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    • 专利摘要:
    Bei einem Scheibenlaser mit einem Halbleiterchip (1), einem außerhalb des Halbleiterchips (1) angeordneten externen Resonatorspiegel (2) und mindestens einer Pumpanordnung (3) zum optischen Pumpen des Halbleiterchips (1) enthält die Pumpanordnung (3) als Elemente einen Pumplaser (4), ein Strahlformungselement (5), ein Umlenkelement (8) und einen konkaven Spiegel (9), wobei die Pumpanordnung (3) eine gemeinsame Montageplattform (6) für die Elemente der Pumpanordnung mit einer den Elementen der Pumpanordnung (3) zugewandten Hauptfläche (7) aufweist.In a disk laser with a semiconductor chip (1), an external resonator mirror (2) arranged outside the semiconductor chip (1) and at least one pump arrangement (3) for optically pumping the semiconductor chip (1), the pump arrangement (3) contains as elements a pump laser (4 ), a beam-shaping element (5), a deflecting element (8) and a concave mirror (9), wherein the pumping arrangement (3) has a common mounting platform (6) for the elements of the pumping arrangement with a main surface facing the elements of the pumping arrangement (3) ( 7).
    公开号:DE102004012014A1
    申请号:DE200410012014
    申请日:2004-03-11
    公开日:2005-10-13
    发明作者:Wolfgang Gramann；Stefan GRÖTSCH；Michael Dr. Kühnelt；Thomas Schwarz；Werner Dr. Späth；Ulrich Dr. Steegmüller
    申请人:Osram Opto Semiconductors GmbH；
    IPC主号:H01S3-094
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft einen Scheibenlaser nach dem Oberbegriff desPatentanspruchs 1.TheThe invention relates to a disk laser according to the preamble ofPatent claim 1.
    [0002] EinScheibenlaser ist ein optisch gepumpter Halbleiterlaser, der auchunter dem Begriff VECSEL (Vertical External Cavity Surface EmittingLaser) bekannt ist. Derartige Scheibenlaser werden beispielsweisein den Druckschriften WO 01/93386 und WO 03/094311 beschrieben,deren Inhalt hiermit durch Referenz aufgenommen wird.OneDisk laser is an optically pumped semiconductor laser, toounder the term VECSEL (Vertical External Cavity Surface EmittingLaser) is known. Such disk lasers are for examplein the publications WO 01/93386 and WO 03/094311,the content of which is hereby incorporated by reference.
    [0003] EinScheibenlaser enthälteinen Halbleiterchip mit einer strahlungsemittierenden aktiven Zone, dieinsbesondere durch eine Quantentrogstruktur gebildet sein kann.Scheibenlaser emittieren typischerweise Strahlung im infrarotenSpektralbereich, wobei weiterhin bekannt ist, die Frequenz der Strahlung durcheinen optisch nicht-linearen Kristall zu konvertieren, insbesonderezu verdoppeln, um beispielsweise Strahlung im grünen, blauen oder ultravioletten Bereichdes Spektrums zu erzeugen.OneDisk laser containsa semiconductor chip having a radiation-emitting active zone, thein particular may be formed by a quantum well structure.Disk lasers typically emit radiation in the infraredSpectral range, wherein it is also known, the frequency of the radiation throughto convert an optically non-linear crystal, in particularto double, for example, radiation in the green, blue or ultraviolet rangeof the spectrum.
    [0004] Zumoptischen Pumpen eines Scheibenlasers wird oftmals ein Diodenlasereingesetzt, der Pumpstrahlung in die aktive Zone des Halbleiterchips desScheibenlasers einstrahlt. Die Pumpstrahlung wird dabei in der Regelauf den Halbleiterchip fokussiert. Beispielsweise ist in der in US 6,167,068 beschrieben,die Pumpstrahlung mittels einer Linse zu fokussieren. Aus der US 6,393,038 B1 istweiterhin bekannt, die Strahlung eines Pumplasers mit einem Spiegelauf den Halbleiterchip zu fokussieren.For optical pumping of a disk laser, a diode laser is often used which radiates pump radiation into the active zone of the semiconductor chip of the disk laser. As a rule, the pump radiation is focused on the semiconductor chip. For example, in the in US 6,167,068 described to focus the pump radiation by means of a lens. From the US 6,393,038 B1 is also known to focus the radiation of a pump laser with a mirror on the semiconductor chip.
    [0005] DerErfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Scheibenlaser mit einerverbesserten Pumpanordnung zum optischen Pumpen des Halbleiterchips anzugeben,die sich insbesondere durch einen vergleichsweise geringen Herstellungs-und Montageaufwand auszeichnet.Of theInvention is based on the object, a disk laser with ato provide an improved pumping arrangement for optically pumping the semiconductor chip,characterized in particular by a comparatively low productionand installation costs.
    [0006] DieseAufgabe wird durch einen Scheibenlaser mit den Merkmalen des Patentanspruchs1 gelöst.Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sindGegenstand der abhängigen Ansprüche.TheseThe object is achieved by a disk laser with the features of the claim1 solved.Advantageous embodiments and further developments of the invention areSubject of the dependent claims.
