DE19818246A1 - Halbleiter-Trapezlasermatrix und diese verwendendes Lasersystem zur Erzeugung von Laserstrahlung mit hoher Strahlqualität - Google Patents
Halbleiter-Trapezlasermatrix und diese verwendendes Lasersystem zur Erzeugung von Laserstrahlung mit hoher StrahlqualitätInfo
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiter-Trapezlasermatrix zur Erzeugung von Laserstrahlung mit hoher Strahlqualität im Leistungsbereich bis einige Watt, die zur Einkopplung von der Laserstrahlung in Lichtleiter mit niedrigem Strahlparameterprodukt (THETAw < 1mm·*·mrad) geeignet ist, und ein Lasersystem, das diese Halbleiter-Trapezlasermatrix verwendet. DOLLAR A In der Halbleiter-Trapezlasermatrix, bei der Halbleiter-Trapezlaser (7) als Matrix angeordnet sind und die Einzelelemente eine hohe Strahlgüte M·2· < 3 aufweisen und auf eine Einzelfaser abgebildet werden, wobei die hohe Strahlgüte in einem Halbleiter-Trapezlaser (7) ohne die Hilfe eines Master-Oszillators erreicht wird. Des weiteren ist ein Lasersystem, das diese Halbleiter-Trapezmatrix verwendet, offenbart.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiter-Trapezlasermatrix zur Erzeu
gung von Laserstrahlung mit hoher Strahlqualität im Leistungsbereich bis ei
nige Watt, die zur Einkopplung von der Laserstrahlung in Lichtleiter mit
niedrigem Strahlparameterprodukt (θw < 1 mm.mrad) geeignet ist, und ein
Lasersystem, das diese Halbleiter-Trapezlasermatrix verwendet.
Laserstrahlung mit hoher Leistungsdichte, d. h. einem beugungsbegrenzten
Strahl und einer hohen Leistung, führt dann zu einer breiten Anwendung,
wenn diese aus kompakten Lichtquellen erzeugt wird, die eine elektroopti
schen Wirkungsgrad aufweisen, der erheblich besser ist, als er derzeit in her
kömmlichen Gas (wenige %)- oder Festkörperlasern (maximal 12%) erreicht
wird. Hohe elektrooptische Wirkungsgrade lassen sich mit Halbleiterlasern
erreichen (bis 50%), allerdings weisen diese im allgemeinen eine geringe
Brillanz bzw. einen geringen Kontrast auf. Halbleiterlaser mit sehr hohen
Leistungen können aus Matrizen, bestehend aus Breitstreifenlasern hergestellt
werden, wie von R.S. Geels et al. in Electron. Lett. 28, 1043 (1992) beschrie
ben, zeigen aber eine sehr schlechte Strahlqualität, d. h. geringe Brillanz bzw.
geringen Kontrast, so daß eine effiziente optische Abbildung der Lasermatrix
auf eine Faser nicht möglich ist.
Die Erzeugung von Laserstrahlung mit hoher Leistungsdichte aus Halbleiter
lasern ist mit dem Ansatz des MOPA (master oscillator power amplifier oder
auch OTLV (Oszillator Trapezverstärker Laser) in der Vergangenheit verfolgt
worden. Dieser Laser besteht aus einem Treiberoszillator, auch Masteroszilla
tor genannt, zur Strahldefinition und einem Hochleistungsverstärker zur Lei
stungsverstärkung. Als Nebenbedingung sollte der Laser sehr kompakt sein
und einen sehr guten elektrooptischen Wirkungsgrad besitzen. Ein erster An
satz dazu war der diskrete MOPA (master oscillator power amplifier), beste
hend aus einem Oszillatorlaser (Ti: Saphirlaser) und einem Verstärker
(Halbleiterdiode), wie von L.Goldberg et al. in Appl. Phys. Lett. 61, 633
(1992) und von L.Goldberg et al. in Electron. Lett. 28, 1082 (1992) beschrie
ben. Diese Laser zeigen Leistungen im Watt(W)-Bereich, benötigen allerdings
auch Oszillatorleistungen im einige 100 mW-Bereich und erfüllen infolge des
Festkörperlasers als Oszillator noch nicht die Anforderungen an Kompaktheit.
