DE3851874T2

DE3851874T2 - Über ein Gitter gekoppelter, aus seiner Oberfläche strahlender Laser und Verfahren zu seiner Modulation.

Info

Publication number: DE3851874T2
Application number: DE3851874T
Authority: DE
Inventors: Junichi Kinoshita
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-12-19
Filing date: 1988-12-19
Publication date: 1995-04-27
Anticipated expiration: 2008-12-20
Also published as: DE3851874D1; EP0322180B1; KR920008234B1; EP0322180A2; KR890010574A; EP0322180A3; JP2692913B2; JPH0277185A; US4958357A

Description

Die Erfindung betrifft einen Laser mit verteilter Rückkoppelung (DFB- Laser) mit Beugungsgittern 2. oder höherer Ordnung, d. h. mit periodisch gestörtem Wellenleiter, und insbesondere einen über ein Beugungsgitter gekoppelten, oberflächenstrahlenden Laser, der ein Ausgangssignal in Form von Strahlungsmoden liefert, sowie ein Verfahren für seine Modulation.
In letzter Zeit sind verschiedenartige Halbleiterlichtquellen als Lichtquellen in optischen Kommunikationssystemen und optischen Speicherplattensystemen eingesetzt worden.
In solchen Lichtquellen können Laserdioden mit verteilter Rückkopplung (DFB-Laserdioden) mit periodisch gestörter Wellenleiterstruktur in einer einzigen Longitudinalmode schwingen. Gegenwärtig werden DFB-Laser, die aus einem GaInAsP/InP-Materialsystem hergestellt werden, in großem Umfang als Lichtquelle in optischen Weitverkehrs-Kommunikationssystemen mit hoher Bitrate eingesetzt. Unter verschiedenen DFB-Laser-Strukturen ist die folgende Struktur wohlbekannt. Es handelt sich dabei um eine Struktur mit schwach reflektierenden Endfacetten und einem Phasensprung (einer Phasenverschiebung) der periodischen Rillen in der Mitte des Resonators. Die schwach reflektierenden Endfacetten werden zum Beispiel durch ein Anti reflexbeschichtungsverfahren (AR-Beschichtungs-verfahren) realisiert. Wenn der Betrag der Phasenverschiebung gleich einem Viertel der geführten Wellenlänge (λ/4) ist, tritt die Laserstrahlung genau bei der Braggschen Wellenlänge auf. Diese Struktur hat einen großen Vorzug für die Schwingung im Longitudinal-Einmodenbetrieb, da sie eine äußerst große Schwellenverstärkungsdifferenz zwischen der Schwingungsmode (der Hauptmode) und den anderen Longitudinalmoden (den Submoden) aufweist.
Bei Halbleiterlasern, die Laser mit verteilter Rückkopplung einschließen, erhält man den Lichtausgang gewöhnlich aus den Spaltflächen. Der emittierte Licht divergiert stark in vertikaler Richtung, da die Strahldivergenz durch die Beugungsgrenze der Lichtfleckgröße des sich ausbreitenden Strahls an den Enden der dünnen Wellenleiterschicht (einschließlich einer aktiven Schicht) bestimmt wird. Zum Beispiel beträgt die Strahldivergenz senkrecht zur Übergangsebene etwa 30º bis 50º als Vollwinkel beim halben Maximalwert. Daraus ergibt sich ein niedriger Koppelwirkungsgrad zu verschiedenen optischen Bauelementen, wie z. B. zu einer optischen Faser.
Außerdem werden die Endfacetten (Kanten) durch Spalten ausgebildet, und auf die Spaltflächen müssen zur Einstellung ihres Reflexionsvermögens dünne dielektrische Schichten aufgebracht werden. Daher ist das Herstellungsverfahren für die Laserstruktur weit von der "Massenproduktion" entfernt.
Neben solchen herkömmlichen kantenemittierenden Einrichtungen besteht das andere Verfahren für die Erzielung des Lichtausgangs in der Anwendung von Beugungsgittern. Dies basiert auf dem folgenden Mechanismus. Wenn es sich um DFB-Laser handelt, die unter Verwendung von Braggschen Beugungsgittern 2. oder höherer Ordnung schwingen, dann werden gebeugte Wellen niedrigerer Ordnung aus dem Resonator als "Strahlungsmoden" mit einer sehr kleinen Strahldivergenz emittiert. Besonders bei Verwendung der Braggschen Koppelung 2. Ordnung können Ausgangsstrahlen (Strahlungsmoden) emittiert werden, die nahezu senkrecht auf der Resonatorrichtung stehen. Da die Strahldivergenz der Strahlungsmoden außerordentlich klein ist und nur etwa 1º beträgt, kann eine hocheffiziente Koppelung zu anderen optischen Bauelementen erzielt werden. Tatsächlich ist ein derartiger gittergekoppelter oberflächenstrahlender Laser realisiert worden (zum Beispiel wird ein gittergekoppelter GaAIAs/GaAs-Laser des TJS-Typs von Mitsunaga u. a. hergestellt: The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, Japan, Report OQE-86-152).
Diese oberflächenstrahlenden Einrichtungen mit Beugungsgittern 2. Ordnung haben zwar den großen Vorteil, daß man sehr schmale Ausgangsstrahlen erhält, die senkrecht auf der Resonatorrichtung stehen, aber ihr Strahlungsfeld weist eine gewisse Verteilung längs des Resonators auf. Daher ist es schwierig, eine so lange Emissionsfläche auf einen Mikrolichtpunkt zu fokussieren. Diese Situation kann unter Verwendung einer in Fig. 1(a) veranschaulichten Struktur im einzelnen wie folgt erläutert werden. Diese Struktur setzt sich aus einer optischen Führungs- oder Lichtwellenleiterschicht 3 aus n-GaInAsP (deren Bandabstandsenergie der Wellenlänge λ = 1,15 um entspricht), einer nichtdotierten aktiven GaInAsP- Schicht 4 (deren Bandabstandsenergie der Wellenlänge λ = 1,3 um entspricht), einer p-InP-Mantelschicht 5 und einer ohmschen p&spplus;-GaInAsP- Kontaktschicht 6 zusammen, die man alle nacheinander auf einem welligen n- InP-Substrat 1 aufwachsen läßt (die Welligkeit beinhaltet das Beugungsgitter 2). Wenn man annimmt, daß diese DFB-Laserstruktur keine Phasenschieber und Endfacetten mit dem Reflexionsvermögen null aufweist, dann erhält man als Lichtintensitätsverteilungsprofil (Photonendichteprofil) längs des Resonators die in Fig. 1(b) gezeichnete Kurve b. Hierbei werden Intensitätsprofile einer geführten Mode durch den Ausdruck R ² + S ² wiedergegeben (wobei R die z-abhängige komplexe Amplitude der fortschreitenden Welle R(z) und S die gegenläufige (gestreute) Welle S(z) bezeichnen).