    [0007] Beieinem Scheibenlaser mit einem Halbleiterchip, einem externen Resonatorspiegelund mindestens einer Pumpanordnung zum optischen Pumpen des Halbleiterchipsenthältdie Pumpanordnung als Elemente einen Pumplaser, ein Strahlformungselement,ein Umlenkelement und einen konkaven Spiegel, wobei die Pumpanordnungeine gemeinsame Montageplattform für die Elemente der Pumpanordnungmit einer den Elementen der Pumpanordnung zugewandten Hauptfläche aufweist.ata disk laser with a semiconductor chip, an external resonator mirrorand at least one pumping arrangement for optically pumping the semiconductor chipcontainsthe pump arrangement as elements a pump laser, a beam-shaping element,a deflecting element and a concave mirror, wherein the pumping arrangementa common mounting platform for the elements of the pumping arrangementhaving a major surface facing the elements of the pumping assembly.
    [0008] EinVorteil des erfindungsgemäßen Halbleiterlasersbesteht darin, dass die Pumpanordnung, die den Pumplaser und dieoptische Anordnung mit dem Strahlformungselement, dem Umlenkelement unddem konkaven Spiegel enthält,bereits vor dem Einbau in den Scheibenlaser montiert, justiert und geprüft werdenkann. Insbesondere könnenauch größere Stückzahlenderartiger Pumpanordnungen im einem Waferverbund hergestellt undanschließendvereinzelt werden. Es ist auch möglich,mehrere derartiger Pumpanordnungen um einen Halbleiterchip herumanzuordnen, um beispielsweise eine höhere Pumpleistung und/odereine möglichstgleichmäßige Ausleuchtungdes Halbleiterchips zu erzielen.OneAdvantage of the semiconductor laser according to the inventionis that the pumping arrangement, the pump laser and theoptical arrangement with the beam-shaping element, the deflection element andcontains the concave mirror,already installed, adjusted and tested before installation in the disk lasercan. In particular, you canalso larger quantitiessuch pumping assemblies are produced in a wafer composite andsubsequentlyto be isolated. It is also possible,several such pumping arrangements around a semiconductor chipto order, for example, a higher pump power and / orone possibleuniform illuminationto achieve the semiconductor chip.
    [0009] DieHauptflächeder Montageplattform ist bevorzugt senkrecht zu einer Hauptstrahlrichtungdes Scheibenlasers angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass eine odermehrere Pumpanordnungen mit verhältnismäßig geringemMontageaufwand neben dem Halbleiterchip angeordnet werden können. Auchder Halbleiterchip des Scheibenlasers kann auf der gemeinsamen Montageplattformder Pumpanordnung montiert sein. In einer bevorzugten Variante istdie Montageplattform mit einer Kühlvorrichtungversehen, um den Pumplaser und/oder den Halbleiterchip des Scheibenlaserszu kühlen.Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Halbleiterchip des Scheibenlasers undder Pumplaser eng benachbart auf einer gemeinsamen Montageplattformmontiert sind, die gekühlt wird.Die zu kühlendeFlächeist dadurch vorteilhaft gering.Themain areathe mounting platform is preferably perpendicular to a main beam directionarranged the disk laser. This has the advantage that one orseveral pumping arrangements with relatively littleAssembly costs can be arranged next to the semiconductor chip. Alsothe semiconductor chip of the disk laser can on the common mounting platformbe mounted the pump assembly. In a preferred variant isthe mounting platform with a cooling deviceprovided to the pump laser and / or the semiconductor chip of the disk laserto cool.It is particularly advantageous if the semiconductor chip of the disk laser andthe pump laser closely adjacent to a common mounting platformare mounted, which is cooled.The to be cooledareaThis is advantageously low.
    [0010] DerPumplaser ist beispielsweise ein kantenemittierender Diodenlaser,der vorzugsweise derart montiert ist, dass er Pumpstrahlung parallelzur Hauptflächeder Montageflächeemittiert.Of thePump laser is, for example, an edge-emitting diode laser,which is preferably mounted such that it parallel pumping radiationto the main areathe mounting surfaceemitted.
    [0011] DasStrahlformungselement ist vorzugsweise eine Zylinderlinse, die zumBeispiel zwischen dem Pumplaser und dem Umlenkelement angeordnetist. Mittels des Strahlformungselements kann insbesondere ein elliptischerStrahlquerschnitt der von dem Pumplaser emittierten Pumpstrahlungin einen elliptischen Strahlquerschnitt mit geringerer Exzentrizität, insbesondereeinen kreisförmigenStrahlquerschnitt, umgewandelt werden. Unter der Exzentrizität e einer Ellipsewird dabei der Ausdruck e = (1 – b2/a2)1/2 verstanden,wobei b die großeHalbachse und a die kleine Halbachse der Ellipse ist.The beam-shaping element is preferably a cylindrical lens, which is arranged, for example, between the pump laser and the deflecting element. In particular, an elliptical beam cross section of the pump radiation emitted by the pump laser can be converted into an elliptical beam cross section with a smaller eccentricity, in particular a circular beam cross section, by means of the beam-shaping element. The eccentricity e of an ellipse is understood to mean the expression e = (1-b 2 / a 2 ) 1/2 , where b is the large semiaxis and a is the small semiaxis of the ellipse.