Außerdem ist der hybride Aufbau des Gesamtlasers sehr kostenintensiv.
Eine erhebliche Verbesserung hinsichtlich Oszillatorpumpleistung und Kom
paktheit wird mit sogenannten Flared Amplifiers (trapezförmigen Halbleiter
dioden) erreicht, wie von E.S.Kintzer et al. in Phot. Technol. Lett. 5, 605
(1993), von D. Mehuys et al. in Electron. Lett. 29, 219 (1993), von D. Mehuys
et al. in Electron. Lett. 28, 1944 (1992) und von D. Mehuys et al. in IEEE
Phot. Technol. Lett. 5, 1179 (1993) beschrieben, deren Trapezverstärker so
dimensioniert ist, daß die Pumpleistung eines im Vergleich zum Festkörperla
ser kompakteren Diodenlaseroszillators genügt, um den Verstärker zu sättigen
und dadurch eine filamentfreie Verstärkung des Oszillators zu erhalten.
Besonders geringe Oszillatorpumpleistungen werden bei Flared Amplifiers
mit Vorverstärker benötigt, wie von P.S. Yeh, I.F.Wu, S.Jiang und M. Da
genais in "High power, high gain monolithically integrated preampli
fier/power amplifier" in Electr. Lett. 29, 1981(1993) beschrieben. Diese La
serlichtquellen bestehen aus einem kurzem indexgeführtem Vorverstärker
(Strahldefinition) und einem indexgeführten Trapezverstärker
(Strahlverstärkung). Solche Lichtquellen erfüllen schon die Anforderungen an
Kompaktheit und Strahlqualität und können schon mit wenigen mW Oszilla
torleistung Ausgangsleistungen im Watt(W)-Bereich erreichen. Allerdings
sind auch diese Quellen noch hybride Laserbauelemente (Oszillator und Ver
stärker sind getrennt montiert) und damit infolge der notwendigen aufwendi
gen Montage noch keine Niedrigpreislaserquellen.
Ein weiterer Fortschritt im Hinblick auf Kompaktheit wird erzielt bei einer
monolithischen Integration von Oszillator und Verstärker, wie in R.Parke,
D.F.Welch, A.Hardy, R.Lang, D.Mehuys, S.O 'Brien, K.Dzurko, D. Scifres,
IEEE Phot. Technol. Lett. 5, 297 (1993) beschrieben. Die Nachteile sind ein
sehr komplizierter Herstellungsprozeß, der die Prozeßausbeute senkt und
damit einen hohen Preis des Bauelements nach sich zieht.
In Zusammenhang mit der Einkopplung von Laserlicht in Fasern werden an
die Fokussierbarkeit bzw. an das Strahlparameterprodukt (SPP) der Laserquel
le strenge Anforderungen gestellt. So erfordert z. B. die Anwendung für La
serdisplays zur Erzielung gestochen scharfer Bilder ein Strahlparameterpro
dukt kleiner 1 mm.mrad.
Dies bedeutet umgerechnet auf M2 xy-Werte einer Laserquelle bei z. B. λ = 635
nm ein M2 xy = 5.4 für die horizontale und vertikale Achse.
Herkömmliche Emitterstrukturen für Hochleistungs-Laserdioden, z. B. Broad
Area Emitter, weisen in der Ebene senkrecht zum pn-Übergang (sog. schnelle
Achse) ein M2 x von 1 auf, hingegen in der Ebene des pn-Übergangs (sog.
langsame Achse) ein M2 y von bis zu 60 auf. Die Strahlqualität in der langsa
men Achse verhindert damit die Fokussierung der Strahlung auf das notwen
dige Strahlparameterprodukt von etwa 1 mm*mrad.
