鎖模光泵浦半導(dǎo)體激光器的制造方法
【專利摘要】一種激光器(10)包括光學(xué)泵浦半導(dǎo)體OPS增益結(jié)構(gòu)(16)。設(shè)備具有激光器-共振器(11)，其包括用于使得激光器傳遞鎖模脈沖的模式鎖定裝置。共振器的總長(zhǎng)度被選擇成使得在大約100MHz的脈沖重復(fù)頻率下傳遞鎖模脈沖。共振器內(nèi)光學(xué)設(shè)備使共振器中的輻射循環(huán)在OPS增益結(jié)構(gòu)產(chǎn)生多個(gè)入射，其中連續(xù)入射之間的時(shí)間小于增益結(jié)構(gòu)的激勵(lì)狀態(tài)壽命。
【專利說(shuō)明】鎖模光泵浦半導(dǎo)體激光器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明總體上涉及外腔表面發(fā)射光泵浦半導(dǎo)體(OPS )激光器。本發(fā)明具體涉及鎖模OPS激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]包括固態(tài)增益介質(zhì)的鎖模激光器在相對(duì)高的脈沖重復(fù)率下提供了非常短的脈沖。典型的鎖模激光器在介于大約50和150MHz兆赫(MHz)之間的脈沖重復(fù)頻率(通常為80MHz)下工作。根據(jù)增益介質(zhì)，脈沖可具有大約100皮秒或者更少的FWHM持續(xù)期。更加商業(yè)化的鎖模激光器采用具有相對(duì)較寬的增益帶寬的固態(tài)增益介質(zhì)。最常見(jiàn)的固態(tài)增益介質(zhì)是摻雜了鈦的氧化鋁(T1:藍(lán)寶石或Ti =Al2O3),它能夠提供介于大約700納米和900納米之間的基本波長(zhǎng)范圍內(nèi)的有限可調(diào)范圍。可通過(guò)具有基本波長(zhǎng)的輸出輻射的頻率轉(zhuǎn)換來(lái)擴(kuò)展該激光器的波長(zhǎng)范圍。
[0003]鎖模激光器脈沖的公共應(yīng)用是用于多光子顯微鏡中的熒光激勵(lì)。該應(yīng)用得益于能夠獲得其波長(zhǎng)可專門(mén)適合于特定熒光的鎖模脈沖。
[0004]OPS-激光器包括具有被隔離層隔開(kāi)的有源或量子阱(Q-W)層的多層半導(dǎo)體表面發(fā)射增益結(jié)構(gòu)。該激光器的輸出波長(zhǎng)可通過(guò)選擇有源層的半導(dǎo)體材料的適當(dāng)組成而被“調(diào)整”用于具體值。這至少在理論上能提供從紫外光譜范圍到電磁頻譜的中紅外范圍的基本波長(zhǎng)。半導(dǎo)體增益介質(zhì)的特征在于，相對(duì)于針對(duì)固態(tài)增益介質(zhì)的一毫秒或更長(zhǎng)，該增益介質(zhì)的激勵(lì)狀態(tài)壽命相對(duì)很短，例如大約10納秒(ns)或者更小。為此，僅僅由非常短的共振器在相應(yīng)非常高的脈沖重復(fù)頻率(PRF)(例如，幾千兆赫(GHz))下實(shí)現(xiàn)了半導(dǎo)體激光器中的模式鎖定。這就使得可以在半導(dǎo)體增益介質(zhì)的激勵(lì)狀態(tài)壽命內(nèi)實(shí)現(xiàn)共振器中的多次往返。但是，可在該高PRF下實(shí)現(xiàn)的脈沖能量太低，而且PRF對(duì)于多光子顯微鏡應(yīng)用來(lái)說(shuō)太高。需要克服OPS-激光器的這一缺陷以便使得其波長(zhǎng)選擇優(yōu)勢(shì)能夠用來(lái)優(yōu)化多光子顯微鏡應(yīng)用中的特定熒光的響應(yīng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一個(gè)方面中，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備包括具有共振器長(zhǎng)度的激光器-共振器。至少一個(gè)表面發(fā)射多層半導(dǎo)體增益結(jié)構(gòu)處于激光器-共振器中。至少一個(gè)任意其它增益結(jié)構(gòu)包括被隔離層隔開(kāi)的多個(gè)有源層并具有有源層的材料的激勵(lì)狀態(tài)壽命特征。