    [0012] Durchdas Umlenkelement, beispielsweise ein Umlenkprisma oder ein Umlenkspiegel,wird die Pumpstrahlung bevorzugt senkrecht zur Hauptfläche derMontageplattform umgelenkt. Vom Umlenkelement wird die Pumpstrahlungvorzugsweise zum konkaven Spiegel hin umgelenkt und vom konkaven Spiegelauf den Halbleiterchip fokussiert. Der konkave Spiegel ist insbesondereein off-axis-Spiegel, an dem die Pumpstrahlung außerhalbder optischen Achse reflektiert wird.By the deflection element, for example a deflection prism or a deflection mirror, the pump radiation is preferably deflected perpendicular to the main surface of the mounting platform. From the deflecting element, the pump radiation is preferably for concave mirror deflected out and focused by the concave mirror on the semiconductor chip. The concave mirror is in particular an off-axis mirror, on which the pump radiation is reflected outside the optical axis.
    [0013] Derkonkave Spiegel ist vorteilhaft derart mittels mindestens einemAbstandshalter mit der Montageplattform verbunden, dass zwischendem konkaven Spiegel und der Montageplattform ein Freiraum verbleibt,der von der Pumpstrahlung durchquert wird. Auf diese Weise kanndie Pumpstrahlung durch den Freiraum unter dem konkaven Spiegelzum Beispiel vom Pumplaser zum Umlenkelement gelangen. Durch dieseplatzsparende Anordnung der Elemente der Pumpanordnung kann dieHauptflächeder Montageplattform vorteilhaft klein gehalten werden.Of theConcave mirror is advantageously so by means of at least oneSpacers connected to the mounting platform that betweenthe concave mirror and the mounting platform remain free space,which is traversed by the pump radiation. This way you canthe pump radiation through the space under the concave mirrorFor example, get from the pump laser to the deflection. Through thisspace-saving arrangement of the elements of the pumping arrangement, themain areathe mounting platform can be kept advantageously small.
    [0014] Bevorzugtsind der konkave Spiegel und das Umlenkelement mit einer hochreflektierendenBeschichtung fürdie Wellenlängeder Pumpstrahlung versehen. Das Strahlformungselement ist dagegen vorteilhafterweisemit einer Antireflexbeschichtung versehen.Prefersare the concave mirror and the deflector with a highly reflectiveCoating forthe wavelengthprovided the pump radiation. By contrast, the beam-shaping element is advantageouslyprovided with an antireflection coating.
    [0015] DiePumpanordnung und der Halbleiterchip des Scheibenlasers sind zumBeispiel in einem Gehäuseunterteilmontiert, wobei auf das Gehäuseunterteilein Gehäuseoberteilmontiert ist, das den externen Resonatorspiegel des Scheibenlasersund ein Auskoppelfenster fürdie Laserstrahlung enthält.ThePumping arrangement and the semiconductor chip of the disk laser are forExample in a housing lower partmounted, taking on the lower housing partan upper housing partis mounted, which is the external resonator mirror of the disk laserand a coupling window forcontains the laser radiation.
    [0016] Wennmehrere, vorzugsweise gleichartige Pumpanordnungen zum optischenPumpen des Halbleiterchips vorgesehen sind, können diese einen gemeinsamenkonkaven Spiegel aufweisen, der zwischen dem Halbleiterchip unddem externen Resonatorspiegel angeordnet ist und eine Öffnung für die Laserstrahlungaufweist. Durch die Verwendung eines gemeinsamen konkaven Spiegelsfür mehrerePumpanordnungen wird eine Verringerung des Herstellungs- und Montageaufwandserzielt.Ifseveral, preferably similar pumping arrangements for opticalPumps of the semiconductor chip are provided, these can be a commonconcave mirror disposed between the semiconductor chip andthe external resonator is arranged and an opening for the laser radiationhaving. By using a common concave mirrorfor manyPumping arrangements will reduce the manufacturing and assembly costsachieved.
    [0017] DerScheibenlaser enthältzum Beispiel einen optisch nichtlinearen Kristall zur Frequenzkonversionder Laserstrahlung. Bei der Frequenzkonversion kann es sich beispielsweiseum eine Frequenzvervielfachung, insbesondere eine Frequenzverdopplunghandeln. Der nicht-lineare optische Kristall ist bevorzugt in einemGehäuseoberteildes Scheibenlasers montiert.Of theDisk laser containsfor example, an optically non-linear crystal for frequency conversionthe laser radiation. For frequency conversion, for exampleby a frequency multiplication, in particular a frequency doublingact. The nonlinear optical crystal is preferably in oneHousing topthe disk laser mounted.
    [0018] DiePumpstrahlung ist vorzugsweise auf einen Bereich des Halbleiterchipsfokussiert. Dieser Bereich weist vorteilhaft eine laterale Ausdehnung von300 μm oderweniger, vorzugsweise 150 μmoder weniger, auf. Weiterhin ist dieser Bereich bevorzugt im wesentlichenkreisförmig.ThePump radiation is preferably to a region of the semiconductor chipfocused. This area advantageously has a lateral extent of300 μm orless, preferably 150 micronsor less, up. Furthermore, this range is preferably substantiallycircular.
    [0019] DieErfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhangmit den 1 bis 7 näher erläutert.The invention will be described below with reference to embodiments in connection with 1 to 7 explained in more detail.
