Способ синхронизации линейки лазерных диодов

Изобретение относится к области лазерной техники. Способ заключается в том, что на линейку лазерных диодов (1) с коллимирующей цилиндрической линзой (2) помещают резонансное решеточное волноводное зеркало (3) под углом к выходному торцу линейки лазерных диодов (1) с дифракционной решеткой на одной или нескольких поверхностях раздела сред резонансного решеточного волноводного зеркала (3), выполненной в виде гофра. При этом угол наклона, параметры резонансного решеточного волноводного зеркала (3) и дифракционной решетки подбирают таким образом, чтобы в резонансном решеточном волноводном зеркале (3) при падении на него +1 или -1 порядка дифракции излучения линейки лазерных диодов (1) возбуждались две моды, распространяющиеся в противоположных направлениях, при взаимодействии которых с дифракционной решеткой резонансного решеточного волноводного зеркала (3) они излучаются в прилегающие к упомянутому резонансному решеточному волноводному зеркалу (3) среды. Резонансное решеточное волноводное зеркало (3) обладает просветляющими свойствами, исключающими паразитную генерацию на френелевском отражении и обеспечивающую выход излучения в виде -1 или +1 порядка дифракции излучения линейки лазерных диодов (1). Технический результат заключается в обеспечении возможности формирования выходного излучения в виде одного +1 или -1 порядка дифракции от линейки лазерных диодов с расходимостью, определяемой ее полной апертурой. 4 ил.

 

Изобретение относится к области лазерной техники, в частности к способу синхронизации линейки лазерных диодов.

Основной принцип синхронизации заключается в обеспечении поперечной пространственной когерентности излучения обратной связи для всех излучателей линейки лазерных диодов.

Известен способ синхронизации линейки лазерных диодов с использованием резонансного решеточного волноводного зеркала. (RU, 2008140133 А, 20.04.2010). В известном способе диаграмма направленности выходного излучения содержит два лепестка, для формирования однолепестковой диаграммы направленности выходного излучения синхронизированной линейки лазерных диодов используется дополнительная корректирующая фазовая дифракционная решетка.

Заявляемый способ позволяет исключить этот дополнительный элемент и обеспечить выходное излучение в виде одного пучка дифракционного качества.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в синхронизации всех излучателей линейки лазерных диодов, причем соседние диоды излучают в противофазе, и формировании выходного излучения в виде одного +1 или -1 порядка дифракции от линейки лазерных диодов с расходимостью определяемой ее полной апертурой.

Указанный технический результат достигается тем, что способ синхронизации линейки лазерных диодов, при котором излучение соседних лазерных диодов находится в противофазе, заключается в том, что на линейку лазерных диодов с коллимирующей цилиндрической линзой помещают резонансное решеточное волноводное зеркало под углом к выходному торцу линейки лазерных диодов с дифракционной решеткой на одной или нескольких границах раздела сред резонансного решеточного волноводного зеркала, выполненной в виде гофра, где угол наклона, параметры резонансного решеточного волноводного зеркала и дифракционной решетки подбирают таким образом, чтобы в резонансном решеточном волноводном зеркале при падении на него +1 или -1 порядка дифракции излучения линейки лазерных диодов возбуждались две моды, распространяющиеся в противоположных направлениях, при взаимодействии которых с дифракционной решеткой резонансного решеточного волноводного зеркала они излучаются в прилегающие к упомянутому резонансному решеточному волноводному зеркалу среды, при этом резонансное решеточное волноводное зеркало обладает просветляющими свойствами, исключающими паразитную генерацию на френелевском отражении и обеспечивающую выход излучения в виде -1 или +1 порядка дифракции излучения линейки лазерных диодов.

Реализация способа синхронизации линейки лазерных диодов заключается в следующем.

Непосредственно за коллимирующей цилиндрической линзой (2), установленной перед просветленным выходным торцом линейки лазерных диодов (1), помещают резонансное решеточное волноводное зеркало (3) (далее - резонансное зеркало), выполненное в виде гофрированного планарного волновода, обладающего резонансным отражением на длине волны генерации линейки лазерных диодов (1) при падении света перпендикулярно его поверхности (см. Фиг.1). Излучение синхронизированной линейки лазерных диодов (1), в которой соседние диоды излучают в противофазе, аналогично излучению от соответствующей дифракционной решетки. Резонансное зеркало (3) устанавливают под углом к выходному торцу линейки лазерных диодов (1), обеспечивающим резонансное отражение только одного +1 или -1 порядка дифракции. При этом другой -1 или +1 порядок дифракции, для которого резонансное зеркало (3) прозрачно, формирует выходной пучок линейки лазерных диодов (1) (см. Фиг.2). Этот пучок имеет дифракционную расходимость излучения, определяемую полной апертурой линейки лазерных диодов (1), и может рассматриваться как фундаментальная мода выходного излучения.

