DE10316220A1 - Semiconductor laser amplifier has active layer sandwich between input and output facets and convergent preamplification structure in charge carrier input region - Google Patents

Semiconductor laser amplifier has active layer sandwich between input and output facets and convergent preamplification structure in charge carrier input region Download PDF

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Abstract

A semiconductor laser amplifier comprises input (14) and output (16) facets coupled to an extending semiconductor sandwich of an optically active layer (28) and boundary layers (26,30) with electrical contact regions (12,32) having a narrowing pre-amplification section (20) on the input side and a broadening main output side. An independent claim is also included for a laser system comprising the above.

Description

Die Erfindung betrifft einen Halbleiterlaserverstärker sowie ein Lasersystem mit zumindest einem Halbleiterlaserverstärker und einem Laser.The The invention relates to a semiconductor laser amplifier and a laser system with at least one semiconductor laser amplifier and a laser.

Halbleiterlaserverstärker zur optischen Verstärkung eines optischen Signals eines Lasers sind bekannt. Derartige Halbleiterlaserverstärker sind beispielsweise als kantenemittierende Halbleiterheterostrukturen aufgebaut, bei welchen das zu verstärkende optische Signal über eine Stirnfläche, der sogenannten Eingangsfacette, in die Halbleiterschichtstruktur eingekoppelt wird, diese zumindest einmal durchläuft und über die gegenüberliegende Stirnseite, die sogenannte Ausgangsfacette, als verstärktes optisches Signal ausgekoppelt wird. Der Verstärkungsprozeß in dem Halbleiterlaserverstärker ähnelt dem Funktionsprinzip eines Halbleiterlasers, wobei eine optisch aktive Schicht, beispielsweise eine zwischen komplementär dotierten Halbleiterbereichen eingebrachte Quantentopf- bzw. Multiquantentopfstruktur, elektrisch gepumpt wird. Das optische Signal wird während seines Durchlaufs durch die optisch aktive Schicht, welche das Verstärkungsmedium darstellt, über stimulierte Emissionsprozesse von in die aktive Schicht injizierten Elektron-Loch-Paaren verstärkt.Semiconductor laser amplifier for optical amplification an optical signal of a laser are known. Such semiconductor laser amplifiers are for example, as edge-emitting semiconductor heterostructures constructed in which the optical signal to be amplified via a End face, the so-called Eingangsfacette, in the semiconductor layer structure is coupled, at least once passes through the opposite end, the so-called output facet, coupled out as amplified optical signal becomes. The amplification process in the Semiconductor laser amplifier is similar to the Working principle of a semiconductor laser, wherein an optically active Layer, for example, a complementary doped semiconductor regions introduced quantum well or Multiquantentopfstruktur, is pumped electrically. The optical Signal gets during its passage through the optically active layer, which is the gain medium represents, over stimulated emission processes of injected into the active layer Reinforced electron-hole pairs.

Probleme herkömmlicher Lasersysteme mit Halbleiterlaserverstärkern betreffen insbesondere unerwünschte optische Rückkopplungen des Halbleiterlaserverstärkers mit dem Signallaser sowie unbefriedigende optische Sättigungscharakteristika im Halbleiterlaserverstärker.issues conventional Laser systems with semiconductor laser amplifiers in particular concern unwanted optical feedback of the semiconductor laser amplifier with the signal laser and unsatisfactory optical saturation characteristics in the semiconductor laser amplifier.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Halbleiterlaserverstärker vorzuschlagen, welcher verbesserte Rückkoppeleigenschaften im Betrieb mit einem Laser und verbesserte Sättigungscharakteristika aufweist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes verbessertes Lasersystem mit einem Laser und einem verbesserten Halbleiterlaserverstärker anzugeben.task the invention is to propose an improved semiconductor laser amplifier, which improved feedback characteristics in operation with a laser and has improved saturation characteristics. It is another object of the invention to provide a corresponding improved Specify laser system with a laser and an improved semiconductor laser amplifier.

Diese Aufgaben werden durch einen Halbleiterlaserverstärker mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und ein Lasersystem mit den in Anspruch 10 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This Objects are achieved by a semiconductor laser amplifier with the in claim 1 specified features and a laser system with the in claim 10 solved characteristics. Preferred embodiments are the subject of the dependent Claims.

Gemäß der Erfindung umfaßt ein Halbleiterlaserverstärker

  • – eine Halbleiterstruktur mit – einer Eingangsfacette, welche zur Einkopplung eines optischen Signals ausgelegt ist; – einer Ausgangsfacette, welche zur Auskopplung eines verstärkten optischen Signals ausgelegt ist; – zumindest einer optisch aktiven Schichtstruktur aus Halbleitermaterial, welche zwischen angrenzenden Begrenzungschichtstrukturen aus Halbleitermaterial angeordnet ist und sich zwischen der Eingangs- und der Ausgangsfacette erstreckt; und
  • – zumindest einen ersten und einen zweiten elektrischen Kontaktbereich zur Injektion von elektrischen Ladungsträgern über die Begrenzungsschichtstrukturen in die optisch aktive Schichtstruktur zur Verstärkung des optischen Signals, wobei zumindest einer der Kontaktbereiche einen eingangsfacettenseitigen Vorverstärkungsabschnitt, welcher sich in Richtung von der Eingangsfacette zu der Ausgangsfacette verjüngt, und einen ausgangsfacettenseitigen Hauptverstärkungsabschnitt, welcher sich in Richtung von der Eingangsfacette zu der Ausgangsfacette erweitert, umfaßt.
According to the invention comprises a semiconductor laser amplifier
  • A semiconductor structure having an input facet adapted to couple an optical signal; An output facet adapted to extract a amplified optical signal; - At least one optically active layer structure of semiconductor material, which is disposed between adjacent boundary layer structures of semiconductor material and extending between the input and the Ausgangsfacette; and
  • At least a first and a second electrical contact region for injecting electrical charge carriers via the boundary layer structures into the optically active layer structure for amplifying the optical signal, wherein at least one of the contact regions has an input facet side preamplification section which tapers in the direction from the input facet to the output facet, and an output facet-side main amplifying section which widens in the direction from the input facet to the output facet.

Bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterlaserverstärker handelt es sich bevorzugt um einen sogenannten kantenemittierenden Halbleiterlaserverstärker, welcher vorzugsweise eine einkristalline, epitaktisch gewachsene Halbeiterschichtstruktur umfaßt. Ein optisches Signal, welches im allgemeinen von einem Laser erzeugt wird, wird über die Eingangsfacette der Halbleiterstruktur des Halbleiterlaserverstärkers zumindest teilweise in die optisch aktive Schichtstruktur aus Halbleitermaterial eingekoppelt. Das optische Signal durchläuft die aktive Schichtstruktur, in welche durch "elektrisches Pumpen" Elektron-Loch-Paare eingebracht werden, um so Elektron-Loch-Rekombinationen über stimulierte Emissionsprozesse zur Verstärkung des optischen Signals auszulösen. Bei der aktiven Schichtstruktur kann es sich beispielsweise um eine Quantentopf- bzw. Multiquantentopf-Struktur mit gegebenenfalls geeigneter vertikaler Wellenführung handeln. Die optisch aktive Schichtstruktur ist vorzugsweise zwischen zwei Begrenzungsschichtstrukuren angeordnet, welche vorzugsweise komplementär zueinander dotiert sind, d.h. eine der Begrenzungsschichtstrukturen ist n-dotiert während die andere Begrenzungsschichtstruktur p-dotiert ist. Über die entsprechenden Begrenzungsschichtstrukturen werden Elektronen bzw. Löcher in die optisch aktive Schichtstruktur eingebracht, um dort stimulierte Emissionsprozesse zur Verstärkung des optischen Signals zu bewirken.at the semiconductor laser amplifier according to the invention it is preferably a so-called edge-emitting semiconductor laser amplifier, which preferably a monocrystalline, epitaxially grown semiconductor layer structure includes. On optical signal, which is generally generated by a laser will be over the input facet of the semiconductor structure of the semiconductor laser amplifier at least partially in the optically active layer structure of semiconductor material coupled. The optical signal passes through the active layer structure, in which by "electrical Pumps "electron-hole pairs be introduced so electron-hole recombination via stimulated emission processes for reinforcement of the optical signal. The active layer structure may be, for example, a Quantum well or multi-quantum well structure with optionally suitable vertical wave guide act. The optically active layer structure is preferably between arranged two Begrenzungsschichtstrukuren, which preferably complementary doped to each other, i. one of the boundary layer structures is n-doped during the other boundary layer structure is p-doped. About the corresponding boundary layer structures are electrons or holes introduced into the optically active layer structure to stimulate there Emission processes for reinforcement to effect the optical signal.

Die optisch aktive Schichtstruktur wird mittels des ersten und zweiten elektrischen Kontaktbereichs elektrisch "gepumpt", um eine Besetzungsinversion herzustellen. Vorzugsweise ist jeder der elektrischen Kontaktbereiche mit genau einer der Begrenzungsschichtstrukturen in elektrischem und mechanischem Flächenkontakt verbunden.The optically active layer structure is by means of the first and second electrically "pumped" electrical contact area to produce a population inversion. Preferably, each of the electrical contact areas is accurate one of the boundary layer structures in electrical and mechanical surface contact connected.

Die Erfindung schlägt vor, zumindest einen der Kontaktbereiche in seiner lateralen Form, d.h. in einer zur optisch aktiven Schichtstruktur parallelen Schichtebene, in besonderer Weise auszubilden. Insbesondere ist zumindest einer der Kontaktbereiche derart gestaltet, daß er einen Vorverstärkungsabschnitt aufzuweist, welcher sich in Ausbreitungsrichtung des optischen Signals (Strahlrichtung) in seiner Breite verjüngt. Eine derartige Verjüngung des Vorverstärkungsabschnitts in Richtung von der Eingangsfacette zu der Ausgangsfacette bewirkt, daß sich auch derjenige Bereich der optisch aktiven Schichtstruktur, welcher elektrisch gepumpt wird und welcher in einer Richtung senkrecht zur Schichtebene benachbart zum Vorverstärkungsabschnitt liegt, entsprechend verjüngt. Die laterale Formgebung des Kontaktbereichs in einen sich verjüngenden Vorverstärkungsabschnitt und einen sich erweiternden ausgangsfacettenseitigen Hauptverstärkungsabschnitt überträgt sich somit auf die optisch aktive Schichtstruktur derart, daß in der optisch aktiven Schichtstrukur im wesentlichen lediglich Bereiche elektrisch gepumpt werden, welche in Normalenrichtung der Schichtebene der optisch aktiven Schichtstruktur benachbart zu dem strukturierten Kontaktbereich angeordnet sind. Der Bereich der optisch aktiven Schichtstruktur, in welchen Ladungsträger eingebracht werden, wird somit durch die Strukturierung des einen Kontaktbereichs in den Vorverstärkungsabschnitt und den Hauptverstärkungsabschnitt bestimmt. In den übrigen Bereichen der optischen Schichtstruktur werden keine elektrischen Ladungsträger über die Begrenzungsschichtstrukturen eingebracht, so daß diese Bereiche nicht zur Verstärkung des optischen Signals beitragen.The Invention proposes before, at least one of the contact areas in its lateral form, i.e. in a layer plane parallel to the optically active layer structure, to train in a special way. In particular, at least one the contact areas are designed such that it has a preamplification section exhibits, which is in the propagation direction of the optical signal (Beam direction) tapers in its width. Such a rejuvenation of the Vorverstärkungsabschnitts in the direction from the input facet to the output facet, that yourself also that region of the optically active layer structure, which is electrically pumped and which in a direction perpendicular to the layer plane adjacent to the preamplification section, accordingly rejuvenated. The lateral shape of the contact area in a tapered Vorverstärkungsabschnitt and a flared output facet-side main amplification section is transmitted thus on the optically active layer structure such that in the optically active Schichtstrukur essentially only areas electrically be pumped, which in the normal direction of the layer plane of the optically active layer structure adjacent to the structured contact region are arranged. The area of the optically active layer structure, in which charge carrier be introduced, is thus by structuring the one Contact area in the Vorverstärkungsabschnitt and the main reinforcement section certainly. In the rest Areas of the optical layer structure are not electrical Charge carriers over the Boundary layer structures introduced so that these areas not to reinforcement contribute to the optical signal.

Durch die besondere Gestaltung in lateraler Ebene bzw. Schichtebene von zumindest einem der Kontaktbereiche wird somit bewirkt, daß sich die Breite der optisch aktiven Schichtstruktur in einer zur Schichtebene parallelen und zur Strahlrichtung senkrechten Richtung, in welche Ladungsträger zur Erzeugung einer Besetzungsinversion injiziert werden, in Richtung von der Eingangsfacette zu der Ausgangsfacette bzw. in Strahlrichtung zunächst abnimmt und später wieder zunimmt.By the special design in the lateral plane or layer plane of at least one of the contact areas is thus caused to change the width the optically active layer structure in parallel to the layer plane and the direction perpendicular to the beam direction, in which charge carriers to Generation of a population inversion can be injected in the direction from the input facet to the output facet or in the beam direction first decreases and later increases again.

Die optisch aktive Schicht erstreckt sich nicht notwendigerweise über die gesamte Länge der Halbleiterstruktur, d.h. nicht notwendigerweise von der Eingangs- bis zur Ausgangsfacette. Zwischen dem Vorverstärkungsabschnitt und dem Hauptverstärkungsabschnitt kann ein Zwischenabschnitt vorgesehen sein, in welchem sich die laterale Breite des Kontaktbereichs nicht wesentlich ändert. Vorzugsweise ist lediglich einer der Kontaktbereiche in lateraler Ebene mit einem Vorverstärkungsabschnitt und einem Hauptverstärkungsabschnitt strukturiert. Der zweite Kontaktbereich ist vorzugsweise unstrukturiert und erstreckt sich in lateraler Ebene, d.h. in einer zur optisch aktiven Schichtstruktur parallelen Schichtebene, über den strukturierten Kontaktbereich hinaus.The optically active layer does not necessarily extend over the whole length the semiconductor structure, i. not necessarily of the input up to the starting facet. Between the preamplification section and the main reinforcement section may be provided an intermediate portion in which the lateral width of the contact area does not change significantly. Preferably only one of the contact areas in the lateral plane with a Vorverstärkungsabschnitt and a main reinforcement section structured. The second contact region is preferably unstructured and extends in the lateral plane, i. in one to the optically active Layer structure parallel layer plane, over the structured contact area out.