    [0020] Eszeigen:Itdemonstrate:
    [0021] 1 eineschematische Darstellung eines Querschnitts durch ein Ausführungsbeispieleines Scheibenlasers gemäß der Erfindung, 1 a schematic representation of a cross section through an embodiment of a disk laser according to the invention,
    [0022] 2 eineschematische perspektivische Darstellung einer Pumpanordnung undeines auf einer Montagplattform montierten Halbleiterchips gemäß einemweiteren Ausführungsbeispielder Erfindung, 2 a schematic perspective view of a pumping arrangement and mounted on a mounting platform semiconductor chip according to another embodiment of the invention,
    [0023] 3 eineschematische perspektivische Darstellung eines Gehäuseunterteilseines Scheibenlasers gemäß einemweiteren Ausführungsbeispielder Erfindung, 3 a schematic perspective view of a housing lower part of a disk laser according to another embodiment of the invention,
    [0024] 4 eineschematische perspektivische Darstellung eines Gehäuses einesScheibenlasers gemäß einemweiteren Ausführungsbeispielder Erfindung, 4 a schematic perspective view of a housing of a disk laser according to another embodiment of the invention,
    [0025] 5 eineschematische Darstellung eines Querschnitts durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einesScheibenlasers gemäß der Erfindung, 5 a schematic representation of a cross section through a further embodiment of a disk laser according to the invention,
    [0026] 6a und 6b eineschematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels von konkaven Spiegelneiner Pumpanordnung im Querschnitt und in einer Ansicht von untenund 6a and 6b a schematic representation of an embodiment of concave mirrors of a pumping arrangement in cross section and in a view from below and
    [0027] 7a und 7b eineschematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines konkaven Spiegelseiner Pumpanordnung im Querschnitt und in einer Ansicht von unten. 7a and 7b a schematic representation of an embodiment of a concave mirror of a pumping arrangement in cross-section and in a view from below.
    [0028] Gleicheoder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichenBezugszeichen versehen.Sameor equivalent elements are in the figures with the sameProvided with reference numerals.
    [0029] Dasin 1 schematisch dargestellte Ausführungsbeispieleines Scheibenlasers gemäß der Erfindungenthälteinen strahlungsemittierenden Halbleiterchip 1 und einenexternen, außerhalbdes Halbleiterchips 1 angeordneten Resonatorspiegel 2. DerHalbleiterchip 1 enthältinsbesondere eine strahlungsemittierende aktive Zone und einen weiteren Resonatorspiegel,beispielweise einen Bragg-Spiegel, der zusammen mit dem externenResonatorspiegel einen Laserresonator ausbildet. Vorzugsweise ist derHalbleiterchip 1 auf einer Wärmesenke 17 montiert.This in 1 schematically illustrated embodiment of a disk laser according to the invention includes a radiation-emitting semiconductor chip 1 and an external, outside the semiconductor chip 1 arranged resonator mirror 2 , The semiconductor chip 1 contains in particular a radiation-emitting active zone and a further resonator mirror, for example a Bragg mirror, which forms a laser resonator together with the external resonator mirror. Preferably, the semiconductor chip 1 on a heat sink 17 assembled.
    [0030] Weiterhinenthältder Scheibenlaser zwei auf gegenüberliegendenSeiten des Halbleiterchips 1 angeordnete Pumpanordnungen 3.Die Pumpanordnungen 3 enthalten jeweils einen Pumplaser 4,der Pumpstrahlung 10 emittiert, eine Zylinderlinse 5 zur Strahlformungder Pumpstrahlung, ein Umlenkelement 8 in Form eines Umlenkspiegelsoder eines Umlenkprismas und einen konkaven Spiegel 9.Diese Elemente der Pumpanordnung 3 sind mit einer Hauptfläche 7 einergemeinsamen Montageplattform 6 verbunden. In diesem Ausführungsbeispielist der Pumplaser 4 übereine Wärmesenke 17 mitder gemeinsamen Montageplattform 6 verbunden und der konkaveSpiegel 9 derart mittels mindestens einem Abstandshalter 12 aufder Montageplattform 6 montiert, dass unterhalb des konkavenSpiegels 9 ein Freiraum 13 verbleibt, der vonder Pumpstrahlung 10 durchquert wird. Der Abstandshalter 12 bestehtzum Beispiel aus einem Glas. Bei der Verwendung eines Abstandshalters 12 ausGlas oder einem anderen für diePumpstrahlung 10 transparenten Material kann die Pumpstrahlungden Abstandshalter 12 auch durchqueren.Furthermore, the disk laser contains two opposite sides of the semiconductor chip 1 arranged pumping arrangements 3 , The pumping arrangements 3 each contain a pump laser 4 , the pump radiation 10 emitted, a cylindrical lens 5 for beam shaping of the pump radiation, a deflecting element 8th in the form of a deflecting mirror or a deflecting prism and a concave mirror 9 , These elements of the pumping arrangement 3 are with a main surface 7 a common assembly platform 6 connected. In this embodiment, the pump laser is 4 over a heat sink 17 with the common assembly platform 6 connected and the concave mirror 9 such by means of at least one spacer 12 on the assembly platform 6 mounted that below the concave mirror 9 a free space 13 remains that of the pump radiation 10 is crossed. The spacer 12 consists of a glass, for example. When using a spacer 12 made of glass or another for the pump radiation 10 transparent material, the pump radiation can be the spacer 12 also traverse.