Wie von Henry u. a. gezeigt, verstärken sich in dieser Struktur zwei von der R-Welle bzw. der S-Welle erzeugte Strahlungsmoden gegenseitig für die längere Mode der beiden Longitudinalwellen, die auf beiden Seiten des Sperrbands auftreten. (Das Sperrband liegt in der Umgebung der Braggschen Wellenlänge und ist den DFB-Lasern eigen. Hier ist die längere Mode als (-1)-Mode, die kürzere als (+1)-Mode definiert. Das Vorzeichen "±" scheint zwar der Vorstellung von "lang und kurz" entgegengesetzt zu sein, ist aber vom Standpunkt der Phasenkonstante aus definiert, deren Vorzeichen der Wellenlänge entgegengesetzt ist.)
So ist die von der Oberfläche abgestrahlte Leistung der (-1)-Mode wegen der gegenseitigen Verstärkung sehr stark (siehe IEEE Journal of Quantum Electronics, Bd. QE-21, S. 151, 1985). Das Profil des Strahlungsdiagramms der Strahlungsmode läßt sich nämlich in axialer Richtung durch R + S ² ausdrücken und ist durch eine Kurve a in Fig. 1(b) dargestellt.
Im Gegensatz dazu schwächen sich für die kurzwelligere Mode ((+1)- Mode) zwei von der fortschreitenden Welle R bzw. von der gestreuten Welle S erzeugte Strahlungsmoden gegenseitig. Daher ergibt sich eine geringe von der Oberfläche abgestrahlte Lichtausgangsleistung, wie durch eine Kurve in Fig. 1 (b) gezeigt. Das heißt, daß Feldprofil ist konkav.
Die beiden Moden haben die gleiche Schwellenverstärkung, wenn der Strahlungsverlust vernachlässigt werden kann (das entspricht dem Fall der Braggschen Koppelung 1. Ordnung bei Verwendung von Gittern 1. Ordnung). Bei Gittern höherer Ordnung hat jedoch die (-1)-Mode einen stärkeren Strahlungsverlust durch die Abstrahlung von der Oberfläche als die (+1)- Mode. Wegen des unterschiedlichen Strahlungsverlustes wird daher die Schwellenverstärkung der (-1)-Mode höher als die der (+1)-Mode. Dies bedeutet, daß die gegenseitige Verstärkung den Laserschwellwert erhöht. Daher kann die (-1)-Mode kein Laserlicht ausstrahlen. Im Ergebnis wird die Einmodenschwingung der (+1)-Mode realisiert, die den geringeren Strahlungsverlust aufweist.
Demnach schwingt die (+1)-Mode wegen ihres geringen Strahlungsverlustes. So wird die Ausgangsleistung der Strahlungsmode in der Nähe der Resonatormitte nahezu gleich null, wie durch eine Kurve c in Fig. 1(b) dargestellt. Dies ist ein unerwünschter Strahlungsfeldverlauf, da die Ausgangsstrahlen von getrennten Bereichen in der Nähe der beiden Enden emittiert werden. Daher ist der Ausgangswirkungsgrad sehr klein und mindert den Vorteil der engen Strahldivergenz.
Die folgende Tatsache ergibt einen Nachteil für oberflächenstrahlende Laser mit engem Strahlenbündel:
Wenn die Lichtleistung der Ausbreitungsmode auf einen begrenzten Bereich längs des Resonators konzentriert ist, verschlechtert sich aufgrund des räumlichen Lochbrennens die Einmodenschwingungsfähigkeit (Soda u. a., The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, Japan, Report OQE 87-7, S. 49-56, 1986, und IEEE Journal of Quantum Electronics, Bd. QE-25, Nr. 6, S. 804-814, Juni 1987).
Dies wird später ausführlich erläutert.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen über ein Beugungsgitter gekoppelten oberflächenstrahlenden Laser zu schaffen, der einen Lichtstrahl in der Richtung senkrecht zum Substrat als Strahlungsmode von einem begrenzten kleinen Bereich entlang des Resonators ausstrahlen kann, sowie ein Verfahren zur Modulation dieses Lasers.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen gittergekoppelten, oberflächenstrahlenden Laser, der in einer einzelnen Longitudinalmode arbeiten kann, sowie ein Verfahren für seine Modulation zu schaffen.
Eine weitere Aufgabe einiger Ausführungsbeispiele der Erfindung besteht darin, einen gittergekoppelten, oberflächenstrahlenden Laser, der weniger durch das axiale Lochbrennen beeinträchtigt wird, sowie ein Verfahren für seine Modulation zu schaffen.
Eine weitere Aufgabe einiger Ausführungsbeispiele der Erfindung besteht darin, einen gittergekoppelten, oberflächenstrahlenden Laser, der mit hoher Geschwindigkeit durch schwache Ströme moduliert werden kann, sowie ein Verfahren für seine Modulation zu schaffen.
Eine weitere Aufgabe einiger Ausführungsbeispiele der Erfindung besteht darin, einen gittergekoppelten, oberflächenstrahlenden Laser, der mit hoher Geschwindigkeit durch Lichtstrahlen moduliert werden kann, sowie ein Verfahren für seine Modulation zu schaffen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen gittergekoppelten, oberflächenstrahlenden Laser zu schaffen, der durch Erleichterung der optischen Koppelung optische Informationseinrichtungen und optische Kommunikationssysteme erheblich vereinfacht.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen gittergekoppelten, oberflächenstrahlenden Laser zu schaffen, der die durch Spalten erzeugten Facetten und die damit verbundenen Prozesse nicht benötigt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, gittergekoppelte, oberflächenstrahlende Laser zu schaffen, deren Leistung im Wafer-Zustand vor dem Vereinzeln in Laser-Chips getestet werden kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen gittergekoppelten, oberflächenstrahlenden Laser mit außerordentlich hoher Massenproduktivität zu schaffen.
Einerfindungsgemäßergittergekoppelter, oberflächenstrahlender Laser hat die Eigenschaft, daß die von der Oberfläche abgestrahlte Ausgangsleistung nur von einem begrenzten Bereich erzielt wird, der eine höhere Strahlungsintensität aufweist als ein Bereich längs des Resonators. Bei diesen gittergekoppelten, oberflächenstrahlenden Lasern ist eine aktive Schicht mit einer Wellenleiterschicht mit Rillen 2. oder höherer Ordnung in Ausbreitungsrichtung kombiniert.