裝置被提供用于激勵(lì)增益結(jié)構(gòu)，從而使具有增益結(jié)構(gòu)的有源層的基本波長(zhǎng)特征的輻射在激光器-共振器中循環(huán)。模式鎖定裝置處于激光器-共振器內(nèi)，用于使循環(huán)輻射循環(huán)作為共振器長(zhǎng)度確定的預(yù)定脈沖重復(fù)頻率下的鎖模脈沖序列。光學(xué)設(shè)備被提供用于使循環(huán)輻射在激光器-共振器中在其每次往返期間產(chǎn)生預(yù)定多次增益結(jié)構(gòu)入射，其中增益結(jié)構(gòu)入射之間的預(yù)定時(shí)間小于增益結(jié)構(gòu)的兩倍激勵(lì)狀態(tài)壽命。
[0006]這一配置使得本發(fā)明設(shè)備輸出的鎖模脈沖的PRF可被選擇成可比擬于現(xiàn)有技術(shù)的固態(tài)鎖模激光器的PRF，并同時(shí)循環(huán)脈沖能夠使得一個(gè)或多個(gè)增益結(jié)構(gòu)上的多個(gè)入射具有入射之間的小于兩倍激勵(lì)狀態(tài)壽命的周期，從而允許脈沖能量的共振建立。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，共振器長(zhǎng)度被選擇成使脈沖重復(fù)頻率介于大約50MHz和150MHz之間，而且共振器中的每次往返存在至少四次增益結(jié)構(gòu)入射。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]并入說(shuō)明書(shū)并作為其一部分的附圖示意性地圖示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，附圖與上面的總體描述以及下述優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述一起來(lái)解釋本發(fā)明的原理。
[0008]圖1示意性地圖示了根據(jù)本發(fā)明的鎖模OPS-激光器的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，其包括其總長(zhǎng)度被選擇成提供180MHz的數(shù)量級(jí)的輸出PRF的共振器以及具有光學(xué)泵浦OPS增益結(jié)構(gòu)的增益模塊，并且被配置成使得共振器中的輻射循環(huán)在共振器中專每次往返期間在增益結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生八次入射，其中連續(xù)入射之間的時(shí)間小于OPS增益結(jié)構(gòu)的兩倍激勵(lì)狀態(tài)壽命。
[0009]圖2示意性地圖示了根據(jù)本發(fā)明的鎖模OPS-激光器的另一優(yōu)選實(shí)施例，其類似于圖1的激光器，但是還包括用于OPS增益結(jié)構(gòu)的同步脈沖光泵浦的設(shè)備。
[0010]圖3是示意性地圖示了在根據(jù)本發(fā)明的鎖模OPS-激光器的示例中計(jì)算出來(lái)的作為OPS-結(jié)構(gòu)上的各種入射次數(shù)的模式鎖定頻率的函數(shù)的平均鎖模輸出功率與基板基本CW功率之比的示圖。
[0011]圖3A是示意性地圖示了在圖3的示例中計(jì)算出來(lái)的作為80MHz的模式鎖定頻率下OPS-結(jié)構(gòu)上的入射次數(shù)的函數(shù)的鎖模輸出功率的示圖。
[0012]圖4示意性地圖示了根據(jù)本發(fā)明的鎖模OPS-激光器的又一優(yōu)選實(shí)施例，其類似于圖1的激光器，但是共振器中存在兩個(gè)OPS-結(jié)構(gòu)，而且共振器中的輻射循環(huán)在共振器中在每次往返期間在每個(gè)增益結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生四次入射。
【具體實(shí)施方式】
[0013]現(xiàn)在參考附圖，其中類似組件標(biāo)有類似參考標(biāo)號(hào)，圖1示意性地圖示了根據(jù)本發(fā)明的鎖模OPS-激光器的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例10。激光器10包括形成在部分反射部分透射鏡14和包括可飽和吸收鏡12 (例如可飽和Bragg反射(SBR)鏡或半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(SESAM))之間的駐波激光器-共振器11。鏡12為激光器-共振器的模式鎖定做準(zhǔn)備。鏡14作為激光器-共振器的輸出I禹合鏡。
