DE10253515B4 - Strahlführendes und/oder frequenzkonvertierendes optisches System sowie Verfahren zur Herstellung - Google Patents

Strahlführendes und/oder frequenzkonvertierendes optisches System sowie Verfahren zur Herstellung Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines strahlführenden und/oder frequenzkonvertierenden optischen Systems, bei dem ein strahlemittierendes optoelektronisches Bauelement (1), das zumindest eine Strahlaustrittsfläche (2) für den Austritt eines Strahls aufweist, bereitgestellt und mit einer Oberfläche (5) einer Unterlage (4) so verbunden wird, dass der austretende Strahl annähernd parallel zur Oberfläche (5) der Unterlage (4) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Verbindung des optoelektronischen Bauelements (1) mit der Unterlage (4) ein aus mehreren Schichten (7, 8, 9) zusammen gesetztes wellenleitendes Schichtsystem (6) für eine Führung und/oder Frequenzkonvertierung des Strahls derart auf der Oberfläche (5) der Unterlage (4) abgeschieden und strukturiert und/oder lokal modifiziert wird, dass ein direkter Kontakt zwischen der Strahlaustrittsfläche (2) und dem Schichtsystem (6) entsteht und eine vorgebbare Strahlführung erreicht wird.

Description

  • Technisches Anwendungsgebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines strahlführenden und/oder frequenzkonvertierenden optischen Systems, bei dem ein strahlemittierendes optoelektronisches Bauelement, das zumindest eine Strahlaustrittsfläche für den Austritt eines Strahls aufweist, bereitgestellt und mit einer Oberfläche einer Unterlage so verbunden wird, dass der austretende Strahl annähernd parallel zur Oberfläche der Unterlage verläuft. Die Erfindung betrifft weiterhin ein strahlführendes und/oder frequenzkonvertierendes optisches System, das mit dem Verfahren herstellbar ist.
  • Die Führung und Konvertierung elektromagnetischer Strahlung aus optoelektronischen Bauelementen, wie beispielsweise Halbleiterdiodenlasern, spielt in vielen technischen Bereichen eine wesentliche Rolle, in denen optoelektronische Bauteile eingesetzt werden. Die aus dem optoelektronischen Bauelement austretende Strahlung wird hierbei in der Regel durch weitere optische Bauteile geführt oder geformt, um die für die jeweilige Anwendung erforderlichen Strahleigenschaften zu erreichen. In vielen Fällen ist auch eine Konvertierung der Frequenz der aus dem optoelektronischen Bauelement austretenden Strahlung zu einer höheren oder niedrigeren Frequenz erforderlich.
  • Stand der Technik
  • In der Regel wird bisher die Führung und Konvertierung der elektromagnetischen Strahlung aus optoelektronischen Bauelementen durch weitere diskrete optische Bauelemente, wie Linsen, Lichtwellenleiter-Fasern oder Frequenz-verdoppelnde Kristalle, in einem diskreten optischen Aufbau vorgenommen. Das optoelektronische Bauelement wird dabei ebenso wie die strahlführenden bzw. frequenzkonvertierenden Bauteile auf einer Unterlage montiert und justiert. Die Bereitstellung eines optischen Systems, bei dem die Strahlung des optoelektronischen Bauelements mit Linsen und/oder Spiegeln geformt und geführt und in lichtleitende Fasern eingekoppelt wird, erfordert zahlreiche Justageschritte. So muss das optoelektronische Bauelement zunächst auf der Unterlage ausgerichtet und montiert werden. Die Linsen und/oder Spiegel werden dann bezüglich des optoelektronischen Bauelements nacheinander justiert und auf der Unterlage fixiert. Anschließend wird die Lichtleitfaser auf der Unterlage justiert und montiert. Die präzise Justage und Montage der einzelnen diskreten Bauteile ist aufwendig und fehleranfällig. Zudem treten zwischen den separaten Bauteilen unerwünschte optische Verluste auf, die beispielsweise durch Reflexion, Streuung und Beugung des Lichtes hervorgerufen werden.
