DE2451018A1 - Injektions-halbleiterlasereinrichtung - Google Patents

Description

DR.-ING. HERIiBICT PATZOLD C 1 Π 1 Q

PATENTANWALT t H¹ 0 IU I

8 MÜNCHEN 71

HHiDElANSSTE. 8 TELEFON 089/75 77 25 TELEOItAMMADHESSE: PATITIA MÜNCHEN

Ifippon Selfoc Company, Limited 7 -1SJ Siiiba G-ochome, i>linato-ku

Tokio/Japan

Injektions-Halbleiterlasereinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Injektions-Balbleiterlasereinrichtung mit einem Halbleiterlaser innerhalb eines Gehäuses.

Die Zusammensetzung einer doppelten Heterostruktur zu einem Injektions-Halbleiterlaser erlaubt eine kontinuierliche Oszillation schon bei Raumtemperatur. Die Lebensdauer eines solchen Lasers wurde erfinderseits wesentlich erhöht, so daß gute Aussichten zur Herstellung von Halbleiterlasern bestanden, die über 10.000 Stunden bei Raumtemperatur und mit einer verfügbaren Lichtleistung in der Größenordnung von 10 mW kontinuierlich oszillieren. Parallel mit der Entwicklung verschiedener Streifenstrukturen wurden erfinderseits Überlegungen·angestellt, denen zufolge die Schwingungsart von Laser-Licht wirkungsvoll beeinflußt werden kann. Unter diesen Umständen suchte man nach einem leicht zu handhabenden und praktikablen Injektions-Halbleiterlaser. Allerdings

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DEUTSCHE BANK Aß KONTO-NR. 58/32 531 POSTSCHECK MÜNCHEN 145918-809

mußten hierzu erst einige Probleme, wie vor allem die Ummantelung des Laserelements, gelöst werden.

Der Halbleiterlaser ermöglicht hochfrequente Direktmodulation bei Frequenzen in der Größenordnung von Gigaherz.

Ein bekanntes, kommerziell erhältliches Gehäuse mit der Bezeichnung RCAOP-3 von der RGA in den USA besitzt einen Aufbau wie ein allgemein bekanntes Transistorgehäuse. (Das RÖAOP-3 hat ein Oberteil aus Glas anstelle aus Metall.) '^x'rotzdem ist dieser Aufbau nicht sehr praktisch. Z.B. hat das Gehäuse eine verlängerte Anschlußklemme, an der der Strom eingespeist wird, so daß durch die hierdurch vergrößerte Induktivität und Kapazität die Hochfrequenzeigenschaften verschlechtert werden. Weiterhin kann bei diesem Aufbau der Laserstrahl nur an einer Seite des Lasers abgestrahlt werden. An der anderen Seite des Lasers wird der Laserstrahl zerstreut, so daß er unbrauchbar ist _} oder der Strahl wird durch einen reflektierenden Filmüberzug am Ende des Las3rs total reflektiert. Es ist jedoch in verschiedener Hinsicht von Torteil, wenn die Laserstrahlen in beiden Richtungen nutzbar sind.

So kann der eine Laserstrahl beispielsweise vorteilhafterweise zu Überwachungszwecken benützt werden. Wird das Ausgangslicht auf den Stromversorgungsteil rückgekoppelt, kann ein Laserstrahl dazu benutzt werden, Schwankungen zu unterdrücken, die von Temperaturschwankungen in der Umgebung, charakteristischen Abweichungen oder sonstigen Gründen herrühren.

Die beiden Laserstrahlen können in Kombination benutzt werden oder es kann ein Laser-Terstärker gebildet werden, wenn ein Laserstrahl als Eingang und der andere als Ausgang benutzt wird, indem er durch einen geeigneten Überzug über den Laserkristall aus nichtreflektierendem PiIm in einem verstärkenden Zustand gehalten wird.

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Eine noch bekannte G-ehäuseform besteht darin, daß der Laserkristall wie eine lichtemittierende Diode direkt in Epoxydharz gegossen wird. Allerdings ist diese Anordnung der Zuverlässigkeit und der Wärmeabfuhr unbefriedigend.

