包括光学泵浦扩展腔激光器的激光设备的制造方法_3

文档序号:9925513阅读:来源:国知局
减少调节努力。扩展腔反射镜150的反射率尽可能高(例如> 99.9%)使得没有激光射束194可以穿过扩展腔反射镜150。增益元件160以以下方式布置:与扩展腔反射镜150—起构建稳定的扩展激光腔,但是激光射束194可以在热沉120的方向上穿过增益元件。热沉120因而具有在增益元件的至少部分下方的孔使得可以发射激光射束194。热沉120可以包括如铜那样的具有高热导率的材料。在增益元件下方的热沉120中的孔可以填充有对于激光射束194透明但是相比于空气而言具有改进的热导率的材料。
[0026]图3示出VCSEL栗浦激光器110的原理概图。该图示出VCSEL栗浦激光器110的横截面,其示出光学谐振器。光学谐振器包括底部DBR 115和顶部DBR 113以及夹在底部DBR 115与顶部DBR 113之间的有源层114。底部DBR 115是高反射性的(>99%)并且顶部DBR 113具有稍微更小的反射率(>95%)以便使得能够实现经由顶部DBR 113的栗浦射束191的发射。VCSEL因而是所谓的顶部发射器。有源层114包括构建量子阱结构的数个层。底部DBR 115布置在比如GaAs衬底之类的衬底上。VCSEL借助于底部电极117和环形电极112来接触。底部电极117提供在与底部DBR 115相对的衬底侧面上。环形电极112提供在顶部DBR 113的顶部上。如果向电极112,117提供充足的电压和电流,则VCSEL栗浦激光器发射栗浦射束191。在不影响层的功能性的情况下层的布置的变化对于本领域技术人员是公知的。VCSEL栗浦激光器110可以例如还配置为所谓的底部发射器,其通过底部DBR并且在该情况下透明的衬底来发射栗浦射束191。DBR的反射率以及电极的布置必须相应地适配。
[0027]图4示出增益元件160的横截面的原理概图。增益元件包括底部DBR165和可选地顶部DBR 163以及夹在底部DBR 165与顶部DBR 163之间的有源层164。底部DBR 165是高反射性的(>99%)并且顶部DBR 163具有例如50%的小反射率使得在没有附加技术措施的情况下激光发射是不可能的。顶部DBR 163可以甚至被移除并且仅可以提供抗反射涂层。因此,需要借助于扩展腔反射镜150的附加光学反馈以便使得如果借助于栗浦激光器110光学栗浦增益元件则能够实现激光发射。通过比较图3中所示的VCSEL栗浦激光器110和图4中所示的增益元件160的结构,显然的是,两者可以制造在一个衬底上。衬底116和166在该情况下将相同,并且增益元件160在该情况下可以包括未使用的底部电极117,或者底部电极117可以在增益元件160下方移除。有源层的量子阱层以及顶部和底部DBR的层顺序和层结构在该情况下必须适配于要由栗浦激光器110发射的栗浦射束191的波长以及要借助于增益元件160与扩展腔反射镜150组合地发射的激光射束194的波长。这可能造成一些附加处理步骤。在一个衬底上处理栗浦激光器110和增益元件160可以减少组装激光设备的努力。此外,增益元件160可以以穿过底部DBR 163的激光发射是可能的方式来布置。底部DBR 163在该情况下可以以反射率为大约95%的方式来制造。
[0028]图5示出第三激光设备100的横截面的原理概图。各个栗浦斑点通过作为公共抛物面反射镜的栗浦反射镜240而实现,但是其中栗浦激光器110的栗浦射束191具有到栗浦反射镜240上的不同入射角,因而导致分离的栗浦斑点170。入射角中的差异可以例如通过使用射束操纵器300来实现,比如微透镜阵列,以使栗浦激光器110的栗浦射束191准直。栗浦激光器110的微透镜阵列在平行于阵列平面的方向上稍微未对准,导致栗浦射束191和经反射的栗浦射束192的倾斜,其引起增益元件160上的栗浦斑点170的横向偏移。