    [0031] DieHauptfläche 7 derMontageplattform 6 ist senkrecht zu einer Hauptstrahlrichtung 11 desScheibenlasers orientiert.The main area 7 the assembly platform 6 is perpendicular to a main beam direction 11 of the disk laser oriented.
    [0032] DieZylinderlinse 5 ist zwischen dem Pumplaser 4 unddem Umlenkelement 8 angeordnet und dient zur Strahlformungder von dem Pumplaser emittierten Pumpstrahlung 10. Beispielsweisewird mittels der Zylinderlinse 5 ein elliptischer Strahlquerschnittder Pumpstrahlung 10 in einen zumindest nahezu kreisförmigen Strahlquerschnittverwandelt. Nach dem Durchgang durch die Zylinderlinse 5 trifft diePumpstrahlung 10 auf das Umlenkelement 8 und wirdvon dort in eine Richtung senkrecht zur Hauptfläche 7 der Montageplattform 6 zumkonkaven Spiegel 9 umgelenkt. Die Pumpstrahlung 10 wirdin einem Bereich außerhalbder optischen Achse des konkaven Spiegels 9 reflektiertund auf einen bevorzugt kreisförmigenBereich des Halbleiterchips 1 fokussiert. Dieser kreisförmige Bereichweist bevorzugt einen Durchmesser von 300 μm oder weniger, besonders bevorzugtvon weniger als 150 μmauf.The cylindrical lens 5 is between the pump laser 4 and the deflecting element 8th arranged and serves for beam shaping of the pump radiation emitted by the pump laser 10 , For example, by means of the cylindrical lens 5 an elliptical beam cross section of the pump radiation 10 transformed into an at least nearly circular beam cross section. After passing through the cylinder lens 5 hits the pump radiation 10 on the deflector 8th and becomes from there in a direction perpendicular to the main surface 7 the assembly platform 6 to the concave mirror 9 diverted. The pump radiation 10 becomes in an area outside the optical axis of the concave mirror 9 reflected and on a preferably circular area of the semiconductor chip 1 focused. This circular region preferably has a diameter of 300 μm or less, more preferably less than 150 μm.
    [0033] Vorteilhaftist die Zylinderlinse 5 für die Wellenlänge derPumpstrahlung 10, beispielsweise 808 nm, mit einer Antireflexbeschichtungversehen, währendder Umlenkspiegel 8 und der konkave Spiegel 9 bevorzugteine hochreflektierende Beschichtung aufweisen.The cylinder lens is advantageous 5 for the wavelength of the pump radiation 10 , For example, 808 nm, provided with an anti-reflection coating, while the deflection mirror 8th and the concave mirror 9 preferably have a highly reflective coating.
    [0034] Andersals bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispielkönnendie Pumpanordnung 3 und der Halbleiterchip 1 auchauf voneinander getrennten Montageplattformen 6, 19 montiertsein. Ein derartiges Ausführungsbeispielist in 2 dargestellt. Die Elemente des Pumpmoduls 3 sindauf einer Hauptfläche 7 einerMontageplattform 6 montiert und der Halbleiterchip 1 ist über eineWärmesenke 17 mit einerseparaten Montageplattform 19 verbunden. Sowohl die Montageplattform 6 derPumpanordnung 3 als auch die Montageplattform 19 desHalbleiterchips 1 enthalten bevorzugt Kupfer.Unlike the one in 1 illustrated embodiment, the pumping arrangement 3 and the semiconductor chip 1 also on separate assembly platforms 6 . 19 be mounted. Such an embodiment is in 2 shown. The elements of the pump module 3 are on a main surface 7 an assembly platform 6 mounted and the semiconductor chip 1 is over a heat sink 17 with a separate mounting platform 19 connected. Both the mounting platform 6 the pumping arrangement 3 as well as the mounting platform 19 of the semiconductor chip 1 contain preferably copper.
    [0035] DasMaterial der Wärmesenke 17 solltesich durch eine hohe Wärmeleitfähigkeitund eine gute Anpassung des thermischen Ausdehnungskoeffizientenan den Halbleiterchip 1 auszeichnen. Beispielsweise kannes sich um eine Kupfer-Diamant-Wärmesenke 17 handeln.Die Wärmesenke 17 istzum Beispiel auf die Montageplattform 19 gelötet unddie Montageplattform 19 mit einem Temperatursensor 18 zurTemperaturkontrolle versehen.The material of the heat sink 17 should be characterized by a high thermal conductivity and a good adaptation of the thermal expansion coefficient to the semiconductor chip 1 distinguished. For example, it may be a copper-diamond heat sink 17 act. The heat sink 17 is for example on the assembly platform 19 soldered and the mounting platform 19 with a temperature sensor 18 provided for temperature control.
    [0036] Indem in 3 schematisch dargestellten Ausführungsbeispielder Erfindung sind ein Halbleiterchip 1 und drei Pumpanordnungeneines Scheibenlasers gemeinsam in einem Gehäuseunterteil 14 montiert.Das Gehäuseunterteil 14 enthält weiterhin elektrischeAnschlüsse 20 für die Pumplaserund den Halbleiterchip des Scheibenlasers.In the in 3 schematically illustrated embodiment of the invention are a semiconductor chip 1 and three pumping arrangements of a disk laser together in a housing base 14 assembled. The lower housing part 14 also contains electrical connections 20 for the pump laser and the semiconductor chip of the disk laser.