  • Aus der DE 695 10 238 T2 ist ein Mikrochip-Laser bekannt, der ein oder mehrere integrierte Elemente zur Strahlformung bzw. Frequenzkonvertierung aufweist. Mikrochip-Laser bestehen aus verbundenen polierten dielektrischen Materialien, wie Laserkristalle oder Frequenzverdoppler-Kristalle, die durch Hochleistungs diodenlaser gepumpt werden. So zeigt die DE 695 10 238 T2 einen Mikrochip-Laser, der sich im Wesentlichen aus einer Schicht aus verstärkendem Material, einer Schicht aus einem Trägermaterial, beispielsweise Quarzkristall, und einer Schicht aus einem Frequenz-verdoppelnden Kristall gebildet ist. Die Schicht des Trägermaterials dient der Montage des Lasers auf einer Unterlage, auf der auch der Diodenpumplaser montiert wird. Wird die Trägerschicht an einem Ende des Mikrochip-Lasers ausgebildet, so kann sie gleichzeitig durch geeignete Formung die Funktion einer strahlformenden Linse übernehmen. Für die Herstellung eines derartigen Mikrochip-Lasers müssen die Kontaktflächen der als verstärkende Schicht und als Frequenz-verdoppelnde Schicht eingesetzten Kristalle sowie der Träger hochgradig poliert und eben sein, um sicherzustellen, dass sich die Materialien durch Van der Waals Kräfte miteinander verbinden, wenn sie zusammengepresst werden. Die Herstellung eines derartigen Mikrochip-Lasers ist daher aufwendig. Mikrochip-Laser erzielen bei vergleichbaren Ausgangsleistungen eine deutlich verbesserte Strahlqualität im Vergleich zu Laserdioden im sichtbaren Spektralbereich. Nachteilig ist allerdings die unzureichende Stabilität der Strahlachse (Beam Point Stability) dieser Laser, wodurch viele Anwendungsmöglichkeiten, beispielsweise in der Messtechnik, wie Lasertriangulation und in der Drucktechnik ausgeschlossen bleiben.
  • Ein weiteres bekanntes strahlführendes und/oder frequenzkonvertierendes optisches System setzt die Technik der gebondeten Wellenleiter ein. Gebondete Planare Wellenleiter und Wellenleiter-Laser werden aus dünnen polierten Einkristallen zusammengefügt und über eine Strahlformung, bestehend aus zwei Zylinderlinsen mit Hochleistungsdiodenlasern gepumpt. Ein Beispiel für den Einsatz dieser Technik der gebondeten Wellenleiter ist beispielsweise aus C. Li et al., Longitudinally-Diode-Pumped High-Power Waveguide Lasers, Proceedings 10th European Conference on Integrated Optics, Paderborn, Germany, Seiten 83–86, 2001 bekannt. Die hierbei eingesetzten Wellenleiter-Laser bestehen aus einer Schichtkombination aus Saphir, YAG, Nd:YAG, YAG und Saphir, wobei die einzelnen Schichten eine Dicke von nur etwa 5 bis 20 μm bei einer Fläche im Bereich von Quadratzentimetern aufweisen. Mit derartigen Wellenleiterlasern werden Leistungen von größer 1 Watt nahezu beugungsbegrenzt bei einer Wellenlänge von 1064 nm erreicht. Nachteilig an diesem Konzept ist jedoch die extrem aufwendige Dünnung der Kristallplättchen sowie die aufwendige Justage und Montage, die zu einem sehr hohen Herstellungsaufwand führen.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zur Herstellung eines strahlführenden und/oder frequenzkonvertierenden optischen Systems anzugeben, das einen geringen Herstellungsaufwand erfordert und zu einem optischen System hoher Effizienz führt. Weiterhin soll ein mit dem Verfahren herstellbares strahlführendes und/oder frequenzkonvertierendes optisches System hoher Effizienz bereitgestellt werden.
  • Darstellung der Erfindung
  • Die Aufgabe wird mit dem Verfahren sowie dem System gemäß den Patentansprüchen 1 bzw. 16 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie des Systems sind Gegenstand der Unteransprüche oder lassen sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.
