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DE102022130568A1 - LASER DEVICE AND ELECTRONIC DEVICE - Google Patents

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DE102022130568A1
DE102022130568A1 DE102022130568.6A DE102022130568A DE102022130568A1 DE 102022130568 A1 DE102022130568 A1 DE 102022130568A1 DE 102022130568 A DE102022130568 A DE 102022130568A DE 102022130568 A1 DE102022130568 A1 DE 102022130568A1
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DE
Germany
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laser
laser device
optoelectronic semiconductor
whispering gallery
electromagnetic radiation
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Withdrawn
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DE102022130568.6A
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German (de)
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Farhang Ghasemi Afshar
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Ams Osram International GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Ams Osram International GmbH filed Critical Ams Osram International GmbH
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Abstract

Eine Laservorrichtung (10) umfasst einen Whispering-Gallery-Mode Resonator (120), der ring- oder scheibenförmig ausgebildet ist, wobei eine Ring- oder Scheibenebene eine erste horizontale Ebene definiert, und ein laseraktives Material (124) aufweist, wobei mindestens eine optische Mode (122) in dem Whispering-Gallery-Mode Resonator (120) ausbildbar ist. Die Laservorrichtung (10) umfasst weiterhin ein optoelektronisches Halbleiterbauelement (130), wobei das optoelektronische Halbleiterbauelement (130) in vertikaler Richtung unter- oder oberhalb der ersten Ebene angeordnet ist und geeignet ist, elektromagnetische Strahlung (15) in eine Richtung, die eine vertikale Komponente aufweist, zu emittieren, wobei die elektromagnetische Strahlung (15) geeignet ist, das laseraktive Material (124) zu pumpen.A laser device (10) comprises a whispering gallery mode resonator (120) which is ring-shaped or disk-shaped, wherein a ring or disk plane defines a first horizontal plane, and has a laser-active material (124), wherein at least one optical mode (122) can be formed in the whispering gallery mode resonator (120). The laser device (10) further comprises an optoelectronic semiconductor component (130), wherein the optoelectronic semiconductor component (130) is arranged in the vertical direction below or above the first plane and is suitable for emitting electromagnetic radiation (15) in a direction having a vertical component, wherein the electromagnetic radiation (15) is suitable for pumping the laser-active material (124).

Description

Flüstergaleriemoden- oder Whispering-Gallery-Mode Resonatoren (WGM) aus einem laseraktiven Material können als effiziente mikrophotonische kohärente Lichtquellen dienen. Generell wird nach Konzepten gesucht, mit denen man eine Laservorrichtung mit einem Whispering-Gallery-Mode Resonator in praktisch handbarer Weise aufbauen kann.Whispering gallery mode resonators (WGM) made of a laser-active material can serve as efficient microphotonic coherent light sources. In general, concepts are sought that allow a laser device with a whispering gallery mode resonator to be constructed in a practically manageable manner.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Laservorrichtung bereitzustellen.The present invention has for its object to provide an improved laser device.

Gemäß Ausführungsformen wird die Aufgabe durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. Eine Laservorrichtung, umfasst einen Whispering-Gallery-Mode Resonator, der ring- oder scheibenförmig ausgebildet ist, wobei eine Ring- oder Scheibenebene eine erste horizontale Ebene definiert, und ein laseraktives Material aufweist, wobei mindestens eine optische Mode in dem Whispering-Gallery-Mode Resonator ausbildbar ist. Die Laservorrichtung umfasst weiterhin ein optoelektronisches Halbleiterbauelement, wobei das optoelektronische Halbleiterbauelement in vertikaler Richtung unter- oder oberhalb der ersten Ebene angeordnet ist und geeignet ist, elektromagnetische Strahlung in eine Richtung, die eine vertikale Komponente aufweist, zu emittieren, wobei die elektromagnetische Strahlung geeignet ist, das laseraktive Material zu pumpen.According to embodiments, the object is achieved by the subject matter of the independent patent claims. Advantageous further developments are defined in the dependent claims. A laser device comprises a whispering gallery mode resonator which is ring-shaped or disk-shaped, wherein a ring or disk plane defines a first horizontal plane, and has a laser-active material, wherein at least one optical mode can be formed in the whispering gallery mode resonator. The laser device further comprises an optoelectronic semiconductor component, wherein the optoelectronic semiconductor component is arranged in the vertical direction below or above the first plane and is suitable for emitting electromagnetic radiation in a direction having a vertical component, wherein the electromagnetic radiation is suitable for pumping the laser-active material.

Gemäß weiteren Ausführungsformen kann der Whispering-Gallery-Mode Resonator auch kugelförmig oder ellipsoidförmig ausgebildet ist. Dabei definiert eine Äquatorebene eine erste horizontale Ebene. Beispielsweise kann im Fall eines kugelförmigen Resonators eine Äquatorebene eine beliebige Ebene sein, die den Kugelmittelpunkt schneidet. Im Falle eines ellipsoidförmigen Resonators kann eine Äquatorebene eine Ebene mit größtmöglichem Umfang oder größtmöglicher Fläche sein, die jeweils den Mittelpunkt des Ellipsoids schneidet.According to further embodiments, the whispering gallery mode resonator can also be spherical or ellipsoidal. An equatorial plane defines a first horizontal plane. For example, in the case of a spherical resonator, an equatorial plane can be any plane that intersects the center of the sphere. In the case of an ellipsoidal resonator, an equatorial plane can be a plane with the largest possible circumference or the largest possible area, each of which intersects the center of the ellipsoid.

Beispielsweise kann das optoelektronische Halbleiterbauelement geeignet sein, die elektromagnetische Strahlung in eine Richtung zu emittieren, dass die elektromagnetische Strahlung mit der optischen Mode, beispielsweise einem vertikalen Querschnitt der optischen Mode überlappt.For example, the optoelectronic semiconductor component may be suitable for emitting the electromagnetic radiation in a direction such that the electromagnetic radiation overlaps with the optical mode, for example a vertical cross-section of the optical mode.

Gemäß Ausführungsformen weist die Laservorrichtung eine Anordnung von optoelektronischen Halbleiterbauelementen auf, die in einer zweiten horizontalen Ebene angeordnet sind.According to embodiments, the laser device comprises an arrangement of optoelectronic semiconductor components arranged in a second horizontal plane.

Die optoelektronischen Halbleiterbauelemente können ringförmig angeordnet sein.The optoelectronic semiconductor components can be arranged in a ring shape.

Gemäß Ausführungsformen umfasst die Laservorrichtung ferner eine Steuereinrichtung, die geeignet ist, die einzelnen optoelektronischen Halbleiterbauelemente mit identischer Phase zu betreiben.According to embodiments, the laser device further comprises a control device which is suitable for operating the individual optoelectronic semiconductor components with identical phase.

Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die Steuereinrichtung geeignet sein, selektiv einzelne der optoelektronischen Halbleiterbauelemente zu betreiben.According to further embodiments, the control device may be suitable for selectively operating individual ones of the optoelectronic semiconductor components.

Beispielsweise kann das optoelektronische Halbleiterbauelement einen oberflächenemittierender Halbleiterlaser mit vertikalem Resonator, VCSEL, umfassen.For example, the optoelectronic semiconductor device may comprise a vertical cavity surface emitting semiconductor laser, VCSEL.

Dabei kann eine Apertur des VCSEL derart bemessen sein, dass eine horizontale Ausdehnung der emittierten elektromagnetischen Strahlung im Whispering-Gallery-Mode Resonator kleiner als der vertikale Querschnitt der optischen Mode ist.The aperture of the VCSEL can be dimensioned such that the horizontal extension of the emitted electromagnetic radiation in the whispering gallery mode resonator is smaller than the vertical cross section of the optical mode.

Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement eine lichtemittierende Diode.According to further embodiments, the optoelectronic semiconductor component comprises a light-emitting diode.

