(57)【要約】レーザーダイオードは、対向するＡＲ反射体およびＨＲ反射体と、利得領域とによって区切られた基板と共に構成される。利得領域は、ＡＲ反射体およびＨＲ反射体それぞれの一部を橋渡しし、主共鳴空洞および少なくとも１つの側部共鳴空洞と共に構成される。主共鳴空洞は、反射体それぞれの一部の間に渡り、少なくとも１つのさらなる共鳴空洞が、主共振器空洞に隣接して延在する。利得領域は、主共鳴空洞内のみに誘導放出が発生するように、構成される。よって、レーザーダイオードは、ＡＲ反射体の一部を通じて放射される高出力ビームを放出するように動作する。ＡＲ反射体は、出力ビームを所望の近接場と共に形成するように、寸法決めされる。
2013516765.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザーダイオードであって、
離間されたＨＲ反射体とＡＲ反射体との間に延在する基板と、
前記基板内に提供され、所望の波長において放射を放出するように動作可能な利得領域であって、
前記ＨＲ反射体およびＡＲ反射体それぞれの一部を橋渡しする主共振器と、
前記主共振器に隣接して配置され、前記主共振器のレージング閾値よりも高いレージング閾値で構成された側部共振器であって、前記放射は、所望の近接場と共に前記ＡＲ反射体の前記一部を通じて放出される、側部共振器と、
を有する、利得領域と、
を備える、レーザーダイオード。
【請求項２】
前記側部共振器は、基板領域によって前記ＡＲ反射体から隔離され、前記側部共振器は、前記主共振器のレージング閾値が前記側部共振器のうちの１つのレージング閾値よりも低くなるように選択された長さで構成される、請求項１に記載のレーザーダイオード。
【請求項３】
前記利得領域は、前記ＡＲ反射体の前記一部から距離を空けた位置において終端する電力供給部と共に構成され、前記電力供給部は、前記側部共振器の長さと実質的に等しい長さと、前記ＡＲ反射体の前記一部の半径方向幅よりも大きい半径方向幅を有し、前記主共振器は、前記ＡＲ反射体の前記一部の半径方向幅と実質的に等しい半径方向幅を有する均一寸法にされる、請求項２に記載のレーザーダイオード。
【請求項４】
前記利得領域は、前記ＡＲ反射体の前記一部の面内において終端する端部を有し、前記端部は、前記出力レーザービームの所望の近接場を決定し、前記ＡＲ反射体の前記一部の半径方向幅を有する、請求項３に記載のレーザーダイオード。
【請求項５】
前記利得領域は、切頭円錐形部をさらに含み、前記切頭円錐形部は、前記ＡＲ反射体およびＨＲ反射体それぞれの前記一部間に延在する前記主共振器が２つの側部共振器間に挟まれるように、前記端部および電力供給部を橋渡しする、請求項４に記載のレーザーダイオード。
【請求項６】
前記切頭円錐形部は、前記出力レーザービームに所望の遠距離場を提供するように選択されたテーパー角と共に構成される、請求項５に記載のレーザーダイオード。
【請求項７】
前記利得領域は、さらなる端部と、切頭円錐形部と共にさらに構成され、前記切頭円錐形部は、前記ＨＲ反射体の前記一部と、前記供給部との間に延在する、請求項６に記載のレーザーダイオード。
【請求項８】
前記電力供給部は２つの切頭円錐形部を有し、前記２つの切頭円錐形部は、前記ＡＲ反射体および前記ＨＲ反射体それぞれの前記一部から内側に分岐し、前記ＡＲと前記ＨＲとの間で相互に出会う、請求項３に記載のレーザーダイオード。
【請求項９】
前記利得領域はさらなる端部をさらに有し、前記端部は、前記電力供給部によって直接橋渡しされ、前記端部および前記電力供給部はそれぞれ、実質的に矩形の断面を有する、請求項４に記載のレーザーダイオード。
【請求項１０】
前記利得領域の前記電力供給部は、均一な幅および不均一な幅からなる群から選択される幅を有する、請求項３に記載のレーザーダイオード。
【請求項１１】
前記利得領域が、
前記ＡＲ反射体および前記ＨＲ反射体それぞれの前記一部を橋渡しする電力供給部であって、前記主共振器および側部共振器によって構成される電力供給部と、
前記ＡＲ反射体およびＨＲ反射体それぞれの前記一部のうちの１つから距離を空けて前記側部共振器内に提供され、前記側部共振器内における誘導放出の発生を回避するように構成される、遮光コンポーネントと、
を含む、
請求項１に記載のレーザーダイオード。
【請求項１２】
レーザーダイオードであって、
ＡＲ反射体とＨＲ反射体との間で軸に沿って延在する基板と、