    [0037] EineAußenansichtdes gesamten Gehäuses einesAusführungsbeispielseines erfindungsgemäßen Scheibenlasersist in 4 schematisch dargestellt. Auf das Gehäuseunterteil 14 istein Gehäuseoberteil 15 montiert,das ein Auskoppelfenster 16 zur Auskopplung der von demScheibenlaser emittierten Strahlung enthält. Das Gehäuseoberteil enthält in seinemInneren ferner den externen Resonatorspiegel des Scheibenlasersund eventuell zusätzlicheresonatorinterne Elemente, beispielsweise einen nichtlinearen optischKristall zur Frequenzverdopplung oder ein modenselektives Element.An external view of the entire housing of an embodiment of a disk laser according to the invention is shown in FIG 4 shown schematically. On the housing base 14 is an upper housing part 15 mounted, which is a coupling window 16 for coupling out the radiation emitted by the disk laser radiation. The housing upper part also contains in its interior the external resonator mirror of the disk laser and possibly additional resonator-internal elements, for example a non-linear optical crystal for frequency doubling or a mode-selective element.
    [0038] In 5 istein schematischer Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispieleines erfindungsgemäßen Scheibenlasersdargestellt. Dieser enthältein Gehäuseunterteil 14,in dem der Halbleiterchip 1 auf einer Wärmesenke 17 montiertist. Letztere ist auf eine Montageplattform 19, beispielsweise ausKupfer, montiert. Weiterhin enthältdas Gehäuseunterteil 14 diein dieser Querschnittsdarstellung nicht erkennbare Pumpanordnung.Das Gehäuseoberteil 15 weistein Auskoppelfenster 16 zur Auskopplung der von dem Scheibenlaseremittierten Laserstrahlung 21 auf. Der Scheibenlaser enthält in diesemAusführungsbeispieleinen gefalteten Laserresonator, der den Resonatorspiegel 2,aus dem die Laserstrahlung ausgekoppelt wird, und einen Resonatorendspiegel 24 enthält.In 5 is a schematic cross section through a further embodiment of a disc laser according to the invention shown. This contains a housing lower part 14 in which the semiconductor chip 1 on a heat sink 17 is mounted. The latter is on an assembly platform 19 , for example, made of copper, mounted. Furthermore, the housing lower part contains 14 the pump arrangement not visible in this cross-sectional representation. The upper housing part 15 has a coupling window 16 for decoupling the laser radiation emitted by the disk laser 21 on. The disk laser in this exemplary embodiment contains a folded laser resonator which contains the resonator mirror 2 from which the laser radiation is coupled out, and a Resonatorendspiegel 24 contains.
    [0039] DerLaserresonator enthälteinen optisch nicht-linearen Kristall 23, der zur Frequenzkonversion,insbesondere zur Frequenzverdopplung der Laserstrahlung dient. Deroptisch nichtlineare Kristall kann beispielsweise ein LBO-Kristallsein. Zur Erhöhungder Konversionseffizienz ist es vorteilhaft, wenn die Strahltailledes Laserstrahls 21 am Ort des nicht-linear optischen Kristalls 23 möglichstgering ist. Eine Verringerung der Strahltaille kann beispielsweisedurch einen konkaven Resonatorspiegel 2 oder durch einein dem Resonator enthaltene Linse (nicht dargestellt) erfolgen.Der Resonatorspiegel 2 ist bevorzugt für die Grundwellenlänge desLasers hochreflektierend und fürdie zweite Harmonische der Laserwellenlänge transparent beschichtet,um diese effizient auszukoppeln. Bevorzugt beträgt die Reflexion R des Resonatorspiegels 2 beider Laserwellenlänge,die zum Beispiel etwa 1000 nm beträgt, 95% oder mehr.The laser resonator contains an optically non-linear crystal 23 , which is used for frequency conversion, in particular for frequency doubling of the laser radiation. The optically non-linear crystal may be, for example, an LBO crystal. To increase the conversion efficiency, it is advantageous if the beam waist of the laser beam 21 at the location of the non-linear optical crystal 23 as low as possible. A reduction of the beam waist, for example, by a concave resonator 2 or by a lens (not shown) contained in the resonator. The resonator mirror 2 is preferably highly reflective for the fundamental wavelength of the laser and transparently coated for the second harmonic of the laser wavelength in order to decouple them efficiently. The reflection R of the resonator mirror is preferably 2 at the laser wavelength, which is about 1000 nm, for example, 95% or more.
    [0040] ZurVerbesserung der Wärmeabfuhrist das Gehäuseunterteil 14 indiesem Ausführungsbeispiel weiterhinauf einen Kühlkörper 21 montiert,der beispielsweise von einer Flüssigkeitoder einem Gas durchströmteMikrokanäle 22 enthält.To improve the heat dissipation is the lower housing part 14 in this embodiment, further to a heat sink 21 mounted, for example, by a liquid or gas flowed through microchannels 22 contains.
