(57)【要約】本発明による半導体レーザたとえばシングルモードレーザには、そのレーザ共振器内に少なくとも１つの吸収層（８）が設けられており、この吸収層によって、レーザ共振器にフィードバックされる放射（９）に対する半導体レーザの反作用感度を小さくするために、レーザ共振器内のレーザ放射（１０）の透過率ＴＲｅｓが低減される。これによりフィードバックされた放射（９）による出力パワーの変動が低減される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザにおいて、
レーザ共振器内に少なくとも１つの吸収層（８）が設けられており、
該吸収層（８）により、レーザ共振器中のレーザ放射（１０）の透過率（ＴＲｅｓ）が低減されて、レーザ共振器にフィードバックされる放射（９）に対する半導体レーザの反作用感度が小さくされることを特徴とする、
半導体レーザ。
【請求項２】
請求項１記載の半導体レーザにおいて、
前記吸収層（８）は、半導体レーザ動作時にレーザ共振器中に形成される定在波の節に設けられていることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項３】
請求項１または２記載の半導体レーザにおいて、
前記共振器のミラーの反射率と共振器循環時のレーザ放射の透過率（ＴＲｅｓ）は、半導体レーザの可能な出力パワーの広い範囲にわたり僅かな反作用感度が生じるよう設定されていることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項記載の半導体レーザにおいて、
シングルモードレーザ（Single-Mode-Laser）であることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項記載の半導体レーザにおいて、
面発光型半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ）であることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか１項記載の半導体レーザにおいて、
外部共振器を備えた面発光型レーザ（ＶＥＣＳＥＬ）であることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項７】
請求項５または６記載の半導体レーザにおいて、
前記面発光型半導体レーザはブラッグミラー（４）を有しており、該ブラッグミラー（４）内に前記吸収層（８）が含まれていることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項記載の半導体レーザにおいて、
前記吸収層（８）は砒化ガリウム層であることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項記載の半導体レーザにおいて、
前記吸収層は約２０ｎｍの厚さであることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項記載の半導体レーザにおいて、
前記レーザ共振器内に複数の吸収層が含まれていることを特徴とする半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザたとえばシングルモード半導体レーザに関する。
【０００２】
本願は、ドイツ連邦共和国特許出願第10313609.6-33を優先権主張するものであり、その開示内容は本願に含まれるものとする。
【０００３】
多くの用途のために、放射品質が高くコヒーレント長が長くかつスペクトル幅の小さいレーザが望まれ、あるいは必要とされる。この特性はたとえばシングルモードレーザ（Single-Mode-Laser）たとえばＤＦＢレーザ、台形型レーザまたは面発光型半導体レーザ（VCSEL-Vertical Cavity Surface Emitting Laser）などによって達成することができる。
【０００４】
上述のレーザは、フィードバックされた光に対し強い感度を有している。フィードバックされた光とは本発明においては、半導体レーザから発せられ外部の物体から半導体レーザへ散乱または反射して戻された成分のことである。フィードバック光の位相はその光が辿った光学的経路に左右され、つまりは散乱または反射を行う物体と半導体レーザとの距離に依存する。この位相に依存して、フィードバック光は半導体レーザの放射に対し強め合う干渉作用または弱め合う干渉作用を及ぼす。散乱または反射を行う物体と発せられる光の波長の一部分との距離が僅かに変化するだけで、強め合う干渉または弱め合う干渉とが交互に引き起こされるよう、フィードバック光の位相が変化する可能性がある。光学系の僅かな振動あるいは反射または散乱を行う物体の運動は、半導体レーザの出力パワーＰのノイズΔＰによって引き起こされる。このようなノイズないしはノイズと半導体レーザの出力パワーとの比ΔＰ／Ｐは、反作用感度に対する尺度である。
【０００５】
