JPH0590669A - Ring laser apparatus - Google Patents

Ring laser apparatus

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Publication number
JPH0590669A
JPH0590669A JP24894391A JP24894391A JPH0590669A JP H0590669 A JPH0590669 A JP H0590669A JP 24894391 A JP24894391 A JP 24894391A JP 24894391 A JP24894391 A JP 24894391A JP H0590669 A JPH0590669 A JP H0590669A
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JP
Japan
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resonator
grating
light
layer
laser device
Prior art date
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JP24894391A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshio Yamamoto
敏雄 山本
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Olympus Corp
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Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To directly take out light to the outside of a surface without using a prior art additional waveguide. CONSTITUTION:There are provided a ring-shaped resonator 6, a second grating 7 formed in the surface of the resonator 6 for taking out light upwardly of the resonator surface, and a first grating 4 for specifying the mode of the light in the resonator.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はリングレ−ザ装置に関
し、特に面発光グレ−ザ装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ring laser device, and more particularly to a surface emitting laser device.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、レ−ザを他の光学部品とともに集
積化使用という動きがあるが、ファブリ−ペロ−型の共
振器を持つレ−ザ装置の場合、基板と垂直に共振器の端
面を作る必要があり、集積化の上で大きな制約となって
いる。
2. Description of the Related Art In recent years, there has been a movement to integrate and use a laser with other optical components. In the case of a laser device having a Fabry-Perot resonator, the end face of the resonator is perpendicular to the substrate. Need to be made, which is a big limitation on integration.

【0003】そこで、この点を克服するため、円形の導
波路を共振器として用いる,いわゆるリングレ−ザ装置
が検討されている。この型のレ−ザ装置の場合には、光
は導波路内を回り続けるため、光を閉じ込めるための導
波路境界での小さな角度の反射が起きるのみであり、フ
ァブリ−ペロ型で必要とされる反射端面は必要とされな
い。
In order to overcome this problem, a so-called ring laser device using a circular waveguide as a resonator has been studied. In the case of this type of laser device, since light continues to travel in the waveguide, only a small angle of reflection occurs at the waveguide boundary for confining the light, which is required in the Fabry-Perot type. No reflective end face is required.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、円形の
導波路を共振器とするリングレ−ザ装置においては、光
を外部に取り出すため、円形導波路に分岐を与え、別の
導波路を接続する、あるいはレ−ザに近接して別の導波
路を置き、これらの導波モ−ド光を結合する方法が採ら
れている。これらの方法による出力光は、いずれもレ−
ザを含む面に平行な進行方向を持っている。従って、そ
の面外に光を放射させるためには、取り出された光に対
しグレ−ティング等により面外への放射光を結合する必
要がある。この様な手段を用いた場合、最終的に面外に
取り出されるまでの光の損失が大きい、デバイス自体が
大きな面積を必要とするという問題がある。
However, in a ring laser device having a circular waveguide as a resonator, in order to extract light to the outside, a branch is given to the circular waveguide and another waveguide is connected. Alternatively, another waveguide is placed in the vicinity of the laser to couple the guided mode lights. The output light from each of these methods is
It has a traveling direction that is parallel to the plane containing the z. Therefore, in order to radiate the light out of the plane, it is necessary to combine the emitted light out of the plane by grating or the like with the extracted light. When such a means is used, there are problems that the loss of light until the light is finally extracted out of the plane is large and the device itself requires a large area.

【0005】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、従来のような付加的な導波路を用いることなく、面
外へ光を直接取り出すことが可能な面発光リングレ−ザ
を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a surface emitting ring laser capable of directly extracting light out of the surface without using an additional waveguide as in the prior art. With the goal.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、リング状の共
振器と、この共振器の表面に形成され,光を前記共振器
表面の上方に取り出すグレ−ティングと、前記共振器内
での光のモ−ドを決めるための手段とを具備することを
特徴とするリングレ−ザ装置である。
According to the present invention, a ring-shaped resonator, a grating formed on a surface of the resonator and extracting light above the resonator surface, and a grating inside the resonator are provided. And a means for determining the mode of light, which is a ring laser device.