Dieser gittergekoppelte, oberflächenstrahlende Laser ist vorzugsweise längs des Resonators in mehrere Bereiche unterteilt, die unabhängig voneinander gepumpt werden können. Die Gesamtlänge des Resonators kann durch Steuerung der angeregten Niveaus der mehreren Bereiche unabhängig variiert werden, wobei der Resonator als ein effektiv gepumpter Bereich definiert ist, längs dessen sich Lichtwellen ausbreiten. Das Ausgangsstrahlungsdiagramm der Strahlungsmode kann längs des Resonators durch Steuerung des Phasenverschiebungsbetrags der Gitter verändert werden.
Mehrere Bereiche können durch Strominjektion oder durch einen Lichtstrahl gepumpt werden. Ein Teil davon kann durch Strominjektion, der andere Teil kann durch den Lichtstrahl gepumpt werden.
Zusammenfassend beinhaltet die Erfindung eine Oberflächenausgangsstrahlung, die von begrenzten Bereichen erzielt wird, die höhere Lichtintensitäten aufweisen als andere Bereiche längs des Resonators, wodurch man einen Lichtstrahl mit einer sehr engen Divergenz von einem kleinen Fleck aus erhalten kann, sowie ein Modulationsverfahren.
Zum Beispiel tritt die Schwingung in dem gittergekoppelten, oberflächenstrahlenden Halbleiterlaser mit λ/4-Phasenschieber bei der Braggschen Wellenlänge auf. Das Strahlungsmodenfeld ( R + S ²) und das geführte Modenfeld ( R ² + S ²) der Mode 0. Ordnung (die Mode 0. Ordnung strahlt genau bei der Braggschen Wellenlänge) in axialer Richtung haben ein gemeinsames Verteilungsprofil, das durch eine in Fig. 2 dargestellte Kurve angedeutet wird. Daher besteht die Möglichkeit, die Ausgangsleistung der Strahlungsmode über die gesamte Resonatorlänge zu erzielen. Ferner weist diese Braggsche Mode (O-Mode) eine große Schwellenverstärkungsdifferenz (ΔαL = &sub0;L - α±1L) zu den anderen Longitudinalmoden auf, wie z. B. der (+1)- Mode (wo die Verstärkungsdifferenz Δα durch Multiplikation mit der Resonatorlänge L normiert ist). Infolgedessen kann die Braggsche Mode wegen dieser großen Verstärkungsdifferenz auch dann schwingen, wenn der Strahlungsverlust durch die Ausgangsstrahlung in der O-Mode (Braggschen Mode) größer ist als in der (+1)-Mode, die einen sehr geringen Strahlungsverlust aufweist, dessen Profil durch die Kurve b in Fig. 2 dargestellt ist.
Wenn der normierte Kopplungskoeffizient L größer ist als 1,25, dann ist die geführte Welle auf einen Bereich um den λ/4-Phasenschieber herum konzentriert. Hierbei bedeutet der Kopplungskoeffizient K den Kopplungsgrad zwischen der R-Welle und der S-Welle, und L bedeutet die Resonatorlänge. Daher erhält man ein konvexes Intensitätsprofil, und die Strahlung kann effektiv emittiert werden (Fig. 2 zeigt den Fall L = 2,0).
Die stark wellige Verteilung der inneren Lichtintensität der geführten Mode (ausgedrückt als R ² + S ²) führt jedoch zu der Erscheinung des axialen Lochbrennens (Soda u. a., The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, Japan, Report OQE 87- 7, S. 49-56, 1986, und IEEE Journal of Quantum Electronics, Bd. QE-25, Nr. 6, S. 804-814, Juni 1987). Durch diese Erscheinung wird das Einmodenschwingungsverhalten von DFB-Lasern beeinflußt. Für die DFB- Struktur mit λ/4-Phasenverschiebung verringert die starke optische Konzentration auf die λ/4-Phasenverschiebung die Schwellenverstärkungsdifferenz ΔαL, obwohl dieser Wert zunächst äußerst groß ist. Tatsächlich springt die Braggsche Mode (0-Mode) häufig unmittelbar nach dem Auftreten der Laserstrahlung in die 1-Mode.
Das Lochbrennen in axialer Richtung kann minimiert werden, indem der normierte Kopplungskoeffizient L auf einen Wert von annähernd 1,25 eingestellt wird. Dann werden nämlich die Intensitätsprofile über die gesamte Resonatorlänge gleichmäßig. In diesem Falle wird es jedoch schwierig, die Strahlungsleistung (den Ausgang) auf einen Mikropunkt zu konzentrieren.
Dieser gittergekoppelte, oberflächenstrahlende Laser kann wie folgt realisiert werden. Die Elektrode auf der Lichtausgangsseite wird in mehrere Bereiche unterteilt, durch die entsprechende Lichtemissionsbereiche unabhängig voneinander durch Strominjektion angeregt werden können. So können die Anregungsniveaus der verschiedenen Bereiche unabhängig voneinander eingestellt werden (die Lichtintensitätsverteilung der Strahlungsmode wird durch R + S ² ausgedrückt). Diese Mehrelektrodenstruktur ermöglicht es, die Lichtintensität direkt unter einem kleinen, in der Mitte der Elektrode angebrachten Austrittsfenster zu steuern und dann die Oberflächenausgangsleistung zu modulieren.
Nachstehend wird das Modulationsverfahren beschrieben.
Zunächst wird die Modulation ausgeführt, indem die effektive Resonatorlänge durch Verändern der angeregten Resonatorlänge L verändert wird. Im allgemeinen ergibt sich, auch wenn in der Mitte des Resonators eine λ/4-Phasenverschiebung vorhanden ist, eine kleine Modenleistung in der Mitte, wenn der Wert von L viel kleiner ist als 1,25. In diesem Falle kann man vom mittleren Austrittsfenster überhaupt keine Ausgangsstrahlung erhalten. Sobald jedoch die äußeren Bereiche angeregt werden, vergrößert sich die effektive Resonatorlänge L, und dann nimmt der L-Wert zu.
Infolgedessen wird der Wert von L größer als 1,25, die Intensität der Strahlungsmode in der Mitte nimmt zu, und aus dem Fenster wird die Lichtausgangsstrahlung emittiert.
Bei einem anderen Modulationsverfahren kann die Ausgangsstrahlung aus dem Fenster durch Verändern des Betrages einer äquivalenten Phasenverschiebung gesteuert werden. Wenn nämlich der L-Wert größer ist als 1,25 und die dem Wert λ/4 entsprechende Phasenverschiebung gegeben ist (λ = Wellenlänge im Wellenleiter), dann tritt die Schwingung bei der Braggschen Wellenlänge auf, und dann kann man aus dem mittleren Bereich eine starke Strahlung erhalten.
