[go: up one dir, main page]

WO2009148360A1 - Диодный лазер, интегральный диодный лазер и интегральный полупроводниковый оптический усилитель - Google Patents

Диодный лазер, интегральный диодный лазер и интегральный полупроводниковый оптический усилитель Download PDF

Info

Publication number
WO2009148360A1
WO2009148360A1 PCT/RU2009/000278 RU2009000278W WO2009148360A1 WO 2009148360 A1 WO2009148360 A1 WO 2009148360A1 RU 2009000278 W RU2009000278 W RU 2009000278W WO 2009148360 A1 WO2009148360 A1 WO 2009148360A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
radiation
heterostructure
diode laser
laser
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/RU2009/000278
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Василий Иванович ШВЕЙКИН
Виктор Арчилович ГЕЛОВАНИ
Алексей Николаевич COHK
Игорь Петрович ЯРЕМА
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.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN200980120976XA priority Critical patent/CN102057545B/zh
Priority to CA2727159A priority patent/CA2727159A1/en
Priority to JP2011512407A priority patent/JP2011523209A/ja
Priority to US12/996,165 priority patent/US8238398B2/en
Priority to EP09758596A priority patent/EP2302747A1/en
Publication of WO2009148360A1 publication Critical patent/WO2009148360A1/ru
Priority to IL209425A priority patent/IL209425A0/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H01S5/0265—Intensity modulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031—Edge-emitting structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2301/00—Functional characteristics
    • H01S2301/18—Semiconductor lasers with special structural design for influencing the near- or far-field
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
    • H01S5/0287—Facet reflectivity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/1003—Waveguide having a modified shape along the axis, e.g. branched, curved, tapered, voids
    • H01S5/1014—Tapered waveguide, e.g. spotsize converter
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/1003—Waveguide having a modified shape along the axis, e.g. branched, curved, tapered, voids
    • H01S5/1017—Waveguide having a void for insertion of materials to change optical properties
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/1053—Comprising an active region having a varying composition or cross-section in a specific direction
    • H01S5/1064—Comprising an active region having a varying composition or cross-section in a specific direction varying width along the optical axis
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/2205—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers
    • H01S5/2214—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers based on oxides or nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer

