专利名称：注入式激光器的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及光电^支术，即，涉及在4交宽波长范围内工作的有效 功率大且紧凑的半导体注入式激光器(二极管激光器)。
背景技术：
已知各种类型的注入式激光器具有条状有源生成区以及具有 通过光学共振器的边缘反射镜的发射输出的注入式激光器[S.S. Ou 等人，Electronics Letters (1992). v.28, No.25, pp.2345-2346]、具有垂 直共振器的表面发射注入式激光器[A. Krigge等人，Electronics Letters, 2001, vol.37, No.20, pp.l222画1225]、在光学共振器中具有输 出发射的注入式激光器[Shveykin V.I.,专利号US 6,748,002 B2, 2004 年6月8曰]。乂人l支术实质和要解决的4支术问题的立场来看，在著作[Sveykin V丄，专利RU 2109382 CI， Bup. JNkll, 20.04.98]中描述了最4妄近的具 有表面发射的注入式激光器原型。所述注入式激光器包括置于衬底 上的多层异质结构；所述异质结构具有有源层。所述注入式激光器 还包括条状有源生成区、光学共振器、反射器、欧姆接触、用于输 出发射的具有遮蔽的装置、用于抑制横向超辐射发光发射的配置。 在这种情况下，至少两个生成单元形成在构成至少一条的激光发射生成的条状有源区中；所述单元被用于输出发射的装置限制在至少一侧上，该装置以另外引入的带有两个反射器和对于输出发射为透 明的区域的空腔的形式进行工作。空腔被置于异质结构表面的一侧 上。反射器被置于空腔的倾斜表面上。此外，产生了角v,其由异质结构表面上的空腔反射器肋材(rib)的方向和条状生成区的横向 侧面的方向形成，并在下列范围内选择:(兀/2) - arcsin( 1 /n)< vj/〈(兀/2) + arcsin(l/n),其中，n是对于输出发射为透明的区域的折射率。除 此之外，对于空腔的至少一个反射器产生角(3 ,该角由有源层的平 面表面上、向其平面与所示空腔反射器的平面表面的相交线所绘制 的法线与朝向所示反射器的表面所绘制的法线形成。所述角度在下 列范围中选4奪(l/2)arcsin(l/n)<(3 <(兀/2)-(1/2)arcsin(l/n)。相对于异 质结构的表面，空腔底部被设置在由操作该装置期间传播的放大发 射的能通量Pm确定的距离处。所述能量流在与再生单元开始处的 异质结构层垂直的异质结构一黄截面中#皮确定，并且还由所述单元中 的总》文大率确定。所述i文大率耳又决于i殳置的4由运电流(pumping current),所示单元的长度、以及异质结构的构造。此夕卜，在前一生 成区的末端处的放大发射的总能通量值的0.99-0.001范围内选择能通量Pin。与能通量PiN成反比地选择所述单元中的总放大率。此外， 存在对于输出发射为透明并沿发射的传播方向设置(在操作该装置 期间)的区域，该发射^皮空腔反射器所反射。在所述区域中，外部 输出发射表面与发射输出表面的至少 一侧相邻。注入式激光器原型的基本优点在于可以通过成倍增加其长度 来保证发射输出功率的增加。同时，对于用于以异质结构中并位于 紧邻有源层的窄空腔形式而执行的发射输出的配置，存在制造精度和可重复性的技术复杂性。这会导致输出单元处较大的发射的衍射 散度，并相应地导致发射输出的光损耗的增大以及其效率的减少。 这样的事实会产生4呆i正:搡作性和可靠性所需的资源的困难。此外， 存在仅通过应该对于激光器发射为透明的衬底执行发射输出的特 定限制。发明内容本发明的基础在于产生一种新型的超功率的注入式激光器(下 文中称为激光器)，其具有以大量输出激光束形式从有源层发射出 来的表面输出并在已知较宽发射波长范围内起作用，以及基于输出 发射的新颖有效且非显而易见的方法。技术效果在于，所提出的激光器的长度原则上没有限制(所指 的长度仅受所使用半导体衬底的尺寸限制)，激光器输出面处的发射密度显著减小(减小10—2- i(rM咅)，其保证了激光器发射的超高 功率、高效率、发射的低光损耗及它们对于激光器长度的独立性、 低阈值电流、随激光器长度增加而增大的低欧姆损耗、激光器的较 高资源可操作性和高可靠性、以及在较宽范围内被控制的输出发射 的方向性和散度，并且简化了激光器制造的技术工艺。