Dies läßt sich wie folgt erklären. Die Verteilung der Strahlungsmode zeigt längs des Resonators stets ein konkaves Profil (die Intensität in der Mitte ist gleich null), wenn der effektive Brechungsindex längs des gesamten Resonators einheitlich ist. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Schwellenverstärkung der (+1)-Mode wegen ihrer konkaven Verteilung den niedrigsten Wert hat. Andererseits wird, sobald eine λ/4-Phasenverschiebung durch die Steuerung des effektiven Brechungsindex im mittleren Bereich vorgegeben ist, die starke Strahlungsmode der O-Mode aus dem mittleren Bereich emittiert. Im Ergebnis läßt sich die von der Oberfläche abgestrahlte Ausgangsleistung modulieren, indem man im mittleren Teil der Elektrode ein kleines Fenster anbringt.
Ferner kann der erfindungsgemäße gittergekoppelte, oberflächenstrahlende Laser mehrere Phasenverschiebungen aufweisen.
Die Phasenverschiebungen können durch reale Verschiebungen der Gitter oder durch Veränderung des effektiven Brechungsindex der Wellenleiterstruktur erzeugt werden.
Bei diesem gittergekoppelten, oberflächenstrahlenden Laser weist vorzugsweise mindestens eine der Mehrphaseneinrichtungen eine Elektrodenschicht auf, die in mehrere Bereiche unterteilt ist, welche jeweils unabhängig voneinander gepumpt werden.
Bei dem Modulationsverfahren des erfindungsgemäßen gittergekoppelten, oberflächenstrahlenden Lasers kann das Lichtausgangsstrahlungsdiagramm der Strahlungsmode in Resonatorrichtung durch voneinander unabhängiges Pumpen der mehreren Bereiche, d. h. durch die Steuerung des Betrages der Phasenverschiebung, gesteuert werden.
Mehrere Bereiche können durch Strominjektion oder durch Lichtstrahlen gepumpt werden. Es kann auch ein Teil der Bereiche durch Strominjektion und der andere Teil durch Licht gepumpt werden.
Mit anderen Worten, das Lichtstrahlungsdiagramm der Strahlungsmode kann durch unabhängige Einstellung mindestens eines der Phasenverschiebungswerte durch Strominjektion oder optisches Pumpen durchgreifend gesteuert werden. Durch Anbringen des Austrittsfenster durch zwei von den Phasenverschiebungen kann die von einem kleinen Fleck abgestrahlte Ausgangsleistung moduliert werden.
Nach diesem Verfahren kann eine stabile Konzentration der Strahlungsmode auf begrenzte Bereiche durch Beseitigung des Effekts des Lochbrennens erreicht werden.
Hier ist zu beachten, daß die abwärts gerichtete Strahlung von der unteren Elektrode reflektiert wird und eine unerwünschte Interferenz mit der nach oben gerichteten Ausgangsstrahlung verursacht. Um die Netto- Ausgangsintensität zu verstärken, sollte die Reflexion beseitigt werden, oder das vom Boden reflektierte Licht sollte sich mit dem Ausgangslicht gegenseitig verstärken.
Wie oben beschrieben, erhält man erfindungsgemäß eine stabile Oberflächen-Lichtemission in einer einzelnen Longitudinalmode. Außerdem kann wegen der Konzentration der Strahlungsleistung auf eine kleine Fläche aufgrund der gegenseitigen Verstärkung die Ausstrahlung der Strahlungsmode mit hohem Wirkungsgrad erreicht werden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht außerdem eine Modulation mit hoher Geschwindigkeit und hohem Wirkungsgrad durch Strominjektion oder optisches Pumpen. Ferner kann man von einem Mikroemissionsbereich einen Lichtstrahl mit sehr enger Divergenz erhalten.
Infolgedessen vereinfacht die vorliegende Erfindung optische Informationsverarbeitungseinrichtungen und optische Kommunikationseinrichtungen, in denen diese Komponente verwendet wird, da sie die optische Koppelung und die Konstruktion der Treiberschaltung erleichtert.
Wegen der Oberflächenemissionseigenschaft der Einrichtung ist das Spaltverfahren für die Facetten nicht erforderlich.
Ferner kann jede Einrichtung auf einem Wafer vor der Vereinzelung in Chips kontrolliert werden. Daher verbessert sich die Produktivität.
Fig. 1 (a) zeigt einen herkömmlichen kantenemittierenden DFB-Laser, und 1 (b) zeigt dessen Lichtintensitätsverteilung;
Fig. 2 zeigt eine Lichtintensitätsverteilung eines erfindungsgemäßen gittergekoppelten, oberflächenstrahlenden Lasers;
Fig. 3 (a) zeigt in Querschnitt und Draufsicht einen gittergekoppelten, oberflächenstrahlenden Laser nach dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und Fig. 3 (b) zeigt dessen Lichtintensitätsverteilung;
Fig. 4 (a) zeigt in Querschnitt und Draufsicht einen gittergekoppelten, oberflächenstrahlenden Laser nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 4 (b) zeigt eine Intensitätsverteilung bei Injektion des Stroms in die umgebenden Elektroden, Fig. 4 (c) zeigt eine Intensitätsverteilung für den Fall, daß der Strom nur in die mittlere Elektrode injiziert wird, und Fig. 4 (d) zeigt eine Intensitätsverteilung bei Injektion des Stroms in eine mittlere Elektrode und in die umgebenden Elektroden;
Fig. 5 (a) zeigt in Querschnitt und Draufsicht einen gittergekoppelten, oberflächenstrahlenden Laser nach dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 5 (b) zeigt eine Lichtintensitätsverteilung unter der Bedingung der gleichmäßigen Trägerinjektion, und Fig. 5 (c) zeigt eine Lichtintensitätsverteilung unter der Bedingung der ungleichmäßigen Trägerinjektion;
Fig. 6 (a) zeigt eine Draufsicht eines gittergekoppelten, oberflächenstrahlenden Lasers nach dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 6 (b) und Fig. 6 (c) zeigen Schnittdarstellungen des Lasers von der Seite und von vorn;
Fig. 7 zeigt eine Lichtintensitätsverteilung beim vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 8 zeigt eine Fernfeldcharakteristik der Oberflächenausgangsstrahlung beim vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
Fig. 9 (a) zeigt eine Lichtintensitätsverteilung der (+1)-Mode eines gittergekoppelten, oberflächenstrahlenden Lasers nach dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung (mit ΔΦ&sub1; = ΔΦ&sub2; = λ/4), Fig. 9 (b) zeigt eine Lichtintensitätsverteilung der (-1)-Mode (mit ΔΦ&sub1; = ΔΦ&sub2; = λ/4), und Fig. 9 (c) zeigt eine Lichtintensitätsverteilung der (-1)-Mode (mit ΔΦ&sub1;= /8 und ΔΦ&sub2; = 3λ/8).
Nachstehend werden anhand der Zeichnung ein erfindungsgemäßer gittergekoppelter, oberflächenstrahlender Halbleiterlaser und ein erfindungsgemäßes Modulationsverfahren dafür beschrieben.