Die Gestaltung des zumindest einen Kontaktbereichs mit einem sich verjüngenden Vorverstärkungsabschnitt und einem sich erweiternden Hauptverstärkungsabschnitt führt überraschenderweise zu besonders günstigen Verstärkungseigenschaften des Halbleiterlaserverstärkers. Insbesondere weist der erfindungsgemäße Halbleiterlaserverstärker wesentlich verbesserte optische Sättigungseigenschaften und erheblich verbesserte Rückkoppeleigenschaften auf, wie später im Einzelnen beschrieben wird. Hierduch ergibt sich auch eine vorteilhafte Reduktion der verstärkten spontan-emittierten Strahlung (ASE-Strahlung) gegenüber der induziert-emittierten Strahlung in der optisch aktiven Schichtstruktur des Halbleiterlaserverstärkers. Bei der ASE-Strahlung handelt es sich um eine unerwünschte „Störstrahlung" bzw. um ein unerwünschtes verstärktes optisches Signal, welches im Vergleich zu der gewünschten stimuliert-emitierten Strahlung des Halbleiterlaserverstärkers eine geringe Intensität aufweisen soll. Wie später detailliert beschrieben wird, führt der sich verjüngende bzw. getaperte Vorverstärkungsabschnitt zu einer besseren optischen Sättigung der optisch aktiven Schichtstruktur im Hauptverstärkungsabschnitt, wodurch spontane Rekombinationsprozesse von injizierten Ladungsträgerpaaren gegenüber stimulierten Emissionsprozessen weniger wahrscheinlich werden und somit die parasitäre ASE-Strahlung gegenüber der erwünschten verstärkten induziert-emittierten Strahlung abnimmt.The Design of the at least one contact region with a tapered preamplification section and a flared main reinforcing section surprisingly results to particularly favorable Reinforcement properties of the Semiconductor laser amplifier. In particular, the semiconductor laser amplifier according to the invention is essential improved optical saturation properties and significantly improved feedback characteristics on, as later will be described in detail. Hereduch also results in an advantageous Reduction of reinforced spontaneously emitted radiation (ASE radiation) over the induced-emitted Radiation in the optically active layer structure of the semiconductor laser amplifier. at the ASE radiation is an unwanted "interference radiation" or an unwanted amplified optical Signal stimulated-emitiert compared to the desired Radiation of the semiconductor laser amplifier have a low intensity should. How later is described in detail leads the rejuvenating or taped preamplification section to a better optical saturation the optically active layer structure in the main reinforcement section, resulting in spontaneous recombination processes of injected carrier pairs across from stimulated emission processes become less likely and thus the parasitic ASE radiation across from the desired increased induced-emitted Radiation decreases.

Ferner gestattet ein erfindungsgemäßer Halbleiterlaserverstärker aufgrund der besonderen lateralen Gestaltung zumindest eines der Kontaktbereiche eine im Vergleich zu bekannten Halbleiterlaserverstärkern stark reduzierte Rückkopplung mit dem Signallaser, wodurch ebenfalls die optischen Gesamteigenschaften sowie die Effizienz eines Halbleiterlasersystems mit einem Laser und einem erfindungsgemäßen Halbleiterlaserverstärker entscheidend verbessert werden.Further allows a semiconductor laser amplifier according to the invention due to the particular lateral design of at least one of the contact areas a strong compared to known semiconductor laser amplifiers reduced feedback with the signal laser, which also gives the overall optical properties and the efficiency of a semiconductor laser system with a laser and a semiconductor laser amplifier according to the invention crucial be improved.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem Vorverstärkungsabschnitt und dem Hauptverstärkungsabschnitt ein Taillenabschnitt des einen Kontaktbereiches angeordnet. Der Taillenabschnitt ist in Richtung von der Eingangs- zu der Ausgangsfacette, d.h. in Richtung des propagierenden optischen Signals, zwischen dem Vorverstärkungsabschnitt und dem Hauptverstärkungabschnitt angeordnet. Die laterale Position des Taillenabschnitts fällt im Betrieb vorzugsweise mit einer Strahltaille des optischen Signals im wesentlichen zusammen. In einer lateralen Ebene, d.h. in einer zur optisch aktiven Schichtstruktur parallelen Schichtebene, durchläuft das optische Signal im wesentlichen denjenigen Bereich der optisch aktiven Schichtstruktur, welcher durch den entsprechend strukturierten Kontaktbereich elektrisch gepumpt wird.According to a preferred embodiment of the invention, a waist section of the one contact region is arranged between the preamplification section and the main reinforcement section. The waist portion is arranged in the direction from the input to the output facets, that is, in the direction of the propagating optical signal, between the preamplification portion and the main amplification portion. The lateral position of the waist portion preferably coincides in operation with a beam waist of the optical signal substantially. In a lateral plane, ie in a layer plane parallel to the optically active layer structure, the optical signal essentially passes through that region of the optically active layer structure ture, which is electrically pumped through the correspondingly structured contact area.

Vorzugsweise umfaßt der zumindest eine Kontaktbereich eine elektrisch leitfähige Kontaktschichtstruktur, welche an eine der Begrenzungsschichtstrukturen angrenzt. Die Kontaktschichtstrukur weist vorzugsweise eine Metallschicht auf, welche in elektrischem und mechanischem Flächenkontakt mit einer der vorzugsweise hochdotierten Begrenzungsschichtstrukturen steht.Preferably comprises the at least one contact region comprises an electrically conductive contact layer structure, which adjoins one of the boundary layer structures. The contact layer structure preferably has a metal layer, which in electrical and mechanical surface contact with one of the preferably highly doped boundary layer structures stands.

Vorzugsweise verlaufen die Schichtebenen der Kontaktschichtstruktur und der optisch aktiven Schichtstruktur im wesentlichen parallel zueinander. Die Kontaktschichtstruktur, bei welcher es sich um eine Mehrschichtstruktur oder eine Einzelschichtstruktur handeln kann, wird vorzugsweise durch planarlithograpische Präparatenstechniken auf der Halbleiterstruktur definiert und weist somit eine Schicht- bzw. Flächenebene auf, welche im wesentlichen parallel zu der Schichtebene der optisch aktiven Schichtstruktur ist. Die Schichtebene der optisch aktiven Schichtstruktur entspricht vorzugsweise der Oberflächenebene eines Halbleitersubstrats, in bzw. auf welchem die Halbleiterstruktur definiert wird. Die Normalenrichtung der optisch aktiven Schichtstruktur bzw. des Substrats entspricht in diesem Fall vorzugsweise der epitaktischen Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtstrukturen.Preferably The layer planes of the contact layer structure and the optical extend active layer structure substantially parallel to each other. The Contact layer structure, which is a multi-layered structure or a single layer structure, is preferably by planarlithographic preparation techniques defined on the semiconductor structure and thus has a layer or area level which is substantially parallel to the layer plane of the optical active layer structure is. The layer plane of the optically active Layer structure preferably corresponds to the surface level a semiconductor substrate, in or on which the semiconductor structure is defined. The normal direction of the optically active layer structure or of the substrate in this case preferably corresponds to the epitaxial Growth direction of the semiconductor layer structures.

Vorzugsweise verlaufen die Normalenrichtungen der Eingangs- und der Ausgangsfacette jeweils parallel zu der Schichtebene der optisch aktiven Schichtstruktur. Bei der Ein- und Ausgangsfacette handelt es sich beispielsweise um Bruchflächen einer einkristallinen Halbleiterstruktur (sogenannte „cleave"-Flächen), wobei die Ein- und Ausgangsfacette insbesondere parallel zueinander verlaufen. Es kann jedoch gleichfalls vorteilhaft sein, die Eingangs- und die Ausgangsfacette derart zu neigen, daß deren Normalenrichtungen nicht parallel zu der Schichtebene der optisch aktiven Schichtstruktur verlaufen.Preferably the normal directions of the input and the output facets run in each case parallel to the layer plane of the optically active layer structure. The input and output facets are, for example around fractured surfaces a monocrystalline semiconductor structure (so-called "cleave" surfaces), wherein the input and output facets in particular run parallel to each other. However, it may also be advantageous to have the input and the To tilt output facet such that their normal directions not parallel to the layer plane of the optically active layer structure run.

Vorzugsweise weist der Vorverstärkungsabschnitt und/oder der Hauptverstärkungsabschnitt eine im wesentlichen trapezförmige Flächengestalt auf. Die Flächenebene ist hierbei parallel zu der Schichtebene der optisch aktiven Schichtstruktur, d.h. parallel zu der Oberflächenebene des Halbleiterstubstrats. Die längere Grundseite der trapezförmigen Flächengestalt des Vorverstärkungsabschnitt (bzw. des Hauptverstärkungsabschnitts) ist der Eingangsfacette (bzw. der Ausgangsfacette) zugewandt, während die kürzere Grundseite von der entsprechenden Facette weggerichtet ist. Vorzugsweise handelt es sich bei der Flächengestalt um eine gleichschenklig trapezförmige Gestalt. Besonders bevorzugt sind sowohl der Vorverstärkungsabschnitt als auch der Hauptverstärkungsabschnitt trapezförmig ausgestaltet. Besonders vorteilhaft ist eine Gestaltung, bei welcher die Trapezwinkel αV für den Vorverstärkungsabschnitt und αH für den Hauptverstärkungsabschnitt, d.h. die Innenwinkel zwischen den beiden verlängerten, sich schneidenden Trapezseiten, im wesentlichen identisch sind. Vorzugsweise liegt der Trapezwinkel zwischen 2 Grad und 15 Grad, weiter bevorzugt zwischen 3 Grad und 10 Grad.The preamplification section and / or the main reinforcement section preferably has a substantially trapezoidal surface configuration. In this case, the surface plane is parallel to the layer plane of the optically active layer structure, ie parallel to the surface plane of the semiconductor substrate. The longer base side of the trapezoidal surface shape of the preamplification section (or the main reinforcement section) faces the input facet (or the output facet), while the shorter base side is directed away from the corresponding facet. Preferably, the surface shape is an isosceles trapezoidal shape. Particularly preferably, both the preamplification section and the main reinforcement section are trapezoidal. Particularly advantageous is a design in which the trapezoidal angles α V for the preamplification section and α H for the main reinforcement section, ie the internal angles between the two elongated intersecting trapezoidal sides, are substantially identical. Preferably, the trapezoid angle is between 2 degrees and 15 degrees, more preferably between 3 degrees and 10 degrees.

Vorzugsweise gilt lVor/lHaupt < 1, vorzugsweise lVor/lHaupt < 0,8, wobei lVor die Länge des Vorverstärkungsabschnitts und lHaupt die Länge des Hauptverstärkungsabschnitts jeweils in Richtung von der Eingangs- zu der Ausgangsfacette bzw. in Ausbreitungsrichtung des den Halbleiterverstärker einfach durchlaufenden optischen Signals sind.Preferably applies Before l / l main <1, preferably l Before / l main <0.8, where l is the length of the Prior Vorverstärkungsabschnitts and l the length of the main portion of each of the main reinforcement in the direction from the input to the output facet or in the propagation direction the semiconductor amplifier are simply passing optical signal.

Vorzugsweise steht zumindest eine Fläche der elektrisch leitfähigen Kontaktschichtstruktur, welche von der Begrenzungsschichtstruktur abgewandt ist, mit einer elektrisch leitfähigen Wärmesenke in elektrischem und mechanischem Flächenkontakt. Somit erfolgt sowohl die elektrische als auch die mechanische Kontaktierung der Kontaktschichtstruktur über deren Außenfläche, welche beispielsweise auf einen Metallbock gelötet wird, um über den großflächigen Kontakt dem Halbleiterbauelement effizient Verlustwärme entnehmen zu können.Preferably is at least one area of the electrically conductive Contact layer structure, which of the boundary layer structure facing away, with an electrically conductive heat sink in electrical and mechanical surface contact. Thus Both the electrical and the mechanical contact takes place the contact layer structure over their outer surface, which for example, is soldered to a metal bracket to over the large area contact the Semiconductor device to remove heat loss efficiently.

Vorzugsweise weist der Halbleiterlaserverstärker zumindest eine Absorberstruktur zum Absorbieren eines unerwünschten optischen Signals auf, wobei die Absorberstruktur zumindest angrenzend zu einem Taillenabschnitt des Kontaktbereichs oder angrenzend zum gesamten Kontaktbereich angeordnet ist. Die Absorberstruktur umfaßt ein Material, welches in dem Wellenlängenbereich des optischen Signals einen hohen Absorptionskoeffizienten aufweist.Preferably has the semiconductor laser amplifier at least one absorber structure for absorbing an undesired one optical signal, wherein the absorber structure at least adjacent to a waist portion of the contact area or adjacent to the entire Contact area is arranged. The absorber structure comprises a material which in the wavelength range of the optical signal has a high absorption coefficient.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfaßt ein erfindungsgemäßes Lasersystem zumindest einen zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Halbleiterlaserverstärker sowie zumindest einen Laser. Vorzugsweise ist der Laser derart ausgelegt und bezüglich des Halbleiterlaserverstärkers angeordnet ist, daß ein von dem Laser erzeugtes optisches Signal über die Eingangsfacette zumindest teilweise in die optisch aktive Schichtstruktur des Halbleiterlaserverstärkers eingekoppelt wird, wobei ein Fokus des optischen Signals in einer zu optischen aktiven Schichtstruktur parallelen Schichtstrukturebene bzw. Schichtebene innerhalb des Halbleiterlaserverstärkers liegt.According to one Another aspect of the invention comprises a laser system according to the invention at least a previously described semiconductor laser amplifier according to the invention and at least one laser. Preferably, the laser is designed in this way and re of the semiconductor laser amplifier is arranged that a at least partially generated by the laser optical signal via the input facet coupled into the optically active layer structure of the semiconductor laser amplifier is where a focus of the optical signal in an optical to be active Layer structure parallel layer structure layer or layer plane within the semiconductor laser amplifier.