的事实来实现上述技术效果，其中，激光器异质结构包括由至少一 个子层组成的至少一个有源层。所述激光器还包括边缘面、纵向放大轴、光学共振器、包括至少一个子层的金属化层(metallization layer )。在这种情况下，在所述异质结构中，在^v向》文大轴方向上 ;改置至少 一个序列。该序列具有交*#的由至少一个子区组成的至少 一个发射》文大区和由至少一个子区组成的至少一个发射输出区。在 输出区和激光器异质结构的多个层中，存在高于放大区并由至少一个子层组成的用于发射漏入的半导体层。通过相应地相对于》文大区 的外表面以一定的线性倾斜角OH和(X2设置的输出面在纵向放大轴折射率n,N和其中包括有漏入层的异质结构的有效折射率n^的之比 等于大于1的数。所提出的激光器的一个显著不同在于，第 一次沿纵向放大轴在 光学波导中传播的激光器发射的新颖和非显而易见输出是在离散 分布在激光器异质结构中并具有新颖组分、结构和尺寸的发射输出 区的帮助下而通过激光器的外表面来执行的。此外，输出区的组分、 结构和尺寸及其输出面使得以泄漏发射的形式来实现发射输出。所 提出的激光器的特征在于随着其长度的增长而增大的高效率，以及 与现代的注入式激光器相比，其特征在于显著降低的输出面处激光 器发射的密度(降低了 10—i-10—3倍)、激光器发射的可控方向性和 散度、降低了的光损耗、减小了的阈值电流密度、以及还在于减少 了的欧姆和热每丈电阻。这样的事实使得可以通过激光器发射的超高 功率值来确保激光器操作的高可靠性以及显著简化激光器制造的 技术工艺。还通过在两个边缘面上存在光学共振器的反射器(具有近似等 于1的反射系数)来实现技术效果。因此，尤其实现了阈值电流密 度的减小。还通过在发射输出侧上的放大区中的异质结构中存在通过在 上述侧上的i文大区中实现异质结构中发射的部分限制的组分和厚 度值而实现的多个层，来实现技术效果。在异质结构的所述表面上， 放置具有高发射反射系数的金属化子层。因此，尤其实现了发射功 率的增大以及制造冲支术的简化。还通过将相应的金属化层置于漏入层的外表面上的输出区中 来实现技术效果。因此，尤其提高了效率并降低了激光器的阈值电流o还通过将反射器置于一个边缘面上来实现技术效果。所述反射 器的尺寸允许反射指向其的所有激光束。因此，实现了具有减小了 的发散角的激光器发射的单向性。还通过在与发射输出侧相对的侧面上的放大区中的异质结构 中存在通过在上述侧面上的放大区中实现异质结构中发射的部分 限制的组分和厚度值而实现的多个层，来实现:汰术效果。在异质结 构表面上的所述侧面上，放置具有高发射反射系数的金属化子层。 通过该事实，尤其实现了激光器功率的增大以及制造技术的简化。还通过在每个方文大区中都形成至少两个条状》文大子区来实现 :技术效果。沿纟从向》文大轴i殳置所述条^l大》文大子区，而它们之间的间 隔由具有低于所述方文大子区中的异质结构的有效折射系数的折射 系数的物质来填充。该事实尤其允许得到高功率的单模激光器发 射。还通过下面^是出的不同的激光器输出区的实现方案来实现才支 术效果。使输出面的线性倾斜角(X!和(X2绝对值相等(等于兀/2)。此外， 输出区中的漏入层具有不d 、于输出区的长度与泄漏角cp的正切的乘积的厚度，而角度cp等于rieff与n,N之比的反余弦。因此，实现了激光束的相应方向性和角度发散。还通过4吏输出面的线性倾杀牛角&和a2的绝对值相等且等于 (兀/2)+(cp)、(兀/4)+(cp/2)、以及(3兀/4) - (cp/2)来实现激光束的相应方向性。还通过在多个发射输出区和多个放大区上形成自发扩展的欧 姆接触(金属化层)来实现技术效果。这尤其使得可以优化放大区 和输出区的尺寸以及提高激光器的发射效率和功率。还通过在每个输出区的中部沿其整个长度形成条状放大区的 事实来实现技术效果。所述条状放大区与具有相应的金属化层的放 大区完全相同，其中，金属化层的宽度比输出区的宽度小得多。该 事实尤其导致激光器的阈值电流的减小以及发射功率的增大。还通过激光器包括通过电流并联连接的交替的由至少 一个子区纟且成的至少一个发射》文大区和由至少一个子区ia成的至少一个 发射输出区的至少两个序列，来实现技术效果。