Beispiel 1

Fig. 3 zeigt in Querschnitt und Draufsicht einen erfindungsgemäßen gittergekoppelten, oberflächenstrahlenden Halbleiterlaser.
Auf einem n-InP-Substrat 1 werden die Beugungsgitter 2. Ordnung 2 mit einem λ/4-Phasenschieber 10 ausgebildet. Dann läßt man darauf nach dem Flüssigphasenepitaxie-Ziehverfahren (LPE-Ziehverfahren) nacheinander eine n-GaInAsP-Wellenleiterschicht 3, eine undotierte aktive GaInAsP-Schicht 4, eine p-InP-Mantelschicht 5 und eine ohmsche p&spplus;-GaInAsP-Kontaktschicht 6 aufwachsen. Dann werden durch chemisches Ätzen Mesa-Streifen ausgebildet, und deren Umgebung wird mit InP-Schichten 7, 8 verdeckt, die einen in Sperrichtung vorgespannten p-n-Übergang bilden. Nach dem LPE-Ziehverfahren wird eine p-Deckschicht 9 ausgebildet, wodurch eine BH-Struktur aufgebaut wird. Danach werden eine Elektrode 21 auf der p-Seite und eine Elektrode 11 auf der n-Seite ausgebildet.
Infolgedessen haben die Wellenleiterschicht 3 und die aktive Schicht 4 eine Streifenform längs der Mittellinie des Bausteins, wie durch eine gestrichelte Linie in der Draufsicht von Fig. 3 dargestellt ist.
Der injizierte Strom wird an der Grenze zwischen den InP-Schichten 7 und 8 gesperrt, da der Übergang 20 in Sperrichtung vorgespannt ist. Infolgedessen wird der Strom effektiv nur in den aktiven Schichtstreifen 4 injiziert.
Außerdem weist die Elektrode 21 auf der p-Seite eine Öffnung (ein Austrittsfenster) 22 auf, um eine Lichtstrahlung aus dem mittleren Bereich zu erhalten, wo die λ/4-Phasenverschiebung 10 vorgesehen ist.
Bezüglich des in Fig. 3 dargestellten Lasers kann man einen L-Wert von mehr als 2,0 erhalten, indem man die Resonatorlänge L ausreichend groß macht. Dadurch kann die geführte Leistung auf den mittleren Bereich konzentriert werden. Ein Teil dieser Lichtleistung wird aus dem Fenster 22 als die von den Beugungsgittern 2. Ordnung hervorgerufene Strahlungsmode ausgestrahlt.