Bei dem erfindungsgemäßen Lasersystem wird das zu verstärkende optische Signal, d.h. der einfallende Laserstrahl, vorzugsweise derartig in den Halbleiterlaserverstärker eingekoppelt, daß in Schichtebene der optisch aktiven Schichtstruktur das optische Signal einen (virtuellen) Fokus im Inneren des Halbleiterlaserverstärkers aufweist und nicht – wie herkömmlicherweise – auf die Eingangsfacette fokusiert wird. Da der Fokus des eingehenden optischen Signals in der Schichtebene nicht mit der Eingangsfacette zusammenfällt, sondern vorzugsweise in der optisch aktiven Schicht beabstandet von der Eingangsfacette liegt, ist die optische Leistungsdichte an der Eingangsfacette geringer als wenn das eingehende optische Signal auf einen kleineren Flächenbereich der Eingangsfacette fokusiert wird. Auf die damit verbunden Vorteile wird später detailliert eingegangen.In the laser system according to the invention, the optical signal to be amplified, ie the incident laser beam, is preferably coupled into the semiconductor laser amplifier in such a way that the optical signal has a (virtual) focus in the layer plane of the optically active layer structure of the semiconductor laser amplifier and not - as conventionally - focused on the input facet. Since the focus of the incoming optical signal in the layer plane does not coincide with the input facet but is preferably spaced apart from the input facet in the optically active layer, the optical power density at the input facet is less than when the incoming optical signal focuses on a smaller area of the input facet becomes. The advantages associated with this will be discussed in detail later.

Vorzugsweise ist der Laser derart ausgelegt und bezüglich des Halbleiterlaserverstärkers angeordnet, daß der Fokus des optischen Signals in der Schichtstrukturebene von der Eingangsfacette um einen Abstand beabstandet ist, welcher im wesentlichen einer Länge lVor des Vorverstärkungsabschnitts in Richtung von der Eingangs- zu der Ausgangsfacette entspricht. In Schichtstrukturebene ist der Fokus des eingehenden optischen Signals somit in Ausbreitungsrichtung des optischen Signals vorzugsweise genauso weit von der Eingangsfacette beabstandet, wie sich der Vorverstärkungsabschnitt erstreckt. Demgemäß wird das Strahlprofil in Schichtstrukturebene der geometrischen Form des Vorverstärkungsabschnitts bzw. der Form des elektrisch gepumpten Bereichs der optisch aktiven Schichtstruktur angepaßt.Preferably, the laser is arranged and positioned relative to the semiconductor laser amplifier such that the focus of the optical signal in the layer structure plane is spaced from the input facet by a distance substantially equal to a length l before the preamplification section in the direction from the input to output facets. In the layer structure plane, the focus of the incoming optical signal is thus preferably at the same distance from the input facet in the direction of propagation of the optical signal as the preamplification section extends. Accordingly, the beam profile in layer structure plane is adapted to the geometric shape of the preamplification section or the shape of the electrically pumped region of the optically active layer structure.

Vorzugsweise ist der Laser derart ausgelegt und bezüglich des Halbleiterlaserverstärkers angeordnet, daß der Fokus des optischen Signals in der Schichtstrukturebene im wesentlichen in einem Bereich der optisch aktiven Schichtstruktur liegt, welcher in Normalenrichtung der Schichtstrukturebene benachbart zu dem Taillenabschnitt des Kontaktbereichs angeordnet ist. Gemäß dieser besonders bevorzugten Ausführungsform eines endungsgemäßen Lasersystems wird das optische Eingangssignal lateral derart eingekoppelt, daß in Schichtstrukturebene der Fokus des optischen Signals in einem Bereich der optisch aktiven Schichtstruktur liegt, welcher im wesentlichen von dem Taillenabschnitt des Kontaktbereichs elektrisch gepumpt wird. Der laterale Strahlverlauf des optischen Signals kann dadurch besonders gut dem sich verjüngenden Vorverstärkungsabschnitt angepaßt werden, wodurch eine besonders gute optische Sättigung im Hauptverstärkungsabschnitt des Halbleiterlaserverstärkers möglich ist.Preferably the laser is designed and arranged with respect to the semiconductor laser amplifier, that the Focus of the optical signal in the layer structure level substantially is in a region of the optically active layer structure, which in the normal direction of the layer structure plane adjacent to the waist section the contact area is arranged. According to this particularly preferred embodiment a laser system according to the invention the optical input signal is coupled laterally such that in layer structure plane of Focus of the optical signal in a region of the optically active Layer structure lies, which essentially from the waist section the contact area is electrically pumped. The lateral beam path The optical signal can thereby be particularly good for the tapered Vorverstärkungsabschnitt customized whereby a particularly good optical saturation in the main reinforcement section of the semiconductor laser amplifier possible is.

Vorzugsweise ist der Laser derart ausgelegt und bezüglich des Halbleiterlaserverstärker angeordnet, daß das optische Signal im Bereich der Eingangfacette einen astigmatischen Strahlverlauf aufweist, wobei ein Fokus des optischen Signals in einer zu der Schichtstrukturebene senkrechten Ebene im wesentlichen in einem Bereich der Eingangfacette liegt. Gemäß dieser besonderen bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lasersystems wird das optische Signal bzw. der eingehende Laserstrahl in „astigmatischer Weise" in den Halbleiterlaserverstärker eingekoppelt. Während der Fokus des optischen Signals in Schichtstrukturebene innerhalb des Halbleiterlaserverstärker liegt, wird das optische Signal in einer zur Schichtstrukturebene senkrechten und zur Strahlrichtung parallelen Ebene derart eingekoppelt, daß in dieser Ebene der Fokus des optischen Signals im wesentlichen mit der Eingangsfacette zusammenfällt. Der Fokus des eingekoppelten optischen Signals in der Schichtstrukturebene fällt somit mit dem Fokus senkrecht zur Schichtstrukturebene nicht zusammen, so daß es sich um eine astigmatische Einkoppelung des optischen Signals in den Halbleiterlaserverstärker handelt.Preferably the laser is designed and arranged with respect to the semiconductor laser amplifier, that this optical signal in the area of the input facet an astigmatic Beam profile, wherein a focus of the optical signal in a plane perpendicular to the layer structure plane substantially lies in an area of the entrance facet. According to this particular preferred embodiment a laser system according to the invention becomes the optical signal or the incoming laser beam in "astigmatic Way "coupled into the semiconductor laser amplifier. While the focus of the optical signal in layer structure plane within of the semiconductor laser amplifier is located, the optical signal is in one of the layer structure level vertical and parallel to the beam direction plane coupled such that in this level of focus of the optical signal substantially with the input facet coincides. The focus of the injected optical signal in the layer structure plane falls thus with the focus perpendicular to the layer structure plane not together, so that it is an astigmatic coupling of the optical signal in the semiconductor laser amplifier is.

Bei dieser astigmatischen Einkoppelung wird ausgenützt, daß bei geeigneter Wahl der optisch aktiven Schichtstruktur und Begrenzungsstrukturen das optische Signal im wesentlich innerhalb der optisch aktiven Schichtstruktur in Form von Wellenleitermoden geführt wird. In Schichtstrukturebene, d.h. in lateraler Richtung, findet hingegen keine Index- bzw. Wellenleiterführung des optischen Signals statt. In dieser Ebene wird das optische Signal derartig eingekoppelt, daß das Strahlungsfeld in der optisch aktiven Schichtstruktur im wesentlichen mit demjenigen Teil der optisch aktiven Schichtstruktur zusammenfällt, welcher elektrisch gepumpt wird.at This astigmatic coupling is utilized that, with a suitable choice of optically active layer structure and limiting structures the optical signal essentially within the optically active layer structure in the form guided by waveguide modes becomes. In layer structure level, i. in a lateral direction however, no index or waveguide guidance of the optical signal instead of. In this plane, the optical signal is coupled in such a way that this Radiation field in the optically active layer structure substantially coincides with that part of the optically active layer structure, which is pumped electrically.

Vorzugsweise umfaßt das Lasersystem eine Einkoppeloptik zur Einkopplung des optischen Signals in den Halbleiterlaserverstärker. Die Einkoppeloptik kann zumindest eine Zylinderlinse bzw. astigmatische Linse umfassen, um eine astigmatische Einkopplung zu bewirken.Preferably comprises the laser system a coupling optics for coupling the optical Signal in the semiconductor laser amplifier. The coupling optics can comprise at least one cylindrical lens or astigmatic lens, to effect an astigmatic coupling.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lasersystems umfaßt die Einkoppeloptik eine Schlitzblende mit einer senkrecht zur Schichtstrukturebene verlaufenden Schlitzrichtung, wobei die Schlitzblende im Bereich eines Zwischenfokus des optischen Signals angeordnet ist, um Rückkopplungen optischer Signale von dem Halbleiterlaserverstärker in den Laser zu reduzieren.According to one another preferred embodiment a laser system according to the invention comprises the coupling optics a slit with a perpendicular to the layer structure level extending slot direction, wherein the slit in the region of a Intermediate focus of the optical signal is arranged to feedback to reduce optical signals from the semiconductor laser amplifier in the laser.

Vorzugsweise ist im Strahlengang zwischen dem Laser und dem Halbleiterlaserverstärker zumindest ein optisches Dämpfungs- bzw. Abschwächungselement angeordnet. Das optische Signal des Lasers durchläuft das Dämpfungselement einmal, um zu dem Halbleiterlaserverstärker zu gelangen. Der an der Eingangsfacette des Halbleiterlaserverstärkers reflektierte Signalstrahl (reflektierter Laserstrahl) muß hingegen das Dämpfungselement zweifach durchlaufen. Ebenso muß die vom Laser reflektierte ASE-Strahlung das Dämpfungselement zweifach durchlaufen. Somit läßt sich die Rückkopplungsdämpfung durch Anordnung zumindest eines Dämpfungselements in den Strahlengang weiter erhöhen.Preferably, at least one optical attenuation or attenuation element is arranged in the beam path between the laser and the semiconductor laser amplifier. The optical signal of the laser passes through the attenuation element once to get to the semiconductor laser amplifier. The signal beam (reflected laser beam) reflected at the input facet of the semiconductor laser amplifier, on the other hand, has to pass through the attenuation element twice. Likewise, the laser reflected ASE radiation must pass through the damping element twice. Thus, the feedback can be attenuation by arranging at least one damping element in the beam path further increase.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand begleitender Zeichnungen bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft beschrieben. Es zeigt:The Invention will be more preferred with reference to accompanying drawings embodiments described by way of example. It shows:

1a) – d) schematische Aufsichten auf herkömmliche Ausführungen von Halbleiterlaserverstärkern mit unterschiedlichen Kontaktbereichen; 1a ) - d ) schematic plan views of conventional versions of semiconductor laser amplifiers with different contact areas;

2a eine schematische Aufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Halbleiterlaserverstärkers; 2a a schematic plan view of a preferred embodiment of a semiconductor laser amplifier according to the invention;

2b eine schematische Schnittansicht des in 2a dargestellten Halbleitlaserverstärkers entlang der Linie A-A; 2 B a schematic sectional view of the in 2a illustrated semiconductor laser amplifier along the line AA;

3a eine schematische Aufsicht des in 2 dargestellten Halbleiterlaserverstärkers mit zylindrischer Einkoppeloptik und Strahlverlauf; 3a a schematic view of the in 2 illustrated semiconductor laser amplifier with cylindrical coupling optics and beam path;

3b eine schematische Schnittansicht des in 3b dargestellten Halbleiterlaserverstärkers mit Einkoppeloptik; 3b a schematic sectional view of the in 3b illustrated semiconductor laser amplifier with coupling optics;

4 eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lasersystems mit einem Halbleiterlaserverstärker gemäß 2 und 3; 4 a preferred embodiment of a laser system according to the invention with a semiconductor laser amplifier according to 2 and 3 ;

5a eine schematische Aufsicht auf eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Halbleiterlaserverstärkers mit einem Rippenwellenleiter und/oder Absorberstruktur im Taillenabschnitt; 5a a schematic plan view of another preferred embodiment of a semiconductor laser amplifier according to the invention with a rib waveguide and / or absorber structure in the waist portion;

5b eine schematische Aufsicht auf eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Laserverstärkers mit gekrümmtem Rippenwellenleiter und/oder Absorberstruktur und Vorverstärkungsabschnitt; 5b a schematic plan view of another preferred embodiment of a laser amplifier according to the invention with curved rib waveguide and / or absorber structure and Vorverstärkungsabschnitt;

5c eine schematische Aufsicht auf eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Laserverstärkers, bei welchem sich die Absorberstruktur entlang der gesamten Länge des Kontaktbereichs erstreckt; 5c a schematic plan view of another preferred embodiment of a laser amplifier according to the invention, in which the absorber structure extends along the entire length of the contact region;

6 ein Diagramm, welches die Zusammensetzung der optisch aktiven Schichtstruktur sowie der umgebenden Begrenzungsschichtstrukturen als Funktion des Ortes in Normalenrichtung der Schichtstrukturebene der optisch aktiven Schichtstruktur (Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtstruktur) einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Halbleiterlaserverstärkers zeigt; 6 a diagram showing the composition of the optically active layer structure and the surrounding boundary layer structures as a function of the location in the normal direction of the layer structure level of the optically active layer structure (growth direction of the semiconductor layer structure) of a preferred embodiment of a semiconductor laser amplifier according to the invention;

7a) bis g) schematische Schnittansichten unterschiedlicher Herstellungsstadien einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Halbleiterlaserverstärkers während der planarlithographischen Präparation; 7a ) to G ) schematic sectional views of different stages of production of a preferred embodiment of a semiconductor laser amplifier according to the invention during the planarlithographic preparation;

8 eine lichtmikroskopische Aufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Halbleiterlaserverstärkers; und 8th a light microscope view of a preferred embodiment of a semiconductor laser amplifier according to the invention; and

9 eine rasterelektronenmikroskopische, perspektivische Ansicht zweier Halbleiterlaserverstärker gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, welche mit ihren jeweiligen Kontaktbereichen auf eine metallische Wärmesenke gelötet und rückseitig mittels Bonddrähten elektrisch kontaktiert sind. 9 a scanning electron micrograph, perspective view of two semiconductor laser amplifier according to a preferred embodiment of the invention, which are soldered with their respective contact areas on a metallic heat sink and electrically contacted on the back by means of bonding wires.