[0014]激光器-共振器中的光增益由包括多層半導(dǎo)體增益結(jié)構(gòu)18和上面的鏡結(jié)構(gòu)20的OPS-結(jié)構(gòu)(0PS芯片)16提供。增益結(jié)構(gòu)包括被隔離層隔開(kāi)的多個(gè)有源層并具有有源層材料的激勵(lì)狀態(tài)壽命特征。增益結(jié)構(gòu)由光泵浦輻射激活，如所示，以使得激光器輻射以下文將要詳細(xì)描述的方式在共振器11中循環(huán)。優(yōu)選地，泵浦輻射由二極管-激光器或二極管激光器陣列(未示出)提供。OPS芯片以與熱沉22相通地方式被支撐。該OPS-結(jié)構(gòu)的詳細(xì)描述對(duì)于理解本發(fā)明的原理來(lái)說(shuō)不是必須的，因此不在此予以闡述。注意，如前面說(shuō)討論的那樣，該增益結(jié)構(gòu)的激勵(lì)狀態(tài)壽命處于大約3ns的數(shù)量級(jí)。轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的美國(guó)專利N0.6，097，742中提供了 OPS-結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)、組成、材料和示例性增益-波長(zhǎng)的詳細(xì)描述，其整體公開(kāi)通過(guò)引用并入本文。
[0015]激光器-共振器11中包含在循環(huán)輻射的共振器中的每次往返期間導(dǎo)致共振器中的輻射循環(huán)的增益結(jié)構(gòu)上的多次入射的設(shè)備，其中連續(xù)入射之間的時(shí)間優(yōu)選地小于OPS增益結(jié)構(gòu)18的大約兩倍激勵(lì)狀態(tài)壽命，而且更優(yōu)選地大約等于或小于激勵(lì)狀態(tài)壽命。此處，多入射設(shè)備包括與回復(fù)反射鏡對(duì)30和32以及OPS-結(jié)構(gòu)16的鏡結(jié)構(gòu)20配合的凹鏡28A和 28B。
[0016]對(duì)離開(kāi)鏡12的光束的追蹤(由實(shí)心箭頭F0ut表示):光束入射至凹鏡24上；從鏡24反射至平面鏡26 ;并從鏡26反射至凹鏡28A。光束從鏡28A反射以產(chǎn)生OPS芯片的增益結(jié)構(gòu)上的第一入射(向前并反射通過(guò))。鏡結(jié)構(gòu)20將第一入射光束反射至鏡28B，然后從鏡28B反射至回復(fù)反射器30的鏡30A。鏡30A將光束反射至鏡30B，鏡30B又將光束反射回鏡28B。
[0017]鏡28B將光束反射回OPS芯片18以產(chǎn)生OPS增益結(jié)構(gòu)上的第二入射。隨后，光束被鏡結(jié)構(gòu)20反射至鏡28A。鏡28A將光束反射至回復(fù)反射器30的鏡32A。鏡32A將光束反射至反射器的的鏡32B，的鏡32B又將光束反射回鏡28A。
[0018]隨后，光束又從鏡28A反射以產(chǎn)生OPS芯片的增益結(jié)構(gòu)上的第三入射。鏡結(jié)構(gòu)20將第三入射光束反射至鏡28B，光束從鏡28B再反射回回復(fù)反射器30的鏡30A。鏡30A將光束反射至鏡30B，鏡30B將光束反射回鏡28B。
[0019]鏡28B將光束反射至OPS芯片18以產(chǎn)生OPS增益結(jié)構(gòu)上的第四入射。隨后，光束被鏡結(jié)構(gòu)20反射至鏡28A。這時(shí)，鏡28A將光束反射至共振器11的平面鏡34。鏡34將光束反射至凹鏡36。鏡36將光束反射至輸出耦合鏡14。在這時(shí)，光束已經(jīng)完成了共振器11中的一般往返并經(jīng)歷了 OPS芯片上的四次入射。隨后，鏡14如空心箭頭FBadt所示將光束沿入射路徑反射回去。這樣，光束通過(guò)重新追蹤上述原始路徑而完成了整個(gè)往返，從而在共振器11中的往返之前又產(chǎn)生增益結(jié)構(gòu)18上的四次入射(通過(guò))。在此特別要注意的是OPS芯片16大約位于鏡28A和28B的焦點(diǎn)，由此使得光束在OPS芯片上的每次入射時(shí)具有大約相同的高度。
