專利名稱：外腔多波長激光系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠發(fā)射兩個或兩個以上相干波長的激光系統(tǒng)，尤其是涉及具有可選擇位置量子阱的光激勵(optical pump)和電激勵(electricalpump)兩種半導體垂直外腔表面發(fā)射激光器(VECSEL)，該量子阱用于控制每一所述波長光的功率。
背景技術(shù)：
多波長激光源的需求在不斷增加。例如，多種激光顯示設(shè)備的增加呈現(xiàn)了對紅(R)(～625納米)、綠(G)(～532納米)及藍(B)(～460納米)色激光源的需求。就本發(fā)明者所知，目前尚無既可發(fā)射藍色波長又可發(fā)射綠色波長光的半導體激光器。
二極管激勵固態(tài)(DPSS)激光器結(jié)合二次諧波發(fā)生(SHG)技術(shù)能夠提供532納米的綠色激光，但是，目前這種設(shè)備還比較昂貴。大功率藍色激光由于其低的再結(jié)合效率而很難獲得。
如美國專利第6,347,109號所披露的，紅外波長、光激勵半導體(OPS)垂直外(或耦合)腔表面發(fā)射激光器能夠以如美國專利第6,370,168號所公開的二次諧波發(fā)生(OPS)技術(shù)提供可見波長激光束。同樣，如美國專利第6,614,827號和6,243,407號所公開的，電激勵垂直外腔表面發(fā)射激光器能夠以二次諧波發(fā)生技術(shù)提供可見光波長的激光束。這些專利在這里可合并參考。
一般來說，光激勵半導體—垂直外腔表面發(fā)射激光器(OPS-VECSELs)在念上是將二極管激勵固態(tài)激光器和半導體量子阱(QW)垂直空腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)結(jié)合起來。在這些裝置中，一個激光系統(tǒng)半導體芯片是由一個量子阱活性層和一個高反射率分布布拉格(Bragg)反射器(DBR)組成。通常情況下，量子阱活性層用于加強增益性能，以便取得高功率，例如使用諧振周期增益(RPG)結(jié)構(gòu)，如馬克·庫茲涅佐夫(Mark Kuznetsov)等人發(fā)表于1999年5月/6月電氣和電子工程師學會(IEEE)雜志的量子電子學論文選，第3期第5卷的論文“具有圓形TEM00激光束的大功率(＞0.5-W連續(xù)波(CW))二極管激勵垂直外腔表面發(fā)射半導體激光器的設(shè)計與特性”中的結(jié)構(gòu)。
圖1為如美國專利第6,370,168號所公開的常規(guī)垂直外腔表面發(fā)射激光器的簡化橫斷面。請參照圖1，常規(guī)垂直外腔表面發(fā)射激光器(VECSEL)10包括一個附于芯片上的散熱裝置11。該芯片包括一個襯底12，在其上面疊加了一個較低的高反射率多層鏡式構(gòu)件13，如分布布拉格反射器(DBR)的半導體層，還包括一個增益區(qū)14，如具有諧振周期增益(RPG)的多量子阱增益區(qū)，以及上面的一個抗反射涂層15。產(chǎn)生激光的腔形成于外部球面鏡16和芯片的高反射率鏡式構(gòu)件13之間，部分激光束λ2可以通過該球面鏡作為激光輸出。來自一個不同波長λ1多模激光源17的激勵光束投射到抗反射涂層15上?？稍鲈O(shè)一光學非線性晶體(圖中未示出)，以倍增產(chǎn)生激光λ2的頻率。
圖2示出了常規(guī)分布布拉格反射器13和諧振周期增益活性區(qū)14的結(jié)構(gòu)與諧振腔結(jié)構(gòu)之駐波的關(guān)系?？梢钥闯觯C振周期增益構(gòu)件14由量子阱14a和分隔層14b構(gòu)成。該量子阱14a位于駐波的波腹，通過激勵激光λ1在量子阱中的吸收，使激勵激光λ2的增益達到最大，這樣，有利于避免過熱。產(chǎn)生于常規(guī)垂直外腔表面發(fā)射激光器活性區(qū)14的光穿過外反射鏡16作為一種連續(xù)波(CW)激光輸出投射出去。
