DE102022130568A1 - LASER DEVICE AND ELECTRONIC DEVICE - Google Patents
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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.
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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 und2B veranschaulichen Beispiele von Whispering-Gallery-Mode Resonatoren. -
3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Laservorrichtung gemäß Ausführungsformen. - Die
4A und4B 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 und6B zeigen Komponenten einer Laservorrichtung gemäß weiteren Ausführungsformen. -
6C zeigt eine perspektivische Ansicht einer Laservorrichtung gemäß weiteren Ausführungsformen. -
7 zeigt eine elektronische Vorrichtung gemäß Ausführungsformen.
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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 and2 B illustrate examples of whispering gallery mode resonators. -
3 shows a perspective view of a laser device according to embodiments. - The
4A and4B 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 and6B 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.
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.
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
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
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
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
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
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
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.
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
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
Die
Die
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
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
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
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
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)
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|---|---|---|---|
| DE102022130568.6A DE102022130568A1 (en) | 2022-11-18 | 2022-11-18 | LASER DEVICE AND ELECTRONIC DEVICE |
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- 2022-11-18 DE DE102022130568.6A patent/DE102022130568A1/en not_active Withdrawn
-
2023
- 2023-11-13 WO PCT/EP2023/081649 patent/WO2024104978A1/en not_active Ceased
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2024104978A1 (en) | 2024-05-23 |
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