Поверхностно-излучающий лазерный прибор с вертикальным внешним резонатором с оптической накачкой

Поверхностно-излучающий лазерный прибор с вертикальным внешним резонатором с оптической накачкой содержит по меньшей мере один VECSEL и несколько лазерных диодов накачки. VECSEL содержит одно зеркало Брега. В качестве второго зеркала резонатора выступает внешнее зеркало, от которого отражается излучение лазерных диодов накачки, расположенных вокруг активной области VECSEL и которое обеспечивает многократное переотражение генерируемого VECSEL излучения. Технический результат заключается в упрощении юстировки лазеров накачки относительно активной области VECSEL и обеспечении компактности конструкции лазерного прибора. 11 з.п. ф-лы, 10 ил.

 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к поверхностно-излучающему лазерному прибору с вертикальным внешним резонатором с оптической накачкой, содержащему по меньшей мере один поверхностно-излучающий лазер с вертикальным внешним резонатором (vertical external-cavity surface-emitting laser, VECSEL) и несколько лазерных диодов накачки, в котором упомянутые лазерные диоды накачки расположены с возможностью оптической накачки активной области VECSEL за счет отражения излучения накачки на зеркальном элементе. Поверхностно-излучающие лазерные приборы с вертикальным внешним резонатором представляют собой один из многообещающих лазерных источников с повышенной яркостью и предлагают множество преимуществ, по сравнению с излучателями с торцевым излучением, такими как доступные компоновки двумерных матриц и формы круговых пучков.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

VECSEL обычно содержат первое концевое зеркало и активную область, сформированную в виде последовательности слоев, и второе концевое зеркало, установленное отдельно от последовательности слоев и образующее внешний резонатор лазера. В стандартных установках внешний резонатор состоит из макроскопических оптических элементов, которые являются очень громоздкими и требуют сложной настройки. Путем реализации внешних оптических компонентов из полупроводниковой пластины и связывания этой полупроводниковой пластины с нанесенной на полупроводниковую пластину последовательностью слоев, где полупроводниковая пластина обычно представляет собой полупроводниковую пластину GaAs, можно изготовить много тысяч микро-VECSEL, подключенных параллельно, и протестировать их непосредственно на полупроводниковой пластине, подобной поверхностно-излучающим лазерным диодам с вертикальным резонатором (vertical cavity surface emitting laser diodes, VCSEL).

Известные VECSEL с оптической накачкой нуждаются в раздельной установке и юстировке лазеров накачки в резонатор или полость VECSEL. Это требует продолжительного производства и громоздких модульных блоков.

В US 2010/0014547 Al раскрыт прибор для продольной накачки твердотельной лазерной активной среды. Этот прибор содержит несколько лазерных диодов накачки, которые установлены на боковых поверхностях охлаждающего устройства лазерной активной среды. Излучение накачки, испускаемое лазерными диодами, отражается несколькими параболическими зеркалами по направлению к одной из торцевых поверхностей твердотельной активной лазерной среды. В этом приборе несколько параболических зеркал приходится точно юстировать для достижения желаемого распределения интенсивности излучения накачки на входе твердотельной лазерной активной среды.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является обеспечение поверхностно-излучающего лазерного прибора с вертикальным внешним резонатором с оптической накачкой, который допускает более легкую юстировку оптики накачки и может быть реализован в виде компактной конструкции.

Эта задача достигается с помощью поверхностно-излучающего лазерного прибора с вертикальным внешним резонатором по п. 1 формулы изобретения. Преимущественные варианты осуществления прибора являются предметом изобретения согласно зависимым пунктам формулы изобретения или описаны в последующих частях описания и в предпочтительных вариантах осуществления.

Предложенный поверхностно-излучающий лазерный прибор с вертикальным внешним резонатором с оптической накачкой содержит по меньшей мере один VECSEL в виде полупроводникового дискового лазера с оптической накачкой и несколько лазерных диодов накачки, предпочтительно, поверхностно-излучающих лазерных диодов с вертикальным резонатором (VCSEL). VECSEL может быть выполнен известным образом и может содержать стопку слоев, образующих по меньшей мере первое концевое зеркало, и активную область VECSEL. Второе концевое зеркало, расположенное отдельно от стопки слоев, образует внешний резонатор лазера. В предложенной конструкции лазерного прибора лазерные диоды накачки расположены с возможностью оптической накачки активной области VECSEL за счет отражения излучения накачки на зеркальном элементе. Зеркальный элемент расположен на оптической оси VECSEL и выполнен с возможностью сосредотачивать излучение накачки в активной области и формировать вместе с этим второе концевое зеркало VECSEL. Зеркальный элемент, таким образом, объединяет две функции в одном одиночном элементе.