Sogenannte Singlemode-Emitterstrukturen erzielen zwar das notwendige
Strahlparameterprodukt, sind aber in ihrer Ausgangsleistung auf einige 10
mW begrenzt. Die vorher beschriebenen MOPA (master oscillator power
amplifier)-Strukturen weisen, wie beschrieben, die erforderliche Ausgangs
leistung und die notwendige Fokussierbarkeit auf, unterliegen jedoch den
oben beschriebenen Nachteilen.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleiter-
Trapezlasermatrix auszubilden, die Laserstrahlung mit guter Strahlgüte im
Einzelemitter (M2 < 3) und hoher Leistung erzeugen kann, äußerst kostengün
stig ist und kompakt aufgebaut ist und mittels abbildender Optik die Halblei
ter-Trapezlasermatrixstrahlung auf eine Einzelfaser abbilden kann und eine
diese verwendendes Lasersystem.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Patentansprüche 1, 11 und 12
gelöst.
Dabei werden die verschiedenen Nachteile der herkömmlichen Laserquellen
vermieden. Beim erfindungsgemäßen Matrixlaser kann somit Laserstrahlung
hoher Leistung und gleichzeitig sehr hoher Strahlqualität erzeugt werden, wo
durch die effiziente Einkopplung der Laserstrahlung in einen Lichtwellenleiter
((∅/2).NA < 1 mm.mrad) ermöglicht wird. Insbesondere wird durch die erfin
dungsgemäße Anordnung eine wesentlich günstigere Abbildung einer Halblei
terlasermatrix auf Wellenleiter als mit herkömmlichen Laseranordnungen
möglich. Zudem wird durch diese Anordnung eine wesentlich preisgünstigere
und kompaktere Einrichtung zur Erzeugung von nutzbarer Laserstrahlung als
mit herkömmlichen Laseranordnungen ausgebildet.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der
nachfolgenden genauen Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbei
spiels in Verbindung mit der Zeichnung offensichtlich.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Gesamtdarstellung des erfindungsgemäßen Matrixlasers,
Fig. 2 eine Darstellung der erfindungsgemäßen Matrix, die aus Einzelelemen
ten bzw. Emittern, nämlich Trapezlasern zusammengesetzt ist,
Fig. 3 eine Realisierung des Trapezlasers mit seinen Raumachsen und den
unterschiedlichen Wellenleitstrukturen.
Mit dem erfindungsgemäßen Matrixlaser kann Laserstrahlung hoher Leistung
und gleichzeitig sehr hoher Strahlqualität erzeugt werden, wodurch die effizi
ente Einkopplung der Laserstrahlung in einen Lichtleiter ((∅/2).NA <
1 mm.mrad) ermöglicht wird. Dieser erfindungsgemäße Matrixlaser ist in
Fig. 1 in einer Gesamtdarstellung gezeigt.
Bei der Struktur gemäß Fig. 1 wird ein Substrat 1 mit einer Matrix von n
(Trapez-)Emittern, nämlich Trapezlasern verwendet. Ein Trapezlaser ist ein
Halbleiterlaser bestehend aus Injektor und Verstärker. Beide zusammen bilden
einen Laser, wobei die Resonatorgeometrie des Gesamtlasers ausgebildet ist,
daß der Injektor und Verstärker einen astabilen Resonator bilden. Auf der
breiten Auskoppelseite weist der Trapezlaser eine Entspiegelung mit R < 30%
auf. Darüberhinaus weisen Trapezlaser eine elektrisch gepumpte Halbleiter
struktur als aktive Zone auf, die als zur Optimierung des Bauteils in Hinsicht
auf Strahlqualität, auf η (Quantenwirkungsgrad) und T0 (charakteristische
Temperatur) als Einfach- oder Mehrfachquantenfilmstruktur mit Confine
mentfaktor Γ als Optimierungsparameter ausgebildet ist. Der von dieser Halb
leiter-Trapezlasermatrix, in der jeder Trapezlaser elektrisch getrennt ansteuer
bar und schnell modulierbar ist, abgegebene Laserstrahl passiert eine Kolli
mationsoptik 2, und der kollimierte Strahl, dessen Strahlverlauf mit 3 bezeich
net ist, wird anschließend über ein Treppenspiegelpaar 4 zu einer Fokus
sieroptik 5 hin umgelenkt. Somit ergibt sich ein abgebildetes Strahlbündel 6
mit einem Strahlparameterprodukt (SPP) kleiner 1 mm.mrad.
