ДИОДНЫЙ МНОГОЛУЧЕВОЙ ИСТОЧНИК ЛАЗЕРНОГО КОГЕРЕНТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2010 года по МПК H01S5/32 

Область техники

Изобретение относится к ключевым компонентамо птоэлектронной техники - компактным, эффективным, мощным, с высоким качеством излучения источникам лазерного излучения в широком диапазоне длин волн, а именно к диодному многолучевому источнику лазерного когерентного излучения (сокращенно - ДМИЛКИ), выполненному в виде комбинации задающего диодного лазера и множества когерентно связанных диодных усилителей.

Предшествующий уровень техники

Диодные лазеры с повышенной мощностью излучения и с улучшенным качеством лазерного луча известны из следующих изобретений: [US Patent 4063189, XEROX CORP. (US), 1977, H01S 3/19, 331/94.5 H], [RU Патент 2197048, ШВЕЙКИН В.И., ГЕЛОВАНИ В.А., 18.02.2002, Н01 S 5/32].

Наиболее близким по технической сущности и получаемому техническому результату является предложенный в патенте [RU Патент 2278455, ШВЕЙКИН В.И., 17.11.2004, H01S 5/32] инжекционный (далее диодный) лазер-прототип, включающий гетероструктуру на основе полупроводниковых соединений, оптические грани, отражатели, омические контакты, оптический резонатор. Гетероструктура характеризуется отношением эффективного показателя преломления n_эф гетероструктуры к показателю преломления n_вт слоя втекания, а именно отношение n_эф к n_вт определено из диапазона от единицы плюс дельта до единицы минус дельта, где дельта определяется числом, много меньшим единицы. Гетероструктура содержит по крайней мере один активный слой, по крайней мере два отражающих слоя (далее ограничительные слои) по крайней мере по одному с каждой стороны активного слоя, сформированных по крайней мере из одного подслоя и имеющих показатели преломления меньшие, чем эффективный показатель преломления гетероструктуры n_эф. Также гетероструктура содержит прозрачную для излучения область втекания излучения. Область втекания по крайней мере одна расположена между активным слоем и соответствующим отражающим слоем по крайней мере с одной стороны активного слоя. Область втекания включает: слой втекания излучения, имеющий показатель преломления n_вт и состоящий по крайней мере из одного подслоя; по крайней мере один локализующий слой, состоящий по крайней мере из одного подслоя; основной настроечный слой, состоящий по крайней мере из одного подслоя, имеющий по крайней мере для одного из его подслоев показатель преломления не менее показателя преломления n_вт слоя втекания и примыкающий одной своей поверхностью к активному слою; с противоположной стороны основного настроечного слоя к другой его поверхности примыкает локализующий слой области втекания, имеющий показатель преломления, меньший показателя преломления основного настроечного слоя. Коэффициенты отражений отражателей оптического резонатора, а также составы и толщины слоев гетероструктуры выбраны такими, при которых для работающего диодного лазера результирующее усиление излучения в активном слое достаточно для поддержания порога лазерной генерации во всем диапазоне рабочих токов. Отношение n_эф/n_вт в области пороговых токов лазерной генерации определено из интервала значений от единицы плюс гамма до единицы минус гамма, где величина гамма определяется числом, меньшим дельта.

Основными достоинствами диодного лазера-прототипа являются увеличение выходной мощности лазерного излучения, увеличение размера излучающей площадки в вертикальной плоскости с соответствующим уменьшением угловой расходимости излучения. В то же время диодный лазер-прототип ограничивает дальнейшее увеличение выходной мощности при одновременном и существенном повышении качества лазерного излучения, а именно не позволяет реализовать диодный многолучевой источник лазерного когерентно связанного излучения в виде комбинации диодный лазер и диодные оптические усилители.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом предложенного диодного многолучевого источника лазерного когерентного излучения в широком диапазоне длин волн является многократное увеличение (на один-два и более порядков) выходной мощности его лазерного усиленного излучения для одночастотных, одномодовых и многомодовых типов колебаний, улучшение эффективности, надежности, увеличение ресурса работы и скорости модуляции при существенном упрощении технологии их изготовления и снижении себестоимости.

