知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
▶ ツー−シックス デラウェア インコーポレイテッドの特許一覧
特開2025-27928薄膜リチウム化合物導波路を有する半導体レーザアセンブリ
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2025027928
(43)【公開日】2025-02-28
(54)【発明の名称】薄膜リチウム化合物導波路を有する半導体レーザアセンブリ
(51)【国際特許分類】
H01S 5/026 20060101AFI20250220BHJP
H01S 5/11 20210101ALI20250220BHJP
H01S 5/183 20060101ALI20250220BHJP
H01S 5/42 20060101ALI20250220BHJP
H01S 5/0225 20210101ALI20250220BHJP
【ＦＩ】
H01S5/026 618
H01S5/11
H01S5/183
H01S5/42
H01S5/0225
【審査請求】有
【請求項の数】16
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2023156346
(22)【出願日】2023-09-21
(31)【優先権主張番号】18/235,257
(32)【優先日】2023-08-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】519146787
【氏名又は名称】ツー－シックス デラウェア インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＩＩ－ＶＩ Ｄｅｌａｗａｒｅ，Ｉｎｃ．
(74)【代理人】
【識別番号】110001070
【氏名又は名称】弁理士法人エスエス国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ジュリー エス． エング
(72)【発明者】
【氏名】クリストファー ピー． ココット
(72)【発明者】
【氏名】アンナ タタルチャック
【テーマコード（参考）】
5F173
【Ｆターム（参考）】
5F173AB90
5F173AC00
5F173AD15
5F173MA10
5F173MC01
5F173MC04
5F173MC30
5F173MD65
5F173ME32
5F173ME44
5F173ME47
5F173ME85
5F173MF05
5F173MF22
5F173MF26
5F173MF40
(57)【要約】
【課題】薄膜リチウム化合物導波路を有する半導体レーザアセンブリを提供すること。
【解決手段】半導体レーザアセンブリは、発光面および対向面を有する面発光レーザのアレイと、外部電源からの電気バイアスを面発光レーザのアレイに供給するように電気的に接続された少なくとも１つの電気コンタクトと、発光面の上の光導波路と、を含む。光導波路はリチウムを含む。
【選択図】図１
【解決手段】半導体レーザアセンブリは、発光面および対向面を有する面発光レーザのアレイと、外部電源からの電気バイアスを面発光レーザのアレイに供給するように電気的に接続された少なくとも１つの電気コンタクトと、発光面の上の光導波路と、を含む。光導波路はリチウムを含む。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
発光面および対向面を有する面発光レーザのアレイと、前記面発光レーザのアレイに外部電源から電気バイアスを供給するように電気的に接続された少なくとも１つの電気コンタクトと、
前記発光面の上の光導波路であって、リチウムを含む、光導波路と、
を備える、半導体レーザアセンブリ。
前記発光面の上の光導波路であって、リチウムを含む、光導波路と、
を備える、半導体レーザアセンブリ。
【請求項2】
前記少なくとも１つの電気コンタクトが、
前記発光面の上のコンタクトおよび前記対向面の上の別のコンタクト、または
前記対向面の上の一対のコンタクト、
を含む、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
前記発光面の上のコンタクトおよび前記対向面の上の別のコンタクト、または
前記対向面の上の一対のコンタクト、
を含む、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項3】
前記光導波路がニオブ酸リチウムを含む、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項4】
前記光導波路がタンタル酸リチウムを含む、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項5】
前記光導波路が、周期的に１８０°分極反転されている、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項6】
前記面発光レーザのアレイが、複数の垂直共振器面発光レーザまたは複数のフォトニック結晶面発光レーザを備える、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項7】
前記面発光レーザのアレイが、上面発光レーザまたは底面発光レーザを備える、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項8】
前記面発光レーザのアレイが、１８５０ｎｍ～１９５０ｎｍの波長の電磁放射線を放出するように構成された少なくとも１つのエミッタを備える、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項9】
前記面発光レーザのアレイが、１２００ｎｍ～１３００ｎｍの波長の電磁放射線を放出するように構成された少なくとも１つのエミッタを備える、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項10】
前記面発光レーザのアレイが、１０００ｎｍ～１１００ｎｍの波長の電磁放射線を放出するように構成された少なくとも１つのエミッタを備える、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項11】
前記面発光レーザのアレイが、９００ｎｍ～１０００ｎｍの波長の電磁放射線を放出するように構成された少なくとも１つのエミッタを備える、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項12】
前記面発光レーザのアレイが、１５００ｎｍ～１６００ｎｍの波長の電磁放射線を放出するように構成された少なくとも１つのエミッタを備える、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項13】
前記面発光レーザのアレイが、前記光導波路の幅と整列した偏光を有する少なくとも１つのエミッタを備える、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項14】
前記面発光レーザのアレイが、前記光導波路の幅に垂直な偏光を有する少なくとも１つのエミッタを備える、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項15】
前記面発光レーザと前記光導波路との間に位置する半絶縁性基板をさらに備える、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項16】
前記半絶縁性基板がガリウムヒ素（ＧａＡｓ）を含む、請求項１５に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項17】
前記面発光レーザのアレイと前記光導波路との間に位置する光ビームコンバイナをさらに備える、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項18】
前記光導波路の上に反射防止コーティングをさらに備える、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項19】
リチウムを含む光導波路を半導体レーザと結合するステップと、
前記半導体レーザから前記光導波路に第１の波長の電磁放射線を放出するステップであって、前記電磁放射線が前記光導波路から第２の波長で放出され、前記第２の波長が前記第１の波長よりも短い、ステップと、
を含む、電磁放射線を放出するための方法。
前記半導体レーザから前記光導波路に第１の波長の電磁放射線を放出するステップであって、前記電磁放射線が前記光導波路から第２の波長で放出され、前記第２の波長が前記第１の波長よりも短い、ステップと、
を含む、電磁放射線を放出するための方法。
【請求項20】
前記第２の波長が前記第１の波長の約半分である、請求項１９に記載の方法。
【請求項21】
前記結合するステップが接合または再成長を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項22】