  • Beim vorliegenden Verfahren zur Herstellung eines strahlführenden und/oder frequenzkonvertierenden optischen Systems wird ein strahlemittierendes optoelektronisches Bauelement bereitgestellt, das zumindest eine Strahlaustrittsfläche für den Austritt eines Strahls aufweist und mit einer Oberfläche einer Unterlage so verbunden ist, dass der austretende Strahl annähernd parallel zur Oberfläche der Unterlage verläuft. Nach der Verbindung des optoelektronischen Bauelements mit der Unterlage, beispielsweise einem Trägersubstrat, wird ein aus mehreren Schichten zusammengesetztes lichtwellenleitendes Schichtsystem für eine Führung und/oder Frequenzkonvertierung des Strahls derart auf der Oberfläche der Unterlage abgeschieden und strukturiert und/oder lokal modifiziert, dass ein spaltfreier Kontakt zwischen der Strahlaustrittsfläche des optoelektronischen Bauelements und dem Schichtsystem entsteht und eine vorgebbare Strahlführung erreicht wird. Mit dem vorliegenden Verfahren wird somit ein neuartiges System aus lichtleitenden Wellenleitern vor optoelektronischen Strahlquellen zur Führung und/oder Konvertierung des Lichtes der Strahlquelle bereitgestellt, bei dem die Wellenleiter in direktem Kontakt zur Strahlquelle durch Schichtabscheidung und Strukturierung und/oder Modifizierung des Schichtsystems auf einer gemeinsamen Unterlage hergestellt werden. Die einzelnen Schichten des Schichtsystems bestehen dabei vorzugsweise aus glasartigen, keramischen oder polymeren Materialien, die selbstverständlich die Transmission des Lichtes zur Strahlführung bzw. Frequenzkonvertierung ermöglichen müssen. Bei dem vorliegenden Verfahren handelt es sich somit im Gegensatz zu der in der Einleitung beschriebenen Technik der Herstellung von Mikrochip-Lasern nicht um eine monolithische sondern um eine hybride Integration optischer und optoelektronischer Bauelemente.
  • Ein wesentlicher Vorteil des vorliegenden Verfahrens sowie des zugehörigen Systems liegt in einer Steigerung der Effizienz des optischen Systems, da Einkoppelverluste zwischen dem optoelektronischen Bauelement und dem wellenleitenden Schichtsystem durch den direkten Kontakt vermieden werden, welche bei diskretem optischen Aufbau unvermeidbar sind. Weiterhin führt das vorliegende Verfahren zu einer Effizienzsteigerung bei der Herstellung derartiger optischer Systeme, da durch die hybride Integration der wellenleitenden Strukturen mit dem optoelektronischen Bauelement auf einer gemeinsamen Unterlage aufwendige Justage- und Montageschritte eingespart werden. Auch gegenüber den Techniken der Herstellung von Mikrochip-Lasern oder gebondeten Wellenleitern hat das vorliegende Verfahren Vorteile, da ein aufwendiges Polieren sowie eine Justage der strahlführenden bzw. frequenzkonvertierenden wellenleitenden Struktur nicht erforderlich ist.
  • Ein oder mehrere der Schichten des wellenleitenden Schichtsystems werden beim vorliegenden Verfahren so strukturiert, dass die daraus resultierende wellen leitende Struktur die gewünschte Führung oder Formung des aus dem optoelektronischen Bauelement austretenden Strahles ermöglicht. Die geeignete Wahl der Materialien und Dimensionen dieser Schichtstruktur sind dem Fachmann geläufig. Das wellenleitende Schichtsystem besteht dabei vorzugsweise aus zumindest drei übereinander liegenden Schichten, von denen die mittlere Schicht einen höheren Brechungsindex aufweist als die beiden benachbarten Schichten. Die Strukturierung einzelner Schichten des wellenleitenden Schichtsystems bzw. des gesamten Schichtsystems kann bereits durch eine strukturierte Abscheidung unter Einsatz einer oder mehrerer Masken erfolgen. Weiterhin lassen sich die Schichten auch durch abtragende Prozesse nach der Schichtabscheidung geeignet strukturieren. Auch eine lokale Modifikation der Schichteigenschaften der abgeschiedenen Schichten, beispielsweise durch Einwirkung von Laserstrahlung für eine lokale Änderung des Brechungsindex, ist selbstverständlich möglich.