[0020]還應(yīng)該注意，高調(diào)制深度被要求用于用來(lái)提供模式鎖定的可飽和吸反射器。在設(shè)備10中，包括凹鏡24和36的折疊鏡布置被配置成將循環(huán)輻射聚集在SESAM12上以最大化調(diào)制深度?？商鎿Q地，可飽和吸收鏡可包含在共振器中的使得每次往返期間輻射會(huì)兩次或更多次地輻射在其上的位置處。在共振器11中，這可以例如處于鏡30A和30B之一上。甚至還可以在OPS芯片16的鏡結(jié)構(gòu)中構(gòu)建可飽和吸收功能20。本領(lǐng)域技術(shù)人員可使用這些模式鎖定配置，或在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下導(dǎo)出其它模式鎖定配置。
[0021]圖2示意性地圖示了根據(jù)本發(fā)明的鎖模OPS-激光器的另一優(yōu)選實(shí)施例，其類似于圖1的激光器，但是還包括用于OPS增益結(jié)構(gòu)的同步脈沖光泵浦的設(shè)備。截至(Pick-Off)鏡40將脈沖輸出的一部分從輸出f禹合鏡14引導(dǎo)至光電二極管42,光電二極管42與可調(diào)制泵浦輻射源46電連接。光電二極管的輸出提供了激光器10的瞬態(tài)輸出PRF的測(cè)量。這就允許考慮共振器長(zhǎng)度的細(xì)微變化而導(dǎo)致的由于輸出的頻率偏移來(lái)調(diào)節(jié)同步脈沖泵浦PRF。共同擁有的美國(guó)專利公開(kāi)2009/0290606中可以找到與OPS-激光器的同步泵浦相關(guān)的其它信息，在此通過(guò)引用將其內(nèi)容并入本文。
[0022]同步泵浦通過(guò)在未產(chǎn)生并傳遞脈沖時(shí)阻止傳遞至OPS-結(jié)構(gòu)的泵輻射，降低了OPS-結(jié)構(gòu)上的熱負(fù)載。然而，由于針對(duì)二極管-激光器的高驅(qū)動(dòng)電流的脈沖調(diào)制的困難、以及二極管-激光器對(duì)于產(chǎn)生跟隨電流脈沖的時(shí)間形式的光學(xué)輸出的困難，同步泵浦在IOOMHz的數(shù)量級(jí)的頻率下變得困難。可能的替換方案是利用諸如正弦調(diào)制電流之類的模擬調(diào)制電流驅(qū)動(dòng)泵浦輻射源。
[0023]圖3是示意性地圖示了在根據(jù)本發(fā)明的鎖模OPS-激光器的示例中計(jì)算出來(lái)的作為OPS-結(jié)構(gòu)上的各種入射次數(shù)的模式鎖定頻率的函數(shù)的平均鎖模輸出功率與基板基本CW功率之比(模式鎖定比)的示圖。在計(jì)算中假設(shè)，1%的共振器中具有固定損耗，加上OPS芯片上的入射次數(shù)乘以0.2%的附加損耗,從而考慮轉(zhuǎn)向鏡(steering mirror)中的損耗隨著該入射的次數(shù)線性地增大這一事實(shí)。還假設(shè)OPS增益結(jié)構(gòu)的激勵(lì)狀態(tài)壽命是3.0ns ;每次入射的未飽和增益是8% ;飽和強(qiáng)度是lOOkW/cm2 ;光束尺寸是400um (1/e2半徑);相應(yīng)的飽和功率是251W ;而且針對(duì)脈沖的相應(yīng)飽和通量(fluence)是754納焦(nj)。
[0024]針對(duì)計(jì)算的每個(gè)入射次數(shù)優(yōu)化了輸出耦合百分比(在共振器11中是鏡14的傳輸比)。在每個(gè)相應(yīng)曲線中指出了入射次數(shù)。虛線曲線表示計(jì)算出來(lái)的可由由OPS芯片的鏡結(jié)構(gòu)終止的現(xiàn)有技術(shù)OPS-激光器-共振器獲取的性能，其中共振器中的每次往返期間僅僅存在OPS芯片上的一次入射。圖3的示圖中插入的表格I提供了針對(duì)每個(gè)入射次數(shù)計(jì)算出來(lái)的最佳輸出耦合百分比以及實(shí)際計(jì)算出來(lái)的CW功率。在此需注意，在現(xiàn)有技術(shù)鎖模激光器的典型的80MHz PRF下，每往返僅僅一次入射的鎖模平均功率小于可用CW功率的35%。對(duì)于每往返OPS芯片上兩次入射(如OPS-結(jié)構(gòu)的鏡結(jié)構(gòu)折疊的現(xiàn)有技術(shù)的OPS-激光器-共振器可以實(shí)現(xiàn)的那樣)，鎖模OPS功率僅僅上升至大約可用CW功率的0.54%。
