半導(dǎo)體激光設(shè)備組件的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求于2014年2月18日提交的日本在先專利申請JP2014-028276的權(quán)益， 通過引用將其全部內(nèi)容結(jié)合在此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本公開涉及一種半導(dǎo)體激光設(shè)備組件，更具體地，涉及一種包括半導(dǎo)體激光設(shè)備 和色散補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)的半導(dǎo)體激光設(shè)備組件。
【背景技術(shù)】
[0004] 生成持續(xù)時間為皮秒級或者飛秒級的脈沖激光的激光裝置被稱為超短光脈沖激 光裝置。在下文中，除非另有說明以外，"激光"是指脈沖激光。在從激光裝置所生成的激光 中，光能在極短的時間內(nèi)聚集。因此，激光展示了連續(xù)激光所不能提供的高尖銳功率（峰值 功率）。高峰值功率激光展示了與物質(zhì)的非線性相互作用并且可用于普通連續(xù)激光所不能 實現(xiàn)的應(yīng)用。應(yīng)用之一是非線性光學(xué)效應(yīng)。具體實施例包括借助多光子吸收效應(yīng)而實現(xiàn)的 三維顯微測量和微細(xì)加工。
[0005] 迄今，作為超短光脈沖激光裝置，主要使用由鈦/蘭寶石激光裝置所代表的固態(tài) 激光裝置。在現(xiàn)有技術(shù)中，固態(tài)激光裝置通常使用大小約為Im的共振器，這將產(chǎn)生較大尺 寸的裝置。此外，必需有用于使連續(xù)激光振蕩以進(jìn)行激發(fā)的其他固態(tài)激光裝置。因此，能效 不一定高。此外，大尺寸的共振器很難提供機(jī)械穩(wěn)定性，并且需要專門知識進(jìn)行維護(hù)。
[0006] 為了彌補(bǔ)固態(tài)激光裝置的這些缺點，已經(jīng)開發(fā)了利用半導(dǎo)體作為增益介質(zhì)的半導(dǎo) 體激光設(shè)備作為超短光脈沖激光裝置。利用半導(dǎo)體可以容易使共振器小型化。小型化可容 易提供機(jī)械穩(wěn)定性并且可降低高技術(shù)的維護(hù)。此外，通過電流注入可直接激發(fā)半導(dǎo)體，從而 具有卓越的能效。
[0007] 當(dāng)每脈沖的能量相同時，脈沖時間寬度越窄，激光的峰值功率越高。這樣，更顯著 地開發(fā)了預(yù)計的非線性現(xiàn)象。因此，超短光脈沖光源的性能指標(biāo)之一可包括窄脈沖時間寬 度。商業(yè)可獲得的被動模式同步的鈦/蘭寶石激光裝置產(chǎn)生約10飛秒的脈沖時間寬度的 激光。相反，在被動模式同步的半導(dǎo)體激光設(shè)備中，電流注入型量子阱激光器通常具有約1 飛秒至2飛秒的脈沖時間寬度。然而，半導(dǎo)體激光設(shè)備具有足夠?qū)挼脑鲆鎺捄途哂猩?亞皮秒激光的潛能。
[0008] 日本專利申請公開第2013-105813號公開了一種半導(dǎo)體激光設(shè)備組件，該半導(dǎo)體 激光設(shè)備組件包括：由兩個電極型GaInN半導(dǎo)體激光設(shè)備構(gòu)成的模式同步半導(dǎo)體激光設(shè)備 和色散補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)。色散補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)可提供適當(dāng)?shù)娜核俣壬?，從而提供適當(dāng)?shù)墓庾V 寬度并且生成亞皮秒激光。當(dāng)自相位調(diào)制和適當(dāng)?shù)娜核俣壬⒃诠舱衿髦邢嗷プ饔脮r，這 種特征與孤立子模式同步的特征類似。這對將所生成的激光的脈沖時間寬度縮窄為亞皮秒 (例如，200飛秒）極其有效。
[0009] 同時，為了提供飛秒光脈沖，對于從模式同步半導(dǎo)體激光設(shè)備輸出的激光進(jìn)行適 當(dāng)?shù)墓庾V濾波是必要的。因此，在從模式同步半導(dǎo)體激光設(shè)備輸出的所有能量之中，具有 200飛秒的脈沖時間寬度的脈沖分量約留有10%。從模式同步半導(dǎo)體激光設(shè)備直接輸出的 激光的激光光譜展寬在最初增加時達(dá)到約4nm。因為光譜的半值全寬約為I.lnm，所以脈沖 時間寬度約為200飛秒。然而，適當(dāng)?shù)乜刂乒庾V以拓寬光譜的半值全寬，可以生成脈沖時間 寬度為200飛秒或更小的激光。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 鑒于以上所述情況，希望提供一種具有能夠輸出更加超短脈沖激光的構(gòu)造和結(jié)構(gòu) 的半導(dǎo)體激光設(shè)備組件。