Definitions

  • the invention relates to key components of optoelectronic technology - compact, efficient and powerful sources of laser radiation in a wide range of wavelengths, with high radiation quality, namely: to a diode (semiconductor, injection) laser; to the axis-integrated diode lasers (hereinafter referred to as the integrated diode laser), as well as to the axis-integrated master diode laser and a semiconductor amplifier element (hereinafter, the integrated semiconductor optical amplifier).
  • Diode lasers with increased radiation power and improved laser beam quality are known from the following inventions: [US Pat. 4063189, XEROX CORP. (US), 1977, H01S 3/19, 331 / 94.5 H], [RU Patent 2197048, SHVEYKIN B.I., HELOVANI BA, 02/18/2002, H01 S 5/32].
  • the heterostructure contains at least one active layer, at least two reflective layers of at least one on each side of the active layer, formed from at least one sublayer and having refractive indices lower than the effective refractive index of the heterostructure n Ef .
  • the heterostructure also contains a radiation leak-in region.
  • the inflow region, at least one, is located between the active layer and the corresponding reflective layer, at least on one side of the active layer.
  • the leak-in region includes: a radiation leak-in layer having a refractive index n w and consisting of at least one sublayer; at least one localizing layer consisting of at least one sublayer; the main adjustment layer, consisting of at least one sublayer, having at least one of its sublayers the refractive index is not less than the refractive index n B t of the leak-in layer and adjoining its active layer with one surface; on the opposite side of the main adjustment layer, a localizing layer of the leak-in region is adjacent to its other surface, having a refractive index lower than the refractive index of the main adjustment layer.
  • the reflection coefficients of the reflectors of the optical resonator, as well as the compositions and thicknesses of the heterostructure layers, are chosen such that for a working diode laser, the resulting radiation gain in the active layer is sufficient to maintain the laser generation threshold over the entire range of operating currents.
  • the ratio of n eff / n W in the region of threshold laser currents is determined from the interval of values from unity plus gamma to unity minus gamma, where the gamma value is determined by a number smaller than delta.
  • the active region with the flowing current during the operation of the diode laser is made in the form of a mesa strip .
  • the main advantages of the prototype diode laser are an increase in the output power of laser radiation, an increase in the size of the emitting area in the vertical plane with a corresponding decrease in the angular divergence of the radiation.
  • the prototype diode laser limits a further increase in output power while simultaneously and significantly improving the quality of laser radiation.
  • the known diode laser prototype does not allow integrated diode lasers integrated along the axis - integral DL (hereinafter referred to as IDL) and a driving diode laser (hereinafter referred to as IDL) integrally connected along the axis with a semiconductor amplifier element (hereinafter PUE) - an integrated semiconductor optical amplifier (hereinafter IPOU). Analogs, prototype of the proposed integral DL were not found.
  • Integrated semiconductor optical amplifier with increased radiation power and improved laser beam quality are known from the following inventions: [RU Patent 2109381 (application 96115454), Shveikin B.I., State Research Institute “POLE” RU, 08.19.1996, H01S 3/19, “Integral semiconductor laser - amplifier”], [RU Patent 2134007, SHVEYKIN B.I., State Research Institute “POLYUS” RU, 12.03.1998, H01 S 3/19].
  • the closest in technical essence is the integrated semiconductor optical amplifier proposed by the patent [RU Patent 2134007, Shveikin B.I., SE Research Institute “POLYUS” RU, 12.03.1998, H01 S 3/19], including an integrally connected master diode laser (hereinafter ZDL) and a semiconductor amplifying element (hereinafter PUE) placed along one axis and made of the same semiconductor heterostructure. It contains at least one active layer, at least two boundary layers, an input-output region transparent to radiation, as well as optical faces and ohmic contacts.
  • the ZDL includes an active region with a flowing current during its operation, restrictive radiation regions from the sides of the specified active region, an optical resonator and its reflectors.
  • PUE includes at least one amplification region with a flowing current when it is operated with an antireflection coating on the output optical face.
  • the input angle ⁇ is chosen correspondingly for the amplified radiation arising from the active layer, while the effective refractive index of the heterostructure is n 3ff , together with the input-output region transparent to radiation, and the refractive index n 0B in the mentioned input-output region satisfies the relation
  • n ovv bOLSh ⁇ Pm ⁇ p where n zffm ⁇ n - minimum value of n 3 ⁇ f of all possible n 3 ff for representing practical value set Goethe rostra Keturah in conjunction with input-output region , and n m ⁇ n is the smallest of the refractive indices of the semiconductor compounds that make up the heterostructure.
  • the main advantage of the IPOU prototype is the originality of the proposed designs of the integrally connected IPOU, with increased radiation power, increased size of the emitting area and a corresponding decrease in the angular divergence of radiation.
  • the main disadvantage of the proposed design is the complexity of their technological implementation.
  • the technical result of the proposed GOR-DL is a significant decrease in the density of threshold generation currents (two or more times), an increase in the efficiency and power of laser radiation, an improvement in the stability of mode generation, a sharp (one or more orders of magnitude) increase in the strength of dead reflectors of an optical resonator, and the conclusion laser radiation, bypassing the active layer, through semiconductor wide-gap layers (with respect to the active layer) with a brightened optical face, create the optimal side nyh areas, thereby creating a wide range of wavelengths powerful, highly efficient and reliable, with increased service life, sources of single-frequency, single-mode and multimode laser emission with high-speed modulation of laser radiation with a substantial simplification of technology for their manufacturing and cost reduction.
  • the technical result of the proposed IDL is a significant decrease in the density of threshold generation currents (two or more times), an increase in the efficiency and power of laser radiation, an improvement in the stability of mode generation, a sharp (one or more orders of magnitude) increase in the strength of dead reflectors of an optical resonator, and the realization of laser radiation output bypassing the active layer through semiconductor wide-gap layers (with respect to the active layer) with a brightened optical face, the creation of optimal lateral limiting regions, which made it possible to create powerful, high-performance and reliable sources of single-frequency, single-mode, and multi-mode laser radiation with high-speed laser modulation for a wide range of wavelengths with a significant simplification of the technology for their manufacture and cost reduction.
  • the technical result of the proposed IPOU is a significant decrease in the density of threshold generation currents (two or more times), an increase in the efficiency and power of laser radiation, an improvement in the stability of mode generation, a sharp (one or more orders of magnitude) increase in the strength of dull reflectors of an optical resonator, and the realization of laser radiation output , bypassing the active layer, through semiconductor wide-gap layers (with respect to the active layer) with a clarified optical face, creating optimal lateral limiter
  • the technical result is achieved by the fact that the proposed diode laser comprising a heterostructure based on semiconductor compounds containing at least one active layer, at least two limiting layers, a radiation leak-in region containing at least a leak-in layer, and located between the active layer and the corresponding boundary layer, at least on one side of the active layer, as well as the active region with the flowing current when the diode laser, optical facets, reflectors, an optical resonator, an ohmic contact, with heterostructure is additionally characterized by the ratio of the effective refractive index n eff of the heterostructure to the refractive index n Mo leak-in layer, namely, the ratio of n eff to n B m is determined from the range from one plus delta to units minus gamma, where the delta and gamma are determined by a number much smaller than unity and gamma is larger than the delta, in addition, there are restrictive radiation areas located at a certain distance from both sides s sides of the active areas with a
  • a significant difference between the new proposed GOR-DL is the original and unusual proposed combination of non-obvious optical resonator and non-obvious output of laser radiation. Achieving the generation threshold is carried out in the optical resonator, including on both sides reflectors with the highest possible reflection coefficient of both high-strength mirrors (blank optical resonator).
  • the radiation is removed from the active layer through the wide-gap (with respect to the band gap in the active layer) inflow region of the modified heterostructure of the diode laser with an enlightened (less than 0.01%) optical face.
  • the said reflector formed from the output side of the radiation, is located approximately from the outer layer of the heterostructure to about the inflow layer of the heterostructure.
  • the output of laser radiation from the GOR-DL is carried out in one direction, on the opposite side the reflector of the optical resonator, with a reflection coefficient of laser radiation close to unity, has a height equal to the thickness of the heterostructure.
  • the antireflection coating is on the optical face or the entire thickness of the heterostructure, or part of its thickness remaining after applying a reflective coating.
  • the predetermined lateral bounding regions of said active region have refractive indices of a less effective refractive index n e ⁇ of the heterostructure.
  • these restrictive radiation regions are placed at a certain distance (micron sizes) from the sides of the active region and at a certain depth, below the location of the active layer of the heterostructure, in limiting cases, up to the restrictive layer of the heterostructure closest to the substrate. This achieves an improvement in the stability of mode generation and, accordingly, an increase in the efficiency of laser radiation generation at increased radiation powers.
  • the essence of the non-obvious GOR-DL proposed in the present invention lies in the non-obvious and effective design of the optical resonator and the method for outputting laser radiation outside the optical resonator.
  • the unusual design of the optical resonator is that both of its reflectors reflect almost completely the radiation emerging from the active layer of the laser.
  • the output of laser radiation is realized mainly from the leak-in layer of the proposed heterostructure, bypassing the dull reflectors of the optical resonator, through the wide-gap leak-in region with an enlightened optical face.
  • the technological implementation of the GOR-DL proposed in the present invention is based on well-known basic technological processes that are currently well developed and widely used.
  • the proposal satisfies the criterion of “intended applicability)).
  • the main difference in its manufacture is the features of the heterostructure and the optical resonator GOR-DL.
  • the technical result is achieved by the fact that the proposed integrated diode laser, representing a combination of integrally connected diode lasers (hereinafter IDL), made of the same heterostructure based on semiconductor compounds containing at least one active layer, at least two a boundary layer, a radiation-transparent region of radiation leak-in, containing at least a leak-in layer, and located at least on one side of the active layer between active layer and a corresponding confining layer, and at least two optical resonators and at least two active region with flowing current at the IDL located on the same axis, optical facets, reflectors, and an ohmic contact, with the heterostructure is characterized by the ratio of the effective refractive index n eff of the heterostructure to the refractive index n Mo leak-in layer, namely, the ratio of n eff to n B t is determined from the range from unity plus delta to unity minus gamma, where delta and gamma are determined by a number much less than unity and
  • a significant difference between the new non-obvious proposed IDL consists in a new and non-obvious connection of two deaf optical resonators and their integrated optical connection with each other, as well as in highly efficient radiation output.
  • the generation threshold is reached in optical resonators, including reflectors on both sides with the highest possible reflection coefficient of both mirrors.
  • An effective and optimal integrated coupling of optical resonators (without focusing optics and practically without radiation loss) is carried out mainly through the inflow region of the proposed heterostructure.
  • the output of radiation from the IDL is realized through a wide-gap inflow region with an almost completely clarified (less than 0.01%) optical face with an antireflection coating applied. It was proposed that opened up new and non-obvious opportunities for achieving the above-mentioned technical result of IDL.
  • the reflector of the optical resonator In those cases when the output of laser radiation from the IDL is carried out in one direction, on the opposite side the reflector of the optical resonator, with a reflection coefficient of laser radiation close to unity, has a height equal to the thickness of the heterostructure.
  • the antireflection coating is on the optical face either on the entire thickness of the heterostructure, or on the part of the thickness of the heterostructure remaining after applying the reflective coating.
  • zadannouglublonnye lateral confinement regions of said active region have refractive indices less than the effective refractive index n eff of the heterostructure.
  • these restrictive radiation regions are placed at a certain distance (micron sizes) from the sides of the active region and at a certain depth, below the location of the active layer of the heterostructure, in limiting cases, up to the restrictive layer of the heterostructure closest to the substrate. This achieves an improvement in the stability of mode generation and, accordingly, an increase in the efficiency of generation of IDL laser radiation at high radiation powers.
  • the technical result is also achieved by the fact that from the side of the radiation output, at least one active region, at least part of it, is made expandable at an appropriate angle, and from the side opposite to the side of the radiation output, in the indicated expandable active region, the initial part of its length is made wide equal to the width of the previous active area. Then, for the indicated expandable active region, the reflector on the radiation output side has a width approximately equal to the width of the initial part of the expandable active region.
