專利名稱：外部共振器型半導(dǎo)體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有藍光激光二極管的外部共振器型半導(dǎo)體激光器。
背景技術(shù)：
近年來，由于半導(dǎo)體激光器體積小、功耗低，因此已被用于許多信息裝置。其中，存在發(fā)射其波長通過具有預(yù)定波長的外部光束穩(wěn)定的光束的外部共振器型半導(dǎo)體激光器。
下面，將參照圖1說明典型的立特魯(Littrow)型半導(dǎo)體激光器。從諸如激光二極管100的半導(dǎo)體激光器件發(fā)射的多縱向模式激光束被透鏡(準直透鏡)101準直化。準直的光束到達光柵102。光柵102輸出具有預(yù)定波長的光束作為與光柵102的配置角度對應(yīng)的一階衍射光束103。一階衍射光束103通過透鏡101被反向射入激光二極管100中。結(jié)果，激光二極管100與射入的一階衍射光束共振并發(fā)射單模式光束。從激光二極管100發(fā)射的光束的波長與從光柵102輸出的一階衍射光束103的波長相同。其余的到達光柵102的激光束是0階光束104。0階光束104以與入射角相同的角度被反射。
下面，參照圖2和圖3，說明具有可在商業(yè)上得到的典型外部共振器型半導(dǎo)體激光器的激光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。圖2是表示激光系統(tǒng)120的平面圖。圖3是表示沿圖2中由C表示的方向觀察時看到的激光系統(tǒng)120的前視圖。激光系統(tǒng)120的結(jié)構(gòu)與期刊文章L.Ricci等的“Acompact grating-stabilized diode laser system for atomic physics”，Optics Communication，1171995，第541～549頁中說明的激光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相同。
圖2和圖3中所示的激光系統(tǒng)120由以下部分構(gòu)成具有激光二極管121、透鏡(準直透鏡)122、光柵123、第一支撐部分124、第一螺釘125、第一槽溝126、第二支撐部分127、第二螺釘128和第二槽溝129的激光器部分130；珀爾帖(Peltier)器件141；和具有散熱片142的溫度控制部分143。
從圖2和圖3可以清楚地看到，諸如透鏡122和光柵123的光學(xué)部分被沿水平方向配置在激光系統(tǒng)120的安裝表面上。激光束的光路大致與安裝表面平行。溫度控制部分143被設(shè)置在激光器部分130下面。溫度控制部分143控制諸如激光二極管121和透鏡122的激光器部分130的結(jié)構(gòu)部件的溫度。溫度控制部分143使激光二極管121的溫度保持恒定。結(jié)果，作為激光二極管121的光源被穩(wěn)定。
如圖1所示，當(dāng)激光系統(tǒng)120的光柵123的配置角度被改變時，從光柵123行進到激光二極管121的一階衍射光束的波長改變。結(jié)果，激光二極管121的振蕩光束的波長得到調(diào)整。在光柵123上反射的0階光束D射向外面。
光柵123被第一支撐部分124夾持。第一支撐部分124具有第一槽溝126。當(dāng)安裝在第一支撐部分124中的第一螺釘125被旋轉(zhuǎn)時，第一槽溝126的間隙部分地變寬或變窄。結(jié)果，光柵123的水平配置角度輕微變化。
設(shè)置調(diào)整光柵123的垂直角度的類似的機構(gòu)。支撐光柵123的第一支撐部分124由第二支撐部分127支撐。第二支撐部分127具有第二槽溝129。類似地，當(dāng)安裝在第二支撐部分127中的第二螺釘128被旋轉(zhuǎn)時，第二槽溝129的間隙部分地變寬或變窄。結(jié)果，第一支撐部分124和光柵123的垂直配置角度輕微變化。