В поверхностно-излучающем лазерном приборе с вертикальным внешним резонатором согласно настоящему изобретению использован подходящим образом выполненный зеркальный элемент, который направляет свет накачки в активную область VECSEL и действует как внешнее зеркало, в то же время образующее резонатор VECSEL вместе с первым зеркалом. Таким образом, пятно накачки автоматически юстируется в соответствии с оптической модой резонатора VECSEL. При выполнении зоны оптической накачки активной области VECSEL могут быть реализованы достаточно большие (большое поперечное сечение, перпендикулярное к оптической оси) допуски на юстировку лазерных диодов вплоть до 100 мкм. Предложенная конструкция допускает расположение лазерных диодов накачки для направления излучения накачки по существу параллельно оптической оси по направлению к зеркальному элементу, что допускает очень компактную конструкцию устройства. Является предпочтительным, чтобы лазерные диоды накачки были реализованы в виде матрицы VCSEL, которые могут быть протестированы на уровне полупроводниковой пластины и могут обеспечить хорошую эффективность. В дополнение, в предпочтительном варианте осуществления изобретения лазерные диоды накачки интегрированы на одном кристалле в виде стопки слоев VECSEL. Это снижает расходы на изготовление, а также размеры лазерного прибора, при предоставлении исключительной яркости.

Интегрирование матрицы диодов VCSEL и VECSEL на одном кристалле позволяет изготавливать эти лазеры, создаваемые из одной и той же последовательности слоев на кристалле. Для этой цели применяют общую слоистую структуру, в которой последовательность слоев, образующая диоды VCSEL, отделена протравленным запирающим слоем от последовательности слоев, образующей стопку слоев VECSEL. Диоды VCSEL и VECSEL затем формируют путем надлежащего структурирования последовательности слоев посредством одного или нескольких процессов травления.

Также можно интегрировать лазерные диоды накачки и VECSEL на отдельных кристаллах, которые затем могут быть смонтированы на общем кристаллодержателе или на теплоприемнике. Такое расположение также предоставляет преимущество, состоящее в очень компактной конструкции лазерного устройства.

Зеркальный элемент, образующий внешнее зеркало VECSEL, может быть установлен на последовательности слоев VECSEL тем же образом, что уже был известен из уровня техники. Также можно формировать несколько зеркальных элементов на отдельной полупроводниковой пластине, а затем соединить эти полупроводниковые пластины с полупроводниковой пластиной, содержащей несколько стопок слоев VECSEL, наряду с матрицей VCSEL. Соединенные полупроводниковые пластины затем разделяют на одиночные кристаллы, содержащие предложенные лазерные приборы. В качестве альтернативы, две полупроводниковые пластины могут быть сначала разделены на одиночные кристаллы, и одиночные кристаллы могут быть затем скомбинированы, чтобы получить предложенный лазерный прибор. Другая возможность состоит в непосредственном интегрировании зеркального элемента на кристалле или на полупроводниковой пластине, содержащей последовательность слоев VECSEL.

Является предпочтительным, чтобы зеркальный элемент содержал центральную область, которая образует внешнее зеркало, и внешнюю область, которая выполнена с возможностью отражения излучения накачки к активной области VECSEL. Для этой цели зеркальный элемент предпочтительно изготовлен в виде оптического устройства произвольной формы, допускающего почти любую форму отражающих зеркальных поверхностей в центральной и внешней областях зеркального элемента. Внешняя область, которая предпочтительно полностью окружает центральную область, может быть выполнена с возможностью генерирования любого желаемого распределения интенсивности излучения накачки в активной области VECSEL, соответствующего форме желаемой оптической моды лазера. В зависимости от стороны испускания VECSEL тело зеркального элемента может быть образовано из подходящего материала, например из металла, стекла с покрытием или пластмассы с покрытием. В случае металлического тела отражающие поверхности зеркального элемента могут быть образованы из этого металла, например из отполированного алюминия. В случае стеклянного или пластмассового тела зеркальная поверхность образуется из подходящего металлического или диэлектрического покрытия, как известно из уровня техники.