In 1a) bis d) sind schematisch in Aufsicht typische herkömmliche Halbleiterlaserstrukturen 100 mit unterschiedlich ausgestalteten Kontaktbereichen 102 dargestellt. Die Blickrichtung der Aufsichten verläuft entlang der Normalenrichtung einer Schichtebene der optisch aktiven Schichtstruktur, d.h. in Wachstumsrichtung der Halbleiterstruktur. Die optische Achse, welche im wesentlichen der Strahlrichtung des zu verstärkenden optischen Signals entspricht, ist mit einer Strich-Punkt-Linie angedeutet. Bei den dargestellten Halbleiterlaserverstärkern 100 handelt es sich um sogenannte "One-Pass"-Halbleiterlaserverstärker, welcher das über eine Eingangsfacette 104 eingekoppelte optische Signal bei einmaligen Durchlauf durch die (nicht dargestellte) optisch aktive Schichtstruktur verstärkt und als verstärktes optische Signal über die Ausgangsfacette 106 ausgibt. Die Verstärkung erfolgt in bekannter Weise durch elektrisches "Pumpen" der optisch aktiven Schichtstruktur, wobei elektrische Ladungsträger von dem Kontaktbereich 102 und einem auf der gegenüberliegenden Halbleiterstrukturseite angeordneten zweiten Kontaktbereich über (nicht dargestellte) Begrenzungsschichtstrukturen in die optisch aktive Schichtstruktur injiziert werden. In der optische aktiven Schichtstruktur liegen somit Elektron-Loch-Paare vor, welche über stimulierte Emissionsereignisse rekombinieren und so daß optische Signal verstärken können.In 1a ) to d ) are schematic top views of typical conventional semiconductor laser structures 100 with differently designed contact areas 102 shown. The viewing direction of the plan views runs along the normal direction of a layer plane of the optically active layer structure, ie in the growth direction of the semiconductor structure. The optical axis, which corresponds substantially to the beam direction of the optical signal to be amplified, is indicated by a dashed-dotted line. In the illustrated semiconductor laser amplifiers 100 it is a so-called "one-pass" semiconductor laser amplifier, which via an input facet 104 coupled optical signal amplified in a single pass through the (not shown) optically active layer structure and as an amplified optical signal on the output facet 106 outputs. The amplification takes place in a known manner by electrical "pumping" of the optically active layer structure, wherein electrical charge carriers from the contact region 102 and a second contact region arranged on the opposite semiconductor structure side is injected into the optically active layer structure via boundary layer structures (not shown). The optically active layer structure thus has electron-hole pairs which recombine via stimulated emission events and so that optical signals can amplify.

Die Geometrie der elektrischen Kontaktbereiche bestimmt somit denjenigen Schichtbereich der optisch aktiven Schichtstruktur, welcher elektrisch "gepumpt" wird und zur optischen Verstärkung des optischen Signals in der Halbleiterstruktur beitragen kann. Lediglich diejenigen Schichtbereiche der optisch aktiven Schichtstruktur, welche im wesentlichen in Normalenrichtung der Schichtstrukturebene, d.h. in einer Richtung senkrecht zur Zeichenebene in 1, unterhalb des (strukturierten) elektrischen Kontaktbereichs 102 liegen, tragen zur Verstärkung des optischen Signals bei, da nur diese Schichtbereiche elektrisch gepumpt werden. Der elektrische Kontaktbereich 102 weist zu diesem Zweck eine (nicht dargestellte) elektrisch leitfähige Kontaktschichtstruktur auf, welche in elektrischem und mechanischem Flächenkontakt zu der angrenzenden Begrenzungsschichtstruktur steht. Die Begrenzungsschichtstruktur, bei welcher es sich typischerweise um eine hochdotierte Halbleiterstruktur handelt, grenzt an die optisch aktive Schichtstruktur an.The geometry of the electrical contact regions thus determines that layer region of the optically active layer structure which is electrically "pumped" and can contribute to the optical amplification of the optical signal in the semiconductor structure. Only those layer regions of the optically active layer structure which essentially in the normal direction of the layer structure plane, ie in a direction perpendicular to the plane in 1 , below the (structured) electrical contact area 102 lie, contribute to reinforcement of the optical signal, since only these layer areas are electrically pumped. The electrical contact area 102 has for this purpose an electrically conductive contact layer structure (not shown) which is in electrical and mechanical surface contact with the adjacent boundary layer structure. The boundary layer structure, which is typically a highly doped semiconductor structure, adjoins the optically active layer structure.

Herkömmliche Halbleiterlaserverstärker wurden oftmals mit einem streifenförmigen Kontaktbereich 102 konstanter Breite, wie in 1a) dargestellt, ausgebildet. In 1b) ist eine weitere bekannte Struktur eines Halbleiterlaserverstärkers 100 gezeigt, bei welchem der Kontaktbereich 102 eine sich von der Eingangsfacette 104 zu der Ausgangsfacette 106 erweiternde Flächengestalt aufweist. In 1c) ist eine Variante der in 1b) dargestellten bekannten Ausführungsart dargestellt, bei welcher nahe der Eingangsfacette 104 ein Rippenwellenleiter 108 ausgebildet ist. In 1d) weist der eingangsfacettenseitige Abschnitt des Kontaktbereichs zusätzlich eine gekrümmte Form auf.Conventional semiconductor laser amplifiers often have a strip-shaped contact area 102 constant width, as in 1a ), formed. In 1b ) is another known structure of a semiconductor laser amplifier 100 shown in which the contact area 102 one from the input facet 104 to the starting facet 106 has flared surface shape. In 1c ) is a variant of in 1b ) illustrated known embodiment, in which near the Eingangsfacette 104 a rib waveguide 108 is trained. In 1d ), the input facet side portion of the contact area additionally has a curved shape.

In 2a) ist in schematischer Aufsicht eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Halbleiterlaserverstärkers 10 dargestellt. Die Blickrichtung der Aufsicht gemäß 2a) entspricht derjenigen von 1, d.h. senkrecht zu einer Schichtstrukturebene der Halbleiterstruktur, insbesondere der optisch aktiven Schichtstruktur. Der Halbleiterlaserverstärker 10 weist einen ersten Kontaktbereich 12 auf. Der Kontaktbereich 12 erstreckt sich vorzugsweise über den gesamten Halbleiterlaserverstärker 10 von einer Eingangsfacette 14 bis zu einer Ausgangsfacette 16, welche beispielsweise als Bruchflächen ("cleave"-Flächen) der einkristallinen Halbleiterstruktur ausgebildet sind. Die Eingangsfacette 14 und die Ausgangsfacette 16 weisen vorzugsweise eine Antireflexbeschichtung auf, um ein optisches Stehwellenfeld innerhalb der Halbleiterstruktur zu vermeiden und Ein- und Auskoppelverluste zu minimieren. Bei dem Halbleiterlaserverstärker 10 gemäß 2 handelt es sich um einen "One-Pass"-Halbleiterlaserverstärker. Wie bereits ausführlich in Zusammenhang mit 1 beschrieben wird das zu verstärkende optische Signal über die Eingangsfacette 14 eingekoppelt und durchläuft die (nicht dargestellte) optisch aktive Schichtstruktur im wesentlichen entlang der mit einer Strich-Punkt-Linie gekennzeichneten optischen Längsachse, um an der Ausgangsfacette 16 verstärkt ausgekoppelt zu werden.In 2a ) is a schematic plan view of a preferred embodiment of a semiconductor laser amplifier according to the invention 10 shown. The viewing direction of the supervision according to 2a ) corresponds to that of 1 ie perpendicular to a layer structure plane of the semiconductor structure, in particular of the optically active layer structure. The semiconductor laser amplifier 10 has a first contact area 12 on. The contact area 12 preferably extends over the entire semiconductor laser amplifier 10 from an input facet 14 up to an output facet 16 which are formed, for example, as fracture surfaces ("cleave" surfaces) of the monocrystalline semiconductor structure. The entrance facet 14 and the output facet 16 preferably have an antireflection coating to avoid an optical standing wave field within the semiconductor structure and to minimize coupling and decoupling losses. In the semiconductor laser amplifier 10 according to 2 is a "one pass" semiconductor laser amplifier. As already discussed in detail with 1 the optical signal to be amplified is described via the input facet 14 coupled and passes through the (not shown) optically active layer structure substantially along the marked with a dash-dot line optical axis to the output facet 16 to be decoupled.

Im Unterschied zu sämtlichen in 1 dargestellten bekannten Ausführungsarten von Halbleiterlaserverstärkern weist die in 2a) dargestellte bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform einen sich verjüngenden Vorverstärkungsabschnitt 20 und einen sich in Strahlrichtung erweiternden Hauptverstärkungsabschnitt 22 auf. Der Vorverstärkungsabschnitt 20 ist im wesentlichen trapezförmig ausgebildet, wobei die längere Trapezgrundfläche der Eingangsfacette 14 zugewandt ist und die kürzere Trapezgrundfläche von der Eingangsfacette 14 abgewandt ist. Die Trapezhöhe fällt vorzugsweise mit der optischen Achse des Halbleiterlasersverstärkers 10 zusammen. Die Trapezseitenflächen des Vorverstärkungsabschnitts 20 sind derart zueinander geneigt, daß sich in Richtung von der Eingangsfacette 14 zu der Ausgangsfacette 16 der Vorverstärkungsabschnitt 20 verjüngt, d.h. sich in seiner Breite verschmälert. Der Innenwinkel zwischen den (verlängerten) Trapezseiten ist mit αV bezeichnet.Unlike all in 1 shown known embodiments of semiconductor laser amplifiers, the in 2a ) illustrated preferred embodiment of the invention a tapered Vorverstärkungsabschnitt 20 and a main reinforcing portion which widens in the beam direction 22 on. The preamplification section 20 is formed substantially trapezoidal, with the longer trapezoidal base of the input facet 14 facing and the shorter trapezoidal base of the input facet 14 turned away. The trapezoid height preferably coincides with the optical axis of the semiconductor laser amplifier 10 together. The trapezoidal side surfaces of the preamplification section 20 are inclined to each other so that in the direction of the Eingangsfacette 14 to the starting facet 16 the preamplification section 20 Tapered, ie narrowed in width. The inside angle between the (extended) sides of the trapezoid is denoted by α V.

Die kürzere Trapezgrundfläche des Vorverstärkungsabschnitts 20 grenzt an einen Taillenabschnitt 24 an, welcher eine näherungsweise konstante Breite bzw. eine abgerundete Form aufweist. Der Taillenabschnitt 24 geht in den Hauptverstärkungsabschnitt 22 über, welcher ausgangsfacettenseitig ausgebildet ist. Die längere Grundfläche des im wesentlichen trapezförmigen Hauptverstärkungsabschnitts 22 ist der Ausgangsfacette 16 zugewandt, während wiederum die kürzere Grundfläche der Ausgangsfacette 16 abgewandt ist. Die Länge IHaupt des Hauptverstärkungsabschnitts 22 ist größer als die Länge IVor des Vorverstärkungsabschnitts 20, wobei die Länge in Hauptstrahlrichtung bezeichnet ist. Der Vorverstärkungsabschnitt 20 und der Hauptverstärkungsabschnitt 22 weisen vorzugsweise eine gleichschenklige Trapezform auf. Der trapezförmige Hauptverstärkungsabschnitt 22 weist einen Trapezwinkel αH auf, welcher vorzugsweise im wesentlichen dem Trapezwinkel αV des Vorverstärkungsabschnitts 20 entspricht.The shorter trapezoidal area of the preamplification section 20 adjoins a waist section 24 which has an approximately constant width or a rounded shape. The waist section 24 goes into the main reinforcement section 22 over, which is formed ausgangsfacettenseitig. The longer base of the substantially trapezoidal main reinforcement section 22 is the starting facet 16 while facing the shorter footprint of the output facet 16 turned away. The length I main of the main reinforcement section 22 is greater than the length I before the preamplification section 20 , wherein the length is designated in the main radiation direction. The preamplification section 20 and the main reinforcement section 22 preferably have an isosceles trapezoidal shape. The trapezoidal main reinforcement section 22 has a trapezoidal angle α H , which preferably substantially the trapezoidal angle α V of Vorverstärkungsabschnitts 20 equivalent.

In 2b) ist eine schematische und vereinfachte Schnittansicht der Ausführungsform gemäß 2a) dargestellt. Die Schnittebene verläuft hierbei entlang der Strich-Punkt-Linie A-A von 2a). Die Halbleiterstruktur weist einen Schichtaufbau von im wesentlichen parallelen Halbleiterschichten auf. Der Kontaktbereich 12 grenzt an eine erste Begrenzungsschichtstruktur 26 an, welche an der optisch aktiven Schichtstruktur 28 angeordnet ist. Die optisch aktive Schichtstruktur 28, welche mehrere Schichten umfassen kann, ist in 2b) vereinfacht lediglich als eine einzige Linie bzw. Schicht dargestellt. Die optisch aktive Schichtstruktur 28 ist an der zweiten Begrenzungsschichtstruktur 30 angeordnet, welche im allgemeinen ebenfalls mehrere Teilschichten aufweisen kann. Der zweite Kontaktbereich 32 ist auf der gegenüberliegenden Seite der Halbleiterstruktur angeordnet. Elektrische Ladungsträger werden im Betrieb von den elektrischen Kontaktbereichen 12 und 32 über die Begrenzungsschichtstrukturen 26 und 30 in die optisch aktive Schichtstruktur 28 injiziert.In 2 B ) is a schematic and simplified sectional view of the embodiment according to 2a ). The section plane runs along the dash-dot line AA of 2a ). The semiconductor structure has a layer structure of substantially parallel semiconductor layers. The contact area 12 adjoins a first boundary layer structure 26 which, on the optically active layer structure 28 is arranged. The optically active layer structure 28 , which may comprise several layers, is in 2 B ) simplified merely as a single line or layer shown. The optically active layer structure 28 is at the second boundary layer structure 30 arranged, which may also have a plurality of partial layers in general. The second contact area 32 is disposed on the opposite side of the semiconductor structure. Electric charge carriers are in operation by the electrical contact areas 12 and 32 over the boundary layer structures 26 and 30 in the optically active layer structure 28 injected.