前記基板内に提供され、隣接する主共振器および側部共振器を含み、前記主共振器および側部共振器は、間隔を空けて配置されたＨＲ反射体とＡＲ反射体との間に延在し、前記主共振器内のみにおいて誘導放出が発生し、所望の近接場と共に所望の波長において前記ＡＲ反射体の一部を通じて放出されるように構成される、利得領域と、
を備える、レーザーダイオード。
【請求項１３】
前記利得領域は、
前記ＡＲ反射体から前記ＨＲ反射体に向かって軸方向に延在する端部と、
前記端部から軸方向に延在し、かつ前記ＨＲ反射体に向かって軸方向に拡張する切頭円錐形部と、
前記切頭円錐形部から前記ＨＲ反射体に向かって軸方向に延在し、前記端部のうちの１つの横寸法よりも長い横寸法を有する、電力供給部と、
によって構成される、
請求項１２に記載のレーザーダイオード。
【請求項１４】
前記主共振器は、矩形形状断面を有し、ＡＲおよびＨＲそれぞれの一部を橋渡しすることによって、前記利得領域の前記一部を通じて延在し、前記側部共振器は、前記出力部に沿って延在し、前記側部共振器内のレージング閾値が前記主共振器内のレージング閾値よりも実質的により高くなるように選択される軸方向長さを有する、請求項１３に記載のレーザーダイオード。
【請求項１５】
前記利得領域は２つの側部共振器を有し、前記２つの側部共振器は、前記電力供給部に沿って前記主共振器を挟む、請求項１４に記載のレーザーダイオード。
【請求項１６】
前記切頭円錐形部は、所望の遠距離場を伴う前記放射を提供するように選択されるテーパー角によって構成される、請求項１３に記載のレーザーダイオード。
【請求項１７】
前記利得領域は、さらなる端部および切頭円錐形部を伴ってさらに構成され、前記切頭円錐形部は、前記ＨＲ反射体の一部と前記電力供給部との間に延在する、請求項１３に記載のレーザーダイオード。
【請求項１８】
前記主共振器および側部共振器は、相互に共に延在し、前記ＡＲ反射体および前記ＨＲ反射体を橋渡しし、前記側部共振器は、その中における誘導放出の発生を回避するように構成される遮光コンポーネントが提供される、請求項１２に記載のレーザーダイオード。
【請求項１９】
前記電力供給部は、前記ＨＲ反射体の面内において終端する、請求項１４に記載のレーザーダイオード。
【請求項２０】
前記利得領域は、反射するＡＲ反射体およびＨＲ反射体それぞれの一部を橋渡しする電力供給部を含み、前記ＡＲ反射体およびＨＲ反射体から離間された領域と共に構成され、前記電力供給部の残り部分の断面よりも大きな断面を有し、前記主共振器は、矩形形状断面を有し、前記反射体それぞれの前記一部の間の前記電力供給部を通じて延在し、前記さらなる共振器は、前記電力供給部の前記領域内において延在する、請求項１２に記載のレーザーダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、均一または不均一に構成された利得領域を伴うストライプ半導体アクティブ光学素子に関する。具体的には、本開示は、半導体レーザーダイオードは、高出力放射を所望の近接場と共に放射するように構成される、利得領域を伴う半導体レーザーダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、半導体レーザーダイオード１０の典型的構造を示す。レーザーダイオードは、細長いストライプ１４を伴う基板１２を含む。細長いストライプ１４は、均等な寸法の利得領域であり、反射体１６および１８の間でそれぞれ基板１２と共に延在している。各反射体の鏡１６’および１８’により、共振器が画定される。動作時において、ストライプ１４を電流が横断し、ストライプ１４は、これらの鏡のうちいずれか（例えば、鏡１８’１）から光放射を放出するように動作する。出力ビームの近接場を規定する出力鏡１８’は、厳格な要求が課せられている（すなわち、その幅Ｗが所定値を超えてはならない）。この要求が守られない場合、放出された放射がファイバーなどのような受け入れ側コンポーネントに結合し、かなりの出力損失が発生することになる。
【０００３】
高光出力への要求へのかつてない高まりは、ストライプに対する温度負荷および電流負荷の増加と関連しているが、鏡１８’を拡大すればいずれも解消する問題である。しかし、上述したように、これは実現不可能である。このように、ストライプには高負荷がかかるため、高温および高電流に起因してレーザーダイオード１０が劣化することにより、ストライプの寿命は比較的短いことが知られている。具体的には、劣化は、利得領域１４に付加されるポンプ電流と、利得領域１４内に発生する熱とに依存する。そのため、過大な熱による悪影響を無くすために、ダイオード１０の面積を増大する必要がある。