  • the technical result is also achieved by the fact that at least two active regions of the integrated diode laser have autonomous ohmic contacts.
  • the essence of the non-obvious IDL proposed in the present invention consists in the non-obvious and effective integral coupling between diode lasers, the design of their optical resonators and the method for outputting laser radiation outside the optical resonator.
  • the unusual design of the optical resonator is that both of its reflectors almost completely reflect the radiation coming from the active layer of the laser, and the output of laser radiation is realized mainly from the leak-in layer of the heterostructure we have proposed, bypassing the dull reflectors of the optical resonator, almost completely clarified optical face (less than 0.01%).
  • the technological implementation of the IDL proposed in the present invention is based on well-known basic technological processes that are currently well developed and widely used.
  • the proposal satisfies the criterion of “intended applicability)).
  • the main difference in its manufacture is the features of the heterostructure and optical resonators of diode lasers.
  • the technical result is achieved by the fact that the proposed integrated semiconductor optical amplifier (hereinafter IPOU), including integrally connected master diode laser (ZDL) and a semiconductor amplifier element (PUE), placed on the same axis and made of the same semiconductor heterostructure containing at least one active layer, at least two boundary layers, an area transparent to radiation, as well as optical faces, ohmic contacts.
  • the ZDL includes an active region with a flowing current when the master diode laser is operating, restrictive radiation regions on the sides of the specified active region, an optical resonator and its reflectors
  • an EMC includes at least one amplification region (with a flowing current when the EMC operates) with antireflection coating on the output optical face.
  • the heterostructure is additionally characterized by the ratio of the effective refractive index n e ⁇ of the heterostructure to the refractive index n W of the leak-in layer, namely, the ratio of n e ⁇ to n B t is determined from the range from unity plus delta to unity minus gamma, where the delta and gamma are determined by many smaller units and gamma larger deltas.
  • the above region, transparent to radiation, which is the leak-in region has at least a leak-in layer and is located between the active layer and the corresponding bounding layer, at least on one side of the active layer.
  • the reflector ZLD adjacent to the active region of amplification of the PUE, is made adjacent to the active layer and located on either side of the active layer of semiconductor heterostructure layers, the total thickness of which is, at least in the range from ( ⁇ / 4n eff) m to (4 ⁇ / n eff) m, where ⁇ - length of laser radiation wave in free space, and the antireflection coating on the output optical face of the PUE is made with a reflection coefficient close to zero.
  • a significant difference between the new proposed IPOU is the non-obvious integral connection of the ZDL and the PUE and the unusual optical resonator of the ZDL.
  • the threshold for the generation of ZDLs is reached in the optical cavity, both reflectors of which have the highest possible reflection coefficients.
  • the integrated coupling between the ZDL and the PUE is carried out without focusing optics and practically without radiation loss through the wide-gap inflow region of the proposed heterostructure of the ZDL and the PUE.
  • the radiation is removed from the IPOU through the inflow region of the new proposed heterostructure with a clarified (less than 0.01%) output optical face of the PUE. It was the proposed that opened up new opportunities for achieving the above-mentioned technical result of IPOU.
  • the reflector of the optical resonator with a reflection coefficient of laser radiation close to unity, has a height equal to the thickness of the heterostructure.
  • the antireflection coating is on the optical face either on the entire thickness of the heterostructure, or on the part of the thickness of the heterostructure remaining after applying the reflective coating.
  • the technical result is also achieved by the fact that the predetermined lateral restrictive regions of the said active region of the ZDL have refractive indices of a less effective refractive index n ⁇ f of the heterostructure.
  • these restrictive radiation regions are placed at a certain distance (micron sizes) from the sides of the active region and at a certain depth, below the location of the active layer of the heterostructure, in limiting cases, up to the restrictive layer of the heterostructure closest to the substrate.
  • the technical result is also achieved by the fact that the active region of the ZDL and the amplification region of the PUE have autonomous ohmic contacts.
  • the essence of the non-obvious IPOU proposed in the present invention consists in the non-obvious and effective integral connection between ZDL and PUE.
  • the ZDL optical resonator is unusual in that both of its reflectors almost completely reflect the radiation emerging from the active layer of the laser.
  • the output of laser radiation from the ZDL to the PUE is realized mainly from the leak-in layer of the new proposed heterostructure, bypassing the dull reflectors of the optical resonator.
  • Amplified radiation is emitted through an almost completely clarified optical output face of the PUE adjacent to wide-gap semiconductor layers of the heterostructure.
  • the technological implementation of the IPOU proposed in the present invention is based on well-known basic technological processes that are currently well developed and widely used.
  • the proposal satisfies the criterion of “intended applicability)).
  • the main difference in its manufacture is the features of the heterostructure and the optical resonator ZDL.
  • Figure 1 schematically shows a longitudinal section of the proposed diode laser with dull reflectors of the optical resonator and the output of the laser emitter from the inflow layer of the heterostructure through the optical face with an antireflection coating.
  • Figure 2 schematically shows a top view of the proposed diode laser with dull reflectors of the optical resonator, a longitudinal section of which is schematically shown in figure 1
  • Fig. 3 schematically shows a longitudinal section of the proposed diode laser with dull reflectors of the optical resonator, different from the diode laser schematically depicted in Fig. 1 in that the output face with the antireflection coating is placed from the outer surface of the heterostructure to its base.
  • Figure 4 schematically shows a longitudinal section of the proposed integrated diode laser, in the form of two lasers integrally connected along the axis, in which two optical resonators are placed sequentially along the axis, the reflectors of which have a high reflection coefficient and, accordingly, two active regions with a flowing current
  • Figure 5 schematically shows a top view of an integrated diode laser, a longitudinal section of which is schematically shown in Figure 4.
  • Figure 6 schematically shows a top view of an integrated diode laser, a longitudinal section of which is schematically shown in Figure 4, in which a part of the active region adjacent to the output optical face with an antireflection coating is made expandable.
  • FIG. 7 schematically shows a top view of the proposed IPOU, including ZDL and PUE, in which part of the gain region of the PUE adjacent to the master diode laser has a width approximately equal to the width of the strip active region of the master laser, and part of the gain region of the PUE adjacent to the output optical facets with antireflection coating, made expandable.
  • Fig schematically shows a top view of the proposed IPOU, which differs from the schematically depicted in Fig.7 in that the master diode laser is integrally connected with two PUE along the axis in two opposite directions.
  • the proposed diode laser 1 with a blank optical resonator contains a laser heterostructure based on InAIGaAs compounds with one active layer 3 of InGaAs on a substrate 2 of p-type GaAs.
  • the length of the optical cavity is 4 mm.
  • an inflow region is provided comprising an inflow layer 5 and a adjustment layer 6.
  • an adjustment layer 7 is adjacent to the active layer, to which the restriction layer is adjacent 8.
  • semiconductor contact layer 9 is adjacent semiconductor contact layer 9.
  • Metallization layers are not shown in the figures.
  • the totality of all layers of the heterostructure located between the bounding layers 4 and 8 form the DL waveguide region with an unusually large thickness determined by the thickness of the leak-in layer 5.
  • the thickness of the leak-in layer 5 can have sizes ranging from about 2 ⁇ m to 10 ⁇ m or more, and the thicknesses of the layers of the adjustment layers 6 and 7, approximately from 0.1 ⁇ m to 1.0 ⁇ m.
  • the determining factor is the ratio of the effective refractive index n 3ph of the heterostructure to the refractive index n w of the leak-in layer.
  • n sf / n W at current densities of 0.1 kA / cm 2 and 10 kA / cm 2 were respectively 1, 000001 and 0.999854.
  • the wavelength of the laser radiation was chosen equal to 0.976 ⁇ m and was determined by the composition and thickness of the active layer 3.
  • the reflector of the optical resonator of Laser 1, located on the output side of the radiation, was made by etching the corresponding recess from the outer surface of the heterostructure. Reflected coatings 11 with a reflection coefficient R 1 equal to 99% were applied to the optical face 10 created in the recess 10 approximately 2 ⁇ m high (adjacent to the heterostructure layers 6, 3, 7, 8, and 9).
  • an antireflection coating 13 with a reflection coefficient of radiation R 2 of less than 0.01% was applied to the cleaved optical face 12.
  • reflective coatings 15 were applied to the entire cleaved optical face 14 with a reflection coefficient Ri of 99%.
  • Active regions 16 with a flowing current are made strip-like with a strip width of 100 ⁇ m.
  • the lateral optical limitation of laser radiation in the active region 16 with the flowing current is realized by the restriction regions 17, made in the form of strip-filled dielectric ditches located at a distance of 3 ⁇ m from the sides of the active region 16 with a flowing current. Note that the bottom of the dielectric confining regions is located below the active layer 3 of the heterostructure.
  • the threshold current density of this GOR-DL modification was 120 A / cm 2
  • the power of multimode laser radiation was 15 W
  • the differential efficiency was 85%.
  • the divergence angle in vertical density was 7.0 °, and in horizontal - 4.0 °.
  • the lateral optical restriction of the laser radiation in the active region 16 is realized by the restriction regions 17, the bottom of which is located above the active layer 3 of the heterostructure, for example 0.2 microns.
  • the maximum radiation power of this modification does not exceed 5 watts.
  • the proposed integrally coupled IDL 30 contains two integrally coupled diode lasers based on the same heterostructure as the GOR-DL along the optical axis of laser radiation propagation.
  • the first diode laser 31 includes an optical resonator with a length of 1.0 mm with blank reflectors 32 and 33 and a strip active region 34 with a width of 100 ⁇ m
  • the second diode laser 35 includes an optical resonator with a length of 5.0 mm with blank reflectors 36 and 37 and a strip active region 38 100 microns wide.
  • the laser radiation is output through the enlightened face 39 with a dielectric coating 40.
  • the threshold current density of this IDL modification was 90 A / cm 2 , the laser radiation power increased to 25 W, the differential efficiency and divergence angles were the same as in previous versions.
  • the next modification of IDL 30 differed from the previous one in that it was made in the form of a lattice (of twenty) parallel IDL 30.
  • the output power of such a lattice is 500 watts.
  • the next modification of IDL 30 differed from the previous modification in that the width of the active region 34 of the first diode laser 31 was equal to 10 ⁇ m, and the configuration of the active region of the second diode (output) laser 35 consisted of two parts.
  • the width of the active region (length 1.0 ⁇ m) in its first part 41 was 10 ⁇ m, and the second part 42 of the active region (4.0 ⁇ m long) was expandable with an expansion angle of 7 °, which leads to the width of the aperture of the output laser radiation equal to 490 microns.
  • This modification generates 5 W single-mode laser radiation with diffraction divergence angles: in the vertical plane 8 °, in the horizontal plane 0.20 °.
  • the differential efficiency of laser radiation is in the range of 75% ... 90%.
  • the next modification of IDL 30 differed from the modification depicted in FIG. 6 in that it was made in the form of a lattice (of twenty) IDL 30s arranged in parallel with a radiation power of 100 watts.
  • the proposed integrally coupled IPOU 50 contains along the optical axis of propagation of laser radiation integrally connected master diode laser 51 (ZDL) with an optical cavity length of 1.0 mm and a semiconductor amplifier element 52 (PUE) with a gain region length of 5, 0 mm
  • the master diode laser 51 includes an optical resonator with a length of 1.0 mm with dull reflectors 53 and 54 and a strip active region 55 with a width of 10 ⁇ m.
  • the PUE includes two parts of the gain region 56 and 57.
  • the first part 56 of the gain region is made of the same length and width with respect to the active region 55 in the ZDL 51.
  • the second part 57 of the 5.0 mm gain region is expandable with an expansion angle of 7 °, which leads to an aperture width of the output laser radiation of approximately 600 ⁇ m.
  • a translucent is applied to the output optical face 58 of the amplification region
  • the profile of the recess 60 at the boundary with the first part 56 of the amplification region acts as a stabilizing element.
  • the given IPOU makes it possible to obtain single-mode laser radiation with a power of up to 10 W with high radiation quality.
  • the diffraction angle of radiation divergence in the vertical plane is 8 °, and in the horizontal plane it is 0.14 °.
  • the differential efficiency of laser radiation is in the range of 80 ... 90%.
  • IPOU 50 differed from the previous one in that in opposite directions along the axis to one ZDL 51 with each the sides were integrally connected along one PUE 52. This IPOU emits in two opposite directions with radiation parameters similar to those of the previous modification.
  • IPOU 50 differed from the modification depicted in FIG. 8 in that it was made in the form of a lattice (of seventeen) parallel IPOU 50 with a total radiation power of 340 W.
  • DL as well as integrated diode lasers (IDL) and integrated semiconductor optical amplifiers (IPOU) are used in fiber-optic communication systems and information transfer, in optical superfast computing and switching systems, when creating laser technological equipment, medical equipment, for implementation lasers with double the frequency of the generated radiation, as well as for pumping solid-state and fiber lasers and amplifiers.
  • IDL integrated diode lasers
  • IPU integrated semiconductor optical amplifiers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