Die Laservorrichtung kann ferner eine Blockierschicht auf einer dem optoelektronischen Halbleiterbauelement zugewandten Seite des Whispering-Gallery-Mode Resonators umfassen.The laser device may further comprise a blocking layer on a side of the whispering gallery mode resonator facing the optoelectronic semiconductor component.

Darüber hinaus kann die Laservorrichtung ein Prisma zum Auskoppeln von erzeugter Laserstrahlung enthalten.In addition, the laser device can contain a prism for coupling out generated laser radiation.

Beispielsweise kann das Prisma einstückig mit dem Whispering-Gallery-Mode Resonator ausgebildet sein.For example, the prism can be formed integrally with the whispering gallery mode resonator.

Gemäß Ausführungsformen kann die Laservorrichtung weiterhin eine Heizvorrichtung aufweisen, die an dem Whispering-Gallery-Mode Resonator angebracht ist und geeignet ist, eine Wellenlänge der erzeugten Laserstrahlung zu verändern.According to embodiments, the laser device may further comprise a heating device which is attached to the whispering gallery mode resonator and is suitable for changing a wavelength of the generated laser radiation.

Gemäß Ausführungsformen umfasst eine elektronische Vorrichtung die vorstehend beschriebene Laservorrichtung. Die elektronische Vorrichtung kann beispielsweise eine Spektroskopievorrichtung oder eine LIDAR-Vorrichtung sein.According to embodiments, an electronic device comprises the laser device described above. The electronic device may be, for example, a spectroscopy device or a LIDAR device.

Die begleitenden Zeichnungen dienen dem Verständnis von Ausführungsbeispielen der Erfindung. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsbeispiele und dienen zusammen mit der Beschreibung deren Erläuterung. Weitere Ausführungsbeispiele und zahlreiche der beabsichtigten Vorteile ergeben sich unmittelbar aus der nachfolgenden Detailbeschreibung. Die in den Zeichnungen gezeigten Elemente und Strukturen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander dargestellt. Gleiche Bezugszeichen verweisen auf gleiche oder einander entsprechende Elemente und Strukturen.

  • 1A zeigt eine schematische Darstellung einer Laservorrichtung gemäß Ausführungsformen.
  • 1B zeigt eine schematische Darstellung eines VCSEL („vertical cavity surface emitting laser“) als Komponente der Laservorrichtung.
  • 1C zeigt eine schematische Darstellung einer LED („lichtemittierende Diode“) als Komponente der Laservorrichtung.
  • 1D zeigt eine schematische Darstellung einer Laservorrichtung gemäß weiteren Ausführungsformen.
  • Die 2A und 2B veranschaulichen Beispiele von Whispering-Gallery-Mode Resonatoren.
  • 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Laservorrichtung gemäß Ausführungsformen.
  • Die 4A und 4B zeigen Komponenten einer Laservorrichtung.
  • 4C zeigt ein Beispiel einer zusammengefügten Laservorrichtung gemäß Ausführungsformen.
  • 5 zeigt eine weitere Ausgestaltung des Whispering-Gallery-Mode Resonators.
  • Die 6A und 6B zeigen Komponenten einer Laservorrichtung gemäß weiteren Ausführungsformen.
  • 6C zeigt eine perspektivische Ansicht einer Laservorrichtung gemäß weiteren Ausführungsformen.
  • 7 zeigt eine elektronische Vorrichtung gemäß Ausführungsformen.
The accompanying drawings are intended to provide an understanding of embodiments of the invention. The drawings illustrate embodiments and together with the description serve to explain the same. Other embodiments and many of the intended advantages will become apparent from the detailed description below. The elements and structures shown in the drawings are not necessarily ously shown to scale. Identical reference symbols refer to identical or corresponding elements and structures.
  • 1A shows a schematic representation of a laser device according to embodiments.
  • 1B shows a schematic representation of a VCSEL (“vertical cavity surface emitting laser”) as a component of the laser device.
  • 1C shows a schematic representation of an LED (“light emitting diode”) as a component of the laser device.
  • 1D shows a schematic representation of a laser device according to further embodiments.
  • The 2A and 2 B illustrate examples of whispering gallery mode resonators.
  • 3 shows a perspective view of a laser device according to embodiments.
  • The 4A and 4B show components of a laser device.
  • 4C shows an example of an assembled laser device according to embodiments.
  • 5 shows a further design of the Whispering Gallery Mode Resonator.
  • The 6A and 6B show components of a laser device according to further embodiments.
  • 6C shows a perspective view of a laser device according to further embodiments.
  • 7 shows an electronic device according to embodiments.

In der folgenden Detailbeschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen zu Veranschaulichungszwecken spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind. In diesem Zusammenhang wird eine Richtungsterminologie wie „Oberseite“, „Boden“, „Vorderseite“, „Rückseite“, „über“, „auf“, „vor“, „hinter“, „vorne“, „hinten“ usw. auf die Ausrichtung der gerade beschriebenen Figuren bezogen. Da die Komponenten der Ausführungsbeispiele in unterschiedlichen Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie nur der Erläuterung und ist in keiner Weise einschränkend.In the following detailed description, reference is made to the accompanying drawings, which form a part of the disclosure, and in which specific embodiments are shown for purposes of illustration. In this context, directional terminology such as "top", "bottom", "front", "back", "over", "on", "in front of", "behind", "fore", "backward", etc., refers to the orientation of the figures just described. Since the components of the embodiments can be positioned in different orientations, the directional terminology is for purposes of explanation only and is not in any way limiting.

Die Beschreibung der Ausführungsbeispiele ist nicht einschränkend, da auch andere Ausführungsbeispiele existieren und strukturelle oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne dass dabei vom durch die Patentansprüche definierten Bereich abgewichen wird. Insbesondere können Elemente von im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen mit Elementen von anderen der beschriebenen Ausführungsbeispiele kombiniert werden, sofern sich aus dem Kontext nichts anderes ergibt.The description of the embodiments is not limiting, since other embodiments exist and structural or logical changes may be made without departing from the scope defined by the patent claims. In particular, elements of embodiments described below may be combined with elements of other embodiments described, unless the context indicates otherwise.

Die Begriffe „lateral“ und „horizontal“, wie in dieser Beschreibung verwendet, sollen eine Orientierung oder Ausrichtung beschreiben, die im Wesentlichen parallel zu einer ersten Oberfläche eines Substrats oder Halbleiterkörpers verläuft. The terms “lateral” and “horizontal” as used in this specification are intended to describe an orientation or alignment that is substantially parallel to a first surface of a substrate or semiconductor body.

Dies kann beispielsweise die Oberfläche eines Wafers oder eines Chips (Die) sein.This can be, for example, the surface of a wafer or a chip (die).

Die horizontale Richtung kann beispielsweise in einer Ebene senkrecht zu einer Wachstumsrichtung beim Aufwachsen von Schichten liegen.The horizontal direction can, for example, lie in a plane perpendicular to a growth direction when growing layers.

Der Begriff „vertikal“, wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, soll eine Orientierung beschreiben, die im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Oberfläche eines Substrats oder Halbleiterkörpers verläuft. Die vertikale Richtung kann beispielsweise einer Wachstumsrichtung beim Aufwachsen von Schichten entsprechen.The term "vertical" as used in this description is intended to describe an orientation that is substantially perpendicular to the first surface of a substrate or semiconductor body. The vertical direction can, for example, correspond to a growth direction when growing layers.