Beispiel 2

Fig. 4 zeigt in Querschnitt und Draufsicht den erfindungsgemäßen gittergekoppelten, oberflächenstrahlenden Halbleiterlaser.
Bei diesem gittergekoppelten, oberflächenstrahlenden Laser wird wie im ersten Ausführungsbeispiel GaInAsP/InP-Material verwendet. Die Struktur der Elektrode 21 auf der p-Seite bildet den einzigen Unterschied zum Ausführungsbeispiel 1.
Die Elektrode 21 auf der p-Seite ist nämlich in eine Mittelelektrode 21a und die übrigen, umgebenden Elektroden 21b unterteilt, und in jede von ihnen können elektrische Ströme unabhängig voneinander injiziert werden.
Die Mittelelektrode 21 a weist ein Lichtaustrittsfenster 22 auf.
Der Kopplungskoeffizient der Beugungsgitter 2. Ordnung 2 ist etwa gleich 20 cm&supmin;¹ Die Länge Lct des durch die Mittelelektrod21a angeregten Bereichs ist auf etwa 200 um eingestellt, und es gilt Lc = 0,4. Die Längen der umgebenden Elektrodenbereiche L&sub1; und Lr betragen jeweils 400 um (dann ist ·(Ll + Lr) = 1,6).
Folglich wird der Wert L gleich 2,0, und der Strom wird in alle Elektroden (21a und 21b) injiziert. Dieser Wert ist ausreichend, um die Lichtleistung auf den zentralen Abschnitt zu konzentrieren.
Es ist darauf zu achten, daß bei einem zu großen L-Wert die entsprechende Konzentration wegen des axialen Lochbrennens einen Modensprung zu einer anderen Mode verursacht.
Für den Fall, daß ein Vorspannungsstrom von etwa 80 mA nur in die umgebende Elektrode 21b injiziert wird, sind die Intensitätsverteilungen der umgebenden Bereiche mit den Längen Ll und Lr in Fig. 4 (b) dargestellt, und die Lichtenergie geht innerhalb dieser Bereiche verloren (dies bedeutet, daß sich die Lichtstrahlungsleistung in den nicht angeregten Bereichen in der Nähe beider Enden und im Mittelteil abschwächt). Wenn daher die Oberfläche außer dem Fenster 22 mit einem absorbierenden Elektrodenmaterial oder einer absorbierenden quaternären Schicht abgedeckt wird, kann das Licht nicht emittiert werden. Wegen der gegenseitigen Abschwächung zwischen den Strahlungsmoden, die von der fortschreitenden Welle R und der gestreuten Welle S erzeugt werden, wird außerdem die Intensitätsverteilung jedes Resonators konkav.
Wenn an den mittleren Elektrodenbereich 21a der Schaltstrom von etwa 20 mA angelegt wird, der die gleiche Injektionsstromdichte hat, wie sie am umgebenden Elektrodenbereich 21b anliegt, dann konzentriert sich die Lichtleistung auf den mittleren Teil, wie in Fig. 4 (d) gezeigt. Daher kann man einen Strahl mit geringer Divergenz, hoher Strahldichte und hoher Strahlungsleistung erhalten (wobei L etwa gleich 2,0 ist).
Dies bedeutet, daß man durch einen kleinen Schaltimpuls eine große Lichtausgangsleistung erzielen kann.
Die Schaltoperation kann, statt durch Stromanregung, auch durch optisches Pumpen mit einem auf die Mittelelektrode 21a auffallenden Lichtstrahl erfolgen. In einem solchen Falle sollte die Elektrode lichtdurchlässig sein. In diesem Fall verstärkt ein hoher Vorspannungsstrom das schwache optische Signal und realisiert daher einen Lichtverstärker.
Wenn außerdem die umgebenden Elektroden 21b abgeschaltet sind und nur die Mittelelektrode 21a eingeschaltet ist, dann weist die Lichtverteilung um die Mitte des Resonators herum ein konkaves Profil auf, das zu einem sehr niedrigen Ausgangspegel führt. Durch schrittweise Injektion von Strömen in die umgebenden Elektroden 21b, oder indem man in, die in mehrere Elektrodenabschnitte unterteilten, umgebenden Elektroden 21b nacheinander Ströme injiziert, kann man Ausgangssignale mit mehreren Pegeln erhalten, was bedeutet, daß der Lichtausgangspegel vom Mittelabschnitt eingestellt (moduliert) werden kann.

Beispiel 3

Fig. 5 zeigt in Querschnitt und Draufsicht den erfindungsgemäßen gittergekoppelten, oberflächenstrahlenden Laser.
Hier handelt es sich um den gleichen Laser wie im Ausführungsbeispiel 2, wobei aber Beugungsgitter ohne echte Phasenschieber (in Fig. 4 mit 10 bezeichnet) verwendet werden. Die Mittelelektrode 21a hat eine relativ geringe Länge von etwa 30 um. Die Längen Ll bzw. Lr der umgebenden Elektroden 21b betragen etwa 150 um. Im Ergebnis wird eine gleichmäßige Trägerinjektion realisiert, wie in Fig. 5 (b) durch die Injektion der Ströme von 30 mA bzw. 3 mA in die umgebenden Elektroden 21b bzw. in die Mittelelektrode 21a gezeigt wird. Der Laser schwingt dann in der (+1)-Mode. Genauer gesagt, man erhält eine geringere Leistung der Strahlungsmode vom zentralen Bereich und eine größere von den umgebenden Bereichen. In diesem Falle kann die Lichtausgangsleistung nicht aus dem Fenster 22 gewonnen werden.
Wenn als nächstes ein Strom von 10 mA unter den gleichen Vorspannungsbedingungen an die Mittelelektrode 21a angelegt wird, variiert der effektive Brechungsindex in Abhängigkeit von einer Zunahme der Injektionsträgerdichte. Wenn der Brechungsindex um die Elektrode 21a herum die äquivalente λ/4-Phasenverschiebungsbedingung erfüllt, tritt eine Schwingung bei der Braggschen Wellenlänge (O-Mode) auf, wobei die Strahlungsmode im zentralen Bereich konzentriert wird, wie in Fig. 5 (c) dargestellt. Gleichzeitig wird ein Strahl mit enger Strahldivergenz (R · RL = 30º · 1º) nahezu senkrecht zum Substrat aus dem Fenster 22 emittiert.
Wenn jedoch in diesem Ausführungsbeispiel die Ausgangsleistung aus dem kleinen Fenster einige Milliwatt oder mehr erreicht, dann tritt wegen des axialen Lochbrennens ein Modensprung zur nächsten Submode auf. Dies ist auf das konvexe Intensitätsprofil der O-Mode zurückzuführen.
Bei dem Verfahren nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird nicht wie im Ausführungsbeispiel 2 der L-Wert, sondern entsprechend der Betrag der Phasenverschiebung gesteuert.
In den Ausführungsbeispielen 1 bis 3 ist nicht nur die Strahlungsleistung, sondern auch die Leistung der Ausbreitungsmode auf den zentralen Fensterbereich konzentriert, wodurch sich die Stabilität der Einmodenschwingungsfähigkeit verschlechtert. (Dafür ist das axiale Lochbrennen verantwortlich). Mit anderen Worte, es gibt eine Beschränkung für die Realisierung einer extrem hohen Konzentration der Strahlungsmode.
Das gewünschte Merkmal besteht darin, daß die Intensitätsverteilung der Ausbreitungsmoden in axialer Richtung gleichmäßig, aber die Intensität der einzigen Strahlungsmode in dem Bereich unterhalb des Austrittsfensters sehr hoch ist.
Derartige gittergekoppelte, oberflächenstrahlende Laser werden nachstehend als viertes Ausführungsbeispiel beschrieben.