作為激光二極管121的藍光激光二極管已由幾個制造商開發(fā)。這些制造商已開始使用這些激光二極管用于光盤等。另外，如上所述，外部共振器型激光系統(tǒng)已被用于需要單模式激光束的全息存儲記錄器。
同一類型的商業(yè)上可得到的激光系統(tǒng)的最大輸出作為目錄(catalog)值高達15mW。
但是，當(dāng)外部共振器型半導(dǎo)體激光器被用于全息存儲記錄器等時，需要30mW或更高的激光輸出。常規(guī)的外部共振器型半導(dǎo)體激光器還沒有實現(xiàn)這種輸出水平。
外部共振器型半導(dǎo)體激光器用外部共振器實現(xiàn)單模式。但是，由于各種因素，它們不能實現(xiàn)足夠的單模式特性。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于，提供與常規(guī)的外部共振器型半導(dǎo)體激光器相比具有更大的輸出和更優(yōu)良的單模式特性兩種特征的外部共振器型半導(dǎo)體激光器、或具有這兩種特征中的一種的外部共振器型半導(dǎo)體激光器。
本發(fā)明的另一目的在于，提供具有30mW或更高的激光束輸出并能夠被用于全息存儲記錄器等的外部共振器型半導(dǎo)體激光器。
本發(fā)明是一種外部共振器型半導(dǎo)體激光器，該外部共振器型半導(dǎo)體激光器包括具有多個包括活性層的層的半導(dǎo)體激光器件；被設(shè)置為與半導(dǎo)體激光器件的光束發(fā)射表面相對的窗玻璃；通過窗玻璃接收從半導(dǎo)體激光器件發(fā)射的光束并將具有預(yù)定波長的光束返回半導(dǎo)體激光器件的光柵；和被設(shè)置在半導(dǎo)體激光器件和光柵之間并聚集從半導(dǎo)體激光器件發(fā)射的光束的透鏡，其中，窗玻璃以第一狀態(tài)或第二狀態(tài)被配置，在第一狀態(tài)中，窗玻璃與第一軸平行，該第一軸基本上垂直于與半導(dǎo)體激光器件的活性層和其它層的邊界表面中的至少一個平行的表面，窗玻璃與半導(dǎo)體激光器件的活性層和其它層的邊界表面中的至少一個基本平行，窗玻璃與半導(dǎo)體激光器件的光束發(fā)射表面基本平行，窗玻璃不與垂直于第一軸的第二軸平行，在第二狀態(tài)中，窗玻璃不與第一軸平行，窗玻璃與第二軸基本平行。
本發(fā)明是一種外部共振器型半導(dǎo)體激光器，該外部共振器型半導(dǎo)體激光器包括具有多個包括活性層的層的激光二極管；被設(shè)置為與激光二極管的光束發(fā)射表面相對的窗玻璃；通過窗玻璃接收從激光二極管發(fā)射的光束并將具有預(yù)定波長的光束返回激光二極管的光柵；和被設(shè)置在激光二極管和光柵之間并聚集從激光二極管發(fā)射的光束的透鏡，其中，窗玻璃以第一狀態(tài)或第二狀態(tài)被配置，在第一狀態(tài)中，窗玻璃與第一軸平行，該第一軸基本上垂直于與激光二極管的活性層和其它層的邊界表面中的至少一個平行的表面，窗玻璃與激光二極管的活性層和其它層的邊界表面中的至少一個基本平行，窗玻璃與激光二極管的光束發(fā)射表面基本平行，窗玻璃不與垂直于第一軸的第二軸平行，在第二狀態(tài)中，窗玻璃不與第一軸平行，窗玻璃與第二軸基本平行，激光二極管和光柵被配置為使得激光二極管向光柵供給S波，其中激光二極管具有至少45mW的輸出功率，其中當(dāng)激光二極管發(fā)射45mW或更低的輸出功率的光束時，不出現(xiàn)扭曲，激光二極管的光束發(fā)射表面的反射率為3％或更小，其中透鏡的數(shù)值孔徑為0.3～0.7，其中外部共振器長度為10mm～30mm，以及其中光柵的一階衍射光束的反射率為10％～30％。


圖1是說明外部共振器型半導(dǎo)體激光器的操作原理的示意圖。
圖2是表示常規(guī)的激光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖3是表示圖2中所示的激光系統(tǒng)的一側(cè)的結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖4是表示常規(guī)的激光二極管和相關(guān)部分的示意圖。