Es sind auch schon Injektions-Halbleiterlasereinrichtungen der eingangs genannten Art vorgeschlagen worden, die zwei Laserstrahlen von zwei Spiegeloberflächen abstrahlen Die Laserstrahlen besitzen jedoch einen relativ breiten Divergenzwinkel. Für praktische Anwendungen müssen die divergierenden Laserstrahlen vielfach mittels besonderer optischer Einrichtungen zu einem parallelen oder weitgehend parallelen Strahl umgewandelt werden, wie es auch bei gewöhnlichen Gas-Lasern und Festkörperlasern der Pail ist. Auch müssen die austretenden Laserstrahlen konvergiert bzw. fokussiert werden, um sie insbesondere Lichtleitkabeln aufgeben zu können.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Injektions-Halbleiterlasereinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der wenigstens einer der beiden aus der Einrichtung austretenden Strahlen im wesentlichen parallel verlaufen oder konvergieren. Dabei sollen die Strahlen eine gute Hochfrequenzcharakteristik aufweisen und die Einrichtung soll bei Raumtemperatur -mit kontinuierlicher Oszillation betrieben und mit niedrigem Aufwand und geringen Entstehungskosten hergestellt werden können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein zylindrischer Hohlkörper aus transparentem Isoliermaterial an seinen beiden Enden von zwei Elektroden bildenden Metallkörpern dicht abgeschlossen ist, von denen der eine Metallkörper (2) sich mit einem sockeiförmig vorspringenden Teil axial,in das Innere des von dem zylindrischen Körper umgeschlossenen Raums hineinerstreckt, daß der Halbleiterlaser mit seiner einen Elektrode thermisch und elektrisch mit dem vorspringenden Teil verbunden is,t und die andere Elektrode über einen flexiblen elektrischen

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Leiter an den anderen Metallkörper angeschlossen ist und daß auf dem vorspringenden !teil wenigstens ein Lichtleitkörper aufgebracht ist, dessen optische Achse in der Laserachse liegt und dessen Brechwert radial von innen nach außen stetig abnimmt.

Erfinderseits sind mehrere Bedingungen aufgestellt worden, die von der erfindungsgemäßen Halbleiterlasereinrichtung erfüllt werden sollen. Im einzelnen handelt es sich um folgende: Zwei entgegengesetzte Laserstrahlen sollen von zwei Oberflächen des Laserkristalls erhalten werden. Der Laser soll bei höheren Frequenzen betrieben werden können. Eine kontinuierliche Oszillation soll bei Raumtemperatur erzielbar sein. Es soll möglich sein, daß der Laserkristall hermetisch abgeschlossen angeordnet ist. Es soll verhindert werden, daß der Laserkristall beim Anschließen an den leitenden Draht einer übermäßigen Beanspruchung ausgesetzt wird. Schließlich soll der Laserkristall in kleinen Abmessungen einfach und billig in Massenproduktion herstellbar sein. Die Bedeutung dieser Bedingungen und die beispielsweise Ausführung eines Halbleiterlasers nach der Erfindung, der die vorstehenden Bedingungen erfüllt, wird nachstehend mehr im einzelnen erläutert.

Zwei reflektierende Oberflächen eines Halbleiterlasers werden, wie üblich, durch Spaltung hergestellt und Laserstrahlen mit dem gleichen Ausgang werden von beiden reflektierenden Oberflächen in entgegengesetzten Richtungen abgestrahlt.

Es ist vorteilhaft, wenn beide Laserstrahlen gemeinsam benutzt werden.

In Licht-Nachrichtenübertragungsanlagen ist es vorteilhaft, wenn einer der Laserstrahlen zur Nachrichtenübermittlung dient und der andere für Überwachungszwecke benutzt werden kann. In einem streifenförmigen Laser mit einer begrenzten, engen aktiven Zone, die eine Schwingungstypbeeinflussung ermöglicht, ist die Lichtausgangsleistung ungefähr 10 mW, während ein Arbeitspunkt mit mindestens etwa 20 mA über dem V/ellenstrom gewählt wurde, um Abweichungen von den Betriebsbedingungen im Laserelement zu vermeiden. 509823/081 8

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Schwellenwert verändert sieb mit der Umgebungstemperatur und der Alterung des Elements.

Lie Änderung des wellenwertes "beträgt ungefähr 1 nA pro G-rad Celsius bei Raumtemperatur, so daß es außerordentlich schwierig ist, die Laserausgangsleistung über einen längeren Zeitraum konstant zu halten. Der Gebrauch einer Temperaturüberwachungseinrichtung zusammen mit dem Laser spricht gegen die erwähnten 'Vorteile des Halbleiterlasers, nämlich geringe Größe, kleines Gewicht und niedrige Kosten.

Eine Lösung dieses Problems besteht darin, den Ausgang eines der beiden Laserstrahlen auf die Laserstromquelle rückzukoppeln, um so den Arbeitsstrom zu überwachen. Auf diese Weise wird ein stabiler Laserausgang erhalten.

In der Praxis ist die Verwendung eines transparenten Zylinders sehr nützlich, um Laserstrahlen zu erhalten.

l-Iit der Anordnung, bei der Laserstrahlen in zwei Richtungen erhältlich sind, kann ein optischer Verstärker dadurch erhalten werden, daß die reflektierende Oberfläche mit einer anti-reflektierenden Schicht überzogen wird, um einen verstärkenden Zustand zu erreichen und dann ein Lichtstrahl von der anti-reflektierenden Oberfläche in den Laserkristall auf dem Wege eines einstrahligen Lichtsystems zurückgeführt wird, wobei dieser Lichtstrahl verstärkt und von der anti-reflektierenden überfläche zur anderen Seite emittiert wird.

Von dein grundlegenden Verhalten eines Lasers ist es bekannt, daß eine direkte Strommodulation bei !Frequenzen in der Größenordnung von Gigaherz möglich ist. Deshalb ist es wünschenswert, daß die Resonanzfrequenz des Gehäuses ebenfalls in der Größenordnung von Gigaherz liegt. Angenommen, der transparente Zylinder sei aus Glas, und die beiden als Elektroden dienenden Metallkörper oben und unten am Zylinder besitzen eine kleine Induktivität, wie z.B. eine Scheibe. Bei einer solchen An-

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Ordnung ist die Kapazität klein, da die Dielektrizitätskonstante von Glas ungefähr den Wert 2 aufweist, mit dem Ergebnis, daß das Gehäuse an einen Arbeitsbereich mit ausreichend hohen Frequenzen angepaßt werden kann.

Die Resonanzfrequenz des Glaszylinders kann mehrere GHz betragen, was leicht aus der Charakteristik eines Gehäuses für Gunn-Dioden oder IMPATT-Dioden abgeleitet werden kann.

Um eine kontinuierliche Schwingung bei Raumtemperatur zu erhalten, ist es vor allem wichtig, die Wärmeableitung von dem Laserkristall zu vergrößern. Um die Erwärmung des Gehäuses von Beginn an zu kontrollieren, ist es wichtig, daß der Metallkörper in direktem thermischen Kontakt mit dem Laserkristall steht.und mit einer Wärmesenke eine Einheit bildet, oder die Wärmesenke von einem Teil des Metallkörpers durchdrungen ist oder auf dem Metallkörper Verbindungslöcher vorgesehen sind, um eine wirksame thermische Kopplung zwischen Metallkörper und Wärmesenke zu gewährleisten.

Ein hermetischer Abschluß des Halbleiter-Laserkristalls ist unerläßlich, da er feuchtigkeitsempfindlich ist. Deshalb muß das Gehäuse abgeschlossen werden, indem der obere Metallkörper angeschweißt wird, nachdem der Laserkristall im Gehäuse eingebracht und befestigt worden ist.

,/eiterhin muß ein besonders weicher, elektrisch leitender Draht, wie z.B. ein Golddraht, für die Verbindung des elektrischen Anschlusses und der Laserkristallelektrode, die der Wärmesenke gegenüberliegt, benutzt werden, wobei ein leicht schmelzendes Metall, wie Zinn, mit Lötmittel geschmolzen wird. Wird ein fester Körper anstelle des v/eichen leitenden Drahtes für die Verbindung verwendet, so entsteht eine große mechanische Spannung in dem Laserkrista.il, wodurch die Lebensdauer herabgesetzt wird.

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Die Erfindung wird anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher beschrieben und erläutert. In den zugehörigen schematischen Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführung nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie A-A¹ in Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine weitere Ausführung nach der Erfindung,

Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie A-A¹ in Fig. 3»

Fig. 5 einen Schnitt durch eine dritte Ausführung nach der Erfindung,

Fig. 6 einen Querschnitt entlang der Linie A-A¹ in Fig. 5.