Предложены источники лазерного излучения трёх типов: диодного лазера, интегрального диодного лазера (в виде интегрально связанных диодных лазеров) и интегрального полупроводникового оптического усилителя (в виде интегрально соединённых задающего лазерного диода и полупроводникового усилительного элемента), состоящие из оригинальных оптического резонатора диодного лазера и вывода лазерного излучения. Оба отражателя в оптическом резонаторе диодного лазера, входящего в три типа указанных выше источников излучения, выполнены с обеих сторон с максимально высоким коэффициентом отражения, а вывод излучения из активного слоя осуществляется, минуя активный слой, через широкозонные полупроводниковые слои предложенной видоизменённой гетероструктуры диодного лазера с практически полностью просветлённой (менее 0,01 %) оптической гранью. Предложенное позволило создать сверхмощные, высокоэффективные, высокоскоростные и надёжные источники (трёх типов) одночастотного, одномодового и многомодового лазерного излучения высокого - качества в широком диапазоне длин волн при существенном упрощении технологии их изготовления и снижении себестоимости.

Description

ДИОДНЫЙ ЛАЗЕР, ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ДИОДНЫЙ ЛАЗЕР И ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ОПТИЧЕСКИЙ
УСИЛИТЕЛЬ
Область техники
Изобретение относится к ключевым компонентам оптоэлектронной техники - компактным, эффективным и мощным источникам лазерного излучения в широком диапазоне длин волн, с высоким качеством излучения, а именно: к диодному (полупроводниковому, инжекционному) лазеру; к интегрально соединённым по оси диодным лазерам (далее интегральный диодный лазер), а также к интегрально соединённым по оси задающему диодному лазеру и полупроводниковому усилительному элементу (далее интегральный полупроводниковый оптический усилитель).
Предшествующий уровень техники
Диодные лазеры с повышенной мощностью излучения и с улучшенным качеством лазерного луча известны из следующих изобретений: [US Раtепt 4063189, XEROX CORP. (US), 1977, H01S 3/19, 331/94.5 H], [RU Патент 2197048, ШВЕЙКИН B.И., ГЕЛОВАНИ BA, 18.02.2002, H01 S 5/32].
Наиболее близким по технической сущности и получаемому техническому результату является предложенный в патенте [RU Патент 2278455, ШВЕЙКИН В. И., 17.11.2004, H01S 5/32] инжекционный (далее диодный) лазер-прототип, включающий гетероструктуру на основе полупроводниковых соединений, оптические грани, отражатели, омические контакты, оптический резонатор. Гетероструктура характеризуется отношением эффективного показателя преломления nэψ гетероструктуры к показателю преломления nвт слоя втекания, а именно, отношение nЭф к nBт определено из диапазона от единицы плюс дельта до единицы минус дельта, где дельта определяется числом много меньшим единицы. Гетероструктура содержит по крайней мере один активный слой, по крайней мере два отражающих слоя по крайней мере по одному с каждой стороны активного слоя, сформированных по крайней мере из одного подслоя и имеющих показатели преломления меньшие чем эффективный показатель преломления гетероструктуры nЭф. Также гетероструктура содержит прозрачную для излучения область втекания излучения. Область втекания, по крайней мере одна, расположена между активным слоем и соответствующим отражающим слоем, по крайней мере с одной стороны активного слоя. Область втекания включает: слой втекания излучения, имеющий показатель преломления nвт и состоящий по крайней мере из одного подслоя; по крайней мере один локализующий слой, состоящий по крайней мере из одного подслоя; основной настроечный слой, состоящий по крайней мере из одного подслоя, имеющий по крайней мере для одного из его подслоев показатель преломления не менее показателя преломления nBт слоя втекания и примыкающий одной своей поверхностью к активному слою; с противоположной стороны основного настроечного слоя к другой его поверхности примыкает локализующий слой области втекания, имеющий показатель преломления меньший показателя преломления основного настроечного слоя. Коэффициенты отражений отражателей оптического резонатора, а также составы и толщины слоев гетероструктуры выбраны такими, при которых для работающего диодного лазера результирующее усиление излучения в активном слое достаточно для поддержания порога лазерной генерации во всём диапазоне рабочих токов. Отношение nЭф /nвт в области пороговых токов лазерной генерации определено из интервала значений от единицы плюс гамма до единицы минус гамма, где величина гамма, определяется числом меньшим дельта. В конструкции инжекционного лазера, рассмотренной в примере, соответствующем Фиг.5 (см. [RU Патент 2278455, ШВЕЙКИН В. И., 17.11.2004, H01S 5/32]) активная область с протекающим током при работе диодного лазера выполнена в виде мезаполоски.
Основными достоинствами диодного лазера-прототипа являются увеличение выходной мощности лазерного излучения, увеличение размера излучающей площадки в вертикальной плоскости с соответствующим уменьшением угловой расходимости излучения. В то же время диодный лазер- прототип ограничивает дальнейшее увеличение выходной мощности при одновременном и существенном повышении качества лазерного излучения. Кроме того, известный диодный лазер-прототип не позволяет реализовать интегрально соединённые по оси диодные лазеры - интегральный ДЛ (далее ИДЛ) и интегрально соединённые по оси задающий диодный лазер (далее ЗДЛ) с полупроводниковым усилительным элементом (далее ПУЭ) - интегральный полупроводниковый оптический усилитель (далее ИПОУ). Аналоги, прототип предложенного интегрального ДЛ не обнаружены.
Интегральный полупроводниковый оптический усилитель с повышенной мощностью излучения и с улучшенным качеством лазерного луча известны из следующих изобретений: [RU Патент 2109381 (заявка 96115454), ШВЕЙКИН B.И., ГУ НИИ «ПOЛЮC» RU, 19.08.1996, H01S 3/19, «Интeгpaльный полупроводниковый лазер - ycилитeль»], [RU Патент 2134007, ШВЕЙКИН B.И., ГП НИИ «ПOЛЮC» RU, 12.03.1998, H01 S 3/19].
Наиболее близким по технической сущности является предложенный в патенте [RU Патент 2134007, ШВЕЙКИН B.И., ГП НИИ «ПOЛЮC» RU, 12.03.1998, H01 S 3/19] интегральный полупроводниковый оптический усилитель, включающий интегрально соединённые задающий диодный лазер (далее ЗДЛ) и полупроводниковый усилительный элемент (далее ПУЭ), размещённые по одной оси и изготовленные из одной и той же полупроводниковой гетероструктуры. Она содержит по крайней мере один активный слой, по крайней мере два ограничительных слоя, область ввода-вывода, прозрачную для излучения, а также оптические грани, омические контакты. Кроме того, ЗДЛ включает активную область с протекающим током при его работе, ограничительные области излучения с боковых сторон указанной активной области, оптический резонатор и его отражатели. ПУЭ включает по крайней мере одну область усиления с протекающим током при его работе с просветляющим покрытием на выводной оптической грани.
В работающем усилителе выбраны соответствующими угол ввода δ для вытекающего из активного слоя усиленного излучения, при этом эффективный показатель преломления гетероструктуры n3фф в совокупности с областью ввода- вывода, прозрачной для излучения, и показатель преломления n0Bв упомянутой области ввода-вывода удовлетворяют соотношению
0 < аГССОS Пзфф/ПOвв ≤ Пзффmιп/Повв, При Пoвв бОЛЬШβ Пmιп, где Пзффmιп - минимальное значение n3ψф из всех возможных n3фф для представляющих практическую ценность множества гете ростру ктур в совокупности с областью ввода-вывода, а nmιn - наименьший из показателей преломления полупроводниковых соединений, составляющих гетероструктуру. Основным достоинством ИПОУ-прототипа являются оригинальность предложенных конструкций интегрально-соединённого ИПОУ, с увеличенной мощностью излучения, увеличенными размерами излучающей площадки и соответствующим уменьшением угловой расходимости излучения. Основным недостатком предложенной конструкции является сложность их технологической реализации.
Раскрытие изобретения
Основной технический результат - предложен оригинальный с глухим оптическим резонатором диодный лазер (ГОР-ДЛ), обусловивший реальную возможность изготовления в интегральном виде эффективных источников лазерного излучения, а именно интегрально соединённых по оси два и более диодных лазера, далее интегральный ДЛ (ИДЛ) и интегрально соединённые по оси задающий диодный лазер с полупроводниковым усилительным элементом, далее интегральный полупроводниковый оптический усилитель (ИПОУ).
Техническим результатом предложенного ГОР-ДЛ является существенное снижение плотности пороговых токов генерации (в два и более раз), увеличение эффективности и мощности лазерного излучения, улучшение стабильности модовой генерации, резкое (на один порядок и более) увеличение прочности глухих отражателей оптического резонатора, реализация вывода лазерного излучения, минуя активный слой, через полупроводниковые широкозонные слои (по отношению к активному слою) с просветлённой оптической гранью, создание оптимальных боковых ограничительных областей, что позволило создать для широкого диапазона длин волн мощные, высокоэффективные и надёжные, с увеличенным ресурсом работы, источники одночастотного, одномодового и многомодового лазерного излучения с высокоскоростной модуляцией лазерного излучения при существенном упрощении технологии их изготовления и снижения себестоимости. Техническим результатом предложенного ИДЛ является существенное снижение плотности пороговых токов генерации (в два и более раз), увеличение эффективности и мощности лазерного излучения, улучшение стабильности модовой генерации, резкое (на один порядок и более) увеличение прочности глухих отражателей оптического резонатора, реализация вывода лазерного излучения, минуя активный слой, через полупроводниковые широкозонные слои (по отношению к активному слою) с просветлённой оптической гранью, создание оптимальных боковых ограничительных областей, что позволило создать для широкого диапазона длин волн мощные, высокоэффективные и надёжные, с увеличенным ресурсом работы, источники одночастотного, одномодового и многомодового лазерного излучения с высокоскоростной модуляцией лазерного излучения при существенном упрощении технологии их изготовления и снижения себестоимости.
Техническим результатом предложенного ИПОУ является существенное снижение плотности пороговых токов генерации (в два и более раз), увеличение эффективности и мощности лазерного излучения, улучшение стабильности модовой генерации, резкое (на один порядок и более) увеличение прочности глухих отражателей оптического резонатора, реализация вывода лазерного излучения, минуя активный слой, через полупроводниковые широкозонные слои (по отношению к активному слою) с просветлённой оптической гранью, создание оптимальных боковых ограничительных областей, что позволило создать для широкого диапазона длин волн мощные, высокоэффективные и надёжные, с увеличенным ресурсом работы, источники одночастотного, одномодового и многомодового лазерного излучения с высокоскоростной модуляцией лазерного излучения при существенном упрощении технологии их изготовления и снижения себестоимости.
В соответствии с изобретением технический результат достигается тем, что предложен диодный лазер, включающий гетероструктуру на основе полупроводниковых соединений, содержащую по крайней мере один активный слой, по крайней мере два ограничительных слоя, прозрачную для излучения область втекания излучения, содержащую по крайней мере слой втекания, и размещённую между активным слоем и соответствующим ограничительным слоем, по крайней мере с одной стороны от активного слоя, а также активную область с протекающим током при работе диодного лазера, оптические грани, отражатели, оптический резонатор, омический контакт, причём гетероструктура дополнительно характеризована отношением эффективного показателя преломления nЭф гетероструктуры к показателю преломления nвт слоя втекания, а именно, отношение nЭф к nBт определено из диапазона от единицы плюс дельта до единицы минус гамма, где дельта и гамма определяются числом много меньшим единицы и гамма больше дельты, кроме того, имеются ограничительные области излучения, расположенные на определённом расстоянии от обеих боковых сторон активной области с протекающим током, и проникающие от наружного слоя внутрь гетероструктуры, по крайней мере до активного слоя и далее вглубь гетероструктуры, со стороны вывода излучения на оптической грани имеется антиотражающее покрытие с коэффициентом отражения лазерного излучения близким к нулю, и с той же стороны вывода излучения сформирован, с коэффициентом отражения лазерного излучения близким к единице, отражатель оптического резонатора, примыкающий к активному слою и к расположенным по обе стороны от активного слоя полупроводниковым слоям гетероструктуры, суммарная толщина которых находится по крайней мере в интервале от (λ/4nЭф) мкм до (4λ/nЭф) мкм, где λ -.длина волны лазерного излучения в свободном пространстве.
