[發(fā)明專利]光學(xué)泵浦垂直外腔表面發(fā)射激光設(shè)備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380021857.5
• 申請日: 2013-04-11
• 公開（公告）號: CN104247174B
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: S.格羅恩博爾恩;M.米勒
• 申請（專利權(quán)）人: 皇家飛利浦有限公司
• 主分類號: H01S5/04
• 分類號: H01S5/04;H01S5/14;H01S5/42;H01S3/08;H01S5/022;H01S5/024;H01S5/026;H01S5/183;H01S5/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 張同慶,景軍平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光學(xué)泵浦垂直外腔表面發(fā)射激光設(shè)備，該設(shè)備包括至少一個(gè)垂直外腔表面發(fā)射激光器（VECSEL）和若干泵浦激光二極管，其中所述泵浦激光二極管被布置成通過在鏡元件處反射泵浦輻射而光學(xué)地泵浦VECSEL的有源區(qū)。垂直外腔表面發(fā)射激光器是最有希望的高亮度激光源之一，并且與邊緣發(fā)射器相比提供了許多優(yōu)點(diǎn)，比如可尋址2D陣列布置和圓形波束形狀。

背景技術(shù)

VECSEL典型地包括在層序列中形成的有源區(qū)和第一端鏡以及被布置成與層序列分離且形成激光器的外腔的第二端鏡。在標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置中，外腔由非常龐大且需要有關(guān)調(diào)節(jié)的宏觀光學(xué)元件組成。通過從晶片實(shí)現(xiàn)外部光學(xué)部件并且將該晶片接合到承載層序列的典型地為GaAs晶片的晶片，有可能并行地制造數(shù)千微型VECSEL并且在晶片上直接測試它們，比如VCSEL（垂直腔表面發(fā)射激光二極管）。

已知的光學(xué)泵浦VECSEL需要單獨(dú)地安裝泵浦激光器并且將其與VECSEL的諧振器或者腔體對準(zhǔn)。這需要耗時(shí)的生產(chǎn)和龐大的模塊。

US 2010/0014547 A1公開了一種用于固態(tài)激光介質(zhì)的縱向泵浦的設(shè)備。該設(shè)備包括安裝在激光介質(zhì)的冷卻設(shè)備側(cè)面的若干泵浦激光二極管。激光二極管發(fā)射的泵浦輻射通過若干拋物鏡朝固態(tài)激光介質(zhì)的端面之一反射。在該設(shè)備中，若干拋物鏡必須精確對準(zhǔn)，以便在固態(tài)激光介質(zhì)的入口處實(shí)現(xiàn)泵浦輻射的希望的強(qiáng)度分布。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種允許更容易地對準(zhǔn)泵浦光學(xué)器件并且可以在緊湊設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)的光學(xué)泵浦垂直外腔表面發(fā)射激光設(shè)備。

這個(gè)目的利用依照權(quán)利要求1的光學(xué)泵浦垂直外腔表面發(fā)射激光設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。該設(shè)備的有利實(shí)施例是從屬權(quán)利要求的主題，或者在說明書的后續(xù)部分和優(yōu)選實(shí)施例中加以描述。

所提出的光學(xué)泵浦垂直外腔表面發(fā)射激光設(shè)備包括作為光學(xué)泵浦半導(dǎo)體盤形激光器的至少一個(gè)VECSEL以及若干泵浦激光二極管，優(yōu)選地垂直腔表面發(fā)射激光二極管（VCSEL）。VECSEL可以以已知的方式設(shè)計(jì)，并且包括至少形成VECSEL的第一端鏡和有源區(qū)的疊層。與該疊層分離地布置的第二端鏡形成激光器的外腔。在提出的激光設(shè)備的設(shè)計(jì)中，泵浦激光二極管被布置成通過在鏡元件處反射泵浦輻射而光學(xué)地泵浦VECSEL的有源區(qū)。該鏡元件布置在VECSEL的光軸上，并且被設(shè)計(jì)成將泵浦輻射聚集在有源區(qū)中并且同時(shí)形成VECSEL的第二端鏡。該鏡元件因此在一個(gè)單一元件中結(jié)合了兩個(gè)功能。

本發(fā)明的垂直外腔表面發(fā)射激光設(shè)備使用適當(dāng)設(shè)計(jì)的鏡元件，該鏡元件將泵浦光定向到VECSEL的有源區(qū)中，并且同時(shí)充當(dāng)與第一鏡一起形成VECSEL諧振器的外部鏡。因此，泵浦光斑自動地與VECSEL諧振器的光模對準(zhǔn)。通過將VECSEL的有源區(qū)的光學(xué)泵浦區(qū)域設(shè)計(jì)得足夠大（大截面垂直于光軸），可以實(shí)現(xiàn)泵浦激光二極管的高達(dá)100μm的對準(zhǔn)公差。所提出的設(shè)計(jì)允許泵浦激光二極管的布置將基本上平行于光軸的泵浦輻射朝鏡元件定向，這允許實(shí)現(xiàn)設(shè)備的非常緊湊的設(shè)計(jì)。泵浦激光二極管優(yōu)選地通過可以在晶片級測試的VCSEL陣列實(shí)現(xiàn)并且提供良好的效率。此外，在本發(fā)明的一個(gè)有利的實(shí)施例中，泵浦激光二極管與VECSEL疊層集成在相同的芯片上。這在提供出色的亮度的同時(shí)降低了激光設(shè)備的制造成本和維度。

在相同芯片上集成VCSEL陣列和VECSEL允許在該芯片上制造來源于相同層序列的這些激光器。為此目的，應(yīng)用公共層結(jié)構(gòu)，其中形成VCSEL的層序列通過蝕刻停止層與形成VECSEL疊層的層序列分離。然后，VCSEL和VECSEL通過經(jīng)由一個(gè)或幾個(gè)蝕刻過程對層序列適當(dāng)?shù)亟Y(jié)構(gòu)化而形成。

也可能將泵浦激光二極管和VECSEL集成在單獨(dú)的芯片上，這些芯片然后可以安裝在公共基板或者散熱器上。這樣的布置也提供了激光設(shè)備的設(shè)計(jì)非常緊湊的優(yōu)點(diǎn)。

形成VECSEL的外部鏡的鏡元件可以以本領(lǐng)域中已知的相同方式安裝在VECSEL的層序列上。也可能在單獨(dú)的晶片上形成若干鏡元件并且然后與VCSEL陣列一起將該晶片接合到包括VECSEL疊層中的若干個(gè)的晶片。然后，將接合的晶片分成包括所提出的激光設(shè)備的單個(gè)芯片?？商鎿Q地，這兩個(gè)晶片可以首先分成單個(gè)芯片，并且這些單個(gè)的芯片然后可以組合以實(shí)現(xiàn)所提出的激光設(shè)備。另一種可能性是直接將鏡元件集成到包括VECSEL層序列的芯片或晶片上。