Das Halbleitersubstrat 1 beinhaltet eine Matrix von n einzelnen Halbleiter-
Trapezlasern 7, wie in Fig. 2 für n = 3 gezeigt. Der Abstand zwischen den
Mittelpunkten der einzelnen Trapezlaser 7 ist in Fig. 2 identisch, wird mit p
(pitch) bezeichnet und kann variiert werden. Jeder einzelne Trapezlaser 7
zeichnet sich durch hohe Strahlqualität aus (M2 x = 1, M2 y = 3). Zudem besteht
jeder Einzellaser 7 der Matrix, wie in Fig. 3 gezeigt, aus einem Strahlformer
(Lichtinjektor bzw. Injektorteil) 8 und einem optisch integrierten Verstärker 9
mit harter bzw. starker Lichtführung (Indexführung) im Injektorteil 8 und
Übergang zu weicher bzw. schwacher Lichtführung (Verstärkungsführung) im
Verstärkungsteil 9. Hierdurch wird die Filamentierung des verstärkten Strahls
vermieden. Hierbei ist der Strahlformer 8' als optischer Rippenwellenleiter
ausgestaltet. Das Substrat 1 ist beiderseits des Strahlformers mit harter Wel
lenführung, d. h. gemäß Fig. 3 des Rippenwellenleiters, ganzflächig weggeätzt.
In Fig. 3 sind zusätzlich geätzte Spiegel(facetten) 10 gezeigt, die weiterhin zu
verbesserter Strahlqualität beitragen, wobei θs = θp ist, mit θs = θ┴ und θp =
θ|| (wobei θ|| der laterale Öffnungswinkel des Strahlungskegels und θ┴ der
transverale Öffnungswinkel des Strahlungskegels ist). Die Symmetrisierung
der Strahldivergenzen θ┴ = θ|| vereinfacht die Kollimations- bzw. Abbil
dungsoptik 2 und die Fokussier- bzw. Fourieroptik 5.
Die weiche bzw. schwache Lichtführung im Verstärker 9 erfolgt in einer
Oxidstreifenlaserstruktur mittels Verstärkungsführung, d. h. in einer Oxidstrei
fenlaserstruktur (nur Verstärkungsführung) und/oder einem Oxid mit Ran
dimplantation mit Ga, P, In und/oder Mehrfachimplatation 11 mit H, wodurch
auch eine Filamentierung vermieden wird, da die Rückwirkung des Randes
auf das Licht im Verstärker 9 dadurch herabgesetzt wird. Weiterhin ist ein
Metallkontakt 12 ausgebildet, der zur Einleitung eines Injektionsstroms dient.
Der Metallkontakt im Verstärkungsbereich 9 ist strukturierbar und soll eine
Formung der Injektion, und damit eine örtliche Kontrolle der Verstärkungs
führung und Index-Antiführung durch Kontrolle der lokalen Ladungsträger
dichte, im Verstärkungsbereich 9 bewirken. Die Strukturierung dient der An
passung der dielektrischen Funktion ε(x,y) (Real- und Imaginärteil) im Ver
stärker 9.
Zur Erzielung des vorstehend angegebenen Strahlparameterprodukts
1 mm.mrad kann, wie in Fig. 1 veranschaulicht, die Strahlung von drei Ein
zelemittern (mit M2 x = 1, M2 y = 3) zusammengeführt und damit die Leistung
der Einzelemitter summiert werden.
Eine weitere Erhöhung der Leistungsdichte läßt sich unter Ausnutzung der
Polarisationskopplung zweier Emitter erzielen. Die Ausgangsstrahlung des
erfindungsgemäßen Emitters ist in hohem Grad polarisiert. Mit einem soge
nannten Polarisationskoppler können Strahlen, deren Polarisationen senkrecht
zueinander stehen, geometrisch auf eine gemeinsame Achse abgelenkt wer
den.
In der Summe lassen sich mit vorgenannten Strahlparameterprodukten insge
samt zehn Einzelemitter je Polarisationsrichtung in eine Glasfaser mit 20 µm
Durchmesser und einer N.A. (numerischen Apertur) von 0,11 abbilden.
