätsverlauf PIV führt, der der Wellenlänge des Pumpstrahiungsfelds 70', beispielsweise von 808 nm, entspricht.As a result, the reflector systems 46 "and 48" are designed to be effective in the pump radiation field 70 ", for example of 808 nm, which is incident approximately parallel to the optical axis 32 and which in the microcavity 72 is a Pump radiation intensity course PIV leads, which corresponds to the wavelength of the Pumpstrahiungsfelds 70 ', for example, of 808 nm.
Im Gegensatz dazu breitet sich bei dem zweiten Ausführungsbeispie! das Laserverstärkerstrahlungsfeld 70' schräg zur optischen Achse 32 aus und führt deshalb zur Ausbildung eines Verstärkerstrahlungsintensitätsverlaufs VIV innerhalb des Festkörpers 10 in Richtung der optischen Achse 32, der dem lokalen Intensitätsverlauf eines sich parallel zur optischen Achse 32 ausbreitenden Laserverstärkerstrahlungsfeld bei einer Wellenlänge von ungefähr 870 nm entspricht.In contrast, in the second embodiment example! the laser amplifier radiation field 70 'obliquely to the optical axis 32 and therefore results in the formation of an amplifier radiation intensity profile VIV within the solid 10 in the direction of the optical axis 32, which corresponds to the local intensity profile of a parallel to the optical axis 32 propagating laser amplifier radiation field at a wavelength of about 870 nm ,
Das heißt, dass in diesem Fall die Reflektorsysteme 46 und 48 so zu dimensionieren sind, dass sie sowohl den lokal stehenden Pumpstrahlungsintensitätsverlauf PIV gemäß einer Wellenlänge von 808 nm aufbauen als auch den lokal stehenden Verstärkerstrahlungsintensitätsverlauf VIV mit einem lokalen Verlauf entsprechend dem einer in Richtung der optischen Achse 32 einfallenden Wellenlänge von ungefähr 870 nm. Bei einer derartigen Differenz der für die Ausbildung des Verstärker- strahlungsintensitätsveriaufs VIV relevanten Wellenlänge und der für den Pumpstrahlungsintensitätsverlauf PIV relevanten Wellenlänge ist es schwierig, Reflektorsysteme 46 und 48 mit geeigneter Reflektivität und Phasenlage zu schaffen.That is, in this case, the reflector systems 46 and 48 are to be dimensioned such that they both build up the locally standing pump radiation intensity profile PIV according to a wavelength of 808 nm and the locally located amplifier radiation intensity profile VIV with a local course corresponding to that in the direction of the optical Axis 32 incident wavelength of about 870 nm. With such a difference of the wavelength relevant to the formation of the amplifier radiation intensity profile VIV and the wavelength relevant for the pump radiation intensity profile PIV, it is difficult to provide reflector systems 46 and 48 with suitable reflectivity and phase angle.
Aus diesem Grund werden die Reflektorsysteme 46 und 48 so ausgewählt, dass diese zwei Reffektivitätsmaxima aufweisen, die entsprechend den zu reflektierenden Wellenlängen ausgewählt sind.For this reason, the reflector systems 46 and 48 are selected to have two refractive maximums selected according to the wavelengths to be reflected.
Der detaillierte Aufbau des Festkörpers 10' ist in Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 2 zeigt insgesamt die Zahl der Schichten des Festkörpers 10', der bei diesem Ausführungsbeispiel insgesamt 118 Schichten aus Halbleitermateriai und eine unmittelbar an die Eintrittsseite 52 angrenzende dielektrische Schicht umfasst.The detailed structure of the solid 10 'is shown in Table 2. Table 2 shows in total the number of layers of the solid 10 ', which in this embodiment comprises a total of 118 layers of Halbleitermateriai and a directly adjacent to the inlet side 52 dielectric layer.
Die Schicht 1 ist dabei - in gleicher Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel - die erste Schicht, die auf die Metallisierung 14 folgt und diese Schicht ist bereits Teil des ersten Reflektorsystems 46', welches die Schichten 1 bis 84 umfasst.The layer 1 is - in the same way as in the first embodiment - the first layer following the metallization 14 and this layer is already part of the first reflector system 46 ', which comprises the layers 1 to 84.
Die Schichten 85 bis 99 bilden den laseraktiven Volumenbereich 50' und die Schichten 100 bis 119 bilden das zweite Reflektorsystem 48'.The layers 85 to 99 form the laser-active volume region 50 'and the layers 100 to 119 form the second reflector system 48'.