Die Begriffe „Wafer“ oder „Halbleitersubstrat“, die in der folgenden Beschreibung verwendet sind, können jegliche auf Halbleiter beruhende Struktur umfassen, die eine Halbleiteroberfläche hat. Wafer und Struktur sind so zu verstehen, dass sie dotierte und undotierte Halbleiter, epitaktische Halbleiterschichten, gegebenenfalls getragen durch eine Basisunterlage, und weitere Halbleiterstrukturen einschließen. Beispielsweise kann eine Schicht aus einem ersten Halbleitermaterial auf einem Wachstumssubstrat aus einem zweiten Halbleitermaterial, beispielsweise einem GaAs-Substrat, einem GaN-Substrat oder einem Si-Substrat oder aus einem isolierenden Material, beispielsweise auf einem Saphirsubstrat, gewachsen sein.The terms "wafer" or "semiconductor substrate" used in the following description may encompass any semiconductor-based structure having a semiconductor surface. Wafer and structure are to be understood as including doped and undoped semiconductors, epitaxial semiconductor layers optionally supported by a base support, and other semiconductor structures. For example, a layer of a first semiconductor material may be grown on a growth substrate of a second semiconductor material, for example a GaAs substrate, a GaN substrate or a Si substrate, or of an insulating material, for example on a sapphire substrate.

Je nach Verwendungszweck kann der Halbleiter auf einem direkten oder einem indirekten Halbleitermaterial basieren. Beispiele für zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung besonders geeignete Halbleitermaterialien umfassen insbesondere Nitrid-Halbleiterverbindungen, durch die beispielsweise ultraviolettes, blaues oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaN, InGaN, AlN, AlGaN, AlGaInN, Al-GaInBN, Phosphid-Halbleiterverbindungen, durch die beispielsweise grünes oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaAsP, AlGaInP, GaP, AlGaP, sowie weitere Halbleitermaterialien wie GaAs, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, SiC, ZnSe, ZnO, Ga2O3, Diamant, hexagonales BN und Kombinationen der genannten Materialien. Das stöchiometrische Verhältnis der Verbindungshalbleitermaterialien kann variieren. Weitere Beispiele für Halbleitermaterialien können Silizium, Silizium-Germanium und Germanium umfassen. Im Kontext der vorliegenden Beschreibung schließt der Begriff „Halbleiter“ auch organische Halbleitermaterialien ein.Depending on the intended use, the semiconductor can be based on a direct or an indirect semiconductor material. Examples of semiconductor materials that are particularly suitable for generating electromagnetic radiation include in particular nitride semiconductor compounds, through which, for example, ultraviolet, blue or longer-wave light can be generated, such as GaN, InGaN, AlN, AlGaN, AlGaInN, Al-GaInBN, phosphide semiconductor compounds, through which, for example, green or longer-wave light can be generated, such as GaAsP, AlGaInP, GaP, AlGaP, as well as other semiconductor materials such as GaAs, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, SiC, ZnSe, ZnO, Ga 2 O 3 , Dia mant, hexagonal BN and combinations of the above materials. The stoichiometric ratio of the compound semiconductor materials may vary. Other examples of semiconductor materials may include silicon, silicon-germanium and germanium. In the context of the present description, the term "semiconductor" also includes organic semiconductor materials.

Der Begriff „Substrat“ umfasst generell isolierende, leitende oder Halbleitersubstrate.The term “substrate” generally includes insulating, conductive or semiconductor substrates.

1A zeigt eine Laservorrichtung 10 gemäß Ausführungsformen. Die Laservorrichtung 10 umfasst einen Whispering-Gallery-Mode Resonator 120, der ring- oder scheibenförmig ausgebildet ist. Dabei definiert eine Ring- oder Scheibenebene eine erste horizontale Ebene 126, beispielsweise die x-y-Ebene. Der Whispering-Gallery-Mode Resonator 120 weist ein laseraktives Material auf, wobei mindestens eine optische Mode mit einer Laserfrequenz in dem Whispering-Gallery-Mode Resonator ausbildbar ist. Die Laservorrichtung 10 weist ferner ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 130 auf, das in vertikaler Richtung unter- oder oberhalb der ersten Ebene angeordnet ist. Das optoelektronische Halbleiterbauelement 130 ist geeignet, elektromagnetische Strahlung 15 in einer Richtung, die eine vertikale Komponente aufweist, zu emittieren, wobei die elektromagnetische Strahlung 15 geeignet ist, das laseraktive Material 124 zu pumpen. 1A shows a laser device 10 according to embodiments. The laser device 10 comprises a whispering gallery mode resonator 120, which is ring-shaped or disk-shaped. A ring or disk plane defines a first horizontal plane 126, for example the xy plane. The whispering gallery mode resonator 120 has a laser-active material, wherein at least one optical mode with a laser frequency can be formed in the whispering gallery mode resonator. The laser device 10 further has an optoelectronic semiconductor component 130, which is arranged in the vertical direction below or above the first plane. The optoelectronic semiconductor component 130 is suitable for emitting electromagnetic radiation 15 in a direction having a vertical component, wherein the electromagnetic radiation 15 is suitable for pumping the laser-active material 124.

Ein Whispering-Gallery-Mode Resonator, WGM, 120 ist beispielsweise aus einem laseraktiven Material aufgebaut. Beispiele für laseraktive Materialien umfassen generell jegliche Materialien, die als laseraktive Verstärkermaterialien wirken können. Beispiele für laseraktive Materialien umfassen u.a. Seltenerddotierte Oxide, beispielsweise Nd:YVO4. Weitere Dotiermaterialien können andere seltene Erden sein. Beispielsweise können Pr3+, Tb3+, Dy3+, Tm3+ oder Ho3+ -Ionen als Dotiermaterialien verwendet werden. Generell können beliebige Wirtsmaterialien eingesetzt werden, beispielsweise Oxide oder auch Fluoride. Oxide umfassen beispielsweise YAG (Yttriumaluminiumgranat), YAP (Yttriumaluminiumperowskit), SRA (SrAl12O19), SLMA (Sr0,8La0,2MnAl11O19), LuAP (Lutetiumaluminiumperowaskit), LMA (Lanthanmagnesiumhexaaluminat), CAO (Calciumoxid). Fluoride umfassen beispielsweise YGF (Y0,5Gd0,5F3), YLF (Yttriumlithiumfluorid) (LiYF4), SrF (Strontiumfluorid), NGF (NaGdF4), LLF (LiLuF4), GLF (GdLiF4), LaF (LaF3), KYF (KY3F10), CaF (CaF2), BYLF (B (Y0,8Lu0,2)F8), BYF (BaY2F8) und andere.A whispering gallery mode resonator, WGM, 120, for example, is made of a laser-active material. Examples of laser-active materials generally include any materials that can act as laser-active amplifier materials. Examples of laser-active materials include rare earth-doped oxides, for example Nd:YVO 4 . Other doping materials can be other rare earths. For example, Pr 3+ , Tb 3+ , Dy 3+ , Tm 3+ or Ho 3+ ions can be used as doping materials. In general, any host materials can be used, for example oxides or fluorides. Oxides include, for example, YAG (yttrium aluminum garnet), YAP (yttrium aluminum perovskite), SRA (SrAl 12 O 19 ), SLMA (Sr 0.8 La 0.2 MnAl 11 O 19 ), LuAP (lutetium aluminum perovskite), LMA (lanthanum magnesium hexaaluminate), CAO (calcium oxide). Fluorides include, for example, YGF (Y 0.5 Gd 0.5 F 3 ), YLF (yttrium lithium fluoride) (LiYF 4 ), SrF (strontium fluoride), NGF (NaGdF 4 ), LLF (LiLuF 4 ), GLF (GdLiF 4 ), LaF (LaF 3 ), KYF (KY 3 F 10 ), CaF (CaF 2 ), BYLF (B (Y 0.8 Lu 0.2 )F 8 ), BYF (BaY 2 F 8 ) and others.