В соответствии с изобретением технический результат достигается тем, что предложен диодный многолучевого источник лазерного когерентного излучения (далее сокращенно ДМИЛКИ), содержащий

- по крайней мере один диодный лазер и по крайней мере два диодных оптических усилителя, интегрально связанных с упомянутым диодным лазером, при этом диодный лазер и диодные оптические усилители сформированы в

- единой гетероструктуре на основе полупроводниковых соединений, включающей по крайней мере один активный слой, по крайней мере два ограничительных слоя, и размещенную между активным слоем и соответствующим ограничительным слоем по крайней мере с одной стороны от активного слоя прозрачную для излучения область втекания излучения, содержащую по крайней мере слой втекания, причем упомянутая гетероструктура охарактеризована отношением эффективного показателя преломления n_эф гетероструктуры к показателю преломления n_вт слоя втекания, а именно отношение n_эф к n_вт определено из диапазона от единицы плюс дельта до единицы минус гамма, где дельта и гамма определяются числом, много меньшим единицы, и гамма больше дельты, при этом

- упомянутый диодный лазер, включающий полосковую активную область генерации с присоединенным полосковым слоем металлизации, боковую ограничительную область излучения с присоединенным изолирующим слоем, расположенную с каждой из боковых сторон полосковой активной области генерации диодного лазера, а также омические контакты, оптические грани, отражатели, оптический резонатор, причем на обеих оптических гранях отражатель оптического резонатора выполнен с коэффициентом отражения близким к единице,

- каждый упомянутый диодный оптический усилитель, включающий активную область усиления с присоединенными слоями металлизации, оптические грани, омические контакты, оптические просветляющие покрытия, причем оптическое просветляющее покрытие на оптической грани диодного усилителя, по крайней мере со стороны вывода усиленного излучения, выполнено с коэффициентом отражения, близким к нулю, расположены так, что

- оптические оси распространения излучения диодного лазера и диодного оптического усилителя взаимно перпендикулярны, в месте присоединения каждой активной области усиления диодных оптических усилителей к активной области генерации диодного лазера сформирован интегральный элемент перетекания заданной части лазерного излучения из диодного лазера в диодный усилитель, условно названный как поворотный элемент, включающий по крайней мере две оптические отражающие плоскости лазерного излучения, размещенные перпендикулярно к плоскостям слоев гетероструктуры и проникающие с пересечением активного слоя внутрь слоя втекания гетероструктуры на глубину, выбираемую из диапазона от 20 до 80% от толщины слоя втекания гетероструктуры, при этом оптическая отражающая плоскость развернута с пересечением активного слоя внутрь слоя под углом наклона примерно 45° (по модулю) по отношению к оптическим осям усиления диодного лазера и диодного оптического усилителя.

Существенное отличие предложенного нового ДМИЛКИ, изготовленного на основе оригинальной гетероструктуры, состоит в эффективной интегральной комбинации задающего диодного лазера и множества диодных оптических усилителей (далее диодные усилители). Новизна интегрально соединенных диодного лазера с диодными усилителями состоит в том, что оптическая ось распространения излучения диодного лазера расположена под прямым углом по отношению к оптическим осям диодных усилителей. Интегральная связь между диодным лазером и диодными усилителями осуществляется без фокусирующей оптики, при этом перетекание лазерного излучения из диодного лазера в диодные усилители осуществляется при помощи оригинальных поворотных элементов, размещенных в местах присоединения активных областей усиления диодных усилителей к полосковой активной области генерации.

Технический результат достигается также тем, что боковая ограничительная область излучения имеет по крайней мере две подобласти, а именно разделительно-ограничительную подобласть, примыкающую к полосковой активной области генерации и распространяющуюся от поверхности гетероструктуры на заданную глубину, и ограничительную подобласть, примыкающую к разделительно-ограничительной подобласти и распространяющуюся на глубину, превышающую расположение активного слоя. В одном из вариантов упомянутая разделительно-ограничительная подобласть может быть распространена внутрь гетероструктуры, не достигая активного слоя гетероструктуры. Необходимость необычно глубокого залегания ограничительной подобласти определяется особенностью упомянутой гетероструктуры, в которой в направлении, перпендикулярном слоям гетероструктуры, размер волноводного распространения излучения диодного лазера и диодных усилителей сравним с толщиной слоя втекания гетероструктуры при соответствующем указанном выше соотношении n_эф к n_вт.

