具有色散补偿外腔的锁模半导体激光二极管制造技术

提供了一种半导体激光设备。该半导体激光设备包括锁模半导体激光装置和外部谐振器，该外部谐振器包括色散补偿系统，其中，该半导体激光设备被配置为生成自调制，将负群速度色散引入外部谐振器中，并用于在外部谐振器之后提供光谱过滤。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有色散补偿外腔的锁模半导体激光二极管
本专利技术涉及一种具有半导体激光装置和色散补偿光学系统的半导体激光设备组件。
技术介绍
近年来，在先进的科学研究中越来越多地使用具有阿秒或飞秒级激光脉冲时间宽度的超短脉冲和超闻输出激光设备。另外，在关于解决皮秒或飞秒的超闻速现象以及使用高峰值功率上的超短脉冲激光吸引了科学界的注意，并且积极研究其在诸如精细处理或双光子成像等实际用途中的应用。此外，期望将由GaN基化合物半导体构成的并且具有发射波长约405nm的高输出超短脉冲半导体激光设备用于卷型光盘系统的光源(该卷型光盘系统是被期望用作蓝光光学系统的下一代的光盘系统)、医学领域或生物成像领域所需的光源以及覆盖整个可见光范围的相干光源。作为超短脉冲和超高输出激光设备，已知的是例如钛/蓝宝石激光；然而，相关的钛/蓝宝石激光设备较为昂贵并且其固态激光光源尺寸较大是阻碍普及该技术的主要因素。另外，还要求使用用于使连续光振荡的其它固态激光设备进行励磁，并且因此能量效率并不一定高。另外，大尺寸谐振器不易于机械稳定，在维护方面要求具备专门知识。如果使用半导体激光装置实现超短脉冲和超高输出激光，这可实现尺寸非常小、价格低、功耗低和高稳定性的优点，并且从而会是在促进在这些领域内的广泛普及中的突破。引用列表非专利文献NPLl:T.Schlauch et al., Optics Express, Vol.18, p24136 (2010)
技术实现思路
技术问题作为使用半导体激光装置生成具有约几皮秒的时间宽度的光脉冲的方法，已知的是锁模方法。锁模方法包括主动锁模和被动锁模，在主动锁模中，增益或损失以与单圈时间相同的周期在谐振器内调制，在被动锁模中，在半导体激光设备中提供和操作显示非线性光学响应的可饱和吸收体，被动锁模适合于生成具有约几皮秒或以下的脉冲时间宽度的光脉冲。在其中每个脉冲的能量相同的情况下，在脉冲时间宽度减小时，光脉冲的峰值功率升高，并且明显显示出靶向非线性现象。因此，超短光脉冲光源的其中一个性能指数可为小脉冲时间宽度。在市场中的可生成脉冲时间宽度约为10飞秒的光脉冲的被动锁模钛/蓝宝石激光设备是可用的。相反，在被动锁模半导体激光装置中，电流注入式量子阱激光设备的脉冲时间宽度一般约为I皮秒至2皮秒。由于半导体激光设备具有足够大的增益带宽，其具有能生成亚皮秒光脉冲的潜在性能，但陈述生成亚皮秒光脉冲的例子还几乎是未知的。基于锁模方法驱动半导体激光装置时，阻碍生成具有亚皮秒或以下的脉冲时间宽度的光脉 冲的主要因素可包括生成脉冲时在光脉冲中产生的线性调频脉冲。在半导体激光装置中，有源层(增益部分)的载流子密度随着脉冲的生成而临时改变，因此，有源层的折射率也随之改变。由于这个原因，半导体激光装置中生成的光脉冲的频率在脉冲的持续时间内改变。该频率改变被称为线性调频脉冲，并且如果线性调频脉冲较强，难以将在谐振器内部循环的光脉冲的各个频率的相位对准，并且难以减小脉冲时间宽度。为了解决这种线性调频脉冲造成的难以减小脉冲时间宽度的问题，提供了一种在外部谐振器内提供色散补偿光学系统的方法。在多种情况下，该方法被用在锁模钛/蓝宝石激光设备中，但也陈述了少数被用在锁模半导体激光装置中的例子。该方法并非取决于增益介质或可饱和吸收体的类型或励磁方法，并且因此具有广泛的应用范围和优势。NPLl “T.Schlauch等人，光学快讯，第18卷，第24136页(2010) ”陈述了使用衍射光栅限制具有色散补偿光学系统的锁模半导体激光装置中生成的光脉冲的脉冲时间宽度的试验。这里，NPLl陈述生成的光脉冲的光谱随着色散补偿量而改变，但脉冲时间宽度没有改变，没有达到生成具有皮秒或以下的脉冲时间宽度的光脉冲的结果。因此，本专利技术的目的在于提供一种具有能够输出超短脉冲激光的配置和结构的电流注入式半导体激光设备组件。问题解决方案与本专利技术的一个方面有关的半导体激光设备包括锁模半导体激光装置和外部谐振器，所述外部谐振器包括色散补偿系统，其中，所述半导体激光设备用于生成自调制、将负群速度色散引入外部谐振器中并在外部谐振器之后提供光谱过滤功能。与本专利技术的另一个方面有关的生成光脉冲的方法包括:提供半导体激光设备，所述半导体激光设备包括锁模半导体激光装置、外部谐振器和外部谐振器内的色散补偿光学系统；通过利用半导体激光设备生成自调制、将负群速度色散引入外部谐振器中并在外部谐振器之后提供光谱过滤功能来生成光脉冲。