專利名稱：半導體激光器裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體激光器裝置，它包括一個半導體激光器元件或多個并列裝配的具有多個出光面的單個激光器，由出光面中可以發出激光射線，該激光射線在一個第一方向具有比在與其垂直的第二方向更大的發散度，該裝置還包括至少一個與出光面間隔地設置在半導體激光器元件或單個激光器外部的具有至少一個反射面的反射裝置，該反射面可以將至少一部分由半導體激光器元件或單個激光器通過出光面發出的激光這樣反射回半導體激光器或單個激光器中，使得由此影響到半導體激光器或單個激光器的波模光譜(Modenspectrum)。
由I.Nelson，B.Chann，T.G.Walker，Opt.Lett.25，1352(2000)已知一種上述形式的半導體激光器裝置。在其中所述的半導體激光器裝置中使用一個外部諧振器，它使用一個光柵作為反射裝置。此外一個快軸準直鏡(Fast-Axis-Kollimationslinse)位于直接連接在半導體激光器元件上的外部諧振器中。在快軸準直鏡與光柵之間設置兩個作為望遠鏡的透鏡。已經證實在這種半導體激光器裝置中有缺陷的是，一方面由于多個光元件在外部諧振器內產生相對較高的損耗，由此降低了半導體激光器裝置的輸出功率。另一方面，通過由現有技術已知的半導體激光器裝置只能接收半導體激光器元件的縱向波模或者說影響半導體激光器元件的各發射器。通過由現有技術已知的結構不能夠影響所述半導體激光器裝置的橫向波模光譜。由于這個原因這種由現有技術已知的半導體激光器裝置的每個發射器具有多個不同的橫向波模，它們都對由半導體激光器裝置發出的激光做出貢獻。由于這個事實由按照現有技術的半導體激光器裝置發出的激光難以聚焦。
按照現有技術還嘗試通過對半導體激光器元件的有效區進行構造從而影響半導體激光器元件的波模光譜。這種構造可以包括例如在不同的方向上改變折射率，由此通過在不同方向上變化的折射率優先傳播各優選的橫向激光波模。此外例如可以通過不同的摻雜率來影響用于進行再次結合的電極空穴對數量的方法，由此在有效區的不同位置實現不同強度的激光。上述兩種優選各橫向波模的方法需要可觀的加工費用并且同樣不能得到真正令人滿意的半導體激光器裝置射線質量以及輸出功率。
因此本發明要解決的問題是實現一個上述形式的半導體激光器裝置，它以改進的射線質量具有一個高的輸出功率。
按照本發明這個目的由此實現所述反射裝置的至少一個反射面凹下地彎曲。
通過這種方法與上述現有技術相比可以省去外部諧振器內的附加透鏡，因為所述凹下彎曲的反射面可以同時作為成像元件。通過反射面的凹下曲率尤其可以省去半導體激光器元件的相當費事的構造。
此外至少一個反射面可以使相應的激光射線的部分射線這樣反射回各出光面，使這些出光面作為孔徑。通過這個措施可以通過最簡單的裝置影響半導體激光器元件的波模光譜。
與現有技術一樣，所述半導體激光器裝置可以包括一個設置在反射裝置與半導體激光器元件或單個元件之間的透鏡裝置，它至少可以在第一方向上至少部分地減小激光射線的發散度。因此這種透鏡裝置用來作為快軸準直鏡按照本發明存在這種可能，使所述反射裝置具有一個反射面，在其上可以反射從不同的出光面發出的部分射線。作為替代，也可以選擇使所述反射裝置具有多個反射面，它們可以分別反射從各出光面發出的分射線。
按照本發明的一個優選實施例，所述半導體激光器裝置包括一個射線變換單元，它尤其實現為射線旋轉單元，并且最好可以分別單獨旋轉分射線，尤其是旋轉90°。通過一個這樣的射線變換單元可以使從半導體激光器裝置發出的激光射線這樣變換，使得它可以接著更易于聚焦。
按照本發明的一個優選實施例，所述射線變換單元設置在反射裝置與半導體激光器元件或單個激光器之間，尤其設置在反射裝置與透鏡裝置之間。通過所述射線變換單元在外部諧振器內的這種布置可以提供更多的空間用于耦出。