在這些裝置中，激勵二極管激光器17(此處為光激勵)、冷卻元件、以及光學器件決定了激光系統(tǒng)的價格。半導體芯片(襯底12、分布布拉格反射器(DBR)13、諧振周期增益構(gòu)件(RPG)14及抗反射涂層15)只是總價的一小部分。這些系統(tǒng)產(chǎn)生作為輸出的單波長λ2激光。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的是一種垂直外腔表面發(fā)射激光(VECSEL)系統(tǒng)，它可以產(chǎn)生一種以上波長的相干光，而無須顯著增加制造成本和運行費用。該半導體芯片設(shè)計成能夠發(fā)射兩個或兩以上不同波長的光，而其它能產(chǎn)生兩種波長光的激光系統(tǒng)制造成本都很高。
本發(fā)明的實施例包括一種具有一個激光激勵(laser pump)結(jié)構(gòu)、一個激光諧振腔和一個激勵源(pump source)的激光系統(tǒng)。激光諧振腔有一諧振腔軸并形成于激光激勵結(jié)構(gòu)的鏡式構(gòu)件和與所述增益構(gòu)件相分開的外部鏡式構(gòu)件之間。所述激勵源用于將激勵能量輸送給增益構(gòu)件，從而在諧振腔中產(chǎn)生激光輻射。激光激勵結(jié)構(gòu)包括一個與雙波長鏡式構(gòu)件為鄰的多層增益構(gòu)件。增益構(gòu)件包括多個第一活性層和由分隔層隔開的多個第二活性層。第一活性層位于第一頻率的第一駐波的波腹上，而第二活性層則位于第二頻率的第二駐波的波腹上?？梢酝ㄟ^對第一活性層和第二活性層數(shù)量的選擇來控制第一和第二波長之每種光的相對輸出功率。
在某些實施例中，第一活性層的第一波長短于第二活性層的第二波長，且有比所述第一活性層多的所述第二活性層位于所述第一和第二波長的駐波波腹相重疊的位置。這樣，相關(guān)激光輸出功率便能夠得以平衡。
在某些實施例中，激光激勵結(jié)構(gòu)的鏡式構(gòu)件包括多個周期異質(zhì)結(jié)構(gòu)，而每一個異質(zhì)結(jié)構(gòu)包括至少兩個四分之一波長高折射層H、至少兩個分隔層S及至少一個四分之一波長低反射層L。該多層鏡式構(gòu)件可以是一個以(L(HS)D)N的形式排列的堆棧，或以(H(LS)D)N的形式排列的堆棧，此處D和N為正整數(shù)，且D大于1。
在另一些實施例中，在激光諧振腔內(nèi)設(shè)有一光學非線性晶體，用于至少將激光輻射的第一頻率和激光輻射的第二頻率之中的一個頻率加倍，從而提供倍頻輻射。


本發(fā)明上述的及其它特點和優(yōu)點在下列典型實施例的說明中，并參照附圖將會變得十分清晰，但本發(fā)明不受這些實施例的限制。值得注意的是，并非本發(fā)明的所有可能的典型實施例就能展示所述優(yōu)點的方方面面。
圖1是一個常規(guī)垂直外腔表面發(fā)射激光器(VECSEL)的簡圖。
圖2所示為一種常規(guī)諧振周期增益構(gòu)件實例。
圖3是一種典型垂直外腔表面發(fā)射激光器的簡圖。
圖4是一種本發(fā)明典型實施例的光激勵芯片結(jié)構(gòu)的垂直剖面簡圖。
圖5是一種本發(fā)明典型實施例的電激勵芯片結(jié)構(gòu)的垂直剖面簡圖。
圖6是一種本發(fā)明典型實施例的諧振周期增益構(gòu)件實例。
圖7是一種本發(fā)明典型實施例的雙波段高反射率分布布拉格反射器的反射率曲線圖。
圖8是本發(fā)明另一典型實施例的雙波段高反射率分布布拉格反射器的反射率曲線圖。
具體實施例方式