前記放出するステップが、１２００ｎｍ～１３００ｎｍの波長の電磁放射線を前記半導体レーザから前記光導波路に放出するステップを含み、その結果、前記光導波路を通過する際に、周波数が２倍または実質的に２倍になる、請求項１９に記載の方法。
【請求項23】
前記放出するステップが、
前記半導体レーザの第１のエミッタから光ビームコンバイナに第１の波長の電磁放射線を放出するステップと、
前記半導体レーザの第２のエミッタから前記光ビームコンバイナに第２の波長の電磁放射線を放出するステップと、
前記光ビームコンバイナから前記第１および第２の波長の前記電磁放射線を前記光導波路に放出するステップであって、前記光導波路を通過する際に、前記光導波路が前記第１および第２の波長を合計する、ステップと、
を含む、請求項１９に記載の方法。
前記半導体レーザの第１のエミッタから光ビームコンバイナに第１の波長の電磁放射線を放出するステップと、
前記半導体レーザの第２のエミッタから前記光ビームコンバイナに第２の波長の電磁放射線を放出するステップと、
前記光ビームコンバイナから前記第１および第２の波長の前記電磁放射線を前記光導波路に放出するステップであって、前記光導波路を通過する際に、前記光導波路が前記第１および第２の波長を合計する、ステップと、
を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項24】
前記第１の波長が９００ｎｍ～１０００ｎｍであり、
前記第２の波長が（１）９００ｎｍ～１０００ｎｍ、または（２）１８５０ｎｍ～１９５０ｎｍのいずれかである、
請求項２３に記載の方法。
前記第２の波長が（１）９００ｎｍ～１０００ｎｍ、または（２）１８５０ｎｍ～１９５０ｎｍのいずれかである、
請求項２３に記載の方法。
【請求項25】
１８０°周期的に反転したドメインを有する周期的に分極反転させた光導波路を得るために、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウム薄膜を分極反転させるステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願は、一般に、レーザアセンブリに関し、より詳細には、半導体レーザアセンブリに関する。
【背景技術】
【0002】
赤色、緑色、および青色スペクトル（ＲＧＢ）の光を放出する可視光レーザは、診断および治療のための組織穿通などの医療用途で広く使用されている。可視光レーザは、スクリーンおよびディスプレイ（ＡＲ／ＶＲディスプレイを含む）における投影にも使用されている。加えて、ＲＧＢレーザは、ヘッドライトなどの白色光を必要とする用途に使用されている。その結果、ＲＧＢ用途には、ＶＣＳＥＬなどの大量生産が可能なコンパクトなＲＧＢレーザ源が強く求められている。
【0003】
現在、利用可能なコンパクトなＲＧＢソリューションのほとんどは、ＬＥＤ光源をベースとしている。ＬＥＤ光源をベースとする現在のソリューションの１つの欠点としては、プロジェクタ／ディスプレイの色域が広くないことが挙げられる。別の欠点としては、ビーム品質が悪く、多くの医療用途にとって有害であることが挙げられる。さらに、ＬＥＤは、典型的には、レーザよりもはるかに広い発散角を有し、レーザとは対照的にコヒーレンスを有さない。どちらの特徴も、光エネルギーを組織に送達する際に著しい損失をもたらす。ＬＥＤを使用する別の欠点は、短いパルス幅を必要とする用途に必要とされる変調帯域幅が狭いことである。
【0004】
現在利用可能なＲＧＢレーザ技術は、ＶＣＳＥＬよりも著しく大きなサイズを有する。文献に報告されている窒化ガリウムベースのＲＧＢ ＶＣＳＥＬは、十分に信頼性があると証明されておらず、効率が低い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
したがって、当業者は、半導体レーザアセンブリの分野において研究開発を続けている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
半導体レーザアセンブリが開示される。
【0007】
一例では、半導体レーザアセンブリは、発光面および対向面を有する面発光レーザのアレイと、面発光レーザのアレイに電気的に結合され、面発光レーザのアレイに外部電源からの電気バイアスを供給する少なくとも１つの電気コンタクトと、発光面上の光導波路であって、リチウムを含む、光導波路と、を含む。少なくとも１つの電気コンタクトは、発光面上のコンタクトおよび対向面上の別のコンタクト、または対向面上の一対のコンタクトを含むことができる。
【0008】
光導波路は、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムを含むことができる。光導波路は、周期的に１８０°分極反転されていてもよい。
【0009】
面発光レーザのアレイは、複数の垂直共振器面発光レーザまたは複数のフォトニック結晶面発光レーザを含むことができる。面発光レーザのアレイは、上面発光レーザまたは底面発光レーザを含むことができる。面発光レーザのアレイは、１８５０ｎｍ～１９５０ｎｍの波長の電磁放射線または光を放出するように構成されたエミッタと、１２００ｎｍ～１３００ｎｍの波長の電磁放射線または光を放出するように構成されたエミッタと、１０００ｎｍ～１１００ｎｍの波長の電磁放射線または光を放出するように構成されたエミッタと、９００ｎｍ～１０００ｎｍの波長の電磁放射線または光を放出するように構成されたエミッタと、１５００ｎｍ～１６００ｎｍの波長の電磁放射線または光を放出するように構成されたエミッタとのうちの１つまたは複数を含むことができる。
【0010】
面発光レーザのアレイは、光導波路の幅と整列した偏光を有する少なくとも１つのエミッタ、および／または光導波路の幅に垂直な偏光を有する少なくとも１つのエミッタを含むことができる。
【0011】
半導体レーザアセンブリは、面発光レーザと光導波路との間に位置する半絶縁性基板を含むことができる。半絶縁性基板は、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）で作られてもよい。半導体レーザアセンブリは、面発光レーザのアレイと光導波路との間に位置する光ビームコンバイナを含むことができる。半導体レーザアセンブリは、光導波路上に反射防止コーティングを含むことができる。
【0012】
また、電磁放射線または光を放出する方法も開示される。
【0013】
一例では、本方法は、リチウムを含む光導波路を半導体レーザと結合するステップと、第１の波長の電磁放射線または光を半導体レーザから光導波路に放出するステップとを含み、電磁放射線または光は、第２の波長で光導波路から放出され、第２の波長は、第１の波長よりも短い。
【0014】
結合は、接合または再成長を含むことができる。一例では、放出するステップは、１２００ｎｍ～１３００ｎｍの波長の電磁放射線または光を半導体レーザから光導波路に放出するステップを含むことができ、その結果、光導波路を通過する際に、周波数が２倍または実質的に２倍になる。別の実施例では、放出するステップは、第１のエミッタから光ビームコンバイナに第１の波長の電磁放射線または光を放出するステップと、第２のエミッタから光ビームコンバイナに第２の波長の電磁放射線または光を放出するステップと、ビームコンバイナから第１および第２の波長の電磁放射線または光を光導波路に放出するステップであって、光導波路を通過する際に、光導波路が第１および第２の波長を合計する、ステップとを含むことができる。
【0015】
他の例は、以下の詳細な説明、添付の図面、および添付の特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0016】
本開示は、全体を通して同様の参照番号が同様の部分を識別する以下の図面を参照して説明される。
【0017】
【図1】上向きまたは上面発光半導体レーザアセンブリの断面模式図である。
【0018】
【図2】下向きまたは底面発光半導体レーザアセンブリの断面模式図である。
【0019】
【図3】下向きまたは底面発光半導体レーザアセンブリの断面模式図である。
【0020】
【図4】半導体レーザアセンブリの一部の断面模式図である。
【0021】
【図5】半導体レーザアセンブリの一部の断面模式図である。
【0022】
【図6】半導体レーザアセンブリの一部の断面模式図である。
【0023】
【図7】半導体レーザアセンブリの一部の断面模式図である。
【0024】
【図8】電磁放射線または光を放出するための方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
本明細書で使用される場合、「左」、「右」、「内側」、「外側」、「上方」、「下方」などの空間的または方向的用語は、図面に示されるように、本開示に関連する。しかしながら、本開示は、様々な代替の配向を想定することができ、したがって、そのような用語は、限定と見なされるべきではないことを理解されたい。さらに、本明細書で使用される場合、本明細書および請求項で使用される、寸法、物理的特性、処理パラメータ、成分の量、反応条件などを表すすべての数は、すべての事例において、用語「ほぼ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」または「約（ａｂｏｕｔ）」によって修正されるものとして理解されるべきである。したがって、別段の指示がない限り、以下の明細書および特許請求の範囲に記載される数値は、本開示によって得られることが求められている所望の特性に応じて変化することがある。少なくとも、特許請求の範囲に対する均等論の適用を制限する試みとしてではなく、各数値は、少なくとも、報告された有効数字の桁数を考慮して、通常の丸め技術を適用することによって解釈されるべきである。さらに、本明細書に開示されるすべての範囲は、開始範囲値および終了範囲値、ならびにそこに包含されるあらゆる部分範囲を包含するものと理解されるべきである。例えば、「１～１０」という記載された範囲は、最小値１と最大値１０の間（およびそれらを含む）のあらゆる部分範囲、すなわち、１以上の最小値で始まり、１０以下の最大値で終わるすべての部分範囲、例えば、１～３．３、４．７～７．５、５．５～１０などを含むと考えられるべきである。「ａ」または「ａｎ」は、１つまたは複数を指す。
【0026】
本明細書で使用される場合、「結合された」、「結合する」、および類似の用語は、互いに接合された、リンクされた、固定された、接続された、連通された、または他の方法で（例えば、機械的に、電気的に、流体的に、光学的に、電磁的に）関連付けられた２つ以上の要素を指す。様々な例において、要素は、直接的または間接的に関連付けられることがある。一例として、要素Ａは、要素Ｂと直接的に関連付けられることがある。別の例として、要素Ａは、例えば、別の要素Ｃを介して、要素Ｂと間接的に関連付けられることがある。開示された様々な要素間のすべての関連付けが必ずしも表現されているとは限らないことが理解されるであろう。したがって、図に示されたもの以外の結合も存在し得る。
【0027】
本明細書で使用される場合、「のうちの少なくとも１つ」という句は、項目のリストとともに使用される場合、列挙された項目のうちの１つまたは複数の異なる組合せが使用されてもよく、リスト中の各項目のうちの１つのみが必要であってもよいことを意味する。例えば、「項目Ａ、項目Ｂ、および項目Ｃのうちの少なくとも１つ」は、限定ではないが、項目Ａ、または項目Ａおよび項目Ｂを含み得る。本例は、項目Ａ、項目Ｂ、および項目Ｃ、または項目Ｂおよび項目Ｃを含み得る。他の例では、「～のうちの少なくとも１つ」は、例えば、限定ではないが、項目Ａのうちの２つ、項目Ｂのうちの１つ、および項目Ｃのうちの１０、項目Ｂのうちの４つ、および項目Ｃのうちの７つ、ならびに他の適切な組合せであり得る。
【0028】
一態様では、半導体レーザアセンブリが本明細書に開示される。半導体レーザアセンブリ１００を使用して、赤色、緑色、および／または青色（ＲＧＢ）光などの可視光スペクトルの光を放出することができる。開示された半導体レーザアセンブリは、診断および治療のための組織穿通のための医療用途などの様々な用途で使用するための可視光レーザ（赤色、緑色、および青色）を含むことができる。開示されたものは、スクリーンおよびディスプレイ（ＡＲ／ＶＲディスプレイを含む）における投影にも使用することができる。さらに、開示されたものは、ヘッドライトなどの白色光を必要とする用途に使用することができる。開示された半導体レーザアセンブリは、コンパクトに製造することができ、大量生産が可能であるという点で有利である。
【0029】
ここで、添付の図面を参照して、様々な非限定的な例を説明するが、同様の参照番号は、同様のまたは機能的に同等の要素に対応する。
【0030】
本開示は、高信頼性および高効率のために、例えばＧａＡｓベースの垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）またはフォトニック結晶面発光レーザ（ＰＣＳＥＬ）技術を使用することを含む。一例では、本開示は、偏光ロックＶＣＳＥＬおよび薄膜ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）光導波路１４０を含む統合ＲＧＢ光源ソリューションを利用する。ＬｉＮｂＯ3は、光導波路１４０の側面に取り付けられた一時的に配置された電極に非常に高いバイアスを印加することによって分極反転される。分極反転の周期性は、結晶内の所与の点で生成された光子の数が最大になったときに結晶構造が反転するようなものであってもよい。分極反転が終了した後、周期的に分極反転された薄膜ＬｉＮｂＯ3は、上面発光デバイス用のＶＣＳＥＬ構造の上部および底面発光デバイス用のＶＣＳＥＬ構造の下部に転写され、垂直に接合される（図１～図３参照）。ＬｉＮｂＯ3を含む光導波路１４０が本明細書に記載されているが、本開示は、ＬｉＮｂＯ3を含む光導波路１４０の代わりに、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）を含む光導波路１４０にも適用することができる。
【0031】
本開示は、ＬｉＮｂＯ3の非線形光学特性を使用して、ＶＣＳＥＬの周波数を可視スペクトルに変換する。非限定的な一例（図４）では、第２高調波の生成を使用して、９４０ｎｍのＶＣＳＥＬの周波数を２倍にして青色レーザ発振を達成し、１０８０ｎｍのＶＣＳＥＬの周波数を２倍にして緑色レーザ発振を達成し、１２６０ｎｍのＶＣＳＥＬの周波数を２倍にして赤色レーザ発振を達成することができる。別の例では、赤色レーザ発振は、ＬｉＮｂＯ3の周波数加算生成特性を用いて、１０６０ｎｍおよび１５６０ｎｍのＶＣＳＥＬ源（図５参照）または９４０ｎｍおよび１９００ｎｍのＶＣＳＥＬ源（図６参照）からの光子を使用することによって得ることができる。これらの構成では、周波数加算生成に基づいて、正確な光学系の実装に応じて、３つまたは４つのレーザ光源を使用することができる。レーザ（シングレット／アレイ）の構成は、意図された用途の出力要件に基づいて選択することができる。異なる色のサブシステムは、ピックアンドプレースツールを使用して、本開示内で完全なＲＧＢソリューションに組み合わせることができる。
【0032】
最大の周波数変換効率を実現するために、ＶＣＳＥＬ光をＬｉＮｂＯ3の厚さの方向に偏光させることができる。これは、ＶＣＳＥＬ構造の上部またはキャビティ内に偏光回折格子を実装することによって達成することができる。
【0033】
ＶＣＳＥＬ構造とＬｉＮｂＯ3薄膜との協調設計（すなわち、位相、フィールド整合最適化、ビーム整形／集束）により、開示されたアセンブリでは、ＶＣＳＥＬの高い電力変換効率、ならびに高いビーム品質を維持することができる。
【0034】
図１を参照すると、非限定的な一例では、上面発光半導体レーザアセンブリ１００は、発光面１１２および対向面１１４を有する面発光レーザ１１０のアレイを含む。面発光レーザ１１０のアレイは、意図された用途に必要な任意のタイプのレーザを含むことができる。一例では、面発光レーザ１１０のアレイは、複数のＶＣＥＬを含む。別の例では、面発光レーザ１１０のアレイは、複数のＰＣＳＥＬを含む。
【0035】
図１に示す上面発光半導体レーザアセンブリ１００は、対向面１１４上またはその上の第１の、すなわち底面側のコンタクト層１２０と、発光面１１２上またはその上の第２の、すなわち上面側のコンタクト層１３０とを含む。第１のコンタクト層１２０および第２のコンタクト層１３０は、当技術分野で知られているやり方で、面発光レーザ１１０のアレイのエミッタ１１６（図４～図７に示す）に外部電源から電気バイアスを印加して、やはり当技術分野で知られているやり方で、面発光レーザ１１０のアレイにレーザ光１７０を上方向に出力または放出させることができるように構成することができる。第１のコンタクト層１２０および第２のコンタクト層１３０のそれぞれは、用途に所望される電流密度に対して任意の適切なおよび／または所望の厚さであってもよく、例えば、限定ではないが、ｎ型コンタクトのための金－ゲルマニウム（ＡｕＧｅ）またはｐ型コンタクトのためのチタン－プラチナ－金（ＴｉＰｔＡｕ）などの任意の適切なおよび／または所望の導電性材料もしくは化合物で構成されてもよい。
【0036】
図２および図３を参照すると、図２および図３に示す例示的な底面発光半導体レーザアセンブリ１００は、これらの図では底面発光半導体レーザアセンブリ１００の上面である対向面１１４上またはその上に、一対の離間した第２の、すなわち上面側のコンタクト層１３０を含むことができる。図２および図３に示す底面発光半導体レーザアセンブリ１００は、図１に示すもののような第１のコンタクト層１２０をその底面上に含まず、当技術分野で知られているやり方で、このようなコンタクト層による、底面を介したレーザ光１７０の発光との干渉を回避する。
【0037】