  • Sowohl für die Schichtabscheidung als auch für die Strukturierung bzw. Modifizierung werden Prozesse eingesetzt, die weder das optoelektronische Bauelement noch die Verbindung zwischen optoelektronischem Bauelement und der Unterlage in der Funktion beeinträchtigen. Insbesondere hohe Temperaturen und hohe elektrische Felder müssen hierbei vermieden werden. Daher kommen vorzugsweise Verfahren mit hyperthermischen Partikeln wie schnellen Ionen sowie gepulste Laserstrahlung zum Einsatz, beispielsweise Verfahren der Laserdeposition, der Ionenstrahldeposition, der Kathodenzerstäubung, des reaktiven Ionenätzens oder des Abtrags oder der Brechungsindexänderung mit gepulster Laserstrahlung. Zur Herstellung des spaltfreien Kontaktes zwischen dem wellenleitenden Schichtsystem und der zumindest einen Strahlaustrittsfläche des optoelektronischen Bauelements sollte eine im Wesentlichen gerichtete Abscheidung unter einem Winkel annähernd parallel zur Strahlaustrittsfläche des optoelektronischen Bauteils gewählt werden.
  • Für eine frequenzkonvertierende Funktion wird vorzugsweise ein wellenleitendes Schichtsystem abgeschieden, bei dem zumindest eine Schicht aus einem laseraktiven, d.h. beispielsweise fluoreszierenden Material gebildet wird, das durch die Frequenz des aus dem optoelektronischen Bauelement austretenden Strahls (erste Frequenz) anregbar ist und bei der Anregung Strahlung einer höheren oder niedrigeren Frequenz (zweite Frequenz) emittiert. Auf diese Weise lässt sich die erste Frequenz des aus dem optoelektronischen Bauelement austretenden Strahls in eine zweite Frequenz konvertieren, die dann auf einer Strahlaustrittsseite der wellenleitenden Schichtstruktur austritt. Geeignete Materialien für eine derartige so genannte Up-Conversion oder Down-Conversion sind dem Fachmann bekannt.
  • In einer weiteren Ausgestaltung des vorliegenden Verfahrens bzw. des zugehörigen optischen Systems wird bzw. ist die Strahlaustrittsseite des wellenleitenden Schichtsystems, das zumindest eine Schicht aus einem laseraktiven Material beinhaltet, mit einer Strahlung der zweiten Frequenz reflektierenden Schicht beschichtet, so dass mit der Strahlaustrittsfläche des opto elektronischen Bauelements ein optischer Resonator für Strahlung der zweiten Frequenz gebildet wird. Falls für die Funktion als Resonator erforderlich kann die Strahlaustrittsfläche des optoelektronischen Bauelements vor dem Aufbringen des Schichtsystems auf die Unterlage zusätzlich für die zweite Frequenz reflektierend beschichtet werden. Auf diese Weise wird ein Wellenleiter-Laser durch die wellenleitende Struktur gebildet, der durch das optoelektronische Bauelement gepumpt wird. Selbstverständlich muss hierfür die gegebenenfalls aufgebrachte, für die zweite Frequenz reflektierende Beschichtung der Strahlaustrittsfläche des optoelektronischen Bauelements für die erste Frequenz durchlässig sein. In einer weiteren Ausgestaltung können auch weitere Spiegel durch Strukturieren, Polieren und/oder nachfolgendes Beschichten mit dielektrischen oder metallischen Schichten hinzugefügt werden. Ein Spiegel kann beispielsweise durch eine Struktur in Form eines V-förmigen Retroreflektors auf der Unterlage gebildet werden.