圖3簡要地展示了一種垂直外腔表面發(fā)射激光器(VECSEL)的實例。該基礎(chǔ)型垂直外腔表面發(fā)射激光器具有一種眾所周知的產(chǎn)生激光的結(jié)構(gòu)，它包括一個產(chǎn)生激光的活性區(qū)，和該活性區(qū)位于其間的上半導體層與下半導體層，但該基礎(chǔ)型結(jié)構(gòu)卻有許多型式。本發(fā)明并不限于這種特定的結(jié)構(gòu)，而且也適用于包括多個量子阱的各種不同的產(chǎn)生激光的結(jié)構(gòu)。
如圖3所示，使用光激勵方案的激光器包括一個激勵激光二極管110，它將激光通過一準直透鏡片111將激勵波長λ1的平行光束投射到激光激勵結(jié)構(gòu)100上。激勵光并不一定源于二極管，也不一定是相干光。該激光激勵構(gòu)件生成于襯底101上，該襯底依次置于散熱裝置112上。襯底可由砷化鎵或其它任何能夠在其上生成激光激勵結(jié)構(gòu)的材料制成。
激光系統(tǒng)還包括一個具有諧振腔軸和包括一個激光激勵結(jié)構(gòu)100的鏡式構(gòu)件102(見圖4和圖5)的激光諧振腔，一個如實施例所示，包括第一及第二外反射鏡113、114并與增益構(gòu)件103分隔開的外部鏡式構(gòu)件，以及一個傳輸波長選擇元件118。
傳輸波長選擇元件118位于激光諧振腔內(nèi)，用于在由增益構(gòu)件103組成的增益帶寬特性范圍內(nèi)，選擇穿越并達到第一外反射鏡113的激光輻射第一頻率，以及在由增益構(gòu)件103組成的增益帶寬特性范圍內(nèi)，選擇能反射到第二外反射鏡114的激光輻射第二頻率。所以，圖3所示實施例中，撞擊到第一和第二外反射鏡113、114上的波長的光是不同的。傳輸波長選擇元件118可以是一個分光鏡、雙折射濾鏡、校準器，或能夠?qū)⒐獍磧蓚€不同路徑上的波長分開的任何合適的元件。
然而，應(yīng)該注意的是，該外部鏡式構(gòu)件亦可采用單外反射鏡113的形式，該單外反射鏡113位于每一波長駐波的端波節(jié)充分共位的一定距離處。也就是說，傳輸波長選擇元件是可以隨意選擇的，如同第二外反射鏡114由一個單外反射鏡113沿諧振腔軸位置的選擇決定，從而使兩個波長λ2和λ3在鏡面上產(chǎn)生重合的波節(jié)，以便形成兩個不同波長的共同擴張駐波。
在圖3中示例的激光系統(tǒng)穿越外反射鏡113、114輸出光線的情況下，外反射鏡113、114對第一和第二波長λ2、λ3的反射率能夠達到98％至99.99％。外鏡式構(gòu)件113、114可包括一個凹面鏡，以保證單一橫模運行。該曲率半徑大致是諧振腔長度和孔直徑的函數(shù)。
此外，可設(shè)置一光學非線性晶體115，以便至少能夠?qū)⒓す廨椛涞牡谝活l率λ2或第二頻率λ3中的一個增加一倍，或同時將兩個都增加一倍，從而能提供倍頻輻射。光學非線性晶體可由KTP、LiNbO3、周期極性LiNbO3、KTN或KnbO3，或任何一種能夠以可控和可復制的方式影響撞擊到其上的所述光頻率的任何材料。
如圖3所示，光學非線性晶體115可以置于激光諧振腔內(nèi)，如在圖中第一波長λ2和第二波長λ3激光共同的諧振腔路徑上，由標號為115c的虛線所示。此外，光學非線性晶體115可放在將第一波長光與第二波長光相互分離的傳輸波長選擇元件118之后。這種設(shè)置可參見圖3中標號為115a和115b并以虛線表示的光學非線性晶體。此實施例優(yōu)點在于，通過在有關(guān)位置置入或不置入該非線性元件115a和115b，能將第一波長λ2或第二波長λ3的頻率，或同時將第一波長λ2和第二波長λ3的頻率加倍。
圖3所示光激勵激光系統(tǒng)的另一種形式中，光學非線性晶體115既可置于諧振腔之外、第一波長λ2激光輻射穿越第一外反射鏡113后的路徑上，如標號115b’所示，也可置于第二波長λ3激光穿越第二外反射鏡114后的路徑上，如標號115a’所示。
還應(yīng)該注意的是，電激勵激光系統(tǒng)基本上與圖3所示結(jié)構(gòu)相同，包括上述所有不同的形式，但如圖5所示，芯片結(jié)構(gòu)有所不同。