Diese Modellrechnung stellt die physikalische Grenze der Abbildbarkeit dar.
In der Realität werden durch die Verwendung von nicht idealen Komponenten
ca. 30% dieses theoretischen Maximalwerts erreicht. Im realen System wird
deshalb die Emitteranzahl z. B. auf die Hälfte reduziert, dies erhöht den Ge
samtwirkungsgrad des Systems. Durch Einbeziehung der Polarisationskopp
lung kann mit zwei der erfindungsgemäßen Matrixstrukturen gemäß Fig. 2 mit
je fünf Einzelemittern mit jeweils einer Ausgangsleistung von ca. 140 mW
z. B. 1 Watt rotes Laserlicht aus einer Glasfaser mit einem Strahlparameter
produkt (SPP) von 1 mm.mrad erhalten werden.
Die Abbildungsoptik für derartige Matrizen muß den Effekt der
"geometrischen Umschichtung" nutzen. Derartige Optiken sind mehrfach be
schrieben, beispielsweise in der Patentanmeldung "Anordnung zur Führung
und Formung von Strahlen eines geradlinigen Laserdiodenarrays" der Fraun
hofer Gesellschaft.
Eine kompakte Aufbauweise dieses Prinzips findet sich in "Mikrooptische
Vorrichtung zum Umformen von Strahlenbündeln einer Laserdiodenanord
nung sowie Verfahren zur Herstellung dieser Vorrichtung" der Siemens AG,
EP 0 735 397. Das gleiche Prinzip in anderer Ausführung beschreibt
"Verfahren, bei dem mehrere, in einer oder mehreren Reihen angeordnete
Strahlungsquellen abgebildet werden und Vorrichtung hierzu" der Fiba Optik
AG, St. Gallen (CH), EP 0 484 276 B1.
Der Verstärker kann nun auch, wie in Fig. 3 gezeigt, die nicht spezifisch den
Trapezlaser beschreibt und Auskoppelspiegel und eine Ausbildung eines
astabilen Resonators betont, speziell als astabiler Resonator mit schwacher
Wellenführung ausgelegt werden, was zur weiteren Unterdrückung der Fila
mentierung des Strahles und zur Erzeugung von Laserstrahlung hoher Strahl
qualität (Pout < 0,5 W mit M2 < 2) führt. Die Unterdrückung der Filamentierung
wird durch Herabsetzung der Wellenleitung im Verstärker durch Ausbildung
des Verstärkers als Oxydstreifenlaserstruktur (nur Verstärkerführung) und
durch zusätzliche Randimplantationen 11 mit Ga, P, In und/oder Mehrfach
implantation (mehrere Energien zur Erzeugung eines flachen tief in die Probe
reichenden Implantationsprofils) mit H (Reduktion der seitlichen Rückreflexi
on) erreicht.
Demzufolge benötigt die erfindungsgemäße Struktur zur Strahldefinition bei
den Einzelelementen der Matrix keinen hybriden Oszillator, sondern ist kom
pakt aus einer Halbleiterlaserdiode aufgebaut und stellt einen Trapezlaser dar,
was keinen zusätzlichen Montageschritt für Oszillator und Verstärker erfor
dert, der eines der kostenintensivsten Elemente in der Realisierung von Laser
quellen ist. Da die Strahlformung pro Einzelelement außerdem keinen kom
plizierten Oszillator erfordert, wird ein erheblicher Anstieg der Prozeßausbeu
te erreicht. Das bedeutet, die Definition von Strahlform und Verstärkung im
Einzelelement erfolgt erfindungsgemäß mit einer Resonatorstruktur, in der
sich Indexführung (Strahldefinition) und Verstärkerführung (filamentfreie
Strahlverstärkung) abwechseln. Diese Struktur geht über den Stand der Tech
nik hinaus, bei dem der der Wechsel von Indexführung und Verstärkungsfüh
rung nicht realisiert ist oder wo der Verstärker indexgeführt ist und damit eine
höhere Neigung zur Filamentierung aufgrund der schlechten Strahldefinition
oder der Wechselwirkung der Lichtwelle mit dem Verstärkerrand auftreten
kann.
Die erfindungsgemäße Matrix ist überdies derart ausgeführt, daß eine Einzel
laseradressierung möglich ist. Diese Einzellaser werden so angesteuert, daß
im Fall der Display-Anwendung die Phasenlage pro Element zur Steuerung
des Speckle-Kontrastes kontrollierbar ist. Dahingegen erfolgt zur Materialbe
arbeitung die Steuerung der Einzellaser derart, daß Phasenlage und Intensität
zur Feinsteuerung der Strahlform kontrollierbar sind.
Darüberhinaus ist die Matrix derart ausgeführt, daß das Einzelelement modu
lierbar ist. Durch die Modulation kann beispielsweise eine Amplitudensteue
rung erfolgen, die mittlere Leistung in der Matrix zur Erhöhung der Lebens
dauer gesenkt werden bzw. eine Reduktion des Speckle-Kontrastes durch
schnelle Modulation erreicht werden.
Zudem kann die Matrix mit der Möglichkeit zur Einstellung eines geeigneten
Abstandes der Einzellaser zur kostengünstigen Abbildung der Matrix (auf ei
nen Fokuspunkt, auf eine Glasfaser, u. a.) hergestellt werden. Dabei erfolgt die
Abbildung mittels zweier Abbildungselemente oder mittels einer Abbildung
selements bei einer Konkav-Auskoppelfacette.
Die erfindungsgemäße Matrix kann außerdem zur Senkung der Ausgangslei
stung pro Bauelement genutzt werden.
Claims (12)
1. Halbleiter-Trapezlasermatrix, bei der Halbleiter-Trapezlaser (7) als Matrix
angeordnet sind und die Einzelelemente eine hohe Strahlgüte M2 < 3 aufwei
sen und auf eine Einzelfaser abgebildet werden, wobei die hohe Strahlgüte in
einem Halbleiter-Trapezlaser (7) ohne die Hilfe eines Master-Oszillators er
reicht wird.
2. Halbleiter-Trapezlasermatrix nach Anspruch 1, wobei die Trapezlaser (7) in
einem Halbleitersubstrat (1) ausgebildet sind.
3. Halbleiter-Trapezlasermatrix nach Anspruch 1 oder 2, wobei jeder Halblei
ter-Trapezlaser (7) aus einem Injektorteil (8) und einem Verstärkungsteil (9)
zur Strahlformung besteht, so daß seine Strahlqualität durch Strahlformung
pro Einzelelement hoch ist.
4. Halbleiter-Trapezlasermatrix nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der
Injektorteil (8) indexgeführt ist, eine starke Lichtführung und einen k-Faktor
von ungefähr 1 aufweist, und der Verstärkungsteil (9) verstärkungsgeführt ist,
eine schwache Lichtführung und einen k-Faktor < 1 aufweist.
5. Halbleiter-Trapezmatrixlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei je
des Einzelelement ein vollständiger Halbleiter-Trapezlaser (7) ist.
6. Halbleiter-Trapezlasermatrix nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der
Verstärkungsteil (9) als Oxydstreifenlaserstruktur ausgebildet ist.
7. Halbleiter-Trapezlasermatrix nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei
am Verstärkungsteil (9) Randimplantationen (11) mit Ga, P, In und/oder Mehr
fachimplantationen mit H ausgebildet sind.
8. Halbleiter-Trapezlasermatrix nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei an
der Ausgangsseite des Verstärkungsteils (9) geätzte Spiegelfacetten (10) aus
gebildet sind.
9. Halbleiter-Trapezlasermatrix nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein
Metallkontakt (12) zur Einleitung eines Injektionsstroms ausgebildet ist.
10. Matrixlaser nach Anspruch 9, wobei jeder einzelne Trapezlaser (7) für
sich modulierbar ist.
