驱动激光二极管器件的方法和激光二极管设备技术

提供一种具有简单组成和简单结构的、驱动超短脉冲和超高功率激光二极管器件的方法。在驱动激光二极管器件的方法中，光从光注入部件注入通过脉冲电流驱动的激光二极管器件，该脉冲电流具有如阈值电流值的１０倍或更多倍大的值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种驱动激光二极管器件的方法和激光二极管设备。
技术介绍
近些年，在利用具有阿秒(attosecond)时间尺度或飞秒(femtosecond)时间尺度 的脉冲时间的激光的前沿科学领域研究中，积极地使用超短脉冲和超高功率激光器。作为 超短脉冲和超高功率激光器，例如，钛/蓝宝石激光器是已知的。这样的钛/蓝宝石激光器 是贵且大的固体激光源，这是阻碍该技术的传播的主要因素。如果超短脉冲和超高功率激 光器利用激光二极管器件来实现，那么能够实现实质的小型化、价格降低和高稳定性。同时，在通信系统领域中，自从二十世纪六十年代已经积极地研究激光二极管器 件的短脉动。作为在激光二极管器件中产生短脉冲的方法，增益切换方法、损耗切换方法(Q 切换方法)和模式锁定方法是已知的。这些方法中，通过将激光二极管器件与二极管放大 器、非线性光学器件、光纤等相结合来寻求高输出。
技术实现思路
在前述方法中，在作为最简单的方法的增益切换方法中，通过用短脉冲电流驱动 激光二极管器件，能产生具有从大约20皮秒到100皮秒(包括20皮秒和100皮秒)的脉 宽的光脉冲(例如，参考作为非专利文献1的J. Ohya等的Appl. Phys. Lett. 56 (1990) 56.， 作为非专利文献2的J. AuYeung等的Appl. Phys. Lett. 38(1981)308.，作为非专利文献3 的 N. Yamada 等的 Appl. Phys. Lett. 63 (1993) 583.，作为非专利文献 4 的 J. E. Ripper 等 的 Appl. Phys. Lett. 12(1968)365.，和作为非专利文献 5 的"Ultrafast diode lasers，，， P. Vasirev,ArtechHouse inc.，1995)。在增益切换方法中，由于商业可用的激光二极管器 件仅通过短脉冲电流来驱动，因此皮秒类短脉冲光源能够由相当简单的设备结构来实现。 然而，在850nm带AlGaAs激光二极管器件中，光脉冲的峰值输出大约从0. 1瓦至1瓦(包 括0. 1瓦和1瓦)，而在1.5iim带InGaAsP激光二极管器件中，光脉冲的峰值输出大约从 10毫瓦至100毫瓦(包括10毫瓦和100毫瓦)。因此，例如，作为用于双光子吸收的高峰 值输出需要的光源，所述光输出是不够的。因而，例如为了增加峰值输出，需要复杂和困难 的结构，其中例如将模式锁定方法与二极管放大器或光纤放大器相结合。在增益切换方法中增加光峰值功率的方法的示例包括增加用于激励的电短脉冲 的强度的方法。然而，在此种方法中，存在这样的缺点不仅主光峰的强度、而且作为多余分 量的第二光峰、第三光峰等的强度也增加。此外，关于基于作为实现最终小型化的必要要求的“全半导体”寻求高输出的示 例，即，关于不需要复杂机械部分或光学部分、而仅由激光二极管器件或激光二极管器件和 半导体器件的组合组成的激光二极管设备，几乎不存在报道，特别是在由GaN化合物半导 体组成的405nm带的激光二极管器件中。然而，如果具有高峰值输出的“全半导体”脉冲激 光器能在405nm带实现，则这样的脉冲激光器能够用作预期作为继蓝光光盘系统后的下一3代光盘系统的堆叠容量(stacked volumetric)光盘系统的光源。此外，能够实现覆盖可 见光范围内的所有波长带的简单并方便的超短脉冲和超高功率光源，并且能够提供医学领 域、生物成像领域等所要求的光源。相应地，本专利技术中，期望提供一种驱动具有简单组成和简单结构的超短脉冲和超 高功率激光二极管器件的方法、以及装备这种激光二极管器件的激光二极管设备。