Существенное отличие нового предложенного ГОР-ДЛ состоит в оригинальной и необычной предложенной совокупности неочевидного оптического резонатора и неочевидного вывода лазерного излучения. Достижение порога генерации осуществляется в оптическом резонаторе, включающим с обеих сторон отражатели с максимально высоким коэффициентом отражения обеих высокопрочных зеркал (глухой оптический резонатор). Вывод излучения из активного слоя осуществляется через широкозонную (по отношению к ширине запрещённой зоны в активном слое) область втекания видоизменённой гетероструктуры диодного лазера с просветлённой (менее 0,01%) оптической гранью. Именно предложенное открыло новые возможности для достижения упомянутого выше технического результата и позволило создать как одноэлементный ГОР-ДЛ, так и изготовленные в интегральном виде указанные выше комбинации: ИДЛ и ИПОУ, состоящий из ЗДЛ и ПУЭ. Технический результат достигается также тем, что дельта стремится к нулю.
Это определяет выбор соответствующей гетероструктуры.
Технический результат достигается также тем, что упомянутый отражатель, сформированный со стороны вывода излучения, размещен, примерно, от наружного слоя гетероструктуры до, примерно, слоя втекания гетероструктуры. В тех случаях, когда вывод лазерного излучения из ГОР-ДЛ осуществляется в одну сторону, с противоположной стороны отражатель оптического резонатора, с коэффициентом отражения лазерного излучения близким к единице, имеет высоту равную толщине гетероструктуры.
Технический результат достигается также тем, что антиотражающее покрытие имеется на оптической грани либо на всю толщину гетероструктуры, либо на части её толщины, оставшейся после нанесения отражающего покрытия.
Технический результат достигается также тем, что заданноуглублённые боковые ограничительные области упомянутой активной области имеют показатели преломления менее эффективного показателя преломления nэψ гетероструктуры. При этом указанные ограничительные области излучения размещают на определённом расстоянии (микронных размеров) от боковых сторон активной области и на определённой глубине, ниже расположения активного слоя гетероструктуры, в предельных случаях вплоть до ограничительного слоя гетероструктуры, ближайшего к подложке. Этим достигается улучшение стабильности модовой генерации и, соответственно, увеличение эффективности генерации лазерного излучения при повышенных мощностях излучения.
Существо предложенного в настоящем изобретении неочевидного ГОР-ДЛ состоит в неочевидной и эффективной конструкции оптического резонатора и способа вывода лазерного излучения вне оптического резонатора. Необычность конструкции оптического резонатора состоит в том, что оба его отражателя практически полностью отражают излучение, выходящее из активного слоя лазера. Вывод лазерного излучения реализуется в основном из слоя втекания предложенной гетероструктуры, минуя глухие отражатели оптического резонатора, через широкозонную область втекания с просветлённой оптической гранью.
Технологическая реализация предложенного в настоящем изобретении ГОР-ДЛ основана на известных базовых технологических процессах, которые к настоящему времени хорошо разработаны и широко применяются. Предложение удовлетворяет критерию «пpoмышлeннaя применимость)). Основное отличие при его изготовлении состоит в особенностях гетероструктуры и оптического резонатора ГОР-ДЛ.
В соответствии с изобретением технический результат достигается тем, что предложен интегральный диодный лазер, представляющий комбинацию интегрально соединённых диодных лазеров (далее ИДЛ), изготовленных из одной и той же гетероструктуры на основе полупроводниковых соединений, содержащей по крайней мере один активный слой, по крайней мере два ограничительных слоя, прозрачную для излучения область втекания излучения, содержащую по крайней мере слой втекания, и размещённую по крайней мере с одной стороны от активного слоя между активным слоем и соответствующим ограничительным слоем, а также по крайней мере два оптических резонатора и по крайней мере две активные области с протекающим током при работе ИДЛ, расположенные на одной оси, оптические грани, отражатели, а также омический контакт, причём гетероструктура характеризована отношением эффективного показателя преломления nЭф гетероструктуры к показателю преломления nвт слоя втекания, а именно, отношение nЭф к nBт определено из диапазона от единицы плюс дельта до единицы минус гамма, где дельта и гамма определяются числом много меньшим единицы и гамма больше дельты, область, кроме того, с обеих сторон от активной области с протекающим током имеются ограничительные области излучения, расположенные на определённом расстоянии от обеих боковых сторон активной области с протекающим током, и проникающие от наружного слоя внутрь гетероструктуры, по крайней мере, до активного слоя и далее вглубь гетероструктуры, со стороны вывода излучения на оптической грани имеется антиотражающее покрытие с коэффициентом отражения лазерного излучения близким к нулю, при этом каждый оптический резонатор ограничен отражателями, имеющими коэффициенты отражения лазерного излучения близкими к единице и примыкающими к активному слою и к расположенным по обе стороны от активного слоя полупроводниковым слоям гетероструктуры, суммарная толщина которых находится по крайней мере в интервале от (λ/4nЭф) мкм до (4λ/nэф) мкм, где λ - .длина волны лазерного излучения в свободном пространстве. Существенное отличие нового неочевидного предложенного ИДЛ состоит в новом и неочевидном соединении двух глухих оптических резонаторов и интегральной оптической связи их между собой, а также в высокоэффективном выводе излучения. Порог генерации достигается в оптических резонаторах, включающих с обеих сторон отражатели с максимально высоким коэффициентом отражения обеих зеркал. Эффективная и оптимальная интегральная связь оптических резонаторов (без фокусирующей оптики и практически без потерь излучения) осуществляется, в основном, через область втекания предложенной гетероструктуры. Вывод излучения из ИДЛ реализуется через широкозонную область втекания с практически полностью просветлённую (менее 0,01%) оптическую грань с нанесённым антиотражающим покрытием. Именно предложенное открыло новые и неочевидные возможности для достижения упомянутого выше технического результата ИДЛ.
В тех случаях, когда вывод лазерного излучения из ИДЛ осуществляется в одну сторону, с противоположной стороны отражатель оптического резонатора, с коэффициентом отражения лазерного излучения близким к единице, имеет высоту равную толщине гетероструктуры.
Технический результат достигается также тем, что антиотражающее покрытие имеется на оптической грани либо на всю толщину гетероструктуры, либо на части толщины гетероструктуры, оставшейся после нанесения отражающего покрытия.
Технический результат достигается также тем, что заданноуглублённые боковые ограничительные области упомянутой активной области имеют показатели преломления менее эффективного показателя преломления nЭф гетероструктуры. При этом указанные ограничительные области излучения размещают на определённом расстоянии (микронных размеров) от боковых сторон активной области и на определённой глубине, ниже расположения активного слоя гетероструктуры, в предельных случаях вплоть до ограничительного слоя гетероструктуры, ближайшего к подложке. Этим достигается улучшение стабильности модовой генерации и, соответственно, увеличение эффективности генерации лазерного излучения ИДЛ при повышенных мощностях излучения.
Технический результат достигается также тем, что со стороны вывода излучения, по крайней мере одна активная область, по крайней мере часть её, выполнена расширяемой под соответствующим углом, причем со стороны противоположной стороне вывода излучения, в указанной расширяемой активной области начальная часть её длины выполнена шириной, равной ширине предшествующей активной области. Тогда для указанной расширяемой активной области отражатель со стороны вывода излучения имеет ширину, примерно равную ширине начальной части расширяемой активной области. Технический результат достигается также тем, что по крайней мере две активные области интегрального диодного лазера имеют автономные омические контакты.
Существо предложенного в настоящем изобретении неочевидного ИДЛ состоит в неочевидной и эффективной интегральной связи между диодными лазерами, конструкции их оптических резонаторов и способа вывода лазерного излучения вне оптического резонатора. Необычность конструкции оптического резонатора состоит в том, что оба его отражателя практически полностью отражают излучение выходящее из активного слоя лазера, а вывод лазерного излучения реализуется, в основном, из слоя втекания предложенной нами гетероструктуры, минуя глухие отражатели оптического резонатора, через практически полностью просветлённую оптическую грань (менее 0,01%).
Технологическая реализация предложенного в настоящем изобретении ИДЛ основана на известных базовых технологических процессах, которые к настоящему времени хорошо разработаны и широко применяются. Предложение удовлетворяет критерию «пpoмышлeннaя применимость)). Основное отличие при его изготовлении состоит в особенностях гетероструктуры и оптических резонаторов диодных лазеров.
В соответствии с изобретением технический результат достигается тем, что предложен интегральный полупроводниковый оптический усилитель (далее ИПОУ), включающий интегрально соединённые задающий диодный лазер (ЗДЛ) и полупроводниковый усилительный элемент (ПУЭ), размещённые по одной оси и изготовленные из одной и той же полупроводниковой гетероструктуры, содержащей по крайней мере один активный слой, по крайней мере два ограничительных слоя, область, прозрачную для излучения, а также оптические грани, омические контакты. Кроме того, ЗДЛ включает активную область с протекающим током при работе задающего диодного лазера, ограничительные области излучения с боковых сторон указанной активной области, оптический резонатор и его отражатели, а ПУЭ включает по крайней мере одну область усиления (с протекающим током при работе ПУЭ) с просветляющим покрытием на выводной оптической грани. Причём гетероструктура дополнительно характеризована отношением эффективного показателя преломления nэψ гетероструктуры к показателю преломления nвт слоя втекания, а именно, отношение nэψ к nBт определено из диапазона от единицы плюс дельта до единицы минус гамма, где дельта и гамма определяются числом много меньшим единицы и гамма больше дельты. Указанная выше область, прозрачная для излучения, являющаяся областью втекания, имеет по крайней мере слой втекания и размещена между активным слоем и соответствующим ограничительным слоем, по крайней мере с одной стороны от активного слоя. Кроме того, имеются ограничительные области излучения ЗДЛ, расположенные на определённом расстоянии от обеих боковых сторон активной области с протекающим током, и проникающие от наружного слоя внутрь гетероструктуры, по крайней мере до активного слоя и далее вглубь гетероструктуры. Оптический резонатор ЗДЛ ограничен отражателями, имеющими коэффициент отражения лазерного излучения близким к единице. При этом отражатель ЗДЛ, граничащий с активной областью усиления ПУЭ, выполнен примыкающим к активному слою и расположенным по обе стороны от активного слоя полупроводниковым слоям гетероструктуры, суммарная толщина которых находится, по крайней мере в интервале от (λ/4nЭф) мкм до (4λ/nЭф) мкм, где λ - длина волны лазерного излучения в свободном пространстве, и просветляющее покрытие на выводной оптической грани ПУЭ выполнено с коэффициентом отражения близким к нулю.
Существенное отличие нового предложенного ИПОУ состоит в неочевидном интегральном соединении ЗДЛ и ПУЭ и необычном оптическом резонаторе ЗДЛ. Порог генерации ЗДЛ достигается в оптическом резонаторе, оба отражатели которого имеют максимально высокие коэффициенты отражения. Интегральная связь между ЗДЛ и ПУЭ осуществляется без фокусирующей оптики и практически без потерь излучения через широкозонную область втекания предложенной гетероструктуры ЗДЛ и ПУЭ. Вывод излучения из ИПОУ осуществляется через область втекания новой предложенной гетероструктуры с просветлённой (менее 0,01%) выводной оптической гранью ПУЭ. Именно предложенное открыло новые возможности для достижения упомянутого выше технического результата ИПОУ.
Технический результат достигается также тем, что со стороны, противоположной стороне вывода излучения, отражатель оптического резонатора, с коэффициентом отражения лазерного излучения близким к единице, имеет высоту равную толщине гетероструктуры.