因此，实现了使激 光器的发射功率大约增加了等于并联连接的所述序列数的倍数。还通过激光器包括通过电流串耳关连4妻的至少两个上述序列来 实现4支术效果。因此，在相同的电流值下，实现了激光器的发射功 率的增大。所述发射功率大约增加了等于串联连接的所述序列数的 倍数(由于施加至激光器的电压的相应增加)。本发明的实质在于完整实现新型激光器的产生，该激光器具有 尤其以大量光束的形式从有源层发射出来的表面输出。所述激光器基于所提出的利用外流发射(outflow emission )特性的发射输出的 新颖有效且非显而易见的方法。新颖且有效的发射输出区被引入到 有源区中并沿发射器的长度(该长度原则上不受限制)离散分布。 所述输出区确保了具有操作高可靠性的超高发射功率以及发射光 损耗的减少，及其对于激光器长度的独立性、效率的增加、输出面上发射密度非常显著的降低(降低了 10—1-10—3倍)、激光器发射的可控方向性和散度、欧姆和热敏电阻值的减小、以及激光器制造的 技术工艺的显著简化。
通过图1 ~图11来i兌明本发明。图1示意性示出了所提出的具有交替的两个放大区和三个发射 输出区的序列的多光束激光器的纵向截面图，其中，发射输出区的 專lr出面垂直于》文大区的外表面。图2示意性示出了所提出的激光器的顶视图，在图i中示出了 其纵向截面。图3示意性示出了激光器的放大区中的截面图，在图1中示出了激光器的纟从向截面。图4示意性示出了所提出的激光器的发射输出侧的顶视图，其 中，两个放大区被分割为三个并列设置的放大区。图5示意性示出了所提出的激光器的发射输出侧的顶视图，其 中，引入了沿激光器的整个长度连接放大区的三个附加的窄放大 区。图6示意性示出了去除了衬底的所冲是出的激光器的纵向截面 图，其中，在与发射输出侧相对的侧面上，具有散热板的金属化层 直接连接至异质结构。图7示意性示出了所^^是出的激光器的顶一见图，在图6示出了其 纟从向截面。图8示意性示出了具有用于放大区和输出区的双层金属化层的 激光器的放大区中的截面图，在图6示出了激光器的纵向截面。图9~图11示意性示出了所提出的激光器的纵向截面图(没有 金属化层)，其输出面倾斜并与放大区的外表面形成线性倾斜角ai 和a2:在图9中这些角等于(兀/2)+(cp)， 在图10中这些角等于(兀/4)+(cp/2)， 在图11中这些角等于(3兀/4)-(cp/2)。
具体实施方式
下文中，将参照附图通过实现本发明的具体方案来说明本发 明。所提出的激光器的改进实例不是唯一的，并且允许包括特定范 围内的波长的其他实现的存在，其特征反映在多个权利要求属性 中。所提出的激光器1 (参见图1 ~图3 )包括置于n型GaAs的衬 底2上的激光器异质结构。所述异质结构基于InAlGaAs化合物制 造，其具有相应地置于发射输出侧以及与其相对的侧面上的InGaAs 有源层3、波导层4、 5以及AlGaAs约束层6、 7。激光器发射的波 长被选择为等于0.98 pm。激光器1的功能条被实现为条状并包括 交替的放大区8和输出区9。所述交替沿纵向光轴进行。放大区8 和输出区9的宽度值相等并等于lOO]um。所述区域8和9的横向侧 面被ZnSe的横向限制区10所限制。在边缘面11上，形成具有99 %反射系数的光学共振器Fabry-Perot的膜反射器12。在发射输出 侧上，以部分限制异质结构中的发射的这种方式来选才奪;改大区8中的约束层6的厚度和组分。由银制成并具有等于98 %的发射反射系 数的金属化子层13附着至放大区8的外表面。输出区9包括附加 的GaAs半导体漏入层14，该输出区的区别特征在于其折射率nIN 大于其中包括有漏入层14的激光器异质结构的有效折射率neff。通 过将金属化层13不仅扩展至方丈大区8的外表面而且扩展至才黄向约 束区10来实现所有放大区8的电流连接(放大区8的扩展接触)。 相应的金属化层15也被涂覆至衬底2。沿纵向放大轴限制输出区9 的车lr出面16垂直于》文大区9的外表面，jt匕夕卜，角o^和(x2绝只^f直相 等并等于90°。在这种情况下，高于放大区8外表面的输出区9具 有长方体的形状。将激光器1的长度选4奪为等于20010 jam。相应地 将放大区8和输出区9的长度选择为等于90 pm和10 jum。此夕卜， 以功能条形成的区域8和输出区9的数量相应等于200和201。