【0007】本発明において、前記共振器の波長は2π
r/n(但し、r:半径、n:整数)で与えられるが、
グレ−ティングの周期を2πr/m(但し、m−nが奇
数)に設定することにより、以下に説明するように放射
光をリングを含む面の外に取り出すことができる。
In the present invention, the wavelength of the resonator is 2π.
It is given by r / n (however, r: radius, n: integer),
By setting the grating period to 2πr / m (however, m-n is an odd number), the emitted light can be extracted out of the surface including the ring, as described below.

【0008】上記周期2πr/mで、仮にm=n+1と
すると、図1においてリング状の共振器6表面には、2
πr/(n+1)のピッチでグレ−ティング7が形成さ
れている。円形導波路上に点Aを選び、点Aを支点にπ
/2づつ回転して得られる点を夫々点B,点C,点Dと
する。そして、点A,点B,点C,点Dの各点における
導波光とグレ−ティングの位相差を夫々Δφ(A),Δ
φ(B),Δφ(C),Δφ(D)とする。時刻t=0
でΔφ(A)=0としたとき、Δφ(A),Δφ
(B),Δφ(C),Δφ(D)の時間変化を図5に示
す。
If m = n + 1 with the above period of 2πr / m, the surface of the ring-shaped resonator 6 in FIG.
The grating 7 is formed at a pitch of πr / (n + 1). Select point A on the circular waveguide, and use point A as a fulcrum for π
Points obtained by rotating by 1/2 are designated as point B, point C, and point D, respectively. Then, the phase differences between the guided light and the grating at the points A, B, C, and D are Δφ (A) and Δ, respectively.
Let φ (B), Δφ (C), and Δφ (D). Time t = 0
And Δφ (A) = 0, then Δφ (A), Δφ
FIG. 5 shows changes over time in (B), Δφ (C), and Δφ (D).

【0009】ここで、共振器6の中心Oを通る基板1に
垂直な軸上において、点A,点B,点C,点Dの各点の
近傍からの放射光を観察した場合を考える。t=0で点
A近傍からの放射光が振幅最大であるとすると、点C近
傍からの放射光も振幅最大となる。これは、点Aと点C
では導波光の進行方向が逆方向で、しかもΔφ(A)と
Δφ(C)が常にπ異なっていることによる。この時、
点B近傍と点D近傍からの放射光は振幅最小となる。こ
れはΔφ(B)とΔφ(D)がΔφ(A)とそれぞれπ
/2,−π/2異なるためである。グレ−ティング7か
ら放射される光は、その偏光方向がグレ−ティングの延
在する方向に対して一定しているため、t=0の瞬間に
は特定の偏光方向を持った直線偏光が放射される。放射
光が振幅最大となる点は時間の経過と共に移動する。つ
まり、t=0では放射光の振幅が最大となる点は点Aで
あるが、このような点は時間の経過に伴って矢印方向に
移動して点B,点C,点Dと順に移動したのち再び点A
に戻ってくる。これに伴って、放射光の偏光面も回転す
る。この結果、グレ−ティングの結合効率が中心Oに対
する角度方向によらず一定の場合には放射光は円偏向と
なる。
Now, let us consider a case in which radiated light from the vicinity of points A, B, C, and D is observed on an axis perpendicular to the substrate 1 passing through the center O of the resonator 6. When the emitted light from the vicinity of the point A has the maximum amplitude at t = 0, the emitted light from the vicinity of the point C also has the maximum amplitude. This is point A and point C
Then, the traveling direction of the guided light is the opposite direction, and Δφ (A) and Δφ (C) are always different by π. At this time,
The emitted light from the vicinity of the point B and the vicinity of the point D has the minimum amplitude. This means that Δφ (B) and Δφ (D) are Δφ (A) and π, respectively.
This is because they differ by / 2 and -π / 2. Since the polarization direction of the light emitted from the grating 7 is constant with respect to the extending direction of the grating, linearly polarized light having a specific polarization direction is emitted at the moment of t = 0. To be done. The point at which the emitted light has the maximum amplitude moves with the passage of time. That is, the point at which the amplitude of the radiated light becomes maximum at t = 0 is the point A, but such a point moves in the direction of the arrow with the passage of time, and then moves to the points B, C, and D in order. After that point A again
Come back to. Along with this, the plane of polarization of the emitted light also rotates. As a result, when the coupling efficiency of the grating is constant regardless of the angle direction with respect to the center O, the emitted light is circularly polarized.