根据用于实现上述目的的本专利技术第一方面，提供一种驱动激光二极管器件的方 法，其中光从光注入部件中注入被脉冲电流驱动的激光二极管器件，该脉冲电流具有如阈 值电流值的10倍或更多倍大的值，优选地具有如阈值电流值的20倍或更多倍大的值，并且 更优选地具有如阈值电流值的50倍或更多倍大的值。其中阈值电流Ith的值代表当激光振荡开始时流到激光二极管器件的电流，后面 描述的阈值电压vth的值代表此时施加至激光二极管器件的电压，并且激光二极管器件的 内部电阻为R(Q)，存在如下关系式vth = I^Ith+K。在此情况下，％代表p-n结的内建电势。根据用于实现上述目的的本专利技术第二方面，提供一种驱动激光二极管器件的方 法，其中光从光注入部件注入被脉冲电压驱动的激光二极管器件，该脉冲电压具有如阈值 电压值的2倍或更多倍大的值，优选地具有如阈值电压值的4倍或更多倍大的值，更优选地 具有如阈值电压值的10倍或更多倍大的值。 根据用于实现上述目的的本专利技术第一方面，提供一种激光二极管设备，包括A 由 脉冲电流驱动的激光二极管器件，该脉冲电流具有如阈值电流值的10倍或更多倍大的值， 优选地具有如阈值电流值的20倍或更多倍大的值，并且更优选地具有如阈值电流值的50 倍或更多倍大的值；和B 光注入部件，用于注入光至该激光二极管器件。根据用于实现上述目的的本专利技术第二方面，提供一种激光二极管设备，包括A 由 脉冲电压驱动的激光二极管器件，该脉冲电压具有如阈值电压值的2倍或更多倍大的值， 优选地具有如阈值电压值的4倍或更多倍大的值，并且更优选地具有如阈值电压值的10倍 或更多倍大的值；和B 光注入部件，用于注入光至该激光二极管器件。根据用于实现上述目的的本专利技术第三方面，提供一种激光二极管设备，包括A 激 光二极管器件，其输出第一光峰，其中光强为3瓦或更大，优选地为5瓦或更大，并且更优选 地为10瓦或更大，并且半带宽为20皮秒或更小，优选地为15皮秒或更小，并且更优选地为 10皮秒或更小，并且跟随第一光峰输出第二光峰，其中能量为1纳焦耳或更大，优选地为2 纳焦耳或更大，并且更优选地为5纳焦耳或更大，并且持续时间为1纳秒或更大，优选地为 2纳秒或更大，并且更优选地为5纳秒或更大；和B 光注入部件，用于注入光至该激光二极 管。在根据本专利技术第三方面(以下在一些情形下称为“本专利技术的第三方面”)的激光二 极管设备中，该第一光峰的半带宽的下限值依赖于该激光二极管器件的特性和规格、脉冲 发生器的规格等。该第二光峰的持续时间的上限值受限制于有关重复频率的平均输出。例 如，在重复频率为100MHz的情况下，能够以10纳秒(占空比10% )例示。在根据本专利技术第一方面或第二方面的驱动激光二极管器件的方法中，光从光注入 部件注入在特定条件下驱动的激光二极管器件(即，执行强激励增益切换操作的激光二极 管器件)。此外，根据本专利技术第一至第三方面的激光二极管设备是由在特定条件下驱动的激光二极管器件(即，执行强激励增益切换操作的激光二极管器件)和用于注入光至该激光 二极管器件的光注入部件组成的。如上所述，通过从光注入部件注入光至该激光二极管器 件，即，通过从该外部光注入部件注入光至执行增益切换操作的激光二极管器件，该激光二 极管器件的振荡波长被引入该注入光的振荡波长，并且从该激光二极管器件输出的激光的 峰值功率能被增强。相应地，能够获得具有千瓦级别峰值光强的激光光源，而不用寻求电驱 动的电子设备的高改进。此外，例如可充分满足堆叠容量光盘系统所必须的光峰值输出，而 且其作为下一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种驱动激光二极管器件的方法，其中将光从光注入部件注入通过脉冲电流驱动的激光二极管器件，该脉冲电流具有如阈值电流值的１０倍或更多倍大的值。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：横山弘之，河野俊介，大木智之，池田昌夫，
申请(专利权)人：索尼公司，国立大学法人东北大学，
类型：发明
国别省市：JP[日本]