激 光器1的输出反射包括400个光束，其一半沿纵向》文大轴指向一个 方向，而另一半指向相反方向。对于激光器l的该变型例，通过适 当地选择异质结构的层和漏入层14的组分和厚度值，将外流角cp 设置为等于10。。此外，输出光束的折射角P等于30。。所选择的发 射输出区9的厚度6.0 |im近似等于输出区9的长度与外流角cp的 正切的乘积的3倍。在这种情况下，所计算的通过三次重复输出面 16上光束的入射而得到的输出发射的部分包含98%。每条光束的 衍射散度近似等于9°。所计算的输出发射功率P固等于200 W (对 于每条输出光束为0.5W)。此外，输出面16上的平均发射密度总 计等于125k W/cm2。差分效率(differential efficiency) t!h等于85 %。效率系数(来自输出口的效率系数)等于80%。激光器1的下一个变型例与前一个的不同之处在于，在一个边 缘面11的侧面上，连接所引入的具有允许反射所有指向其的激光 束的尺寸的反射器(图中未示出)。此外，具有低散度的全部激光 器发射在相对于纵向放大轴等于30。的角度P下被形成为对相对边 缘侧的单向发射。激光器1的下一个变型例与图1 ~图3所示变型例的不同之处
在于，激光器1只包括设置在具有相应i文大的区域尺寸的两个相同 ;故大区8之间的一个llT出区9。
激光器1的下一个变型例(参见图4)与图1~图3所示变型 例的不同之处在于，每个方文大区8都由平4亍i殳置的10个(图4中 为3个)条状放大子区17组成，其中，每个条状放大子区17都具 有10 pm的宽度，并且每个都具有5 pm宽度的横向约束区10被置 于它们之间，其中填充有喷涂的电介质ZnSe直至适当的最佳厚度。 在条状子区17和横向约束区10上涂覆金属化层13(图4中未示出)。
激光器1的下一个变型例(参见图5)与图1~图3所示变型 例的不同之处在于，在每个输出区9的中间，沿整个长度利用通过 电流沿等于20010 pm的〗敫光器1的总长度连4妄;故大区8的相应金 属化层13 (图5中未示出，在放大区8和18上以及在输出区9上) 形成条状的附加放大区18。由此，所引入的附加生成区的宽度等于 4 fam。
所提出的激光器1 (参见图6~图8)与图1~图3所示激光器 1的变型例的不同之处在于，在与发射输出侧相对的侧面上去除衬 底2,并且以实现异质结构中发射的部分限制的方式来选4奪约束层 6和7的厚度和组分。此外，包i舌4艮子层的相应金属化层13和19 连接至约束层6和7的外表面。所述层13和19包括具有等于98 %的发射反射系数的银层。在与发射输出侧相对的侧面上，激光器 1连接至CuW的导电板20,并与其一起被置于铜散热基部上(图 中未示出)。除此之外，将相应的金属化层21连接至输出区9的漏 入层14。通过将金属化层21扩展(通过漏入层14的水平面(level)) 至激光器1的一个横向侧面(输出区9的扩展自发接触)来使所有 车lr出区9的电纟危连4妄。激光器1的下一个变型例与前一个变型例的不同之处在于上述
金属化层13和19直4妻连4妻至波导层4和5。
所提出的激光器1 (参见图9)与图1 ~图3所示激光器1的变 型例的不同之处在于，使沿纵向放大轴限制输出区9的输出面16
相对于放大区8的外表面倾斜，此外，角(Xi与角012绝对值相等且
等于100°。在这种情况下，输出区9在其纵向截面中具有梯形的形 状。为了提高激光器1的效率，在输出区9的输出面16上涂覆抗 反射光学涂层(图中未示出)。将输出区9中的漏入层14的厚度选 择为等于2.0jim。在该变型例中，每条激光束都小于直角地入射到 倾斜面16上并直接从激光器1出射。
下面的变型例与前一个变型例的不同之处在于，在flr出面16 上涂覆具有99%的反射系数的光学涂层(图中未示出)，来自该输 出面的输出发射被导向所选方向之一 (两个中的一个)。
激光器1的下一个变型例(参见图10)与图9所示激光器1 的变型例的不同之处在于，以倾在牛的形状构成l俞出面16，并且角ai 与角(X2绝对值相等且等于50°。在这种情况下，输出区9在纵向截 面中具有翻转梯形的形状。输出区9的厚度等于2.2pm。在该变型 例中，输出发射经受倾斜输出面16的全内反射，改变其方向，并 通过直接入射到漏入层14而沿其外表面的边缘出射。