圖4顯示了一種激光激勵結(jié)構(gòu)的芯片結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括一個安裝于或生成于一個多層鏡式構(gòu)件102上的多層增益構(gòu)件103。如圖所示，該鏡式構(gòu)件102是一個雙波段分布布拉格反射器。
所述多層增益構(gòu)件103，或活性層，是一個諧振周期增益構(gòu)件。該活性層由一個銦鎵砷化物(InGaAs)量子阱、一個銦鎵砷化物氮化物(InGaAsN)量子阱，和一個In(Ga)(N)As量子點形成。
此外，如圖4和5所示，所述芯片結(jié)構(gòu)具有一個襯底101和一個頂層104，該襯底在某些實施例中可以省去，而該頂層可以是一個抗反射層或一個反射鏡。如果頂層104是一個反射鏡，該激光系統(tǒng)將有兩個諧振腔。第一個諧振腔位于多層鏡式構(gòu)件102和反射鏡104之間，也就是位于多層增益構(gòu)件103中。如前所述，第二個諧振腔位于激光激勵結(jié)構(gòu)100的多層鏡式構(gòu)件102和外鏡式構(gòu)件113、114之間。
圖4所示是為按圖3實施例的光激勵而設(shè)計的實例。與此相反，圖5包括頂層接觸件105a和105b(例如，金屬、電阻接觸件)，和一個襯底接觸件106(例如，金屬、電阻接觸件)，其電極和操作在結(jié)構(gòu)上，例如，可以與在美國專利No.6,614,827中所公開的激光器相似。不論是光激勵還是電激勵這兩種情況中，激勵源都是設(shè)置為將激勵能量傳送給增益構(gòu)件103，從而在激光諧振腔中產(chǎn)生激光輻射。
在圖6中所示的激光激勵結(jié)構(gòu)100示出了量子阱與兩個波長光的駐波的相對位置。
雙波段反射器已公開于如史蒂芬.卡爾維茨(Stephane Calvez)等人在電氣和電子工程師學會(IEEE)的光子學技術(shù)通信，2002年2月第2期，第14卷上發(fā)表的“光激勵1.3μm鎵銦氮砷化物(GaInNAs)垂直空腔表面發(fā)射激光器的最佳設(shè)計”和C.P.李(Lee)等人發(fā)表于1993年10月28日的電子學通信第22期第29卷上的“使用GaAs/AlAs多層結(jié)構(gòu)的雙波長布拉格反射器”中。如圖6所示，鏡式構(gòu)件102可以設(shè)置為一個由多個周期異質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)成的雙波段分布布拉格反射器，每個異質(zhì)結(jié)構(gòu)包括等數(shù)量的具有高折射系數(shù)的H層和分隔層S，并至少有一個低折射系數(shù)層L。為清楚起見，在圖6中僅示出了一個這樣的異質(zhì)結(jié)構(gòu)層，它包括低折射系數(shù)層121a、高折射系數(shù)層122a、122b和分隔層123a、123b。高折射系數(shù)層H的典型材料是AlXGa1-XAs(0≤＜x＜1)，低折射系數(shù)層L的典型材料是AlYGa1-YAs(0＜y≤1)。分隔層S的典型材料是AlZGa1-ZAs(0＜z＜1)。這些層可以使用任何適用的技術(shù)形成，包括，但不限于有機金屬化學汽相淀積(MOCVD)和分子束外延(MBE)技術(shù)。后外延附生離子注入可用于電激勵實施例中的電限制。應(yīng)用光限制，如使用已知的選擇氧化技術(shù)以形成一個隱埋氧化物孔可以進一步提高激光發(fā)射效率。這樣就在與GaAs襯底相匹配的基于AlXGa(1-X)As的垂直空腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)和垂直外腔表面發(fā)射激光器(VECSEL)的柵格中提供了橫向電及光限制。