Резонансное зеркало (3) представляет собой диэлектрическое покрытие в виде чередующихся слоев высокого и низкого показателей преломления, нанесенных на гофрированную поверхность отдельной подложки. Диэлектрическое покрытие и параметры гофра рассчитаны таким образом, чтобы с одной стороны ширина углового резонанса отражения было много меньше угловой расходимости излучения отдельного диода в плоскости p-n перехода, а с другой стороны превышала дифракционную расходимость излучения, определяемую полной апертурой линейки лазерных диодов (1). Кроме того, покрытие должно обладать просветляющим свойством для излучения с углами падения или длиной волны вне пределов резонанса.

Принцип работы резонансного зеркала (3) заключается в следующем. Параметры волновода и дифракционной решетки (период решетки Λ) подбираются таким образом, чтобы при падении плоской волны с длиной волны λ нормально к поверхности волновода в нем возбуждались две волноводные моды, распространяющиеся в противоположных направлениях. При распространении в волноводе эти моды взаимодействуют с гофрированными границами раздела сред и излучаются в прилегающие к волноводу среды. Дистанция взаимодействия мод с решеткой Lrad определяется ее силой (глубиной гофра σ) и в практических устройствах может достигать нескольких миллиметров. Это расстояние соответствует минимальному размеру поперечной когерентности пучка света отраженного резонансным зеркалом (3) (см., например, «Отражение ограниченного пучка света на волноводной решетке ограниченных размеров». Квантовая электроника, 1997, т.24, с.457, Д6).

На Фиг.3 в качестве примера приведена резонансная зависимость коэффициента отражения плоской волны с длиной волны λ=930 нм от угла падения (вектор электрического поля волны лежит в плоскости падения - ТМ поляризация). В этом примере резонансное зеркало (3) представляет собой просветляющее двухслойное диэлектрическое покрытие в виде пленки пентаокиси тантала толщиной 178,2 нм (показатель преломления 2,1931) и пленки двуокиси кремния толщиной 102,9 нм (показатель преломления 1,4827), последовательно нанесенных на гофрированную поверхность подложки из плавленого кварца с периодом гофра Λ=580 нм и его глубиной σ=48 нм, соответственно.

Дополнительным преимуществом резонансного зеркала (3) является также его селективность по длине волны. На Фиг. 4 приведена спектральная зависимость коэффициента отражения резонансного зеркала (3).

Механизм синхронизации линейки лазерных диодов (1) поясняется на Фиг. 2. Минимальная величина расходимости излучения отдельного диода линейки лазерных диодов (1) оценивается как λ/d, где d - полная апертура диода, и для величины d, равной 4 мкм, при длине волны λ=930 нм равна 29 угловых градуса.

В случае, когда излучение отдельных диодов не синхронизовано, то излучение линейки лазерных диодов (1) имеет расходимость не менее расходимости отдельного диода, которая в свою очередь значительно превышает угловую ширину резонанса 0,25 градуса в приведенном выше примере резонансное зеркало (3). Это приводит к низкому эффективному коэффициенту отражения резонансное зеркало (3) и подавляет индивидуальную генерацию лазерных диодов.

В случае, когда излучение линейки лазерных диодов (1) синхронизовано, причем соседние диоды излучают в противофазе, тогда излучение линейки лазерных диодов (1) падающей на резонансное зеркало (3) является излучением +1 или -1 порядка дифракции плоской волны, прошедшей через соответствующую фазовую дифракционную решетку (распределение амплитуды волны показано в верхней части Фиг. 2). Угловую расходимость +/-1 порядка дифракции можно оценить как A/D, где D - полная апертура линейки лазерных диодов (1). Для величины D равной 0.2 мм при длине волны λ=930 нм эта расходимость оценивается в 0,27 угловых градуса, которая сопоставима с угловой шириной резонанса в приведенном выше примере резонансное зеркало (3). Долю мощности в соответствующем порядке дифракции можно оценить как 0.4 от полной мощности излучения линейки лазерных диодов (1). Этот порядок дифракции отразится резонансным зеркалом (3) с приведенными параметрами с эффективностью более 75%. Обратно в резонатор дифрагирует порядка 0,12=0,4 0,75 0,4 от полного излучения линейки лазерных диодов (1) при условии идеального ее согласования с коллимирующей цилиндрической линзой (2). Таким образом, эффективность обратной связи ожидается близкой к оптимальной.