[0011] 根據(jù)本公開的實施方式，提供一種半導(dǎo)體激光設(shè)備，包括：半導(dǎo)體激光設(shè)備；和色 散補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)，其中入射和出射從半導(dǎo)體激光設(shè)備出射的激光，以控制從半導(dǎo)體激光設(shè) 備出射的激光的每個波長的群速度色散值。
[0012] 根據(jù)本公開的實施方式，提供一種半導(dǎo)體激光設(shè)備組件，包括：半導(dǎo)體激光設(shè)備； 和色散補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)，其中入射和出射從半導(dǎo)體激光設(shè)備出射的激光，以控制從半導(dǎo)體激 光設(shè)備出射的激光的每個波長的群速度色散值，其中
[0013] 色散補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)包括：衍射光柵、聚光器、以及空間相位調(diào)制器，
[0014] 激光從半導(dǎo)體激光設(shè)備射出，然后進(jìn)入衍射光柵，
[0015] 來自衍射光柵的第0階光被輸出至系統(tǒng)的外部，并且
[0016] 來自衍射光柵的衍射光經(jīng)由聚光器入射在空間相位調(diào)制器上，然后，從空間相位 調(diào)制器射出并且經(jīng)由聚光器和衍射光柵返回至半導(dǎo)體激光設(shè)備。
[0017] 根據(jù)本公開的實施方式，提供一種半導(dǎo)體激光設(shè)備組件，包括：半導(dǎo)體激光設(shè)備和 色散補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)，其中入射和出射從半導(dǎo)體激光設(shè)備出射的激光，控制從半導(dǎo)體激光設(shè) 備出射的激光的每個波長的群速度色散值。
[0018] 在根據(jù)本公開的實施方式的半導(dǎo)體激光設(shè)備組件中，由于色散補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)控制 從半導(dǎo)體激光設(shè)備出射的激光的每個波長的群速度色散值，所以最后從半導(dǎo)體激光設(shè)備組 件出射的激光的光譜被整形。因此，可以生成具有200飛秒或更小的脈沖時間寬度的脈沖 激光，例如，具有約100飛秒或更小的脈沖時間寬度的脈沖激光。本說明書中所描述的優(yōu)點 僅為說明性的而非限制性的，并且可以存在額外的優(yōu)點。
[0019] 如附圖所示，根據(jù)本發(fā)明的最佳實施方式的下列細(xì)節(jié)描述，本公開的這些及其他 目標(biāo)、特征、以及優(yōu)點將變得更加顯然。
【附圖說明】
[0020] 圖1是實施方式1中的半導(dǎo)體激光設(shè)備組件的概念圖；
[0021] 圖2是沿著實施方式1中的模式同步半導(dǎo)體激光設(shè)備的共振器的延伸方向的示意 性端面圖；
[0022] 圖3是沿著實施方式1中的模式同步半導(dǎo)體激光設(shè)備的共振器的延伸方向及成直 角的示意性截面圖；
[0023] 圖4是實施方式1中的可替代半導(dǎo)體激光設(shè)備組件的概念圖；
[0024] 圖5是用于示出實施方式1中的色散補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)的原理的示意圖；
[0025] 圖6A是示出了在實施方式1的半導(dǎo)體激光設(shè)備組件中設(shè)置的群速度色散值和基 于設(shè)置的群速度色散值提供的群延遲時間的曲線圖；
[0026] 圖6B是示出了通過利用圖6A中所示的波長作為變量將群速度色散值的函數(shù)進(jìn)行 兩次積分而提供的相位的頻率相關(guān)性的曲線圖。
[0027] 圖7是通過將示出了圖6B中所示的相位的頻率相關(guān)性的曲線圖轉(zhuǎn)換成空間相位 調(diào)制器的相位而提供的曲線圖；
[0028] 圖8A是示出了在實施方式2的半導(dǎo)體激光設(shè)備組件中設(shè)置的群速度色散值和基 于設(shè)置的群速度色散值而提供的群延遲時間的曲線圖；
[0029] 圖8B是示出了通過利用圖8A中所示的波長作為變量將群速度色散值的函數(shù)進(jìn)行 兩次積分而提供的相位的頻率相關(guān)性的曲線圖；
[0030] 圖9是通過將示出了圖8B中所示的相位的頻率相關(guān)性的曲線圖轉(zhuǎn)換成空間相位 調(diào)制器的相位而提供的曲線圖；
[0031] 圖IOA是示出了在實施方式3的半導(dǎo)體激光設(shè)備組件中設(shè)置的群速度色散值和基 于設(shè)置的群速度色散值而提供的群延遲時間的曲線圖；
[0032] 圖IOB是示出了通過利用將圖IOA中所示的波長作為變量將群速度色散值的函數(shù) 進(jìn)行兩次積分而提供的相位的頻率相關(guān)性的曲線圖；