In Fig. 1 und 2 ist ein Laser-Kristall 1 in einem hermetisch abgeschlossenen Gehäuse untergebracht. Ein Metallkörper 2 z.B. aus Kupfer enthält ein Gewindeteil 3 (z.B. 10 mm Länge, 4 mm Durchmesser), ein vorspringendes Teil 5 (z.B. 7,5 mm Außendurchmesser) und einen Flanschteil 4 (z.B. 3 mm unterhalb des vorspringenden Teiles, 0,5 mm Dicke und 10 mm Außendurchmesser). Ein Zwischenring 6 (z.B. 10 mm Außendurchmesser, 8 mm Innendurchmesser und 1,5 mm Dicke) ist durch Metallschmelzen mit dem Flanschteil 4 verbunden. Ein Glaszylinder 7 (z.B. 10 mm Aujßendurchmesser, 8 mm Innendurchmesser und 3 mm Länge) und ein Zwischenring 8 (z.B. 12 mm Außendurchmesser,' 8 mm Innendurchmesser, 0,3 mm Dicke und mit einer Stufe von 1 mm Höhe) sind übereinander auf dem Zwischenring 6 durch Metallschmelzen aufgebracht. Beide Enden des Glaszylinders 7 wurden vorher durch einen bekannten Sinterungsprozess metallisiert.

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Der Laserkristall 1 "befindet sich im engem Kontakt mit dem oberen Ende eines kupfernen Teiles einer Wärmesenke 11 (z.B. 2mm Durchmesser und 1 mrn Höhe), so daß eine Dispersion des Laserausgangstrahles verhindert wird. Der Laserkristall ist ungefähr 80 Mikrometer dick und enthält eine aktive Schicht, die in 3 Mikrometer Entfernung von der Oberfläche der p-Schicht entfernt liegt.

Diese p-Schicht ist in Verbindung mit der Wärmesenke 11, die auf das vorspringende Teil 5 aufgebracht wird nachdem der Kristall auf der Wärmesenke angebracht worden ist. Die andere Elektrode, d.h. die η-Schicht des Kristalls, ist durch einen leitenden Draht 10 mit dem gestuften Zwischenring 8 verbunden.

Die Laserausgangsstrahlen eines Halbleiterlasers sind in zwei Richtungen unsymmetrisch. Der Divergenzwinkel in der Richtung senkrecht zum p-n-Übergang beträgt in der Regel etwa 80°, parallel zum p-n-Übergang etwa 10°. Der Strahlquerschnitt ist in beiden Richtungen extrem elliptisch.

Deswegen divergiert der Laserstrahl stark hinter dem Gehäuse, woraus die Einschränkungen der Anwendung von Laserstrahlen resultieren.

Zur Fokussierung der einen (rechten) Laserstrahlen ist ein Linsenelement 12 (z.B. 3,5 mm Länge und 2mra Durchmesser) mit Epoxydharz so auf dem vorspringenden Teil 5 aufgebracht, daß die Zentralachse des Linsenelementes 12 mit der Schwingungszone und der Achse des Laserkristalles 1 zusammenfällt. Das Gehäuse ist mit einem scheibenförmigen Metallkörper 9 als Abdeckung (z.B. 12 mm Außendurchmesser und 0,5 mm Dicke) abgeschlossen und zwar durch Weißen in trockener Stickstoffatmosphäre.

In einer bevorzugten Ausführung nach der Erfindung befinden sich der Laserkristall 1 und das Linsenelement 12 im Abstand von 1,2 mm, das Linsenelement ist z.B. 3,5 mm lang, wodurch ein im wesentlicher,.paralleler Laserstrahl 22 erhalten wird.

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Wenn das Linseneleinent so ausgebildet ist, daß sein Brechungsindex einen quadratischen Yerteilungsgradienten von der Zentralachse zur Peripherie aufweist, so ist es verständlich, daß die Schwingungszone (nahe dem sichtbaren Bildfeld) keine punktförmige Lichtquelle ist. Vielmehr ist der erhaltene Laserstrahl nicht vollständig parallel, sondern elliptisch und breitet sich etwa parallel aus. Dieser elliptische bzw. quasi parallele Strahl ist jedoch in seiner Form weitaus besser als ein Strahl, der ohne eine solche Linse gewonnen wird. Der Laserstrahl 23 ist an der dem Linsenelement gegenüberliegenden Seite stark divergierend. Trotzdem kann dieser Strahl zu Überwaehungszwecken oder zur Stabilisierung des Lichtausganges verwendet werden. Es ist besonders vorteilhaft, daß der quasi parallele Strahl fast in der gleichen Art wie ein bekannter Gas-Laser oder Festkörperlaser benutzt werden kann. Pur Anwendungen mit Glasfaser-Bildübertragung wird ein Linsenelement, wie z.B. eine Linse mit geeigneter Brechungsindexverteilung und Länge, so installiert, daß ein fokussierter Strahl erhalten und einem Glasfaser-Lichtleitkabel zugeführt werden kann. Obwohl der Glaszylinder 7 als konvexe Linse dient, ist die Wirkung als konvexe Linse äußerst gering. Beispielsweise, wenn der Ausgangsstrahl durch' den Glaszylinder hindurch mit einem sogenannten "Selfoc"-I¹iberglasliehtleitkabel gekoppelt wird, 'für den die Bildpunktgröße mit 4 /um so klein ist, daß für die optische Koppelung besondere Sorgfalt geboten ist, so kann der Kopplungsgrad bei dem zylindrischen Glas nur TO fo kleiner sein als bei einem ebenen Glas.

Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie A-A¹ durch die Zentralachse des Laserkristalls 1 und das Linsenelement 12 in der Anordnung nach Fig. 1.

Der Laserkristall 1 und das Linsenelement 12 sind mit ihren optischen Achsen in der entgegengesetzten Richtung des Glaszylinders so ausgerichtet, daß der Laserstrahl 22 durch die

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konvexe Linse des Glaszylinders 7 nicht wesentlich deformiert wird. Das Linsenelement 12 im Glaszylinder 7 kann in Abhängigkeit vom Verwendungszweck in verschiedenen konstruktiven Varianten benützt werden, wie z.B. in der Gestalt einer zylindrischen sogenannten "Selfoc"-Linse, einer ebenen "Selfoc"-Linse, einer halb-zylindrischen Linse und eines einfachen Hohlzylinders aus Glas. Zur Verwendung gehören auch Raumhologramme. Der Spalt zwischen dem Laserkristall 1 und dem Lindenelement 12 kann mit Epoxydharz ausgefüllt werden, um den Kopplungsfaktor zwischen ihnen zu vergrößern. Wenn der Laser mit einer geringen Ausgangsleistung betrieben wird, kann das durch den Glaszylinder eintretende Licht ein Rauschen verursachen. Um solches Rauschen zu verhindern, kann der Glaszylinder, ausgenommen an den Austrittsstellen des Laserstrahles, schwarz abgedeckt werden.

Der Laserstrahl 23 kann optisch in der gleichen Weise behandelt werden, wie es für den Laserstrahl 22 beschrieben wurde, wobei der Laserstrahl gleichzeitig in zwei Richtungen benutzt werden kann. Diese Anordnung ermöglicht zwei parallele Strahlen. Wenn beide reflektierenden Oberflächen des Lasers mit einem antireflektierenden Film überzogen werden, um einen verstärkenden Zustand zu erhalten und beide;. Strahlen durch eine Linsenanordnung umgeformt werden, um einem Glasfaserlichtleitkabel zugeführt zu werden, dann kann ein optischer Verstärker geschaffen werden. Z.B. wird ein schwacher Lichtstrahl von einem Lichtleitkabel auf das eine Ende des Laserkristalls geworfen. Dieser Strahl wird in dem Laserkristall verstärkt, am anderen Ende emittiert und in ein weiteres Lichtleitkabel eingekoppelt.

Die scheibenförmige Wärmesenke 11 kann eine Diamantgitterstruktur oder irgend eine andere geeignete Struktur haben. Der Laserkristall kann mit einer dicken plattierten Goldschicht befestigt werden, um zu verhindern, daß der Laserstrahl durch die Wärmesenke 11 gestreut wird.

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Wie beschrieben, hat der Glaszylinder eine konvexe Linsenfunktion in Krümmungsricntung des Zylinders (nicht in der axialen Richtung). Das quasi parallele oder fokussierte Licht aus dem Linsenelement in dem zylindrischen Gehäuse ist nicht zirkularsymmetrisch deformiert. Dadurch nimmt die Bildpunktgröße des Lichtes eine Gasverteilung an. Wenn dies vorkommt, obwohl eine perfekte Bildpunktgröße benötigt wird, die zur Kopplung des Laserstrahles mit einem Glasfaserlichtleitkabel, dessen Eigen-Bildfleckabstand klein ist, geeignet ist, so werden bei der Kopplung niedere und höhere Schwingungstypformen erzeugt, die verursachen, daß eine Wellendispersion und eine geringere Ausbreitung verstärkt werden. Dieses Problem kann dadurch gelöst werden, daß der Teil des Glaszylinders, an dem der Laserstrahl hindurchtritt, in einer Ebene senkrecht zu dem Laserstrahl wölbungsfrei ist.

In der Praxis wird ein kommerziell erhältlicher Glaszylinder in einer Einspannvorrichtung durch Erhitzen teilweise abgeflacht. Dieser Prozess ist einfacher, leichter und ökonomischer zur Lösung dieses Problems als die Verwendung von ebenen Platten, die untereinander befestigt werden oder die Verwendung von verschiedenen, röhrenförmigen Körpern, wie z.B. rechteckigen Röhren.