Beispielsweise kann der Whispering-Gallery-Mode Resonator eine geometrische Abmessung haben, sodass die Resonanzbedingung für bestimmte Wellenlängen erfüllt ist, die von dem laseraktiven Material emittiert werden. Beispielsweise kann der Radius R entsprechend eingestellt werden, um eine entsprechende Resonatorlänge bereitzustellen. Weiterhin kann der Radius r eingestellt werden, damit sich die gewünschten Lasermoden ausbilden. Der Radius R kann größer als der Radius r sein. Beispielsweise können der Radius R und der Radius r kleiner als 1 mm sein. Beispielsweise können der Radius R und der Radius r größer als 10 µm sein.For example, the whispering gallery mode resonator can have a geometric dimension such that the resonance condition is met for certain wavelengths emitted by the laser-active material. For example, the radius R can be adjusted accordingly to provide a corresponding resonator length. Furthermore, the radius r can be adjusted so that the desired laser modes are formed. The radius R can be larger than the radius r. For example, the radius R and the radius r can be smaller than 1 mm. For example, the radius R and the radius r can be larger than 10 µm.

1A zeigt weiterhin eine optische Mode 122, die in dem Whispering-Gallery-Mode Resonator 120 ausbildbar ist. Die optische Mode 122 kann beispielsweise, wie im linken unteren Teil veranschaulicht ist, eine Abmessung wm in horizontaler Richtung haben, die einer radialen Bemessung entspricht. Weiterhin kann die optische Mode 122 eine Abmessung hm in vertikaler Richtung haben, die einer polaren Abmessung entspricht. Beispielsweise kann die Abmessung hm größer als die Abmessung wm sein. Die Abmessung hm kann beispielsweise kleiner als 100 µm sein. Die Abmessung wm kann beispielsweise kleiner als 100 µm sein. 1A further shows an optical mode 122 that can be formed in the whispering gallery mode resonator 120. The optical mode 122 can, for example, as illustrated in the lower left part, have a dimension w m in the horizontal direction that corresponds to a radial dimension. Furthermore, the optical mode 122 can have a dimension h m in the vertical direction that corresponds to a polar dimension. For example, the dimension h m can be larger than the dimension w m . The dimension h m can, for example, be smaller than 100 µm. The dimension w m can, for example, be smaller than 100 µm.

Beispielsweise ist das optoelektronische Halbleiterbauelement 130 geeignet, Licht mit einer relativ kurzen Wellenlänge, beispielsweise blaues Licht, zu emittieren. In diesem Fall können unter Verwendung des Whispering-Gallery-Mode Resonators 120 mit einem geeigneten laseraktiven Material und geeigneten Abmessungen des Resonators beliebige Wellenlängen der Laserstrahlung erzeugt werden.For example, the optoelectronic semiconductor component 130 is suitable for emitting light with a relatively short wavelength, for example blue light. In this case, any wavelength of laser radiation can be generated using the whispering gallery mode resonator 120 with a suitable laser-active material and suitable dimensions of the resonator.

1B zeigt einen oberflächenemittierenden Halbleiterlaser, beispielsweise einen oberflächenemittierenden Halbleiterlaser mit vertikalem Resonator, VCSEL, 132. Der VCSEL 132 umfasst eine erste Halbleiterschicht 101 von einem ersten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise p-leitend und eine zweite Halbleiterschicht 102 von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise n-leitend. Eine aktive Zone 103 zur Strahlungserzeugung ist zwischen der ersten und der zweiten Halbleiterschicht 101, 102 angeordnet. Die aktive Zone 103 kann beispielsweise einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quantentopf-Struktur (SQW, single quantum well) oder eine Mehrfach-Quantentopf-Struktur (MQW, multi quantum well) zur Strahlungserzeugung aufweisen. Die Bezeichnung „Quantentopf-Struktur“ entfaltet hierbei keine Bedeutung hinsichtlich der Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte sowie jede Kombination dieser Schichten. 1B shows a surface-emitting semiconductor laser, for example a vertical cavity surface-emitting semiconductor laser, VCSEL, 132. The VCSEL 132 comprises a first semiconductor layer 101 of a first conductivity type, for example p-conductive, and a second semiconductor layer 102 of a second conductivity type, for example n-conductive. An active zone 103 for generating radiation is arranged between the first and second semiconductor layers 101, 102. The active zone 103 can, for example, have a pn junction, a double heterostructure, a single quantum well structure (SQW) or a multiple quantum well structure (MQW) for generating radiation. The term "quantum well structure" has no meaning with regard to the dimensionality of the quantization. It therefore includes, among other things, quantum wells, quantum wires and quantum dots as well as any combination of these layers.

Ein erster Resonatorspiegel 104 ist beispielsweise über der ersten Halbleiterschicht 101 angeordnet. Ein zweiter Resonatorspiegel 105 ist beispielsweise unter der zweiten Halbleiterschicht 102 angeordnet. Ein optischer Resonator bildet sich zwischen dem ersten und dem zweiten Resonatorspiegel 104, 105 aus. Eine Spannungsquelle 108 ist mit einem ersten Kontaktelement 111 verbunden. Das erste Kontaktelement 111 ist elektrisch mit der ersten Halbleiterschicht 101 verbunden. Ein zweites Kontaktelement 112 ist mit der Spannungsquelle 108 verbunden. Das zweite Kontaktelement 112 ist elektrisch mit der zweiten Halbleiterschicht 102 verbunden. Der VCSEL 132 weist ferner eine blockierende Schicht 109 auf. Eine Öffnung in der blockierenden Schicht 109 definiert eine Apertur 106 des VCSEL 132.A first resonator mirror 104 is arranged, for example, above the first semiconductor layer 101. A second resonator mirror 105 is arranged, for example, below the second semiconductor layer 102 arranged. An optical resonator is formed between the first and second resonator mirrors 104, 105. A voltage source 108 is connected to a first contact element 111. The first contact element 111 is electrically connected to the first semiconductor layer 101. A second contact element 112 is connected to the voltage source 108. The second contact element 112 is electrically connected to the second semiconductor layer 102. The VCSEL 132 further comprises a blocking layer 109. An opening in the blocking layer 109 defines an aperture 106 of the VCSEL 132.

Wird eine geeignete elektrische Spannung zwischen der ersten und der zweiten Halbleiterschicht 101, 102 über die Spannungsquelle 108 angelegt, so rekombinieren Elektronen und Löcher im Bereich der aktiven Zone 103 und emittieren elektromagnetische Strahlung 15 in einer Richtung, die eine vertikale Komponente aufweist. Beispielsweise kann die elektromagnetische Strahlung 15 in eine vertikale Richtung, beispielsweise z-Richtung emittiert werden.If a suitable electrical voltage is applied between the first and second semiconductor layers 101, 102 via the voltage source 108, electrons and holes recombine in the region of the active zone 103 and emit electromagnetic radiation 15 in a direction that has a vertical component. For example, the electromagnetic radiation 15 can be emitted in a vertical direction, for example the z direction.

Das optoelektronische Halbleiterbauelement 130 ist beispielsweise derart positioniert, dass die elektromagnetische Strahlung 15 in einen Randbereich des WGM 120 emittiert wird. Genauer gesagt, wird die elektromagnetische Strahlung 15 beispielsweise derart emittiert, dass die elektromagnetische Strahlung 15 mit einem Querschnitt, beispielsweise einem vertikalen Querschnitt der optischen Mode 122 überlappt. Auf diese Weise wird die elektromagnetische Strahlung 15 auf den Bereich des WGM 120 eingestrahlt, so dass eine Kopplung der elektromagnetischen Strahlung 15 mit der optischen Mode 122 stattfindet. Beispielsweise kann eine horizontale Ausdehnung der emittierten elektromagnetischen Strahlung kleiner als der Querschnitt der optischen Mode 122, beispielsweise kleiner als die radiale Komponente wm sein. Wird das optoelektronische Halbleiterbauelement 130 durch einen VCSEL 132 realisiert, so kann das durch Einstellen der Apertur 106 erfolgen.The optoelectronic semiconductor component 130 is positioned, for example, such that the electromagnetic radiation 15 is emitted into an edge region of the WGM 120. More precisely, the electromagnetic radiation 15 is emitted, for example, such that the electromagnetic radiation 15 overlaps with a cross-section, for example a vertical cross-section, of the optical mode 122. In this way, the electromagnetic radiation 15 is radiated onto the region of the WGM 120, so that a coupling of the electromagnetic radiation 15 with the optical mode 122 takes place. For example, a horizontal extent of the emitted electromagnetic radiation can be smaller than the cross-section of the optical mode 122, for example smaller than the radial component w m . If the optoelectronic semiconductor component 130 is realized by a VCSEL 132, this can be done by adjusting the aperture 106.