Технический результат достигается также тем, что каждый упомянутый поворотный элемент включает две расположенные под прямым углом оптические отражающие плоскости, линия пересечения которых размещается в середине ширины активной области усиления на границе ее присоединения к боковой стороне полосковой активной области генерации.

Технический результат достигается также тем, что каждый поворотный элемент имеет четыре оптические отражающие плоскости, линия пересечения двух из них, расположенных под прямым углом, размещается в середине ширины активной области усиления на границе ее присоединения к боковой стороне полосковой активной области генерации, а симметрично напротив - линия пересечения двух других из них, также расположенных под прямым углом, размещается в середине ширины активной области усиления на границе ее присоединения к противоположной боковой стороне полосковой активной области генерации.

Технический результат достигается также тем, что упомянутый поворотный элемент включает две оптические отражающие плоскости, смещенные одна по отношению к другой вдоль оптической оси диодного лазера на заданное расстояние, при этом в области расположения каждой указанной отражающей плоскости к полосковой активной области генерации присоединено по одной активной области усиления.

Технический результат достигается также тем, что активная область усиления диодного усилителя, по крайней мере между оптической выводной гранью диодного усилителя с просветляющим покрытием и поворотным элементом, выполнена расширяемой.

Технический результат достигается также тем, что к каждой боковой стороне активной области усиления диодного усилителя примыкает разделительно-ограничительная подобласть. В другом случае к каждой боковой стороне разделительно-ограничительной подобласти примыкает ограничительная подобласть.

Технический результат достигается также тем, что оптический резонатор диодного лазера выполнен в виде замкнутого кольцевого резонатора. В случае формирования кольцевого резонатора, включающего по крайней мере две параллельно расположенные полосковые активные области генерации, их интегральное соединение с торцевых сторон реализуется дополнительно введенными поворотно-соединительными элементами. Каждый поворотно-соединительный элемент содержит две отражающие плоскости, расположенные перпендикулярно к плоскости активного слоя гетероструктуры с проникновением внутрь гетероструктуры вплоть до ограничительного слоя со стороны подложки. При этом каждая отражающая плоскость, присоединенная к торцевой стороне каждой полосковой активной области генерации, развернута под углом 45° (по модулю) по отношению к оси распространения лазерного излучения.

Технический результат достигается также тем, что ДМИЛКИ включает по крайней мере два параллельно расположенных автономных диодных лазера с глухими оптическими резонаторами, каждый из которых интегрально соединен поворотными элементами с соответствующими диодными усилителями.

Технический результат достигается также тем, что содержится по крайней мере два автономных параллельно расположенных диодных лазера с глухими отражателями в каждом оптическом резонаторе, в частности, выполненных в виде распределенных брэгговских отражателей.

Технический результат достигается также тем, что диодный лазер и диодные усилители имеют автономные омические контакты.

Существо предложенного в настоящем изобретении неочевидного ДМИЛКИ состоит в предложенной единой гетероструктуре для диодного лазера и диодных усилителей с необычно большим размером ближнего поля излучения в плоскости, перпендикулярной активному слою гетероструктуры, а также в оригинальном и эффективном интегральном соединении по крайней мере одного задающего диодного лазера с множеством диодных усилителей. Необычность указанного выше соединения состоит в том, что полосковая активная область генерации диодного лазера расположена под прямым углом по отношению к активным областям усиления диодного усилителя. При этом в местах их пересечения размещены поворотные элементы. Отражатели поворотных элементов, расположенные на определенную глубину слоя втекания волноводной области, реализуют перетекание заданной доли лазерного излучения из задающего диодного лазера в диодные усилители, что обеспечивает когерентность выходных излучений диодных усилителей. Для остальной доли лазерного излучения, распространяющейся свободно по всей длине лазерного резонатора с глухими зеркалами, на выходе из-под поворотных элементов в слое втекания возникает дифракционная расходимость излучения в сторону активного слоя, что обеспечивает лучевую соединенность в оптическом резонаторе.