Im Gegensatz zu bekannten Halbleiterlaserverstärkern ist die Geometrie von zumindest einem der Kontaktbereiche 12, 32 dem Strahlungsfeld des zu verstärkenden optischen Signals angepaßt. Wie später detailliert beschrieben werden wird, wird das zu verstärkende optische Signal vorzugsweise derart in den Halbleiterlaserverstärker eingekoppelt, daß es in der lateralen Chipebene, d.h. in der Schichtstrukturebene, eine Strahltaille im Inneren der Halbleiterstruktur ausbildet, welche im wesentlichen zu der Position des Taillenabschnitts 24 benachbart ist. In einer zur Schichtstrukturebene senkrechten Richtung, welche mit der Zeichnungsebene von 2b) zusammenfällt, wird das optische Signal derartig eingekoppelt, daß seine Strahltaille im wesentlichen mit der Eingangsfacette 14 des Halbleiterlaserverstärkers 10 zusammenfällt.In contrast to known semiconductor laser amplifiers, the geometry of at least one of the contact areas 12 . 32 adapted to the radiation field of the optical signal to be amplified. As will be described in detail later, the optical signal to be amplified is preferably coupled into the semiconductor laser amplifier so as to form in the lateral chip plane, ie in the layer structure plane, a beam waist in the interior of the semiconductor structure substantially at the position of the waist portion 24 is adjacent. In a direction perpendicular to the layer structure plane, which with the plane of 2 B ) coincides, the optical signal is coupled in such a way that its beam waist substantially with the Eingangsfacette 14 of the semiconductor laser amplifier 10 coincides.

Eine derartige Einkopplung kann beispielsweise mit einer Zylinderoptik 38 vorgenommen werden, wie in 3a) und b) schematisch dargestellt wird. Der Strahlverlauf des optischen Signals ist schematisch mittels Begrenzungslinien 34 dargestellt, wobei die Zeichnungsebene von 3a) und b) denjenigen von 2a) bzw. b) entspricht. Wie in 3a) dargestellt ist, wird in einer lateralen Ebene, d.h. in Schichtstrukturebene, das optische Signal 34 nicht auf die Eingangsfacette 14 fokussiert, sondern weist erst im Inneren des Halbleiterlaserverstärkers 10 eine Strahltaille 36 auf. Die Strahltaille 36, welche sich innerhalb der optisch aktiven Schichtstruktur 28 ausbildet, liegt im wesentlichen in einer zur Schichtstrukturebene senkrechten Richtung unterhalb des Taillenabschnitts 24 des strukturierten Kontaktbereichs 12. Wie in 3a) dargestellt ist, ist der laterale Strahlverlauf 34 der Flächengestaltung des Kontaktbereichs 12 angepaßt, so daß in Schichtstrukturebene der Strahlverlauf 34 mit demjenigen Bereich der optisch aktiven Schichtstruktur 28 zusammenfällt, welcher durch den strukturierten Kontaktbereich 12 elektrisch "gepumpt" wird.Such a coupling can, for example, with a cylinder optics 38 be made as in 3a ) and b ) is shown schematically. The beam path of the optical signal is schematically by means of boundary lines 34 represented, wherein the drawing plane of 3a ) and b ) those of 2a ) respectively. b ) corresponds. As in 3a ) is shown, in a lateral plane, ie in layer structure plane, the optical signal 34 not on the input facet 14 focused, but points first inside the semiconductor laser amplifier 10 a beam waist 36 on. The beam waist 36 , which are within the optically active layer structure 28 forms essentially lies in a direction perpendicular to the layer structure plane below the waist section 24 of the structured contact area 12 , As in 3a ) is the lateral beam path 34 the surface design of the contact area 12 adjusted, so that in layer structure plane of the beam path 34 with that region of the optically active layer structure 28 which collapses through the structured contact area 12 electrically "pumped" is.

Die Einkopplung des optischen Signals 34 in den Halbleiterlaserverstärker 10 erfolgt vorzugsweise in astigmatischer Weise, welche insbesondere mit Hilfe einer geeigneten Zylinderoptik 38 erfolgen kann. Wie in 3b) dargestellt ist, wird in einer zur Schichtstrukturebene senkrechten Ebene, welche parallel zu der Zeichnungsebene verläuft, das optische Signal 34 derart auf die Eingangsfacette 14 fokussiert, daß ein maximaler Intensitätsanteil in die optisch aktive Schichtstruktur 28 eingekoppelt wird. In vertikaler Richtung, d.h. in Normalenrichtung der Schichtstrukturebene, wird das optische Signal in der optisch aktiven Schichtstruktur 28 vorzugsweise in Form von Wellenleitermoden geführt, während in lateraler Richtung keine Indexführung vorgesehen ist.The coupling of the optical signal 34 in the semiconductor laser amplifier 10 is preferably carried out in an astigmatic manner, which in particular by means of a suitable cylinder optics 38 can be done. As in 3b ) is shown, in a plane perpendicular to the layer structure plane, which is parallel to the plane of the drawing, the optical signal 34 so on the input facet 14 focuses that a maximum intensity component in the optically active layer structure 28 is coupled. In the vertical direction, ie in the normal direction of the layer structure plane, the optical signal in the optically active layer structure 28 preferably guided in the form of waveguide modes, while in the lateral direction no index guide is provided.

In 4 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lasersystems dargestellt. Das Lasersystem umfaßt einen erfindungsgemäßen Halbleiterlaserverstärker 10, vorzugsweise eine Einkoppeloptik 40 sowie einen Laser 42. Bei der in 4 dargestellten Ausführungsvariante handelt es sich um einen sogenannten astigmatischen Laser oder Trapezlaser 42, welcher in zwei zueinander senkrechten Richtungen eine unterschiedliche Strahldivergenz und Strahltaillenlage aufweist. In der in 4 dargestellten Aufsicht, welche von der Zeichnungsebene den 2a) und 3a) entspricht und welche parallel zu der Schichtstrukturebene verläuft, wird das vom Laser 42 erzeugte optische Signal 47 durch eine erste Linse 44 gebündelt, durchläuft eine Schlitzblende 45, um mittels einer zweiten Linse 46 derart über die Eingangsfacette 14 des Halbleiterlaserverstärkers 10 eingekoppelt zu werden, daß sich im Inneren des Halbleiterlaserverstärkers 10 eine laterale Strahltaille 36 im Bereich des Taillenabschnitts 24 ausbildet. Die Schlitzrichtung der Schlitzbildung 45 ist derart gewählt, daß sie parallel zu der Normalenrichtung der Schichtstrukturebene verläuft. Trotz Antireflexbeschichtung der Eingangsfacette 14 wird ein Anteil des einzukoppelnden optischen Signals 47 an der Eingangsfacette 14 reflektiert. Das reflektierte Strahlungsfeld 48 ist in 4 mittels einer Strichlinie veranschaulicht, wobei ersichtlich ist, daß die Schlitzblende 45 zu einer wesentlichen Abschwächung des vom Halbleiterlaserverstärker 10 in den Signallaser 42 zurückreflektierten Signals sorgt.In 4 a preferred embodiment of a laser system according to the invention is shown. The laser system comprises a semiconductor laser amplifier according to the invention 10 , preferably a coupling optics 40 as well as a laser 42 , At the in 4 illustrated embodiment is a so-called astigmatic laser or trapezoidal laser 42 which has a different beam divergence and beam waist position in two mutually perpendicular directions. In the in 4 represented plan, which of the drawing plane the 2a ) and 3a ) and which is parallel to the layer structure plane, that of the laser 42 generated optical signal 47 through a first lens 44 bundled, passes through a slit diaphragm 45 to use a second lens 46 such over the input facet 14 of the semiconductor laser amplifier 10 to be coupled, that in the interior of the semiconductor laser amplifier 10 a lateral beam waist 36 in the area of the waist section 24 formed. The slot direction of slot formation 45 is chosen such that it runs parallel to the normal direction of the layer structure plane. Despite anti-reflection coating of the input facet 14 becomes a portion of the optical signal to be injected 47 at the entrance facet 14 reflected. The reflected radiation field 48 is in 4 illustrated by a dashed line, wherein it can be seen that the slit 45 to a significant attenuation of the semiconductor laser amplifier 10 in the signal laser 42 back-reflected signal provides.

Im folgenden wird die Funktionsweise sowie Vorteile von den beschriebenen bevorzugten Auführungsformen erfindungsgemäßer Halbleiterlaservertärker 10 bzw. Lasersysteme dargestellt. Bei Laserverstärkersystemen, insbesondere bei Halbleiterlaserverstärkern, tritt eine optische Rückkopplung zwischen dem Halbleiterlaserverstärker 10 und dem Signallaser 42 auf. Durch diese Rückkopplung werden die Strahleigenschaften verschlechtert und – im Extremfall – kann die Kopplung sogar zur Zerstörung von einem der beiden Bauelemente führen. Aus diesem Grund ist bei herkömmlichen Lasersystemen ein sogenannter optischer Isolator zumeist unverzichtbar, welcher zwischen dem Signallaser 42 und dem Halbleiterlaserverstärker 10 eingesetzt wird. Derartige optische Isolatoren stellen jedoch kostenintensive Baukomponenten dar und begrenzen die Miniaturisierbarkeit des Lasersystems erheblich.In the following, the operation and advantages of the described preferred Auführungsformen inventive semiconductor laser amplifier 10 or laser systems shown. In laser amplifier systems, particularly semiconductor laser amplifiers, optical feedback occurs between the semiconductor laser amplifier 10 and the signal laser 42 on. By this feedback, the beam properties are degraded and - in extreme cases - the coupling can even lead to the destruction of one of the two components. For this reason, in conventional laser systems, a so-called optical isolator is usually indispensable, which between the signal laser 42 and the semiconductor laser amplifier 10 is used. However, such optical isolators represent cost-intensive building components and significantly limit the miniaturization of the laser system.

Zu unterschieden ist zwischen folgenden optischen Rückkopplungsmechanismen:

  • 1. Reflexion des Signalstrahls, d.h. des einzukoppelnden optischen Signals 47, an der Eingangsfacette 14 des Halbleiterlaserverstärkers 10 zurück in den Signallaser 42;
  • 2. Reflexion der sogenannten ASE-Strahlung (amplified spontaneous emission) aus der Eingangsfacette 14 des Halbleiterlaserverstärkers 10 an der Ausgangsfacette des Signallasers 42 zurück in den Halbleiterlaserverstärker 10; und
  • 3. Kopplung der ASE-Strahlung aus der Eingangsfacette 14 des Halbleiterlaserverstärkers 10 in den Signallaser 42.
A distinction is made between the following optical feedback mechanisms:
  • 1. Reflection of the signal beam, ie the optical signal to be coupled 47 , at the entrance facet 14 of the semiconductor laser amplifier 10 back to the signal laser 42 ;
  • 2. Reflection of the so-called ASE radiation (amplified spontaneous emission) from the input facet 14 of the semiconductor laser amplifier 10 at the output facet of the signal laser 42 back into the semiconductor laser amplifier 10 ; and
  • 3. Coupling of the ASE radiation from the input facet 14 of the semiconductor laser amplifier 10 in the signal laser 42 ,

Herkömmliche Lasersysteme besitzen bauartbedingt eine hohe Empfindlichkeit gegenüber optischen Rückkopplungen, weil die Lage der optischen Strahltaille in der vertikalen und horizontalen Richtung mit der Position der emittierenden und reflektierenden Facette übereinstimmt. In diesem Bereich sind die Wellenfronten der Strahlung eben, so daß der an der Facettenfläche reflektierte Anteil der Strahlung mit dem einfallenden Strahlengang nahezu deckungsgleich ist. Die reflektierte Strahlung wird somit wieder auf den ursprünglichen Focuspunkt an der emittierenden Facette fokussiert, was für die unter 1. und 2. beschriebenen Fälle gleichermaßen gilt.conventional Due to their design, laser systems have a high sensitivity to optical Feedback, because the location of the optical beam waist in the vertical and horizontal Direction with the position of the emitting and reflecting Facet matches. In this area, the wave fronts of the radiation are flat, so that the on the facet surface reflected portion of the radiation with the incident beam path is almost congruent. The reflected radiation thus becomes back to the original one Focus point focused on the emitting facet, what for the under 1st and 2nd cases described equally applies.

Bei einem erfindungsgemäßen Lasersystem bildet des reflektierte Strahlungsfeld 48 in lateraler Ebene ein Fokus aus, welcher deutlich außerhalb der Fokalebene der strahlformenden Optik liegt. Da die Geometrie des reflektierten Strahlungsfeldes 48 stark von der einfallenden Strahlgeometrie abweicht, kann das reflektierte Strahlenfeld 48 in einfacher Weise durch eine Schlitzblende 45 bzw. eine Apertur ausgeblendet werden.In a laser system according to the invention, the reflected radiation field forms 48 in the lateral plane, a focus which lies clearly outside the focal plane of the beam-forming optics. Because the geometry of the reflected radiation field 48 strongly deviates from the incident beam geometry, the reflected radiation field 48 in a simple way by a slit 45 or an aperture can be hidden.