Gemäß Ausführungsformen kann die emittierte elektromagnetische Strahlung auch durch Linsen oder andere optische Elemente geformt werden, sodass die horizontale Ausdehnung kleiner als der Querschnitt der optischen Mode 122 ist. Beispielsweise kann das optoelektronische Halbleiterbauelement 130 bei einem kleinen Abstand, beispielsweise kleiner als 5 mm zu dem Whispering-Gallery-Mode Resonator 120 angeordnet sein. Der Abstand kann auch geringer sein, beispielsweise kleiner als 2 mm oder kleiner als 1 mm oder kleiner als 0,5 mm. Insbesondere, wenn die von dem optoelektronischen Halbleiterbauelement 130 emittierte elektromagnetische Strahlung nicht kollimiert ist, ist der Abstand kleiner als 1 mm. Entsprechend kann gemäß Ausführungsformen auf eine Linse oder ein optisches Element verzichtet werden.According to embodiments, the emitted electromagnetic radiation can also be shaped by lenses or other optical elements so that the horizontal extent is smaller than the cross section of the optical mode 122. For example, the optoelectronic semiconductor component 130 can be arranged at a small distance, for example less than 5 mm, from the whispering gallery mode resonator 120. The distance can also be smaller, for example less than 2 mm or less than 1 mm or less than 0.5 mm. In particular, if the electromagnetic radiation emitted by the optoelectronic semiconductor component 130 is not collimated, the distance is less than 1 mm. Accordingly, according to embodiments, a lens or an optical element can be dispensed with.

1C zeigt eine lichtemittierende Diode 134, die gemäß weiteren Ausführungsformen das optoelektronische Halbleiterbauelement 130 darstellen kann. Ähnlich wie der in 1B gezeigte VCSEL 132 weist die lichtemittierende Diode 134 eine erste Halbleiterschicht 101, eine zweite Halbleiterschicht 102 sowie eine aktive Zone 103 auf. Die Spannungsquelle 108 ist über ein erstes Kontaktelement 111 mit der ersten Halbleiterschicht 101 verbunden. Die zweite Halbleiterschicht 102 ist über das zweite Kontaktelement 112 mit der Spannungsquelle 108 verbunden. 1C shows a light emitting diode 134, which according to further embodiments can represent the optoelectronic semiconductor device 130. Similar to the 1B In the VCSEL 132 shown, the light-emitting diode 134 has a first semiconductor layer 101, a second semiconductor layer 102 and an active zone 103. The voltage source 108 is connected to the first semiconductor layer 101 via a first contact element 111. The second semiconductor layer 102 is connected to the voltage source 108 via the second contact element 112.

Eine Linse 114 kann angeordnet sein, um die von der LED emittierte Pumpstrahlung auf den WGM 120, beispielsweise den Bereich, in dem die optische Mode 122 ausgebildet ist, zu lenken. Die Linse 114 kann beispielsweise geeignet sein, den Durchmesser der emittierten Pumpstrahlung 15 zu verringern, so dass der Durchmesser der emittierten Pumpstrahlung 15 auf dem WGM 120 ungefähr so groß wie oder kleiner als ein Querschnitt der optischen Mode 122 ist.A lens 114 may be arranged to direct the pump radiation emitted by the LED onto the WGM 120, for example the region in which the optical mode 122 is formed. The lens 114 may, for example, be suitable for reducing the diameter of the emitted pump radiation 15 so that the diameter of the emitted pump radiation 15 on the WGM 120 is approximately as large as or smaller than a cross section of the optical mode 122.

1D zeigt eine Laservorrichtung 10 gemäß weiteren Ausführungsformen. Die Laservorrichtung 10 umfasst einen Whispering-Gallery-Mode Resonator 120, der kugelförmig ausgebildet ist. Dabei definiert eine Äquatorebene eine erste horizontale Ebene 126, beispielsweise die x-y-Ebene. Die weiteren Komponenten der Laservorrichtung sind ähnlich oder identisch zu denen, die unter Bezugnahme auf 1A beschrieben worden sind. Beispielsweise weist die Laservorrichtung 10 eine Linse 114 ist, die geeignet ist, von der optoelektronischen Halbleitervorrichtung 130 emittierte elektromagnetische Strahlung 15 zu kollimieren. 1D shows a laser device 10 according to further embodiments. The laser device 10 comprises a whispering gallery mode resonator 120, which is spherical in shape. An equatorial plane defines a first horizontal plane 126, for example the xy plane. The other components of the laser device are similar or identical to those described with reference to 1A have been described. For example, the laser device 10 has a lens 114 which is suitable for collimating electromagnetic radiation 15 emitted by the optoelectronic semiconductor device 130.

2A zeigt im linken Teil eine perspektivische Ansicht eines ringförmig ausgebildeten Whispering-Gallery-Mode Resonators 120b. Im rechten Teil zeigt 2A eine Querschnittsansicht des ringförmig ausgebildeten Whispering-Gallery-Mode Resonators 120b. 2A zeigt weiterhin die Position einer optischen Mode 122. Weiterhin zeigt 2A jeweils die ausgestrahlte Laserstrahlung 20. 2A shows in the left part a perspective view of a ring-shaped whispering gallery mode resonator 120b. In the right part shows 2A a cross-sectional view of the ring-shaped whispering gallery mode resonator 120b. 2A also shows the position of an optical mode 122. Furthermore, 2A the emitted laser radiation 20.

2B zeigt im linken Teil ein Beispiel eines scheibenförmig ausgebildeten Whispering-Gallery-Mode Resonators 120a. Der scheibenförmige ausgebildete Whispering-Gallery-Mode Resonator 120a kann beispielsweise vollständig aus laseraktivem Material 124 ausgebildet sein. Im rechten Teil zeigt 2B eine Querschnittsansicht des scheibenförmig ausgebildeten Whispering-Gallery-Mode Resonators 120a. 2B zeigt weiterhin erzeugte Laserstrahlung 20. 2 B shows in the left part an example of a disk-shaped whispering gallery mode resonator 120a. The disk-shaped whispering gallery mode resonator 120a can, for example, be made entirely of laser-active material 124. The right part shows 2 B a cross-sectional view of the disc-shaped Whispering Gallery Mode Resonator 120a. 2 B still shows generated laser radiation 20.