【０００４】
レーザーダイオード１０をさらに延長することから、より大きい面積がもたらされる。しかし、ダイオード１０の長さを延ばすことは、当業者に公知のように、かなりの内部損失につながる。そのため、長さが長くなるほど、内部損失も大きくなり、ダイオード１０の有効性も低下する。このように有効性が低下すると、熱発生が増加し、当然のことながら寿命が短くなる。このように、長さ増加に伴う望ましくない結果を修正するための方策に起因して、製造プロセスのコスト効率が悪くなる。
【０００５】
レーザーダイオードの製造方法については、米国特許５９１７９７２号、５９７８４００号および５９８５６８５号にそれぞれ開示がある。これらの特許は全て同一譲受人による本出願と共有されており、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００６】
単一モード（ＳＭ）または多層モード放射で放出される出力ビームの所望の近接場に加えて、出力ビームの所望の遠距離場を有する必要があることが多い。このような遠距離場を有しない場合、出力ビームがファイバーなどのような導波路などに結合し、有意な損失を伴う可能性がある。
【０００７】
従って、出力ビームを所望の近接場と共に放出することが可能な高出力レーザーダイオードの必要性が存在する。
【０００８】
出力ビームを所望の遠距離場と共に制御可能に放出するように動作する高出力レーザーダイオードが必要性がさらに存在する。
【０００９】
上記の必要性は、本開示に従って構成されたレーザーダイオードによって満たされる。開示された高出力レーザーダイオードは、基板と、離間された反射体と、ポンプ電流が横断する利得領域であって、反射体間に延在する利得領域とを含む。利得領域は、利得領域のうち比較的小さな部分のみにおいて誘導放出が発生するように、構成される。比較的小さな部分は、放出された放射が所望の近接場を有するように、寸法決めされる。
【００１０】
開示された一実施形態によれば、利得領域は、電力供給部を有する。電力供給部は、端部の出力部の１つよりも大きい。このような形状により、利得領域は、主共振器空洞および少なくとも１つの側部共振器空洞（それぞれ以後「共振器」と呼ぶ）によって構成される。主共振器は、反射体の間に延在し、端部の半径方向幅に対応する均一寸法構造を有する。少なくとも１つの側部共振器は、主共振器に隣接する利得領域の出力部に沿って延在するため、反射体出力反射体のうち少なくとも１つから距離を空けて終端する。
【００１１】
実施形態の一態様によれば、共振器は、主共振器内のレージング閾値が側部共振器のうちの１つのレージング閾値よりも実質的に低くなるように、構成される。このような構成を用いずに、共振器を均一閾値で構成した場合、側部共振器内に発生した誘導放出が、主共振器から放出された出力ビームの出力および質に悪影響をおよぼすことになる。
【００１２】
そのため、均一寸法の比較的狭いストライプ内のみまたは離間された鏡によって区切られた主共振器内のみにおいて誘導放出が発生するように、利得領域を構成する。出力ビームが所望の近接場と共に得られるように、出力鏡の寸法を選択する。これらの側部共振器の内部には誘導放出が発生せず、一方で主共振器には光増幅が発生するように、側部共振器それぞれは選択された長さを有する。よって、開示されたダイオードの出力操作特性は、アクティブ領域の面積を全体的に大きくすることによって改善し、一方で、側部共振器の存在により、放出された放射および特にその近接場には障害が起きない。
【００１３】
実施形態の別の態様によれば、やはり所望の遠距離場を有する出力ビームを放射するように、ボトルネック形状のレーザーダイオードが構成される。遠距離場は、ダイオード切頭円錐形部のテーパー角の関数である。テーパー角は、断熱膨張モードおよび／または断熱圧縮モード（単数または複数）と関連付けられる。このような拡張により、単一モード出力の場合における高次モードの励起の回避、または多層モード構造の場合におけるさらなる高次横モードの発生の回避が支援される。さらに、多層モード構造における断熱膨張／圧縮は、比較的狭い遠距離場に対応する、全放出モードの均一な出力角度に特徴付けられる。