本發(fā)明的創(chuàng)新在于，激光激勵結(jié)構(gòu)100的鏡式構(gòu)件102是一個以(L(HS)D)N形式排列的多層堆棧，其中D和N是正整數(shù)，而D大于1。在圖6中僅示出了低折射系數(shù)層121a，高折射系數(shù)層122a和122b和分隔層123a和123b，在實際應(yīng)用中，層數(shù)是比較多的，例如30層。通常DBR層是以低折射系數(shù)層L作為最后一層。
如圖7和圖8所示，分布布拉格反射器的層數(shù)對性能是有影響的。在圖7所示的曲線中，一個雙波段或甚至三波段高反射率鏡可以按公式(L(HS)D)N形成，其中D等于5和N等于6(例如，層的順序為LHSHSHSHSHSLHSHSHSHSHSLHSHSHSHSHSLHSHSHSHSHSLHSHSHSHSHSLHSHSHSHSHS)。
另一方面，圖8包括了按公式(L(HS)D)N形成不同的鏡式構(gòu)件之反射率隨波長變化的重疊曲線，其中D等于3和N等于9如實線所示；D等于5，如虛線所示；D等于7，如點劃線所示。
另外，可替換地，按公式(H(LS)D)N形成的鏡式構(gòu)件102的多層堆棧，其中D等于5和N等于6，所述層的順序為HLSLSLSLSLSHLSLSLSLSLSHLSLSLSLSLSHLSLSLSLSLSHLSLSLSLSLSHLSLSLSLSLS。
返回圖6，所示的諧振周期增益構(gòu)件103示出了量子阱131，132和駐波波節(jié)(node)和波腹(antinode)之間的關(guān)系。尤其是，例如量子阱131a-131i位于具有920納米波長的駐波的波腹處。與此相類似，量子阱132a-132d位于具有1060納米波長的駐波的波腹處。
因為920納米光的一部分在1060納米量子阱中被吸收了，這意味著，在光被吸收的范圍內(nèi)，光沒有損失，并產(chǎn)生1060納米的激光，1060納米激光的強度可以比920納米激光的強度大。在觀察諧振周期增益構(gòu)件103后要注意到，為920納米波長所設(shè)的量子阱131多于為1060納米波長所設(shè)的量子阱?？梢哉{(diào)整每種量子阱的數(shù)量以控制和隨意地平衡兩種波長的光功率。這對量子阱處于兩個波腹相重疊或彼此靠得很近(雖然沒有明確的規(guī)定，例如，波腹間距離的正負20％，)的位置尤其適用。
在920納米駐波的波節(jié)與1060納米波長的量子阱相交或相鄰接時，量子阱，如量子阱132b看不到一點920納米的光。如果一個駐波波節(jié)共處在一個量子阱上，就沒有增益。然而，在其他位置，920納米光相交于量子阱132和131之間，其能量會產(chǎn)生1060納米的光。1060納米光的強度可以調(diào)整使其比用其它方式得到的更強。也應(yīng)當注意到，阻擋層可以是吸收層或激光可穿透的。在阻擋層中光的吸收產(chǎn)生了空穴和電子，它們被傳送到在那里產(chǎn)生光振蕩的量子阱。但這也產(chǎn)生熱量。應(yīng)當達到一個平衡，在現(xiàn)有的實施例中最大的光輸出功率是被所產(chǎn)生的熱量限制的。
因此，本發(fā)明甚至可應(yīng)用于與非線性光學元件相結(jié)合的彩色顯示裝置。920納米和1060納米波長是最常用的，隨著頻率倍增將產(chǎn)生可以相互平衡的綠色和藍色激光。
活性區(qū)(active region)包括一個活性層103，但也可以包括多個敷層(cladding layer)，活性層103就夾在敷層之間?；钚詫?03可以包括一個量子阱層和阻擋層，量子阱層位于阻擋層之間。
雖然參照實施例對本發(fā)明進行了描述，但對那些本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，很明顯，在不離開下述的權(quán)利要求所述的本發(fā)明的原理和范圍內(nèi)可以在形式上和具體結(jié)構(gòu)上做不同的改變。
權(quán)利要求