  • Auch wenn sich die vorangehende Beschreibung im Wesentlichen auf ein optoelektronisches Bauelement mit einer Strahlaustrittsfläche bezieht, über die ein Strahl emittiert wird, so lassen sich beim vorliegenden Verfahren sowie dem zugehörigen System selbstverständlich auch optoelektronische Bauelemente einsetzen, die mehrere Strahlen über mehrere Strahlaustrittsflächen emittieren. Das optoelektronische Bauelement kann beispielsweise ein einzelner Halbleiterdiodenlaser mit mehreren Strahlaustrittsflächen sein oder durch mehrere aneinander gereihte Strahlquellen gebildet sein. Der Einsatz eines optoelektronischen Bauelements, das mehrere Strahlquellen, insbesondere in Form von Halbleiterdiodenlasern, enthält, bietet insbesondere Vorteile beim Pumpen eines durch das wellenleitende Schichtsystem gebildeten Wellenleiter-Lasers. Ein wesentliches Merkmal des vorliegenden Verfahrens ist der Einsatz eines bereits fertig gestellten, d.h. voll funktionsfähigen, optoelektronischen Bauelements, das beispielsweise kommerziell erworben sein kann und auf der Unterlage montiert wird.
  • Bei Einsatz eines optoelektronischen Bauelements, das mehrere Strahlen über mehrere Strahlaustrittsflächen emittiert, wird das wellenleitende Schichtsystem derart abgeschieden und strukturiert, dass alle austretenden Strahlen in der gewünschten Weise in diesem wellenleitenden Schichtsystem geführt werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die einzelnen Strahlen durch das wellenleitende Schichtsystem auf eine verringerte Strahlaustrittsfläche zusammengeführt, so dass auf der Strahlaustrittsseite des wellenleitenden Schichtsystems ein Strahl mit geringem Strahlquerschnitt und hoher Intensität zur Verfügung steht. Das wellenleitende Schichtsystem ist dabei in Form eines Strahlkopplers ausgeführt.
  • Vorzugsweise wird als Unterlage ein metallisches oder dielektrisches Substrat, insbesondere ein Kühlkörper eingesetzt. Durch diese Ausgestaltung wird gleichzeitig eine verbesserte Kühlung des optischen Systems erreicht. Bei der Ausgestaltung als Kühlkörper kann die Unterlage beispielsweise an der Unterseite Kühlrippen aufweisen oder integrierte Kühlkanäle oder sonstige Mittel zur Kühlung. Die Verbindung zwischen der Unterlage und dem optoelektronischen Bauelement kann beispielsweise über eine Lot- oder Klebeverbindung erfolgen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen Das vorliegende Verfahren sowie das zugehörige System werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen:
  • 1 ein optisches System gemäß der vorliegenden Erfindung in unterschiedlichen Ansichten;
  • 2 beispielhaft einzelne Verfahrensschritte des vorliegenden Verfahrens zur Herstellung eines optischen Systems gemäß 1; und
  • 3 ein Beispiel für ein optisches System mit einem Wellenleiter-Laser gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Wege zur Ausführung der Erfindung
  • 1 zeigt schematisiert ein Beispiel für ein optisches System gemäß der vorliegenden Erfindung in verschiedenen Ansichten. Teilansicht a) zeigt hierbei eine perspektivische Ansicht eines derartigen optischen Systems. Aus dieser Teilansicht ist das strahlemittierende optoelektronische Bauelement 1, im vorliegenden Fall ein Halbleiterdiodenlaser mit mehreren Strahlaustrittsflächen für die Emission mehrerer nebeneinander liegender Strahlen, zu erkennen, der auf der Oberfläche 5 einer Unterlage 4 montiert ist. Auf der Strahlaustrittsseite 3 des optoelektronischen Bauelements 1 ist eine wellenleitende Struktur in Form eines wellenleitenden Schichtsystems 6 in direktem Kontakt zu den Strahlaustrittsflächen des optoelektronischen Bauelements 1 aufgebracht. Die einzelnen aus dem optoelektronischen Bauelement 1 austretenden Strahlen werden hierbei durch die im vorliegenden Beispiel gebildeten, nebeneinander liegenden Wellenleiter des wellenleitenden Schichtsystems 6 geführt.