【００１４】
しかし、テーパー角が特定の角度よりも大きくなると、初期モードに対して追加的に発生したさらなるモードが、初期モードが放射される角度と異なる出力角度で放射される。その結果、初期モードおよび新規発生モードを含む放射の遠距離場が、初期モードのみを含む放射の遠距離場よりも大きくなる。そのため、製造プロセス中においてテーパー角を増減することで、レーザー放射の遠距離場の制御が可能になる。
【００１５】
本開示の別の実施形態によれば、レーザーダイオードは均一寸法の利得領域と共に構成される。利得領域内に少なくとも１つの遮光コンポーネントを設けることで、利得領域の比較的小さな部位（すなわち、主共振器）内のみにおいて誘導放出が発生する。遮光コンポーネントの寸法は、放出された放射が所望の近接場によって特徴付けられるようである。
【００１６】
本明細書中、本開示の上記および他の特徴について、以下において以下の図面に関連して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ストライプ構成の光学素子の公知の構造の１つを示す図である。
【図２】本開示の一態様に従った構造を有する開示された光学素子の各構成を示す図である。
【図３】本開示の一態様に従った構造を有する開示された光学素子の各構成を示す図である。
【図４】本開示の一態様に従った構造を有する開示された光学素子の各構成を示す図である。
【図５】本開示の一態様に従った構造を有する開示された光学素子の各構成を示す図である。
【図６】ダイオードの出力ビームの制御可能な遠距離場に関する、本開示のさらなる態様に従って構成された、開示された光学素子を示す図である。
【図６Ａ】出力ビームの所望の近接場を提供する、開示された光学素子のさらなる構成を示す図である。
【図７】開示された光学素子および先行技術の光学素子それぞれにおける、放出された放射の出力と、ポンプ電流との間の関係を示す図である。
【図８】開示された素子および先行技術の素子それぞれにおける、放出された放射の波長と、ポンプ電流との間の関係を示す図である。
【図９】開示された光学素子および先行技術の素子それぞれから放出された放射の近接場を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
ここで、開示された光学素子について詳述する。可能な場合、図面中および記述中では、同一または類似の参照符号が類似の部分またはステップを指すために使用される。図面は単純化された形態で記載されており、縮尺通りではない。
【００１９】
図２を参照すると、開示された光学素子は、半導体レーザーダイオード２０として構成される。半導体レーザーダイオード２０は、細長基板２２と、利得領域２４とを有する。利得領域２４は、基板内において形成され、長手方向軸Ａ−Ａ’に沿って延在する。利得領域２４は、少なくとも２つの側部共振器と共に構造化され、これは、離間された鏡または反射体の部分３０と３２との間に延在する主共振器３８と、離間された反射体３４’および４６のうちの少なくとも１つから距離を空けた位置において終端する側部共振器４２である。以下に説明するように、ダイオード２０は、誘導放出が主共振器３８内においてのみ発生し、かつ側部共振器４２内においては発生しないように構成される。その結果、所望の近接場を規定する寸法を有する鏡または反射体の部位３２を通じてのみ光が放出される。同時に、利得領域２４の面積が増加するため、ダイオードは、向上した出力操作パラメータによって特徴付けられ、これにより、受容不可能な熱負荷および電流負荷が主共振器３８にかかる事態が回避される。
【００２０】
２つのファセットまたは反射体、すなわち、高反射（ＨＲ）コーティングを施した反射体３４、および反射防止（ＡＲ）コーティングを施した出力反射体３６は、これらの間に、ダイオード２０の軸方向長さを画定する。ＨＲ反射体およびＡＲ反射体それぞれの鏡または部位３０および３２は、ファブリペロー形状を有する共鳴空洞を画定するように、利得領域２４の対向する端部を通じて延在する。
【００２１】
レージングの機構は周知である。ポンプ電流が初期に横切ることで、利得領域は、光の自然放出により特徴付けられる。離間された鏡の間の利得領域を通じて光搬送波である光子が循環する際、これらの光子は増幅される（利得）。利得総計が内部損失および出力損失などのような挿入損失を超えると、自然放出はレージング閾値に到達し、さらに誘導放出へと変化する。