圖5是表示從與圖4中所示的角度不同的角度觀察時看到的激光二極管和相關(guān)部分的示意圖。
圖6是表示在沒有實現(xiàn)單模式的情況下波長和輸出功率之間關(guān)系的曲線圖。
圖7是表示根據(jù)本發(fā)明的外部共振器型半導(dǎo)體激光器的例子的示意圖。
圖8是表示根據(jù)本發(fā)明的外部共振器型半導(dǎo)體激光器的另一例子的示意圖。
圖9是表示在根據(jù)本發(fā)明實現(xiàn)單模式的情況下波長和輸出功率之間的關(guān)系的曲線圖。
圖10是表示出現(xiàn)扭曲的例子的示圖。
圖11是表示抑制出現(xiàn)扭曲的激光二極管的結(jié)構(gòu)的例子的示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明是具有半導(dǎo)體激光器件以增加激光輸出并提高單模式特性的改進的外部共振器型半導(dǎo)體激光器。在本例子中，外部共振器型半導(dǎo)體激光器是具有例如使用半導(dǎo)體激光器件的半導(dǎo)體激光器的裝置，該半導(dǎo)體激光器件諸如設(shè)置在圖1中所示的位置上的激光二極管、透鏡和光柵。激光二極管例如是發(fā)射波長范圍為例如395nm～415nm的光束的藍光激光二極管。下面，將依次說明本發(fā)明中的變更方式。
作為第一變更方式，半導(dǎo)體激光器的窗玻璃沿預(yù)定方向被傾斜預(yù)定的角度。圖4表示常規(guī)的激光二極管(半導(dǎo)體激光器件)1及其相關(guān)的結(jié)構(gòu)部分。激光二極管1由包含激光束發(fā)射部分的活性層2和設(shè)置在活性層2之上和之下的兩個層3和4構(gòu)成。層3由例如P型包覆層和接觸層等構(gòu)成。層4由例如N型包覆層和引導(dǎo)層等構(gòu)成。為了實現(xiàn)低縱橫比的半導(dǎo)體激光器件，可以在P型包覆層和活性層2之間設(shè)置電子阻擋層和中間層。
散熱片5被設(shè)置在激光二極管1下面。散熱片5通過熱傳導(dǎo)散掉從激光二極管1產(chǎn)生的熱。散熱片5需要由熱傳導(dǎo)性高、電絕緣性高且熱膨脹性高的材料制成。
激光束7通過窗玻璃6從活性層2的光束發(fā)射表面8被發(fā)射到外面。具有紅光激光二極管等的外部共振器型半導(dǎo)體激光器不需要窗玻璃6。但是，當(dāng)具有藍光激光二極管的外部共振器型半導(dǎo)體激光器不使用窗玻璃6時，激光二極管會劣化。為防止這種情況，窗玻璃6屏蔽激光二極管1使其與大氣隔開。
圖5表示從與圖4中所示的角度不同的角度觀察時看到的激光二極管1、散熱片5和窗玻璃6等。圖4是這些部分的平面圖，而圖5是其前視圖。換句話說，在圖4中示出圖2中所示的激光系統(tǒng)120的激光二極管121的結(jié)構(gòu)，而在圖5中示出圖3中所示的激光系統(tǒng)120的激光二極管121的結(jié)構(gòu)。激光束7通過窗玻璃6從激光二極管1被發(fā)射到外面。當(dāng)圖4中所示的活性層2的光束發(fā)射表面8的形狀為矩形時，由于短邊的擴展角變大，因此，激光束7的斷面形狀一般為橢圓。
常規(guī)而言，如圖4和圖5所示，由于窗玻璃6和活性層2的光束發(fā)射表面8(激光邊緣表面)被平行配置，因此激光束被窗玻璃反射。由于激光束被多次反射，因此單模式特性劣化。圖6表示在單模式特性劣化的情況下激光二極管1的波長和輸出功率之間的關(guān)系。圖6的水平軸和垂直軸分別代表波長(nm)和輸出功率(μW)。垂直軸上的值代表作為測量儀表的輸入部分的光纖接收的光束的功率。該值約為激光實際發(fā)射的光束的功率值的幾千分之一。
如圖6所示，輸出功率在約408.00nm的波長上出現(xiàn)峰值。該部分表示光束具有較好的單模式特性。但是，在408.00nm～408.50nm的波長上存在幾個輸出功率為0.1μW(最大值)的激光束。作為結(jié)果，很清楚沒有實現(xiàn)單模式。
