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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 Strahlqualität

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DE19818246A1
DE19818246A1 DE19818246A DE19818246A DE19818246A1 DE 19818246 A1 DE19818246 A1 DE 19818246A1 DE 19818246 A DE19818246 A DE 19818246A DE 19818246 A DE19818246 A DE 19818246A DE 19818246 A1 DE19818246 A1 DE 19818246A1
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DE
Germany
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laser
trapezoidal
semiconductor
matrix
matrix according
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DE19818246A
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Inventor
Max Koeniger
Axel Mehnert
Norbert Lichtenstein
Heinz Schweizer
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Airbus Defence and Space GmbH
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DaimlerChrysler AG
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Publication date
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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.
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.
DE19818246A 1998-04-23 1998-04-23 Halbleiter-Trapezlasermatrix und diese verwendendes Lasersystem zur Erzeugung von Laserstrahlung mit hoher Strahlqualität Withdrawn DE19818246A1 (de)

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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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