Технологическая реализация предложенных в настоящем изобретении ДМИЛКИ основана на известных базовых технологических процессах, которые к настоящему времени хорошо разработаны и широко применяются. Предложение удовлетворяет критерию «промышленная применимость». Основное отличие при его изготовлении состоит в особенностях гетероструктуры и интегрального соединения задающего диодного лазера с множеством диодных усилителей.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение поясняется Фиг.1-8.

На Фиг.1 схематически изображен вид сверху предложенного ДМИЛКИ, в котором один диодный лазер с глухими отражателями оптического резонатора интегрально соединен поворотными элементами с тремя диодными усилителями, при этом вывод усиленного лазерного излучения осуществляется через просветленную оптическую грань диодных усилителей.

На Фиг.2 схематически изображено продольное сечение диодного лазера, предложенного ДМИЛКИ, выполненное по середине полосковой активной области генерации, вдоль от одного отражателя оптического резонатора до другого.

На Фиг.3 схематически изображено продольное сечение одного из диодных усилителей предложенного ДМИЛКИ, выполненное по середине активной области усиления от выводной оптической грани с просветляющим слоем до боковой стороны полосковой активной области генерации.

На Фиг.4 схематически изображен вид сверху предложенного ДМИЛКИ, который отличается от схематически изображенного на Фиг.1 тем, что большая часть активной области усиления, примыкающая к выводной оптической грани с просветляющим покрытием, выполнена расширяемой.

На Фиг.5 схематически изображен вид сверху предложенного ДМИЛКИ, который отличается от схематически изображенного на Фиг.1 тем, что два диодных усилителя присоединены к одному поворотному элементу.

На Фиг.6 схематически изображен вид сверху предложенного ДМИЛКИ, который отличается от схематически изображенного на Фиг.1 тем, что поворотный элемент выполнен с двумя дополнительными отражателями, к которым присоединены два диодных усилителя, усиленное лазерное излучение которых направлено в противоположном направлении.

На Фиг.7 схематически изображен вид сверху предложенного ДМИЛКИ, который отличается от схематически изображенного на Фиг.1 тем, что оптический резонатор диодного лазера выполнен в виде замкнутого "кольцевого" оптического резонатора.

На Фиг.8 схематически изображен вид сверху предложенного ДМИЛКИ, который отличается от схематически изображенного на Фиг.1 тем, что дополнительно введен второй диодный лазер, интегрально соединенный с двумя диодными усилителями, при этом первый и второй диодные лазеры выполнены с брэгговскими распределенными отражателями, настроенными на различные длины волн лазерной генерации.

На фиг.1 - 8 приведены следующие обозначения:

10 - Предложенный ДМИЛКИ.

20 - Диодный лазер.

20* - Второй диодный лазер.

Диодный лазер 20 и второй диодный лазер 20* имеют следующий состав.

21 - Оптическая грань оптического резонатора.

22 - Отражающее покрытие оптического резонатора.

23 - Полосковая активная область генерации.

24 - Боковая ограничительная область.

24* - Часть боковой ограничительной области, состоящая только из разделительно-ограничительной подобласти.

25 - Вторая полосковая активная область генерации.

26 - Поворотно-соединительный элемент.

27 - Отражающая плоскость элемента 26.

28 - Распределенный брэгговский отражатель диодного лазера 20.

29 - Распределенный брэгговский отражатель второго диодного лазера 20*.

30 - Поворотный элемент диодного лазера 20.

30* - Поворотный элемент второго диодного лазера 20*.

Поворотный элемент диодного лазера 20 и поворотный элемент второго диодного лазера 20* имеют следующий состав.

31, 32, 33, 34 - Оптические отражающие плоскости различного расположения.

40 - Диодный усилитель.

Диодный усилитель 40 имеет следующий состав.

41 - Активная область усиления диодного лазера 20.

41* - Активная область усиления второго диодного лазера 20*.

42 - Боковая ограничительная область.

43 - Выводная оптическая грань.

44 - Просветляющее (антиотражающее) покрытие.

50 - Гетероструктура.

Гетероструктура 50 имеет следующий состав.

51 - Активный слой.

52 - Ограничительный слой со стороны подложки.

53 - Слой втекания.

54 - Настроечный слой со стороны подложки.

55 - Настроечный слой со стороны контактного слоя.

56 - Ограничительный слой со стороны контактного слоя.

57 - Контактный слой.

60 - Подложка для гетероструктуры.