図２および図３に示す底面発光半導体レーザアセンブリ１００の対向面、すなわち上面１１４上の一対の第２の、すなわち上面側のコンタクト層１３０は、当技術分野で知られているやり方で、図２および図３の面発光レーザ１１０のアレイのエミッタ１１６（図４～図７に示す）に外部電源から電気バイアスを印加して、やはり当技術分野で知られているやり方で、面発光レーザ１１０のアレイにレーザ光１７０を下方向に出力または放出させることができるように構成することができる。図２および図３の各コンタクト層１３０は、用途に所望される電流密度に対して任意の適切なおよび／または所望の厚さであってもよく、例えば、限定ではないが、ｎ型コンタクトのための金－ゲルマニウム（ＡｕＧｅ）またはｐ型コンタクトのためのチタン－プラチナ－金（ＴｉＰｔＡｕ）などの任意の適切なおよび／または所望の導電性材料もしくは化合物で構成されてもよい。
【0038】
図１～図７に示すように、半導体レーザアセンブリ１００は、発光面１１２の光放出方向側に結合された光導波路１４０をさらに含む。一例では、光導波路１４０はリチウムを含む。非限定的な一例では、光導波路１４０は、周波数倍増を可能にする所望の非線形光学特性を提供するニオブ酸リチウムを含む。ニオブ酸リチウムの非線形光学特性に匹敵する非線形光学特性を有する他の材料または化合物が実装されてもよいことが理解される。例えば、光導波路は、タンタル酸リチウム、または同等の光学特性を有する他のリチウムもしくは非リチウム材料または化合物を含むことができる。一例では、光導波路１４０は、薄膜ニオブ酸リチウム導波路である。
【0039】
図１～図３に示すように、半導体レーザアセンブリ１００の光導波路１４０は、周期的に複数回分極反転されていてもよい。一例では、光導波路１４０は、１８０°または約１８０°で周期的に分極反転されていてもよい。図１～図３に示す実施例では、光導波路１４０は、０°および１８０°（または１８０°および０°）の分極反転角度で８回または８周期で周期的に分極反転されていてもよい。しかしながら、光導波路１４０を周期的に分極反転させることができる回数または周期、および分極反転角度は、特定の用途のために当業者によって選択され得るため、これは、限定的な意味で解釈されるべきではない。周期的に分極反転させたニオブ酸リチウム薄膜光導波路１４０を使用することで、周波数倍増などの非線形波長変換プロセスのための効率的な媒体が提供される。半導体レーザアセンブリ１００は、面発光レーザ１１０のアレイの反対側の光導波路１４０の表面上に、反射防止コーティングなどのコーティング１２４を含むことができる。
【0040】
図４～図７を参照すると、半導体レーザアセンブリ１００の面発光レーザ１１０のアレイは、様々な波長の電磁放射線または光を放出するように構成された複数のエミッタ１１６を含むことができる。一部の非限定的な例では、面発光レーザ１１０のアレイは、１２００ｎｍ～１３００ｎｍの波長の電磁放射線または光を放出するように構成された少なくとも１つのエミッタ１１６Ａを含むことができる。別の例では、面発光レーザ１１０のアレイは、１０００ｎｍ～１１００ｎｍの波長の電磁放射線または光を放出するように構成された少なくとも１つのエミッタ１１６Ｂを含むことができる。別の例では、面発光レーザ１１０のアレイは、９００ｎｍ～１０００ｎｍの波長の電磁放射線または光を放出するように構成された少なくとも１つのエミッタ１１６Ｃを含むことができる。別の例では、面発光レーザ１１０のアレイは、１０００ｎｍ～１１００ｎｍの波長の電磁放射線または光を放出するように構成された少なくとも１つのエミッタ１１６Ｄを含むことができる。別の例では、面発光レーザ１１０のアレイは、１５００ｎｍ～１６００ｎｍの波長の電磁放射線または光を放出するように構成された少なくとも１つのエミッタ１１６Ｅを含むことができる。さらに別の例では、面発光レーザ１１０のアレイは、１８５０ｎｍ～１９５０ｎｍの波長の電磁放射線または光を放出するように構成された少なくとも１つのエミッタ１１６Ｆを含むことができる。
【0041】
図７を参照すると、開示された半導体レーザアセンブリ１００は、異なる偏光を有する複数のエミッタ１１６を含むことができる。図７の例では、面発光レーザ１１０のアレイは、４つのエミッタ１１６を含む。アレイ内の一部のエミッタ１１６ｂは、薄膜光導波路１４０の幅と整列した偏光を有することができる。これらのエミッタからの光は、薄膜光導波路１４０の出力において周波数が２倍になる。アレイ内の他のエミッタ１１６ａは、薄膜光導波路１４０の幅に対して垂直に整列した偏光を有することができる。エミッタ１１６ａからの光は、薄膜光導波路１４０の非線形効果によって影響を受けず、出力波長は、入力波長（例えば、ＩＲ）と同じままである。エミッタの偏光ロックは、ＰＣＳＥＬ構成の場合はフォトニック結晶の設計によって、またはＶＣＳＥＬ構成の場合は回折格子の配向によって規定することができる。したがって、図７の例に示すように、面発光レーザ１１０のアレイは、光導波路１４０の幅と整列した偏光を有する少なくとも１つのエミッタ１１６ａおよび／または光導波路１４０の幅に垂直な偏光を有する少なくとも１つのエミッタ１１６ｂを含むことができる。
【0042】
再び図１を参照すると、一例では、半導体レーザアセンブリ１００は、誘電体層１５０および１５１のうちの１つまたは複数を含むことができる。一例では、誘電体層１５１は、面発光レーザ１１０のアレイと光導波路１４０との間に配置されてもよい。一例では、誘電体層１５１は、屈折率整合誘電体を含むことができる。一例では、誘電体層１５１を含む屈折率整合誘電体は、面発光レーザ１１０のアレイの屈折率ｎ１の二乗に光導波路１４０の屈折率ｎ２を掛けた屈折率、すなわち（ｎ１×ｎ２）2を有することができる。光導波路１４０を取り囲む表面１１２の残りの部分上の誘電体層１５０は、水分および／または他の望ましくない汚染物質が表面１１２の残りの部分に接触するのを避けることができる、窒化ケイ素などのパッシベーション層であってもよい。
【0043】
図２を参照すると、一例では、半導体レーザアセンブリ１００は、面発光レーザ１１０と光導波路１４０との間に位置する半絶縁性基板１６０を含むことができる。半絶縁性基板１６０は、必要な絶縁材料特性を有する任意の材料を含むことができる。一例では、半絶縁性基板１６０は、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）を含むことができる。
【0044】
図５を参照すると、一例において、半導体レーザアセンブリ１００は、面発光レーザ１１０のアレイと光導波路１４０との間に位置する光ビームコンバイナ１８０を含むことができる。一例では、光ビームコンバイナ１８０は、図５のエミッタ１１６Ｄと１１６Ｅとの間に配置されてもよい。一例では、光ビームコンバイナ１８０は、例えば、１０６０ｎｍ（約９４３ＫＨｚの周波数ｆ１に対応する）および１５６０ｎｍ（約６４１ＫＨｚの周波数ｆ２に対応する）の波長でエミッタ１１６Ｄおよび１１６Ｅによってそれぞれ出力された電磁放射線または光を、光ビームコンバイナ１８０の上に位置する光導波路１４０に供給する。本例では、光導波路１４０は、これらの周波数ｆ１とｆ２を合計して、赤色に対応する約６３０ｎｍの波長（約１５９０ＫＨｚの周波数ｆ３に対応する）を有する出力電磁放射線または光を得る。図５に示す例示的な半導体レーザアセンブリ１００では、エミッタ１１６Ｃは、光導波路１４０の直下に、それらの間に光ビームコンバイナ１８０を介在させることなく配置され、エミッタ１１６Ｂは、光導波路１４０の直下に、やはりそれらの間に光ビームコンバイナ１８０を介在させることなく配置される。本開示では、周波数および波長の値が３桁または４桁に丸められ、その結果、それ以降の数字が省略されるため、各周波数および／または波長の値は、限定ではないが、「約」ある値であると言及される場合がある。しかしながら、これは限定的な意味で解釈されるべきではない。
【0045】
図８を参照すると、図４～図７に示すように、電磁放射線または光１７０を放出するための方法２００も開示されている。方法２００は、ＶＣＳＥＬまたはＰＣＳＥＬアセンブリとともに使用することができる。一例では、方法２００は、ニオブ酸リチウム光導波路１４０を面発光レーザ１１０のアレイに結合するステップ２２０を含むことができる。一例では、結合するステップ２２０は、図３に示すように直接、または図２に示すように半絶縁性基板１６０を介して、光導波路１４０を面発光レーザ１１０のアレイに接合することを含むことができる。別の例では、結合するステップ２２０は、面発光レーザ１１０のアレイの表面への光導波路１４０の再成長を含むことができる。
【0046】
一例では、方法２００は、発光面１１２および対向面１１４を有する面発光レーザ１１０のアレイを有する半導体レーザアセンブリ１００を得るための結合するステップ２２０を含むことができる。面発光レーザ１１０のアレイは、意図された用途に必要な任意のタイプまたは波長のレーザを含むことができる。一例では、面発光レーザ１１０のアレイは、複数の垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＥＬ）を含むことができる。別の例では、面発光レーザ１００のアレイは、複数のフォトニック結晶面発光レーザ（ＰＣＳＥＬ）を含むことができる。
【0047】