与本专利技术的另一个方面有关的用于达到上述目的的半导体激光设备组件包括电流注入式锁模半导体激光装置，其光密度为IxIOki瓦特/cm2或以上，优选为1.4xl010瓦特/cm2或以上，载流子密度为lX1019/cm3或以上；还包括色散补偿光学系统，锁模半导体激光装置发出的激光入射到色散补偿光学系统中并从中发出。与本专利技术的另一个方面有关的用于达到上述目的的半导体激光设备组件包括电流注入式锁模半导体激光装置；以及色散补偿光学系统，锁模半导体激光装置发出的激光入射到色散补偿光学系统中并从中发出；其中，色散补偿光学系统的群速度色散从第一预定值GVD1到第二预定值GVD2 (其中，IGVD11 < | GVD21)单调变化时，从锁模半导体激光装置输出到系统外部的激光的脉冲时间宽度减小，并且接着增加到超过最小值PWmin的值。另外，单调变化指GVD^GVD2情况下的单调增加，GVDi>GVD2情况下的单调减小。专利技术有益效果在半导体激光装置中，当半导体激光装置中的有源层(增益部分)的光功率密度和载流子密度超过特定值时，由于电感发射而消耗了载流子，因此，有源层的折射率动态变化并且振荡谱扩展。这种现象被称为自相位调制。由于自相位调制使振荡谱扩展而造成脉冲时间宽度减小，色散补偿光学系统对自相位调制提供适当群速度色散，以获得适当频谱宽度，从而生成亚皮秒光脉冲。该特征与自相位调制和适当群速度色散在谐振器中互相交互时产生的孤立子锁模特征相似，因此可非常有效地作为将生成的光脉冲的时间宽度减小到亚皮秒(例如，200飞秒)或以下的方法。在与本专利技术的第一方面有关的半导体激光设备组件中，由于调节了锁模半导体激光装置发出的激光的光密度，并且调节了锁模半导体激光装置中的载流子密度的值，可在高光功率密度和高载流子密度下生成自相位调制，并对其提供适当群速度色散，从而可靠地生成亚皮秒光脉冲。另外，在与本专利技术的第二方面有关的半导体激光设备组件中，由于定义了色散补偿光学系统的群速度色散与锁模半导体激光装置输出到系统外部的激光的脉冲时间宽度之间的关系，可以可靠地生成稳定亚皮秒光脉冲，并可降低生成的光脉冲中的噪声。另外，除减小亚皮秒光脉冲的光脉冲时间宽度之外，在本专利技术的半导体激光设备组件中，锁模半导体激光装置为电流注入式，因此，与光致激发型锁模半导体激光装置相比具有能量效率高的优点。【附图说明】图1为根据实施例1的半导体激光设备组件的概念图。图2为在其中根据实施例1的锁模半导体激光装置的谐振器延伸的方向上的示意性截面图。图3为与其根据实施例1的锁模半导体激光装置的谐振器延伸的方向垂直的方向上的示意性截面图。图4A和图4B分别为示出了通过根据实施例1的半导体激光设备组件所获得的光脉冲的相关波形的示图和示出了光脉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体激光设备，包括：锁模半导体激光装置和包括色散补偿系统的外部谐振器，其中，所述半导体激光设备被配置为生成自调制、将负群速度色散引入到所述外部谐振器中并且在所述外部谐振器之后提供光谱过滤。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.11.11 JP 2011-2472761.一种半导体激光设备，包括:锁模半导体激光装置和包括色散补偿系统的外部谐振器，其中，所述半导体激光设备被配置为生成自调制、将负群速度色散引入到所述外部谐振器中并且在所述外部谐振器之后提供光谱过滤。2.根据权利要求1所述的半导体激光设备，其中，所述锁模半导体激光装置为双段激光装置。3.根据权利要求2所述的半导体激光设备，其中，所述双段激光装置包括氮化镓基激光二极管。4.根据权利要求1所述的半导体激光设备，进一步包括被配置为提供光谱过滤的波长选择器件。5.根据权利要求1所述的半导体激光设备，其中，所述锁模半导体激光装置包括层压结构，所述层压结构包括多个半导体层，其中，至少一个半导体层与至少一个发射区域和至少一个可饱和吸收区域相关联，并且其中，所述至少一个发射区域和所述至少一个可饱和吸收区域被平行布置在所述外部谐振器的方向上。6.根据权利要求5所述的半导体激光设备，其中，所述锁模半导体激光装置具有脊条型分限异质结构和倾斜脊条型分限异质结构中的任何一种。7.根据权利要求5所述的半导体激光设备，进一步包括将与所述至少一个半导体层相关联的电极分离成至少第一部分和第二部分的至少一个分离槽。8.根据权利要求1所述的半导体激光设备，其中，所述外部谐振器包括所述锁模半导体激光装置的第一端面、以及反射镜和部分反射镜中的至少一个。9.根据权利要求8所述的半导体激光设备，其中，所述外部谐振器的长度为所述锁模半导体激光装置的所述第一端面与所述反射镜和所述部分反射镜中的至少一个之间的距离。10.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：河野俊介，仓本大，宫岛孝夫，幸田伦太郎，渡边秀辉，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP