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3. 发明专利

TWI317194B 高頻調變之表面發射式半導體雷射 HIGH-FREQUENCY MODULATED SURFACE-EMITTING SEMICONDUCTOR LASER 有权
简体标题：高频调制之表面发射式半导体激光 HIGH-FREQUENCY MODULATED SURFACE-EMITTING SEMICONDUCTOR LASER
公开(公告)号：TWI317194B
公开(公告)日：2009-11-11
申请号：TW095135299
申请日：2006-09-25
申请人：歐斯朗奧托半導體股份有限公司
发明人：約西普馬瑞克 , 尤瑞屈史提格慕勒 , 湯瑪斯休瓦玆 , 麥可庫內特
IPC分类号： H01S
CPC分类号： H01S5/041 , H01S3/109 , H01S5/024 , H01S5/02423 , H01S5/026 , H01S5/0608 , H01S5/14 , H01S5/183 , H01S5/4025
摘要：一種表面發射式半導體雷射，其包括：半導體晶片(1)；第一共振器鏡面(4)和至少另一共振器鏡面(8)，其配置在半導體晶片(1)外部且與第一共振器鏡面(4)形成一種共振器長度L之雷射共振器；以及一泵送式雷射(10)，其將具有泵功率之泵輻射(14)入射至半導體晶片(1)中，以使以光學方式來泵送此半導體雷射(1)，其中泵功率以一種調變頻率fP來調變且雷射共振器具有一種共振器長度L，其可依據此調變頻率fP來調整。 In a surface－emitting semiconductor laser with a semiconductor chip (1), a first resonator mirror (4) and at least another one resonator mirror (8), which is arranged outsides the semiconductor chip (1) and forms together with the first resonator mirror (4) a laser resonator with a resonator－length L; and a pump－laser (10), which radiates a pump－radiation (14) with a pump－power into the semiconductor chip (1) so as to optically pump the semiconductor laser (1), the pump－power is modulated with a modulation frequency fPand the resonator length L is adapted to the modulation frequency fP. 【創作特點】本發明的目的是提供一種已改良的表面發射式半導體雷射，其以較少的耗費來對已發出之雷射束進行高頻調變。
此目的以具有申請專利範圍第1項特徵之表面發射式半導體雷射來達成。本發明有利的其它形式描述在申請專利範圍各附屬項中。
在本發明的表面發射式半導體雷射中，其包括：半導體晶片；第一共振器鏡面和至少另一共振器鏡面，其配置在半導體晶片外部且與第一共振器鏡面形成一種共振器長度L之雷射共振器；以及泵送式雷射，其將具有泵功率PP之泵輻射入射至半導體晶片中，以便以光學方式來泵送此半導體雷射，泵功率PP以一種調變頻率fP來調變。雷射共振器之共振器長度L可有利地依據此調變頻率fP來調整。
表面發射式半導體雷射由於泵功率之調變而可有利地具有一種輸出功率，其以泵功率之調變頻率fP來調變。已顯示的事實是：在上述之光學泵送之半導體雷射中，依據泵輻射源之調變頻率fP來調整雷射共振器之共振器長度時是適當的。較佳是該共振器長度越長時，該調變頻率fP越高。特別是該雷射共振器可具有一種共振器長度L，其等於30毫米或更短。雷射共振器之長度L較佳是20毫米或更短，特別優良的情況是10毫米或更短。
共振器長度L較佳是L[mm]250/fP[MHz]。例如，在調變頻率fP＝10MHz時共振器的長度L等於25毫米或更短時是有利的。在調變頻率fP＝25MHz時，共振器的長度不大於10毫米時是有利的。
泵雷射不必具有一固定的調變頻率而是可具有一種可變的調變頻率。在此種情況下所謂最大之調變頻率是指泵雷射可調變時的調變頻率。在此種情況下，共振器長度依據此調變頻率來調整時是在最大的調變頻率時進行，其用來對泵功率進行調變。在此種情況下，泵雷射之最大之調變頻率特別是須滿足此一不等式L[mm]250/fP[MHz]。
本發明的一實施形式中該調變頻率fP是1 MHz或更大，較佳是10 MHz或更大，特別優良的情況是50 MHz或更大。這樣對使用此表面發射式半導體雷射於雷射顯示器中時特別有利。
泵雷射之泵功率較佳是藉由泵雷射操作時之電流之調變來進行調變。
為了可達成儘可能高的調變頻率fP，較佳是對泵雷射進行調變，使得在調變操作期間不低於泵雷射之雷射門限(threshold)值。例如，泵雷射之操作雷流可隨著此調變頻率fP來改變，其中此操作電流在時間曲線之最小值時亦大於泵雷射中受激發時所需之電流門限值。
此外，為了達成較高的調變頻率，有利的方式是在該調變操作之期間亦對該表面發射式半導體雷射進行驅動，以超過雷射門限值。這表示：高頻調變的泵功率在時間曲線的最低點時亦大於表面發射式半導體雷射中激發輻射時所需的功率門限值。
泵雷射特別是可為一種外部之泵雷射，即，一種配置在半導體晶片外部之泵雷射。泵雷射是一種半導體－雷射二極體時是有利的。
在本發明的另一有利的實施形式中，泵雷射是一種單石式積體化於表面發射式半導體雷射之半導體晶中的泵雷射。一個或多個泵雷射以及表面發射式半導體雷射以單石方式積體化於一種共同的基板上，這在原理上由文件DE 10026734中已為人所知，其內容藉由參考而收納於此處。
在表面發射式半導體雷射之雷射共振器中，較佳是配置一種可使半導體雷射所發出的輻射之頻率轉換用的元件。頻率轉換特別是可指一種頻率加倍，例如，頻率變成二倍。表面發射式半導體雷射例如可具有一種用來發出紅外線輻射之活性區，其中此紅外線輻射在雷射共振器內部中被轉換成可見光，特別是綠色或藍色之可見光。雷射共振器中所包含的頻率轉換用的元件例如可以是一種光學非線性的晶體。
共振器可有利地包含一種波長濾波器以使所發出之波長穩定。此波長濾波器例如可為一種標準濾波器，一種雙折射率濾波器或帶通濾波器。
表面發射式半導體雷射所具有之時間平均功率較佳是10毫瓦或更大。
本發明以下將依據第1至4圖中的實施例來說明。
简体摘要：一种表面发射式半导体激光，其包括：半导体芯片(1)；第一共振器镜面(4)和至少另一共振器镜面(8)，其配置在半导体芯片(1)外部且与第一共振器镜面(4)形成一种共振器长度L之激光共振器；以及一泵送式激光(10)，其将具有泵功率之泵辐射(14)入射至半导体芯片(1)中，以使以光学方式来泵送此半导体激光(1)，其中泵功率以一种调制频率fP来调制且激光共振器具有一种共振器长度L，其可依据此调制频率fP来调整。 In a surface－emitting semiconductor laser with a semiconductor chip (1), a first resonator mirror (4) and at least another one resonator mirror (8), which is arranged outsides the semiconductor chip (1) and forms together with the first resonator mirror (4) a laser resonator with a resonator－length L; and a pump－laser (10), which radiates a pump－radiation (14) with a pump－power into the semiconductor chip (1) so as to optically pump the semiconductor laser (1), the pump－power is modulated with a modulation frequency fPand the resonator length L is adapted to the modulation frequency fP. 【创作特点】本发明的目的是提供一种已改良的表面发射式半导体激光，其以较少的耗费来对已发出之激光束进行高频调制。此目的以具有申请专利范围第1项特征之表面发射式半导体激光来达成。本发明有利的其它形式描述在申请专利范围各附属项中。在本发明的表面发射式半导体激光中，其包括：半导体芯片；第一共振器镜面和至少另一共振器镜面，其配置在半导体芯片外部且与第一共振器镜面形成一种共振器长度L之激光共振器；以及泵送式激光，其将具有泵功率PP之泵辐射入射至半导体芯片中，以便以光学方式来泵送此半导体激光，泵功率PP以一种调制频率fP来调制。激光共振器之共振器长度L可有利地依据此调制频率fP来调整。表面发射式半导体激光由于泵功率之调制而可有利地具有一种输出功率，其以泵功率之调制频率fP来调制。已显示的事实是：在上述之光学泵送之半导体激光中，依据泵辐射源之调制频率fP来调整激光共振器之共振器长度时是适当的。较佳是该共振器长度越长时，该调制频率fP越高。特别是该激光共振器可具有一种共振器长度L，其等于30毫米或更短。激光共振器之长度L较佳是20毫米或更短，特别优良的情况是10毫米或更短。共振器长度L较佳是L[mm]250/fP[MHz]。例如，在调制频率fP＝10MHz时共振器的长度L等于25毫米或更短时是有利的。在调制频率fP＝25MHz时，共振器的长度不大于10毫米时是有利的。泵激光不必具有一固定的调制频率而是可具有一种可变的调制频率。在此种情况下所谓最大之调制频率是指泵激光可调制时的调制频率。在此种情况下，共振器长度依据此调制频率来调整时是在最大的调制频率时进行，其用来对泵功率进行调制。在此种情况下，泵激光之最大之调制频率特别是须满足此一不等式L[mm]250/fP[MHz]。本发明的一实施形式中该调制频率fP是1 MHz或更大，较佳是10 MHz或更大，特别优良的情况是50 MHz或更大。这样对使用此表面发射式半导体激光于激光显示器中时特别有利。泵激光之泵功率较佳是借由泵激光操作时之电流之调制来进行调制。为了可达成尽可能高的调制频率fP，较佳是对泵激光进行调制，使得在调制操作期间不低于泵激光之激光门限(threshold)值。例如，泵激光之操作雷流可随着此调制频率fP来改变，其中此操作电流在时间曲线之最小值时亦大于泵激光中受激发时所需之电流门限值。此外，为了达成较高的调制频率，有利的方式是在该调制操作之期间亦对该表面发射式半导体激光进行驱动，以超过激光门限值。这表示：高频调制的泵功率在时间曲线的最低点时亦大于表面发射式半导体激光中激发辐射时所需的功率门限值。泵激光特别是可为一种外部之泵激光，即，一种配置在半导体芯片外部之泵激光。泵激光是一种半导体－激光二极管时是有利的。在本发明的另一有利的实施形式中，泵激光是一种单石式积体化于表面发射式半导体激光之半导体晶中的泵激光。一个或多个泵激光以及表面发射式半导体激光以单石方式积体化于一种共同的基板上，这在原理上由文档DE 10026734中已为人所知，其内容借由参考而收纳于此处。在表面发射式半导体激光之激光共振器中，较佳是配置一种可使半导体激光所发出的辐射之频率转换用的组件。频率转换特别是可指一种频率加倍，例如，频率变成二倍。表面发射式半导体激光例如可具有一种用来发出红外线辐射之活性区，其中此红外线辐射在激光共振器内部中被转换成可见光，特别是绿色或蓝色之可见光。激光共振器中所包含的频率转换用的组件例如可以是一种光学非线性的晶体。共振器可有利地包含一种波长滤波器以使所发出之波长稳定。此波长滤波器例如可为一种标准滤波器，一种双折射率滤波器或带通滤波器。表面发射式半导体激光所具有之时间平均功率较佳是10毫瓦或更大。本发明以下将依据第1至4图中的实施例来说明。

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