Технический результат достигается также тем, что антиотражающее покрытие имеется на оптической грани либо на всю толщину гетероструктуры, либо на части толщины гетероструктуры, оставшейся после нанесения отражающего покрытия. Технический результат достигается также тем, что заданноуглублённые боковые ограничительные области упомянутой активной области ЗДЛ имеют показатели преломления менее эффективного показателя преломления nЭф гетероструктуры. При этом указанные ограничительные области излучения размещают на определённом расстоянии (микронных размеров) от боковых сторон активной области и на определённой глубине, ниже расположения активного слоя гетероструктуры, в предельных случаях вплоть до ограничительного слоя гетероструктуры, ближайшего к подложке. Этим достигается улучшение стабильности модовой генерации и, соответственно, увеличение эффективности генерации лазерного излучения ИПОУ при повышенных мощностях излучения. Технический результат достигается также тем, что со стороны вывода излучения, по крайней мере одна область усиления ПУЭ, по крайней мере часть её, выполнена расширяемой под соответствующим углом, причем со стороны противоположной стороне вывода излучения, в указанной расширяемой области усиления начальная часть её длины выполнена шириной, примерно равной ширине предшествующей активной области ЗДЛ.
Технический результат достигается также тем, что активная область ЗДЛ и область усиления ПУЭ имеют автономные омические контакты.
Существо предложенного в настоящем изобретении неочевидного ИПОУ состоит в неочевидной и эффективной интегральной связи между ЗДЛ и ПУЭ.
Необычность оптического резонатора ЗДЛ состоит в том, что оба его отражателя практически полностью отражают излучение выходящее из активного слоя лазера.
Вывод лазерного излучения из ЗДЛ в ПУЭ реализуется в основном из слоя втекания новой предложенной гетероструктуры, минуя глухие отражатели оптического резонатора. Усиленное излучение выводится через практически полностью просветлённую оптическую выводную грань ПУЭ, прилегающую к широкозонным полупроводниковым слоям гетероструктуры.
Технологическая реализация предложенных в настоящем изобретении ИПОУ основана на известных базовых технологических процессах, которые к настоящему времени хорошо разработаны и широко применяются. Предложение удовлетворяет критерию «пpoмышлeннaя применимость)). Основное отличие при его изготовлении состоит в особенностях гетероструктуры и оптического резонатора ЗДЛ.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение поясняется фигурами 1 - 8.
На Фиг.1 схематически изображено продольное сечение предложенного диодного лазера с глухими отражателями оптического резонатора и выводом лазерного излучателя из слоя втекания гетероструктуры через оптическую грань с антиотражающим покрытием.
На Фиг.2 схематически изображен вид сверху предложенного диодного лазера с глухими отражателями оптического резонатора, продольное сечение которого схематически изображено на Фиг.1 На Фиг.З схематически изображено продольное сечение предложенного диодного лазера с глухими отражателями оптического резонатора, отличающегося от диодного лазера, схематически изображенного на Фиг.1 тем, что выводная грань с антиотражающим покрытием размещена от наружной поверхности гетероструктуры до её основания.
На Фиг.4 схематически изображено продольное сечение предложенного интегрального диодного лазера, в виде двух интегрально связанных по оси лазеров, в котором последовательно вдоль оси размещены два оптических резонатора, отражатели которых имеют высокий коэффициент отражения, и соответственно две активные области с протекающим током
На Фиг.5 схематически изображен вид сверху интегрального диодного лазера, продольное сечение которого схематически изображено на Фиг.4.
На Фиг.6 схематически изображен вид сверху интегрального диодного лазера, продольное сечение которого схематически изображено на Фиг.4, в котором часть активной области, прилегающей к выходной оптической грани с антиотражающим покрытием, выполнена расширяемой.
На Фиг.7 схематически изображен вид сверху предложенного ИПОУ, включающего ЗДЛ и ПУЭ, в котором часть области усиления ПУЭ, близлежащая к задающему диодному лазеру, имеет ширину примерно равную ширине полосковой активной области задающего лазера, а часть области усиления ПУЭ, прилегающей к выходной оптической грани с антиотражающим покрытием, выполнена расширяемой.
На Фиг.8 схематически изображен вид сверху предложенного ИПОУ, который отличается от схематически изображенного на Фиг.7 тем, что задающий диодный лазер интегрально связан с двумя ПУЭ вдоль по оси в двух противоположенных направлениях.
Варианты осуществления изобретения
В дальнейшем изобретение поясняется конкретными вариантами его выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи. Приведенные примеры модификаций диодного лазера, интегрального диодного лазера и интегрального полупроводникового оптического усилителя не являются единственными и предполагают наличие других реализаций, в том числе в известных диапазонах длин волн, особенности которых отражены в совокупности признаков формулы изобретения.
Предложенный диодный лазер 1 с глухим оптическим резонатором (ГОР- ДЛ) (см. Фиг.1-2) содержит на подложке 2 из п-типа GaAs лазерную гетероструктуру на основе соединений InAIGaAs с одним активным слоем 3 из InGaAs. Длина оптического резонатора равна 4 мм. Между активным слоем 3 и ограничительным слоем 4 (со стороны подложки) размещена область втекания, содержащая слой втекания 5 и настроечный слой 6. С противоположной стороны к активному слою примыкает настроечный слой 7, к которому примыкает ограничительный слой 8. Далее к ограничительному слою 8 примыкает полупроводниковый контактный слой 9. Слои металлизации на фигурах не показаны. Фактически совокупность всех слоев гетероструктуры, расположенных между ограничительными слоями 4 и 8, образуют волноводную область ДЛ с необычно большой толщиной, определяемой толщиной слоя втекания 5. Характерным является то, что толщина слоя втекания 5 может иметь размеры, примерно, в пределах от 2 мкм до 10 мкм и более, а толщины слоев настроечных слоев 6 и 7, примерно - от 0,1 мкм до 1 ,0 мкм. Определяющим является величина отношения эффективного показателя преломления n3ф гетероструктуры к показателю преломления nвт слоя втекания. Расчётные nзф/nвт при плотностях тока 0,1 кА/см2 и 10 кА/см2 были, соответственно, равны 1 ,000001 и 0,999854. Длина волны лазерного излучения выбрана равной 0,976 мкм и определялась составом и толщиной активного слоя 3. Отражатель оптического резонатора Лазера 1 , расположенный со стороны вывода излучения, был изготовлен травлением соответствующей выемки с наружной поверхности гетероструктуры. На созданную в выемке оптическую грань 10 высотой примерно 2 мкм (примыкающую, к слоям гетероструктуры 6, 3, 7, 8 и 9) были нанесены отражающие покрытия 11 с коэффициентом отражения R1 равным 99%. Для вывода лазерного излучения на сколотую оптическую грань 12 было нанесено антиотражающее покрытие 13 с коэффициентом отражения излучения R2 менее 0,01%. Со стороны противоположной стороне вывода излучения на всю сколотую оптическую грань 14 были нанесены отражающие покрытия 15 с коэффициентом отражения Ri равным 99%. Активные области 16 с протекающим током выполнены полосковыми с шириной полоска 100 мкм. Боковое оптическое ограничение лазерного излучения в активной области 16 с протекающим током реализуется ограничительными областями 17, выполненными в виде заполненных диэлектриком полосковых канав, размещенных на расстоянии 3 мкм от боковых сторон активной области 16 с протекающим током. Отметим, что дно диэлектрических ограничительных областей расположено ниже активного слоя 3 гетероструктуры. При выбранной толщине слоя втекания 5 равной 8,0 мкм, пороговая плотность токов этой модификации ГОР-ДЛ была равна 120 А/см2, мощность многомодового лазерного излучения 15 Вт, дифференциальная эффективность 85%. Угол расходимости в вертикальной плотности был равен 7,0°, а в горизонтальной - 4,0°.
Следующая модификация диодного лазера 1 (ГОР-ДЛ) (см. Фиг.З) отличалась от предыдущей тем, что для вывода лазерного излучения сколотая грань 12 с нанесенным на ней антиотражающим покрытием 13 была размещена вне выемки на расстояние 25 мкм. Параметры этой модификации ГОР-ДЛ были схожи с предыдущей.
Следует отметить, что возможна модификация диодного лазера 1 , в которой, в отличие от модификации, изображённой на Фиг.1-2, боковое оптическое ограничение лазерного излучения в активной области 16 реализуется ограничительными областями 17, дно которых расположено выше активного слоя 3 гетероструктуры, например на 0,2 мкм. Максимальная мощность излучения данной модификации не превышает 5 Вт.
Предложенный интегрально связанный ИДЛ 30 (см. Фиг.4-5) содержит вдоль оптической оси распространения лазерного излучения два интегрально связанные диодные лазеры, базирующихся на одной и той же гетероструктуре, что и ГОР-ДЛ. Первый диодный лазер 31 включает оптический резонатор длиной 1 ,0 мм с глухими отражателями 32 и 33 и полосковую активную область 34 шириной 100 мкм, второй диодный лазер 35 включает оптический резонатор длиной 5,0 мм с глухими отражателями 36 и 37 и полосковую активную область 38 шириной 100 мкм. Вывод лазерного излучения осуществляется через просветлённую грань 39 с диэлектрическим покрытием 40. Пороговая плотность тока этой модификации ИДЛ была равна 90 А/см2, мощность лазерного излучения возрастала до 25 Вт, дифференциальная эффективность и углы расходимости были те же, что в предыдущих модификациях.
Следующая модификация ИДЛ 30 отличалась от предыдущей тем, что была изготовлена в виде решетки (из двадцати) параллельно расположенных ИДЛ 30. Выходная мощность такой решётки составляет 500 Вт.
Следующая модификация ИДЛ 30 (см. Фиг.6) отличалась от предыдущей модификации тем, ширина активной области 34 первого диодного лазера 31 была равна 10 мкм, а конфигурация активной области второго диодного (выводного) лазера 35 состояла из двух частей. Ширина активной области (длиной 1 ,0 мкм) в первой её части 41 была равна 10 мкм, а вторая часть 42 активной области (длиной 4,0 мкм) выполнена расширяемой с углом расширения, равным 7°, что приводит к ширине апертуры выходного лазерного излучения равной 490 мкм. Данная модификация генерирует одномодовое лазерное излучение с мощностью 5 Вт с дифракционными углами расходимости: в вертикальной плоскости 8°, в горизонтальной плоскости 0,20°. Дифференциальная эффективность лазерного излучения находится в пределах 75%...90%. Следующая модификация ИДЛ 30 отличалась от модификации, изображённой на Фиг.6 тем, что была изготовлен в виде решетки (из двадцати) параллельно расположенных ИДЛ 30 с мощностью излучения 100 вт.
Предложенный интегрально связанный ИПОУ 50 (см. Фиг.7) содержит вдоль оптической оси распространения лазерного излучения интегрально соединённые задающий диодный лазер 51 (ЗДЛ) с длиной оптического резонатора 1 ,0 мм и полупроводниковый усилительный элемент 52 (ПУЭ) с длиной области усиления 5,0 мм. Задающий диодный лазер 51 включает оптический резонатор длиной 1 ,0 мм с глухими отражателями 53 и 54 и полосковую активную область 55 шириной 10 мкм. ПУЭ включает две части области усиления 56 и 57. Первая часть 56 области усиления выполнена одинаковой по размерам длины и ширины по отношению к активной области 55 в ЗДЛ 51. Вторая часть 57 области усиления длиной 5,0 мм выполнена расширяемой с углом расширения, равным 7°, что приводит к ширине апертуры выходного лазерного излучения примерно равной 600 мкм. На выводную оптическую грань 58 области усиления нанесено просветляющее
(антиотражающее) диэлектрическое покрытие 59 с коэффициентом отражения менее 0,01%. Профиль выемки 60 на границе с первой частью 56 области усиления выполняет роль стабилизирующего элемента. Приведенный ИПОУ даёт возможность получить одномодовое лазерное излучение с мощностью вплоть до 10 Вт при высоком качестве излучения. Дифракционный угол расходимости излучения в вертикальной плоскости равен 8°, а в горизонтальной плоскости равен 0,14°. Дифференциальная эффективность лазерного излучения находится в пределах 80...90%.
Следующая модификация ИПОУ 50 (см. Фиг.8) отличалась от предыдущей тем, что в противоположных направлениях вдоль по оси к одному ЗДЛ 51 с каждой стороны были интегрально присоединены по одному ПУЭ 52. Данный ИПОУ излучает в двух противоположных направлениях с параметрами излучения, схожими с параметрами предыдущей модификации.
Следующая модификация ИПОУ 50 отличалась от модификации, изображённой на Фиг.8 тем, что была изготовлена в виде решетки (из семнадцати) параллельно расположенных ИПОУ 50 с суммарной мощностью излучения 340 Вт.
Промышленная применимость
Полупроводниковые источники лазерного излучения - диодные лазеры
(ДЛ), а также интегральные диодные лазеры (ИДЛ) и интегральные полупроводниковые оптические усилители (ИПОУ) применяются в волоконно- оптических системах связи и передачи информации, в оптических сверхскоростных вычислительных и коммутационных системах, при создании лазерного технологического оборудования, медицинской аппаратуры, для реализации лазеров с удвоенной частотой генерируемого излучения, а также для накачки твёрдотельных и волоконных лазеров и усилителей.