一例では、方法２００によって形成された図１に示す半導体レーザアセンブリ１００は、対向面（底面）１１４上またはその上の第１の、すなわち底面側のコンタクト層１２０と、発光面１１２の一部もしくは部分上またはその上の第２の、すなわち上面側のコンタクト層１３０とを含むことができる。各コンタクト層１２０および１３０は、用途に所望される電流密度に対して任意の適切なおよび／または所望の厚さであってもよく、例えば、限定ではないが、ｎ型コンタクトのための金－ゲルマニウム（ＡｕＧｅ）またはｐ型コンタクトのためのチタン－プラチナ－金（ＴｉＰｔＡｕ）などの任意の適切なおよび／または所望の導電性材料もしくは化合物で構成されてもよい。
【0048】
別の例では、方法２００によって形成された、図２および図３に示す半導体レーザアセンブリ１００は、対向面（上面）１１４の一部もしくは部分上またはその上に一対の離間したコンタクト層１３０を含むことができ、底面上にはコンタクトを含まない。各コンタクト層１３０は、用途に所望される電流密度に対して任意の適切なおよび／または所望の厚さであってもよく、例えば、限定ではないが、ｎ型コンタクトのための金－ゲルマニウム（ＡｕＧｅ）またはｐ型コンタクトのためのチタン－プラチナ－金（ＴｉＰｔＡｕ）などの任意の適切なおよび／または所望の導電性材料もしくは化合物で構成されてもよい。
【0049】
図１～図７に示すように、方法２００によって形成された半導体レーザアセンブリ１００は、面発光レーザ１１０のアレイから放出された電磁放射線または光を受信するために、上向きの発光面１１２（図１）上にもしくはその上に、または下向きの発光面１１２（図２および図３）上にもしくはその下に光導波路１４０を含むことができる。例えば、図１は上面発光半導体レーザアセンブリ１００を示しているため、光導波路１４０は、電磁放射線または光を図の上方に放出する発光面１１２の上に位置する。別の例では、図２および図３は底面発光半導体レーザアセンブリ１００を示しているため、光導波路１４０は、電磁放射線または光を図の下方に放出する発光面１１２上またはその下に位置する。本明細書では、「電磁放射線」、「光」、および「レーザ光」という用語は、任意の面発光レーザまたは面発光レーザ１１０のアレイからの電磁放射線、光、もしくはレーザ光の放出を指す場合に、交換可能に使用されることがある。
【0050】
一例では、光導波路１４０はリチウムを含む。非限定的な一例では、光導波路１４０は、光導波路１４０を通って伝搬する（周波数ｆ１の）単一波長の電磁放射線または光の周波数倍増を可能にする所望の非線形光学特性を提供するニオブ酸リチウムを含むことができ、または光導波路１４０が、光導波路１４０に（周波数ｆ１およびｆ２の）２つの異なる波長の電磁放射線または光を供給する光ビームコンバイナ１８０とともに使用される場合、光導波路１４０は、周波数ｆ１とｆ２の和であるｆ３の周波数、すなわちｆ３＝ｆ１＋ｆ２の電磁放射線または光を放出する。ニオブ酸リチウムの非線形光学特性に匹敵する非線形光学特性を有する他の材料が実施されてもよいことが理解される。例えば、光導波路１４０は、タンタル酸リチウムまたは同等の光学特性を有する他のリチウムもしくは非リチウム材料を含むことができる。一例では、光導波路１４０は、薄膜ニオブ酸リチウム導波路である。
【0051】
図１～図３に示すように、方法２００によって形成された半導体レーザアセンブリ１００の光導波路１４０は、周期的に分極反転されていてもよい。一例では、光導波路１４０は、約１８０°で周期的に分極反転されている。周期的に分極反転させたニオブ酸リチウム薄膜光導波路１４０を使用することで、光導波路１４０に入力される単一波長の電磁放射線または光の周波数を周波数倍増するため、あるいは例えば光ビームコンバイナ１１０から光導波路１４０に入力される電磁放射線または光の少なくとも２つの波長の周波数を合計するためなど、非線形波長変換プロセスのための効率的な媒体が提供される。半導体レーザアセンブリ１００は、面発光レーザ１１０のアレイの反対側の光導波路１４０の表面上に、反射防止コーティングなどのコーティング１２４を含むことができる。
【0052】
図４～図７を参照すると、方法２００によって形成された半導体レーザアセンブリ１００は、様々な波長の電磁放射線または光を放出するように構成された複数のエミッタ１１６を含む面発光レーザ１１０のアレイを含むことができる。一例では、面発光レーザ１１０のアレイは、１２００ｎｍ～１３００ｎｍの波長の電磁放射線または光を放出するように構成された少なくとも１つのエミッタ１１６Ａを含むことができる。別の例では、面発光レーザ１１０のアレイは、１０００ｎｍ～１１００ｎｍの波長の電磁放射線または光を放出するように構成された少なくとも１つのエミッタ１１６Ｂを含むことができる。別の例では、面発光レーザ１１０のアレイは、９００ｎｍ～１０００ｎｍの波長の電磁放射線または光を放出するように構成された少なくとも１つのエミッタ１１６Ｃを含むことができる。別の例では、面発光レーザ１１０のアレイは、１０００ｎｍ～１１００ｎｍの波長の電磁放射線または光を放出するように構成された少なくとも１つのエミッタ１１６Ｄを含むことができる。別の例では、面発光レーザ１１０のアレイは、１５００ｎｍ～１６００ｎｍの波長の電磁放射線または光を放出するように構成された少なくとも１つのエミッタ１１６Ｅを含むことができる。さらに別の例では、面発光レーザ１１０のアレイは、１８５０ｎｍ～１９５０ｎｍの波長の電磁放射線または光を放出するように構成された少なくとも１つのエミッタ１１６Ｆを含むことができる。
【0053】
図４～図７の面発光レーザ１１０のアレイは、例えば、図１に示す半導体レーザアセンブリ１００とともに使用される場合、電磁放射線またはレーザ光１７０を上方向に放出することが示されている。しかしながら、図４～図７のいずれか１つの面発光レーザ１１０のアレイは、反転されてもよく（すなわち、薄膜光導波路１４０がエミッタ１１６の下にある）、その結果、面発光レーザ１１０の前記アレイは、例えば、図２および３に示す半導体レーザアセンブリ１００とともに使用される場合、電磁放射線またはレーザ光１７０を下方向に放出することを理解されたい。
【0054】
図７を参照すると、方法２００によって形成された開示された半導体レーザアセンブリ１００は、異なる偏光を有する複数のエミッタ１１６を含むことができる。図７の例では、面発光レーザ１１０のアレイは、４つのエミッタ１１６を含むことができる。アレイ内の一部のエミッタ１１６ｂは、図７において、薄膜光導波路１４０の幅と整列した偏光を有することができる。これらのエミッタ１１６ｂからの光は、薄膜光導波路１４０の出力において２倍の周波数となる。アレイ内の他のエミッタ１１６ａは、薄膜光導波路１４０の幅と直交する、例えば、図７では垂直の偏光を有してもよい。これらのエミッタ１１６ａからの光は、薄膜光導波路１４０の非線形効果による影響を受けず、波長は入力波長（例えばＩＲ）と同じままである。各エミッタの偏光ロックは、ＰＣＳＥＬ構成のフォトニック結晶設計によって、またはＶＣＳＥＬ構成の回折格子の配向によって規定することができる。したがって、図７の例に示すように、面発光レーザ１１０のアレイは、光導波路１４０の幅と整列した偏光を有する少なくとも１つのエミッタ１１６ａおよび／または光導波路１４０の幅に垂直な偏光を有する少なくとも１つのエミッタ１１６ｂを含むことができる。
【0055】
図２を参照すると、１つまたは複数の例では、方法２００によって形成された半導体レーザアセンブリ１００は、面発光レーザ１１０と光導波路１４０との間に位置する半絶縁性基板１６０を含むことができる。半絶縁性基板１６０は、必要な絶縁材料特性を有する任意の材料を含むことができる。一例では、半絶縁性基板１６０は、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）を含むことができる。
【0056】
図５および図６を参照すると、１つまたは複数の例では、方法２００によって形成された半導体レーザアセンブリ１００は、面発光レーザ１１０のアレイの２つ以上のエミッタ１１６と単一の光導波路１４０との間に位置する光ビームコンバイナ１８０を含むことができる。図６の光ビームコンバイナ１８０は、エミッタ１１６Ｃによって出力された（周波数ｆ１の）電磁放射線または光を、エミッタ１１６Ｃの上または上方に位置する光導波路１４０に直接通過させることができる。上述したように、エミッタ１１６Ｃの上または上方に位置する光導波路１４０は、エミッタ１１６Ｃによって前記光導波路１４０に直接出力された電磁放射線または光の周波数を２倍にする。加えて、図６の光ビームコンバイナ１８０は、エミッタ１１６Ｃによって出力された（周波数ｆ１の）電磁放射線または光を、エミッタ１１６Ｆの上または上方に位置する光導波路１４０に通過させるか、または導くことができる。エミッタ１１６Ｆの上または上方に位置する光導波路１４０は、エミッタ１１６Ｆによって出力された（周波数ｆ２の）電磁放射線または光も受信する。上述したように、エミッタ１１６Ｆの上または上方に位置する光導波路１４０は、前記光導波路１４０によって受信されたエミッタ１１６Ｃおよび１１６Ｆからの電磁放射線または光の周波数（ｆ１とｆ２）を合計し、周波数ｆ１とｆ２の合計である周波数ｆ３、すなわちｆ３＝ｆ１＋ｆ２の電磁放射線または光１７０を出力または放出する。
【0057】