Варианты осуществления изобретения

В дальнейшем изобретение поясняется конкретными вариантами его выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи. Приведенные примеры модификаций диодного многолучевого источника лазерного когерентного излучения (ДМИЛКИ) не являются единственными и предполагают наличие других реализаций, в том числе в известных диапазонах длин волн, особенности которых отражены в совокупности признаков формулы изобретения.

Предложенный ДМИЛКИ 10 (см. Фиг.1-3), содержащий диодный лазер 20, интегрально связанный поворотными элементами 30 с диодными усилителями 40, изготовлен на основе единой для диодного лазера и диодных усилителей лазерной гетероструктуры 50, выращенной на подложке 60 из п-типа GaAs. Гетероструктура 50 выполнена на основе полупроводниковых соединений InAIGaAs с одним активным слоем 51 из InGaAs. Между активным слоем 51 и ограничительным слоем 52 (со стороны подложки) помещена область втекания, включающая слой втекания 53 и настроечный слой 54. С противоположной стороны от активного слоя расположен настроечный слой 55 и ограничительный слой 56 с контактным слоем 57. Слои металлизации и соответствующие изолирующие диэлектрические слои на фигурах не показаны. Фактически совокупность всех слоев гетероструктуры 50, расположенных между ограничительными слоями 52 и 56, образуют расширенную волноводную область диодного лазера 20. Характерным является то, что толщина слоя втекания 53 может иметь размеры, примерно, в пределах от 2 до 10 мкм и более. Характерным является также величина отношения эффективного показателя преломления n_эф гетероструктуры 50 к показателю преломления n_вт слоя втекания 53. Расчетные n_эф/n_вт при плотностях тока 0,1 и 10 кА/см² для диодного лазера 20 были соответственно равны 0,999994 и 0,999881. Длина волны лазерного излучения, определяемая составом и толщиной активного слоя 51, выбрана равной 0,940 мкм. На основе кратко описанной выше гетероструктуры 50 сформированы интегрально связанные один диодный лазер 20 и три диодных усилителя 40.

С обеих сторон на оптические грани 21 оптического резонатора диодного лазера 20 нанесены отражающие покрытия 22 с коэффициентами отражения, близкими к единице (глухой оптический резонатор). Длина оптического резонатора диодного лазера 20 выбрана 1 мм. Полосковая активная область генерации 23 выполнена полосковой с шириной полоски 8 мкм. Боковые ограничительные области 24, прилегающие с обеих боковых сторон к полосковой активной области генерации 23, содержат две подобласти (на фигурах не обозначены). Первая полосковая разделительно-ограничительная подобласть, граничащая с активной областью генерации 23, сформирована травлением в виде канавы шириной 2 мкм на глубину, не достигающую глубины залегания активного слоя. Вторая полосковая ограничительная подобласть, граничащая с упомянутой выше первой подобластью, сформирована травлением в виде канавы шириной 25 мкм на глубину, превышающую глубину залегания активного слоя на 50% от толщины слоя втекания 53. Обе канавы заполнены диэлектриком.

Длина и ширина полосковой активной области усиления 41 диодных усилителей 40 выбраны соответственно равными 4000 и 20 мкм. Основные характеристики боковых ограничительных областей 42, прилегающих с обеих боковых сторон к полосковым активным областям усиления 41, выбраны одинаковыми по ширине и глубине залегания подобластей боковых ограничительных областей 24 диодного лазера 20. На выводную оптическую грань 43 диодных усилителей 40 нанесено просветляющее покрытие 44 с коэффициентами отражения, близкими к нулю (менее 0,0001).

Интегральная оптическая связь между диодным лазером 20 и тремя диодными усилителями 40 реализуется размещением в полосковой активной области генерации 23 диодного лазера 20 трех выполненных травлением поворотных элементов 30. Каждый поворотный элемент 30 включает две расположенные под прямым углом оптические отражающие плоскости 31 и 32, проникающие вертикально внутрь от контактного слоя 57 гетероструктуры 50 в слой втекания 53 на 50% от его толщины. При этом каждая оптическая отражающая плоскость 31 и 32 поворотного элемента 30 развернута под углом 45° (по модулю) по отношению к оптическим осям в диодном лазере 20 и в трех диодных усилителях 40.