Eine solche Einrichtung ist in den Figuren 3 und 4 dargestellt, in einem Horizontalschnitt und einem Vertikalschnitt, wobei letzterer entlang der ^Linie A-A¹ liegt. Diese Anordnung ist die gleiche wie in Fig. 1 und 2 mit Ausnahme der Gestalt des Glaszylinders. Dieser Glaszylinder wird erwärmt und teilweise zu einem optisch ebenen Teil von 3 mm Ausdehnung ausgestaltet. Dann wird der Zylinder auf eine Länge von 3mm abgeschnitten und auf den Deckring 7 aufgeschmolzen und eingepasst.

Entsprechend Fig. 4 sind die Schwingungsachse des Laserkristalls 1 und die optische Achse des Linsenelementes mit der entgegen-

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gesetzten Achse des Zylinders 7 ausgerichtet. Die optische Achse 31 geht nahezu senkrecht durch die Mitte des optisch ebenen Teiles 13 des Glaszylinders 7. Wenn die optische Achse 31 nicht senkrecht auf dem optisch ebenen Teil 13 steht, wird der laserstrahl 22 gebrochen. In Experimenten wurde ein Kopplungsgrad von 60 bis-70 i> erreicht, wenn das quasi parallele Licht mit einem Lichtleitkabel, dessen Bildpunktgröße 4JJLto betrug, gekoppelt wurde. (Die Kopplung mit einer solchen Bildpunktgröße erfordert besondere Erwägungen.) Gemäß der Erfindung kann ein elliptischer Laserstrahl zu einem fokussierten, kreisförmigen Strahl umgewandelt werden mittels einer Linse mit elliptischer Linsenfunktion, wobei der Laserausgangsstrahl in einem Lichtleitkabel gekoppelt wird, selbst wenn die Bildpunktgröße sehr klein ist. In Experimenten betrug der Kopplungsgrad bei einem Lichtleitkabel mit einer Bildpunktgröße von 4 Mm rund 80 $.

Eine weitere erfindungsgemäße Einrichtung ist in Fig. 5 und dargestellt, wo ein Linsenelement sich durch ein zylindrisches Gehäuse, wie es in Fig. 1 und 2 dargestellt ist, hindurcherstreckt, um den Einfluß von Reflektion und Refraktion des Laserstrahles in dem Glaszylinder zu verringern. Fig. 5 ist ein Längsschnitt und Fig. 6 ist ein Querschnitt entlang der Linie A-A¹ durch den Laserkristall 1. In einem Teil des transparenten Zylinders ist eine Spalte oder Öffnung vorgesehen. In den Spalt oder die öffnung ist ein Linsenelement mit einem Lichtübertragungsteil 12 eingepasst und mit Glasharz oder einem ähnlichen Material hermetisch abgedichtet. Diese Einrichtung trägt zur Verringerung des Durchmessers des transparenten Zylinders bei und ermöglicht den Zylinder _t sich an höhere Frequenzen anzupassen. Bei dieser Konstruktion mit dem Linsenelement innerhalb des Zylinders beträgt die Reflexion an der inneren Oberfläche des Zylinders 14 %, an der äußeren 7 % und jeweils 7 $> am Eingang und Ausgang des Linsenelementes, wenn der Strahl senkrecht auf der Zylinderoberflache auftrifft. Diese großen Reflexionsverluste können

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verringert werden, wenn das Linsenelement mit dem Lichtübertragungskörper 12 sieb durch den Zylinder hindurch erstrecken. Der Reflexionsverlust kajin nahezu zu Null werden, wenn das Linsenelement mit dem Lichtübertragungskörper 12 mit einem antireflektierenden PiIm überzogen werden. Die beiden Laserstrahlen können mit hoher Ausbeute erhalten werden.