    [0041] Die 6 und 7 zeigenAusführungsbeispieledes konkaven Spiegels 9 der Pumpanordnung. In 6a isteine Anordnung aus zwei separaten konkaven Spiegeln 9 imQuerschnitt entlang der Linie A-A der 6b dargestellt. 6b zeigtdiese Anordnung in einer Ansicht von unten. Diese Anordnung kannzum Beispiel bei zwei gegenüberliegenden Pumpanordnungen,wie beispielsweise bei dem in 1 dargestelltenAusführungsbeispiel,verwendet werden. Auf die Spiegelflächen 25 der konkaven Spiegel 9 istbevorzugt eine hochreflektierende Beschichtung für die Pumpstrahlung aufgebracht.The 6 and 7 show embodiments of the concave mirror 9 the pumping arrangement. In 6a is an arrangement of two separate concave mirrors 9 in cross section along the line AA of 6b shown. 6b shows this arrangement in a view from below. This arrangement can be used, for example, with two opposing pumping arrangements, such as those shown in FIG 1 illustrated embodiment may be used. On the mirror surfaces 25 the concave mirror 9 is preferably applied a highly reflective coating for the pump radiation.
    [0042] Alternativkönnenzwei oder mehrere Pumpanordnungen auch mit einem einteiligen konkaven Spiegel 9 versehensein, wie er in 7 dargestellt ist.In 7a ist der einteilige konkave Spiegel im Querschnittentlang der Linie B-B der 7b dargestellt. 7b zeigtdiese Anordnung in einer Ansicht von unten, die verdeutlicht, dasses sich um einen einteiligen Spiegel mit einer zentralen Öffnung 26 handelt,die zum Durchlass der Laserstrahlung des Scheibenlasers vorgesehenist.Alternatively, two or more pumping arrangements can also be provided with a one-piece concave mirror 9 be provided as he is in 7 is shown. In 7a is the one-piece concave mirror in cross section along the line BB of 7b shown. 7b shows this arrangement in a view from below, which illustrates that it is a one-piece mirror with a central opening 26 acts, which is provided for the passage of the laser radiation of the disk laser.
    [0043] DieErfindung ist nicht durch die Beschreibung der Erfindung anhandder Ausführungsbeispielebeschränkt.Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombinationvon Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen inden Patentansprüchenbeinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nichtexplizit in den Patentansprüchenoder Ausführungsbeispielenangegeben ist.TheThe invention is not based on the description of the inventionthe embodimentslimited.Rather, the invention encompasses every new feature as well as every combinationof features, in particular any combination of features inthe claimseven though this feature or this combination does not itselfexplicitly in the claimsor embodimentsis specified.
    权利要求:
    Claims (19)
    [1]
    Scheibenlaser mit einem Halbleiterchip (1),einem externen Resonatorspiegel (2) und mindestens einerPumpanordnung (3) zum optischen Pumpen des Halbleiterchips(1), dadurch gekennzeichnet, dass – die Pumpanordnung(3) als Elemente einen Pumplaser (4), ein Strahlformungselement(5), ein Umlenkelement (8) und einen konkavenSpiegel (9) enthält,und – diePumpanordnung (3) eine gemeinsame Montageplattform (6)für dieElemente der Pumpanordnung mit einer den Elementen der Pumpanordnung(3) zugewandten Hauptfläche(7) aufweist.Disk laser with a semiconductor chip ( 1 ), an external resonator mirror ( 2 ) and at least one pumping arrangement ( 3 ) for optically pumping the semiconductor chip ( 1 ), characterized in that - the pumping arrangement ( 3 ) as elements a pump laser ( 4 ), a beam-shaping element ( 5 ), a deflection element ( 8th ) and a concave mirror ( 9 ), and - the pumping arrangement ( 3 ) a common assembly platform ( 6 ) for the elements of the pumping arrangement with one of the elements of the pumping arrangement ( 3 ) facing the main surface ( 7 ) having.
    [2]
    Scheibenlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Hauptfläche(7) der Montageplattform (6) senkrecht zu einerHauptstrahlrichtung (11) des Scheibenlasers angeordnetist.Disk laser according to claim 1, characterized in that the main surface ( 7 ) of the assembly platform ( 6 ) perpendicular to a main radiation direction ( 11 ) of the disk laser is arranged.
    [3]
    Scheibenlaser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass Pumpstrahlung (10), die von dem Pumplaser (4)emittiert wird, durch das Umlenkelement (8) in eine Richtungumgelenkt wird, die senkrecht zur Hauptfläche (7) der Montageplattform ist.Disk laser according to claim 1 or 2, characterized in that pump radiation ( 10 ) coming from the pump laser ( 4 ) is emitted, by the deflecting element ( 8th ) is deflected in a direction perpendicular to the main surface ( 7 ) of the mounting platform.
    [4]
    Scheibenlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die von dem Pumplaser (4) emittiertePumpstrahlung (10) vom Umlenkelement (8) zum konkavenSpiegel (9) umgelenkt wird und vom konkaven Spiegel (9)auf den Halbleiterchip (1) fokussiert wird.Disk laser according to one of the preceding claims, characterized in that that of the pump laser ( 4 ) emitted pump radiation ( 10 ) of the deflecting element ( 8th ) to the concave mirror ( 9 ) and from the concave mirror ( 9 ) on the semiconductor chip ( 1 ) is focused.