3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Laservorrichtung 10 gemäß Ausführungsformen. Ein Halbleiterchip, beispielsweise ein VCSEL-Chip 131, enthält eine Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen 130. Beispielsweise können die optoelektronischen Halbleiterbauelemente 130 jeweils als VCSELs 132 ausgeführt sein. Die optoelektronischen Halbleiterbauelemente 130 sind in einer zweiten horizontalen Ebene angeordnet, die von der ersten horizontalen Ebene, in der sich der Whispering-Gallery-Mode Resonator 120 befindet, in vertikaler Richtung beabstandet ist. Beispielsweise können die einzelnen optoelektronischen Halbleiterbauelemente 130 ringförmig angeordnet sein, wobei ein Radius des Ringes, in dem sie angeordnet sind, dem Radius der optischen Mode 122 entsprechen kann. Auf diese Weise kann bewirkt werden, dass die von den optoelektronischen Halbleiterbauelementen 130 emittierte elektromagnetische Strahlung jeweils mit der optischen Mode 122 überlappt. Wird eine Spannung an die einzelnen optoelektronischen Halbleiterbauelemente 130 angelegt, so wird jeweils Pumpstrahlung in Richtung des Whispering-Gallery-Mode Resonators 120 emittiert. Es bildet sich eine optische Mode 122 aus, die sich beispielsweise im Uhrzeigersinn in dem Whispering-Gallery-Mode Resonator 120 ausbreiten kann. Eine weitere optische Mode 122 kann sich entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn ausbreiten. 3 shows a perspective view of a laser device 10 according to embodiments. A semiconductor chip, for example a VCSEL chip 131, contains a plurality of optoelectronic semiconductor components 130. For example, the optoelectronic semiconductor components 130 can each be designed as VCSELs 132. The optoelectronic semiconductor components 130 are arranged in a second horizontal plane that is spaced apart in the vertical direction from the first horizontal plane in which the whispering gallery mode resonator 120 is located. For example, the individual optoelectronic semiconductor components 130 can be arranged in a ring shape, wherein a radius of the ring in which they are arranged can correspond to the radius of the optical mode 122. In this way, it can be caused that the electromagnetic radiation emitted by the optoelectronic semiconductor components 130 each overlaps with the optical mode 122. If a voltage is applied to the individual optoelectronic semiconductor components 130, pump radiation is emitted in the direction of the whispering gallery mode resonator 120. An optical mode 122 is formed, which can propagate, for example, clockwise in the whispering gallery mode resonator 120. Another optical mode 122 can propagate counterclockwise.

Laserstrahlung 20 kann über ein Prisma 138, das an die sich ausbildende optische Mode 122 angrenzt, angeordnet ist, ausgekoppelt werden. Beispielsweise kann die Laserstrahlung 20 in zwei gegenläufige Richtungen ausgekoppelt werden. Eine Steuereinrichtung 133 kann jeweils mit den optoelektronischen Halbleiterbauelementen 130, beispielsweise VCSELs 132 verbunden sein.Laser radiation 20 can be coupled out via a prism 138, which is arranged adjacent to the optical mode 122 that is being formed. For example, the laser radiation 20 can be coupled out in two opposite directions. A control device 133 can be connected to each of the optoelectronic semiconductor components 130, for example VCSELs 132.

Beispielsweise können die optoelektronischen Halbleiterbauelemente als VCSELs 132 realisiert sein. Die Steuereinrichtung 133 kann bewirken, dass sämtliche VCSELs 132 in Phase emittieren.For example, the optoelectronic semiconductor components can be implemented as VCSELs 132. The control device 133 can cause all VCSELs 132 to emit in phase.

Gemäß weiteren Ausführungsformen können die optoelektronischen Halbleiterbauelemente als VCSELs 132 oder als LEDs 134 realisiert sein. Die Steuereinrichtung 133 kann einzelne optoelektronische Halbleiterbauelemente 130 selektiv ein- oder ausschalten. Auf diese Weise ist die Ausgangsleistung der Laservorrichtung 10 einstellbar.According to further embodiments, the optoelectronic semiconductor components can be implemented as VCSELs 132 or as LEDs 134. The control device 133 can selectively switch individual optoelectronic semiconductor components 130 on or off. In this way, the output power of the laser device 10 can be adjusted.

Die 4A bis 4C veranschaulichen Komponenten und den Aufbau einer Laservorrichtung gemäß weiteren Ausführungsformen, bei denen der Whispering-Gallery-Mode Resonator 120 direkt auf dem VCSEL-Chip 131 aufgebracht ist. Auf diese Weise können Resonator und Prisma als einstückiges Modul verwirklicht werden, wodurch Integration und Ausrichtungsschritte stark vereinfacht werden können.The 4A to 4C illustrate components and the structure of a laser device according to further embodiments in which the whispering gallery mode resonator 120 is applied directly to the VCSEL chip 131. In this way, the resonator and prism can be realized as a one-piece module, which can greatly simplify integration and alignment steps.

4A zeigt den Whispering-Gallery-Mode Resonator 120, der auf einem transparenten Substrat 100 aufgebracht ist. Das transparente Substrat 100 ist derart strukturiert, dass ein Prisma 138 zur Auskopplung der Laserstrahlung angrenzt an den Whispering-Gallery-Mode Resonator 120 angeordnet ist. Weiterhin können Aussparungen zur Ausbildung von Kontaktbereichen vorgesehen sein. Der VCSEL-Chip 131 enthält eine Vielzahl von VCSEL oder optoelektronischen Halbleiterbauelementen 130, die entlang eines Rings angeordnet sein können. Der VCSEL-Chip 131 kann eine Aussparung zur Bereitstellung des ersten Kontaktbereichs 116 aufweisen. Weiterhin kann über dem VCSEL-Chip 131 eine leitfähige Beschichtung zur Ausbildung des zweiten Kontaktbereichs 117 ausgebildet sein. 4A shows the whispering gallery mode resonator 120, which is applied to a transparent substrate 100. The transparent substrate 100 is structured such that a prism 138 for coupling out the laser radiation is arranged adjacent to the whispering gallery mode resonator 120. Furthermore, recesses can be provided for forming contact regions. The VCSEL chip 131 contains a plurality of VCSEL or optoelectronic semiconductor components 130, which can be arranged along a ring. The VCSEL chip 131 can have a recess for providing the first contact region 116. Furthermore, a conductive coating for forming the second contact region 117 can be formed over the VCSEL chip 131.

4C zeigt nun eine perspektivische Ansicht einer Laservorrichtung 10, die sich durch Zusammenfügen der in den 4A und 4B gezeigten Komponenten ergeben kann. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 133 mit dem ersten und dem zweiten Kontaktbereich 116, 117 verbunden sein, um eine phasengenaue Ansteuerung der einzelnen optoelektronischen Halbleiterbauelemente 130, beispielsweise VCSELs 132, zu erzielen. Der Whispering-Gallery-Mode Resonator 120 ist direkt über den VCSELs 132 aufgebracht, so dass die emittierte Pumpstrahlung effizient in den Resonator 120 eingekoppelt wird. Erzeugte Laserstrahlung 20 wird über das Prisma 138 ausgekoppelt. 4C now shows a perspective view of a laser device 10, which is made by assembling the 4A and 4B shown components. For example, the control device 133 can be connected to the first and second contact areas 116, 117 in order to achieve phase-accurate control of the individual optoelectronic semiconductor components 130, for example VCSELs 132. The whispering gallery mode resonator 120 is applied directly above the VCSELs 132 so that the emitted pump radiation is efficiently coupled into the resonator 120. Generated laser radiation 20 is coupled out via the prism 138.

5 zeigt ein Beispiel eines Whispering-Gallery-Mode Resonators 120, der beispielsweise eine Blockierschicht 136 auf der Seite, die den optoelektronischen Halbleiterbauelementen 130 zugewandt ist, aufweist. Beispielsweise kann die Blockierschicht 136 eine dichroitische Schicht sein. Beispielsweise kann die Blockierschicht 136 geeignet sein, elektromagnetische Strahlung einer ersten Wellenlänge (z.B. Pumplicht 15) durchzulassen und elektromagnetische Strahlung einer zweiten Wellenlänge (z.B. Laserstrahlung 20) zu reflektieren. Auf diese Weise kann der Anteil von Licht, das zurück in die optoelektronischen Halbleiterbauelemente 130 reflektiert wird, vermieden werden. Der Whispering-Gallery-Mode Resonator 120 mit der Blockierschicht 136 kann bei allen dargestellten Ausführungsformen verwendet werden. 5 shows an example of a whispering gallery mode resonator 120, which for example has a blocking layer 136 on the side facing the optoelectronic semiconductor components 130. For example, the blocking layer 136 can be a dichroic layer. For example, the blocking layer 136 can be suitable for letting through electromagnetic radiation of a first wavelength (eg pump light 15) and reflecting electromagnetic radiation of a second wavelength (eg laser radiation 20). In this way, the proportion of light that is reflected back into the optoelectronic semiconductor components 130 can be avoided. The whispering gallery mode resonator 120 with the blocking layer 136 can be used in all embodiments shown.