Следующая модификация ДМИЛКИ 10 отличалась от предыдущей тем, что к диодному лазеру 20 и к диодным усилителям 40 сформированы автономные (раздельные) омические контакты, реализованные введением тонких разделительных полос между омическими слоями металлизации (на фигурах не приведены) на границе активных областей усиления 41 с поворотными элементами 30.

Следующая модификация ДМИЛКИ 10 отличалась от модификации, изображенной на Фиг.1-3, тем, что содержит пятьдесят диодных усилителей 40 и 50 поворотных элементов 30 при длине оптического резонатора диодного лазера 20, равной 10000 мкм.

Следующая модификация ДМИЛКИ 10 (см. Фиг.4) отличалась от модификации, изображенной на Фиг.1-3, тем, что активная область усиления 41 диодных усилителей 40 состояла из двух частей. Первая часть каждой активной области усиления 41 на выходе от поворотного элемента 30 сформирована полосковой, и вторая часть каждой активной области усиления 41 вплоть до выводной оптической грани 43 сформирована расширяемой с углом расширения два градуса, при этом в расширяемой части активной области усиления 41 диодного усилителя 40 боковые ограничительные области отсутствуют.

Следующая модификация ДМИЛКИ 10 отличалась от предыдущей тем, что в расширяемой части активной области усиления 41 диодного усилителя 40 сформированы боковые ограничительные области.

Следующая модификация ДМИЛКИ 10 (см. Фиг.5) отличалась от модификации, изображенной на Фиг.1-3, тем, что в каждом поворотном элементе 30 оптические отражающие плоскости 31 и 32 разнесены между собой на определенное расстояние вдоль оптической оси распространения лазерного излучения в диодном лазере 20, при этом каждый поворотный элемент 30 интегрально соединяет диодный лазер 20 с двумя активными областями усиления 41, ширина которых в два раза меньше.

Следующая модификация ДМИЛКИ 10 (см. Фиг.6) отличалась от модификации, изображенной на Фиг.1-3, следующим. Полосковая активная область генерации выполнена в два раза шире. В каждом поворотном элементе 30 дополнительно к двум его отражающим плоскостям 31 и 32 сформированы симметрично расположенные две отражающие плоскости 33 и 34. В месте расположения поворотного элемента к диодному лазеру присоединен диодный усилитель 40 с противоположно направленным усилением лазерного излучения.

Следующая модификация ДМИЛКИ 10 (см. Фиг.7) отличалась от модификации, изображенной на Фиг.1-3, тем, что оптический резонатор диодного лазера 20 выполнен в виде "кольцевого" (замкнутого) оптического резонатора. При этом диодный лазер 20 дополнительно содержит параллельно расположенную и интегрально связанную с полосковой активной областью генерации 23 вторую полосковую активную область генерации 25. Указанная связь реализуется дополнительно введенными двумя поворотно-соединительными элементами 26, которые присоединены к обоим торцам полосковых активных областей генерации 23 и 25. Каждый поворотно-соединительный элемент 26 включает две отражающие плоскости 27, развернутые под углом 45° (по модулю) по отношению к соответствующим осям распространения лазерного излучения в диодном лазере (см. Фиг.7). Лазерное излучение, распространяющееся вдоль оптической оси полосковой активной области генерации 23, после двух последовательных отражений от одного из поворотно-соединительных элементов 26 попадает в полосковую активную область генерации 25 и меняет направление распространения на противоположное. Этот процесс продолжается и приводит к созданию кольцевого оптического резонатора.

Следующая модификация ДМИЛКИ 10 (см. Фиг.8) отличалась от модификации, изображенной на Фиг.1-3, тем, что дополнительно содержит параллельно расположенный второй диодный лазер 20*, в котором размещены два поворотных элемента 30* с интегрально соединенными с ними двумя активными областями усиления 41*. Глухие отражатели диодного лазера 20 и второго диодного лазера 20* были выполнены в виде распределенных брэгговских отражателей соответственно 28 и 29, настроенных на различные длины волн. Для реализации перетекания лазерного излучения из второго диодного лазера 20* в активную область усиления 41* часть боковой ограничительной области, обозначенной как 24* и расположенной между активными областями 23 диодных лазеров 20 и 20* напротив каждого поворотного элемента 30*, состоит только из разделительно-ограничительной подобласти, не пересекающей активный слой 21. Длина этого участка боковой ограничительной области равна ширине активной области усиления 31.