Der in 4 skizzierte Aufbau eines erfindungsgemäßen Lasersystems basiert auf einer Kombination aus einem einmodig emittierendem Laser mit Trapezgeometrie (astigmatischer Laser) 42 und einem erfindungsgemäßen Halbleiterlaserverstärker 10. Aufgrund seiner Kontaktbereichsbauform wird der erfindungsgemäße Halbleiterlaserverstärker auch als α-Halbleiterlaserverstärker bezeichnet. Durch geeignete Kombination der Trapezbereichslänge des Signallasers 42 und des Abstands von Laser 42 und dem Halbleiterlaserverstärker 10 kann in diesem Fall auf eine Zylinderoptik verzichtet werden. In vertikaler Richtung, d.h. in einer Ebene parallel zu Zeichnungsebene von 3b), ist der vom Signallaser 42 emittierte Strahl kollimiert. Die Ausgangsfacette des Signallasers 42 und somit die Strahltaille befindet sich in der Fokalebene des Linse 44. In lateraler Richtung, d.h. in einer zur Schichtstrukturebene parallelen Richtung, ist wegen des Astigmatismus des Trapezlasers 42 die virtuelle Strahltaille weiter von der Linse 44 entfernt als die Fokalebene. Daher bildet sich im Strahlverlauf nach der Linse 44 ein Zwischenfokus aus, an dessen Position – wie beschrieben – sich eine geeignete Schlitzblende 45 anbringen läßt. Die Schlitzblende 45 läßt das optische Eingangssignal 47 passieren, während die oben unter 1. und 2. genannten reflektierten Anteile der Strahlung weitgehend ausgeblendet werden. Die oben unter 3. genannte ASE-Strahlung besitzt im Vergleich zu der Signalstrahlung eine wesentlich geringere räumliche Kohärenz. Daher ist ihr Strahltaillendurchmesser an der Position der Schlitzblende 54 größer als der des Signalstrahls. Bei hinreichend kleiner Blendenapertur läßt sich daher dieser Rückkopplungsmechanismus ebenfalls unterdrücken.The in 4 sketched structure of a laser system according to the invention is based on a combination of a single-mode emitting laser with trapezoid geometry (astigmatic laser) 42 and a semiconductor laser amplifier according to the invention 10 , Due to its contact area design, the semiconductor laser amplifier according to the invention is also referred to as α-semiconductor laser amplifier. By suitable combination of the trapezoidal area length of the signal laser 42 and the distance from laser 42 and the semiconductor laser amplifier 10 can be dispensed with in this case on a cylinder optics. In the vertical direction, ie in a plane parallel to the plane of drawing of 3b ), that is from the signal laser 42 emitted beam collimated. The output facet of the signal laser 42 and thus the beam waist is in the focal plane of the lens 44 , In the lateral direction, ie in a direction parallel to the layer structure plane, is because of the astigmatism of the trapezoidal laser 42 the virtual beam waist continues from the lens 44 removed as the focal plane. Therefore, forms in the beam path to the lens 44 an intermediate focus, at its position - as described - a suitable slit diaphragm 45 can be attached. The slit diaphragm 45 leaves the optical input signal 47 happen while the above-mentioned in 1. and 2. Reflected portions of the radiation are largely hidden. The above-mentioned ASE radiation has a much lower spatial coherence compared to the signal radiation. Therefore, its jet waist diameter is at the position of the slit 54 greater than that of the signal beam. With a sufficiently small diaphragm aperture, therefore, this feedback mechanism can also be suppressed.

Ein weiterer signifikanter Vorteil eines erfindungsgemäßen Lasersystems bzw. eines erfindungsgemäßen Halbleiterlaserverstärkers 10 ist die erhöhte Signalverstärkung im Vorverstärkungsabschnitt 20. Eine Eigenschaft von Halbleiterlaserverstärkern ist der von der optischen Leistungsdichte abhängige Gewinn. Die optische Leistungsdichte bezeichnet die auf ein vom Lichtfeld durchflutetes Flächenelement bezogene optische Leistung, der Gewinn die relative optische Leistungszunahme bezogen auf die zurückgelegte Wegstrecke. Wegen der vertikalen Wellenführung ist die Ausdehnung des Lichtfeldes (des optischen Signals) in vertikaler Richtung, d.h. in Normalenrichtung der Schichtstrukturebene, annähernd konstant. In einer dazu senkrechten, lateralen Richtung variiert die Ausdehnung des Strahlungsfeldes jedoch, da hier keine Wellenführung des optischen Signals vorliegt. Die Konvergenz des auf die Strahltaille 36 zulaufenden optischen Signals kann durch optische Strahlformung mittels Linsen im eingangsseitigen Strahlengang mit Hinblick auf die Geometrie des Kontaktbereichs 12 gestaltet werden. Da das optische Eingangssignal im Bereich der Eingangsfacette 14 im Vergleich zu herkömmlichen Bauarten von Lasersystemen mit Halbleiterlaserverstärkern breiter ist, fällt die optische Leistungsdichte erheblich geringer aus, was einen entsprechend hohen, ungesättigten Gewinn zu Folge hat. Der hohe Gewinn und der konvergente Strahl führen dazu, daß bei gleichen optischen Eingangsleistungen die optische Leistungsdichte in der Strahltaille 36 höher als an der entsprechenden Stelle bei herkömmlichen Bauformen ist. Als Folge hiervon tritt eine bessere optische Sättigung des Hauptverstärkungsabschnitts 22 und dort eine Reduktion der störenden ASE-Strahlung ein. Um gleiche optische Ausgangsleistungen an der Ausgangsfacette 16 zu erzielen, sind geringere optische Eingangsleistungen notwendig oder es können geringere Koppeleffizienzen an der Eingangsfacette 14 in Kauf genommen werden. Eine geringere notwendige Koppeleffizienz reduziert die Anforderung an die Positioniergenauigkeit der Koppeloptik 40, was eine wesentliche Vereinfachung des Systems mit entsprechender Kostenreduktion darstellt.Another significant advantage of a laser system according to the invention or of a semiconductor laser amplifier according to the invention 10 is the increased signal gain in the preamplification section 20 , A characteristic of semiconductor laser amplifiers is the gain dependent on the optical power density. The optical power density refers to the optical power related to a surface element flooded by the light field, the gain being the relative optical power increase in relation to the traveled distance. Because of the vertical waveguide, the extent of the light field (of the optical signal) in the vertical direction, ie in the normal direction of the layer structure plane, is approximately constant. In a perpendicular, lateral direction, however, the extent of the radiation field varies since there is no waveguiding of the optical signal here. The convergence of the on the beam waist 36 incoming optical signal can by optical beam shaping by means of lenses in the input-side beam path with respect to the geometry of the contact area 12 be designed. Because the optical input signal is in the range of the input facet 14 Compared to conventional types of laser systems with semiconductor laser amplifiers is wider, the optical power density is significantly lower, resulting in a correspondingly high, unsaturated gain. The high gain and the convergent beam result in the optical power density in the beam waist at the same optical input powers 36 higher than at the corresponding location in conventional designs. As a result, better optical saturation of the main amplification section occurs 22 and there a reduction of the interfering ASE radiation. Same optical output powers on the output facet 16 lower optical input powers are required, or lower coupling efficiencies may be required at the input facet 14 be accepted. A lower necessary coupling efficiency reduces the requirement for the positioning accuracy of the coupling optics 40 , which represents a significant simplification of the system with corresponding cost reduction.

Ferner zeichnet sich die beschriebene Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lasersystems sowie die beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Halbleiterlaserverstärker durch eine erhöhte Zerstörschwelle für die optische Leistung an der Eingangsfacette 14 aus. Die Verträglichkeit von optischen Leistungen an der Eingangsfacette 14 ist durch die maximal auftretenden Leistungsdichten bestimmt. Dies gilt sowohl für die aus der Eingangsfacette 14 emittierte, vom Halbleiterlaserverstärker 10 selbst erzeugte Strahlung, als auch für die von außen eingekoppelte Signalstrahlung. Durch die vorteilhafterweise wesentlich breitere Ausführung des Vorverstärkungsabschnitts 20 im Bereich der Eingangsfacette 14 und die daraus resultierende breitere Ausdehnung des eingangsseitigen Strahlungsfeldes des optischen Signals fallen die optischen Leistungsdichten entsprechend geringer aus. Die Leistungswerte, bei welchen eine Beschädigung der Eingangsfacette 14 auftritt, werden somit wesentlich erhöht.Furthermore, the described embodiment of the laser system according to the invention as well as the described embodiments of the semiconductor laser amplifier according to the invention is characterized by an increased damage threshold for the optical power at the input facet 14 out. The compatibility of optical power at the input facet 14 is determined by the maximum occurring power densities. This applies both to those from the input facet 14 emitted from the Halbleiterlaserver stronger 10 self-generated radiation, as well as for externally injected signal radiation. Due to the advantageously much wider version of the preamplification section 20 in the area of the input facet 14 and the resulting wider extension of the input side radiation field of the optical signal, the optical power densities correspondingly lower. The performance values at which damage to the input facet 14 occurs, are thus significantly increased.

Das erfindungsgemäße Konzept eines sich in Strahlrichtung verjüngenden Vorverstärkungsabschnitts 20 ist zu unterscheiden von Bauformen von Halbleiterlaserverstärkern, welche eine laterale Indexwellenführung verwenden, um in einem eingangsseitigen Abschnitt des Kontaktbereichs eine Verjüngung des Wellenleiters zur Verschmälerung der Fundamentalmode herbeizuführen, wodurch eine größere Strahldivergenz im divergenten Trapezbereich erzielt wird. Bei den erfindungsgemäßen Halbleiterlaserverstärkern 10 erfolgt vorzugsweise keine laterale Wellenführung im Vorverstärkungsabschnitt 20. Zudem wird bei den erfindungsgemäßen Ausführungsformen das zu verstärkende optische Signal vorzugsweise "astigmatisch" eingekoppelt, wodurch erheblich verbesserte Rückkopplungsdämpfungen erzielt werden.The concept according to the invention of a preamplification section tapering in the beam direction 20 is distinguished from semiconductor laser amplifier designs using a lateral index waveguide to induce tapering of the waveguide to narrow the fundamental mode in an input-side portion of the contact region, thereby achieving greater beam divergence in the divergent trapezoidal region. In the semiconductor laser amplifiers according to the invention 10 preferably no lateral waveguide takes place in the preamplification section 20 , In addition, in the embodiments according to the invention, the optical signal to be amplified is preferably injected "astigmatically", whereby considerably improved feedback attenuations are achieved.

Im Vergleich zu herkömmlichen Halbleiterlaserverstärkern mit lateraler Indexwellenführung (siehe 1c) ist ferner die einfachere Herstellbarkeit eines erfindungsgemäßen Halbleiterlaserverstärkers zu nennen, da die geringen Fertigungstoleranzen des Rippenwellenleiters, welche in der Praxis häufig ein Problem darstellen, entfallen.In comparison to conventional semiconductor laser amplifiers with lateral index waveguide (see 1c ) Furthermore, the simpler manufacturability of a semiconductor laser amplifier according to the invention may be mentioned, since the low manufacturing tolerances of the rib waveguide, which often represent a problem in practice, omitted.

In den Strahlengang zwischen Laser 42 und Halbleiterlaserverstärker 10 können zusätzliche (in 4 nicht dargestellte) optische Komponenten, insbesondere optische Dämpfungs- bzw. Absschwächungselemente angeordnet werden. Die optische Ausgangsleistung des Lasers 42 beträgt vorzugsweise ein Vielfaches der vom Halbleiterlaserverstärker 10 benötigten optischen Leistung. Dies eröffnet die Möglichkeit, durch Einbringen der zusätzlichen optischen Komponenten eine gezielte Selektion der gewünschten Strahleigenschaften vorzunehmen und eine weitere Verringerung der optischen Rückkopplung zu erreichen. Beispielsweise kann durch Einbringen eines optischen Dämpfungselements, vorzugsweise eines optischen Dämpfungsfilters, bei einer Dämpfung von beispielsweise 15dB im einfachen Strahldurchlauf die Rückkoppeldämpfung auf 30dB erhöht werden, da das Rückkopplungssignal das Dämpfungselement zweimal durchlaufen muß. Die Kosten für derartige zusätzliche optische Komponenten sind sehr gering. Bei Verwendung einer doppelbrechenden Verzögerungsplatte (λ/4-Plättchen) ist eine entsprechende Verringerung der Rückkoppeldämpfung bei wesentlich geringerer Dämpfung des optischen Signals im einfachen Durchlauf erreichbar. Eine weitere bevorzugte Variante ist eine Wellenlängenselektion im optischen Eingangssignal durch Einbringung eines optischen Gitters.In the beam path between laser 42 and semiconductor laser amplifiers 10 can additional (in 4 not shown) optical components, in particular optical attenuation or attenuation elements are arranged. The optical output power of the laser 42 is preferably a multiple of that of the semiconductor laser amplifier 10 required optical power. This opens up the possibility of making a targeted selection of the desired beam properties by introducing the additional optical components and of achieving a further reduction of the optical feedback. For example, by introducing an optical attenuation element, preferably an optical attenuation filter, with an attenuation of, for example, 15 dB in a single beam pass, the feedback attenuation can be increased to 30 dB since the feedback signal must pass through the attenuation element twice. The cost of such additional optical components is very low. When using a birefringent retardation plate (.lambda. / 4-plate), a corresponding reduction of the feedback attenuation is achieved with a substantially lower attenuation of the optical signal in a single pass. Another preferred variant is a wavelength selection in the optical input signal by introducing an optical grating.