【0010】本発明において、リング内に定在波が立つ
場合、夫々の進行波からの放射光は互いに相殺し合うた
め、共振する光を一方向の進行波のみ優勢にする必要が
ある。また、共振器の表面にグレ−ティングを形成した
場合、そのグレ−ティングの周期に対しBragg条件を満
たす定在波が共振モ−ドとして選ばれ易くなる。従っ
て、共振器に上記2πr/nの波長を選択するための手
段,つまり共振器内での光のモ−ドを決めるための手段
を付け加える必要がある。
In the present invention, when standing waves are generated in the ring, the emitted lights from the respective traveling waves cancel each other out, so it is necessary to make the resonating light dominant only in the one direction traveling wave. Further, when the grating is formed on the surface of the resonator, a standing wave satisfying the Bragg condition for the grating period is easily selected as the resonance mode. Therefore, it is necessary to add means for selecting the wavelength of 2πr / n to the resonator, that is, means for determining the mode of light in the resonator.

【0011】その手段の一例としては、例えば図2に示
すように共振器の裏面側にπr/nの周期を持つ第1の
グレ−ティングを形成することが挙げられる。この第1
のグレ−ティングの歯は、断面形状を非対称とし、一方
向の進行波がもう一方向の進行波よりも強く反射される
構造とする(図3参照)。また、2πr/mの周期を持
つ(第2の)グレ−ティングが、それに対してBragg条
件を満たす波を反射するよりも大きな反射率を持つとす
る。
One example of the means is to form a first grating having a period of πr / n on the back surface side of the resonator as shown in FIG. This first
The grating tooth has an asymmetric cross-sectional shape, and has a structure in which a traveling wave in one direction is reflected more strongly than a traveling wave in the other direction (see FIG. 3). It is also assumed that the (second) grating having a period of 2πr / m has a higher reflectance than that of a wave that satisfies the Bragg condition.

【0012】[0012]

【作用】上記構成をとることにより、共振器(活性層)
内では、2πr/nの波長を持つ進行波が増幅され、2
πr/mの周期を持つグレ−ティングにより、この進行
波に対して放射光が結合される。
[Operation] By adopting the above configuration, the resonator (active layer)
Inside, a traveling wave with a wavelength of 2πr / n is amplified and
By grading having a period of πr / m, radiated light is coupled to this traveling wave.

【0013】[0013]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図1,図2及び図
3を参照して説明する。ここで、図1はこの実施例に係
る面発光リングレ−ザ装置の平面図、図2は図1の線分
OPでの拡大断面図、図3は図2の線分QRに沿う拡大
断面図を示す。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1, 2 and 3. Here, FIG. 1 is a plan view of the surface emitting ring laser device according to this embodiment, FIG. 2 is an enlarged sectional view taken along line OP of FIG. 1, and FIG. 3 is an enlarged sectional view taken along line QR of FIG. Indicates.