フィードバック光に対する半導体レーザの感度を低減させる可能性として挙げられるのは、レーザ共振器の外部に吸収性または反射性の部材を取り付けることであり、この部材によってフィードバック光がレーザ共振器に取り込まれるのを回避することである。ただしこのことは、技術的には部分的に非常に手間がかかる。
【０００６】
本発明の課題は、フィードバック光に対する反作用の感度が技術的にかなり簡単なやり方で低減されるようにした半導体レーザを提供することにある。
【０００７】
本発明によればこの課題は、請求項１の特徴部分に記載の半導体レーザによって解決される。従属請求項には、本発明による半導体レーザの有利な実施形態が示されている。
【０００８】
本発明による半導体レーザはレーザ共振器内に少なくとも１つの吸収層を有しており、この吸収層によってレーザ共振器中のレーザ放射の透過率ＴＲｅｓが低減され、ひいてはレーザ共振器にフィードバックされる放射に対する半導体レーザの反作用感度が小さくされる。ここでレーザ共振器の透過率ＴＲｅｓとは、共振器内で完全な循環が行われているときにレーザ波長の放射を弱めるファクタのことである。透過率ＴＲｅｓによって考慮されるのは吸収または散乱のような共振器内部の損失だけであり、たとえば出力結合ミラーのところで発生するようなミラーにおける反射損失は考慮されない。基本的に１よりも小さい透過率ＴＲｅｓに関する典型的な値は約０．９９である。
【０００９】
レーザ動作のために必要とされるのは、１からごく僅かにしか隔たっていない透過率ＴＲｅｓである。それゆえ半導体レーザの反作用感度を低減するためには、透過率ＴＲｅｓをほんの少し低減するだけでよい。したがって有利であるのは、半導体レーザの動作時にレーザ共振器内に形成される定在波の節の領域に吸収層を配置することである。この領域では、定在波フィールドの腹の領域よりもレーザ放射の電界強度が僅かであるので、そこに吸収性の媒体を挿入することによって吸収損失がいっそう僅かになる。
【００１０】
さらに有利であるのは、レーザ共振器の透過率ＴＲｅｓの最適化にあたりレーザミラーたとえば出力結合ミラーの反射率も考慮して、半導体レーザにおいて実現可能な出力パワーＰの幅広い範囲にわたり僅かな反作用感度が得られるよう、このパラメータをいっしょに最適化することである。このパラメータの最適化をたとえば、共振器の透過率ＴＲｅｓとミラーの反射率と半導体レーザの出力パワーの変量に依存して半導体レーザのノイズ振幅ΔＰをシミュレートすることによって行うことができる。このシミュレーションは、発せられたレーザ放射の一部分は外部からレーザ共振器にフィードバックされるものとして行われ、その際にノイズ振幅ΔＰは、フィードバック光とレーザ放射との強め合う干渉のときの出力パワーと弱め合う干渉のときの出力パワーの差から得られる。
【００１１】
反作用感度の最適化はシングルモードレーザ（Single-Mode-Laser）に対して殊に有用である。それというのも、殊にこのようなレーザについては安定性に対し高い要求が課されるからである。
【００１２】
ここで半導体レーザとは有利には面発光型半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ）である。このようなタイプのレーザの場合には、共振器の定在波フィールドに１つまたは複数の吸収層を位置決めするのが他のタイプのレーザよりも簡単である。
【００１３】
たとえば面発光型半導体レーザにブラッグミラーを含ませることができ、このブラッグミラー中に吸収層を配置しておくことができる。吸収層の材料および厚さの選定にあたり、レーザの発光波長における吸収を考慮する必要がある。たとえば発光波長が約８５０ｎｍであるとき、約２０ｎｍの厚さをもつ砒化ガリウム層を用いることができる。
【００１４】
次に、図１〜図３を参照しながら実施例に基づき本発明について詳しく説明する。
【００１５】
図１には、本発明に従い吸収層がレーザ共振器内に設けられている面発光型半導体レーザの１つの実施形態に関する断面図が概略的示されている。図２には、出力結合ミラーの３つの異なる反射率Ｒに関して共振器の透過率ＴＲｅｓに依存した半導体レーザのノイズ振幅ΔＰのシミュレーションが描かれている。図３には、半導体レーザの３つの異なる出力パワーＰに関して共振器の透過率ＴＲｅｓに依存した半導体レーザのノイズ振幅ΔＰのシミュレーションが描かれている。
【００１６】
図１に略示されている面発光型半導体レーザは、基本的な部材として半導体基板１の上に背面ミラー２、活性化領域３および出力結合ミラー４を有している。この場合、ミラーは有利にはブラッグミラーである。さらにこの面発光型半導体レーザは、ｎ接点５とｐ接点６を形成するために電気的なコンタクト層５，６も有している。
【００１７】
部分的に構造形成も施されているさらに別の中間層を備えたこの種の面発光型半導体レーザの様々な実施形態が当業者に知られており、たとえばDE 100 38 235 A1およびそこで引用されている文献を参照されたい。たとえば、不活性化層７または電流の流れを空間的に制限するためのさらに別の層を設けることができる。
【００１８】