用于各个谐振射束193和最终发射的激光射束194的扩展激光腔通过作为公共平坦反射镜的扩展腔反射镜250和例如增益元件160的底部DBR 165来形成。此外,聚焦透镜270以其中每个栗浦斑点170—个透镜的透镜阵列的形式提供以使谐振射束193聚焦于相应栗浦斑点170。扩展腔反射镜250、栗浦反射镜240和聚焦透镜270由一个第一光学元件200所包括。光学元件由在谐振射束193的频率范围中具有低吸收的玻璃制成。栗浦反射镜240和聚焦透镜270提供在与栗浦激光器110和增益元件相邻的侧面上。并且,扩展腔反射镜250提供在第一光学元件200的相对侧面上。栗浦反射镜240和扩展腔反射镜可以通过涂敷第一光学元件的相应区域来制造。聚焦透镜270可以是可以通过按压或研磨来处理的球形突起的阵列。
[0029]图6示出第四激光设备100的横截面的原理概图。配置类似于关于图5所描述的配置,但是第一光学元件200被第二光学元件400所取代。栗浦反射镜440以与图5的栗浦反射镜240相同的方式配置,但是聚焦透镜270的透镜阵列被包括一个公共透镜的射束转向器480所取代。形成在增益元件160中的热学透镜聚焦谐振射束193使得谐振射束193在不同点处撞击透镜表面(射束转向器480),使得谐振射束193被不同地衍射并且聚焦在透镜的焦点中,该焦点同时是扩展腔反射镜450的中间点,扩展腔反射镜450是取代图5的平坦反射镜的球形反射镜。谐振射束193因而被反射回到对应栗浦斑点170。因而,所有栗浦斑点170的图像在一个腔体往返之后成像到自身上并且不耦合到公共谐振器模式,导致在不同角度之下离开扩展腔谐振器的各个激光射束194。因此可能的是取决于栗浦激光器110、栗浦反射镜440的布置以及增益元件160的形状来辐照比增益元件160的尺寸大得多的线条或区域。关于机械或光学支持设备(例如扫描仪)的努力因而可以减少。第二光学元件400在该实施例中包括栗浦反射镜440、射束转向器480和扩展腔反射镜450。在可替换方案中,可以使用分离的设备(例如分离的球形反射镜)以便提供相同的功能性。
[0030]图7示出具有不同栗浦斑点171,172的增益元件160的第一示例。第一栗浦斑点171是圆形的并且由具有比第一栗浦斑点171更大的直径的第二圆形栗浦斑点172所包括。激光射束194的射束形状因而可以借助于与第二栗浦斑点172的(多个)栗浦激光器独立地开关第一栗浦斑点171的(多个)栗浦激光器110来影响。
[0031]图8示出具有不同栗浦斑点171,172的增益元件160的第二示例。第一栗浦斑点171再次是如图7中所示的圆形的。第二栗浦斑点172借助于重叠每一个提供圆形栗浦斑点的六个栗浦激光器110的栗浦斑点来构建。六个栗浦激光器110分组在一起使得同时发射栗浦射束191。第二栗浦斑点172包括如果对应于第一栗浦斑点171的(多个)栗浦激光器110关断则不被栗浦的中部中的区域。
[0032]图9示出具有不同栗浦斑点171,172的增益元件160的第三示例。栗浦斑点171,172布置在具有ΙΟΟμπι间距的规则阵列中。每一个栗浦斑点171,172对应于可以单独开关的一个栗浦激光器110。每个区域所辐照的能量因而可以通过开关栗浦激光器来适配。
[0033]图10示出包括激光设备110的激光系统500的横截面的原理概图。激光系统500是包括关于图6所描述的类型的若干激光设备100和激光控制器525的激光打印系统。每一个激光设备100的各个栗浦激光器110可以借助于激光控制器来控制使得可以在没有任何机械或光学扫描仪系统的情况下辐照整个打印区域。激光打印系统的尺寸可以减小并且可靠性可以增加,因为不需要移动机械部件。
[0034]描述了使得能够实现各个激光射束的受控发射的激光设备。激光设备包括具有一个增益元件的光学栗浦扩展腔激光器,其中提供众
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