【0014】図中の1は、n型のGaAs基板である。
この基板1上には、ド−ナツ状の真性AIGaAs層2
がエピタキシャル成長法により形成され、更に基板1上
で前記AIGaAs層2の内側に該層2と同心円状のn
型のAIGaAs層3が同じ方法により形成されてい
る。後述する共振器の裏面側に対応する前記AIGaA
s層2の表面の一部には、第1のグレ−ティング4が形
成されている。このグレ−ティング4は2πr/n(但
し、r:半径、n:整数)の波長を持つ進行波を選択す
るためのもので、πr/nの周期を持つ。前記第1のグ
レ−ティング4は、例えば電子描画法でパタ−ン付けす
ることにより形成される。
Reference numeral 1 in the figure denotes an n-type GaAs substrate.
On this substrate 1, a donut-shaped intrinsic AIGaAs layer 2 is formed.
Are formed by an epitaxial growth method, and further, on the substrate 1, inside the AIGaAs layer 2, an n-shaped layer concentric with the layer 2 is formed.
Type AIGaAs layer 3 is formed by the same method. The AIGaA corresponding to the back side of the resonator described later.
A first grating 4 is formed on a part of the surface of the s layer 2. The grating 4 is for selecting a traveling wave having a wavelength of 2πr / n (where r: radius and n: integer), and has a period of πr / n. The first grating 4 is formed by patterning by, for example, an electronic drawing method.

【0015】前記AIGaAs層2上には、ド−ナツ状
のp型のAIGaAs層5が形成されている。前記AI
GaAs層2上でかつ前記AIGaAs層5の内側に
は、共振器としてのn型のGaAs活性層(共振器)6
が形成されている。この共振器6の表面には、光を共振
器6の上方に取り出すための第2のグレ−ティング7が
形成されている。ここで、共振器6の波長は2πr/n
で与えられるが、第2のグレ−ティング7の周期を2π
r/m(但し、m−nが奇数)に設定することにより、
放射光をリングを含む面の外に取り出すことができる。
前記AIGaAs層2,3上でかつ前記共振器6の内側
には、n型のAIGaAs層8が形成されている。ここ
で、前記層5,6,8は同心円状である。
A doughnut-shaped p-type AIGaAs layer 5 is formed on the AIGaAs layer 2. Said AI
An n-type GaAs active layer (resonator) 6 as a resonator is provided on the GaAs layer 2 and inside the AIGaAs layer 5.
Are formed. A second grating 7 for extracting light above the resonator 6 is formed on the surface of the resonator 6. Here, the wavelength of the resonator 6 is 2πr / n
The period of the second grating 7 is 2π
By setting r / m (however, m-n is an odd number),
The emitted light can be extracted out of the plane containing the ring.
An n-type AIGaAs layer 8 is formed on the AIGaAs layers 2 and 3 and inside the resonator 6. Here, the layers 5, 6 and 8 are concentric.

【0016】前記AIGaAs層5上には、ド−ナツ状
のp型のGaAs層9が形成されている。このGaAs
層8上には、p側電極10が形成されている。前記基板1
の裏面にはn側電極11が形成されている。次に、上述し
た構成の面発光リングレ−ザ装置の製造方法について図
4(A)〜(D)を参照して説明する。
A doughnut-shaped p-type GaAs layer 9 is formed on the AIGaAs layer 5. This GaAs
A p-side electrode 10 is formed on the layer 8. The substrate 1
An n-side electrode 11 is formed on the back surface of the. Next, a method of manufacturing the surface emitting ring laser device having the above-described structure will be described with reference to FIGS.