In 5a) bis c) sind weitere bevorzugte Ausführungen erfindungsgemäßer Halbleiterlaserverstärker in schematischer Aufsicht ähnlich zu 2a) dargestellt. Durch zusätzliches Ausbilden von beispielsweise geätzten Vertiefungen 50 im Übergang zwischen der sich verjüngenden und der breiter werdenden Trapezzone des Kontaktbereichs 12, das heißt im wesentlichen im Bereich des Taillenabschnitts 24, kann ein Rippenwellenleiter definiert werden. Die geätzten Vertiefungen sind in 5a) und b) durch schwarze Blöcke dargestellt, welche lateral auf beiden Seiten des Taillenabschnitts 24 angeordnet sind. Hierdurch läßt sich eine Ausblendung von höheren lateralen Moden eine Verbesserung der Strahlqualität des Halbleiterlaserverstärkers 10 erreichen. Zusätzlich können die Vertiefungen 50 mit einem Material gefüllt werden, welches optische Streustrahlung absorbiert. Bei der in 5b) dargestellten Ausführungsform ist der Kontaktbereich 12 im Bereich des Taillenabschnitts 24 zusätzlich gekrümmt, um so eine weitere Verbesserung der Strahlqualität bzw. der Rückkoppeleigenschaften hervorzurufen. Bei der in 5c) dargestellten Ausführungsform weist der Halbleiterlaserverstärker 10 eine großflächige Absorberstruktur 50' auf, welche sich benachbart zu dem Vorverstärkungsabschnitt 20 und dem Hauptverstärkungsabschnitt 22 erstreckt.In 5a ) to c ) are further preferred embodiments of semiconductor laser amplifier according to the invention in a schematic plan similar to 2a ). By additionally forming, for example, etched depressions 50 in the transition between the tapered and the widening trapezoid zone of the contact area 12 that is essentially in the region of the waist section 24 , a rib waveguide can be defined. The etched depressions are in 5a ) and b ) are represented by black blocks which are lateral on both sides of the waist portion 24 are arranged. As a result, a suppression of higher lateral modes can improve the beam quality of the semiconductor laser amplifier 10 to reach. In addition, the depressions can 50 be filled with a material that absorbs scattered optical radiation. At the in 5b ) embodiment is the contact area 12 in the area of the waist section 24 additionally curved, so as to cause a further improvement of the beam quality and the feedback characteristics. At the in 5c ) illustrated embodiment, the semiconductor laser amplifier 10 a large-scale absorber structure 50 ' which is adjacent to the preamplification section 20 and the main reinforcement section 22 extends.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf 6 bis 9 eine besonders bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Halbleiterlaserverstärkers 10 exemplarisch beschrieben. In 6 ist die Materialkomposition der für die Begrenzungsschichtstrukturen 26 und 30 sowie für die optisch aktive Schichtstruktur 28 verwendete Halbleitermaterialkomposition in Abhängigkeit von der Position in Normalenrichtung der Schichtebenen (Wachstumsrichtung der Schichten) dargestellt. Insbesondere ist auf der positiven, mit "x"-bezeichneten Ordinate der Aluminiumanteil x von AlxGa1-xAs dargestellt. Auf der negativen Ordinate ist der Indiumanteil y von InyGa1-yAs gezeigt. Die in 6 dargestellte vertikale Schichtstruktur wird vorzugsweise mittels Molekularstrahlepitaxie (molecular beam epitaxy, MBE) auf ein (100)-orientiertes, n-dotiertes Galliumarsenidsubstrat einkristallin aufgewachsen. In 6 ist das Substrat nicht dargestellt, sondern beginnt erst bei höheren positiven Abszissenwerten. Die Begrenzungsschichtstruktur 30 umfaßt einen n-dotierten Bereich aus AlGaAs, welcher in 6 mit "n-doped region" bezeichnet ist. Als Donator dient vorzugsweise Silizium. In Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtstruktur schließt sich an diesen konstant n-dotierten Bereich eine Schichtenfolge aus n-AlGaAs mit abnehmendem Aluminiumanteil, ein InGaAs-Quantentopf und eine Schicht aus p-AlGaAs mit ansteigendem Aluminiumgehalt an, welche zusammen die optisch aktive Schichtstruktur 28 bilden. Der Quantentopf ist von einer dünnen Doppelschicht aus intrinsischem GaAs umgeben, und besteht aus einem druckverspannten, etwa 5 bis 12 nm breitem InGaAs-Film. Die vertikale optische Wellenführung wird durch den AlGaAs-Schichtenfolge mit kontinuierlich variiertem Aluminiumgehalt erzeugt. Der Ladungsträgereinschuß erfolgt primär im Quantenfilm.The following is with reference to 6 to 9 a particularly preferred embodiment of a semiconductor laser amplifier according to the invention 10 described by way of example. In 6 is the material composition of the boundary layer structures 26 and 30 as well as for the optically active layer structure 28 used semiconductor material composition as a function of the position in the normal direction of the layer planes (growth direction of the layers). In particular, the aluminum content x of Al x Ga 1-x As is shown on the positive ordinate labeled "x". On the negative ordinate, the indium content y of In y Ga 1-y As is shown. In the 6 The vertical layer structure shown is preferably grown monocrystalline by means of molecular beam epitaxy (MBE) on a (100) -oriented, n-doped gallium arsenide substrate. In 6 the substrate is not shown, but begins only at higher positive abscissa values. The boundary layer structure 30 comprises an n-doped region of AlGaAs, which in 6 with "n-doped region" is designated. The donor is preferably silicon. In the growth direction of the semiconductor layer structure closes at this constant n-do For example, a layer sequence of n-AlGaAs with decreasing aluminum content, an InGaAs quantum well and a layer of p-AlGaAs with increasing aluminum content, which together form the optically active layer structure 28 form. The quantum well is surrounded by a thin bilayer of intrinsic GaAs, and consists of a pressure-strained, about 5 to 12 nm wide InGaAs film. The vertical optical waveguide is generated by the AlGaAs layer sequence with continuously varied aluminum content. The charge carrier injection occurs primarily in the quantum film.

Anhand schematischer Schnittansichten entlang einer zur Schichtebene der Halbleiterschichtstrukturen senkrechten Schnittrichtung wird nachfolgend ein bevorzugtes Herstellungsverfahren eines bevorzugten erfindungsgemäßen Halbleiterlaserverstärkers 10 beschrieben. Die laterale Strukturierung des Halbleiterlaserverstärkers 10 erfolgt vorzugsweise mittels optischer Kontaktlithographie auf der p-dotierten Seite der in 6 dargestellten Halbleiterschichtstruktur. In einem ersten, in 7a) dargestellten Schritt wird ein Kontakt aus Ti/Pt/Au aufgebracht und mittels herkömmlicher Lift-Off-Technik strukturiert. Der so strukturierte p-Kontakt 54 wird anschließend als Maske verwendet, um die hochdotierte Begrenzungsschichtstruktur 26 außerhalb des Kontaktbereichs 12 zu entfernen (vgl. 7b)). Nachfolgend werden in einem zweiten Lithographie- und Ätzschritt Vertiefungen bis knapp über die Quantenfilmebene, d.h. die optisch aktive Schichtstruktur 28 geätzt. In 7e) ist das Zwischenstadium nach Abschluß des Ätzschritts dargestellt, wobei die zur Ätzung verwendete Fotolackmaske 56 noch vorhanden ist. Nachfolgend wird beispielsweise Germanium als absorbierendes Material aufgebracht und durch Ablösen der Fotolackmaske 56 in unerwünschten Flächenbereichen durch Lift-Off-Technik entfernt (vgl. 7d)). Die Germaniumschicht dient als Absorberstruktur 50.On the basis of schematic sectional views along a cutting direction perpendicular to the layer plane of the semiconductor layer structures, a preferred production method of a preferred semiconductor laser amplifier according to the invention will be described below 10 described. The lateral structuring of the semiconductor laser amplifier 10 is preferably carried out by means of optical contact lithography on the p-doped side of in 6 illustrated semiconductor layer structure. In a first, in 7a ), a contact made of Ti / Pt / Au is applied and patterned by means of conventional lift-off technology. The thus structured p-contact 54 is then used as a mask around the heavily doped boundary layer structure 26 outside the contact area 12 to remove (cf. 7b )). Subsequently, in a second lithography and etching step, recesses are formed just above the quantum film plane, ie the optically active layer structure 28 etched. In 7e ), the intermediate stage is shown after completion of the etching step, wherein the photoresist mask used for the etching 56 still exists. Subsequently, for example, germanium is applied as the absorbing material and by peeling off the photoresist mask 56 Removed in unwanted areas by lift-off technology (see. 7d )). The germanium layer serves as absorber structure 50 ,

Anschließend wird vorzugsweise eine elektrisch isolierende Schicht 58 beispielsweise aus Si3N4 oder SiO2 aufgebracht. Innerhalb der Metallisierungsfläche des p-Kontakts 54 und des Bereichs, in welchem später beispielsweise durch Ritzen die Bruchkanten für die Vereinzelung der Bauteile festgelegt werden, wird die isolierende Schicht 58 durch reaktives Ionenätzen beispielsweise mit CF4 entfernt (vgl. 7e)). Nachfolgend wird eine weitere Ti/Pt/Au-Metallisierung 59 aufgedampft und wiederum durch einen Lift-Off-Prozeß im Ritzgebiet entfernt (vgl. 7f)). Die Ti/Pt/Au-Schicht 59 bildet mit dem p-Kontakt 54 die elektrisch leitfähige Kontaktschichtstruktur 52 aus. Im letzten Schritt der lateralen Strukturierung wird die Dicke des Substrats auf etwa 100 μm reduziert und der n-seitige Kontakt 60 des zweiten Kontaktbereichs 32, welcher aus einer Ge/Au/Ni/Au-Schichtenfolge besteht, aufgedampft (vgl. 7g)). Der elektrisch gepumpte Teil der optisch aktiven Schichtstruktur ist schematisch mit Bezugszeichen 61 bezeichnet.Subsequently, preferably an electrically insulating layer 58 for example, applied from Si 3 N 4 or SiO 2 . Within the metallization surface of the p-contact 54 and the area in which the break edges for the separation of the components are later determined, for example, by scribing, the insulating layer 58 removed by reactive ion etching, for example with CF 4 (cf. 7e )). Below is another Ti / Pt / Au metallization 59 evaporated and again removed by a lift-off process in the scribe area (see. 7f )). The Ti / Pt / Au layer 59 forms with the p-contact 54 the electrically conductive contact layer structure 52 out. In the last step of the lateral structuring, the thickness of the substrate is reduced to about 100 μm and the n-side contact 60 of the second contact area 32 , which consists of a Ge / Au / Ni / Au layer sequence, evaporated (see. 7g )). The electrically pumped part of the optically active layer structure is schematically indicated by reference numerals 61 designated.

Eine effektive Unterdrückung der Selbstoszillation des Halbleiterverstärkers 10 wird durch eine Reduzierung der Facettenreflektivität auf Werte um 10–4 oder kleiner erreicht. Zu diesem Zweck wird eine Antireflexbeschichtung, beispielsweise mittels Ionenstrahlsputterdeposition, aufgebracht. Eine Beschichtung mit der erforderlichen geringen Reflektivität über ein weites Wellenlängen- und Winkelspektrum läßt sich nur durch Mehrschichtentspiegelung mit mindestens drei Schichten erzielen.An effective suppression of the self-oscillation of the semiconductor amplifier 10 is achieved by reducing facet reflectivity to values around 10 -4 or smaller. For this purpose, an antireflective coating is applied, for example by means of ion beam sputtering deposition. A coating with the required low reflectivity over a wide range of wavelengths and angles can only be achieved by multi-layer anti-reflection with at least three layers.

8 zeigt eine lichtmikroskopische Aufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Halbleiterlaserverstärkers 10 gemäß dem zuvor beschriebenen Strukturierungsverfahren. Der strukturierte Kontaktbereich 12 mit dem Vorverstärkungsabschnitt 20 und dem Hauptverstärkungsabschnitt 22 ist erkennbar. Der Halbleiterlaserverstärker 10 weist eine Gesamtlänge von der Eingangsfacette 14 zur der Ausgangsfacette 16 von etwa 2,5 mm, eine Breite von etwa 0,5 mm und eine Höhe von etwa 0,1 mm auf. Die beschriebene Ausführungsform ermöglicht eine Emissionswellenlänge zwischen 900 nm und 1100 nm, wobei diese Einschränkung aus dem verwendeten Halbleitermaterialsystem InGaAs/GaAs/AlGaAs resultiert. Durch unterschiedliche laseraktive Materialien sind Emissionswellenlängen weit über den genannten Bereich hinaus realisierbar. In 8 ist im Bereich der Ausgangsfacette 16 der Überlapp der Entspiegelungsschichtstruktur auf die Kontaktseite sichtbar. 8th shows a light microscope view of a preferred embodiment of a semiconductor laser amplifier according to the invention 10 according to the structuring method described above. The structured contact area 12 with the preamplification section 20 and the main reinforcement section 22 is recognizable. The semiconductor laser amplifier 10 has a total length from the input facet 14 to the starting facet 16 of about 2.5 mm, a width of about 0.5 mm and a height of about 0.1 mm. The embodiment described allows an emission wavelength between 900 nm and 1100 nm, this restriction resulting from the semiconductor material system InGaAs / GaAs / AlGaAs used. Due to different laser-active materials, emission wavelengths can be realized far beyond the stated range. In 8th is in the range of the output facet 16 the overlap of the anti-reflection layer structure visible on the contact side.

Um eine gute Ableitung der Verlustwärme zu erreichen, werden die so hergestellten und vereinzelten Halbleiterlaserverstärker 10 mit dem Kontakt 59 auf eine elektrisch leitfähige Wärmesenke 62 gelötet, wie in der rasterelektronenmikroskopischen Perspektivansicht von 9 gezeigt ist. Bei der in 9 dargestellten Ausführungsform sind zwei Halbleiterlaserverstärker 10 parallel auf einer Wärmesenke 62 aufgebracht, wobei der n-Kontakt 60 durch eine Reihe von Bonddrähten elektrisch kontaktiert ist.In order to achieve a good dissipation of the heat loss, the semiconductor laser amplifier thus produced and isolated 10 with the contact 59 on an electrically conductive heat sink 62 soldered as in the scanning electron microscope perspective view of 9 is shown. At the in 9 illustrated embodiment are two semiconductor laser amplifier 10 parallel on a heat sink 62 applied, the n-contact 60 is electrically contacted by a series of bonding wires.