Эти и другие аспекты изобретения станут очевидными и будут объяснены со ссылками на варианты осуществления, описанные ниже.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Предложенный твердотельный лазерный прибор будет далее более подробно описан посредством примеров, в сочетании с прилагаемыми чертежами. На чертежах показано следующее:

Фиг. 1 представляет собой первый пример предложенного лазерного прибора;

Фиг. 2 представляет собой пример последовательности слоев для изготовления предложенного лазерного прибора;

Фиг. 3 представляет собой примерную конструкцию VECSEL и диодов VCSEL предложенного лазерного прибора после структурирования последовательности слоев согласно Фиг. 2;

Фиг. 4 представляет собой второй пример предложенного лазерного прибора;

Фиг. 5 представляет собой детализацию другого варианта осуществления предложенного лазерного прибора;

Фиг. 6 представляет собой детализацию другого варианта осуществления предложенного лазерного прибора;

Фиг. 7 представляет собой третий пример части предложенного лазерного прибора;

Фиг. 8 представляет собой вид сверху примера предложенного лазерного прибора;

Фиг. 9 представляет собой вид сверху примера предложенного лазерного прибора;

Фиг. 10 представляет собой другой пример предложенного лазерного прибора.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

На Фиг. 1-3 показан первый пример предложенного лазерного прибора и его изготовления. В этом примере лазерные диоды накачки представляют собой диоды VCSEL 300, которые интегрированы на одном и том же кристалле 120, что и VECSEL 200. Диоды VCSEL 300 расположены так, чтобы окружать VECSEL 200. В этом варианте осуществления все полупроводниковые лазеры представляют собой лазеры верхнего излучения, как указано на Фиг. 1. Зеркальный элемент 400 (оптическое устройство произвольной формы), содержащий по меньшей мере две радиальные зеркальные области 410, 420, устанавливают соосно перед полупроводниковым кристаллом 120. В этом варианте осуществления зеркальный элемент 400 образован из оптически прозрачного тела, состоящего из первой поверхности 401, обращенной к полупроводниковому кристаллу 120, и второй поверхности 402. На первую поверхность 401 нанесено покрытие для обеспечения достаточной отражательной способности для функционирования лазера VECSEL 200(R(λVECSEL)=80-99,5%) и как можно более высокого отражения света накачки VCSEL 300 (R(λVECSEL)>95%, предпочтительно, >99%. Поверхность 401 разделена на две области с различными формами.

Центральная область 410 для r<R2 образует внешнее зеркало VECSEL и обычно представляет собой сферическое зеркало с радиусом кривизны, выполненным с возможностью получения размера основной моды w0 в активной области VECSEL 200 на расстоянии L. Внешняя область 420 для r>R2 выполнена с возможностью отражения излучения 310 VCSEL 300 в активную область VECSEL 200. Эта внешняя область 420 может быть образована в виде параболического зеркала с радиусом кривизны, равным 2L. R2 приблизительно равен радиусу R1 поперечного сечения VECSEL 200, перпендикулярного к оптической оси 210 VECSEL 200, и должен быть больше, чем размер моды лазерного излучения VECSEL в плоскости зеркального элемента 400, но также достаточно малым для собирания всего света VCSEL.

Как видно из Фиг. 1, излучение накачки 310, испускаемое диодами VCSEL 200, направляется внешней областью 420 зеркального элемента 400 в активную область VECSEL 200 для оптической накачки этого лазера. Благодаря такому расположению лазерных диодов накачки 300 и зеркального элемента 400 получается очень компактная конструкция лазерного прибора. Продолжительная юстировка лазеров накачки относительно VECSEL не является обязательной, поскольку излучение накачки автоматически центрируется в активной области VECSEL 200 за счет геометрической формы отражающей поверхности зеркального элемента 400.

Матрица VCSEL и VECSEL (лазеры VECSEL) также могут быть образованы на отдельных кристаллах, изготовленных из различных эпитаксиальных полупроводниковых пластин и связанных с одним и тем же кристаллодержателем или теплоприемником, а затем скомбинированы с оптическим элементом 400. Это облегчает изготовление структур полупроводниковых пластин, но повышает усилие монтажа и размер модуля.

На Фиг. 2 и 3 схематически показан способ изготовления лазерного прибора согласно Фиг. 1. Для этой цели последовательность слоев, как показано на Фиг. 2, эпитаксиально выращивают на подложке полупроводниковой пластины. В качестве примера, структура для VECSEL, излучающего с эпитаксиальной стороны, описана для n-легированных подложек. Из нее можно легко получить стопки слоев для p-легированных подложек и/или для испускания со стороны подложки. Структура согласно этому варианту осуществления содержит, начиная с подложки 500:

- запирающий протравленный слой 101 (необязательный), который можно в дальнейшем удалить с подложки 500 для лучшего теплоотвода; этот запирающий протравленный слой также может быть пропущен, если подложка 500 не удалена;

- n-легированный токораспределительный слой 102 (необязательный) с высокой концентрацией легирующей примеси;

- n-легированный РБО 103 (распределенный брэгговский отражатель), который в дальнейшем образует концевое зеркало диодов VCSEL (R≥99,9%);