この面発光型半導体レーザを、外部共振器を備えた表面発光型半導体レーザ（VECSEL-vertical external cavity surface emitting laser）として構成することも可能であり、この場合、レーザ共振器の出力結合ミラーは半導体ボディ外部に配置された外部のミラーによって形成される。
【００１９】
レーザ共振器には吸収層８が含まれており、この層によってレーザ共振器におけるレーザ放射の透過率ＴＲｅｓが僅かに低減され、これによってレーザ共振器にフィードバックされた放射９に対する半導体レーザの反作用感度が低減される。ここでフィードバックされた放射９とは、レーザから発せられた放射１０のうち、外部の物体１１から半導体レーザに反射または散乱して戻された放射のことである。
【００２０】
吸収層８を、たとえば面発光型半導体レーザのブラッグミラー４に含めることができる。このケースでは場合によっては、１つの吸収層８を取り囲むブラッグミラー４の層を、層の周期性において吸収層８の挿入により引き起こされる妨害を相殺する目的で整合させる必要がある。１つの吸収層８を設けるのではなく、複数の吸収層を設けることもできる。
【００２１】
レーザ共振器の透過率ＴＲｅｓは殊に、レーザ共振器中の吸収層８の材料、厚さおよび位置に依存し、それゆえこれらのパラメータを変化させることができる。たとえば発光波長が８５０ｎｍであれば、約２０ｎｍの厚さの砒化ガリウム層が適している。吸収と吸収層の位置との関係によれば、レーザ共振器内に形成される定在波領域の腹における吸収作用が定在波の節における吸収作用よりも大きくなる。たしかに吸収層８によって共振器の透過率ＴＲｅｓを低減すべきであるけれども、これと同時にレーザの動作にも妨害が及ぼされないようにすべきであるので、有利であるのは吸収層を定在波フィールドの節に位置決めすることである。
【００２２】
フィードバック光に対する半導体レーザの最適な反作用感度を最低限に抑えるために最適なレーザ共振器の透過率ＴＲｅｓは、出力結合ミラー４の反射率と半導体レーザの出力パワーにも左右される。図２には、反作用感度の尺度として用いられる出力パワーのノイズ振幅ΔＰに関するシミュレーションが描かれており、これはレーザ共振器の透過率ＴＲｅｓに依存して出力結合ミラー４の３つの異なる反射率Ｒについて示されている。特性曲線１２により出力結合ミラーの反射率Ｒ＝９９．３％のときの反作用感度が示されており、特性曲線１３により出力結合ミラーの反射率Ｒ＝９９．６％のときの反作用感度が、さらに特性曲線１４により出力結合ミラーの反射率Ｒ＝９９．８％のときの反射率が示されている。このシミュレーションによって明らかにされるのは、レーザ共振器の透過率ＴＲｅｓと出力結合ミラー４の反射率との特定の組み合わせを用いたときにだけ、最小の反作用感度を達成できることである。たとえば、吸収層８のパラメータを介して調整可能なレーザ共振器の透過率ＴＲｅｓに対する有利な値は、シミュレーションによれば出力結合ミラーの反射率Ｒ＝９９．６％のときに約０．９８５となる。
【００２３】
図３のダイアグラムには、出力結合ミラー４の反射率が９９．６％という一定の値のときの半導体レーザのノイズ振幅ΔＰが、レーザ共振器の透過率ＴＲｅｓに依存して半導体レーザの３つの異なる出力パワーについて示されている。この場合、特性曲線１５により出力パワーＰ＝０．７ｍＷのときの依存性が示されており、特性曲線１６により出力パワーＰ＝１ｍＷのときの依存性が、さらに特性曲線１７により出力パワーＰ＝１．３ｍＷのときの依存性が示されている。種々の出力パワーにおいて利用するために設けられている半導体レーザに関して有利であるのは、出力パワーの幅広い範囲にわたりノイズ振幅ΔＰが僅かになるようレーザ共振器の透過率ＴＲｅｓを調整することである。図３のようにシミュレートされた例において有用であるのは、レーザ共振器の透過率ＴＲｅｓを適切な吸収層８の挿入により０．９８６という値となるよう調整することである。その理由は、透過率ＴＲｅｓ＝０．９８６のときのノイズ振幅ΔＰは考察したすべての出力パワーに関して僅かだからである。
【００２４】
本発明の範囲は、実施例に基づく本発明の既述の説明に限定されるものではない。むしろ本発明はあらゆる新しい特徴ならびにそれらの特徴のあらゆる組み合わせを含むものであり、これには殊に特許請求の範囲に記載した特徴の組み合わせ各々が含まれ、このことはそのような組み合わせが特許請求の範囲に明示的には記載されていないにしてもあてはまる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に従い吸収層がレーザ共振器内に設けられている面発光型半導体レーザの１つの実施形態に関する断面図
【図２】出力結合ミラーの３つの異なる反射率Ｒに関して共振器の透過率ＴＲｅｓに依存した半導体レーザのノイズ振幅ΔＰのシミュレーションを示す図
【図３】半導体レーザの３つの異なる出力パワーＰに関して共振器の透過率ＴＲｅｓに依存した半導体レーザのノイズ振幅ΔＰのシミュレーションを示す図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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