В предварительных экспериментах с линейкой из 25 лазерных диодов, расположенных на расстоянии 8 мкм друг от друга, коллимирующей просветленной цилиндрической линзой (2) с фокусным расстоянием 290 мкм и резонансное зеркало (3) с параметрами, приведенными выше, было получено 0,3 Вт выходного излучения линейки лазерных диодов (1) с расходимостью в плоскости линейки, определяемой полной ее апертурой при токе накачки в два раза превышающем пороговое значение.

Способ синхронизации линейки лазерных диодов, при котором излучение соседних лазерных диодов находится в противофазе, заключающийся в том, что на линейку лазерных диодов с коллимирующей цилиндрической линзой помещают резонансное решеточное волноводное зеркало под углом к выходному торцу линейки лазерных диодов с дифракционной решеткой на одной или нескольких поверхностях раздела сред резонансного решеточного волноводного зеркала, выполненной в виде гофра, где угол наклона, параметры резонансного решеточного волноводного зеркала и дифракционной решетки подбирают таким образом, чтобы в резонансном решеточном волноводном зеркале при падении на него +1 или -1 порядка дифракции излучения линейки лазерных диодов возбуждались две моды, распространяющиеся в противоположных направлениях, при взаимодействии которых с дифракционной решеткой резонансного решеточного волноводного зеркала они излучаются в прилегающие к упомянутому резонансному решеточному волноводному зеркалу среды, при этом резонансное решеточное волноводное зеркало обладает просветляющими свойствами, исключающими паразитную генерацию на френелевском отражении, и обеспечивающую выход излучения в виде -1 или +1 порядка дифракции излучения линейки лазерных диодов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к полупроводниковой электронике. .

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано для изготовления мощного, с равномерной диаграммой направленности излучения, излучателя лазерного полупроводникового инжекционного импульсного режима работы с нормированной силой излучения в телесном угле с расходимостями в двух взаимно перпендикулярных направления у и х, превышающими расходимость излучения используемых блоков лазерных диодов соответственно в плоскостях перпендикулярной и параллельной || плоскостям их р-n-переходов по уровню 0,5.

Изобретение относится к высокояркостным и с высокой плотностью выходной мощности источникам излучения, преимущественно на основе лазерных диодов. .

Изобретение относится к высокояркостным и с высокой плотностью выходной мощности источникам излучения, преимущественно на основе лазерных диодов. .

Изобретение относится к оптоэлектронной технике, точнее - к компактным источникам лазерного излучения в инфракрасном диапазоне длин волн, а именно к полупроводниковым одночастотным источникам инфракрасного (ИК) излучения на основе лазера с дисковым резонатором, работающего на модах шепчущей галереи (Whispering Gallery Modes - WGM).

Изобретение относится к радиотехнике и оптоэлектронике, а именно к волоконно-оптическим системам передачи аналоговых сигналов. .

Изобретение относится к области лазерной техники, и, в частности, к способу синхронизации линейки лазерных диодов и к фазовому решетчатому зеркалу для реализации способа.

Изобретение относится к области лазерной техники и, в частности, к способу синхронизации линейки лазерных светодиодов и к резонансному решетчатому волноводному зеркалу для реализации способа.

Изобретение относится к квантовой электронике и электронной технике и может быть использовано в приборах с мощным световым лучом, в частности в телепроекторах, лазерных локаторах.

Изобретение относится к лазерной технике и медицинской электронике, а именно к приборам на основе лазерных диодов. .