Wie sich aus der Tabelle 2 ergibt, umfassen die Reflektorsystems 46' und 48' hauptsächlich Schichten aus zwei Materialien, nämlich AIAs und AIO, 2GaO, 8As, wobei die Schichtdicken dieser Schichten in Richtung der optischen Achse 32 in gleicher weise wie im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispief beschrieben optimiert sind. Der iaseraktive Volumenbereich 50' umfasst die Quantenstruktursysteme 60, die aus demselben Halbleitermateria! gebildet sind wie beim ersten Aus¬ führungsbeispiel, nämlich aus GaAs, und voneinander getrennt sind durch Barrierenstrukturen AI0,4GaO,6As, deren Bandabstand in gleicher Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiei beschrieben, größer ist als der der Quantenstruktursysteme 60, so dass die Barrierenstrukturen 64 das Pumpstrahlungsfeld 70' im Wesentlichen nicht absorbieren und somit im Wesentlichen lediglich die Quantenstruktursysteme 60 optisch gepumpt werden.As can be seen from Table 2, the reflector systems 46 'and 48' mainly comprise layers of two materials, namely AIAs and AIO, 2GaO, 8As, the layer thicknesses of these layers in the direction of the optical axis 32 being the same as in connection with FIG first Ausführungsbeispief described are optimized. The iaser-active volume region 50 'comprises the quantum structure systems 60, which consist of the same semiconductor material! are formed as in the first off ¬ exemplary implementation, namely GaAs, and are separated by barrier structures AI0,4GaO, 6a, whose band gap in the same manner as in the first Ausführungsbeispiei is greater than that of the quantum structure Systems 60 so that the barrier structures 64, the Pump radiation field 70 'substantially not absorb and thus essentially only the quantum structure systems 60 are optically pumped.
Auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel erfolgt, wie in Fig. 13 und 14 dargestellt, eine Optimierung der Schichtdicken der Reflektorsysteme 46 und 48 in Verbindung mit den jeweiligen Schichten des laseraktiven Volumenbereichs 50 so, dass bei diesem Ausführungsbeispiel das Quantenstruktursystem 60 in der Schicht 92 das Quantenstruktursystem ist, durch welches die Referenzebene 80, und zwar in Richtung der optischen Achse 32 mittig, hindurchgelegt wird.In the second exemplary embodiment as well, as shown in FIGS. 13 and 14, the layer thicknesses of the reflector systems 46 and 48 are optimized in conjunction with the respective layers of the laser-active volume area 50 such that in this embodiment the quantum structure system 60 in the layer 92 is the quantum structure system is, through which the reference plane 80, in the direction of the optical axis 32 in the middle, passed through.
Ferner erfolgt wiederum eine Optimierung der Schichtsysteme 86' und 88' in gleicher Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Furthermore, an optimization of the layer systems 86 'and 88' takes place again in the same way as described in the first exemplary embodiment.
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Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Laserverstärkersystem umfassend einen mit einem Kühlkörper thermisch gekoppelten Festkörper (10) mit einem laseraktiven Volumenbereich (50), in welchem parallel zu mindestens einer quer zu einer optischen Achse (32) verlaufenden Strukturfläche (62) mindestens ein sich zumindest über einen Teilbereich der Strukturfläche (62) erstreckendes laseraktives Quantenstruktursystem (60) aus Halbleitermateria! angeordnet ist und in welchem das mindestens eine Quantenstruktursystem (60) zwischen beiderseits desselben angeordneten Barrierenstrukturen (64) angeordnet ist, eine ein sich quer zu der mindestens einen Struktur- flache (62) ausbreitendes Pumpstrahlungsfeid (70) erzeugende Pumpstrahlungsquelle (72) zum optischen Pumpen des laseraktiven Volumenbereichs (50) derart, dass die Absorption von Pumpstrahtung aus dem Pumpstrahlungsfeld (70) in dem mindestens einen laseraktiven Quanten- struktursy stem (60) gleich oder größer als die Absorption von Pumpstrahlung durch die Barrierenstrukturen (64) ist, und eine ein den laseraktiven Volumenbereich (50) durchsetzendes Laserverstärkerstrahlungs- feld (30) definierende Verstärkeroptik (40), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass in Richtung der optischen Achse (32) beiderseits des laseraktiven Volumenbereichs (50) jeweils ein Reflektorsystem (46, 48) angeordnet ist, welches das Pumpstrahlungsfeld (70) derart reflektieren, dass sich in dem laseraktiven Volumenbereich (50) ein lokal stehender Pumpstrahlungsintensitätsverlauf (PIV) ausbildet, welcher in einem mittigen Bereich (74) zwischen den Reflektorsystemen (46, 48) innerhalb des mindestens einen Quantenstruktursystems (60) Intensitätswerte (IWP) von mindestens 60% des iokal nächstliegenden Intensitäts-Maximums (IMP) aufweist und dass die Reflektorsysteme (46, 48) das Laserverstärkerstrahlungsfeld (30) derart reflektieren, dass sich in dem laseraktiven Volumenbereich (50) ein fokal stehender Verstärkerstrahlungsintensitätsverlauf (VIV) ausbildet, weicher in dem mittigen Bereich (74) innerhalb desselben mindestens einen Quantenstruktursystems (60) Intensitätswerte (IWV) von mindestens 60% der iokal nächstliegenden Intensitäts-Maximums (IMV) aufweist.1. A laser amplifier system comprising a