Genauere Merkmale dieser .Einrichtung sollen im folgenden in Gegenüberstellung mit der Einrichtung nach I'ig. 1 und 2 beschrieben werden. In Pig. 5 ist vorteilhafterweise eine "Selfoc"-Linse 12 in der Form eines runden Zylinders als Linsenelement und Lichtübertragungskörper verwendet. Diese Linse ist in einer Öffnung 14 des Glaszylinders 7 eingepaßt und mit Epoxydharz hermetisch abgedichtet. Ein kupferner Metallkörper hat einen Gewindeteil (z.B. 7 mm Länge, 3 mm Durchmesser), einen vorspringenden Teil 5 (z.B. 3 mm Außendurchmesser) und einen Flanschten 4 (z.B. 5 mm Außendurchmesser, 0,5 mm Dicke mit einer Stufe von 3 mm Höhe). Ein Zwischenring 6 (z.B. 5 mm Außendurchmesser, 3,5 mm Innendurchmesser und 1,5 mm Dicke) ist durch Metallschmelzen auf dem I'lanschteil 4 aufgebracht. Ein Glaszylinder 7 (z.B. 5 mm Außendurchmesser, 3,5 mm Innendurchmesser und 3 mm Länge) mit einem öffnungsteil 14 (z.B. 2 mm Weite) an dem das Glas durch Einstoßen entfernt wurde, ist mittels Metallschmelzen auf den Zwischenring 6 aufgesetzt. Dann wird ein Zwischenring (6 mm Außendurchmesser, 3,5 mm Innendurchmesser und 0,3 mm Dicke) mit eina? Stufe von 1 mm Höhe mittels Metallschmelzen auf den Zylinder 7 eingepaßt. Die Fuge zwischen Laserkristall 1 und dem Linsenelement mit Lichtübertragungsteil 12 ist 1,2 mm, die Länge des Linsenelementes mit Lichtübertragungsteil 12 ist 3mm. Diese Komponenten sind so gewählt, daß ein quasi paralleler Laserstrahl 22 von dem Laserkristall erhalten wird.

Der Laserkristall ist ca. 80 um dick mit einer aktiven Schicht, die etwa 3 o. von der p-Schichtoberflache entfernt ist, die ihrerseits mit der viärmesenke 11 verbunden ist. Diese Wärme-"

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senke 11 ist mit dem oberen Ende 5 eines Metallkörpers 2 verbunden, nachdem der Laserkristall auf die Wärmesenke eingepaßt ist. Die andere Elektrode (auf der n-dotierten Schicht) des Kristalls 1 ist mittels eines leitenden Golddrahtes 11 mit dem gestuften Deckring 6 verbunden. Das Linsenelement mit Lichtübertragungsteil 12 (z.B. 3 mm Länge und 2 mm Durchmesser) ist so untergebracht, daß es durch die Öffnung 14 (z.B. 2,2 mm Weite) des Glaszylinders 7 hindurchragt. Das Linsenelement mit dem Lichtübertragungsteil 12 ist in die Öffnung eingepaßt und wenigstens kurzzeitig mit Epoxydharz befestigt. Die Schwingungszone und Schwingungsrichtung des Laserkristalls 1 sind mit der Zentralachse des Linsenelementes und dem Lichtübertragungsteil 12 ausgerichtet.

Im letzten Schritt wird ein Metallkörper 9 als Deckplattenelektrode mittels Schweißen in trockener Stickstoffatmosphäre auf den Zylinder 7 eingepaßt und jegliche Spalten rund um das Linsenelement mit dem Lichtübertragungsteil 12 werden mit Epoxydharz so ausgefüllt, daß der Zylinder hermetisch abgeschlossen ist. Die Induktivität des zylindrischen Gehäuses ist sehr klein, wobei ein so kleines Teil wie der Golddraht 10 noch den größten Teil davon beträgt. Hierdurch kann das Gehäuse für Frequenzen bis nahezu 10 GHz angepaßt werden.

Der Laserkristall 1 kann auch direkt mit dem Oberteil des Projektionsteiles 5 ohne die Verwendung einer Wärmesenke 11 verbunden werden, wenn der Projektionsteil 5 durch geeignete Begrenzung der Konstruktion einen Wärmewiderstand von weniger als 15°C/w aufweist.

Gemäß der Erfindung ist das Linsenelement mit dem Lichtübertragungsteil 12 so untergebracht, daß es durch den Glaszylinder 7 hindurchragt und der Laserstrahl 22 durch dieses Linsenelement hindurch emittiert wird, mit dem Ergebnis, daß der Laserstrahl keine Eeflexionsverluste bedingt durch den Glaszylinder aufweist.

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Wenn beide Enden des Linsenelementes 12 mit einem antireflektierenden I'ilm überzogen werden, so wird es möglich, ein Halbleiterlasergehäuse zu erhalten, das praktisch keine Reflexionsverluste aufweist. Dies ist ein bemerkenswertes Merkmal der Einrichtung nach I'ig. 5 und 6, da es schwierig ist, die innere Oberfläche eines zylindrischen Körpers mit einem antireflektierenden EiIm zu überziehen.