【0017】(1) まず、n型のGaAs基板1上に、エ
ピタキシャル成長法により真性AIGaAs層2を形成
する。つづいて、SiO2 又はSi3 4 からなる第1
マスク(図示せず)用いて、前記真性AIGaAs層2
を選択的にエッチング除去し、エピタキシャル成長法に
よりn型のAIGaAs層3を形成する。更に、前記マ
スクを除去した後、真性AIGaAs層2の表面に電子
描画法により選択的に第1のグレ−ティング4を形成す
る。この後、この第1のグレ−ティング4上にSiO2
またはSi3 4 からなる第2マスク21を形成する。ひ
きつづき、アンド−プAIGaAs層22を成長させる。
この際、前記第2マスク21上のAIGaAsは多結晶化
する(図4(A))。
(1) First, the intrinsic AIGaAs layer 2 is formed on the n-type GaAs substrate 1 by the epitaxial growth method. Then, the first made of SiO 2 or Si 3 N 4
Using the mask (not shown), the intrinsic AIGaAs layer 2
Are selectively removed by etching, and an n-type AIGaAs layer 3 is formed by an epitaxial growth method. Further, after removing the mask, the first grating 4 is selectively formed on the surface of the intrinsic AIGaAs layer 2 by an electron drawing method. After this, SiO 2 is deposited on the first grating 4.
Alternatively, the second mask 21 made of Si 3 N 4 is formed. Subsequently, the AND-AIAIGaAs layer 22 is grown.
At this time, AIGaAs on the second mask 21 is polycrystallized (FIG. 4A).

【0018】(2) 次に、多結晶化しないアンド−プAI
GaAs層22上に、SiO2 膜23を介してレジストパタ
−ン24を形成する。つづいて、このレジストパタ−ン24
を用いて多結晶化したAIGaAs層を除去する(図4
(B))。
(2) Next, the AND-AI which does not crystallize
A resist pattern 24 is formed on the GaAs layer 22 via a SiO 2 film 23. Next, this resist pattern 24
Is used to remove the polycrystallized AIGaAs layer (FIG. 4).
(B)).

【0019】(3) 次に、前記第2のマスク21を除去す
る。更に、第1のグレ−ティング4上にn型のGaAs
活性層(共振器)6をエピタキシャル成長させる。ひき
つづき、この活性層6の表面に電子描画法により第2の
グレ−ティング7を形成する(図4(C))。
(3) Next, the second mask 21 is removed. Further, n-type GaAs is formed on the first grating 4.
The active layer (resonator) 6 is epitaxially grown. Subsequently, the second grating 7 is formed on the surface of the active layer 6 by the electron drawing method (FIG. 4C).

【0020】(4) 次に、アンド−プAIGaAs層22の
一部及び共振器6上に第3のマスク25を形成した後、n
型ド−パントをアンド−プAIGaAs層22にイオン注
入してn型のAIGaAs層8を形成する(図4
(D))。
(4) Next, after forming the third mask 25 on a part of the AND-type AIGaAs layer 22 and the resonator 6, n
A type dopant is ion-implanted into the undoped AIGaAs layer 22 to form an n-type AIGaAs layer 8 (FIG. 4).
(D)).

【0021】ひきつづき、図示しないが、第3のマスク
25を除去した後、常法によりアンド−プAIGaAs層
22にp型ド−パントを導入し、p型のAIGaAs層5
を形成する。更に、p型のGaAs層9,p側電極10,
n側電極11を所定の位置に形成して面発光リングレ−ザ
装置を製造する。
Continuing, a third mask (not shown)
After removing 25, the AND-type AIGaAs layer is formed by a conventional method.
Introducing a p-type dopant into 22 to form a p-type AIGaAs layer 5
To form. Furthermore, p-type GaAs layer 9, p-side electrode 10,
The surface emitting ring laser device is manufactured by forming the n-side electrode 11 at a predetermined position.