因此，根據(jù)本發(fā)明，要抑制由窗玻璃導(dǎo)致的多次反射，將其沿預(yù)定方向傾斜預(yù)定的角度。圖7表示以上述方式改進的外部共振器型半導(dǎo)體激光器的第一例子。在第一例子中，從激光二極管11發(fā)射并穿過窗玻璃16的激光束沿與圖4中所示的(即，圖7A中所示的)方向相同的方向到達如圖2所示傾斜的光柵123。
激光二極管11由包含激光束發(fā)射部分的活性層12和設(shè)置在活性層12之上和之下的層13和14構(gòu)成。層13由例如P型包覆層和接觸層等構(gòu)成。層14由例如N型包覆層和引導(dǎo)層等構(gòu)成。為了實現(xiàn)低縱橫比的半導(dǎo)體激光器件，可以在P型包覆層和活性層12之間設(shè)置電子阻擋層和中間層。
散熱片15被設(shè)置在激光二極管11下面。散熱片15通過熱傳導(dǎo)散掉從激光二極管11產(chǎn)生的熱。散熱片15需要由熱傳導(dǎo)性高、電絕緣性高且熱膨脹性高的材料制成。
激光束17通過窗玻璃16從活性層12的光束發(fā)射表面19被發(fā)射到外面。具有紅光激光二極管等的外部共振器型半導(dǎo)體激光器不需要窗玻璃16。但是，當(dāng)具有藍光激光二極管的外部共振器型半導(dǎo)體激光器不使用窗玻璃16時，激光二極管會劣化。為防止這種情況，激光二極管11被任意容納于圓筒罩21中，使得窗玻璃16屏蔽激光二極管11使其與大氣隔開。
圖7B是表示本發(fā)明的第一例子的示意圖。圖7B中所示的第一軸18A與平行于激光二極管11的活性層12和其它層的邊界面中的至少一個的表面大致垂直。第二軸18B與激光二極管11的活性層12和其它層的邊界面中的至少一個大致平行。第二軸18B與激光二極管11的光束發(fā)射表面19大致平行。另外，第二軸18B與第一軸18A垂直。
在本例子中，窗玻璃16的表面與激光二極管11的光束發(fā)射表面19傾斜，使得窗玻璃16的表面與第二軸18B平行，但不與第一軸18A平行。在本例子中，假定第一軸18A和窗玻璃16之間的角度由A表示。在本例子中，A是例如1°的小角度。
當(dāng)窗玻璃16的表面與第一軸18A傾斜例如1.6°即A ＝1.6°時，由于波前像差的大小為0.15λP-V(峰到谷)，這在實際中不可用。因此，窗玻璃16的表面的傾角A的容許范圍非常窄。在圖7B中所示的例子中，雖然窗玻璃16被傾斜使得窗玻璃16的上部分接近激光二極管11。作為替代方案，窗玻璃16的下部分可接近激光二極管11。
下面，將說明波前像差。從點光源發(fā)射的光束作為同相球面波傳播。但是，當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)具有像差時，同相波面在圖像空間中不是球面波。與球面波的偏差一般被稱為球面像差?！癙-V”意思是波前畸變的頂部和底部之間的差值?！?.15λP-V”意思是該差值為一個波長λ(例如，410nm)的0.15倍。
圖8表示窗玻璃沿預(yù)定方向被傾斜預(yù)定角度的第二例子。如圖8A所示，在第二例子中，激光束通過窗玻璃16從激光二極管11發(fā)射到圖3所示傾斜的光柵123上。另外，與圖7中所示的激光二極管11類似，圖8中所示的激光二極管11具有與活性層12以及層13和14對應(yīng)的多個層。
圖8B是表示本發(fā)明的第二例子的示意圖。圖8B中所示的第一軸18A與平行于激光二極管11的活性層和其它層的邊界面中的至少一個的表面大致垂直。第二軸18B與激光二極管11的活性層和其它層的邊界面中的至少一個大致平行。第二軸18B與激光二極管11的光束發(fā)射表面19大致平行。另外，第二軸18B與第一軸18A垂直。
在第二例子中，窗玻璃16的表面被傾斜，使得窗玻璃16的表面與第一軸18A平行，但不與第二軸18B平行。在本例子中，假定第二軸18B和窗玻璃16的表面之間的角度由B表示。
當(dāng)B為例如5°或更大時，由于多次反射減少，因此可以獲得優(yōu)良的單模式特性。但是，當(dāng)窗玻璃16被過度傾斜時，窗玻璃16的像差變大。結(jié)果，激光的像差特性劣化。