【００２２】
所与の波長においてＡＲ出力鏡３２から誘導放出が放出される最低励起レベルであるレージング閾値は、が利得領域２４に付加された所定ポンプ電流に応答して、レージング閾値に到達する。ＡＲ出力鏡３２、および、したがってレーザー放射の近接は、厳格な幾何学形状的な制約を受け、所定幅を超えてはならない。所定幅を超えた場合、鏡３２の所望の幾何学形状を超えた拡大する鏡３２が、ダイオード２０から放出された放射の実質的結合損失と関連付けられ、デリバリーファイバーが開始することになる。その結果、不均一寸法の利得領域２４に起因して、本明細書中以下に記載するように、所望の反射体３２の幾何学形状と、利得領域２４の拡大された面積全体との間に障害が発生する。
【００２３】
よって、利得領域２４は、軸方向に離間された対向端部２６および２８それぞれと、中間電力供給部４０と、切頭円錐形部４４とを含む。切頭円錐形部４４により、実質的にモード間結合および／または損失無しに単一横モードまたは多重横モードの伝播が得られるように、電力供給部４０の対向端部と、端部２６および２８のそれぞれとが橋渡しされる。
【００２４】
よって、利得領域２４の構成は、鏡３０と鏡３２との間を循環する光搬送波が横断する主共振器またはストライプ３８と、利得領域２４の断面に応じた１つ以上の側部共振器４２とを有するものとしてみなすことができる。側部共振器４２は、各共振器４２の側部に位置する基板領域４８を通じて、反射体部位３４’と４６との間を移動する光子の利得を提供することができる。
【００２５】
電力供給部４０の長さは、側部共振器または共振器４２内における誘導放出の発生を回避するように、制御可能に選択される。これは、共振器４２から分岐した光搬送波が反射体部位４６への経路および反射体部位４６からの経路上において経路Ｉｓに沿って吸収または分散するように構成された各側部共振器４２の長さを設けることにより、達成される。換言すれば、側部共振器４２の寸法を、反射体３４’と反射体４６との間の光子の循環が実質的に無くなるようにする。従って、鏡３０と鏡３２との間の利得媒質を通じた光子の循環に起因して主共振器３８内の光に利得が発生する一方、側部共振器４２は、弱い自然放出によってのみ特徴付けられる。よって、利得領域２４の電力供給部４０は、光が側部共振器４２の利得媒質を通じて移動する軸方向長さが高損失基板領域４８中の実質的損失に起因して利得を有しないように、構成される。これは、当然ながら、主共振器３８内のレージング閾値は、側部共振器４２のレージング閾値よりもずっと低いことを意味する。側部共振器４２のレージング閾値は、誘導放出に必要な条件を決して持たなくてもよい。誘導放出に必要な条件を持つ場合、所望の出力放射に悪影響が発生する。しかし、上記の開示された構造の場合、利得領域２４は、所望の波長において反射体部位４６を通じて所望の近接場と共に放射を放出する。所望の近接場は、実質的に電力供給部４０のうちの１つに実質的に等しく、よって、ＡＲ鏡３２の所望の幾何学形状よりも大きい半径方向寸法を有する。
【００２６】
その結果、出力反射体３６の所望の部位（すなわち、ＡＲ鏡３２）のみが放射を放出し、放射は、実質的な損失無しに、ファイバー（図示せず）などのような受け入れ側導波路に結合することができる。さらに、出力部４０により、レーザーダイオード２０にかかる出力密度および総合的な電流負荷を低下させることができる。よって、利得領域２４の開示された構成は、所望の幾何学形状のＡＲ反射体３２と、ダイオード２０の全体長さと、ダイオード２０に対する低い熱負荷および電流負荷とを有する。ダイオード２０に対する低い熱負荷および電流負荷は、ダイオード２０の長寿命につながる。
【００２７】
電力供給部４０、および、したがって側部共振器４２の長さは、レーザー分野の当業者に公知の多くの変数の関数である。例にすぎないことを前提とすると、電力供給部の長さに影響を与える変数としては、数ある中でも、ＡＲコーティング、量子井戸の数、メサ深さ（すなわち、ポンプ電流を受ける領域）などが挙げられる。電力供給部４０の所望の長さは、均一寸法の利得領域を有するレーザーダイオードの近接場を、開示されたダイオードと連続的に比較することにより、経験的に確立されてもよい。例えば、図９は、開示されたダイオードおよび図１の公知のダイオード１０から放出された放射の近接場それぞれを示す。図１のダイオード１０および図２のダイオード２０それぞれの近接場は実質的に同一であることが容易に分かる。開示されたレーザーダイオード２０の近接場がダイオード１０の近接場と実質的に異なる場合、所望の近接場が得られるまで、製造プロセスを継続する。