thermally coupled to a heat sink solid body (10) having a laser-active volume region (50) in which parallel to at least one transverse to an optical axis (32) extending structure surface (62) at least over at least a portion of the structure surface (62) extending laser active quantum structure system (60) from semiconductor material! and in which the at least one quantum structure system (60) is disposed between barrier structures (64) disposed on both sides thereof, a pump radiation source (72) for optically pumping a pump radiation source (72) extending transversely to the at least one pattern flat (62) propagating pump radiation field (70) of the laser-active volume region (50) such that the absorption of pump radiation from the pump radiation field (70) in the at least one laser-active quantum structure system (60) is equal to or greater than the absorption of pump radiation by the barrier structures (64), and one the amplifying optical system (40) defining the laser-active volume range (50) passing through the laser amplifier radiation field (30), characterized in that in each case a reflector system (46, 48) is arranged in the direction of the optical axis (32) on both sides of the laser-active volume region (50) Reflect pump radiation field (70) such that in the laser active Vo Lumenbereich (50) forms a locally standing pump radiation intensity course (PIV), which in a central region (74) between the reflector systems (46, 48) within the at least one Quantum structure system (60) intensity values (IWP) of at least 60% of the iokal nearest maximum intensity (IMP) and that the reflector systems (46, 48) reflect the laser amplifier radiation field (30) such that in the laser-active volume region (50) a focal standing amplifier radiation intensity profile (VIV), which in the central region (74) within the same at least one quantum structure system (60) intensity values (IWV) of at least 60% of the iokal closest intensity maximum (IMV).
2. Laserverstärkersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem mittigen Bereich mehrere Quantenstruktursysteme (60) angeordnet sind, innerhalb von welchen sowohl Intensitätswerte (IWP) des Pumpstrahlungsintensitätsverlaufs (PIV) als auch Intensitätswerte (IWV) des Verstärkerstrahlungsintensitätsverlaufs (VIV) von mindestens 60% des jeweils lokal nächstMegenden Intensitäts-Maximums (IMP, IMV) liegen.2. Laser amplifier system according to claim 1, characterized in that in the central area a plurality of quantum structure systems (60) are arranged, within which both intensity values (IWP) of the pump radiation intensity profile (PIV) and intensity values (IWV) of the amplifier radiation intensity profile (VIV) of at least 60th % of the locally closest intensity peak (IMP, IMV).
3. Laserverstärkersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mittige Bereich (74) sich in Richtung der optischen Achse (32) beiderseits einer Referenzebene (80) bis zu ungefähr einem Drittel eines Abstandes der Referenzebene (80) von dem jeweiligen Reflektorsystem (46, 48) erstreckt.3. Laser amplifier system according to claim 1 or 2, characterized in that the central region (74) in the direction of the optical axis (32) on either side of a reference plane (80) up to approximately one third of a distance of the reference plane (80) of the respective reflector system (46, 48).
4. Laserverstärkersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mittige Bereich (74) sich in Richtung der optischen Achse bis zu ungefähr der Hälfte eines Abstandes der Referenzebene (80) von dem jeweiligen Reflektorsystem (46, 48) erstreckt. 4. A laser amplifier system according to claim 3, characterized in that the central region (74) extends in the direction of the optical axis up to about half of a distance of the reference plane (80) from the respective reflector system (46, 48).
5. Laserverstärkersystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Festkörper (10) so aufgebaut ist, dass sich ausgehend von einer im laseraktiven Volumenbereich (50) liegenden ersten Referenzebene (80a) in einer ersten Richtung (92) parallel zur optischen Achse (32) ein erstes Schichtsystem (86) anschließt, das ein sowohl das Laserverstärkungs- strahlungsfeid als auch das Pumpstrahlungsfeld reflektierendes erstes Reflektorsystem (46) umfasst und das zur Ausbildung eines Verstärkerstrahlungsintensitätsverlaufs (VIV) und eines Pumpstrahlungsintensitätsverlaufs (PIV) führt, die in der Referenzebene (80) eine im Wesentlichen identische oder sich um ein ganzzahliges Vielfaches von 2 Pi unterscheidende relative Phasenlage aufweisen.5. laser amplifier system according to the preamble of claim 1 or any one of the preceding claims, characterized in that the solid body (10) is constructed so that starting from a in the laser active volume region (50) lying first reference plane (80a) in a first direction (92) connects parallel to the optical axis (32) a first layer system (86), which comprises a both the Laserverstärkstrahlungsfeid and the pump radiation field reflecting first reflector system (46) and for forming an amplifier radiation intensity profile (VIV) and a pump radiation intensity profile (PIV ) having in the reference plane (80) a substantially identical or differing by an integer multiple of 2 Pi relative phase position.
6. Laserverstärkersystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich, ausgehend von einer im laseraktiven Volumenbereich (50) liegenden zweiten Referenzebene (80b) in einer zweiten, zur ersten Richtung (92) entgegengesetzten Richtung (94) parallel zur optischen Achse (32) ein zweites Schichtsystem (88) anschließt, das ein sowohl das Laserverstärkerstrahl ungsfeld (30) als auch das Pumpstrahlungsfeid reflektierendes zweites Reflektor System (48) umfasst, und das einen Verstärkerstrahlungsintensitätsverlauf und einen Pumpstrahlungsintensitätsverlauf (PIV) erzeugt, die in der zweiten Referenzebene (80b) eine im Wesentlichen identische oder sich um ein ganzzahliges Vielfaches von6. laser amplifier system according to the preamble of claim 1 or any one of the preceding claims, characterized in that, starting from a lying in the laser active volume region (50) second reference plane (80b) in a second, the first direction (92) opposite direction ( 94) parallel to the optical axis (32) connects a second layer system (88) comprising a both the laser amplifier radiation field (30) and the pump radiation radiation reflecting second reflector system (48), and which generates an amplifier radiation intensity profile and a pump radiation intensity profile (PIV) which in the second reference plane (80b) is substantially identical or an integer multiple of
2 Pi unterschneädende relative Phasenlage aufweisen. 2 Pi undercut relative phase have.
7. Laserverstärkersystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Referenzebene (80a) und die zweite Referenzebene (80b) einen Abstand voneinander aufweisen, welcher maximal 20% eines Abstandes zwischen jeweils zwei Intensitäts-Maxima (IMV) des Verstärkerstrahlungsintensitätsverlaufs (VIV) oder maximal 20% des Abstandes plus einem einfachen bis dreifachen ganzzahügen Vielfaches des Abstandes entspricht.7. laser amplifier system according to claim 5 or 6, characterized in that the first reference plane (80a) and the second reference plane (80b) have a distance from each other, which a maximum of 20% of a distance between two intensity maxima (IMV) of the amplifier radiation intensity profile (VIV ) or a maximum of 20% of the distance plus a simple to triple whole number of times the distance.
8. Laserverstärkersystem nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, dass die erste Referenzebene (80a) und die zweite Referenzebene (80b) zusammenfallen und die Phasentagen des von dem ersten Schichtsystem (86) erzeugten Pumpstrahlungsintensitätsverlaufs (PIV) und des von dem zweiten Schichtsystem (88) erzeugten Pumpstrahlungsintensitätsverlaufs (PIV) in den Referenzebenen (80a, 80b) ungefähr phasensprungfrei ineinander übergehen,8. Laser amplifier system according to claim I 1, characterized in that the first reference plane (80a) and the second reference plane (80b) coincide and the phase days of the first layer system (86) generated pump radiation intensity profile (PIV) and of the second layer system (88) generated pump radiation intensity curve (PIV) in the reference planes (80a, 80b) merge into each other approximately phase-free,
9. Laserverstärkersystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Referenzebene (80a) und die zweite Referenzebene (80b) zusammenfallen und dass die Phasenlagen des von dem ersten Schichtsystem (86) erzeugten Verstärkerstrahlungsintensitätsverlaufs (VIV) und des von dem zweiten Schichtsystem (88) erzeugten Verstärkerstrahlungsintensitätsverlaufs (VIV) in den Referenzebenen (80a, 80b) ungefähr phasensprungfrei ineinander übergehen.9. laser amplifier system according to claim 7 or 8, characterized in that the first reference plane (80a) and the second reference plane (80b) coincide and that the phase angles of the first layer system (86) generated amplifier radiation intensity profile (VIV) and of the second layer system (88) generated amplifier intensity waveform (VIV) in the reference planes (80a, 80b) merge into each other approximately without phase jump.
10. Laserverstärkersystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich an das mindestens eine Quantenstruktursystem (60) in einer ersten Richtung (92) parallei zur optischen Achse (32) ein erstes Schichtsystem (86) anschließt, welches ein sowohl das Laserverstärkerstrahlungsfeld (30) als auch das Pumpstrahlungsfeld (70) reflektiert und sowohl beim Verstärkerstrahlungsintensitätsverlauf (VIV) als auch bei dem Pump- strahlungsintensttätsverlauf (PIV) zu einem Intensitätswert von mindestens 60% des lokal nächstliegenden Intensitäts-Maximum (IMV, IMP) in dem mindestens einen Quantenstruktursystem (60) führt.10. laser amplifier system according to the preamble of claim 1 or any one of the preceding claims, characterized in that the at least one quantum structure system (60) in a first In the direction (92) parallel to the optical axis (32), a first layer system (86) which reflects both the laser amplifier radiation field (30) and the pump radiation field (70) and both in the amplifier radiation intensity profile (VIV) and in the pump radiation ink history ( PIV) results in an intensity value of at least 60% of the locally closest intensity maximum (IMV, IMP) in the at least one quantum structure system (60).
11. Laserverstärkersystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich an das mindestens eine Quantenstruktursystem (60) in einer zweiten, der ersten Richtung (92) entgegengesetzten Richtung (94) parallel zur optischen Achse (32) ein zweites Schichtsystem (88) anschließt, weiche sowohl das Laserverstärkerstrahlungsfeld (30) als auch das Pumpstrahlungsfeld (70) reflektiert und sowohl beim Verstärkerstrahlungsintensitätsverlauf (VIV) als auch bei dem Pump- strahiungsintensitätsverlauf (PIV) zu einem Intensitätswert von mindestens 60% des lokal nächstliegenden Intensitäts-Maximums (IMV, IMP) in dem mindestens einen Quantenstruktursystem (60) führt.11. Laser amplifier system according to the preamble of claim 1 or any one of the preceding claims, characterized in that the at least one quantum structure system (60) in a second, the first direction (92) opposite direction (94) parallel to the optical axis (32 ) connects a second layer system (88) which reflects both the laser amplifier radiation field (30) and the pump radiation field (70) to an intensity value of at least 60% of the local intensity in both the amplifier radiation intensity profile (VIV) and the pump radiation intensity profile (PIV) closest intensity maximum (IMV, IMP) in the at least one quantum structure system (60).
12. Laserverstärkersystem nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das bei dem PumpstrahlungsfeSd (70) durch das erste Reflektorsystem (46) erzeugte lokal nächstliegende Intensitäts-Maximum (IMP) und das durch das zweite Reflektorsystem (48) erzeugte lokai nächstliegende Intensitäts-Maximum (IMP) lokal ungefähr zusammenfallen. 12. A laser amplifier system according to claim 10 or 11, characterized in that the at the PumpstrahlungsfeSd (70) by the first reflector system (46) generated locally closest intensity maximum (IMP) and by the second reflector system (48) lokai generated closest intensity intensity Maximum (IMP) locally coincide approximately.
13. Laserverstärkersystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Pumpstrahiungsfeld (70) das vom ersten Reflektorsystem (46) erzeugte ioka! nächstliegende Intensitäts-Maximum (IMP) mit dem von dem zweiten Reflektorsystem (48) erzeugten lokal nächstliegenden Intensitäts-Maximum (IMP) lokal zusammenfallen.13. Laser amplifier system according to claim 12, characterized in that in the Pumpstrahiungsfeld (70) generated by the first reflector system (46) ioka! closest intensity maximum (IMP) coincide locally with the locally closest intensity maximum (IMP) generated by the second reflector system (48).
14. Laserverstärkersystem nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem LaserverstärkerstrahSungsfeld (30) das von dem ersten Reflektorsystem (46) erzeugte lokai nächstliegende Intensitäts-Maximum (IMV) und das von dem zweiten Reflektorsystem (48) erzeugte lokal nächstüegende Intensitäts-Maximum (IMV) Ioka! ungefähr zusammenfallen.14. Laser amplifier system according to one of claims 10 to 13, characterized in that in the LaserverstärkerstrahSungsfeld (30) generated by the first reflector system (46) lokai nearest intensity maximum (IMV) and by the second reflector system (48) generated locally closest Intensity Maximum (IMV) Ioka! roughly coincide.
15. Laserverstärkersystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Laserverstärkerstrahlungsfeld (30) das vom ersten Reflektorsystem (46) erzeugte lokal nächstliegende Intensitäts-Maximum (IMV) mit dem von dem zweiten Reflektorsystem (48) erzeugten lokal nächstliegenden Intensitäts-Maximum (IMV) lokai zusammenfällt.15. A laser amplifier system according to claim 14, characterized in that in the laser amplifier radiation field (30) generated by the first reflector system (46) locally closest intensity maximum (IMV) with the locally from the second reflector system (48) generated closest intensity maximum (IMV ) lokai coincides.