在1/e2的區(qū)域中，即在光強下降到1/e2的區(qū)域中，為了滿足0.15λP-V或更小的波前像差，需要12°或更小的傾角。為了滿足0.1λP-V或更小的波前像差，需要8°或更小的傾角。在圖8中所示的例子中，窗玻璃16被傾斜使得窗玻璃16的上部分接近激光二極管11。作為替代方案，窗玻璃16可被傾斜使得窗玻璃16的下部分接近激光二極管11。
如上所述，藍光激光二極管需要與大氣屏蔽以防止二極管劣化。因此，窗玻璃是必不可少的結(jié)構(gòu)部分。該變更方式使得可以在上述結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)優(yōu)良的單模式特性。
圖9是表示在窗玻璃在圖8中所示的結(jié)構(gòu)中被傾斜6°即B＝6°的情況下波長和輸出功率之間的關(guān)系的曲線圖。該曲線圖表示在約406.94的波長上實現(xiàn)優(yōu)良的單模式特性。
從激光二極管發(fā)射的激光束被光柵反射成0階光束。0階光束射出到外面。0階光束被用于諸如全息存儲記錄器的各種應(yīng)用。因此，優(yōu)選0階光束的功率較大。由于0階光束如鏡子那樣被反射，因此其反射率主要取決于0階光束是S波還是P波。
P波具有布魯斯特(Brewstar)角。當(dāng)P波如上述外部共振器型半導(dǎo)體激光器那樣以與光柵的某一傾角到達光柵時，0階光束的反射率較低。相反，當(dāng)S波以與光柵的某一傾角到達光柵時，0階光束的反射率較高。因此，當(dāng)S波到達光柵時，可以獲得較大的功率。要使S波到達光柵，需要相對于半導(dǎo)體激光器的偏振方向和光柵的反射方向調(diào)整半導(dǎo)體激光器和光柵的配置。
最終獲得的單模式激光束的光源是圖4中所示的激光二極管1。因此，激光二極管1需要具有比所需的激光功率高的輸出功率。換句話說，激光二極管1只需要在自由運行狀態(tài)中發(fā)射具有比所需的激光功率高的激光功率的激光束。
試驗表明，由于激光束穿過窗玻璃、透鏡(準直透鏡)和光柵，因此射出到外面的激光束的功率是激光二極管1的輸出功率的約2/3。當(dāng)激光束如上所述被用于全息存儲記錄器時，在單模式中需要30mW或更高的功率。可通過下面的公式1獲得激光二極管所需的輸出功率。
30(mW)×3/2＝45(mW)...(公式1)激光二極管1的剩余1/3輸出功率中的大部分作為光柵的一階衍射光束返回激光二極管1。因此，該光束不射出到外面。
如上所述，要獲得30mW或更高功率的最終獲得的單模式激光束，激光二極管1需要具有45mW或更高的輸出功率。但是，輸出激光束應(yīng)在所有的功率中都沒有扭曲。扭曲是模式的邊界。在扭曲出現(xiàn)前，光束以單側(cè)向模式被發(fā)射。在扭曲出現(xiàn)后，出現(xiàn)多側(cè)向模式。在多側(cè)向模式中，難以用外部共振器實現(xiàn)單模式。因此，優(yōu)選在激光二極管1所需的所有的45mW的功率中都不出現(xiàn)扭曲。
圖10是表示激光二極管1的電流(mA)和輸出功率(mW)之間的關(guān)系的曲線圖。在該例子中，在約20mW的輸出功率上出現(xiàn)扭曲。從該圖可清楚地看出，當(dāng)施加到激光二極管1上的電流增加到某種程度時，激光二極管1的輸出功率是零。當(dāng)電流變?yōu)榧s30mA時，輸出功率開始增加。然后，隨著電流增加。輸出功率按比例增加。但是，當(dāng)輸出功率變?yōu)榧s20mW(電流變?yōu)榧s50mA)時，存在隨著電流增加輸出功率不增加的點。這意味著，當(dāng)激光二極管1輸出具有相同的波長的激光束時，激光二極管1發(fā)射激光束的模式改變。該點為扭曲。
如上所述，扭曲對于單模式來說是不希望有的。因此，必須去除扭曲或使其出現(xiàn)在45mW或更高的輸出功率上。
要做到這一點，如圖11所示構(gòu)造激光二極管30的芯片。在Takashi Mizuno等的“100mW kink-free，low aspect ratio，blue-violetsemiconductor laser”，Proceedings of the 11th Sony Research Forum(2001)中已提出這種結(jié)構(gòu)。