  • In der Teilansicht b) ist diese Anordnung nochmals im Querschnitt längs der Strahlachsen der aus dem optoelektronischen Bauelement 1 austretenden Strahlen dargestellt. In dieser Darstellung ist die Verbindungsschicht 12 zwischen dem optoelektronischen Bauelement 1 und der Unterlage 4 zu erkennen. Das wellenleitende Schichtsystem 6 besteht aus drei übereinander liegenden Schichten 7 bis 9, von denen die mittlere Schicht 8 einen höheren Brechungsindex als die benachbarten Schichten 7, 9 aufweist. Auf diese Weise wird ein Wellenleiter für die aus dem optoelektronischen Bauelement 1 über die hier erkennbare Strahlaustrittsfläche 2 austretende Strahlung gebildet. Die mittlere Schicht 8 steht in direktem Kontakt zur Strahlaustrittsfläche 2.
  • Teilabbildung c) zeigt nochmals einen Ausschnitt aus diesem optischen System im Schnitt senkrecht zur Strahlachse. In dieser Darstellung ist der durch das wellenleitende Schichtsystem 6 gebildete Wellenleiter für einen einzelnen Strahl des optoelektronischen Bauelements 1 gut zu erkennen. Durch die Abscheidung der einzelnen Schichten 7 bis 9 dieses wellenleitenden Schichtsystems 6 lässt sich erreichen, dass der mittlere Schichtbereich 8 von den benachbarten Schichten 7 und 9 vollständig umschlossen ist.
  • 2a) zeigt beispielhaft eine Möglichkeit der Herstellung des in 1 dargestellten optischen Systems gemäß dem vorliegenden Verfahren. Im ersten Schritt (2a) wird eine Lotschicht 12 auf einem Bereich einer Unterlage 4 aufgebracht und anschließend das optoelektronische Bauelement 1 über diese Lotschicht 12 mit der Unterlage 4 verbunden, so dass sich eine freie Oberfläche der Unterlage 4 in Strahlrichtung vor der Strahlaustrittsfläche 2 des optoelektronischen Bauelements 1 befindet.
  • Anschließend wird ein lichtwellenleitendes Schichtsystem 6 derart vor dem optoelektronischen Bauelement 1 auf der Unterlage 4 deponiert, dass die aus der Strahlaustrittsfläche 2 austretende Strahlung innerhalb der Schichten geführt wird. Die Ausbreitung der Strahlung ist dabei in bekannter Weise auf gewünschte Richtungen beschränkt. Zunächst wird eine untere Schicht 7 des Schichtsystems 6 über eine Maske 13 in direktem Kontakt zum optoelektronischen Bauelement 1 auf der Oberfläche 5 der Unterlage 4 deponiert (2b). Nach der Abscheidung der unteren Schicht 7 folgt die Abscheidung einer mittleren Schicht 8 in der gleichen Weise mit Hilfe einer Maske 13, durch die insbesondere das optoelektronische Bauelement 1 abgedeckt wird (2c).
  • Die mittlere Schicht 8 wird im vorliegenden Beispiel mit Hilfe eines Laserstrahls 14 anschließend strukturiert (2d), so dass sich nebeneinander liegende Wellenleiter ausbilden, wie dies in der Teilabbildung a) der 1 angedeutet ist. Schließlich folgt die Abscheidung der oberen Schicht 9, wiederum über die Maske 13, so dass sich die in 1 gezeigte Anordnung der wellenleitenden Struktur 6 ergibt.
  • Die Abscheidung der einzelnen Schichten 7 bis 9 des Schichtsystems 6 erfolgt in diesem Beispiel durch eine geeignete Plasmaabscheidung, wie Laserdeposition, die Strukturierung der mittleren Schicht 9 beispielsweise durch Laserablation.