此外所述半導體激光器裝置可以包括一個倍頻元件，它設置在反射裝置與半導體激光器元件或單個激光器之間，尤其設置在反射裝置與透鏡裝置之間。在此尤其是第二諧波可以至少部分地從半導體激光器裝置中耦出，并且用于影響波模光譜的基波波長至少部分地反射回半導體激光器元件或單個激光器中。
此外按照本發明存在這種可能，所述半導體激光器元件只在對應于一個所期望的激光射線波模的空間延伸的局部區域內施加電壓或者電流，用于產生電極空穴對。通過這個可以相對簡單實現的措施可以進一步優化所期望的激光射線波模。
本發明的其它特征和優點借助于下面結合附圖對優選實施例的描述給出。附圖中

圖1以示意俯視圖示出一個按照本發明的半導體激光器裝置的第一實施例；圖2以示意俯視圖示出一個按照本發明的半導體激光器裝置的第二實施例；圖3以示意俯視圖示出一個按照本發明的半導體激光器裝置的第三實施例；圖4以示意俯視圖示出一個按照本發明的半導體激光器裝置的第四實施例。
在圖1中所示的一個按照本發明的半導體激光器裝置的實施例包括一個半導體激光器元件1，它具有多個出光面2，3，4，5，從出光面可以發出激光射線。所述半導體激光器元件1由寬帶發射器陣列或由所謂的激光器二極管陣列構成。在所示實施例中只示出四個用于光發射的相互獨立的出光面2，3，4，5。但是也可以具有更多的并列且相互間隔設置的出光面。
由每個出光面2，3，4，5發出的激光射線分別分裂成兩束分射線2a，2b；3a，3b；4a，4b；5a，5b，它們分別與出光面2，3，4，5的法線形成一個相互反向的相同角度。兩個分別相關的分射線2a，2b；3a，3b；4a，4b；5a，5b分別代表由對應于相應出光面2，3，4，5發射的半導體激光器元件1的局部區域發出的激光波模。
如同由圖1可以看到的那樣，一個按照本發明的半導體激光器裝置還在半導體激光器元件1的外部包括一個透鏡裝置6，它構成快軸準直鏡。該快速在所示的笛卡爾坐標系中對應于Y方向。該快軸在這種寬帶發射層中是垂直于各發射器相鄰設置的方向的方向。這種半導體激光器元件1在快軸中的發散度遠大于在與其垂直的慢軸中的發散度，該慢軸在圖1中對應于X方向。
在所述透鏡裝置6的后面，在與半導體激光器元件1適當的距離處設置一個反射裝置7，它具有一個面對半導體激光器元件1的反射面8。從反射面8使分射線2a，3a，4a，5a反射回出光面2，3，4，5的方向。所述出光面2，3，4，5可以配有一個減反射的涂層，由此使反射回來的分射線2a，3a，4a，5a可以至少部分地這樣進入半導體激光器元件1，使得由此影響半導體激光器元件1的波模光譜。尤其是可以根據反射裝置7相對于出光面2，3，4，5的取向、焦距和距離，在半導體激光器元件1中優先傳播特定的波模。在一個按照本發明的半導體激光器裝置的在圖1中所示的實施例中，通常不使所有對應于各出光面2，3，4，5的激光發射器在相同的波模上振蕩，因為所述分射線2a，3a，4a，5a從出光面2，3，4，5中發出的角度是不同的。
可以這樣選擇所述反射面8與出光面2，3，4，5的距離，使它基本對應于反射面8的焦距。尤其是可以通過相應選擇距離或焦距使射線腰(Strahltaille)在出光面2，3，4，5上基本對應于其相應的寬度。
按照圖1從半導體激光器裝置的耦出可以通過分射線2b，3b，4b，5b實現。例如可以在圖1中在反射裝置7的下部接入另一局部反射的反射裝置，它用于耦出。附加地或者作為替代，也可以選擇在分射線2b，3b，4b，5b的射線光程中安置一個射線變換單元，它使耦出的分射線易于進一步處理。