Die 6A und 6B zeigen Komponenten einer Laservorrichtung gemäß weiteren Ausführungsformen. Der in 6A dargestellte Whispering-Gallery-Mode Resonator 120 ähnelt dem in 4A dargestellten. Abweichend hiervon ist eine Heizvorrichtung 140 an der Oberfläche angebracht. Durch Aufheizen des WGM Resonators 120 lässt sich der Brechungsindex des Materials und damit eine Emissionswellenlänge der erzeugten Laserstrahlung 20 einstellen. Der in 6B gezeigte VCSEL-Chip 131 kann beispielsweise identisch zu dem in 4B gezeigten sein.The 6A and 6B show components of a laser device according to further embodiments. The 6A The Whispering Gallery Mode Resonator 120 shown is similar to the one in 4A Deviating from this, a Heating device 140 is attached to the surface. By heating the WGM resonator 120, the refractive index of the material and thus an emission wavelength of the generated laser radiation 20 can be adjusted. The 6B The VCSEL chip 131 shown may, for example, be identical to the one shown in 4B shown.

6C zeigt eine perspektivische Ansicht der Laservorrichtung die nach Zusammenfügen der Komponenten. Die in 6C gezeigte Laservorrichtung 10 kann identisch zu der in 4C gezeigten sein mit der Änderung, dass eine Heizvorrichtung 140 an der Oberfläche des Whispering-Gallery-Mode Resonators 120 angeordnet ist. 6C shows a perspective view of the laser device after assembly of the components. The 6C shown laser device 10 can be identical to the one in 4C shown with the modification that a heater 140 is arranged on the surface of the whispering gallery mode resonator 120.

Wie beschrieben worden ist, ist es mit der gezeigten Laservorrichtung möglich, eine kompakte und praktisch handhabbare Laservorrichtung 10 zur Verfügung zu stellen, bei der eine Wellenlänge der Laserstrahlung 20 präzise auf einen beliebigen Wert eingestellt werden kann.As has been described, with the laser device shown it is possible to provide a compact and practically handleable laser device 10 in which a wavelength of the laser radiation 20 can be precisely set to any value.

Die Laservorrichtung ist weiterhin weniger kompliziert, weist ein geringes Gewicht auf und ist kosteneffizient. Auf diese Weise lässt sich eine sehr schmalbandige Laserquelle bereitstellen. Durch Hinzufügen der Heizvorrichtung 140 ist eine Emissionswellenlänge abstimmbar.The laser device is also less complicated, lightweight and cost effective. In this way, a very narrow band laser source can be provided. By adding the heater 140, an emission wavelength can be tuned.

Die beschriebene Laservorrichtung lässt sich beispielsweise in spektroskopischen Anwendungen verwenden, da sie eine genau einstellbare schmalbandige Wellenlänge bereitstellt. Dadurch, dass der Bereich des Whispering-Gallery-Mode Resonators 120, in dem sich die optische Mode ausbildet, mit der Pumpstrahlung bestrahlt wird, wird ein unerwünschtes Aufheizen des Whispering-Gallery-Mode Resonators 120 vermieden und dadurch die Emissionswellenlänge stabilisiert. Wie beschrieben worden ist, kann bei der Laservorrichtung auch eine gewöhnliche lichtemittierende Diode 134 als Pumplichtquelle verwendet werden.The described laser device can be used, for example, in spectroscopic applications, since it provides a precisely adjustable narrow-band wavelength. By irradiating the region of the whispering gallery mode resonator 120 in which the optical mode is formed with the pump radiation, undesirable heating of the whispering gallery mode resonator 120 is avoided and the emission wavelength is thereby stabilized. As has been described, a conventional light-emitting diode 134 can also be used as a pump light source in the laser device.

Bei Ausführungsformen, die eine Anordnung von optoelektronischen Halbleiterbauelementen 130 aufweist, ist es möglich, selektiv, nur einzelne der Halbleiterbauelemente 130 zu betreiben. Dadurch kann die Ausgangsleistung eingestellt werden.In embodiments having an arrangement of optoelectronic semiconductor components 130, it is possible to selectively operate only individual ones of the semiconductor components 130. This allows the output power to be adjusted.

7 zeigt eine elektronische Vorrichtung 30 gemäß Ausführungsformen. Die elektronische Vorrichtung 30 umfasst die beschriebene Laservorrichtung 10. Die elektronische Vorrichtung 30 kann beispielsweise eine Spektroskopievorrichtung sein. Da die Laservorrichtung 10 Laserstrahlung 20 mit einer präzise einstellbaren Wellenlänge emittiert, ist sie vorteilhaft in der Spektroskopievorrichtung einsetzbar. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die elektronische Vorrichtung 30 eine LIDAR-Vorrichtung, beispielsweise zur Anwendung bei kleineren Abständen, beispielsweise kleiner als 100 m sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die elektronische Vorrichtung 30 eine Vorrichtung sein, bei der präzise einstellbare Wellenlängen vorteilhaft sind. 7 shows an electronic device 30 according to embodiments. The electronic device 30 comprises the described laser device 10. The electronic device 30 can be, for example, a spectroscopy device. Since the laser device 10 emits laser radiation 20 with a precisely adjustable wavelength, it can advantageously be used in the spectroscopy device. According to further embodiments, the electronic device 30 can be a LIDAR device, for example for use at smaller distances, for example less than 100 m. According to further embodiments, the electronic device 30 can be a device in which precisely adjustable wavelengths are advantageous.

Obwohl hierin spezifische Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben worden sind, werden Fachleute erkennen, dass die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen durch eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Ausgestaltungen ersetzt werden können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Die Anmeldung soll jegliche Anpassungen oder Variationen der hierin diskutierten spezifischen Ausführungsformen abdecken. Daher wird die Erfindung nur durch die Ansprüche und deren Äquivalente beschränkt.Although specific embodiments have been illustrated and described herein, those skilled in the art will recognize that a variety of alternative and/or equivalent designs may be substituted for the specific embodiments shown and described without departing from the scope of the invention. This application is intended to cover any adaptations or variations of the specific embodiments discussed herein. Therefore, the invention is limited only by the claims and their equivalents.

BEZUGSZEICHENLISTELIST OF REFERENCE SYMBOLS

1010
LaservorrichtungLaser device
1515
elektromagnetische Strahlungelectromagnetic radiation
2020
LaserstrahlungLaser radiation
3030
elektronische Vorrichtungelectronic device
101101
erste Halbleiterschichtfirst semiconductor layer
102102
zweite Halbleiterschichtsecond semiconductor layer
103103
aktive Zoneactive zone
104104
erster Resonatorspiegelfirst resonator mirror
105105
zweiter Resonatorspiegelsecond resonator mirror
106106
AperturAperture
108108
SpannungsquelleVoltage source
109109
blockierende Schichtblocking layer
111111
erstes Kontaktelementfirst contact element
112112
zweites Kontaktelementsecond contact element
114114
Linselens
116116
erster Kontaktbereichfirst contact area
117117
zweiter Kontaktbereichsecond contact area
120120
Whispering-Gallery-Mode ResonatorWhispering Gallery Mode Resonator
120a120a
scheibenförmiger Resonatordisc-shaped resonator
120b120b
ringförmiger Resonatorring-shaped resonator
122122
optische Modeoptical fashion
124124
laseraktives Materiallaser-active material
126126
erste horizontale Ebenefirst horizontal level
130130
Optoelektronisches HalbleiterbauelementOptoelectronic semiconductor device
131131
VCSEL-ChipVCSEL chip
132132
VCSELVCSEL
133133
SteuereinrichtungControl device
134134
Lichtemittierende DiodeLight emitting diode
136136
BlockierschichtBlocking layer
138138
Prismaprism
140140
HeizvorrichtungHeating device