16. Laserverstärkersystem nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Intensitäts-Maximum (IMP, IMV) in Richtung der optischen Achse (32) in dem mindestens einen Quanten- struktursystem (60) liegt.16. Laser amplifier system according to one of claims 10 to 15, characterized in that the respective maximum intensity (IMP, IMV) in the direction of the optical axis (32) in the at least one quantum structure system (60).
17. Laserverstärkersystem nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Intensitäts-Maximum (IMP, IMV) in Richtung der optischen Achse (32) im Wesentlichen mättig in dem mindestens einen Quantenstruktursystem (60) angeordnet ist. 17. A laser amplifier system according to any one of claims 10 to 16, characterized in that the respective maximum intensity (IMP, IMV) in the direction of the optical axis (32) is substantially mättig in the at least one quantum structure system (60).
18. Laserverstärkersystem nach einem der voranstellenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schichtsystem (86) mindestens ein weiteres, zwischen Barrierenstrukturen (64) angeordnetes Quanten- struktursy stem (60) aufweist, welches sich zumindest über einen Teilbereich einer Strukturfläche (62) erstreckt, die parallel zu der Strukturfläche (62) des mindestens einen Quantenstruktursystems (60) angeordnet ist.18. Laser amplifier system according to one of the preceding claims, characterized in that the first layer system (86) at least one further, between barrier structures (64) arranged quantum struktursy system (60) which extends at least over a portion of a structure surface (62) which is arranged parallel to the structure surface (62) of the at least one quantum structure system (60).
19. Laserverstärkersystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schichtsystem (86) mehrere, zwischen Barrierenstrukturen (64) angeordnete Quantenstruktursysteme (60) aufweist, die jeweils in zur Strukturfläche (64) des mindestens einen Quantenstruktursystems (60) parallelen Strukturfiächen (64) angeordnet sind.19. A laser amplifier system according to claim 18, characterized in that the first layer system (86) has a plurality of barrier structures (64) arranged quantum structure systems (60) in each of the structural surface (64) of the at least one quantum structure system (60) parallel Strukturfiächen (64 ) are arranged.
20. Laserverstärkersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schichtsystem (88) mindestens ein zwischen Barrierenstrukturen (64) angeordnetes und sich zumindest über einen Teilbereich einer zur Strukturfläche (62) des mindesten einen Quantenstruktursystems (60) parallelen Strukturfiäche (62) erstreckendes Quanten Struktursystem (60) aufweist.20. Laser amplifier system according to claim 1, characterized in that the second layer system (88) has at least one structure surface (62) arranged between barrier structures (64) and at least over a partial area of a structure surface (62) of the at least one quantum structure system (60) ) extending quantum structure system (60).
21. Laserverstärkersystem nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schichtsystem (88) mehrere sich jeweils in zur Strukturfläche (62) parallelen Strukturftächen (62) über Teilbereiche derselben erstreckende und zwischen Barrierenschichten (64) angeordnete laseraktive Quantenstruktursysteme (60) aufweist. 21. Laser amplifier system according to claim 20, characterized in that the second layer system (88) has a plurality of structure surfaces (62) parallel to the structure surface (62) over portions thereof and extending between barrier layers (64) arranged laser-active quantum structure systems (60).
22. Laserverstärkersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem jeweiligen Schichtsystem (86, 88) das mindestens eine Quantenstruktursystem (60) so angeordnet ist, dass ein Pumpstrahlungsintensitätsverlauf (PIV) in dem Quantenstruktursystem (60) einen Intensitätswert von mindestens einem Drittel des lokal nächstfiegenden Intensitäts-Maximums (IMP) erreicht.22. Laser amplifier system according to one of the preceding claims, characterized in that in the respective layer system (86, 88) the at least one quantum structure system (60) is arranged so that a pump radiation intensity profile (PIV) in the quantum structure system (60) has an intensity value of at least one Reached one third of the locally closest intensity maximum (IMP).
23. Laserverstärkersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem jeweiligen Schichtsystem (86, 88) das mindestens eine Quantenstruktursystem (60) so angeordnet ist, dass ein Pumpstrahlungsintensitätsverlauf (PIV) in dem Quantenstruktursystem (60) einen Intensitätswert von mindestens zwei Drittel des lokal nächstliegenden Intensitäts-Maximums (IMP) erreicht.23. Laser amplifier system according to one of the preceding claims, characterized in that in the respective layer system (86, 88) the at least one quantum structure system (60) is arranged so that a pump radiation intensity profile (PIV) in the quantum structure system (60) has an intensity value of at least two Reached one third of the locally closest intensity maximum (IMP).
24. Laserverstärkersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem jeweiligen Schichtsystem (86, 88) das mindestens eine weitere Quantenstruktursystem (60) so angeordnet ist, dass in diesem der VerstärkerstrahJungsintensitätsverlauf (VIV) einen Intensitätswert vom mindestens einem Drittel des lokal nächstliegenden Intensitäts-Maximums (IMV) erreicht24. Laser amplifier system according to one of the preceding claims, characterized in that in the respective layer system (86, 88) the at least one further quantum structure system (60) is arranged so that in this the amplifier beam intensity pattern (VIV) an intensity value of at least one third of the local closest intensity maximum (IMV)
25. Laserverstärkersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem jeweiligen Schichtsystem (86, 88) das mindestens eine weitere Quantenstruktursystem (60) so angeordnet ist, dass in diesem der Verstärkerstrahlungsintensitätsverlauf (VIV) einen Intensitätswert vom mindestens zwei Dritte! des lokal nächstliegenden Intensitäts-Maximums (IMV) erreicht. 25. Laser amplifier system according to one of the preceding claims, characterized in that in the respective layer system (86, 88) the at least one further quantum structure system (60) is arranged so that in this the amplifier radiation intensity curve (VIV) an intensity value of at least two third! of the locally closest intensity maximum (IMV).
26. Laserverstärkersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Reflektorsystem (46) das Pumpstrahiungsfeld (70) im Wesentlichen vollständig reflektiert.26. Laser amplifier system according to one of the preceding claims, characterized in that the first reflector system (46) substantially completely reflects the pumping radiation field (70).
27. Laserverstärkersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Reflektorsystem (46) das Laserverstärkerstrahlungsfeld (30) im Wesentlichen vollständig reflektiert.27. Laser amplifier system according to one of the preceding claims, characterized in that the first reflector system (46), the laser amplifier radiation field (30) substantially completely reflected.
28. Laserverstärkersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Reflektorsystem (48) das Pumpstrahlungsfeld (70) teilweise reflektiert.28. Laser amplifier system according to one of the preceding claims, characterized in that the second reflector system (48), the pump radiation field (70) partially reflected.
29. Laserverstärkersystem nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpstrahlungsfeld (70) durch das zweite Reflektorsystem (48) ein- koppelbar ist.29. Laser amplifier system according to claim 28, characterized in that the pump radiation field (70) can be coupled in by the second reflector system (48).
30. Laserverstärkersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Reflektorsystem (48) das Laserverstärkerstrahlungsfeld (30) teilweise reflektiert.30. Laser amplifier system according to one of the preceding claims, characterized in that the second reflector system (48), the laser amplifier radiation field (30) partially reflected.
31. Laserverstärkersystem nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Laserverstärkerstrahlungsfeld (30) durch das zweite Reflektorsystem (48) auskoppelbar ist.31 laser amplifier system according to claim 30, characterized in that the laser amplifier radiation field (30) by the second reflector system (48) can be decoupled.
32. Laserverstärkersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Reflektorsystem (46) Halbleiterschichten umfasst. 32. Laser amplifier system according to one of the preceding claims, characterized in that the first reflector system (46) comprises semiconductor layers.
33. Laserverstärkersystem nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Reflektorsystem (46) Halbleiterschichten aus unterschiedlichem Halblettermaterial umfasst.33. The laser amplifier system according to claim 32, characterized in that the first reflector system (46) comprises semiconductor layers of different semi-filler material.
34. Laserverstärkersystem nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Reflektor System (46) Halbleiterschichten aus einem ersten Halbleitermaterial und Haibieiterschichten aus einem zweiten Halbfeiter- materia! aufweist.34. A laser amplifier system according to claim 33, characterized in that the first reflector system (46) semiconductor layers of a first semiconductor material and Haibieiterschichten of a second Halbfeiter- materia! having.
35. Laserverstärkersystem nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass Halbleiterschichten aus dem ersten Halbleitermaterial und Halbleiterschichten aus dem zweiten Halbleitermaterial einander abwechseln.35. The laser amplifier system according to claim 34, characterized in that semiconductor layers of the first semiconductor material and semiconductor layers of the second semiconductor material alternate with one another.
36. Laserverstärkersystem nach einem der Ansprüche 32 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der in Richtung der optischen Achse (32) aufeinanderfolgenden Haibieiterschichten variiert.36. Laser amplifier system according to one of claims 32 to 35, characterized in that the thickness of the in the direction of the optical axis (32) successive Haibieiterschichten varies.
37. Laserverstärkersystem nach einem der Ansprüche 32 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der in Richtung der optischen Achse (32) aufeinanderfolgenden Halbleiterschichten aus demselben Halbleiter- materäal variiert.37. A laser amplifier system according to any one of claims 32 to 36, characterized in that the thickness of the successive in the direction of the optical axis (32) semiconductor layers of the same semiconductor materäal varies.
38. Laserverstärkersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Reflektorsystem (48) Haibieiterschichten umfasst. 38. Laser amplifier system according to one of the preceding claims, characterized in that the second reflector system (48) comprises Haibieiterschichten.
39. Laserverstärkersystem nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite RefJektorsystem (48) Halbleiterschichten aus unterschiedlichem Halbleitermaterial umfasst.39. Laser amplifier system according to claim 38, characterized in that the second RefJektorsystem (48) comprises semiconductor layers of different semiconductor material.
40. Laserverstärkersystem nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Reflektorsystem (48) Haibleiterschichten aus einem ersten Haiblettermaterial und Hafbleiterschichten aus einem zweiten Halbleiter- materiai aufweist.40. A laser amplifier system according to claim 39, characterized in that the second reflector system (48) Haibleiterschichten of a first Haiblettermaterial and Hafbleiterschichten of a second semiconductor Materiai has.
41. Laserverstärkersystem nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Haibieiterschichten aus dem ersten Haiblettermaterial und Halbleiterschichten aus dem zweiten Halbleitermaterial einander abwechseln.41. Laser amplifier system according to claim 40, characterized in that the Haibieiterschichten from the first Haiblettermaterial and semiconductor layers of the second semiconductor material alternate with each other.
42. Laserverstärkersystem nach einem der Ansprüche 38 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der in Richtung der optischen Achse (32) aufeinanderfolgenden Halbleiterschichten variiert.42. Laser amplifier system according to one of claims 38 to 41, characterized in that the thickness of the semiconductor device in the direction of the optical axis (32) successive varies.
43. Laserverstärkersystem nach einem der Ansprüche 38 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der in Richtung der optischen Achse (32) aufeinanderfolgenden Haibleiterschichten aus demselben Halbleitermaterial variiert.43. Laser amplifier system according to one of claims 38 to 42, characterized in that the thickness of the successive in the direction of the optical axis (32) Haibleiterschichten of the same semiconductor material varies.
44. Laserverstärkersystem nach einem der Ansprüche 38 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Refiektorsystem (48) eine Deckschicht (90) aus dielektrischem Material umfasst. 44. Laser amplifier system according to one of claims 38 to 43, characterized in that the second Refiektorsystem (48) comprises a cover layer (90) of dielectric material.
45. Laserverstärkersystem nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (90) auf einer dem laseraktiven Volumenbereich (50) gegenüberliegenden Seite des zweiten Reflektorsystems (48) angeordnet ist.45. The laser amplifier system according to claim 44, characterized in that the cover layer (90) is arranged on a laser active volume region (50) opposite side of the second reflector system (48).
46. Laserverstärkersystem nach einem der Ansprüche 32 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbieitermaterialien in dem ersten und dem zweiten Reflektorsystem (46, 48) identisch sind.46. A laser amplifier system according to any one of claims 32 to 45, characterized in that the Halbieitermaterialien in the first and the second reflector system (46, 48) are identical.
47. Laserverstärkersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpstrahlungsfeld (70) und das LaserverstärkerstrahiungsfeSd (30) in unterschiedlichen Raumrichtungen relativ zur optischen Achse (32) in dem Festkörper (10) verlaufen.47. Laser amplifier system according to one of the preceding claims, characterized in that the pump radiation field (70) and the LaserverstärkerstrahiungsfeSd (30) in different spatial directions relative to the optical axis (32) extend in the solid state (10).
48. Laserverstärkersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpstrahlungsfeld (70) im Wesentlichen parallel zur optischen Achse (32) in dem Festkörper (10) verläuft.48. Laser amplifier system according to one of the preceding claims, characterized in that the pump radiation field (70) extends substantially parallel to the optical axis (32) in the solid state (10).
49. Laserverstärkersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Laserverstärkerstrahiungsfeld (30) schräg zur optischen Achse (32) in dem Festkörper (10) verläuft.49. Laser amplifier system according to one of the preceding claims, characterized in that Laserverstärkerstrahiungsfeld (30) obliquely to the optical axis (32) in the solid body (10).
50. Laserverstärkersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Laserverstärkerstrahlungsfeid (30) im Wesentlichen parailel zur optischen Achse (32) in dem Festkörper (10) verläuft. 50. Laser amplifier system according to one of the preceding claims, characterized in that the Laserverstärkerstrahlungsfeid (30) extends substantially parallel to the optical axis (32) in the solid state (10).
51. Laserverstärkersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpstrahlungsfeld (70) schräg zur optischen Achse (32) in dem Festkörper verläuft. 51. Laser amplifier system according to one of the preceding claims, characterized in that the pump radiation field (70) extends obliquely to the optical axis (32) in the solid state.
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