【００２８】
図３および図４は、レーザーダイオード２０の各幾何学形状の修正を示す。この修正は、上記において開示したように、少なくとも１つの側部ファブリペロー共振器と共に構成される。具体的には、図３は、図２の修正とは対照的に、入力テーパー部４４’’の軸方向長さとは異なる軸方向長さを有する、利得領域２４の端部領域出力テーパー部４４’を有するダイオード２０を示す。加えて、中間部４０は、図２中の中間部よりも若干短く、不規則な形状を有する（すなわち、その長手方向側部４１が、軸Ａ−Ａ’に対して角度を有して延在する）。別法としては、図２および図３双方中のストライプ２４の断面は、ダブルボトルネック形状の断面として概して記述されてもよい。
【００２９】
図４は、側部共振器４２に対応するリッジ領域を画定する、入力および出力テーパー部４４’’および４４’それぞれのみによって構成される、電力供給部を有するレーザーダイオード２０を示す。共振器４２中の自然放出を提供する光子は、共振器４２内から分岐し、反対側の反射体へと到達する途中で、光路Ｉｓｆに沿って移動する。これらの光子のうち大部分は、基板高損失領域４８中に吸収された後、反射体のうちの１つ（例えば、反射体４６）に到達する。反射された光子は経路Ｉｓｒに沿って同一の高損失領域４８を通じて移動して戻り、再度、光子のうち大部分は吸収される。その結果、光子が少しでも共振器４２に到達した場合、当該光子の数は、ＨＲ共振器３４’からおよびＨＲ共振器３４’への行き来においてもう一度高損失基板領域をさらに通過した後には、レージング条件を発生させるのにはまったく不十分である。従って、このダイオード２０の構成は、上記したものと同様に、向上した出力操作能力およびより低い熱負荷および電流負荷によって特徴付けられるが、しかし出力ビームの所望の近接場にはよらない。電流負荷をさらに低減するために、その境界４７が利得領域２４の外側境界に対して相補的に延在するが、利得領域２４の外側境界から内側方向に離間するようにメサが提供される。
【００３０】
図５は、開示されたレーザーダイオード５０の、しかし、図２〜図４のダイオード２０と同じ概念に基づいた、さらなる態様を示す。具体的には、基板５２上に形成された利得領域５３は、主ファブリペロー共振器５８が少なくとも１つ以上の側部共振器５４に隣接するように構成された、拡張された中間部５６を有する。側部共振器５４は、図２〜図４の共振器４２と同様に、長さにおいて制約があり、また、レージング閾値が主共振器５８の１つよりも実質的に高くなるように構成される。従って、吸収領域６０は、側部共振器５４と対向する反射体６２および６４との間の光子経路Ｉｓに沿って構成される。よって、上記に開示された実施形態と比較して、利得領域５３の総体的面積の方がより大きく、よって、出力反射体６４の一部または鏡６６への熱負荷および電流負荷がより小さいする。
【００３１】
図６を参照すると、レーザーダイオード７０は、ダイオード２０および５０と同様に、対向する反射体７４および７６のそれぞれの間に延在する基板７２と、基板内においてＡＲ鏡８０およびＨＲ鏡８２のそれぞれの間に提供される利得領域７８と共に構成される。利得領域７８は、３つの部分（例えば、端部８４、切頭円錐形部８６および電力供給部８８）と共に構成される。また、レーザーダイオード７０は、高損失基板領域９０とも共に構成される。高損失基板領域９０は、ＡＲ反射体７４と、側部共振器または共振器９２との間に延在し、また、側部共振器９２中の自然放出を構成するキャリア光子を吸収しかつ／または分散させるように動作する。拡張された電力供給部８８の長さは、以下に開示するように、側部共振器９２中の誘導放出の発生を回避するように、構成される。
【００３２】
側部共振器９２中に自然放出を発生させる光子は、ＨＲ反射体７６上に衝突し、共振器９２に戻り、かつ共振器９２から分岐して、高損失領域９０を横断し、最終的に反対側の反射体から反射して共振器９２内へと戻る場合がある。このようなサイクルは、さらなる側部共振器９２内の望ましくない誘導放出につながる場合がある。しかし、上述したように、電力供給部８８の長さは、光子の大部分が反射体７４へおよび反射体７４からの行き来において吸収されるように選択される。その結果、光子の大部分がさらなる共振器９２に戻ることが回避され、なんとか戻った光子の数が、誘導放出発生には不十分な数量になる。