在圖2所示的一個按照本發明的半導體激光器裝置的實施例中，相同的部件具有相同的附圖標記。在圖2中示出分射線2c，3c，4c，5c，它們對應于半導體激光器元件1的各發射器的橫向波模，它基本平行于出光面2，3，4，5的法線，即基本在按照笛卡爾坐標系中的Z方向從半導體激光器元件1中發出。在圖2中給出的反射裝置9不僅具有一個反射面，而且具有多個反射面10，11，12，13。因此對每個分射線2c，3c，4c，5c設置一個反射面10，11，12，13，由此在這個實施例中，每個對應于出光面2，3，4，5的半導體激光器元件1的發射器可以以相同的橫向或縱向波模來工作。
為了優選出一個唯一的縱向波模，在圖2中用虛線示出一個波長選擇元件14，它例如可以由標準具構成。通過該波長選擇元件14能夠選擇特定的縱向波模、尤其是使所發出的激光射線具有一個小的光譜寬度的縱向波模。
從半導體激光器裝置中的耦出可以通過將反射裝置9設計為部分反射來實現，使得可以在正的Z方向上從反射裝置9中發出激光射線。作為替代，也可以選擇使所述半導體激光器元件背離由反射裝置9構成的外部諧振器的一側可以局部地減反射或者非高反射，由此可以在圖2中的半導體激光器元件的左側上使激光射線在負的Z方向上發出。
按照另一可選方案，可以在圖2中的半導體激光器元件1的左側設置另一與反射裝置9相同的反射裝置，它可以使從半導體激光器元件1在負的Z方向上發出的激光射線反射回半導體激光器元件1中。在這種情況下外部諧振器由兩個反射裝置9構成，其反射面相互面對。一個反射裝置9在此可以設計為部分反射，由此可以使激光射線部分地為了耦出而穿過這個反射裝置。
在圖2中在反射裝置的右側還用虛線示出一個射線變換單元15，它在激光在正的Z方向上從反射裝置9發出時可以變換射線。射線變換單元例如可以是一個射線旋轉單元，它可以將每個分射線2c，3c，4c，5c單獨旋轉例如90°。通過這種射線變換改進了所發出的激光射線的聚焦性。按照本發明也可以在按照圖1的實施例中使用這種射線變換單元。
按照圖3的半導體激光器裝置與在圖2中所示的半導體激光器裝置的主要不同之處在于優選出對應于圖1以與法線成一個角度從出光面2，3，4，5發出的波模。在按照圖3的半導體激光器裝置中設置的反射裝置16還具有多個反射面17，18，19，20。在以實線示出的反射裝置16的實施例中，這個反射裝置基本平行于X方向取向，由此使各分射線2a，3a，4a，5a在出光面2，3，4，5與反射面17，18，19，20之間的光程是相同的。作為替代，也可以設置一個反射裝置16’，它在圖3中用虛線示出，并可以與反射裝置16在同一位置安裝在半導體激光器裝置中。對于這種基本垂直于分射線2a，3a，4a，5a的傳播方向取向的反射裝置16’，所述分射線2a，3a，4a，5a在出光面2，3，4，5與反射裝置16’之間的光程是不同的。
在反射裝置16中，各反射面17，18，19，20相對于Z軸傾斜。而在反射裝置16’中不是這樣。但是在這個反射裝置中可以要求反射面的曲率半徑分別不同地構成。
在圖3中同樣示出一個射線變換單元15，它設置在要被耦出的射線2b，3b，4b，5b中。穿過這個射線變換單元15的激光射線例如可以通過另一聚焦裝置聚焦到一個光纖的端部上。
按照本發明也可以在按照圖1和圖3的實施例中設置一個波長選擇元件。這一點在按照圖1的不同傾斜的分射線中可能需要一個彎曲的標準具，用于分別選擇相同的波長。
按照本發明，還可以在外部諧振器中，即在各反射裝置7，9，16，16’與半導體激光器元件1之間，尤其是在透鏡裝置6與反射裝置7，9，16，16’之間設置一個射線變換單元。這種布置帶來的優點是，由此可以提供更多的用于耦出的空間。
一個例如由射線旋轉單元構成的射線變換單元使各發射器的發射旋轉90°。在這樣旋轉后所述分射線2a，3a，4a，5a以相對于X-Z平面相同的角度向上延伸，而分射線2b，3b，4b，5b以相反方向的相同角度向下延伸。一個唯一的圓柱鏡面適用于慢軸準直。如果要使用球形鏡面，在這種情況下對于慢軸準直還需要一個鏡面陣列。