- активная область 104 диодов VCSEL, как известно из уровня техники (например, 3 квантовые ямы, слои ограничения тока и оксидная апертура);

- p-легированный РБО 105, в дальнейшем образующий выходное зеркало для диодов VCSEL (R приблизительно 99%);

- верхний защитный слой 106 для достижения согласования фаз (полупроводник/воздух), как известно для диодов VCSEL с верхним излучением;

- запирающий протравленный слой 100, отделяющий пакет слоев VCSEL от последовательности слоев VECSEL;

- нелегированный РБО 107 (необязательный), в дальнейшем образующий первое концевое зеркало VECSEL;

- активная область 108 VECSEL, как известно из уровня техники (несколько квантовых ям в пучностях стоячей волны, с барьерными слоями, РПУ-структура (РПУ: резонансно-периодическое усиление), оптимизированная для накачки внутри ям или барьерной накачки, …); и

- верхний защитный слой 109, имеющий антибликовое покрытие от воздуха или эталонный слой для резонансного усиления или стабилизации длины волны.

Резонансная длина волны λVECSEL диодов VCSEL, образованная РБО 103 и 105, выбрана таким образом, чтобы быть немного короче, чем длина волны излучения λVECSEL для активной области 108 VECSEL. В случае барьерной накачки λVECSEL должна быть на несколько десятков нанометров короче, чем λVECSEL.

Запирающий протравленный слой 101 и токораспределительный слой 102 необходимы, только если подложка 500 будет по меньшей мере частично удалена. Нелегированный РБО 107 не является необходимым, если длина волны VECSEL находится внутри запрещенной зоны p-РБО 105, но не точно равна резонансной длине волны резонатора VCSEL между 103 и 105. В этом случае p-РБО 105 образует первое концевое зеркало VECSEL. Однако дополнительный нелегированный РБО 107 может снизить оптические потери в VECSEL, но в то же время тепловое сопротивление VECSEL в этом дополнительном слое повышается.

После выращивания такой слоистой структуры контактные столбики стравливаются до запирающего протравленного слоя 100, образуя область VECSEL 200 с диаметром 2*R1. Затем запирающий протравленный слой 100 удаляется, обнажая верхний защитный слой 106. На следующем этапе один или несколько VCSEL 300 обрабатывают вслед за областью VECSEL путем вытравливания мезаструктур, окисления, осаждения p-кольцевых контактов и т.п. Также могут быть реализованы p-контакты в виде дорожек через подложку для монтажа методом перевернутого кристалла.

Результат этих этапов обработки отображен на Фиг. 3. Металлический контакт (n-контакт) 330 осажден на n-стороне подложки 500.

В качестве альтернативы, подложка 500 может быть удалена путем ее стравливания до запирающего протравленного слоя 101 со стороны подложки. Затем металлический контакт 330 осаждают на n-слой 102.

После этой обработки полупроводниковую пластину разделяют на одиночные кристаллы 120 и припаивают n-сторону к теплоприемнику.

Зеркальный элемент 400 предложенного лазерного прибора может быть выполнен любым подходящим способом для выполнения желаемых функций. Центральная область 410 также может быть образована в виде зеркала произвольной формы для формирования моды или селекции моды VECSEL 200. Внешняя область 420 также может быть реализована, например, в виде зеркала произвольной формы 421, действующего как матрица из меньших зеркал, коллимирующих или фокусирующих пучки излучения 310 отдельных VCSEL, как схематически показано на Фиг. 4. В другом варианте осуществления зеркало произвольной формы 421 может приводить к получению различных диаметров пятен накачки от отдельных VCSEL 300 для придания формы результирующему общему профилю накачки с получением любого желаемого профиля, например гауссова профиля.

Вторая поверхность 402 зеркального элемента 400 может иметь антибликовое покрытие для длины волны VECSEL и может быть плоской, сферической, чтобы коллимировать или фокусировать лазерный пучок VECSEL, или даже представлять собой вторую поверхность произвольной формы, для добавочного формирования лазерного пучка VECSEL.

Первая поверхность 401 может представлять собой плоскость и иметь антибликовое покрытие для длины волны излучения накачки и длины волны лазерного излучение VECSEL, а вторая поверхность 402 может содержать две области 410 и 420 с нанесенным отражающим покрытием. Затем зеркальный элемент 400 также может быть интегрирован с полупроводниковым кристаллом на уровне полупроводниковой пластины.

Две области 410 и 420 также могут быть реализованы на двух противоположных сторонах оптического элемента 400 с различными покрытиями на обеих сторонах.