再び図８を参照すると、方法２００は、半導体レーザアセンブリ１００から光導波路１４０に第１の波長の電磁放射線または光を放出するステップ２３０を含むことができる。第１の波長の電磁放射線または光は、その後、光導波路１４０から第２の波長で放出される。一例では、第２の波長は第１の波長よりも短くてもよい。例えば、第２の波長の出力周波数を２倍にして、出力波長が入力波長の約半分になるようにすることができる。一例では、第２の波長は第１の波長の約半分である。
【0058】
方法２００の放出するステップ２３０は、ＲＧＢ可視光スペクトルの電磁放射線または光を放出するステップを含むことができる。したがって、一例では、放出するステップ２３０は、光導波路１４０を通過する際に、周波数が実質的に２倍になるように、半導体レーザアセンブリ１００のエミッタ１１６から光導波路１４０に１２００ｎｍ～１３００ｎｍの波長の電磁放射線または光を放出するステップを含むことができる。
【0059】
方法２００の放出するステップ２３０は、２つ以上の異なる平均波長で放出された電磁放射線または光を組み合わせて（合計して）、異なる出力波長をもたらすステップをさらに含むことができる。例えば、放出するステップ２３０は、第１の波長（第１の周波数ｆ１に対応する）、例えば１０００ｎｍ～１１００ｎｍの波長の電磁放射線または光を第１のエミッタ１１６Ｄから光ビームコンバイナ１８０に放出するステップと、第２の波長（第２の周波数ｆ２に対応する）、例えば１５００ｎｍ～１６００ｎｍの波長の電磁放射線または光を第２のエミッタ１１６Ｅから光ビームコンバイナ１８０に同時に放出するステップとを含むことができる。光ビームコンバイナ１８０は、第１および第２の波長（したがって、第１の周波数ｆ１および第２の周波数ｆ２）の電磁放射線または光を、光ビームコンバイナ１８０に結合された光導波路１４０にルーティングし、光導波路１４０は、周波数ｆ１とｆ２の和である周波数ｆ３、すなわちｆ３＝ｆ１＋ｆ２の電磁放射線または光１７０を出力または放出する。上述の例では、第１の波長と第２の波長、および第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２は異なり、周波数ｆ３、したがって出力電磁放射線または光１７０の波長は、第１の周波数ｆ１および第２の周波数ｆ２、ならびに第１の波長および第２の波長とは異なる。波長および周波数の上述の例は、単なる例示であり、光ビームコンバイナ１８０に入力される任意の２つ以上の平均波長は、光ビームコンバイナ１８０に結合された光導波路１４０にルーティングされ、光導波路１４０によって合計され得ることが理解される。
【0060】
１つまたは複数の例において、方法２００は、１８０°周期的に反転したドメインを有する周期的に分極反転させた光導波路を得るために、ニオブ酸リチウム薄膜を分極反転させるステップ２１０を含むことができる。一例では、分極反転させるステップ２１０は、複数の電極をニオブ酸リチウム膜に結合するステップと、適切な電気バイアスを電極に印加して周期的に分極反転させた光導波路１４０を得るステップとを含む。
【0061】
本開示の他の非限定的な例または態様は、以下の例示的な、例示的に番号付けされた条項に記載されている。
【0062】
条項１．発光面および対向面を有する面発光レーザのアレイと、面発光レーザのアレイに外部電源から電気バイアスを供給するために電気的に結合または接続された少なくとも１つの電気コンタクトと、発光面の上の光導波路であって、リチウムを含む、光導波路と、を備える半導体レーザアセンブリ。
【0063】
条項２．少なくとも１つの電気コンタクトが、発光面の上のコンタクトおよび対向面の上の別のコンタクト、または対向面の上の一対のコンタクトを含むことができる、条項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【0064】
条項３．光導波路がニオブ酸リチウムを含むことができる、条項１または２に記載の半導体レーザアセンブリ。
【0065】
条項４．光導波路がタンタル酸リチウムを含むことができる、条項１から３のいずれか一項に記載の半導体レーザアセンブリ。
【0066】
条項５．光導波路が、周期的に１８０°分極反転されていてもよい、条項１から４のいずれか一項に記載の半導体レーザアセンブリ。
【0067】
条項６．面発光レーザのアレイが、複数の垂直共振器面発光レーザまたは複数のフォトニック結晶面発光レーザを備えることができる、条項１から５のいずれか一項に記載の半導体レーザアセンブリ。
【0068】
条項７．面発光レーザのアレイが、上面発光レーザまたは底面発光レーザを備える、条項１から６のいずれか一項に記載の半導体レーザアセンブリ。
【0069】
条項８．面発光レーザのアレイが、１８５０ｎｍ～１９５０ｎｍの波長の電磁放射線を放出するように構成された少なくとも１つのエミッタを備える、条項１から７のいずれか一項に記載の半導体レーザアセンブリ。
【0070】
条項９．面発光レーザのアレイが、１２００ｎｍ～１３００ｎｍの波長の電磁放射線を放出するように構成された少なくとも１つのエミッタを備える、条項１から８のいずれか一項に記載の半導体レーザアセンブリ。
【0071】
条項１０．面発光レーザのアレイが、１０００ｎｍ～１１００ｎｍの波長の電磁放射線を放出するように構成された少なくとも１つのエミッタを備える、条項１から９のいずれか一項に記載の半導体レーザアセンブリ。
【0072】
条項１１．面発光レーザのアレイが、９００ｎｍ～１０００ｎｍの波長の電磁放射線を放出するように構成された少なくとも１つのエミッタを備える、条項１から１０のいずれか一項に記載の半導体レーザアセンブリ。
【0073】
条項１２．面発光レーザのアレイが、１５００ｎｍ～１６００ｎｍの波長の電磁放射線を放出するように構成された少なくとも１つのエミッタを備える、条項１から１１のいずれか一項に記載の半導体レーザアセンブリ。
【0074】
条項１３．面発光レーザのアレイが、光導波路の幅と整列した偏光を有する少なくとも１つのエミッタを備える、条項１から１２のいずれか一項に記載の半導体レーザアセンブリ。
【0075】
条項１４．面発光レーザのアレイが、光導波路の幅に垂直な偏光を有する少なくとも１つのエミッタを備える、条項１から１３のいずれか一項に記載の半導体レーザアセンブリ。
【0076】
条項１５．面発光レーザと光導波路との間に位置する半絶縁性基板をさらに備える、条項１から１４のいずれか一項に記載の半導体レーザアセンブリ。
【0077】
条項１６．半絶縁性基板がガリウムヒ素（ＧａＡｓ）を含む、条項１から１５のいずれか一項に記載の半導体レーザアセンブリ。
【0078】
条項１７．面発光レーザのアレイと光導波路との間に位置する光ビームコンバイナをさらに備える、条項１から１６のいずれか一項に記載の半導体レーザアセンブリ。
【0079】
条項１８．光導波路の上に反射防止コーティングをさらに備える、条項１から１７のいずれか一項に記載の半導体レーザアセンブリ。
【0080】
条項１９．電磁放射線を放出するための方法であって、リチウムを含む光導波路を半導体レーザと結合するステップと、第１の波長の電磁放射線を半導体レーザから光導波路に放出するステップとを含み、電磁放射線が第２の波長で光導波路から放出され、第２の波長が第１の波長よりも短い、方法。
【0081】
条項２０．第２の波長が第１の波長の約半分である、条項１９に記載の方法。
【0082】
条項２１．結合が、接合または再成長を含む、条項１９または２０に記載の方法。
【0083】
条項２２．放出するステップが、１２００ｎｍ～１３００ｎｍの波長の電磁放射線を半導体レーザから光導波路に放出するステップを含み、その結果、光導波路を通過する際に、周波数が２倍または実質的に２倍になる、条項１９から２１のいずれか一項に記載の方法。
【0084】
条項２３．放出するステップが、半導体レーザの第１のエミッタから光ビームコンバイナに第１の波長の電磁放射線を放出するステップと、半導体レーザの第２のエミッタから光ビームコンバイナに第２の波長の電磁放射線を放出するステップと、光ビームコンバイナから光導波路に第１および第２の波長の電磁放射線を放出するステップであって、光導波路を通過する際に、光導波路が第１および第２の波長に関連付けられた第１および第２の周波数を合計する、ステップとを含む、条項１９から２２のいずれか一項に記載の方法。
【0085】
条項２４．第１の波長が９００ｎｍ～１０００ｎｍであり、第２の波長が（１）９００ｎｍ～１０００ｎｍ、または（２）１８５０ｎｍ～１９５０ｎｍのいずれかである、条項１９から２３のいずれか一項に記載の方法。
【0086】
条項２５．１８０°周期的に反転したドメインを有する周期的に分極反転させた光導波路を得るために、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウム薄膜を分極反転させるステップをさらに含む、条項１９から２４のいずれか一項に記載の方法。
【0087】
開示された半導体レーザアセンブリの様々な例が示され、説明されてきたが、本明細書を読むと、当業者には変更が思い浮かぶであろう。本出願は、そのような変更を含み、特許請求の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【0088】