激光器1的下一个变型例(参见图11 )与前一个变型例的不同 之处在于，以倾斜的形状构成输出面16，并且角0^与角Ot2绝对值 相等且等于140°。在这种情况下，输出区9在纵向截面中具有梯形 的形状，并且输出区9的厚度被选择为等于1.7 pm。在该变型例中， 输出泄漏发射经受倾斜输出面16的全内反射，改变其方向，并通 过直接入射到对于发射为透射的衬底2上而穿过衬底2。代替发射 输出，抗反射光学涂层一皮涂覆在衬底上。工业应用寸生
注入式激光器用于为固态和光纤激光器和》欠大器充能(pump )， 以及用在医疗设备、激光4支术设备、具有所产生发射的双倍频率的 激光器中，以及还用作在波长的特定范围内广泛应用的高效高功率 固态发射源，包括用于照明的白光发射器。
权利要求
1.一种注入式激光器，包括激光器异质结构，所述激光器异质结构包括由至少一个子层组成的至少一个有源层及边缘面、纵向放大轴、光学共振器、由至少一个子层组成的金属化层，其中，在所述异质结构中，在所述纵向放大轴的方向上放置至少一个序列，所述序列包括交替的由至少一个子区组成的至少一个放大区和由至少一个子区组成的至少一个输出区，在所述输出区和所述激光器异质结构的多个层中，存在高于所述放大区并由至少一个子层组成的用于发射漏入的半导体层，通过相应地相对于所述放大区的外表面以一定的线性倾斜角α1和α2设置的所述输出面在所述纵向放大轴的方向上的每个所述输出区的相对侧上限制每个所述输出区，以及所述漏入层的折射率nIN与其中包括有所述漏入层的所述异质结构的有效折射率neff之比等于大于1的数。
2. 根据权利要求1所述的注入式激光器，其中，在两个边缘面上， 存在具有近似等于1的反射系数的所述光学共振器的反射器。
3. 根据权利要求1所述的注入式激光器，其中，在发射输出侧上 的所述》文大区中的所述异质结构中，存在通过在上述侧上的所 述放大区中实现所述异质结构中发射的部分限制的组分和厚 度值而实现的所述多个层，在所述异质结构表面的所述侧面上 放置具有高发射反射系数的金属化子层。
4. 根据权利要求1所述的注入式激光器，其中，相应的金属化层 被置于所述漏入层的外表面上的输出区中。
5. 根据权利要求1所述的注入式激光器，其中，所述反射器被置 于一个所述边缘面上，所述反射器的尺寸允许反射指向其的所有激光束。
6. 根据权利要求1所述的注入式激光器，其中，在与所述发射输 出侧相对的侧面上的i文大区中的所述异质结构中，存在通过在 上述侧面上的放大区中实现所述异质结构中发射的部分限制 的组分和厚度值而实现的所述多个层，在所述异质结构表面上 的所述侧面上放置具有高发射反射系数的金属化子层。
7. 才艮据;K利要求1所述的注入式激光器，其中，所述方文大区由至 少两个条状》文大子区组成，所述条4犬方欠大子区沿所述》人向方文大 轴设置，而它们之间的间隔由具有低于所述放大子区中的所述 异质结构的有效折射系数的折射系数的相应物质来填充。
8. 根据权利要求1所述的注入式激光器，其中，所述线性角ai 和a2绝对值相等并等于(兀/2)，而所述输出区中的所述漏入 层具有大于所述输出区的长度与从所述有源层泄漏到所述漏 入层中的发射的角cp的正切乘积的厚度，其中，所述角cp等 于neff与nIN之比的反余《玄。
9. 根据权利要求1所述的注入式激光器，其中，所述线性角ai 和(X2绝对值相等并等于(兀/2) + (cp)。
10. 根据权利要求1所述的注入式激光器，其中，所述线性角on 和012绝对<直相等并等于(兀/4) + (cp/2)。
11. 根据权利要求1所述的注入式激光器，其中，所述线性角ai 和oi2绝对值相等并等于(3兀/4) - (cp/2)。
全文摘要
注入式激光器用于为用于制造医疗装置、激光产生设备、产生双倍频率辐射的激光器的固态和光纤激光器和放大器充能，并具有用在给定波段中的高效通用的固态放射源的形式，包括用于照明的白光发射器。本发明还涉及超大功率的高效且可靠的注入式表面发射激光器，其以多条输出光束形式辐射，其特征在于，用于通过其外表面发射辐射的新颖且有效的方法。
文档编号H01S5/00GK101233658SQ200680027590
公开日2008年7月30日 申请日期2006年7月7日 优先权日2005年8月5日
发明者法西利·艾凡诺维奇·夏维金 申请人:通用纳米光学有限公司