    [5]
    Scheibenlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass mittels des Strahlformungselements (5)ein elliptischer Strahlquerschnitt der von dem Pumplaser (4)emittierten Pumpstrahlung (10) in einen elliptischen Strahlquerschnittmit geringerer Exzentrizität,insbesondere einen kreisförmigenStrahlquerschnitt, umgewandelt wird.Disk laser according to one of the preceding claims, characterized in that by means of the beam-shaping element ( 5 ) an elliptical beam cross section of the pump laser ( 4 ) emitted pump radiation ( 10 ) is converted into an elliptical beam cross-section with a lower eccentricity, in particular a circular beam cross-section.
    [6]
    Scheibenlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass das Strahlformungselement (5) eineZylinderlinse ist.Disk laser according to one of the preceding claims, characterized in that the beam-shaping element ( 5 ) is a cylindrical lens.
    [7]
    Scheibenlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass das Strahlformungselement (5) zwischendem Pumplaser (4) und dem Umlenkelement (8) angeordnetist.Disk laser according to one of the preceding claims, characterized in that the beam-shaping element ( 5 ) between the pump laser ( 4 ) and the deflecting element ( 8th ) is arranged.
    [8]
    Scheibenlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass der Pumplaser (4) Pumpstrahlung (10)parallel zu der Hauptfläche(7) der Montageplattform (6) emittiert.Disk laser according to one of the preceding claims, characterized in that the pump laser ( 4 ) Pump radiation ( 10 ) parallel to the main surface ( 7 ) of the assembly platform ( 6 ) emitted.
    [9]
    Scheibenlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass der Pumplaser (4) ein kantenemittierenderDiodenlaser ist.Disk laser according to one of the preceding claims, characterized in that the pump laser ( 4 ) is an edge emitting diode laser.
    [10]
    Scheibenlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass der konkave Spiegel (9) derart mittelsmindestens einem Abstandshalter (12) mit der Montageplattform(6) verbunden ist, dass zwischen dem konkaven Spiegel (9) undder Montageplattform (6) ein Freiraum (13) verbleibt,der von der Pumpstrahlung (10) durchquert wird.Disk laser according to one of the preceding claims, characterized in that the concave mirror ( 9 ) by means of at least one Spacers ( 12 ) with the mounting platform ( 6 ), that between the concave mirror ( 9 ) and the assembly platform ( 6 ) a free space ( 13 ) remaining from the pump radiation ( 10 ) is crossed.
    [11]
    Scheibenlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass der Halbleiterchip (1) auf der gemeinsamenMontageplattform (6) montiert ist.Disk laser according to one of the preceding claims, characterized in that the semiconductor chip ( 1 ) on the common assembly platform ( 6 ) is mounted.
    [12]
    Scheibenlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die gemeinsame Montageplattform (6)mit einer Kühlvorrichtung(22) versehen ist.Disk laser according to one of the preceding claims, characterized in that the common mounting platform ( 6 ) with a cooling device ( 22 ) is provided.
    [13]
    Scheibenlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass mindestens eine Pumpanordnung (3)und der Halbleiterchip (1) in einem Gehäuseunterteil (14)montiert sind.Disk laser according to one of the preceding claims, characterized in that at least one pumping arrangement ( 3 ) and the semiconductor chip ( 1 ) in a housing lower part ( 14 ) are mounted.
    [14]
    Scheibenlaser nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,dass auf dem Gehäuseunterteil(14) ein Gehäuseoberteil(15) montiert ist, das den externen Resonatorspiegel (2)des Scheibenlasers und ein Auskoppelfenster (16) für die Laserstrahlungenthält.Disk laser according to claim 13, characterized in that on the lower housing part ( 14 ) an upper housing part ( 15 ) is mounted, which the external resonator mirror ( 2 ) of the disk laser and a coupling-out window ( 16 ) for the laser radiation.
    [15]
    Scheibenlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass mehrere Pumpanordnungen (3) zum optischenPumpen des Halbleiterchips (1) vorgesehen sind.Disk laser according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of pump arrangements ( 3 ) for optically pumping the semiconductor chip ( 1 ) are provided.
    [16]
    Scheibenlaser nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,dass die mehreren Pumpanordnungen (3) einen gemeinsamenkonkaven Spiegel (9) aufweisen, der eine Öffnung (26)für dieLaserstrahlung aufweist.A disk laser according to claim 15, characterized in that the plurality of pumping arrangements ( 3 ) a common concave mirror ( 9 ) having an opening ( 26 ) for the laser radiation.
    [17]
    Scheibenlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass er einen optischen nicht-linearen Kristall(23) zur Frequenzkonversion der Laserstrahlung des Scheibenlasers enthält.Disk laser according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises an optical non-linear crystal ( 23 ) for frequency conversion of the laser radiation of the disk laser contains.
    [18]
    Scheibenlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Pumpstrahlung (10) auf einen Bereichdes Halbleiterchips (1) mit einer lateralen Ausdehnungvon 300 μm oderweniger, vorzugsweise 150 μmoder weniger, fokussiert ist.Disk laser according to one of the preceding claims, characterized in that the pump radiation ( 10 ) to a region of the semiconductor chip ( 1 ) is focused with a lateral extent of 300 μm or less, preferably 150 μm or less.
    [19]
    Scheibenlaser nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,dass der Bereich im wesentlichen kreisförmig ist.Disk laser according to claim 18, characterizedthat the area is substantially circular.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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