[0025]需要注意的是，所謂的“薄碟”激光器中使用的固態(tài)增益介質(zhì)具有比OPS增益結(jié)構(gòu)的激勵(lì)狀態(tài)壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)更長(zhǎng)的激勵(lì)狀態(tài)壽命。舉例來(lái)說(shuō)，摻雜有鐿的釔鋁石榴石(yttriumaluminum garnet, Yb:YAG)具有接近一毫秒的激勵(lì)狀態(tài)壽命。鑒于此,在鎖模固態(tài)激光器的正常PRF范圍內(nèi)，模式鎖定比沒(méi)有顯示出對(duì)該增益介質(zhì)上的入射次數(shù)的任何依賴。
[0026]圖3A是示意性地圖示了在圖3的示例中計(jì)算出來(lái)的作為80MHz的模式鎖定頻率下OPS結(jié)構(gòu)上的入射次數(shù)的函數(shù)的鎖模輸出功率的示圖。示圖上的虛線連接計(jì)算點(diǎn)僅僅用于趨勢(shì)表示。從圖3A可以明顯看出，鎖模輸出的劇烈增長(zhǎng)最少要求在共振器中在每次往返期間的OPS芯片上的大約4次入射。假定針對(duì)共振器中的輻射循環(huán)的大約12.5ns的往返時(shí)間，這表示輻射入射之間的時(shí)間優(yōu)選地不大于大約3ns，即，不大于大約半導(dǎo)體增益結(jié)構(gòu)的激勵(lì)狀態(tài)壽命。圖3A中插入的表格2顯示在本發(fā)明的80MHz鎖模共振器中的針對(duì)2、4、8和和20次入射的入射之間的大致時(shí)間以及入射頻率。本發(fā)明的配置僅僅在每次往返存在四次或更多次OPS芯片入射時(shí)變得實(shí)際有用，假定入射之間的時(shí)間段小于OPS增益結(jié)構(gòu)的大約兩倍激勵(lì)狀態(tài)壽命。
[0027]8次入射和20次入射之間的鎖模功率增長(zhǎng)相對(duì)最適中，但是如果需要利用更高輸出耦合來(lái)容納共振器中的一個(gè)或多個(gè)損耗元件(例如，色散補(bǔ)償器件的元件)，則可以允許附加的入射。然而，實(shí)際需要注意的是，不管發(fā)生多少次入射，OPS芯片必須盡量平坦地封裝。任意與平坦的背離，尤其是彎曲，將會(huì)由于入射次數(shù)而變得嚴(yán)重，而且將損害在OPS芯片上的相同位置中重復(fù)地對(duì)循環(huán)光束(對(duì)齊振蕩模式)成像的能力，這當(dāng)然是最大化與泵浦輻射的互動(dòng)所要求的。優(yōu)選地，即使對(duì)于少至4次入射，OPS芯片也不應(yīng)該具有小于大約
10.0米的曲率半徑(正或負(fù))，否則模式偏差以及相應(yīng)的鎖模功率輸出將遭受損失。
[0028]圖4示意性地圖示了根據(jù)本發(fā)明的鎖模OPS-激光器的又一優(yōu)選實(shí)施例50，其類似于圖1的激光器，但是兩個(gè)OPS-結(jié)構(gòu)16A和16B (它們可具有相同或不同的增益波長(zhǎng))代替了設(shè)備50中的單個(gè)OPS芯片16。而且，由于附加的OPS芯片，圖1的設(shè)備的模式成像鏡28A和28B在設(shè)備50中由三個(gè)鏡52A、52B和54代替。存在僅僅一個(gè)角(回復(fù))反射器，即，具有鏡56A和56B的回復(fù)反射器56。
[0029]如用來(lái)表示圖1的設(shè)備中的往返那樣，設(shè)備50的共振器15中的往返由實(shí)心箭頭(第一穿透多次入射布置)和空心箭頭(第二穿透多次入射布置)表示?？梢钥闯鲈谠O(shè)備50中，每個(gè)OPS芯片上存在循環(huán)輻射的四次入射。這就提供了每次往返的八次“增益入射”或“0PS芯片入射”，如圖1的設(shè)備的共振器U。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在沒(méi)有進(jìn)一步的圖示或詳細(xì)說(shuō)明的情況下，與0PS50類似地布置的設(shè)備可被擴(kuò)展，理論上至少包括每個(gè)往返提供十二次增益入射的三個(gè)OPS芯片、每個(gè)往返提供十六次增益入射的四個(gè)OPS芯片，以此類推。