Следующая модификация ДМИЛКИ 1 отличалась от предыдущей тем, что дополнительно содержит девять параллельно расположенных диодных лазеров при увеличенной длине оптических резонаторов до 3000 мкм.

Промышленная применимость

Диодные многолучевые источники лазерного когерентного излучения применяются в волоконно-оптических системах связи и передачи информации, в оптических сверхскоростных вычислительных и коммутационных системах, при создании лазерного технологического оборудования, медицинской аппаратуры, для реализации лазеров с удвоенной частотой генерируемого излучения, а также для накачки твердотельных и волоконных лазеров и усилителей.

Диодный многолучевой источник лазерного когерентного излучения содержит по крайней мере один диодный лазер и по крайней мере, два диодных оптических усилителя, интегрально связанных с упомянутым лазером и сформированных в той же гетероструктуре. Гетероструктура содержит по крайней мере один активный слой и два ограничительных слоя, прозрачную для излучения область втекания излучения, содержащую слой втекания. Гетероструктура охарактеризована отношением показателя преломления n_эф гетероструктуры к показателю преломления n_вт слоя втекания, отношение n_эф к n_вт определено из диапазона от единицы плюс дельта до единицы минус гамма, где дельта и гамма определяются числом, много меньшим единицы, и гамма больше дельты. В районе присоединения каждой активной области усиления усилителей к активной области генерации лазера имеется интегральный элемент перетекания заданной части лазерного излучения из лазера в усилитель. Указанный элемент включает по крайней мере две оптические отражающие плоскости лазерного излучения, размещенные перпендикулярно к плоскости слоев гетероструктуры и проникающие с пересечением активного слоя внутрь слоя втекания на глубину, выбираемую из диапазона от 20 до 80% от толщины слоя втекания. Отражающая плоскость развернута под углом примерно 45° (по модулю) по отношению к оптическим осям лазера и усилителя. Технический результат заключается в увеличении выходной мощности усиленного лазерного излучения, улучшении эффективности, надежности, увеличении ресурса работы и скорости модуляции при упрощении технологии производства источника. 13 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Диодный многолучевой источник лазерного когерентного излучения, содержащий по крайней мере один диодный лазер и по крайней мере два диодных оптических усилителя, интегрально связанных с упомянутым диодным лазером, при этом диодный лазер и диодные оптические усилители сформированы в единой гетероструктуре на основе полупроводниковых соединений, содержащей по крайней мере один активный слой, по крайней мере два ограничительных слоя, и размещенную между активным слоем и соответствующим ограничительным слоем по крайней мере с одной стороны от активного слоя прозрачную для излучения область втекания излучения, содержащую по крайней мере слой втекания, причем упомянутая гетероструктура охарактеризована отношением эффективного показателя преломления n_эф гетероструктуры к показателю преломления n_вт слоя втекания, а именно, отношение n_эф к n_вт определено из диапазона от единицы плюс дельта до единицы минус гамма, где дельта и гамма определяются числом много меньшим единицы и гамма больше дельты, при этом упомянутый диодный лазер, включающий полосковую активную область генерации с присоединенным полосковым слоем металлизации, боковую ограничительную область излучения с присоединенным изолирующим слоем, расположенную с каждой из боковых сторон полосковой активной области генерации диодного лазера, а также омические контакты, оптические грани, отражатели, оптический резонатор, причем на обеих оптических гранях отражатель оптического резонатора выполнен с коэффициентом отражения, близким к единице, и каждый упомянутый диодный оптический усилитель, включающий активную область усиления с присоединенными слоями металлизации, оптические грани, омические контакты, оптические просветляющие покрытия, причем оптическое просветляющее покрытие на оптической грани диодного усилителя, по крайней мере со стороны вывода усиленного излучения, выполнено с коэффициентом отражения, близким к нулю, расположены так, что оптические оси распространения излучения диодного лазера и диодного оптического усилителя взаимно перпендикулярны, в районе присоединения каждой активной области усиления диодных усилителей к активной области генерации диодного лазера имеется интегральный элемент перетекания заданной части лазерного излучения из диодного лазера в диодный усилитель, условно названный как поворотный элемент, включающий по крайней мере две оптические отражающие плоскости лазерного излучения, размещенные перпендикулярно к плоскости слоев гетероструктуры и проникающие с пересечением активного слоя внутрь слоя втекания гетероструктуры на глубину, выбираемую из диапазона от 20 до 80% от толщины слоя втекания гетероструктуры, при этом оптическая отражающая плоскость развернута под углом наклона примерно 45° (по модулю) по отношению к оптическим осям усиления диодного лазера и диодного оптического усилителя.