1.一種激光系統(tǒng)，包括一個包括有與一個雙波長鏡式構(gòu)件相鄰的多層增益構(gòu)件的激光激勵結(jié)構(gòu)，所述增益構(gòu)件包括多個第一活性層和多個用阻擋層分開的第二活性層；一個具有一個諧振腔軸的激光諧振腔，所述激光諧振腔形成于所述激光激勵結(jié)構(gòu)的鏡式結(jié)構(gòu)和與所述增益構(gòu)件分開的一外鏡式構(gòu)件之間；和一個激勵源，設(shè)置其用于將激勵能量傳送給所述增益構(gòu)件，從而在所述激光諧振腔中產(chǎn)生激光輻射，其中所述第一活性層位于第一波長的第一駐波的波腹，而第二活性層位于第二波長的第二駐波的波腹，和其中第一活性層的數(shù)量和第二活性層的數(shù)量控制第一波長和第二波長每種光相對功率輸出。
2.按權(quán)利要求1所述的激光系統(tǒng)，其中所述第一活性層的所述第一波長較所述第二活性層的所述第二波長短，比所述第一活性層多的所述第二活性層位于所述第一和第二波長的駐波波腹相重疊的位置。
3.按權(quán)利要求1所述的激光系統(tǒng)，其中所述激光激勵結(jié)構(gòu)的所述鏡式構(gòu)件包括多個周期異質(zhì)結(jié)構(gòu)，其每一個包括至少兩個高折射層H，至少兩個分隔層S和至少一個低折射層L。
4.按權(quán)利要求3所述的激光系統(tǒng)，其中所述多層鏡式構(gòu)件是一個以(L(HS)D)N形式排列的堆棧，其中D和N是正整數(shù)，且D大于1。
5.按權(quán)利要求3所述的激光系統(tǒng)，其中所述多層鏡式構(gòu)件是一個以(H(LS)D)N形式排列的堆棧，其中D和N是正整數(shù)，且D大于1。
6.按權(quán)利要求1所述的激光系統(tǒng)，其中，進一步包括一個位于所述激光諧振腔中的光學非線性晶體，設(shè)置其用于至少將所述激光輻射第一頻率和激光輻射第二頻率之中的一個頻率增加一倍，以此提供倍頻輻射。
7.按權(quán)利要求1所述的激光系統(tǒng)，其中所述外鏡式構(gòu)件包括一個第一外反射鏡，一個第二外反射鏡和一個位于所述激光諧振腔中的傳輸波長選擇元件，該選擇元件用于選擇所述增益構(gòu)件的所述第一波長以達到所述第一外反射鏡及選擇所述增益構(gòu)件的所述第二波長以達到所述第二外反射鏡。
8.按權(quán)利要求7所述的激光系統(tǒng)，其中，進一步包括一個位于所述傳輸波長選擇元件和所述第一外反射鏡之間的所述激光諧振腔中的光學非線性晶體，設(shè)置其用于將所述第一波長激光輻射的第一頻率加倍，以提供倍頻輻射。
9.按權(quán)利要求7所述的激光系統(tǒng)，其中，進一步包括一個位于所述傳輸波長選擇元件和所述第二外反射鏡之間的所述激光諧振腔中的光學非線性晶體，設(shè)置其用于將所述第二波長激光輻射的第二頻率加倍，以提供倍頻輻射。
10.按權(quán)利要求7所述的激光系統(tǒng)，其中，進一步包括一個位于所述激光諧振腔之外的光學非線性晶體，設(shè)置其用于至少將激光輻射的第一頻率和激光輻射第二頻率之中的一個頻率增加一倍，以此提供倍頻輻射。
11.按權(quán)利要求7所述的激光系統(tǒng)，其中，進一步包括一個位于所述傳輸波長選擇元件和所述的一個多層鏡式構(gòu)件之間的所述激光諧振腔中的光學非線性晶體，該光學非線性晶體設(shè)置為用于至少將所述第一波長激光輻射的第一頻率和所述第二波長激光輻射的第二頻率之中的一個頻率加倍，以提供倍頻輻射。
12.按權(quán)利要求1所述的激光系統(tǒng)，其中所述激勵源是一個激勵光源，該光源設(shè)置為用于將激勵輻射傳送到所述增益構(gòu)件，從而在所述激光諧振腔中產(chǎn)生激光輻射。
13.按權(quán)利要求1所述的激光系統(tǒng)，其中所述激勵源是一個激勵電子源，該電子源設(shè)置為用于將激勵電子傳送到所述增益構(gòu)件，從而在所述激光諧振腔中產(chǎn)生激光輻射。