Claims

Ф О Р М У Л А И З О Б Р Е Т Е Н И Я
1. Диодный лазер, включающий гетероструктуру на основе полупроводниковых соединений, содержащую по крайней мере один активный слой, по крайней мере два ограничительных слоя, прозрачную для излучения область втекания излучения, содержащую по крайней мере слой втекания, и размещённую между активным слоем и соответствующим ограничительным слоем, по крайней мере с одной стороны от активного слоя, а также активную область с протекающим током при работе диодного лазера, оптические грани, отражатели, оптический резонатор, омический контакт, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что гетероструктура дополнительно характеризована отношением эффективного показателя преломления nэψ гетероструктуры к показателю преломления nвт слоя втекания, а именно, отношение nэψ к nBт определено из диапазона от единицы плюс дельта до единицы минус гамма, где дельта и гамма определяются числом много меньшим единицы и гамма больше дельты, кроме того, на определённом расстоянии от обеих боковых сторон активной области с протекающим током размещены ограничительные области излучения, проникающие от наружного слоя внутрь гетероструктуры, по крайней мере до активного слоя и далее вглубь гетероструктуры, со стороны вывода излучения на оптической грани имеется антиотражающее покрытие с коэффициентом отражения лазерного излучения близким к нулю, и с той же стороны вывода излучения сформирован, с коэффициентом отражения лазерного излучения близким к единице, отражатель оптического резонатора, примыкающий к активному слою и к размещённым по обе стороны от активного слоя полупроводниковым слоям гетероструктуры, суммарная толщина которых находится по крайней мере в интервале от (λ/4nЭф) мкм до (4λ/nЭф) мкм, где λ -.длина волны лазерного излучения в свободном пространстве.
2. Диодный лазер пo п.1 , отличающийся тем, что дельта близка к нулю.
3. Диодный лазер по п.1 , отличающийся тем, что упомянутый отражатель, сформированный со стороны вывода излучения, размещен от наружного слоя гетероструктуры до, примерно, слоя втекания, входящего в область втекания, расположенную со стороны подложки.
4. Диодный лазер по п.1 , отличающийся тем, что со стороны вывода излучения антиотражающее покрытие имеется на оптической грани либо на всю толщину гетероструктуры, либо на части толщины гетероструктуры, оставшейся после нанесения отражающего покрытия.
5. Диодный лазер по п.1 , отличающийся тем, что со стороны противоположной стороне вывода излучения, высота отражателя оптического резонатора с коэффициентом отражения лазерного излучения близким к единице равна толщине гетероструктуры.
6. Диодный лазер по п.1, отличающийся тем, что указанные ограничительные области излучения размещены на определённом расстоянии от боковых сторон активной области с протекающим током, а показатели преломления ограничительных областей выбраны меньше эффективного показателя преломления nэф гетероструктуры.
7. Диодный лазер по п.1 отличающийся тем, что указанные ограничительные области излучения размещены вплоть до ограничительного слоя гетероструктуры со стороны подложки.
8. Интегральный диодный лазер, изготовленный из одной и той же гетероструктуры на основе полупроводниковых соединений, содержащий по крайней мере один активный слой, по крайней мере два ограничительных слоя, прозрачную для излучения область втекания излучения, содержащую по крайней мере слой втекания, и размещённую между активным слоем и соответствующим ограничительным слоем, по крайней мере с одной стороны от активного слоя, а также по крайней мере два оптических резонатора и по крайней мере две активные области с протекающим током при работе интегрального диодного лазера, расположенные на одной оси оптические грани, отражатели, а также омический контакт, причем гетероструктура характеризована отношением эффективного показателя преломления nэψ гетероструктуры к показателю преломления nвт слоя втекания, а именно, отношение nэф к nBт определено из диапазона от единицы плюс дельта до единицы минус гамма, где дельта и гамма определяются числом много меньшим единицы и гамма больше дельты, кроме того на определённом расстоянии от обеих боковых сторон активной области с протекающим током размещены ограничительные области излучения, проникающие от наружного слоя внутрь гетероструктуры, по крайней мере до активного слоя и далее вглубь гетероструктуры, со стороны вывода излучения на оптической грани имеется антиотражающее покрытие с коэффициентом отражения лазерного излучения близким к нулю, при этом каждый оптический резонатор ограничен отражателями, имеющими коэффициенты отражения лазерного излучения близкими к единице и примыкающими к активному слою и к размещённым по обе стороны от активного слоя полупроводниковым слоям гетероструктуры, суммарная толщина которых находится по крайней мере в интервале от (λ/4nЭф) мкм до (4λ/nЭф) мкм, где λ - .длина волны лазерного излучения в свободном пространстве.
9. Интегральный диодный лазер по п.8, отличающийся тем, что со стороны вывода излучения, по крайней мере одна активная область с протекающим током, по крайней мере часть её, выполнена расширяемой под соответствующим углом.
10. Интегральный диодный лазер по п.9, отличающийся тем, что размещённая на стороне противоположной стороне вывода излучения начальная часть длины расширяемой активной области выполнена одинаковой по ширине с предшествующей активной областью в предшествующем диодном лазере.
11. Интегральный диодный лазер по п.9, отличающийся тем, что для указанной расширяемой активной области с протекающим током, отражатель с высоким коэффициентом отражения лазерного излучения выполнен с шириной, примерно равной ширине начальной части расширяемой активной области
12. Интегральный диодный лазер по п.8, отличающийся тем, что по крайней мере две активные области интегрального диодного лазера имеют автономные омические контакты.
13. Интегральный полупроводниковый оптический усилитель, включающий интегрально соединённые задающий диодный лазер и полупроводниковый усилительный элемент, размещённые по одной оси и изготовленные из одной и той же полупроводниковой гетероструктуры, содержащей по крайней мере один активный слой, по крайней мере два ограничительных слоя, область, прозрачную для излучения, а также оптические грани, омические контакты, кроме того, в задающий диодный лазер включены активная область с протекающим током при его работе, ограничительные области излучения, расположенные с обеих боковых сторон указанной активной области, оптический резонатор и его отражатели, а в полупроводниковый усилительный элемент включена по крайней мере одна область усиления (с протекающим током при его работе) с просветляющим покрытием на выводной оптической грани, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что гетероструктура дополнительно характеризована отношением эффективного показателя преломления nэψ гетероструктуры к показателю преломления nвт слоя втекания, а именно, отношение nэψ к nBт определено из диапазона от единицы плюс дельта до единицы минус гамма, где дельта и гамма определяются числом много меньшим единицы и гамма больше дельты, область, прозрачная для излучения, являющаяся областью втекания, имеет по крайней мере слой втекания и размещена между активным слоем и соответствующим ограничительным слоем, по крайней мере с одной стороны от активного слоя, кроме того, на определённом расстоянии от обеих боковых сторон активной области с протекающим током задающего диодного лазера размещены ограничительные области излучения, проникающие от наружного слоя внутрь гетероструктуры, по крайней мере до активного слоя и далее вглубь гетероструктуры, оптический резонатор задающего диодного лазера ограничен отражателями, имеющими коэффициент отражения лазерного излучения близким к единице, при этом отражатель задающего диодного лазера, граничащий с активной областью усиления полупроводникового усилительного элемента, выполнен примыкающим к активному слою и к расположенным по обе стороны от активного слоя полупроводниковым слоям гетероструктуры, суммарная толщина которых находится по крайней мере в интервале от (λ/4nЭф) мкм до (4λ/nЭф) мкм, где λ - длина волны лазерного излучения в свободном пространстве, и просветляющее покрытие на выводной оптической грани полупроводникового усилительного элемента выполнено с коэффициентом отражения близким к нулю.
14. Интегральный полупроводниковый оптический усилитель по п.13, отличающийся тем, что по крайней мере одна область усиления с протекающим током выполнена расширяемой под соответствующим углом.
15. Интегральный полупроводниковый оптический усилитель по п.14, отличающийся тем, что начальная часть длины расширяемой области усиления с протекающим током выполнена близкой по ширине с предшествующей активной областью задающего диодного лазера.
16. Интегральный полупроводниковый оптический усилитель по п.13, отличающийся тем, что упомянутая активная область и упомянутая область усиления имеют автономные омические контакты.
PCT/RU2009/000278 2008-06-06 2009-06-03 Диодный лазер, интегральный диодный лазер и интегральный полупроводниковый оптический усилитель Ceased WO2009148360A1 (ru)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN200980120976XA CN102057545B (zh) 2008-06-06 2009-06-03 二极管激光器、集成二极管激光器以及集成半导体光放大器
CA2727159A CA2727159A1 (en) 2008-06-06 2009-06-03 Diode laser, integrated diode laser, and integrated semiconductor optical amplifier
JP2011512407A JP2011523209A (ja) 2008-06-06 2009-06-03 ダイオードレーザ、複合ダイオードレーザ、および複合半導体光増幅器
US12/996,165 US8238398B2 (en) 2008-06-06 2009-06-03 Diode laser, integral diode laser, and an integral semiconductor optical amplifier
EP09758596A EP2302747A1 (en) 2008-06-06 2009-06-03 Diode laser, integral diode laser and an integral semiconductor optical amplifier
IL209425A IL209425A0 (en) 2008-06-06 2010-11-18 Diode laser, integrated diode laser, and integrated semiconductor optical amplifier