如果使用一個發射器陣列堆，則可以在一個具有射線旋轉單元的結構中使用一個由圓柱鏡面構成的單維陣列用于慢軸準直。
按照本發明還可以在外部諧振器中安置一個倍頻元件，例如一個倍頻晶體。例如可以將這個元件安置在圖2中的透鏡裝置6與反射裝置9之間。在這種情況下所述反射面10，11，12，13對于基波波長是高反射的，而對于第二諧波的波長是透射的。在此所述透鏡裝置6可以這樣構成，使得不阻礙基波波長穿過，而反射第二諧波，由此使第二諧波不耦回到半導體激光器元件1中。
按照本發明也可以使用一個發射器陣列堆作為半導體激光器元件1。在這種情況下可以使用例如一個球形鏡面或圓柱鏡面的兩維陣列或者圓柱鏡面的單維陣列。在此可以對應于圖1的實施例確定所述距離和焦距。
代替一個由激光二極管陣列構成的半導體激光器元件1，也可以使用多個獨立的并列裝配的單個激光器。它們可以作為單波模激光器工作并單獨控制。這種形式的多個單個激光器尤其適用于醫療技術領域。
由圖4可以看到一個半導體激光器元件21，它由激光二極管陣列構成。該半導體激光器元件21具有多個出光面22，23，24，由這些出光面可以發出激光射線25，26，27。此外在按照圖4的實施例中具有一個反射裝置28，它具有多個相鄰設置的反射面29，30，31，它們例如與圖2的反射面10，11，12，13一樣地構成。與按照圖2的實施例一樣，由反射面29，30，31使激光射線25，26，27的相應分量通過相應的出光面22，23，24反射回半導體激光器元件21中。在圖4中所示的激光射線的選出波模中，由每個反射面29，30，31使各激光射線25，26，27的分射線這樣反射回半導體激光器元件21中，使它們以與法線成一個角度反射到半導體激光器元件的相對設置的端面32上，由此使它們在這次反射后從相鄰的出光面22，23，24中發出。通過這種方法可以實現在整個半導體激光器元件21中基本構成一個唯一的激光射線波模。
例如可以規定，使各出光面與例如圖4中的中間出光面23一樣設置有高反射的涂層33，由此從這個出光面23不會有光射線從半導體激光器元件中發出。所述光射線在這種情況下反射到這個出光面并在繼續反射到相對設置的端面32上之后通過相鄰的出光面22，24從半導體激光器元件21中射出。
在按照圖4的實施例中可以規定，只有半導體激光器元件21的特定局部區域34設置有電極，由此只對這些局部區域34施加電壓并由此只在這些部位34輸入電流，用于產生電極空穴對。在圖4中還示出局部區域35，它們不設置電極，因此也不能施加電壓。通過這種結構優化了一個或多個優選的波模結構。也可以在反射裝置28與半導體激光器元件21之間設置一個在圖4中未示出的透鏡裝置。
權利要求
1.一種半導體激光器裝置，包括-一個半導體激光器元件(1，21)或多個并列裝配的具有多個出光面(2，3，4，5，22，23，24)的單個激光器，由出光面中可以發出激光射線，該激光射線在一個第一方向(Y)上具有比在與其垂直的第二方向上更大的發散度；以及至少一個與出光面(2，3，4，5，22，23，24)間隔地設置在半導體激光器元件(1)或單個激光器外部的具有至少一個反射面(8，10，11，12，13，17，18，19，20，29，30，31)的反射裝置(7，9，16，16’，28)，該反射面可以將至少一部分由半導體激光器元件(1，21)或單個激光器通過出光面(2，3，4，5，22，23，24)發出的激光射線這樣反射回半導體激光器(1，21)或單個激光器中，使得由此影響半導體激光器(1，21)或單個激光器的波模光譜，其特征在于，所述反射裝置(7，9，16，16’，28)的至少一個反射面(8，10，11，12，13，17，18，19，20，29，30，31)凹下地彎曲。