１００ 半導体レーザアセンブリ
１１０ 面発光レーザ
１１２ 発光面
１１４ 対向面
１１６ エミッタ
１１６Ａ エミッタ
１１６Ｂ エミッタ
１１６Ｃ エミッタ
１１６Ｄ エミッタ
１１６Ｅ エミッタ
１１６Ｆ エミッタ
１１６ａ エミッタ
１１６ｂ エミッタ
１２０ コンタクト層
１２４ コーティング
１３０ コンタクト層
１４０ 導波路
１５０ 誘電体層
１５１ 誘電体層
１６０ 半絶縁性基板
１７０ レーザ光
１８０ 光ビームコンバイナ
１１０ 面発光レーザ
１１２ 発光面
１１４ 対向面
１１６ エミッタ
１１６Ａ エミッタ
１１６Ｂ エミッタ
１１６Ｃ エミッタ
１１６Ｄ エミッタ
１１６Ｅ エミッタ
１１６Ｆ エミッタ
１１６ａ エミッタ
１１６ｂ エミッタ
１２０ コンタクト層
１２４ コーティング
１３０ コンタクト層
１４０ 導波路
１５０ 誘電体層
１５１ 誘電体層
１６０ 半絶縁性基板
１７０ レーザ光
１８０ 光ビームコンバイナ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【手続補正書】
【提出日】2024-08-01
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
発光面および対向面を有する面発光レーザのアレイと、前記面発光レーザのアレイに外部電源から電気バイアスを供給するように電気的に接続された少なくとも１つの電気コンタクトと、
前記面発光レーザのアレイの前記発光面の上の光導波路であって、リチウムを含み、周期的に１８０°分極反転されている光導波路と、を備える、半導体レーザアセンブリ。
前記面発光レーザのアレイの前記発光面の上の光導波路であって、リチウムを含み、周期的に１８０°分極反転されている光導波路と、を備える、半導体レーザアセンブリ。
【請求項2】
前記少なくとも１つの電気コンタクトが、
前記発光面の上のコンタクトおよび前記対向面の上の別のコンタクト、または
前記対向面の上の一対のコンタクト、を含む、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
前記発光面の上のコンタクトおよび前記対向面の上の別のコンタクト、または
前記対向面の上の一対のコンタクト、を含む、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項3】
前記光導波路がニオブ酸リチウムを含む、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項4】
前記光導波路がタンタル酸リチウムを含む、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項5】
前記面発光レーザのアレイが、複数の垂直共振器面発光レーザまたは複数のフォトニック結晶面発光レーザを備える、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項6】
前記面発光レーザのアレイが、上面発光レーザまたは底面発光レーザを備える、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項7】
前記面発光レーザのアレイが、１８５０ｎｍ～１９５０ｎｍの波長の電磁放射線を放出するように構成された少なくとも１つのエミッタを備える、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項8】
前記面発光レーザのアレイが、１２００ｎｍ～１３００ｎｍの波長の電磁放射線を放出するように構成された少なくとも１つのエミッタを備える、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項9】
前記面発光レーザのアレイが、１０００ｎｍ～１１００ｎｍの波長の電磁放射線を放出するように構成された少なくとも１つのエミッタを備える、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項10】
前記面発光レーザのアレイが、９００ｎｍ～１０００ｎｍの波長の電磁放射線を放出するように構成された少なくとも１つのエミッタを備える、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項11】
前記面発光レーザのアレイが、１５００ｎｍ～１６００ｎｍの波長の電磁放射線を放出するように構成された少なくとも１つのエミッタを備える、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項12】
前記面発光レーザのアレイが、前記光導波路の幅方向と平行する偏光を有する少なくとも１つのエミッタを備える、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項13】
前記面発光レーザのアレイが、前記光導波路の幅方向と直交する偏光を有する少なくとも１つのエミッタを備える、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項14】
前記面発光レーザと前記光導波路との間に位置する半絶縁性基板をさらに備える、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項15】
前記半絶縁性基板がガリウムヒ素（ＧａＡｓ）を含む、請求項１４に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項16】
前記面発光レーザのアレイと前記光導波路との間に位置する光ビームコンバイナをさらに備える、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項17】
前記光導波路の上に反射防止コーティングをさらに備える、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項18】
請求項１に記載された半導体レーザアセンブリにおいて電磁放射線を放出するための方法であって、
リチウムを含む前記光導波路を半導体レーザと結合するステップと、
前記半導体レーザから前記光導波路に第１の波長の電磁放射線を放出するステップであって、前記電磁放射線が前記光導波路から第２の波長で放出され、前記第２の波長が前記第１の波長よりも短い、ステップと、を含む、電磁放射線を放出するための方法。
リチウムを含む前記光導波路を半導体レーザと結合するステップと、
前記半導体レーザから前記光導波路に第１の波長の電磁放射線を放出するステップであって、前記電磁放射線が前記光導波路から第２の波長で放出され、前記第２の波長が前記第１の波長よりも短い、ステップと、を含む、電磁放射線を放出するための方法。
【請求項19】
前記第２の波長が前記第１の波長の約半分である、請求項１８に記載の方法。
【請求項20】
前記結合するステップが接合または再成長を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項21】
前記放出するステップが、１２００ｎｍ～１３００ｎｍの波長の電磁放射線を前記半導体レーザから前記光導波路に放出するステップを含み、その結果、前記光導波路を通過する際に、周波数が２倍または実質的に２倍になる、請求項１８に記載の方法。
【請求項22】
前記放出するステップが、
前記半導体レーザの第１のエミッタから光ビームコンバイナに第１の波長の電磁放射線を放出するステップと、
前記半導体レーザの第２のエミッタから前記光ビームコンバイナに第２の波長の電磁放射線を放出するステップと、
前記光ビームコンバイナから前記第１および第２の波長の前記電磁放射線を前記光導波路に放出するステップであって、前記光導波路を通過する際に、前記光導波路が前記第１および第２の波長を合計する、ステップと、を含む、請求項１８に記載の方法。
前記半導体レーザの第１のエミッタから光ビームコンバイナに第１の波長の電磁放射線を放出するステップと、
前記半導体レーザの第２のエミッタから前記光ビームコンバイナに第２の波長の電磁放射線を放出するステップと、
前記光ビームコンバイナから前記第１および第２の波長の前記電磁放射線を前記光導波路に放出するステップであって、前記光導波路を通過する際に、前記光導波路が前記第１および第２の波長を合計する、ステップと、を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項23】
前記第１の波長が９００ｎｍ～１０００ｎｍであり、
前記第２の波長が９００ｎｍ～１０００ｎｍ、または１８５０ｎｍ～１９５０ｎｍのいずれかである、請求項２２に記載の方法。
前記第２の波長が９００ｎｍ～１０００ｎｍ、または１８５０ｎｍ～１９５０ｎｍのいずれかである、請求項２２に記載の方法。
【請求項24】
１８０°周期的に反転したドメインを有する周期的に分極反転させた光導波路を得るために、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウム薄膜を分極反転させるステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0010】