【0022】しかして、上記実施例に係る面発光リング
レ−ザ装置によれば、リング状の共振器6の裏面側の真
性AIGaAs層2表面にπr/nの周期を持つ第1の
グレ−ティング4を設け、更に前記共振器6の表面に光
を共振器6面と垂直な方向に放射する2πr/mの周期
をもつ第2のグレ−ティング7を設けた構成になってい
るため、放射光をリングを含む面と垂直な方向に直接取
り出すことができる。なお、上記実施例では、基板とし
てn型のGaAs基板を用いたが、これに限定されず、
他の化合物半導体基板を用いてもよい。また、各成長
層、p側電極・n側電極の形状、グレ−ティングの形状
等についても上記実施例のものに限定されない。
According to the surface emitting ring laser device of the above embodiment, however, the first grating having a period of πr / n is formed on the surface of the intrinsic AIGaAs layer 2 on the back side of the ring-shaped resonator 6. 4 is provided, and the second grating 7 having a period of 2πr / m for emitting light in a direction perpendicular to the plane of the resonator 6 is further provided on the surface of the resonator 6. Light can be extracted directly in a direction perpendicular to the plane containing the ring. Although the n-type GaAs substrate is used as the substrate in the above embodiment, the present invention is not limited to this.
Other compound semiconductor substrates may be used. Further, the growth layers, the shapes of the p-side electrode and the n-side electrode, the shape of the grating, and the like are not limited to those in the above embodiment.

【0023】[0023]

【発明の効果】以上詳述した如く本発明によれば、共振
器表面に第2のグレ−ティングを設けるとともに、共振
器裏面側に共振器内での光のモ−ドを決める第1のグレ
−ティングなどの手段を講じることにより、従来のよう
な付加的な導波路を用いることなく、共振器面外へ光を
直接取り出すことが可能なリングレ−ザ装置を提供でき
る。
As described above in detail, according to the present invention, the second grating is provided on the front surface of the resonator and the first mode for determining the mode of light in the resonator is provided on the rear surface side of the resonator. By taking measures such as grating, it is possible to provide a ring laser device capable of directly extracting light out of the cavity plane without using an additional waveguide as in the prior art.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例に係る面発光リングレ−ザ装
置の平面図。
FIG. 1 is a plan view of a surface emitting ring laser device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の線分OPでの拡大断面図。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view taken along line OP of FIG.

【図3】図2の線分QRに沿う拡大断面図で、特に第1
・第2グレ−ティング形状を詳細に現わした図。
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view taken along the line segment QR of FIG.
-Detailed drawing of the second grating shape.

【図4】図1のレ−ザ装置の製造方法を工程順に示す断
面図。
4A to 4C are sectional views showing a method of manufacturing the laser device of FIG.

【図5】図1の点A,点B,点C,点D,点Eにおける
導波光とグレ−ティングの位相差の時間的変化を示す特
性図。
5 is a characteristic diagram showing a temporal change in a phase difference between guided light and grating at points A, B, C, D, and E in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…n型のGaAs基板、2…真性AIGaAs層、3
…n型のAIGaAs層、4…第1のグレ−ティング、
5…p型のAIGaAs層、6…n型のGaAs活性層
(共振器)、7…第2のグレ−ティング、8…n型のA
IGaAs層、9…p型のGaAs層、10…p側電極、
11…n側電極。
1 ... N-type GaAs substrate, 2 ... Intrinsic AIGaAs layer, 3
... n-type AIGaAs layer, 4 ... first grating,
5 ... p-type AIGaAs layer, 6 ... n-type GaAs active layer (resonator), 7 ... second grating, 8 ... n-type A
IGaAs layer, 9 ... P-type GaAs layer, 10 ... P-side electrode,
11 ... n side electrode.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 リング状の共振器と、この共振器の表面
に形成され,光を前記共振器表面の上方に取り出すグレ
−ティングと、前記共振器内での光のモ−ドを決めるた
めの手段とを具備することを特徴とするリングレ−ザ装
置。
1. A ring-shaped resonator, a grating formed on the surface of the resonator to extract light above the resonator surface, and a mode of light in the resonator. And a ring laser device.
【請求項2】 光のモ−ドを決めるための手段が、前記
共振器の裏面側に形成された上記グレ−ティングとは異
なる別のグレ−ティングである請求項1記載のリングレ
−ザ装置。
2. The ring laser device according to claim 1, wherein the means for determining the mode of light is another grating different from the grating formed on the back surface side of the resonator. ..
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JP24894391A JPH0590669A (en) 1991-09-27 1991-09-27 Ring laser apparatus
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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