14.按權(quán)利要求1所述的激光系統(tǒng)，其中所述的第一和第二活性層，每層包括一種從InxGa1-xAsyP1-y，InxGa1-xAs，GaxIn1-xNyAs1-y和Ga1-xAsySb構(gòu)成的組群中選出的半導體材料，其中0.0＜x＜1.0和0.0＜y＜1.0，而x和y可為每個第一和第二活性層獨立地選取。
15.按權(quán)利要求1所述的激光系統(tǒng)，其中所述第一和第二波長由所述第一和第二活性層產(chǎn)生并分別具有約為1060和920納米的數(shù)值，但不受此數(shù)值的限制。
16.按權(quán)利要求1所述的激光系統(tǒng)，其中所述增益構(gòu)件的所述第一活性層是一種具有In0.1Ga0.9As成分的半導體材料層，所述第一波長是920納米。
17.按權(quán)利要求1所述的激光系統(tǒng)，其中所述增益構(gòu)件的所述第二活性層是一種具有In0.25Ga0.75As成分的半導體材料層，所述第二波長是1060納米。
18.按權(quán)利要求1所述的激光系統(tǒng)，其中，進一步包括一個與所述激光激勵結(jié)構(gòu)熱接觸的散熱裝置。
19.一種激光系統(tǒng)，包括一個包括有與多層鏡式構(gòu)件相鄰的一個多層增益構(gòu)件的激光激勵結(jié)構(gòu)，所述增益構(gòu)件包括多個產(chǎn)生第一頻率光的第一活性層和多個產(chǎn)生第二頻率光的第二活性層，所述第一和第二活性層用阻擋層分開；一個具有一個諧振腔軸的激光諧振腔，所述激光諧振腔形成于所述激光激勵結(jié)構(gòu)的鏡式構(gòu)件和與所述增益構(gòu)件分開的一外鏡式構(gòu)件之間；和一個激勵源，設(shè)置其用于將激勵能量傳送給所述增益構(gòu)件，從而在所述激光諧振腔中產(chǎn)生激光輻射，其中所述激光激勵結(jié)構(gòu)的所述多層鏡式構(gòu)件包括多個周期異質(zhì)結(jié)構(gòu)，其每個包括至少兩個高折射層H、至少兩個分隔層和至少一個低折射層L。
20.按權(quán)利要求19所述的激光系統(tǒng)，其中所述多層反射鏡是一個以(L(HS)D)N形式排列的堆棧，其中D和N是正整數(shù)，且D大于1。
21.按權(quán)利要求19所述的激光系統(tǒng)，其中所述多層反射鏡是一個以(H(LS)D)N形式排列的堆棧，其中D和N是正整數(shù)，且D大于1。
22.按權(quán)利要求19所述的激光系統(tǒng)，其中，進一步包括一個位于所述激光諧振腔中的光學非線性晶體，設(shè)置其用于至少將一個激光輻射第一頻率和一個激光輻射第二頻率之中的一個頻率增加一倍，以此提供倍頻輻射。
23.按權(quán)利要求19所述的激光系統(tǒng)，其中所述外鏡式構(gòu)件包括一個第一外反射鏡，一個第二外反射鏡和一個位于所述激光諧振腔中的傳輸波長選擇元件，該選擇元件用于選擇所述增益構(gòu)件的所述第一波長以達到所述第一外反射鏡及選擇所述增益構(gòu)件的所述第二波長以達到所述第二外反射鏡。
24.按權(quán)利要求23所述的激光系統(tǒng)，其中，進一步包括一個位于所述傳輸波長選擇元件和所述第一外反射鏡之間的所述激光諧振腔中的光學非線性晶體，設(shè)置其用于將所述第一波長激光輻射的第一頻率加倍，以提供倍頻輻射。
25.按權(quán)利要求23所述的激光系統(tǒng)，其中，進一步包括一個位于所述傳輸波長選擇元件和所述第二外反射鏡之間的所述激光諧振腔中的光學非線性晶體，設(shè)置其用于將所述第二波長激光輻射的第二頻率加倍，以提供倍頻輻射。
26.按權(quán)利要求23所述的激光系統(tǒng)，其中，進一步包括一個位于所述激光諧振腔之外的光學非線性晶體，設(shè)置其用于至少將激光輻射的所述第一頻率和激光輻射的所述第二頻率之中的一個頻率增加一倍，以此提供倍頻輻射。