【００３３】
本開示のさらなる態様によれば、レーザーダイオード７０は、ダイオード２０および５０と同様に、所望の遠距離場またはレーザー放射の発散によって特徴付けられた構成を有する。この遠距離場は、切頭円錐形部８６のテーパー角の関数である。切頭円錐形部８６が所定のテーパー角αによって構成された場合、特定のテーパー角において、利得領域７８内において初期に発生したモードが、切頭円錐形部８６に沿って断熱的に圧縮される。その結果、反射体７４から放射された出力ビームは、特定の遠距離場を有する。しかし、テーパー角が角度αを超えると、利得領域７８内において他のモードが発生し、増幅される。新規発生したモードは、初期モードが放出される角度と異なる角度において放出される。実際、新規発生したモードの放射角度は、初期モードの放射角度よりも大きい。よって、初期発生モードおよび新規発生モードを含む放射の遠距離場は、初期モードのみを含む放射の遠距離場よりも大きい。よって、テーパー角を増減することにより、レーザー放射の遠距離場の制御が可能となる。図２〜図５の実施形態はそれぞれ、出力ビームを所望の遠距離場と共に放射するように構成可能である点に留意されたい。
【００３４】
図６Ａは、所望の近接場と共に構成されたレーザーダイオード５５のさらなる修正を示す。上記した実施形態全てと対照的に、ダイオード５５は、均一寸法の利得領域５７を含む。しかし、上記開示されたの実施形態全てと同様に、利得領域５７は、主共振器５９と、少なくとも１つ以上の側部共振器６１とを有する。利得領域５７の分割は、側部共振器６１内に提供された溝または他の欠陥６８などのようなコンポーネントを遮蔽する手段により、実現される。遮蔽コンポーネント６８は、側部共振器６１に沿って通過する光の大部分がＡＲ反射体６３に衝突しないように、構成される。遮蔽要素６８がＡＲ反射体６３の近隣に配置されるように図示されているが、主共振器５９内のみにおいて誘導放出が発生する限り、遮蔽コンポーネントの数および位置は設計事項である。換言すれば、主共振器５９のレージング閾値は、側部共振器６１のレージング閾値よりも実質的に低い。従って、１つ以上の側部共振器６１は、主共振器５９、およびしたがって出力ＡＲ反射体６３の一部６５が出力ビームの所望の近接場を提供できるような寸法になるような横幅を有する。
【００３５】
図７および図８はそれぞれ、開示されたレーザーダイオードの、公知の先行技術の構成に優る、開示されたレーザーダイオードの上記した利点を確認するデータを図示する。図７から分かるように、特に高電流において、開示された構成中のポンプ電流Ａからの出力Ｗの依存度を表す曲線１００は、公知のストライプ構成を示す曲線１０２の傾きよりも滑らかな勾配を有する。換言すれば、開示されたレーザーダイオードは、有効性の高い熱除去によって特徴付けられる。すなわち、熱除去の有効性が高いほど、出力も高くなる。図８は、ポンプ電流Ａからの波長λの依存度を示す。半導体レーザー分野の当業者に公知のように、レーザーダイオード中の温度の上昇と共に、より長い波長で放射が放出される傾向がある。従って、開示されたレーザーダイオード構成および公知のレーザーダイオード構成をそれぞれ示す曲線１０４および１０６は、同一ポンプ電流において、開示されたダイオードの放射が、公知の構成の波長よりも短い波長において発生することを示す。その結果、開示されたダイオードの熱負荷は、先行技術の構造の熱負荷よりも低くなる。
【００３６】
本開示について、具体的な動作の詳細および構造に関して図示および説明してきたが、これは例示目的のためのものであり、当業者により、本発明の意図および範囲から逸脱することなく、上記記載において変更および修正が行われてもよいことが明確に理解される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図６Ａ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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