Claims (16)

Laservorrichtung (10), umfassend: einen Whispering-Gallery-Mode Resonator (120), der ring-, oder scheibenförmig ausgebildet ist, wobei eine Ring- oder Scheibenebene eine erste horizontale Ebene definiert, und ein laseraktives Material (124) aufweist, wobei mindestens eine optische Mode (122) in dem Whispering-Gallery-Mode Resonator (120) ausbildbar ist, und ein optoelektronisches Halbleiterbauelement (130), wobei das optoelektronische Halbleiterbauelement (130) in vertikaler Richtung unter- oder oberhalb der ersten horizontalen Ebene angeordnet ist und geeignet ist, elektromagnetische Strahlung (15) in eine Richtung, die eine vertikale Komponente aufweist, zu emittieren, wobei die elektromagnetische Strahlung (15) geeignet ist, das laseraktive Material (124) zu pumpen.Laser device (10), comprising: a whispering gallery mode resonator (120) which is ring-shaped or disk-shaped, wherein a ring or disk plane defines a first horizontal plane, and has a laser-active material (124), wherein at least one optical mode (122) can be formed in the whispering gallery mode resonator (120), and an optoelectronic semiconductor component (130), wherein the optoelectronic semiconductor component (130) is arranged in the vertical direction below or above the first horizontal plane and is suitable for emitting electromagnetic radiation (15) in a direction having a vertical component, wherein the electromagnetic radiation (15) is suitable for pumping the laser-active material (124). Laservorrichtung (10), umfassend: einen Whispering-Gallery-Mode Resonator (120), der kugelförmig oder ellipsoidförmig ausgebildet ist, wobei eine Äquatorebene eine erste horizontale Ebene definiert, und ein laseraktives Material (124) aufweist, wobei mindestens eine optische Mode (122) in dem Whispering-Gallery-Mode Resonator (120) ausbildbar ist, und ein optoelektronisches Halbleiterbauelement (130), wobei das optoelektronische Halbleiterbauelement (130) in vertikaler Richtung unter- oder oberhalb der ersten horizontalen Ebene angeordnet ist und geeignet ist, elektromagnetische Strahlung (15) in eine Richtung, die eine vertikale Komponente aufweist, zu emittieren, wobei die elektromagnetische Strahlung (15) geeignet ist, das laseraktive Material (124) zu pumpen.Laser device (10), comprising: a whispering gallery mode resonator (120) which is spherical or ellipsoidal, wherein an equatorial plane defines a first horizontal plane, and has a laser-active material (124), wherein at least one optical mode (122) can be formed in the whispering gallery mode resonator (120), and an optoelectronic semiconductor component (130), wherein the optoelectronic semiconductor component (130) is arranged in the vertical direction below or above the first horizontal plane and is suitable for emitting electromagnetic radiation (15) in a direction having a vertical component, wherein the electromagnetic radiation (15) is suitable for pumping the laser-active material (124). Laservorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das optoelektronische Halbleiterbauelement (130) geeignet ist, die elektromagnetische Strahlung (15) in eine Richtung zu emittieren, dass die elektromagnetische Strahlung (15) mit einem Querschnitt der optischen Mode (122) überlappt.Laser device (10) according to Claim 1 or 2 , wherein the optoelectronic semiconductor component (130) is suitable for emitting the electromagnetic radiation (15) in a direction such that the electromagnetic radiation (15) overlaps with a cross-section of the optical mode (122). Laservorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Anordnung von optoelektronischen Halbleiterbauelementen (130) aufweist, die in einer zweiten horizontalen Ebene angeordnet sind.Laser device (10) according to one of the preceding claims, comprising an array of optoelectronic semiconductor components (130) arranged in a second horizontal plane. Laservorrichtung (10) nach Anspruch 4, wobei die optoelektronischen Halbleiterbauelemente (130) ringförmig angeordnet sind.Laser device (10) according to Claim 4 , wherein the optoelectronic semiconductor components (130) are arranged in a ring shape. Laservorrichtung (10) nach Anspruch 4 oder 5, ferner mit einer Steuereinrichtung (133), die geeignet ist, die einzelnen optoelektronischen Halbleiterbauelemente (130) mit identischer Phase zu betreiben.Laser device (10) according to Claim 4 or 5 , further comprising a control device (133) which is suitable for operating the individual optoelectronic semiconductor components (130) with an identical phase. Laservorrichtung (10) nach Anspruch 4 oder 5, ferner mit einer Steuereinrichtung (133), die geeignet ist, selektiv einzelne der optoelektronischen Halbleiterbauelemente (130) zu betreiben.Laser device (10) according to Claim 4 or 5 , further comprising a control device (133) which is suitable for selectively operating individual ones of the optoelectronic semiconductor components (130). Laservorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das optoelektronische Halbleiterbauelement (130) einen oberflächenemittierender Halbleiterlaser (132) mit vertikalem Resonator, VCSEL, umfasst.Laser device (10) according to one of the preceding claims, wherein the optoelectronic semiconductor component (130) comprises a vertical cavity surface emitting semiconductor laser (132), VCSEL. Laservorrichtung (10) nach Anspruch 8, wobei eine Apertur (106) des VCSEL (132) derart bemessen ist, dass eine horizontale Ausdehnung der emittierten elektromagnetischen Strahlung im Whispering-Gallery-Mode Resonator (120) kleiner als der Querschnitt der optischen Mode (122) ist.Laser device (10) according to Claim 8 , wherein an aperture (106) of the VCSEL (132) is dimensioned such that a horizontal extent of the emitted electromagnetic radiation in the whispering gallery mode resonator (120) is smaller than the cross section of the optical mode (122). Laservorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das optoelektronische Halbleiterbauelement (130) eine lichtemittierende Diode (134) umfasst.Laser device (10) according to one of the Claims 1 until 7 , wherein the optoelectronic semiconductor component (130) comprises a light emitting diode (134). Laservorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einer Blockierschicht (136) auf einer dem optoelektronischen Halbleiterbauelement (130) zugewandten Seite des Whispering-Gallery-Mode Resonators (120).Laser device (10) according to one of the preceding claims, further comprising a blocking layer (136) on a side of the whispering gallery mode resonator (120) facing the optoelectronic semiconductor component (130). Laservorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einem Prisma (138) zum Auskoppeln von erzeugter Laserstrahlung (20).Laser device (10) according to one of the preceding claims, further comprising a prism (138) for coupling out generated laser radiation (20). Laservorrichtung (10) nach Anspruch 11, wobei das Prisma (138) einstückig mit dem Whispering-Gallery-Mode Resonator (120) ausgebildet ist.Laser device (10) according to Claim 11 , wherein the prism (138) is formed integrally with the whispering gallery mode resonator (120). Laservorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einer Heizvorrichtung (140), die an dem Whispering-Gallery-Mode Resonator (120) angebracht ist und geeignet ist, eine Wellenlänge der erzeugten Laserstrahlung (20) zu verändern.Laser device (10) according to one of the preceding claims, further comprising a heating device (140) which is attached to the whispering gallery mode resonator (120) and is suitable for changing a wavelength of the generated laser radiation (20). Elektronische Vorrichtung (30), welche die Laservorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.Electronic device (30) comprising the laser device (10) according to any one of the preceding claims. Elektronische Vorrichtung (30) nach Anspruch 15, die eine Spektroskopievorrichtung oder eine LIDAR-Vorrichtung ist.Electronic device (30) according to Claim 15 which is a spectroscopy device or a LIDAR device.
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