2. Диодный многолучевой источник лазерного когерентного излучения по п.1, отличающийся тем, что боковая ограничительная область излучения имеет по крайней мере две подобласти, а именно, разделительно-ограничительную подобласть, примыкающую к полосковой активной области генерации и распространяющуюся от поверхности гетероструктуры на заданную глубину, и ограничительную подобласть, примыкающую к разделительно-ограничительной подобласти и распространяющуюся на глубину, превышающую расположение активного слоя.

3. Диодный многолучевой источник лазерного когерентного излучения по п.2, отличающийся тем, что глубина распространения упомянутой разделительно-ограничительной подобласти менее глубины расположения активного слоя гетероструктуры.

4. Диодный многолучевой источник лазерного когерентного излучения по п.1, отличающийся тем, что упомянутый поворотный элемент имеет две пересекающиеся под прямым углом оптические отражающие плоскости, линия пересечения которых размещена в середине активной области усиления на границе ее присоединения к боковой стороне активной области генерации.

5. Диодный многолучевой источник лазерного когерентного излучения по п.4, отличающийся тем, что упомянутые оптические отражающие плоскости поворотного элемента смещены одна от другой на заданное расстояние вдоль оптической оси диодного лазера, при этом каждый поворотный элемент интегрально соединяет диодный лазер с двумя активными областями усиления.

6. Диодный многолучевой источник лазерного когерентного излучения по п.4, отличающийся тем, что поворотный элемент с противоположной боковой стороны полосковой активной области генерации дополнительно имеет две симметрично расположенные оптические отражающие плоскости с присоединенной активной областью усиления, при этом полосковая активная область генерации выполнена удвоенной ширины.

7. Диодный многолучевой источник лазерного когерентного излучения по п.1, отличающийся тем, что активная область усиления диодного усилителя, по крайней мере от поворотного элемента до оптической грани, расширяемая.

8. Диодный многолучевой источник лазерного когерентного излучения по п.1, отличающийся тем, что разделительно-ограничительная подобласть имеется у каждой боковой стороны активной области усиления диодного усилителя.

9. Диодный многолучевой источник лазерного когерентного излучения по п.8, отличающийся тем, что ограничительная подобласть имеется у каждой боковой стороны разделительно-ограничительной подобласти.

10. Диодный многолучевой источник лазерного когерентного излучения по п.1, отличающийся тем, что оптический резонатор диодного лазера выполнен в виде кольцевого резонатора.

11. Диодный многолучевой источник лазерного когерентного излучения по п.10, отличающийся тем, что диодный лазер дополнительно содержит параллельно расположенную и интегрально связанную с полосковой активной областью генерации вторую полосковую активную область генерации, причем полосковые активные области генерации интегрально соединены дополнительно введенными поворотно-соединительными элементами, которые присоединены к обоим торцам полосковых активных областей генерации, и при этом каждый поворотно-соединительный элемент включает две отражающие плоскости, развернутые под углом 45° по отношению к соответствующим осям распространения лазерного излучения в диодном лазере.

12. Диодный многолучевой источник лазерного когерентного излучения по п.1, отличающийся тем, что имеются по крайней мере два параллельно расположенных и автономных диодных лазера с двумя глухими отражателями в каждом оптическом резонаторе.

13. Диодный многолучевой источник лазерного когерентного излучения по п.12, отличающийся тем, что оптические отражатели каждого оптического резонатора являются распределенными брэгговскими отражателями.

14. Диодный многолучевой источник лазерного когерентного излучения по п.1, отличающийся тем, что по крайней мере каждый диодный лазер и каждый диодный усилитель имеют автономные омические контакты.