Как показано на Фиг. 6, микролинзы 430 могут быть образованы наверху VCSEL 300 для коллимирования пучков излучения накачки VCSEL или фокусирования их на активной области VECSEL 200. На Фиг. 6 показана только детализация узла микролинз наверху VCSEL 300 для предложенного прибора.

На Фиг. 5 показан вариант осуществления, который реализован после удаления подложки согласно Фиг. 3. После удаления подложки слои 101-106 также могут быть удалены ниже области VECSEL 200 и заполнены высокотеплопроводным материалом 502, например Cu, Au или Ag, для лучшего теплоотвода.

Кристалл с VECSEL и диоды VCSEL накачки также может быть реализован в другом порядке при наличии диодов VCSEL с нижним излучением. Пример показан на Фиг. 7. Ссылочные обозначения означают те же слои, что и на Фиг. 2. Опять же, для лучшего теплоотвода от этой области к области VECSEL 200, заполненной высокотеплопроводным материалом 502, может быть подведена тепловая дорожка, например, металлическая. Завершенный кристалл 120 в этом примере припаивают (припой 503) к общему кристаллодержателю или к теплоприемнику 501.

На Фиг. 8 показан вид сверху примера предложенного лазерного устройства согласно Фиг. 1. На этом виде сверху можно распознать матрицу лазера накачки с другими VCSEL 300, которые окружают VECSEL 200. Контактная площадка 340 для установления электрического контакта расположена на боковой поверхности кристалла.

Несколько VECSEL 200 также могут быть реализованы на одиночном кристалле с VCSEL 300 накачки в соответствии с каждым из VECSEL 200. Это схематически показано на виде сверху согласно Фиг. 9. Каждый из VECSEL 200 с его соответствующей накачкой VCSEL 300 и соединительными проводами 350 содержит зеркальный элемент, направляющий излучение от каждой матрицы накачки к соответствующему VECSEL 200. Зеркальные элементы 400 схематически обозначены пунктирной линией на Фиг. 9. Накачка области может быть индивидуально адресуема для достижения адресуемой оптической накачки матрицы VECSEL, которая может быть использована для печатания, маркировки или подобных применений.

На Фиг. 10 показан другой вариант осуществления предложенного лазерного прибора. В этом варианте осуществления последовательность слоев (слои 103-106) VCSEL 300 образована на верхней поверхности последовательности слоев (слои 107-109) VECSEL, будучи отделенной запирающим протравленным слоем 100 и n-легированным токораспределительным слоем 102. На верхней поверхности VCSEL 300 реализованы p-контакты 320 в виде кольцевых контактов. Дополнительная контактная площадка 340 для n-контакта образована на токораспределительном слое 102. Последовательность слоев VECSEL расположена на оптически прозрачном теплоотводящем слое 504, который может быть изготовлен, например, из алмаза, сапфира или SiC. Этот слой устанавливают на теплоприемник 501, который содержит сквозное отверстие 505, допускающее лазерное излучение 220 VECSEL через сквозное отверстие 505 теплоприемника 501. При такой конструкции зеркальный элемент 400 может быть образован из оптически непрозрачного материала, например из металла. Центральная область 410, образующая внешнее зеркало VECSEL, имеет покрытие с высокой отражательной способностью для λVECSEL, а внешняя область 420 имеет покрытие с высокой отражательной способностью для λVECSEL.

Тогда как изобретение было проиллюстрировано и подробно описано на чертежах и в вышеприведенном описании, такую иллюстрацию и описание следует рассматривать как иллюстративные или примерные, а не ограничивающие; изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления. Например, зеркальный элемент может иметь любую форму для реализации желаемой функции и не ограничен сферической или параболической формой. Кроме того, слоистые структуры VECSEL и диоды VECSEL не ограничены раскрытой последовательностью. Лазеры накачки и VECSEL также могут быть изготовлены на различных полупроводниковых пластинах или на подложках, которые затем комбинируют с предложенным устройством. В дополнение к элементам и слоям, показанным в примерах, частью предложенного лазерного прибора могут быть и другие элементы или слои. Например, возможно интегрирование функциональных элементов VECSEL между слоем 100 и слоем 109 или на верхней поверхности слоя 109, например, эталонов для выбора продольной моды, поляризации слоев для поляризации и стабилизации, перфорации для выбора поперечной моды, насыщаемых поглотителей для синхронизации мод, и т.д. Другие изменения раскрытых вариантов осуществления могут быть поняты и реализованы специалистами в данной области техники при применении заявленного изобретения, исходя из изучения чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения слово «содержит» не исключает наличия других элементов или этапов, а единственное число не исключает множественности. Сам факт, что некоторые меры перечислены в отличных друг от друга зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что сочетание этих мер не может быть успешно использовано. В частности, все пункты формулы изобретения устройства могут быть легко скомбинированы. Никакие ссылочные обозначения в формуле изобретения не следует рассматривать как ограничивающие объем изобретения.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