Устройство лазерной оптической накачки квантового дискриминатора относится к области квантовой электроники и может быть использовано в квантовых стандартах частоты. Достигаемый технический результат - улучшение шумовых свойств за счет применения малошумящей схемы стабилизации частоты света оптической накачки. Устройство содержит оптически связанные лазерный излучатель, оптический модуль коррекции частоты с Y-образным оптическим разветвителем на выходе и квантовый дискриминатор, выход которого через фотодетектор связан с сигнальным входом блока обратной связи, выход которого связан с управляющим входом оптического модуля коррекции частоты, а блок обратной связи содержит синхронный детектор, интегратор, синтезатор сетки частот, управляемый буферный усилитель, генератор сигнала модуляции, задатчик уровня и дифференциальный усилитель. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к квантовой электронной технике. В интегральный инжекционный лазер введены верхняя управляющая область второго типа проводимости, примыкающая к верхнему волноводному слою, нижняя управляющая область второго типа проводимости, примыкающая к нижнему волноводному слою, нижняя управляющая область первого типа проводимости, примыкающая сверху к подложке, а снизу - к нижней управляющей области второго типа проводимости и образующая с ней p-n-переход, омический контакт к нижней управляющей области первого типа проводимости, управляющий металлический контакт, примыкающий сверху к верхней управляющей области второго типа проводимости и образующий с ней переход Шоттки. Нижняя граница зоны проводимости нижнего волноводного слоя находится ниже нижней границы зоны проводимости квантоворазмерной активной области и при этом выше нижней границы зоны проводимости верхнего волноводного слоя. Верхняя граница валентной зоны нижнего волноводного слоя находится ниже верхней границы валентной зоны активной области и при этом выше верхней границы валентной зоны верхнего волноводного слоя. Технический результат заключается в обеспечении возможности увеличения быстродействия устройства. 3 ил.

Изобретение относится к области оптоэлектроники. Драйвер полупроводникового лазера 1 выполнен с возможностью подключения к его выходу оптического волокна 2, и содержит регулируемый источник 3 тока, блок 4 управления, датчик 5 тока и датчик 6 мощности излучения лазера 1. При этом выход датчика 6 мощности 1 подключен к первому входу блока 4 управления, к оптическому входу датчика 6 мощности 1 подключен первый оптический выход лазера 1, ко второму оптическому выходу лазера 1 подключено оптическое волокно 2, выход регулируемого источника 3 тока подключен к электрическому входу лазера 1 и ко входу датчика 5 тока, выход которого соединен со вторым входом блока 4 управления, выход которого соединен со входом регулируемого источника 3 тока. Дополнительно содержится инфракрасный фотодиод 7, спектр чувствительности которого не перекрывает длину волны излучения лазера 1, усилитель-преобразователь 8 тока инфракрасного фотодиода 7 и блок 9 обработки сигнала и передачи данных. При этом оптическое волокно 2 выполнено с ответвлением 10, выход которого подключен ко входу инфракрасного фотодиода 7, выход которого соединен со входом усилителя-преобразователя 8 тока инфракрасного фотодиода 7, выход которого соединен со входом блока 9 обработки сигнала и передачи данных и третьим входом блока 4 управления. Технический результат заключается в обеспечении возможности контроля и поддержания заданного уровня температуры торца рабочего оптического волокна. 1 ил.

Изобретение относится к квантовой электронике. Инжекционный лазер с модулированным излучением на основе гетероструктуры содержит секцию (1), секцию (2) управления, элемент (3), обеспечивающий электрическую изоляцию первого омического контакта (4) секции (1) усиления от второго омического контакта (5) секции 2 управления, элемент (6), обеспечивающий оптическую связь секции (1) усиления и секции (2) управления, оптический резонатор для ФПМ и оптический резонатор для ЗМ. Секция (1) усиления включает активную область (11), состоящую из по меньшей мере одного квантоворазмерного активного слоя, расположенную в волноводном слое (12), заключенном между широкозонным эмиттером (13) n-типа проводимости и широкозонным эмиттером (14) p-типа проводимости, первый омический контакт (4) к широкозонному эмиттеру (14) p-типа проводимости, подложку (15), третий омический контакт (16) к подложке (15). Секция (2) управления включает активную область (17), состоящую по меньшей мере из одного квантоворазмерного активного слоя, расположенную в волноводном слое (18), заключенном между широкозонным эмиттером (19) n-типа проводимости и широкозонным эмиттером (20) p-типа проводимости, второй омический контакт (5) к широкозонному эмиттеру (20) p-типа проводимости, подложку (15), третий омический контакт (16) к подложке (15). Технический результат заключается в обеспечении возможности снижения мощности сигналов управления. 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области лазерной техники

Наверх