Beispiel 4

Fig. 6 zeigt in Querschnitt und Draufsicht den erfindungsgemäßen gittergekoppelten, oberflächenstrahlenden Laser.
Bei diesem gittergekoppelten, oberflächenstrahlenden Laser wird GaInAsP/InP-Material verwendet, wie im Ausführungsbeispiel 3 beschrieben. Der Unterschied zum Ausführungsbeispiel 3 besteht in der Struktur der Elektrode 2 auf der p-Seite und der beiden Endfacetten.
Enden mit entsprechend niedrigem Reflexionsvermögen werden durch die Ausbildung nicht angeregter absorbierender Bereiche realisiert. Der Einfachheit halber ist jedoch hier die AR-Beschichtung 12 in den Zeichnungen angegeben.
Die Modulationselektrode 21a besteht aus zwei Elektrodenfingern von 2 um Breite und 30 um Abstand.
Ein 5 in breites Austrittsfenster 22 ist in den Vorspannungselektroden 21b angebracht und zwischen den Elektrodenfingern 21a angeordnet.
In diesem gittergekoppelten, oberflächenstrahlenden Laser kann die injizierte Trägerdichte unterhalb der Modulationselektrode 21a relativ zu einer festen Trägerdichte unterhalb der Vorspannungselektrode 21b gesteuert werden. Diese relative Änderung der Trägerdichte verursacht eine Änderung des Brechungsindex der aktiven Schicht 4. Die sich ausbreitenden Lichtwellen werden entsprechend der relativen Phasenänderung der Beugungsgitter unterworfen. Folglich ist die Elektrode 21 auf der p-Seite zwei regelbaren Phasenschiebern äquivalent, die in einem Abstand von 30 um voneinander vorgesehen sind. In diesem Falle ist die gesamte angeregte Resonatorlänge gleich 300 um.
Hierbei können, wenn der Betrag der Phasenverschiebung nicht reguliert zu werden braucht, wirkliche Phasensprünge in die Beugungsgitter eingebaut werden. In diesem Falle ist eine Mehrelektrodenstruktur wie 21a und 21b nicht erforderlich.
Zu beachten ist, daß der Wert von L etwa gleich 1,25 gewählt wird, um die geführte Mode relativ gleichmäßig zu machen, wodurch der Effekt des Lochbrennens ausgeschlossen wird.
Als nächstes wird die Arbeitsweise dieses gittergekoppelten, oberflächenstrahlenden Lasers beschrieben.
Fig. 7 zeigt die Strahlungsmoden-Intensitätsverteilung ( R + S ²) in axialer Richtung und einen Teil der Intensitätsverteilung (( R ² + S ²) der geführten Mode als Parameter der Phasenverschiebungsbeträge ΔΦ1 und ΔΦ2.
Für ΔΦ1 = ΔΦ2 = λ/8 (λ: Wellenlänge der geführten Mode) ist die Intensitätsverteilung der geführten Mode in Achsenrichtung durch die Kurve a in Fig. 7 dargestellt und erweist sich als relativ gleichmäßig. Für ΔΦ1 = ΔΦ2 = 3λ/8 ergibt sich für die Verteilung der Strahlungsmode ( R + S ²) ein Profil, das durch die Kurve b dargestellt wird. Die gegenseitige Verstärkung erhöht die Strahlungsleistung in der Mitte unterhalb des Lichtaustrittsfensters 22. Dadurch wird ein Strahlungsausgang mit hohem Wirkungsgrad aus dem Fenster 22 realisiert.
Die Ausgangsleistung des erfindungsgemäßen gittergekoppelten, oberflächenstrahlenden Lasers kann durch Schalten der Strominjektion über die gesamte Resonatorlänge moduliert werden. Das effektivere Modulationsverfahren besteht jedoch darin, daß der Modulationsstrom an die Elektrode mit den kleinen Elektrodenfingern 21a angelegt wird, während der Vorspannungsstrom zur Aufrechterhaltung der Schwingung an die Elektroden 21b angelegt wird.
Die Verteilung der Strahlungsmode ( R +S ²) wird durch die Kurve d dargestellt, wenn der Strom so an die Elektrode 21a angelegt wird, daß die Bedingung ΔΦ1 = ΔΦ3 = 0 erfüllt ist. Dann tritt aus dem Fenster 22 keine Strahlung aus (Aus-Zustand). Wenn andererseits die Elektrode 21a so moduliert wird, daß die Bedingung ΔΦ1 = ΔΦ2 = 3λ/8 erfüllt ist, dann ergibt sich als Verteilung der Strahlungsmode die Kurve b, die eine Emission der Strahlungsmode aus dem Fenster 22 ermöglicht (Ein-Zustand). Dies ermöglicht einen hohen Modulations- und Wirkungsgrad, da der Baustein hoch vorgespannt ist und der kleine Impuls zum Modulieren der Ausgangsleistung ausreicht.
Dabei ist die Modulation auch unter anderen Phasenverschiebungsbedingungen möglich. Genauer gesagt, bei ΔΦ1 = ΔΦ2 = λ/8 tritt die gegenseitige Abschwächung nur unterhalb des Fensters 22 auf, wie die Kurve c zeigt. Folglich kann der Lichtimpuls durch Modulation von einem Zustand mit ΔΦ1 = ΔΦ2 = λ/8 (Aus-Zustand) in einen anderen Zustand mit ΔΦ1 = ΔΦ2 = 3λ/8 (Ein-Zustand) erzeugt werden.
In Fig. 8 ist ein Beispiel für ein Fernfeldstrahlungsdiagramm des Strahlungsausgangs aus diesem erfindungsgemäßen gittergekoppelten, oberflächenstrahlenden Laser dargestellt.
Die Strahldivergenz beträgt nur 10 in Resonatorrichtung und etwa 30º in Querrichtung. Der letztere Wert ist der gleiche wie bei kantenemittierenden Lasern. Bei einer Lichtemissionsfläche von 5·2 um² ergibt dies einen hinreichend engen Strahl im Vergleich zum herkömmlichen Halbleiterlaser oder zur Leuchtdiode (LED). Dementsprechend ist die praktische Ankoppelung des Ausgangsstrahls direkt an optische Fasern und andere optische Bauteile erreichbar. Außerdem trägt die Ausbildung einer Zylinderlinse oder der Gitterlinse am Fenster 22 dazu bei, daß man einen engeren Strahl erhält. Da eine derartige Linse durch Bearbeitung der Waferoberfläche geformt wird, gibt es damit wenig Schwierigkeiten, und die Linse ist für die Massenproduktion geeignet.