100100
HalbleiterlaserverstärkerSemiconductor laser amplifier
102102
Kontaktbereichcontact area
104104
Eingangsfacetteinput facet
106106
Ausgangsfacetteoutput facet
108108
RippenwellenleiterRidge waveguide
1010
HalbleiterlaserverstärkerSemiconductor laser amplifier
1212
Kontaktbereichcontact area
1414
Eingangsfacetteinput facet
1616
Ausgangsfacetteoutput facet
2020
VorverstärkungsabschnittVorverstärkungsabschnitt
2222
HauptverstärkungsabschnittMain amplification section
2424
Taillenabschnittwaist section
2626
BegrenzungsschichtstrukturBoundary layer structure
2828
optisch aktive Schichtstrukturoptical active layer structure
3030
BegrenzungsschichtstrukturBoundary layer structure
3232
(zweiter) Kontaktbereich(Second) contact area
3434
Strahlverlaufray tracing
3636
Strahltaillebeam waist
3838
Zylinderoptik bzw. Zylinderlinsecylindrical optics or cylindrical lens
4040
Einkoppeloptikcoupling optics
4242
Laserlaser
4444
Linse bzw. Linsensystemlens or lens system
4545
Schlitzblendeslit
4646
Linse bzw. Linsensystemlens or lens system
4747
eingehendes Strahlungsfeld bzw. optisches Signalincoming Radiation field or optical signal
4848
reflektiertes Strahlungsfeldreflected radiation field
5050
Vertiefungen, ggfs. mit Absorbermaterial gefülltrecesses if necessary filled with absorber material
5252
elektrisch Ieitfähige Kontaktschichtstruktur (umfaßt 54 und 59)electrically conductive contact layer structure (includes 54 and 59 )
5454
p-Kontakt aus Ti/Pt/Aup-contact made of Ti / Pt / Au
5656
FotolackmaskePhotoresist mask
5858
elektrisch isolierende Schichtelectrical insulating layer
5959
Ti/Pt/Au-KontaktTi / Pt / Au contact
6060
n-Kontakt aus Ge/Au/Ni/Au-Schichtenfolgen-contact from Ge / Au / Ni / Au layer sequence
6161
elektrisch gepumpter Teil der optisch aktiven Schichtstrukturelectrical pumped part of the optically active layer structure
6262
Wärmesenkeheat sink

Claims (16)

Halbleiterlaserverstärker (10) umfassend – eine Halbleiterstruktur mit – einer Eingangsfacette (14), welche zur Einkopplung eines optischen Signals ausgelegt ist; – einer Ausgangsfacette (16), welche zur Auskopplung eines verstärkten optischen Signals ausgelegt ist; – zumindest einer optisch aktiven Schichtstruktur (28) aus Halbleitermaterial, welche zwischen angrenzenden Begrenzungschichtstrukturen (26, 30) aus Halbleitermaterial angeordnet ist und sich zumindest bereichsweise zwischen der Eingangsfacette (14) und der Ausgangsfacette (16) erstreckt; und – zumindest einen ersten (12) und einen zweiten (32) elektrischen Kontaktbereich zur Injektion von elektrischen Ladungsträgern über die Begrenzungsschichtstrukturen (26, 30) in die optisch aktive Schichtstruktur (28) zur Verstärkung des optischen Signals, wobei zumindest einer der Kontaktbereiche (12) einen eingangsfacettenseitigen Vorverstärkungsabschnitt (20), welcher sich in Richtung von der Eingangsfacette (14) zu der Ausgangsfacette (16) verjüngt, und einen ausgangsfacettenseitigen Hauptverstärkungsabschnitt (22), welcher sich in Richtung von der Eingangsfacette (14) zu der Ausgangsfacette (16) erweitert, umfaßt.Semiconductor laser amplifier ( 10 ) comprising - a semiconductor structure having - an input facet ( 14 ), which is designed for coupling an optical signal; An output facet ( 16 ) which is designed to extract a amplified optical signal; At least one optically active layer structure ( 28 ) made of semiconductor material, which between adjacent boundary layer structures ( 26 . 30 ) is arranged from semiconductor material and at least partially between the input facet ( 14 ) and the output facet ( 16 ) extends; and - at least a first ( 12 ) and a second ( 32 ) electrical contact area for the injection of electrical charge carriers via the boundary layer structures ( 26 . 30 ) in the optically active layer structure ( 28 ) for amplifying the optical signal, wherein at least one of the contact areas ( 12 ) an input facet side preamplification section ( 20 ), which extends in the direction of the input facet ( 14 ) to the starting facet ( 16 ), and an output facet-side main reinforcing portion (FIG. 22 ), which extends in the direction of the input facet ( 14 ) to the starting facet ( 16 extended). Halbleiterlaserverstärker (10) nach Anspruch 1, wobei zwischen dem Vorverstärkungsabschnitt (20) und dem Hauptverstärkungsabschnitt (22) ein Taillenabschnitt (24) des einen Kontaktbereichs (12) angeordnet ist.Semiconductor laser amplifier ( 10 ) according to claim 1, wherein between the preamplification section ( 20 ) and the main reinforcement section ( 22 ) a waist section ( 24 ) of the one contact area ( 12 ) is arranged. Halbleiterlaserverstärker (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zumindest eine Kontaktbereich (12) eine elektrisch leitfähige Kontaktschichtstruktur (52) umfaßt, welche an eine der Begrenzungsschichtstrukturen (26) angrenzt.Semiconductor laser amplifier ( 10 ) according to claim 1 or 2, wherein the at least one contact region ( 12 ) an electrically conductive contact layer structure ( 52 ) attached to one of the boundary layer structures ( 26 ) adjoins. Halbleiterlaserverstärker (10) nach Anspruch 3, wobei die Schichtebenen der Kontaktschichtstruktur (52) und der optisch aktiven Schichtstruktur (28) im wesentlichen parallel verlaufen.Semiconductor laser amplifier ( 10 ) according to claim 3, wherein the layer planes of the contact layer structure ( 52 ) and the optically active layer structure ( 28 ) are substantially parallel. Halbleiterlaserverstärker (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Normalenrichtungen der Eingangs- und der Ausgangsfacette (14, 16) jeweils parallel zu der Schichtebene der optisch aktiven Schichtstruktur (28) verlaufen.Semiconductor laser amplifier ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the normal directions of the input and the output facets ( 14 . 16 ) in each case parallel to the layer plane of the optically active layer structure ( 28 ). Halbleiterlaserverstärker (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Vorverstärkungsabschnitt (20) und/oder der Hauptverstärkungsabschnitt (22) eine im wesentlichen trapezförmige Flächengestalt aufweist.Semiconductor laser amplifier ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the preamplification section ( 20 ) and / or the main reinforcement section ( 22 ) has a substantially trapezoidal surface shape. Halbleiterlaserverstärker (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei lVor/lHaupt < 1, vorzugsweise lVor/lHaupt < 0,8, gilt, wobei lVor die Länge des Vorverstärkungsabschnitts (20) und lHaupt die Länge des Hauptverstärkungsabschnitts (22) jeweils in Richtung von der Eingangs- zu der Ausgangsfacette (14, 16) sind.Semiconductor laser amplifier ( 10 ) According to one of the preceding claims, wherein l Before / l main <1, preferably l Before / l main <0.8 holds, where l Before the length of the Vorverstärkungsabschnitts ( 20 ) and l main the length of the main reinforcement section ( 22 ) in each case in the direction from the input to the output facet ( 14 . 16 ) are. Halbleiterlaserverstärker (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche und Anspruch 3, wobei zumindest eine Fläche der elektrisch leitfähigen Kontaktschichtstruktur (52), welche von der Begrenzungsschichtstruktur (26) abgewandt ist, mit einer elektrisch leitfähigen Wärmesenke (62) in elektrischem und mechanischem Flächenkontakt steht.Semiconductor laser amplifier ( 10 ) according to one of the preceding claims and claim 3, wherein at least one surface of the electrically conductive contact layer structure ( 52 ), which of the boundary layer structure ( 26 ) is facing away, with an electrically conductive heat sink ( 62 ) is in electrical and mechanical surface contact. Halbleiterlaserverstärker (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche mit zumindest einer Absorberstruktur (50, 50') zum Absorbieren eines unerwünschten optischen Signals, wobei die Absorberstruktur (50, 50') zumindest angrenzend zu einem Taillenabschnitt (24) des Kontaktbereich (12) angeordnet ist.Semiconductor laser amplifier ( 10 ) according to one of the preceding claims with at least one absorber structure ( 50 . 50 ' ) for absorbing an unwanted optical signal, wherein the absorber structure ( 50 . 50 ' ) at least adjacent to a waist portion ( 24 ) of the contact area ( 12 ) is arranged. Lasersystem mit zumindest einem Halbleiterlaserverstärker (10) nach einem der vorgangegangenen Ansprüche und zumindest einem Laser (42), wobei der Laser (42) derart ausgelegt und bezüglich des Halbleiterlaserverstärkers (10) angeordnet ist, daß ein von dem Laser (42) erzeugtes optisches Signal (47) über die Eingangsfacette (14) zumindest teilweise in die optisch aktive Schichtstruktur (28) des Halbleiterlaserverstärkers (10) eingekoppelt wird, wobei ein Fokus des optischen Signals (47) in einer zur optisch aktiven Schichtstruktur (28) parallelen Schichtstrukturebene innerhalb des Halbleiterlaserverstärkers (10) liegt.Laser system with at least one semiconductor laser amplifier ( 10 ) according to one of the preceding claims and at least one laser ( 42 ), whereby the laser ( 42 ) and with respect to the semiconductor laser amplifier ( 10 ) is arranged so that one of the laser ( 42 ) generated optical signal ( 47 ) via the input facet ( 14 ) at least partially into the optically active layer structure ( 28 ) that's why conductor laser amplifier ( 10 ), wherein a focus of the optical signal ( 47 ) in an optically active layer structure ( 28 ) parallel layer structure plane within the semiconductor laser amplifier ( 10 ) lies. Lasersystem nach Anspruch 10, wobei der Laser (42) derart ausgelegt und bezüglich des Halbleiterlaserverstärkers (10) angeordnet ist, daß der Fokus des optischen Signals (47) in der Schichtstrukturebene von der Eingangsfacette (14) um einen Abstand beabstandet ist, welcher im wesentlichen einer Länge lVor des Vorverstärkungsabschnitts (20) in Richtung von der Eingangs- zu der Ausgangsfacette (14, 16) entspricht.Laser system according to claim 10, wherein the laser ( 42 ) and with respect to the semiconductor laser amplifier ( 10 ) is arranged such that the focus of the optical signal ( 47 ) in the layer structure plane of the input facet ( 14 ) is spaced by a distance which is substantially equal to a length l before the preamplification section (FIG. 20 ) in the direction from the input to the output facet ( 14 . 16 ) corresponds. Lasersystem nach Anspruch 10 oder Anspruch 11 und Anspruch 2, wobei der Laser (42) derart ausgelegt und bezüglich des Halbleiterlaserverstärkers (10) angeordnet ist, daß der Fokus des optischen Signals (47) in der Schichtstrukturebene im wesentlichen in einem Bereich der optisch aktiven Schichtstruktur (28) liegt, welcher in Normalenrichtung der Schichtstrukturebene benachbart zu dem Taillenabschnitt (24) des einen Kontaktbereichs (12) angeordnet ist.Laser system according to claim 10 or claim 11 and claim 2, wherein the laser ( 42 ) and with respect to the semiconductor laser amplifier ( 10 ) is arranged such that the focus of the optical signal ( 47 ) in the layer structure plane substantially in a region of the optically active layer structure ( 28 ) which lies in the normal direction of the layer structure plane adjacent to the waist section (FIG. 24 ) of the one contact area ( 12 ) is arranged. Lasersystem nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der Laser (42) derart ausgelegt und bezüglich des Halbleiterlaserverstärkers (10) angeordnet ist, daß das optische Signal (47) im Bereich der Eingangsfacette (14) einen astigmatischen Strahlverlauf aufweist, wobei ein Fokus des optischen Signals (47) in einer zu der Schichtstrukturebene senkrechten Ebene im wesentlichen in einem Bereich der Eingangsfacette (14) liegt.Laser system according to one of claims 10 to 12, wherein the laser ( 42 ) and with respect to the semiconductor laser amplifier ( 10 ) is arranged that the optical signal ( 47 ) in the region of the input facet ( 14 ) has an astigmatic beam path, wherein a focus of the optical signal ( 47 ) in a plane perpendicular to the layer structure plane substantially in a region of the input facet ( 14 ) lies. Lasersystem nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei das Lasersystem eine Einkoppeloptik (40) zur Einkopplung des optischen Signals (47) in den Halbleiterlaserverstärker (10) umfaßt.Laser system according to one of claims 10 to 13, wherein the laser system has a coupling-in optical system ( 40 ) for coupling the optical signal ( 47 ) in the semiconductor laser amplifier ( 10 ). Lasersystem nach Anspruch 14, wobei die Einkoppeloptik (40) zumindest eine Zylinderlinse (38) umfaßt.Laser system according to claim 14, wherein the coupling-in optics ( 40 ) at least one cylindrical lens ( 38 ). Lasersystem nach einem der Ansprüche 14 oder 15, wobei die Einkoppeloptik (40) eine Schlitzblende (45) mit einer senkrecht zur Schichtstrukturebene verlaufenden Schlitzrichtung umfaßt, wobei die Schlitzblende (45) im Bereich eines Zwischenfokus des optischen Signals (47) angeordnet ist, um Rückkopplungen optischer Signale (48) von dem Halbleiterlaserverstärker (10) in den Laser (42) zu reduzieren.Laser system according to one of Claims 14 or 15, the coupling-in optical system ( 40 ) a slit ( 45 ) with a direction perpendicular to the layer structure plane extending slot direction, wherein the slit ( 45 ) in the region of an intermediate focus of the optical signal ( 47 ) is arranged to provide feedback of optical signals ( 48 ) from the semiconductor laser amplifier ( 10 ) in the laser ( 42 ) to reduce.
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