[发明专利]激光二极管组件和半导体光学放大器组件

说明书

技术领域

本发明涉及激光二极管组件和半导体光学放大器组件。

背景技术

现今，超短脉冲超高功率激光积极地用于利用具有阿秒或飞秒的脉冲时间的激光束的尖端科学领域的研究。从说明皮秒或飞秒中的超高速现象的科学兴趣来积极地研究超短波脉冲激光，此外，积极地研究超短波脉冲激光的诸如使用高峰值功率的微细制造或双光子成像的实际应用。包括发射波长带为405nm的基于GaN的化合物半导体的高功率超短脉冲激光二极管器件期望作为蓝光光盘系统之后的下一代光盘系统所预期的容积光盘系统(volumtric optical disk)的光源、医疗领域或生物成像领域中所需的光源、或覆盖整个可见光范围的相干光源。

例如，钛/蓝宝石激光器被称为超短脉冲超高功率激光器。然而，钛/蓝宝石激光器是昂贵的较大的固态激光光源，这是阻碍激光器技术传播的主要因素。如果超短脉冲超高功率激光器可以由激光二极管或激光二极管器件来实现，那么可以实现尺寸小型化、低价格化、低功率消耗和高稳定性，这在促进以上领域中的激光器技术的普及是可能的突破。

激光二极管组件具有在405nm带中的高峰值功率皮秒脉冲光源的全部半导体结构，该激光二极管组件通常具有MOPA(主控振荡器和功率放大器)结构。具体地，该组件由生成皮秒脉冲的激光二极管和放大所生成的皮秒脉冲的半导体光学放大器(SOA)构成。这里，光学放大器直接放大光信号，而无需将光信号转换为电信号，该光学放大器具有没有谐振器的激光器结构，因此通过放大器的光学增益放大入射光。生成具有MOPA结构的皮秒脉冲的脉冲光源具体地包括具有外部谐振器的锁模激光二极管组件。

该锁模激光二极管组件可以通过例如配置在激光二极管器件的光轴上的多电极锁模激光二极管器件和外部谐振器实现。多电极锁模激光二极管器件的一个端面上通常具有高反射涂层，因此也用作与外部谐振器相对的反射镜。此外，配置诸如衍射光栅或包括介电多层膜的带通滤波器的波长选择元件，使得其可以选择振荡波长。

当衍射光栅用作波长选择元件时，外部谐振器由衍射光栅构成，一次衍射光返回至激光二极管器件，从而可以选择振荡波长。这种装置被称为利特罗(Littrow)装置或利特曼(Littman)装置，并用于连续振荡可调谐激光器(例如，见日本未审查专利申请公开NO.2001-284716，Heim等人的Electronics Letters(电子快报)，第33卷，第16号，第1387页(1997年)，Struckmeier等的Optics Letters(光学快报)，第24卷，第22号，第1573页(1999年))。当带通滤波器用作波长选择元件时，带通滤波器配置在激光二极管器件和外部谐振器之间以提供波长选择性(例如，见日本未审查专利申请公开No.2002-164614)。

发明内容

在锁模激光二极管器件或激光二极管放大器中，当生成光脉冲或放大光脉冲时，活性介质中的载流子数在次皮秒至皮秒的极短时间内变化。由于载流子数的这种短暂变化引起确定正在生成和放大的光波长的载流子能量分布变化，所以该短暂变化可以是光脉冲持续时间内的波长变化的原因。此外，载流子数目的变化对应于活性介质折射率的变化。被称为自相位调制的这些现象导致光输出谱的长波长移动(波长移动至更长的波长侧)。在锁模激光二极管器件或激光二极管放大器中，由于光脉冲的生成或放大过程包括这种复杂的过程，很难生成或放大在光脉冲的持续时间内波长恒定和相位均匀的光脉冲。

从锁模激光二极管器件或激光放大器发射的光脉冲通常具有包含由于自相位调制引起的脉冲持续时间内光强度波动的分量，因此，例如，光脉冲不适当地用于诸如包括高峰值功率的双光子吸收的非线性光学现象。

期望提供可以消除在锁模激光二极管器件或半导体光学放大器发射的脉冲激光束的持续时间内消除光强度波动的激光二极管组件和半导体光学放大器组件，其中光输出谱通过自相位调制示出长波长移动。

根据本发明实施方式的激光二极管组件包括锁模激光二极管器件，其中光输出谱通过自相位调制示出长波长移动，外部谐振器和波长选择元件。由波长选择元件提取从锁模激光二极管器件穿过外部谐振器发射的脉冲激光束的长波分量，并输出至外部。

根据本发明实施方式的半导体光学放大器组件包括半导体光学放大器，其中光输出谱通过自相位调制示出长波长移动，以及波长选择元件。由波长选择元件提取从半导体光学放大器输出的脉冲激光束的长波分量，并输出至外部。