面発光レーザのアレイは、光導波路の幅方向と平行する偏光を有する少なくとも１つのエミッタ、および／または光導波路の幅方向と直交する偏光を有する少なくとも１つのエミッタを含むことができる。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0041】
図７を参照すると、開示された半導体レーザアセンブリ１００は、異なる偏光を有する複数のエミッタ１１６を含むことができる。図７の例では、面発光レーザ１１０のアレイは、４つのエミッタ１１６を含む。アレイ内の一部のエミッタ１１６ｂは、薄膜光導波路１４０の幅方向と平行する偏光を有することができる。これらのエミッタからの光は、薄膜光導波路１４０の出力において周波数が２倍になる。アレイ内の他のエミッタ１１６ａは、薄膜光導波路１４０の幅方向と直交する偏光を有することができる。エミッタ１１６ａからの光は、薄膜光導波路１４０の非線形効果によって影響を受けず、出力波長は、入力波長（例えば、ＩＲ）と同じままである。エミッタの偏光ロックは、ＰＣＳＥＬ構成の場合はフォトニック結晶の設計によって、またはＶＣＳＥＬ構成の場合は回折格子の配向によって規定することができる。したがって、図７の例に示すように、面発光レーザ１１０のアレイは、光導波路１４０の幅方向と平行する偏光を有する少なくとも１つのエミッタ１１６ａおよび／または光導波路１４０の幅方向と直交する偏光を有する少なくとも１つのエミッタ１１６ｂを含むことができる。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0054】
図７を参照すると、方法２００によって形成された開示された半導体レーザアセンブリ１００は、異なる偏光を有する複数のエミッタ１１６を含むことができる。図７の例では、面発光レーザ１１０のアレイは、４つのエミッタ１１６を含むことができる。アレイ内の一部のエミッタ１１６ｂは、図７において、薄膜光導波路１４０の幅方向と平行する偏光を有することができる。これらのエミッタ１１６ｂからの光は、薄膜光導波路１４０の出力において２倍の周波数となる。アレイ内の他のエミッタ１１６ａは、薄膜光導波路１４０の幅と直交する、例えば、図７では垂直の偏光を有してもよい。これらのエミッタ１１６ａからの光は、薄膜光導波路１４０の非線形効果による影響を受けず、波長は入力波長（例えばＩＲ）と同じままである。各エミッタの偏光ロックは、ＰＣＳＥＬ構成のフォトニック結晶設計によって、またはＶＣＳＥＬ構成の回折格子の配向によって規定することができる。したがって、図７の例に示すように、面発光レーザ１１０のアレイは、光導波路１４０の幅方向と平行する偏光を有する少なくとも１つのエミッタ１１６ａおよび／または光導波路１４０の幅方向と直交する偏光を有する少なくとも１つのエミッタ１１６ｂを含むことができる。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0074】
条項１３．面発光レーザのアレイが、光導波路の幅方向と平行する偏光を有する少なくとも１つのエミッタを備える、条項１から１２のいずれか一項に記載の半導体レーザアセンブリ。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0075】
条項１４．面発光レーザのアレイが、光導波路の幅方向と直交する偏光を有する少なくとも１つのエミッタを備える、条項１から１３のいずれか一項に記載の半導体レーザアセンブリ。
【手続補正書】
【提出日】2024-12-19
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
発光面および対向面を有する面発光レーザのアレイと、前記面発光レーザのアレイに外
部電源から電気バイアスを供給するように電気的に接続された少なくとも１つの電気コン
タクトと、
前記面発光レーザのアレイの前記発光面の上の光導波路であって、リチウムを含み、周
期的に１８０°分極反転されている複数の光導波路と、
前記面発光レーザのアレイと前記光導波路との間に位置する光ビームコンバイナと
を備え、
前記光導波路には、前記光ビームコンバイナを介して前記発光面の上に配置されるものと、前記光ビームコンバイナを介さずに直接前記発光面の上に配置されるものが含まれ、
前記光ビームコンバイナは、前記面発光レーザのアレイから出力された異なる周波数を合わせた周波数の電磁放射線または光を、前記発光面の上の一部または全部の前記光導波路に出力する、半導体レーザアセンブリ。
部電源から電気バイアスを供給するように電気的に接続された少なくとも１つの電気コン
タクトと、
前記面発光レーザのアレイの前記発光面の上の光導波路であって、リチウムを含み、周
期的に１８０°分極反転されている複数の光導波路と、
前記面発光レーザのアレイと前記光導波路との間に位置する光ビームコンバイナと
を備え、
前記光導波路には、前記光ビームコンバイナを介して前記発光面の上に配置されるものと、前記光ビームコンバイナを介さずに直接前記発光面の上に配置されるものが含まれ、
前記光ビームコンバイナは、前記面発光レーザのアレイから出力された異なる周波数を合わせた周波数の電磁放射線または光を、前記発光面の上の一部または全部の前記光導波路に出力する、半導体レーザアセンブリ。
【請求項2】
前記少なくとも１つの電気コンタクトが、
前記発光面の上のコンタクトおよび前記対向面の上の別のコンタクト、または、
前記対向面の上の一対のコンタクト、を含む、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
前記発光面の上のコンタクトおよび前記対向面の上の別のコンタクト、または、
前記対向面の上の一対のコンタクト、を含む、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項3】
前記光導波路がニオブ酸リチウムを含む、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項4】
前記光導波路がタンタル酸リチウムを含む、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項5】
前記面発光レーザのアレイが、複数の垂直共振器面発光レーザまたは複数のフォトニック結晶面発光レーザを備える、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項6】
前記面発光レーザのアレイが、上面発光レーザまたは底面発光レーザを備える、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項7】
前記面発光レーザのアレイが、１８５０ｎｍ～１９５０ｎｍの波長の電磁放射線を放出するように構成された少なくとも１つのエミッタを備える、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項8】
前記面発光レーザのアレイが、１２００ｎｍ～１３００ｎｍの波長の電磁放射線を放出するように構成された少なくとも１つのエミッタを備える、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項9】
前記面発光レーザのアレイが、１０００ｎｍ～１１００ｎｍの波長の電磁放射線を放出するように構成された少なくとも１つのエミッタを備える、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項10】
前記面発光レーザのアレイが、９００ｎｍ～１０００ｎｍの波長の電磁放射線を放出するように構成された少なくとも１つのエミッタを備える、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項11】
前記面発光レーザのアレイが、１５００ｎｍ～１６００ｎｍの波長の電磁放射線を放出するように構成された少なくとも１つのエミッタを備える、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項12】
前記面発光レーザのアレイが、前記光導波路の幅方向と平行する偏光を有する少なくとも１つのエミッタを備える、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項13】
前記面発光レーザのアレイが、前記光導波路の幅方向と直交する偏光を有する少なくとも１つのエミッタを備える、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項14】
前記面発光レーザと前記光導波路との間に位置する半絶縁性基板をさらに備える、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項15】
前記半絶縁性基板がガリウムヒ素（ＧａＡｓ）を含む、請求項１４に記載の半導体レーザアセンブリ。
【請求項16】
前記光導波路の上に反射防止コーティングをさらに備える、請求項１に記載の半導体レーザアセンブリ。
【外国語明細書】