在該結(jié)構(gòu)中，通過ELO(外延側(cè)向附晶生長(Epitaxial LateralOvergrowth))在藍寶石襯底31上制作具有低缺陷密度區(qū)域的n型GaN層33。然后，依次結(jié)晶N型包覆層34、引導(dǎo)層35、活性層36、中間層37、電子阻擋層38、P型包覆層39和接觸層41。在本例子中，N型包覆層34是n型AlGaN包覆層；引導(dǎo)層35是n型GaN引導(dǎo)層；活性層36是GaInN多量子阱活性層；中間層37是GaInN中間層；電子阻擋層38是p型AlGaN電子阻擋層；P型包覆層39是p型GaN/AlGaN超晶格包覆層；接觸層41是p型GaN接觸層。P型電極43由例如Pd/Pt/Au構(gòu)成。N型電極42由Ti/Pt/Au構(gòu)成。
在該結(jié)構(gòu)中，形成脊側(cè)表面埋藏層40。在脊側(cè)表面埋藏層40中，用作為例如SiO2層和Si層的兩層絕緣膜埋藏接觸層(脊)41的側(cè)面。單側(cè)向模式激光束很難沿激光二極管30的各層的邊界方向擴散(傳播)，多側(cè)向模式激光束沿該方向擴散。因此，脊側(cè)表面埋藏層40很難吸收單側(cè)向模式激光束，但選擇性地吸收多側(cè)向模式激光束。結(jié)果，扭曲被抑制。在最壞的情況下，在高功率區(qū)域出現(xiàn)扭曲。
在本例子中，優(yōu)選與接觸層的寬度對應(yīng)的條帶寬度W為1.6μm或更小。當(dāng)該寬度較窄時，多側(cè)向模式激光束很難出現(xiàn)。
由于圖4中所示的激光二極管1的光束發(fā)射部分的材料具有高折射率，因此光束發(fā)射表面8反射從外面到達的光束。但是，當(dāng)光束發(fā)射表面8的前表面被涂敷時，反射率可被降至幾乎為0％。光束發(fā)射表面8是接收從光柵返回激光二極管1的一階衍射光束的表面。光束發(fā)射表面8的反射率越高，則被接收的一階衍射光束的光量越少。
試驗結(jié)果表明，具有0～10％范圍的反射率的光束發(fā)射表面實現(xiàn)單模式激光束。但是，當(dāng)光束發(fā)射表面具有高反射率時，難以實現(xiàn)單模式。另外，從光柵返回的一階衍射光束的大部分被浪費。相反，當(dāng)需要具有非常低反射率的光束反射表面時，產(chǎn)量將由于涂敷處理而減少。因此，針對這些情況，優(yōu)選激光二極管1的光束發(fā)射表面的反射率為3％或更小。
如圖2和圖3所示，準直透鏡被設(shè)置在激光二極管和光柵之間。當(dāng)準直透鏡的數(shù)值孔徑(NA)較小例如為0.19時，從光柵返回的一階衍射光束不被準直透鏡阻止。因此，一階衍射光束被傳播并被激光二極管的光束發(fā)射表面8接收。因此，只有一部分一階衍射光束返回激光二極管。結(jié)果，實現(xiàn)單模式變得困難。
相反，當(dāng)準直透鏡的數(shù)值孔徑為例如0.4或0.6時，容易實現(xiàn)單模式?？梢云谕哂斜?.4或0.6高的數(shù)值孔徑的透鏡使得可實現(xiàn)單模式。但是，制造具有高數(shù)值孔徑的透鏡較為困難。針對這些情況，優(yōu)選準直透鏡的數(shù)值孔徑為約0.3～0.7的范圍。
從圖2和圖3中所示的外部共振器型半導(dǎo)體激光器的諸如激光二極管的半導(dǎo)體激光器件到光柵的距離被稱為外部共振器長度。試驗結(jié)果表明，當(dāng)外部共振器長度為10mm、15mm、20mm、25mm和30mm時，穩(wěn)定性較高。因此，優(yōu)選外部共振器長度為10mm～30mm的范圍。在本例子中，外部共振器長度代表考慮窗玻璃和透鏡的折射率等的光學(xué)距離。
另外，在理論上，外部共振器長度越短，則出現(xiàn)從當(dāng)前的模式改變?yōu)榱硪荒Ｊ降哪Ｊ教S的可能性就越小。因此，針對這些情況，更優(yōu)選外部共振器長度為10mm～20mm的范圍。