100 запирающий протравленный слой

101 запирающий протравленный слой

102 токораспределительный слой

103 n-легированный РБО

104 активная область VCSEL

105 p-легированный РБО

106 верхний защитный слой

107 нелегированный РБО

108 активная область VECSEL

109 верхний защитный слой

120 полупроводниковый кристалл

200 VECSEL

210 оптическая ось

220 лазерное излучение VECSEL

300 VCSEL

310 излучение накачки

320 p-контакт

330 n-контакт

340 контактная площадка

350 соединительные провода

400 зеркальный элемент (оптический элемент произвольной формы)

401 первая поверхность зеркального элемента

402 вторая поверхность зеркального элемента

410 центральная область

420 внешняя область

421 внешняя область специальной формы

430 микролинзы

500 подложка

501 кристаллодержатель/теплоприемник

502 металл

503 припой

504 оптически прозрачный теплоприемник

505 сквозное отверстие.

1. Поверхностно-излучающий лазерный прибор с вертикальным с внешним резонатором с оптической накачкой, содержащий по меньшей мере один поверхностно-излучающий лазер (200) с вертикальным внешним резонатором и несколько лазерных диодов (300) накачки,

причем упомянутый поверхностно-излучающий лазер (200) с вертикальным с внешним резонатором содержит:

стопку слоев, образующую по меньшей мере первое концевое зеркало (107, 105), и активную область (108) поверхностно-излучающего лазера (200) с вертикальным с внешним резонатором, и

второе концевое зеркало (410), образующее внешний резонатор поверхностно-излучающего лазера (200) с вертикальным с внешним резонатором,

причем упомянутые лазерные диоды (300) накачки расположены с возможностью оптической накачки упомянутой активной области (108) за счет отражения излучения накачки (310) на зеркальном элементе (400),

причем упомянутый зеркальный элемент (400) расположен на оптической оси (210) поверхностно-излучающего лазера (200) с вертикальным внешним резонатором и выполнен с возможностью сосредотачивать упомянутое излучение накачки (310) в активной области (108) и формировать вместе с этим второе концевое зеркало (410) поверхностно-излучающего лазера (200) с вертикальным внешним резонатором, причем лазерные диоды (300) накачки расположены с возможностью направлять излучение накачки по существу параллельно оптической оси (210) по направлению к зеркальному элементу (400) так, что пятно накачки, обеспечиваемое лазерными диодами (300) накачки, является автоматически юстированным с оптической модой поверхностно-излучающего лазера (200) с вертикальным внешним резонатором.

2. Прибор по п. 1, в котором упомянутые лазерные диоды (300) накачки представляют собой поверхностно-излучающие лазеры с вертикальным резонатором.

3. Прибор по п. 1 или 2, в котором упомянутые лазерные диоды (300) накачки образованы на первом кристалле, а упомянутая стопка слоев поверхностно-излучающего лазера (200) с вертикальным внешним резонатором образована на втором кристалле, причем упомянутые первый и второй кристаллы установлены на общем кристаллодержателе или теплоприемнике (501).

4. Прибор по п. 2, в котором упомянутые поверхностно-излучающие лазеры вертикальным резонатором и упомянутая стопка слоев поверхностно-излучающего лазера (200) с вертикальным внешним резонатором сформированы на одном и том же кристалле.

5. Прибор по п. 4, в котором упомянутые поверхностно-излучающие лазеры с вертикальным резонатором и упомянутая стопка слоев поверхностно-излучающего лазера (200) с вертикальным внешним резонатором создаются из одной и той же последовательности слоев (100, 103-109) на кристалле.

6. Прибор по п. 5, в котором упомянутая последовательность слоев (100, 103-109) содержит первую последовательность слоев (103-106), образующую слоистую структуру поверхностно-излучающих лазеров с вертикальным резонатором, и вторую последовательность слоев (107-109), образующую слоистую структуру стопки слоев поверхностно-излучающего лазера (200) с вертикальным внешним резонатором, причем упомянутая первая и вторая последовательности слоев разделены протравленным запирающим слоем (100).

7. Прибор по п. 1, в котором упомянутый зеркальный элемент (400) содержит центральную область (410), которая образует упомянутое второе концевое зеркало, и внешнюю область (420, 421), которая выполнена с возможностью отражать и сосредотачивать упомянутое излучение накачки (310) в активной области (108) поверхностно-излучающего лазерного диода (200) с вертикальным внешним резонатором.

8. Прибор по п. 7, в котором упомянутая центральная область и упомянутая внешняя область образованы с различной кривизной.