11. Lasersystem, mit
einer Halbleiter-Trapezlasermatrix nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Emission eines Laserstrahls,
einer Kollimationsoptik (2) zur Kollimation des vom Matrixlaser abgegebenen Laserstrahls und
einem Treppenspiegelpaar (4) zur Umlenkung des kollimierten Laserstrahls (3) zu einer Fokussieroptik (5), die ein abgebildetes Strahlbündel abgibt.
einer Halbleiter-Trapezlasermatrix nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Emission eines Laserstrahls,
einer Kollimationsoptik (2) zur Kollimation des vom Matrixlaser abgegebenen Laserstrahls und
einem Treppenspiegelpaar (4) zur Umlenkung des kollimierten Laserstrahls (3) zu einer Fokussieroptik (5), die ein abgebildetes Strahlbündel abgibt.
12. Lasersystem, mit
zwei Halbleiter-Trapezlasermatrizen nach einem der Ansprüche 1 bis 10, deren Ausgangsstrahlung zueinander senkrecht polarisiert ist und einem Polarisationskoppler, der die senkrecht zueinander polari sierte Ausgangsstrahlung geometrisch auf eine gemeinsame Achse ablenkt.
zwei Halbleiter-Trapezlasermatrizen nach einem der Ansprüche 1 bis 10, deren Ausgangsstrahlung zueinander senkrecht polarisiert ist und einem Polarisationskoppler, der die senkrecht zueinander polari sierte Ausgangsstrahlung geometrisch auf eine gemeinsame Achse ablenkt.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19818246A DE19818246A1 (de) | 1998-04-23 | 1998-04-23 | Halbleiter-Trapezlasermatrix und diese verwendendes Lasersystem zur Erzeugung von Laserstrahlung mit hoher Strahlqualität |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19818246A DE19818246A1 (de) | 1998-04-23 | 1998-04-23 | Halbleiter-Trapezlasermatrix und diese verwendendes Lasersystem zur Erzeugung von Laserstrahlung mit hoher Strahlqualität |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19818246A1 true DE19818246A1 (de) | 1999-11-04 |
Family
ID=7865617
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19818246A Withdrawn DE19818246A1 (de) | 1998-04-23 | 1998-04-23 | Halbleiter-Trapezlasermatrix und diese verwendendes Lasersystem zur Erzeugung von Laserstrahlung mit hoher Strahlqualität |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19818246A1 (de) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4438368A1 (de) * | 1994-10-27 | 1996-05-09 | Fraunhofer Ges Forschung | Anordnung zur Führung und Formung von Strahlen eines geradlinigen Laserdiodenarrays |
| DE19537265C1 (de) * | 1995-10-06 | 1997-02-27 | Jenoptik Jena Gmbh | Anordnung zur Zusammenführung und Formung der Strahlung mehrerer Laserdiodenzeilen |
| GB2317774A (en) * | 1996-09-25 | 1998-04-01 | Daewoo Electronics Co Ltd | Scrambling and descrambling apparatus |
-
1998
- 1998-04-23 DE DE19818246A patent/DE19818246A1/de not_active Withdrawn
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4438368A1 (de) * | 1994-10-27 | 1996-05-09 | Fraunhofer Ges Forschung | Anordnung zur Führung und Formung von Strahlen eines geradlinigen Laserdiodenarrays |
| DE19537265C1 (de) * | 1995-10-06 | 1997-02-27 | Jenoptik Jena Gmbh | Anordnung zur Zusammenführung und Formung der Strahlung mehrerer Laserdiodenzeilen |
| GB2317774A (en) * | 1996-09-25 | 1998-04-01 | Daewoo Electronics Co Ltd | Scrambling and descrambling apparatus |
Non-Patent Citations (7)
| Title |
|---|
| GB-Z.: Electronics Letters, Vol. 30, No. 22, 1994, S. 1855-1856 * |
| GB-Z.: Electronics Letters, Vol. 33, No. 19, 1997, S. 1633-1634 * |
| GB-Z.: Optical and Quantum Electronics, Vol. 24, 1992, S. S861-S864 * |
| GB-Z.: Optical and Quantum Electronics, Vol. 24, 1992, S. S993-S1000 * |
| GB-Z.: Optical and Quantum Electronics, Vol. 28, 1996, S. 623-645 * |
| US-Z.: IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. 33, No. 2, 1997, S. 219-230 * |
| US-Z.: IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, Vol. 3, No. 6, 1997, S. 1308-1320 * |
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