  • 3 zeigt schließlich ein weiteres Beispiel eines optischen Systems gemäß der vorliegenden Erfindung in zwei Teilansichten a) und b), die den Ansichten b) und c) der 1 entsprechen. In diesem Beispiel besteht die mittlere Schicht 8 des wellenleitenden Schichtsystems 6 aus einem laseraktiven Material, das durch die Strahlung des optoelektronischen Bauelements 1 als Pumpquelle gepumpt werden kann. In der Teilabbildung a) sind weiterhin zwei Resonatorspiegel in Form von Beschichtungen 11 auf der Strahlaustrittsseite 10 des wellenleitenden Schichtsystems 6 sowie auf der Strahlaustrittsseite 3 des optoelektronischen Bauelements 1 angedeutet. Durch diese Resonatorspiegel repräsentiert das wellenleitende Schichtsystem 6 einen Wellenleiter-Laser, der in direktem Kontakt zur Pumpstrahlquelle, dem optoelektronischen Bauelement 1, auf einer gemeinsamen Unterlage 4 realisiert ist. Werden die beiden Resonatorspiegel 11 weggelassen, so lässt sich auf diese Weise eine einfache Frequenzkonvertierung der Strahlung des optoelektronischen Bauelements 1 erreichen. Teilansicht b) zeigt wiederum den grundsätzlichen Aufbau des wellenleitenden Schichtsystems 6 für einen Strahl in einem Schnitt senkrecht zur Strahlrichtung.
  • BEZUGSZEICHENLISTE
    Figure 00160001

Claims (25)

  1. Verfahren zur Herstellung eines strahlführenden und/oder frequenzkonvertierenden optischen Systems, bei dem ein strahlemittierendes optoelektronisches Bauelement (1), das zumindest eine Strahlaustrittsfläche (2) für den Austritt eines Strahls aufweist, bereitgestellt und mit einer Oberfläche (5) einer Unterlage (4) so verbunden wird, dass der austretende Strahl annähernd parallel zur Oberfläche (5) der Unterlage (4) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Verbindung des optoelektronischen Bauelements (1) mit der Unterlage (4) ein aus mehreren Schichten (7, 8, 9) zusammen gesetztes wellenleitendes Schichtsystem (6) für eine Führung und/oder Frequenzkonvertierung des Strahls derart auf der Oberfläche (5) der Unterlage (4) abgeschieden und strukturiert und/oder lokal modifiziert wird, dass ein direkter Kontakt zwischen der Strahlaustrittsfläche (2) und dem Schichtsystem (6) entsteht und eine vorgebbare Strahlführung erreicht wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Schicht (8) des wellenleitenden Schichtsystems (6) aus einem laseraktiven Material gebildet wird, das durch eine erste Frequenz des aus dem optoelektronischen Bauelement (1) austretenden Strahls anregbar ist und bei Anregung Strahlung einer höheren oder niedrigeren zweiten Frequenz emittiert.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strahlaustrittsseite (10) des wellenleitenden Schichtsystems (6) und gegebenenfalls die Strahlaustrittsfläche (2) des optoelektronischen Bauelements (1) mit einer Strahlung der zweiten Frequenz (teil-)reflektierenden Schicht (11) beschichtet werden, um einen optischen Resonator für Strahlung der zweiten Frequenz zu bilden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als wellenleitendes Schichtsystem (6) zumindest drei übereinander liegende Schichten (7, 8, 9) abgeschieden werden, von denen eine mittlere Schicht (8) einen höheren Brechungsindex aufweist als die benachbarten Schichten (7, 9).