Beispiel 5

Der andere erfindungsgemäße gittergekoppelte, oberflächenstrahlende Laser wird nachstehend anhand von Fig. 9 beschrieben.
In diesem Ausführungsbeispiel sind zwei λ/4-Phasenverschiebungen in einem Abstand von 30 in vorgesehen, dessen Mittelpunkt sich im Zentrum des Resonators befindet (wobei die Resonatorlänge L gleich 300 um ist). In diesem Falle ist die Summe der beiden Verschiebungen gleich λ/2 und daher schwingen beide ±1-Moden gleichzeitig ohne Strahlungsverlust. Wenn Strahlungsmoden existieren, weist die (+1)-Mode das in Fig. 9 (a) dargestellte Intensitätsprofil und die (-1)-Mode das in Fig. 9 (b) dargestellte Profil auf. Daher schwingt die (+1)-Mode, die einen geringeren Strahlungsverlust aufweist. Die Strahlungsmode zwischen den beiden Phasenschiebern kann in diesem Falle verstärkt werden. Infolgedessen kann man den Strahlungsausgang mit hohem Wirkungsgrad aus dem zentralen Fenster erhalten.
Außerdem gibt es weitere Abwandlungen der vorliegenden Erfindung, zum Beispiel, daß einer der beiden Phasenschieber durch eine wirkliche Phasenverschiebung und der andere elektrisch realisiert wird. Wenn z. B., wie in Fig. 9 (c) dargestellt, eine der Phasenverschiebungen auf ΔΦ2 = 3λ/8 und eine weitere auf ΔΦ1 = λ/8 fixiert wird, dann tritt die 1. Schwingungsmode auf, und die Intensität im zentralen Bereich wird groß genug für eine Lichtemission. Das Strahlungsdiagramm ist dann asymmetrisch zum Resonatormittelpunkt.
Die Modulation kann wie folgt ausgeführt werden. Die beiden Phasenschieber werden elektrisch regelbar gemacht, und einer der Phasenschieber wird auf einen konstanten Wert fixiert, während der andere gesteuert wird.
Außerdem ist der erfindungsgemäße gittergekoppelte, oberflächenstrahlende Laser nicht auf den Fall mit zwei Phasenverschiebungen beschränkt, sondern schließt auch die Fälle ein, wo drei oder mehr Phasenschieber vorgesehen sind und die Strahlungsmode in beliebigen Bereichen entlang der Resonatorrichtung selektiv verstärkt wird.
Ferner kann das Fenster zur Erzielung des Lichtausgangs auf der anderen Seite angebracht werden. Wenn der Laser mit der p-Seite nach unten montiert wird, kann das Fenster auf der Seite der n-Elektrode ausgebildet werden. Hierbei kann, wenn das Substrat das Strahlungslicht absorbiert (z. B. im Falle von GaAs) ein Teil des Substrats entfernt werden.

Claims

1. Über ein Beugungsgitter gekoppelter, oberflächenstrahlender Laser, der aufweist:

eine kristalline aktive Schichtstruktur mit einer Wellenleiterschicht (3) und

ein Beugungsgitter (2) zweiter oder höherer Ordnung, das sich längs eines Laserresonators der kristallinen aktiven Struktur erstreckt, wobei der Laserresonator als eine Strecke definiert ist, längs derer eine Lichtausbreitung zugelassen wird; und

zwei Elektroden (11, 21), zwischen denen die kristalline aktive Schichtstruktur angeordnet ist, um diese anzuregen, gekennzeichnet durch:

ein Fenster (22) in einer der Elektroden (21), um als Strahlungsmoden, die von zwei gegenläufig geleiteten Lichtwellen erzeugt werden, einen Ausgangsstrahl aus einer Oberfläche der kristallinen aktiven Schichtstruktur zu erhalten; und

eine Phasenverschiebungseinrichtung, um einen Phasenverschiebungseffekt des Beugungsgitters zu erzielen und dadurch zu bewirken, daß sich die Strahlungsmoden in einem dem Fenster (22) entsprechenden Bereich der kristallinen aktiven Schichtstruktur gegenseitig verstärken.

2. Über ein Beugungsgitter gekoppelter, oberflächenstrahlender Laser nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverschiebungseinrichtung eine der Elektroden (21) aufweist, die in mehrere Elektrodenbereiche (21a, 21b) unterteilt ist, so daß in entsprechende aktive Bereiche der kristallinen aktiven Schichtstruktur unabhängig voneinander ein Strom injiziert werden kann.

3. Über ein Beugungsgitter gekoppelter, oberflächenstrahlender Laser nach einem der beiden vorstehenden Ansprüche, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverschiebungseinrichtung das Fenster (22) in einer der Elektroden (21) aufweist, so daß Lichtstrahlen zur Anregung entsprechender aktiver Bereiche der kristallinen aktiven Schichtstruktur unabhängig voneinander eingestrahlt werden können.

4. Verfahren zur Modulation eines über ein Beugungsgitter gekoppelten, oberflächenstrahlenden Lasers, der aufweist: eine kristalline aktive Schichtstruktur mit einer Wellenleiterschicht (3) und ein Beugungsgitter zweiter oder höherer Ordnung (2), das sich längs eines Laserresonators der kristallinen aktiven Schichtstruktur erstreckt, wobei der Laserresonator als eine Strecke definiert ist, längs derer eine Lichtausbreitung zugelassen wird;

zwei Elektroden, zwischen denen die kristalline aktive Schichtstruktur angeordnet ist, um diese anzuregen;

eine Phasenverschiebungseinrichtung, um einen Phasenverschiebungseffekt des Beugungsgitters zu erzielen und dadurch zu bewirken, daß sich die Strahlungsmoden in einem dem Fenster entsprechenden Bereich der kristallinen aktiven Schichtstruktur gegenseitig verstärken; und

wobei die Phasenverschiebungseinrichtung mindestens eine der folgenden ersten und zweiten Verschiebungseinrichtungen aufweist:

eine erste Phasenverschiebungseinrichtung mit der in mehrere Elektrodenbereiche (21a, 21b) unterteilten Elektrode, so daß in die mehreren Elektrodenbereiche (21a, 21b) unabhängig voneinander Strom injiziert werden kann, um entsprechende aktive Bereiche der kristallinen aktiven Schichtstruktur anzuregen; und

eine zweite Phasenverschiebungseinrichtung mit dem Fenster (22) in einer der Elektroden (21), so daß entsprechende aktive Bereiche der kristallinen aktiven Schichtstruktur unabhängig voneinander durch optisches Pumpen durch das Fenster (22) angeregt werden können; welches Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Steuern der Ausgangsfeldverteilung der Strahlungsmode längs des Resonators durch Veränderung der Phasenverschiebungswerte der Strahlungsmoden mit Hilfe mindestens eines der Ströme, die unabhängig voneinander in einen der mehreren Elektrodenbereiche injiziert werden, sowie durch optisches Pumpen durch das Fenster.