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008122549 2008-06-06
RU2008122549/28A RU2391756C2 (ru) 2008-06-06 2008-06-06 Диодный лазер, интегральный диодный лазер и интегральный полупроводниковый оптический усилитель

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2009148360A1 true WO2009148360A1 (ru) 2009-12-10

Family

ID=41398306

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2009/000278 Ceased WO2009148360A1 (ru) 2008-06-06 2009-06-03 Диодный лазер, интегральный диодный лазер и интегральный полупроводниковый оптический усилитель

Country Status (9)

Country Link
US (1) US8238398B2 (ru)
EP (1) EP2302747A1 (ru)
JP (1) JP2011523209A (ru)
KR (1) KR20110025817A (ru)
CN (1) CN102057545B (ru)
CA (1) CA2727159A1 (ru)
IL (1) IL209425A0 (ru)
RU (1) RU2391756C2 (ru)
WO (1) WO2009148360A1 (ru)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2549553C2 (ru) * 2013-07-30 2015-04-27 Общество с ограниченной ответственностью "Новолюм" Инжекционный лазер
RU2557359C2 (ru) * 2013-10-09 2015-07-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук Лазер-тиристор
JP6352068B2 (ja) 2014-06-20 2018-07-04 日本オクラロ株式会社 光送受信機
CN105098595A (zh) * 2015-09-23 2015-11-25 中国科学院半导体研究所 一种集成半导体激光器的制备方法
CN109560465A (zh) * 2017-09-26 2019-04-02 北京万集科技股份有限公司 一种1x1型单片集成式半导体主振荡放大器
DE112021002697B4 (de) * 2020-05-12 2025-07-17 Ams-Osram International Gmbh Strahlungsemittierender halbleiterchip und verfahren zur herstellung eines strahlungsemittierenden halbleiterchips
DE102020118405A1 (de) * 2020-07-13 2022-01-27 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Strahlungsemittierender halbleiterchip und verfahren zu dessen herstellung

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4063189A (en) 1976-04-08 1977-12-13 Xerox Corporation Leaky wave diode laser
JPH1093197A (ja) * 1996-05-15 1998-04-10 Alcatel Alsthom Co General Electricite モノリシック集積された光半導体部品
RU2109381C1 (ru) 1996-08-19 1998-04-20 Швейкин Василий Иванович Интегральный полупроводниковый лазер-усилитель
RU2134007C1 (ru) 1998-03-12 1999-07-27 Государственное предприятие Научно-исследовательский институт "Полюс" Полупроводниковый оптический усилитель
RU2197048C1 (ru) 2002-02-18 2003-01-20 Швейкин Василий Иванович Инжекционный лазер
RU2278455C1 (ru) 2004-11-17 2006-06-20 Василий Иванович Швейкин Гетероструктура, инжекционный лазер, полупроводниковый усилительный элемент и полупроводниковый оптический усилитель
EP1906499A1 (de) * 2006-09-28 2008-04-02 OSRAM Opto Semiconductors GmbH Kantenemittierender Halbleiterlaser mit mehreren monolithisch integrierten Laserdioden

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7103082B2 (en) * 2001-05-31 2006-09-05 Nichia Corporation Semiconductor laser element

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4063189A (en) 1976-04-08 1977-12-13 Xerox Corporation Leaky wave diode laser
JPH1093197A (ja) * 1996-05-15 1998-04-10 Alcatel Alsthom Co General Electricite モノリシック集積された光半導体部品
RU2109381C1 (ru) 1996-08-19 1998-04-20 Швейкин Василий Иванович Интегральный полупроводниковый лазер-усилитель
RU2134007C1 (ru) 1998-03-12 1999-07-27 Государственное предприятие Научно-исследовательский институт "Полюс" Полупроводниковый оптический усилитель
RU2197048C1 (ru) 2002-02-18 2003-01-20 Швейкин Василий Иванович Инжекционный лазер
RU2278455C1 (ru) 2004-11-17 2006-06-20 Василий Иванович Швейкин Гетероструктура, инжекционный лазер, полупроводниковый усилительный элемент и полупроводниковый оптический усилитель
EP1906499A1 (de) * 2006-09-28 2008-04-02 OSRAM Opto Semiconductors GmbH Kantenemittierender Halbleiterlaser mit mehreren monolithisch integrierten Laserdioden

Also Published As

Publication number Publication date
KR20110025817A (ko) 2011-03-11
IL209425A0 (en) 2011-01-31
RU2008122549A (ru) 2009-12-20
CA2727159A1 (en) 2009-12-10
US8238398B2 (en) 2012-08-07
CN102057545B (zh) 2013-08-28
US20110150021A1 (en) 2011-06-23
CN102057545A (zh) 2011-05-11
EP2302747A1 (en) 2011-03-30
JP2011523209A (ja) 2011-08-04
RU2391756C2 (ru) 2010-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU752828B2 (en) High power laterally antiguided semiconductor light source with reduced transverse optical confinement
US5260822A (en) Tapered semiconductor laser gain structure with cavity spoiling grooves
RU2391756C2 (ru) Диодный лазер, интегральный диодный лазер и интегральный полупроводниковый оптический усилитель
CN112514183B (zh) 具有量子阱偏移和沿着快轴的有效单模激光发射的大光学腔（loc）激光二极管
JP2002124733A (ja) 半導体レーザダイオード
JPH08330671A (ja) 半導体光素子
US8401046B2 (en) Multibeam coherent laser diode source (embodiments)
RU2300835C2 (ru) Инжекционный лазер
RU2230410C1 (ru) Инжекционный лазер и лазерная диодная линейка
RU2587097C1 (ru) Инжекционный лазер
JP3408247B2 (ja) 半導体レーザ素子
HK1156731A (en) Diode laser, integral diode laser and an integral semiconductor optical amplifier
Kuramoto et al. Improvement of Slope Efficiency and Output Power in GaN-Based VCSELs with SiO 2-Buried Lateral Index Guide
JP3691828B2 (ja) 半導体レーザ素子
Boucke et al. Development of high-brightness diode lasers: the Z-laser
CN113381294A (zh) 单片集成边发射激光器及制备方法
JPH05335687A (ja) 半導体レーザ素子
JPH11289132A (ja) 面発光レ―ザ装置
JPH01318271A (ja) 高出力半導体レーザ
JP2003158341A (ja) 半導体レーザ素子
HK1123636B (en) Injection laser

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200980120976.X

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09758596

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 12996165

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011512407

Country of ref document: JP

Ref document number: 2727159

Country of ref document: CA

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2745/MUMNP/2010

Country of ref document: IN

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2009758596

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20117000254

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A