試驗結(jié)果表明，當(dāng)使用反射率為20％～40％的一階衍射光束的光柵時，獲得基本上相同的單模式特性。如上所述，一階衍射光束返回激光二極管以發(fā)射單模式激光束。因此，需要預(yù)定光量的一階衍射光束。但是，當(dāng)一階衍射光束的光量過量時，它將損傷激光二極管并減少發(fā)射光束(0階光束)。因此，適當(dāng)?shù)姆瓷渎蕿?0％～30％的范圍。
在以上的說明中，例示了具有藍光激光二極管的外部共振器型半導(dǎo)體激光器。除了第三變更方式(激光二極管的結(jié)構(gòu)優(yōu)化-去除扭曲)，所有的變更方式都可被用于具有其它類型半導(dǎo)體激光器件的外部共振器型半導(dǎo)體激光器。
另外，上述的變更方式目的在于，與常規(guī)的外部共振器型半導(dǎo)體激光器相比，實現(xiàn)更大的輸出和/或更優(yōu)良的單模式。要實現(xiàn)理想的外部共振器型半導(dǎo)體激光器，希望所有的變更方式被組合。但是，當(dāng)變更方式中的一種或兩種或更多種的組合被使用時，可以在一定程度上實現(xiàn)上述目的。
根據(jù)本發(fā)明，提供與常規(guī)外部共振器型半導(dǎo)體激光器相比具有更大的輸出和更優(yōu)良的單模式特性兩種特征的外部共振器型半導(dǎo)體激光器、或具有這兩種特征中的一種的外部共振器型半導(dǎo)體激光器。另外，根據(jù)本發(fā)明，提供具有30mW或更高的激光束輸出并能夠被用于全息存儲記錄器等的外部共振器型半導(dǎo)體激光器。
權(quán)利要求
1.一種外部共振器型半導(dǎo)體激光器，包括具有多個包括活性層的層的半導(dǎo)體激光器件；被設(shè)置為與所述半導(dǎo)體激光器件的光束發(fā)射表面相對的窗玻璃；通過所述窗玻璃接收從所述半導(dǎo)體激光器件發(fā)射的光束并將具有預(yù)定波長的光束返回所述半導(dǎo)體激光器件的光柵；和被設(shè)置在所述半導(dǎo)體激光器件和所述光柵之間并聚集從所述半導(dǎo)體激光器件發(fā)射的所述光束的透鏡，其中，所述窗玻璃以第一狀態(tài)或第二狀態(tài)被配置，在所述第一狀態(tài)中，所述窗玻璃與第一軸平行，該第一軸基本上垂直于與所述半導(dǎo)體激光器件的活性層和其它層的邊界表面中的至少一個平行的表面，所述窗玻璃與所述半導(dǎo)體激光器件的所述活性層和其它層的邊界表面中的至少一個基本平行，所述窗玻璃與所述半導(dǎo)體激光器件的所述光束發(fā)射表面基本平行，所述窗玻璃不與垂直于所述第一軸的第二軸平行，在所述第二狀態(tài)中，所述窗玻璃不與所述第一軸平行，所述窗玻璃與所述第二軸基本平行。
2.如權(quán)利要求1所述的外部共振器型半導(dǎo)體激光器，其中所述窗玻璃以所述第一狀態(tài)被配置，以及其中所述窗玻璃的表面和所述第二軸之間的角度為5°～12°的范圍。
3.如權(quán)利要求1所述的外部共振器型半導(dǎo)體激光器，其中所述窗玻璃以所述第二狀態(tài)被配置，以及其中所述窗玻璃的表面和所述第一軸之間的角度為1°～1.6°的范圍。
4.如權(quán)利要求1所述的外部共振器型半導(dǎo)體激光器，其中所述半導(dǎo)體激光器件和所述光柵被配置為使得所述半導(dǎo)體激光器件向所述光柵供給S波。
5.如權(quán)利要求1所述的外部共振器型半導(dǎo)體激光器，其中所述半導(dǎo)體激光器件具有至少45mW的輸出功率，以及其中當(dāng)所述半導(dǎo)體激光器件發(fā)射45mW或更低輸出功率的光束時，不出現(xiàn)扭曲。
6.如權(quán)利要求5所述的外部共振器型半導(dǎo)體激光器，其中所述半導(dǎo)體激光器件為激光二極管，其中用兩層絕緣膜埋藏所述激光二極管的脊側(cè)面以抑制扭曲并且條帶寬度W為1.6μm或更小。
7.如權(quán)利要求1所述的外部共振器型半導(dǎo)體激光器，其中所述半導(dǎo)體激光器件為激光二極管，以及所述激光二極管的光束發(fā)射表面的反射率為3％或更小。
8.如權(quán)利要求1所述的外部共振器型半導(dǎo)體激光器，其中所述透鏡的數(shù)值孔徑為0.3～0.7的范圍。