9. Прибор по п. 1, в котором упомянутая внешняя область (420, 421) упомянутого зеркального элемента (400) выполнена с возможностью генерирования распределения интенсивности излучения накачки (310) в активной области (108) поверхностно-излучающего лазера (200) с вертикальным внешним резонатором, причем распределение интенсивности соответствует лазерной моде поверхностно-излучающего лазера (200) с вертикальным внешним резонатором.

10. Прибор по п. 1, в котором упомянутая центральная область (410) упомянутого зеркального элемента (400) выполнена с возможностью генерирования лазерной моды, которая не имеет гауссова профиля интенсивности в поверхностно-излучающем лазере (200) с вертикальным внешним резонатором.

11. Прибор по п. 1, в котором тело упомянутого зеркального элемента (400) изготовлено из материала, оптически прозрачного для лазерного излучения поверхностно-излучающего лазера (200) с вертикальным внешним резонатором.

12. Прибор по п. 1, в котором упомянутые лазерные диоды (300) накачки расположены с возможностью испускания упомянутого излучения накачки (310) по существу параллельно оптической оси (210) поверхностно-излучающего лазера (200) с вертикальным внешним резонатором по направлению к упомянутому зеркальному элементу (400).



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано для создания полупроводниковых вертикально-излучающих лазеров, работающих в ближнем ИК-диапазоне. Полупроводниковый вертикально-излучающий лазер с внутрирезонаторными контактами содержит полуизолирующую подложку (1) из GaAs, буферный слой (2) из GaAs, нижний нелегированный РБО (3), контактный слой (4) n-типа, электрический контакт (5) n-типа, композиционную решетку (6) n-типа, нелегированный оптический резонатор (7), содержащий активную среду на основе по меньшей мере трех слоев (8) квантовых ям, композиционную решетку (9) p-типа, содержащую по меньшей мере одну оксидную токовую апертуру (10), контактный слой (11) p-типа, фазокорректирующий контактный слой (12) p-типа, электрический контакт p-типа (13) и верхний диэлектрический РБО (14).

Способ изменения направления и уменьшения расходимости излучения полупроводникового вертикально излучающего лазера включает в себя измерение диаграммы направленности VCSEL.

Лазерный элемент поверхностного испускания включает в себя полупроводниковую подложку и множество лазеров поверхностного испускания, сконфигурированных с возможностью испускания света со взаимно различными длинами волн.

Изобретение относится к лазерной технике. Матрица VCSEL содержит несколько VCSEL, расположенных рядом друг с другом на общей подложке (1).

Способ и устройства, его реализующие, основаны на особенности излучателей полупроводниковых лазеров, заключающейся в том, что с увеличением температуры излучателя для сохранения выходных параметров (мощности, силы излучения) на требуемом для работы уровне необходимо увеличивать ток накачки излучателя, при снижении температуры излучателя необходимо уменьшать ток накачки излучателя.

Изобретение относится к лазерной технике. Дисковый лазер состоит из оптического резонатора с первой оптической осью, активной пластины, имеющей первую поверхность и вторую поверхность, размещенной внутри оптического резонатора и закрепленной на хладопроводящей подложке своей первой поверхностью, лазера накачки, системы фокусировки излучения лазера накачки и многопроходной оптической системы накачки.

Изобретение относится к квантовой электронике и электронной технике и может быть использовано в приборах со сканирующим световым лучом. Лазерная электронно-лучевая трубка выполнена в виде вакуумируемой колбы с выходным оптическим окном и имеет электронно-оптическую ось, вдоль которой последовательно расположены источник электронов, система электродов для формирования электронного пучка и активная пластина с высокоотражающим покрытием на первой своей поверхности, закрепленная на хладопроводящей подложке.

Изобретение относится к квантовой электронике и электронной технике и может быть использовано в приборах с мощным коллимированным световым лучом, в частности в телепроекторах, лазерных локаторах, медицине, фотолитографии.

Изобретение относится к устройствам квантовой электроники и электрофизики, а более конкретно к полупроводниковым электроразрядным лазерам (ПЭЛ), возбуждаемым импульсами высокого напряжения, и может быть использовано в устройствах оптоэлектроники, оптической связи, при исследовании быстропротекающих процессов в биологических тканях и регистрирующих приборах.

Изобретение относится к лазерному устройству с нитридным полупроводником. .

