[发明专利]具有色散补偿外腔的锁模半导体激光二极管

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有半导体激光装置和色散补偿光学系统的半导体激光设备组件。

背景技术

近年来，在先进的科学研究中越来越多地使用具有阿秒或飞秒级激光脉冲时间宽度的超短脉冲和超高输出激光设备。另外，在关于解决皮秒或飞秒的超高速现象以及使用高峰值功率上的超短脉冲激光吸引了科学界的注意，并且积极研究其在诸如精细处理或双光子成像等实际用途中的应用。此外，期望将由GaN基化合物半导体构成的并且具有发射波长约405nm的高输出超短脉冲半导体激光设备用于卷型光盘系统的光源(该卷型光盘系统是被期望用作蓝光光学系统的下一代的光盘系统)、医学领域或生物成像领域所需的光源以及覆盖整个可见光范围的相干光源。

作为超短脉冲和超高输出激光设备，已知的是例如钛/蓝宝石激光；然而，相关的钛/蓝宝石激光设备较为昂贵并且其固态激光光源尺寸较大是阻碍普及该技术的主要因素。另外，还要求使用用于使连续光振荡的其它固态激光设备进行励磁，并且因此能量效率并不一定高。另外，大尺寸谐振器不易于机械稳定，在维护方面要求具备专门知识。如果使用半导体激光装置实现超短脉冲和超高输出激光，这可实现尺寸非常小、价格低、功耗低和高稳定性的优点，并且从而会是在促进在这些领域内的广泛普及中的突破。

引用列表

非专利文献

NPL1：T.Schlauch et al.,Optics Express,Vol.18,p24136(2010)

发明内容

技术问题

作为使用半导体激光装置生成具有约几皮秒的时间宽度的光脉冲的方法，已知的是锁模方法。锁模方法包括主动锁模和被动锁模，在主动锁模中，增益或损失以与单圈时间相同的周期在谐振器内调制，在被动锁模中，在半导体激光设备中提供和操作显示非线性光学响应的可饱和吸收体，被动锁模适合于生成具有约几皮秒或以下的脉冲时间宽度的光脉冲。

在其中每个脉冲的能量相同的情况下，在脉冲时间宽度减小时，光脉冲的峰值功率升高，并且明显显示出靶向非线性现象。因此，超短光脉冲光源的其中一个性能指数可为小脉冲时间宽度。在市场中的可生成脉冲时间宽度约为10飞秒的光脉冲的被动锁模钛/蓝宝石激光设备是可用的。相反，在被动锁模半导体激光装置中，电流注入式量子阱激光设备的脉冲时间宽度一般约为1皮秒至2皮秒。由于半导体激光设备具有足够大的增益带宽，其具有能生成亚皮秒光脉冲的潜在性能，但陈述生成亚皮秒光脉冲的例子还几乎是未知的。

基于锁模方法驱动半导体激光装置时，阻碍生成具有亚皮秒或以下的脉冲时间宽度的光脉冲的主要因素可包括生成脉冲时在光脉冲中产生的线性调频脉冲。在半导体激光装置中，有源层(增益部分)的载流子密度随着脉冲的生成而临时改变，因此，有源层的折射率也随之改变。由于这个原因，半导体激光装置中生成的光脉冲的频率在脉冲的持续时间内改变。该频率改变被称为线性调频脉冲，并且如果线性调频脉冲较强，难以将在谐振器内部循环的光脉冲的各个频率的相位对准，并且难以减小脉冲时间宽度。

为了解决这种线性调频脉冲造成的难以减小脉冲时间宽度的问题，提供了一种在外部谐振器内提供色散补偿光学系统的方法。在多种情况下，该方法被用在锁模钛/蓝宝石激光设备中，但也陈述了少数被用在锁模半导体激光装置中的例子。该方法并非取决于增益介质或可饱和吸收体的类型或励磁方法，并且因此具有广泛的应用范围和优势。NPL1“T.Schlauch等人，光学快讯，第18卷，第24136页(2010)”陈述了使用衍射光栅限制具有色散补偿光学系统的锁模半导体激光装置中生成的光脉冲的脉冲时间宽度的试验。这里，NPL1陈述生成的光脉冲的光谱随着色散补偿量而改变，但脉冲时间宽度没有改变，没有达到生成具有皮秒或以下的脉冲时间宽度的光脉冲的结果。

因此，本发明的目的在于提供一种具有能够输出超短脉冲激光的配置和结构的电流注入式半导体激光设备组件。

问题解决方案

与本发明的一个方面有关的半导体激光设备包括锁模半导体激光装置和外部谐振器，所述外部谐振器包括色散补偿系统，其中，所述半导体激光设备用于生成自调制、将负群速度色散引入外部谐振器中并在外部谐振器之后提供光谱过滤功能。

与本发明的另一个方面有关的生成光脉冲的方法包括：提供半导体激光设备，所述半导体激光设备包括锁模半导体激光装置、外部谐振器和外部谐振器内的色散补偿光学系统；通过利用半导体激光设备生成自调制、将负群速度色散引入外部谐振器中并在外部谐振器之后提供光谱过滤功能来生成光脉冲。