9.如權(quán)利要求1所述的外部共振器型半導(dǎo)體激光器，其中外部共振器長度為10mm～30mm的范圍。
10.如權(quán)利要求9所述的外部共振器型半導(dǎo)體激光器，其中外部共振器長度為10mm～20mm的范圍。
11.如權(quán)利要求1所述的外部共振器型半導(dǎo)體激光器，其中所述光柵的一階衍射光束的反射率為10％～30％的范圍。
12.如權(quán)利要求1所述的外部共振器型半導(dǎo)體激光器，其中所述半導(dǎo)體激光器件為藍光激光二極管。
13.一種外部共振器型半導(dǎo)體激光器，包括具有多個包括活性層的層的激光二極管；被設(shè)置為與所述激光二極管的光束發(fā)射表面相對的窗玻璃；通過所述窗玻璃接收從所述激光二極管發(fā)射的光束并將具有預(yù)定波長的光束返回所述激光二極管的光柵；和被設(shè)置在所述激光二極管和所述光柵之間并聚集從所述激光二極管發(fā)射的所述光束的透鏡，其中，所述窗玻璃以第一狀態(tài)或第二狀態(tài)被配置，在所述第一狀態(tài)中，所述窗玻璃與第一軸平行，該第一軸基本上垂直于與所述激光二極管的活性層和其它層的邊界表面中的至少一個平行的表面，所述窗玻璃與所述激光二極管的所述活性層和其它層的邊界表面中的至少一個基本平行，所述窗玻璃與所述激光二極管的所述光束發(fā)射表面基本平行，所述窗玻璃不與垂直于所述第一軸的第二軸平行，在所述第二狀態(tài)中，所述窗玻璃不與所述第一軸平行，所述窗玻璃與所述第二軸基本平行，其中所述激光二極管和所述光柵被配置為使得所述激光二極管向所述光柵供給S波，其中所述激光二極管具有至少45mW的輸出功率，當(dāng)所述激光二極管發(fā)射45mW或更低輸出功率的光束時，不出現(xiàn)扭曲，其中所述激光二極管的光束發(fā)射表面的反射率為3％或更小，其中所述透鏡的數(shù)值孔徑為0.3～0.7的范圍，其中外部共振器長度為10mm～30mm的范圍，以及其中所述光柵的一階衍射光束的反射率為10％～30％的范圍。
14.如權(quán)利要求13所述的外部共振器型半導(dǎo)體激光器，其中所述激光二極管是藍光激光二極管。
15.如權(quán)利要求13所述的外部共振器型半導(dǎo)體激光器，其中所述窗玻璃以所述第一狀態(tài)被配置，以及其中所述窗玻璃的表面和所述第二軸之間的角度為5°～12°的范圍。
16.如權(quán)利要求13所述的外部共振器型半導(dǎo)體激光器，其中所述窗玻璃以所述第二狀態(tài)被配置，以及其中所述窗玻璃的表面和所述第一軸之間的角度為1°～1.6°的范圍。
17.如權(quán)利要求13所述的外部共振器型半導(dǎo)體激光器，其中用兩層絕緣膜埋藏所述激光二極管的脊側(cè)面以抑制扭曲并且條帶寬度W為1.6μm或更小。
18.如權(quán)利要求13所述的外部共振器型半導(dǎo)體激光器，其中外部共振器長度為10mm～20mm的范圍。
全文摘要
本發(fā)明提供外部共振器型半導(dǎo)體激光器，其提供與常規(guī)的外部共振器型半導(dǎo)體激光器相比具有更大的輸出和更優(yōu)良的單模式特性。外部共振器型半導(dǎo)體激光器包括激光二極管(11)、窗玻璃(16)、光柵和透鏡，并具有一些改進。第一種改進是，窗玻璃(16)相對于激光二極管(11)的光發(fā)射表面(19)傾斜預(yù)定的角度。第二種改進是，激光二極管(11)等的配置被調(diào)整使得S波被施加到光柵。第三種改進是，激光二極管(11)被配置為使得當(dāng)輸出功率為45mW或更低時抑制扭曲的產(chǎn)生。其它改進是，分別將激光二極管(11)的光發(fā)射表面的反射率、透鏡的數(shù)值孔徑、外部共振器長度和光柵的一階光反射率設(shè)置為最佳值。
文檔編號H01S5/22GK1890848SQ20048003589
公開日2007年1月3日 申請日期2004年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月3日
發(fā)明者田中富士, 高橋和夫, 竹谷元伸 申請人:索尼株式會社