[0030]繼續(xù)參考圖4，如果OPS芯片16A和16B的增益帶寬匹配，設(shè)備50的性能可從圖3和圖3A的示圖中預(yù)測(cè)出來(lái)。實(shí)際上，對(duì)于這些示圖的計(jì)算中呈現(xiàn)的每次增益入射的損耗，設(shè)備50中小于設(shè)備10中，這是因?yàn)樘峁┟看稳肷鋾r(shí)涉及更少的反射器。
[0031]OPS芯片16A的增益帶寬可故意失配以擴(kuò)展共振器中的多個(gè)OPS芯片的累積增益帶寬。這可以用于例如提供有限范圍的可調(diào)諧性(利用共振器中的可調(diào)波長(zhǎng)選擇元件)或者用于降低鎖模脈沖的持續(xù)時(shí)間。舉例來(lái)說(shuō)，對(duì)于大約900nm的標(biāo)稱激光波長(zhǎng)，認(rèn)為實(shí)際上大約45nm的凈增益帶寬(FWHM)可由具有大約30nm的典型增益帶寬的、峰值累積增益比單個(gè)OPS芯片的峰值增益大大約40%的多個(gè)OPS芯片實(shí)現(xiàn)。
[0032]對(duì)于脈沖持續(xù)時(shí)間，相信可以在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備中獲得大約200飛秒(fs)或更短的脈沖持續(xù)時(shí)間。上述共振器中的任意折疊鏡可涂覆有提供用于補(bǔ)償OPS-結(jié)構(gòu)中可能出現(xiàn)的任意脈沖持續(xù)時(shí)間擴(kuò)展正色散的負(fù)色散的鏡(NGDD鏡)。還可以在OPS芯片或SESAM12中通過(guò)適當(dāng)配置其層厚來(lái)設(shè)計(jì)一些色散補(bǔ)償。轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的美國(guó)專利N0.6,081,379和N0.6，154，138中詳細(xì)描述了 NGDD鏡設(shè)計(jì)的原理，其整體內(nèi)容通過(guò)引用并入本文。根據(jù)所述原理自動(dòng)設(shè)計(jì)NG⑶鏡涂層的軟件可在商業(yè)上從光學(xué)薄膜設(shè)計(jì)軟件的多個(gè)供應(yīng)商獲取。而且，NGDD鏡涂層可在商業(yè)上從光學(xué)涂層的多個(gè)供應(yīng)商獲取。
[0033]在此應(yīng)該注意，在所述的本發(fā)明的激光器-共振器中，為了方便描述和描繪至OPS芯片的多入射光束路徑而放大了 OPS芯片或多芯片上的輻射的入射的上方角度。實(shí)際上，除了其它原因之外，優(yōu)選地最小化這些入射角度以便優(yōu)多次入射的化累積增益。在圖1的共振器10中，成像鏡28A和28B可以由具有可傳遞泵浦輻射的中心孔的單個(gè)拋物線鏡代替。雖然半導(dǎo)體增益結(jié)構(gòu)的光學(xué)泵浦(激活)是優(yōu)選的，但是增益結(jié)構(gòu)可被電激活，例如如美國(guó)專利N0.6，243，407所描述的那樣，其整體內(nèi)容通過(guò)引用并入本文。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下對(duì)本發(fā)明的共振器做出這些及其它修改。
[0034]還應(yīng)該注意，在圖1和圖2的“單芯片”實(shí)施例或圖4的多芯片實(shí)施例中，優(yōu)選地，共振器被配置成使得往返中的連續(xù)增益入射之間的時(shí)間大致相同。這被用于連續(xù)入射的逐一成像布置所促進(jìn)，因?yàn)榇嬖诳蓪?shí)現(xiàn)逐一成像的成像鏡的焦距的實(shí)質(zhì)的自由選擇。
[0035]總之，本發(fā)明通過(guò)提供具有被選擇成提供150MHz或更小的鎖模PRF的長(zhǎng)度的共振器并同時(shí)在共振器中提供輻射循環(huán)的OPS芯片入射的足夠更高的往返頻率，克服了前面討論的現(xiàn)有技術(shù)的鎖模OPS-激光器的缺陷。往返OPS芯片入射的頻率被選擇成使得這些入射之間的時(shí)間段足夠小以促進(jìn)往返中脈沖能量的有效建立。