[0033] 圖11是通過將示出了圖IOB中所示的相位頻率相關(guān)性的曲線圖轉(zhuǎn)換成空間相位 調(diào)制器的相位而提供的曲線圖；
[0034] 圖12A是示出了在實施方式4的半導(dǎo)體激光設(shè)備組件中設(shè)置的群速度色散值和基 于設(shè)置的群速度色散值而提供的群延遲時間的曲線圖；
[0035] 圖12B是示出了通過利用圖12A中所示的波長作為變量將群速度色散值的函數(shù)進(jìn) 行兩次積分而提供的相位的頻率相關(guān)性的曲線圖；
[0036] 圖13是通過將示出圖12B中所示的相位頻率相關(guān)性的曲線圖轉(zhuǎn)換成空間相位調(diào) 制器中的相位而提供的曲線圖；
[0037] 圖14A是示出了在比較實施方式1的半導(dǎo)體激光設(shè)備組件中設(shè)置的群速度色散值 和基于設(shè)置的群速度色散值而提供的群延遲時間的曲線圖；
[0038] 圖14B是示出了通過利用圖14A中所示的波長作為變量將群速度色散值的函數(shù)進(jìn) 行兩次積分而提供的相位的頻率相關(guān)性的曲線圖；
[0039] 圖15是通過將示出了圖14B中所示的相位的頻率相關(guān)性的曲線圖轉(zhuǎn)換成空間相 位調(diào)制器中的相位而提供的曲線圖；
[0040] 圖16A和圖16B各自是實施方式5中的半導(dǎo)體激光設(shè)備組件的概念圖；
[0041] 圖17是衍射光柵壓縮器的概念圖；
[0042] 圖18是實施方式10中的包括光譜整形器和半導(dǎo)體光學(xué)放大器的半導(dǎo)體激光設(shè)備 組件的概念圖；
[0043] 圖19是實施方式11中的當(dāng)在垂直于半導(dǎo)體光學(xué)放大器的軸線的虛擬平面上切割 半導(dǎo)體光學(xué)放大器時的半導(dǎo)體光學(xué)放大器的示意性局部截面圖；
[0044] 圖20是實施方式12中的當(dāng)在垂直于半導(dǎo)體光學(xué)放大器的軸線的虛擬平面上切割 半導(dǎo)體光學(xué)放大器時的半導(dǎo)體光學(xué)放大器的示意性局部截面圖；
[0045] 圖21是實施方式13中的當(dāng)在垂直于半導(dǎo)體光學(xué)放大器的軸線的虛擬平面上切割 半導(dǎo)體光學(xué)放大器時的半導(dǎo)體光學(xué)放大器的示意性局部截面圖；
[0046] 圖22是實施方式14中的當(dāng)在垂直于半導(dǎo)體光學(xué)放大器的軸線的虛擬平面上切割 半導(dǎo)體光學(xué)放大器時的半導(dǎo)體光學(xué)放大器的示意性局部截面圖；
[0047] 圖23是沿著實施方式1中的模式同步半導(dǎo)體激光設(shè)備的可替代共振器的延伸方 向的示意性端面圖；
[0048] 圖24是沿著實施方式1中的半導(dǎo)體激光設(shè)備的另一可替代共振器的延伸方向的 示意性概念圖；
[0049] 圖25是從上方觀察的實施方式1中的其他可替代半導(dǎo)體激光設(shè)備的脊帶結(jié)構(gòu)的 示意圖；
[0050] 圖26A和圖26B各自是用于示出實施方式中制造模式同步半導(dǎo)體激光設(shè)備的方法 的基板等的示意性局部截面圖；
[0051 ] 圖27A和圖27B各自是用于示出實施方式中的接著圖26B來制造模式同步半導(dǎo)體 激光設(shè)備的方法的基板等的示意性局部截面圖；
[0052] 圖28是用于示出實施方式中的接著圖27B來制造模式同步半導(dǎo)體激光設(shè)備的方 法的基板等的示意性局部截面圖；
[0053] 圖29是日本專利申請公開第2013-105813中公開的現(xiàn)有技術(shù)中的半導(dǎo)體激光設(shè) 備組件的概念圖；
[0054] 圖30A是示出了在由圖29中所示的現(xiàn)有技術(shù)中的半導(dǎo)體激光設(shè)備組件提供的脈 沖激光被光譜過濾之后的該激光的強(qiáng)度自相關(guān)波形和光譜的曲線圖；
[0055] 圖30B是示出了從模式同步半導(dǎo)體激光設(shè)備直接輸出的脈沖激光的強(qiáng)度自相關(guān) 波形和光譜的曲線圖；
[0056] 圖31是示出了從圖29中所示的現(xiàn)有技術(shù)中的半導(dǎo)體激光設(shè)備組件直接輸出的脈 沖激光的強(qiáng)度自相關(guān)波形和光譜的曲線圖；
[0057] 圖32是用于確定脈沖激光的指數(shù)式緩慢衰減特性的測量裝置的概念圖；
[0058] 圖33是示出了使用圖32中所示的測量裝置所提供的互相關(guān)波形和光譜的曲線 圖；
[0059] 圖34A是示出了圖33中所示的波長光譜分量與延遲時間之間的關(guān)系的曲線圖；
[0060] 圖34B是示出了通過穿過現(xiàn)有技術(shù)中的半導(dǎo)體激光設(shè)備組件的色散補(bǔ)償光學(xué)系 統(tǒng)而生成的波長光譜分量與延遲時間之間的關(guān)系的計算結(jié)果的曲