Изобретение относится к области оптических измерительных приборов и может быть использовано в оптических интерферометрических датчиках с полупроводниковыми источниками оптического излучения для формирования оптических импульсов и частотной модуляции оптической несущей без использования дополнительных амплитудных, частотных и фазовых модуляторов. Способ решает задачу упрощения формирования оптического сигнала для опроса оптических интерферометрических датчиков за счет одновременного формирования оптических импульсов и частотной модуляции, без использования дополнительных внешних модуляторов оптического излучения, с сохранением одинаковой амплитуды оптических импульсов. Для этого на полупроводниковый лазерный источник оптического излучения направляют электрический сигнал в виде последовательности прямоугольных импульсов одинаковой амплитуды, со скважностью, которую изменяют пропорционально частоте модуляции. 5 ил.

Использование: для создания лазерного устройства с высокой эффективностью преобразования мощности. Сущность изобретения заключается в том, что лазерное устройство образовано по меньшей мере одним поверхностно-излучающим лазером с вертикальным резонатором с внутрирезонаторными контактами, причем упомянутый поверхностно-излучающий лазер с вертикальным резонатором содержит эпитаксиальную слоистую структуру с активной областью между первым распределенным брэгговским отражателем и вторым распределенным брэгговским отражателем, первым слоем токовой инжекции первого типа проводимости между первым распределенным брэгговским отражателем и активной областью и вторым слоем токовой инжекции второго типа проводимости между вторым распределенным брэгговским отражателем и активной областью, и при этом дополнительно содержит токовую апертуру, причем упомянутые первый и второй слои токовой инжекции находятся в контакте с первым и вторым металлическими контактами соответственно, в котором упомянутые первый и/или второй распределенные брэгговские отражатели образованы из чередующихся слоев оксида алюминия и слоев Al(x)Ga(1-x)As с 0≤x≤0,3, причем первый и второй металлические контакты расположены на противоположных сторонах каждого из упомянутых поверхностно-излучающих лазеров с вертикальным резонатором, причем имеется по меньшей мере один не подвергнутый травлению стержень к светоизлучающей области лазерного устройства, и причем ширина по меньшей мере одного не подвергнутого травлению стержня равна или меньше, чем двукратная ширина окисления токовой апертуры. 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к лазерной технике. Лазер с вертикальным резонатором и поверхностным излучением (VCSEL) содержит первый электрический контакт, подложку, первый распределенный брэгговский отражатель, активный слой, распределенный биполярный фототранзистор на гетеропереходах, второй распределенный брэгговский отражатель и второй электрический контакт. Распределенный биполярный фототранзистор на гетеропереходах содержит коллекторный слой, светочувствительный слой, базовый слой и эмиттерный слой. Причем распределенный биполярный фототранзистор на гетеропереходах выполнен так, что между активным слоем и распределенным биполярным фототранзистором на гетеропереходах существует оптическая связь для обеспечения удержания активных носителей посредством распределенного биполярного фототранзистора на гетеропереходах так, что оптическая мода лазера с вертикальным резонатором и поверхностным излучением является самоустанавливающейся в соответствии с удержанием активных носителей во время функционирования лазера с вертикальным резонатором и поверхностным излучением. Технический результат заключается в обеспечении возможности повышения надежности VCSEL. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к лазерной технике. Лазер с вертикальным резонатором и поверхностным излучением (VCSEL) содержит первый электрический контакт, подложку, первый распределенный брэгговский отражатель, активный слой, распределенный биполярный фототранзистор на гетеропереходах, второй распределенный брэгговский отражатель и второй электрический контакт. Распределенный биполярный фототранзистор на гетеропереходах содержит коллекторный слой, светочувствительный слой, базовый слой и эмиттерный слой. Причем распределенный биполярный фототранзистор на гетеропереходах выполнен так, что между активным слоем и распределенным биполярным фототранзистором на гетеропереходах существует оптическая связь для обеспечения удержания активных носителей посредством распределенного биполярного фототранзистора на гетеропереходах так, что оптическая мода лазера с вертикальным резонатором и поверхностным излучением является самоустанавливающейся в соответствии с удержанием активных носителей во время функционирования лазера с вертикальным резонатором и поверхностным излучением. Технический результат заключается в обеспечении возможности повышения надежности VCSEL. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 14 ил.

Поверхностно-излучающий лазерный прибор с вертикальным внешним резонатором с оптической накачкой содержит по меньшей мере один VECSEL и несколько лазерных диодов накачки. VECSEL содержит одно зеркало Брега. В качестве второго зеркала резонатора выступает внешнее зеркало, от которого отражается излучение лазерных диодов накачки, расположенных вокруг активной области VECSEL и которое обеспечивает многократное переотражение генерируемого VECSEL излучения. Технический результат заключается в упрощении юстировки лазеров накачки относительно активной области VECSEL и обеспечении компактности конструкции лазерного прибора. 11 з.п. ф-лы, 10 ил.

Наверх