Die quasi parallelen Laserstrahlen aus dem Halbleiterlaser gemäß der Erfindung können wie Strahlen aus einem bekannten Gaslaser oder Pestkörperlaser verwendet werden. Durch Verwendung von geeigneten Linsen, wie z.B. einer "Selfoc"-Linse kann folussiertes Licht erhalten werden. Um das fokussierte Licht einem Lichtleitkabel zuzuführen, ist es nötig, die Verteilung des Refektionsfaktors, die Länge und die Befestigungsposition der "Selfoc"-Linse geeignet zu begrenzen. Wie bei der vorstehenden Einrichtung können kreisförmige zylindrische "Selfoc"-Linsen, ebene "Selfoc"-Linsen, halbkreisförmige zylindrische Linsen, ein zylindrischer Glaskörper oder andere geeignete Linsenkörper als Linsenelement und Lichtübertragungsteil 12, der in die Öffnung 14 des Glaszylinders 7 eingepaßt wird, verwendet werden. Der Teil des Glaszylinders 7, durch den das Linsenelement 12 hindurchragt, ist 2,2 mm weit, wie in i'ig. 7 dargestellt. Dieser Teil kann auch eine Öffnung sein, sofern sie dafür geeignet, ist, das Linsenelement 12 in Position zu halten. Obwohl die Ausführungen der Erfindung eingehend dargestellt und beschrieben wurden, ist es selbstverständlich, daß die Erfindung hierdurch und hierauf nicht beschränkt ist.

Pat ent ansprüch e

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Claims (10)

1. — I O —

   Patentansprüche

   f 1.Jlnjektions-Halbleiterlasereinrichtung mit einem Halbleiterlaser innerhalb eines Gehäuses, dadurch gekennzeichnet, daß ein zylindrischer Hohlkörper (7) aus transparentem Isoliermaterial an seinen beiden Enden von zwei Elektroden bildenden Metallkörpern (2, 9) dicht abgeschlossen ist, von denen der eine Metallkörper (2) sich mit einem sockeiförmig vorspringenden Teil (5) axial in das Innere des von dem zylindrischen Körper umschlossenen Raum hineinerstreckt, daß
   der Halbleiterlaser (1) mit seiner einen Elektrode thermisch und elektrisch mit dem vorspringenden Teil verbunden ist und die andere Elektrode über einen flexiblen elektrischen Leiter (10) an den anderen Metallkörper (9) angeschlossen ist und daß auf dem vorspringenden Teil wenigstens ein Lichtleitkörper (12) aufgebracht ist, dessen optische Achse in der Laserachse liegt und dessen Brechwert radial von innen nach außen stetig abnimmt.
2. 2. Injektions-Halbleiterlasereinrichtung nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der Teil des transparenten Hohlkörpers (13), an dem der eine Laserstrahl hindurchtritt, in einer Ebene senkrecht zu dem Laserstrahl wölbungsfrei ist.
3. 3. Injektions-Halbleiterlasereinrichtung nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleitkörper (12) durch den transparenten Hohlkörper (13) dicht hindurchgeführt ist.
4. 4. Insektions-Halbleiterlasereinrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Hohlkörper (7) aus Glas ist.

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5. 5. Injektions-Halbleiterlasereinrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der den Halbleiterlaser (1) tragende Metallkörper (2) wenigstens teilweise aus einem wärmeabsorbierenden (Wärmeabführenden) Material besteht.
6. 6. Injektions-Halbleiterlasereinrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der den Halbleiterlaser (1) tragende Metallkörper (2) mit einer

   ■Wärmesenke (11) verbunden ist.
7. 7. Injektions-Halbleiterlasereinrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der den Halbleiterlaser (1) tragende Metallkörper (2) mit einem schmalen Plansch (4) versehen ist, der über einen Zwischenring (6) aus einem thermische Spannungen zwischen dem zylindrischen Hohlkörper (7) und dem Metallkörper (2) vermeidenden Material an den Hohlkörper (7) dicht anschließt.
8. O. Injektions-Halbleiterlasereinrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Metallkörper (9), der dem den Halbleiterlaser tragenden Metallkörper (2) abgewandt ist, und dem zylindrischen Hohlkörper (7) ein elektrisch leitender Zwischenring (8) angeordnet ist, der eine stufenförmige Ausnehmung aufweist, an die der flexible Leiter 10 angeschlossen ist.
9. 9. Injektions-Halbleiterlasereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallkörper (9) als flacher Deckel ausgebildet ist.
10. 10. Injektions-Halbleiterlasereinrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleitkörper (12) aus einem zjriindrischen Glaskörper besteht.

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