2.如權利要求1所述的半導體激光器裝置，其特征在于，所述至少一個反射面(8，10，11，12，13，17，18，19，20，29，30，31)可以這樣將激光射線的分射線反射回出光面(2，3，4，5，22，23，24)中使出光面作為孔徑。
3.如權利要求1或2所述的半導體激光器裝置，其特征在于，所述半導體激光器裝置包括一個設置在反射裝置(7，9，16，16’，28)與半導體激光器元件(1，21)或單個激光器之間的透鏡裝置(6)，它至少在第一方向(Y)上可以至少部分地使激光射線的發散度減小。
4.如權利要求1至3中任一項所述的半導體激光器裝置，其特征在于，所述反射裝置(7)具有一個反射面(8)，在其上可以反射從不同的出光面(2，3，4，5)發出的分射線(2a，3a，4a，5a)。
5.如權利要求1至3中任一項所述的半導體激光器裝置，其特征在于，所述反射裝置(9，16，16’，28)具有多個反射面(10，11，12，13，17，18，19，20，29，30，31)，它們可以分別反射從各出光面(2，3，4，5，22，23，24)發出的分射線(2a，2c；3a，3c；4a，4c；5a，5c)。
6.如權利要求1至5中任一項所述的半導體激光器裝置，其特征在于，所述半導體激光器裝置包括一個射線變換單元(15)，它尤其由射線旋轉單元構成，并最好分別使各分射線(2a，2b，2c；3a，3b，3c；4a，4b，4c；5a，5b，5c)旋轉，尤其是旋轉約90°。
7.如權利要求6所述的半導體激光器裝置，其特征在于，所述射線變換單元(15)設置在反射裝置(7，9，16，16’，28)與半導體激光器元件(1，21)或單個激光器之間，尤其是設置在反射裝置(7，9，16，16’)與透鏡裝置(6)之間。
8.如權利要求1至7中任一項所述的半導體激光器裝置，其特征在于，所述半導體激光器裝置還包括一個倍頻元件，它設置在反射裝置(7，9，16，16’，28)與半導體激光器元件(1，21)或單個激光器之間，尤其是設置在反射裝置(7，9，16，16’，28)與透鏡裝置(6)之間。
9.如權利要求1至8中任一項所述的半導體激光器裝置，其特征在于，所述半導體激光器元件(21)只在對應于所期望的激光射線波模的空間延伸的局部區域(34)內施加電壓或提供電流，用于產生電極空穴對。
全文摘要
一種半導體激光器裝置，包括一個半導體激光器元件(1，21)或多個并列裝配的具有多個出光面(2，3，4，5，22，23，24)的單個激光器，由出光面中可以發出激光射線，該激光射線在一個第一方向(Y)上具有比在與其垂直的第二方向上更大的發散度；以及至少一個與出光面(2，3，4，5，22，23，24)間隔地設置在半導體激光器元件(1)或單個激光器外部的具有至少一個反射面(8，10，11，12，13，17，18，19，20，29，30，31)的反射裝置(7，9，16，16’，28)，該反射面可以將至少一部分由半導體激光器元件(1，21)或單個激光器通過出光面(2，3，4，5，22，23，24)發出的激光射線這樣反射回半導體激光器(1，21)或單個激光器中，使得由此影響半導體激光器(1，21)或單個激光器的波模光譜，其中所述反射裝置(7，9，16，16’，28)的至少一個反射面(8，10，11，12，13，17，18，19，20，29，30，31)凹下地彎曲。
文檔編號H01S5/14GK1701479SQ03823782
公開日2005年11月23日 申請日期2003年8月1日 優先權日2002年9月2日
發明者阿里克西·米科哈洛夫, 威蘭德·希爾, 保羅·A.·哈特恩 申請人:翰茲-利索茲切科專利管理有限公司及兩合公司