[0036]以上參考優(yōu)選的其它實(shí)施例描述了本發(fā)明。然而，本發(fā)明并不限于此處說(shuō)明并描述的實(shí)施例。實(shí)際上，本發(fā)明由所附權(quán)利要求限定。
【權(quán)利要求】
1.一種激光器設(shè)備,包括: 具有共振器長(zhǎng)度的激光器-共振器； 處于激光器-共振器內(nèi)的至少一個(gè)表面發(fā)射多層半導(dǎo)體增益結(jié)構(gòu)，至少一個(gè)任意其它增益結(jié)構(gòu)，所述至少一個(gè)任意其它增益結(jié)構(gòu)包括被隔離層隔開(kāi)的多個(gè)有源層并具有有源層的材料的激勵(lì)狀態(tài)壽命特征； 用于激活增益結(jié)構(gòu)的裝置，使具有增益結(jié)構(gòu)的有源層的基本波長(zhǎng)特征的輻射在激光器-共振器中循環(huán)； 處于激光器-共振器內(nèi)的模式鎖定裝置，用于使循環(huán)輻射循環(huán)作為共振器長(zhǎng)度確定的預(yù)定脈沖重復(fù)頻率下的鎖模脈沖的序列；以及 光學(xué)設(shè)備，用于使循環(huán)輻射在激光器-共振器中在其每次往返期間產(chǎn)生預(yù)定多次增益結(jié)構(gòu)入射，其中增益結(jié)構(gòu)入射之間的預(yù)定時(shí)間小于增益結(jié)構(gòu)的兩倍激勵(lì)狀態(tài)壽命。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中共振器長(zhǎng)度被選擇成使得脈沖重復(fù)頻率介于大約50兆赫和150兆赫之間，并且其中至少一個(gè)任意其它增益結(jié)構(gòu)的激勵(lì)狀態(tài)壽命小于大約10納秒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中每個(gè)往返存在至少四次增益結(jié)構(gòu)入射。
4.根據(jù)權(quán)利 要求3所述的設(shè)備，其中激光器-共振器中僅僅存在一個(gè)表面發(fā)射多層半導(dǎo)體增益結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中激光器-共振器中存在多個(gè)表面發(fā)射多層半導(dǎo)體增益結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中用于激活增益結(jié)構(gòu)的裝置是光泵浦輻射源。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中泵浦輻射是與激光器-共振器中的鎖模激光器輻射循環(huán)的脈沖重復(fù)頻率相同的脈沖重復(fù)頻率下的重復(fù)脈沖輻射。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中模式鎖定裝置是可飽和吸收鏡。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中激光器共振器是駐波激光器共振器并且由第一和第二鏡終止，而且可飽和吸收鏡是第一鏡。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中第二鏡是激光器共振器的輸出耦合鏡。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中增益結(jié)構(gòu)入射之間的時(shí)間等于或小于大約增益結(jié)構(gòu)的激勵(lì)狀態(tài)壽命。