27.按權(quán)利要求23所述的激光系統(tǒng)，其中，進一步包括一個位于所述傳輸波長選擇元件和所述的一個多層鏡式構(gòu)件之間的所述激光諧振腔中的光學非線性晶體，該光學非線性晶體設(shè)置為用于至少將所述第一波長激光輻射的第一頻率和所述第二波長激光輻射的第二頻率之中的一個頻率加倍，以提供倍頻輻射。
28.按權(quán)利要求19所述的激光系統(tǒng)，其中所述激勵源是一個激勵光源，該光源設(shè)置為用于將激勵輻射傳送到所述增益構(gòu)件，從而在所述激光諧振腔中產(chǎn)生激光輻射。
29.按權(quán)利要求19所述的激光系統(tǒng)，其中所述激勵源是一個激勵電子源，該電子源設(shè)置為用于將激勵電子傳送到所述增益構(gòu)件，從而在所述激光諧振腔中產(chǎn)生激光輻射。
30.按權(quán)利要求19所述的激光系統(tǒng)，其中所述的第一和第二活性層，每一層包括一種從InxGa1-xAsyP1-y、InxGa1-xAs、GaxIn1-xNyAs1-y和Ga1-xAsySb構(gòu)成的組群中選出的半導體材料，其中0.0＜x＜1.0和0.0＜y＜1.0，而x和y可為每個第一和第二活性層獨立地選取。
31.按權(quán)利要求19所述的激光系統(tǒng)，其中一個第一和第二波長由所述第一和第二活性層產(chǎn)生并分別具有約為1060和920納米的數(shù)值。
32.按權(quán)利要求19所述的激光系統(tǒng)，其中所述增益構(gòu)件的所述第一活性層包括一種具有In0.1Ga0.9As成分的半導體材料，并產(chǎn)生一個920納米第一波長的光。
33.按權(quán)利要求19所述的激光系統(tǒng)，其中所述增益構(gòu)件的所述第二活性層包括一種具有In0.25Ga0.75As成分的半導體材料，并產(chǎn)生一個1060納米第二波長的光。
34.按權(quán)利要求19所述的激光系統(tǒng)，其中，進一步包括一個與所述激光激勵結(jié)構(gòu)熱接觸的散熱裝置，所述散熱裝置的材料具有與所述激光激勵結(jié)構(gòu)的熱膨脹系數(shù)相匹配的熱膨脹系數(shù)。
35.一種激勵激光系統(tǒng)，包括一個襯底；一個具有雙波段高反射率的分布布拉格反射器，所述分布布拉格反射器位于所述襯底上；發(fā)射兩個不同波長的活性層，所述活性層位于所述分布布拉格反射器上；一個設(shè)置為激勵所述活性層產(chǎn)生相干光的激勵源；位于所述活性層上的抗反射層；和一個高反射率外反射鏡。
36.按權(quán)利要求35所述的激光系統(tǒng)，其中所述激勵源是一個電子源，所述激光系統(tǒng)進一步包括設(shè)置為將電子注入所述活性層的電阻接觸件。
37.按權(quán)利要求36所述的激光系統(tǒng)，其中，進一步包括一個電流限制結(jié)構(gòu)。
38.按權(quán)利要求35所述的激光系統(tǒng)，其中所述激勵源是一個光源。
39.按權(quán)利要求35所述的激光系統(tǒng)，其中所述襯底是一個GaAs襯底，所述具有一個雙波段高反射率的分布布拉格反射器包括AlxGa1-xAs層和AlyGa1-yAs層，其中0.0≤x＜1.0和0.0＜y≤1.0。
全文摘要
控制外腔表面發(fā)射激光器的多層增益構(gòu)件中的量子阱的數(shù)量和類型可以提供一種以上相干光波長的光的輸出。多層鏡式構(gòu)件中的層數(shù)和類型可以提供一種雙波長反射器。
文檔編號H01S5/183GK1710764SQ20051007780
公開日2005年12月21日 申請日期2005年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月19日
發(fā)明者金澤 申請人:三星電子株式會社