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine metallische oder keramische Unterlage (4) eingesetzt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlkörper als Unterlage (4) eingesetzt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das optoelektronische Bauelement (1) und die Unterlage (4) durch Löten verbunden werden.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung während der Abscheidung einzelner oder aller Schichten (7, 8, 9) des Schichtsystems (6) durch Einsatz einer oder mehrerer Abscheidemasken erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung nach der Abscheidung einzelner oder aller Schichten (7, 8, 9) des Schichtsystems (6) durch lokale Abtragung erfolgt.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Modifizierung durch lokal begrenzte Energieeinwirkung zur Änderung von Schichteigenschaften, insbesondere des Brechungsindex, erfolgt.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass für die Abscheidung und Strukturierung und/oder lokale Modifizierung Niedertemperaturprozesse eingesetzt werden.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in direkten Kontakt zum wellenleitenden Schichtsystem (6) ein oder mehrere weitere Schichten auf der Unterlage (4) abgeschieden und strukturiert werden, um weitere optische Bauelemente zu bilden.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein optoelektronisches Bauelement (1) mit mehreren Strahlaustrittsflächen (2) eingesetzt wird, wobei das wellenleitende Schichtsystem (6) für die Führung und/oder oder Frequenzkonvertierung der aus den mehreren Strahlaustrittsflächen (2) austretenden Strahlen strukturiert und/oder lokal modifiziert wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das wellenleitende Schichtsystem (6) derart strukturiert und/oder lokal modifiziert wird, dass die aus den mehreren Strahlaustrittsflächen (2) austretenden Strahlen auf eine verringerte Strahlaustrittsfläche zusammengeführt werden.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein optoelektronisches Bauelement (1) mit ein oder mehreren Halbleiterdiodenlasern eingesetzt wird.
  16. Strahlführendes und/oder frequenzkonvertierendes optisches System, bei dem ein strahlemittierendes optoelektronisches Bauelement (1), das zumindest eine Strahlaustrittsfläche (2) für den Austritt eines Strahls aufweist, mit einer Oberfläche (5) einer Unterlage (4) so verbunden ist, dass der austretende Strahl annähernd parallel zur Oberfläche (5) der Unterlage (4) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass in direktem Kontakt zur Strahlaustrittsfläche (2) ein aus mehreren Schichten (7, 8, 9) zusammen gesetztes und strukturiertes wellenleitendes Schichtsystem (6) für eine Führung und/oder oder Frequenzkonvertierung des Strahls auf der Oberfläche (5) der Unterlage (4) abgeschieden ist.
  17. System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Schicht (8) des wellenleitenden Schichtsystems (6) aus einem laseraktiven Material gebildet ist, das durch eine erste Frequenz des aus dem optoelektronischen Bauelement (1) austretenden Strahls anregbar ist, um bei Anregung Strahlung einer höheren oder niedrigeren zweiten Frequenz zu emittieren.
  18. System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strahlaustrittsseite (10) des wellenleitenden Schichtsystems (6) und gegebenenfalls die Strahlaustrittsfläche (2) des optoelektronischen Bauelements (1) mit einer Strahlung der zweiten Frequenz reflektierenden Schicht (11) beschichtet sind, um einen optischen Resonator für Strahlung der zweiten Frequenz zu bilden.
  19. System nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das wellenleitende Schichtsystem (6) aus zumindest drei übereinander liegende Schichten (7, 8, 9) gebildet ist, von denen eine mittlere Schicht (8) einen höheren Brechungsindex aufweist als die benachbarten Schichten (7, 9).
  20. System nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterlage (4) aus Metall oder Keramik besteht.
  21. System nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterlage (4) ein Kühlkörper ist.
  22. System nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass in direkten Kontakt zum wellenleitenden Schichtsystem (6) ein oder mehrere weitere strukturierte Schichten auf der Unterlage (4) abgeschieden sind, die weitere optische Bauelemente bilden.
  23. System nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das optoelektronische Bauelement (1) mehrere Strahlaustrittsflächen (2) aufweist, wobei das wellenleitende Schichtsystem (6) für die Führung und/oder oder Frequenzkonvertierung der aus den mehreren Strahlaustrittsflächen (2) austretenden Strahlen strukturiert und/oder lokal modifiziert ist.
  24. System nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das wellenleitende Schichtsystem (6) derart strukturiert und/oder lokal modifiziert ist, dass die aus den mehreren Strahlaustrittsflächen (2) austretenden Strahlen auf eine verringerte Strahlaustrittsfläche zusammengeführt werden.
  25. System nach einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das optoelektronische Bauelement (1) ein oder mehrere Halbleiterdiodenlaser enthält.
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