12.—種鎖模外腔光泵浦半導(dǎo)體激光器，包括: 具有共振器長(zhǎng)度的激光器-共振器； 處于激光器-共振器內(nèi)的表面發(fā)射多層半導(dǎo)體增益結(jié)構(gòu)，該增益結(jié)構(gòu)包括被隔離層隔開(kāi)的多個(gè)有源層并且具有有源層的材料的激勵(lì)狀態(tài)壽命特征； 用于光學(xué)增益結(jié)構(gòu)的裝置，使得具有增益結(jié)構(gòu)的有源層的基本波長(zhǎng)特征的輻射在激光器-共振器中循環(huán)； 處于激光器-共振器內(nèi)的模式鎖定裝置，用于使循環(huán)輻射循環(huán)作為預(yù)定脈沖重復(fù)頻率下的鎖模脈沖序列，共振器長(zhǎng)度被選擇成使得脈沖重復(fù)頻率介于大約150兆赫和大約80兆赫；以及 光學(xué)設(shè)備，用于使循環(huán)輻射在激光器-共振器中在其每次往返期間在增益結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生至少四次入射。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的激光器，其中模式鎖定裝置是可飽和吸收鏡。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的激光器，其中激光器共振器是駐波激光器共振器并且由第一和第二鏡終止，而且可飽和吸收鏡是第一鏡。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的激光器,其中第二鏡是激光器共振器的輸出稱合鏡。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的激光器，其中用于使循環(huán)輻射在增益結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生至少四次入射的光學(xué)設(shè)備被配置成使得連續(xù)入射之間的時(shí)間大約相同。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的激光器，其中連續(xù)入射之間的時(shí)間小于大約10納秒。
18.一種鎖模外腔光泵浦半導(dǎo)體激光器，包括: 具有共振器長(zhǎng)度的激光器-共振器； 處于激光器-共振器內(nèi)的多個(gè)表面發(fā)射多層半導(dǎo)體增益結(jié)構(gòu)，每個(gè)增益結(jié)構(gòu)包括被隔離層隔開(kāi)的多個(gè)有源層并且具有有源層的材料的激勵(lì)狀態(tài)壽命特征； 用于光學(xué)增益結(jié)構(gòu)的裝置，使得具有增益結(jié)構(gòu)的有源層的基本波長(zhǎng)特征的輻射在激光器-共振器中循環(huán)； 處于激光器-共振器內(nèi)的模式鎖定裝置，用于使循環(huán)輻射循環(huán)作為預(yù)定脈沖重復(fù)頻率下的鎖模脈沖序列，共振器長(zhǎng) 度被選擇成使得脈沖重復(fù)頻率介于大約150兆赫和大約80兆赫；以及 光學(xué)設(shè)備，用于使循環(huán)輻射在激光器-共振器中在其每次往返期間在每個(gè)增益結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生至少四次入射。循環(huán)福射to make at least4入射。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的激光器，其中模式鎖定裝置是可飽和吸收鏡。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的激光器，其中激光器共振器是駐波激光器共振器并且由第一和第二鏡終止，而且可飽和吸收鏡是第一鏡。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的激光器，其中用于使循環(huán)輻射在每個(gè)增益結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生至少四次入射的光學(xué)設(shè)備被配置成使得連續(xù)入射之間的時(shí)間大約相同。
【文檔編號(hào)】H01S5/183GK103765704SQ201280030256
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2012年6月22日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月30日
【發(fā)明者】I·麥克格里弗雷, A·卡普拉拉, S·戈沃爾科夫 申請(qǐng)人:相干公司