周期性金属接触增益耦合分布反馈半导体激光器制造技术

周期性金属接触增益耦合分布反馈半导体激光器属于半导体激光芯片技术领域，目的在于解决现有技术存在的分布反馈半导体激光器制备困难、成本高昂问题。本发明专利技术在半导体激光芯片上制作周期性金属接触；可以通过刻蚀、氧化、载流子注入等手段在周期性金属接触之间制作侧向电流限制区，也可以在芯片端面制作高反膜或减反膜。本发明专利技术可以实现高功率窄线宽的半导体激光单管或者线阵输出，也可作为种子光源应用于其他半导体激光器，或产生双波长或者频率梳激射的半导体激光，或用于进行非线性光学效应，也可以获得波长稳定的半导体激光泵浦光源。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于新型半导体激光器
，具体涉及一种周期性金属接触增益耦合分布反馈半导体激光器。
技术介绍
传统半导体激光器目前广泛的应用于工业加工、医疗、通讯、国防、泵浦源等领域。但是，由于半导体激光器随电流注入波长漂移较大、难以实现单纵模工作等问题，不能满足很多应用领域的需求。为解决调控半导体激光器的纵模工作模式和线宽的问题，目前通常使用的方法有：采用折射率耦合与相移光栅的分布反馈激光器、高阶分布布拉格反射光栅的半导体激光器、注入锁定的半导体激光器和外腔耦合的半导体激光器。目前使用的方法，普遍是通过引入一阶或高阶的光栅结构，从光学上针对某一波段进行反馈使之激射，并且抑制其他光学模式，从而调制激光器的纵模和光谱线宽。然而，低阶光栅由于尺寸较小，加工困难，成本较高，并且受到刻蚀宽深比的限制，不能进行深刻蚀，导致光栅耦合效率低下，需要大面积制备才能够应用；高阶光栅由于受到高阶散射引起的损耗的影响，很多能量被白白散射掉，导致工作效率不高。增益耦合分布反馈半导体激光器是一种基于周期性增益引起的光反馈现象的新型半导体激光器。这种激光器可以直接在布拉格波长激射而不存在模式简并，结构相对简单，温度稳定性高，不受端面不确定相位的影响，低啁啾，能够有效降低空间烧孔效应，并且可以实现单纵模工作。目前的增益耦合分布反馈半导体激光器通常在有源区附近，通过制备周期性结构和调节掺杂组分，实现一种增益耦合和折射率耦合的复合工作状态，由于周期性结构尺寸较小，依然严重依赖电子束刻蚀技术和二次外延技术，成本复杂而高昂，难以实用化和商业化。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种周期性金属接触增益耦合分布反馈半导体激光器，主要解决半导体激光器单纵模工作现有方案技术复杂精密、成本高昂难以实用化的问题。同时，本专利技术还可以应用于集成光学领域，比如作为模式调控的种子光源和功率放大器连接；也可以作为双波长甚至多波长同时激射的半导体激光器工作；也可以产生相位差稳定、激射波长不同的激光，进行半导体激光的非线性应用，比如合频、倍频、差频，用于产生太赫兹激光等，也可以作为波长稳定的多纵模高功率半导体激光器，用于其他激光器的泵浦源。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案如下：周期性金属接触增益耦合分布反馈半导体激光器，该激光器为在半导体激光芯片上制作出限制光场分布的脊型结构，在所述脊型结构的上表面上制作周期性金属接触。本专利技术的有益效果是：1、不受端面解理的不确定相位影响：增益耦合分布反馈半导体激光器的特性决定，相对于折射率耦合的分布反馈半导体激光器和相移光栅分布反馈半导体激光器，增益耦合分布反馈半导体激光器本身对端面反射不敏感，因而不会由于端面解理而产生不确定的相位差，影响半导体激光器的纵模特性。2、更好的激光参数特性：由于增益耦合分布反馈半导体激光器的两个出光面不受不确定相位差影响，因而可以不镀增透膜，或者一端镀高反射膜，一端镀增透膜从而增加出射功率，获得更好的边模抑制比等特性。3、制作容差大：相比于电子束刻蚀等工艺的纳米级别的技术工艺，周期性金属接触增益耦合分布反馈半导体激光器的制备容差在微米量级，容差提高千倍，可以使用普通光刻机和通常光刻板进行制备。4、制作工艺简单，成本低廉，适合商业化应用：周期性金属接触增益耦合分布反馈半导体激光器只需要针对所需激光波段和芯片结构，在电接触制作步骤，利用普通光刻机所用的光刻板进行一次曝光，即可制作出周期性金属接触，无需复杂的电子束刻蚀工艺或者二次外延工艺，大大降低了制作成本，而且可以大面积制作，特别适合大规模生产。5、应用范围广泛：周期性金属接触增益耦合分布反馈半导体激光器可以集成在其他半导体激光器中，比如作为种子源，或用于稳定激光器出光频率使之处于单纵模工作状态而不受到解理端面的不确定相位影响。当有源区，特别是半导体激光器量子阱制作为多个不同波段具有增益的量子阱时，由于满足不同阶数的布拉格条件，增益耦合分布反馈半导体激光器可以工作在双波长或者频率梳工作状态，产生相位差稳定的双波长或者频率梳激光。如果配合合适的半导体激光器芯片的晶体晶向制作，则可以实现各种非线性效应，比如合频、差频、倍频等，特别是通过差频产生太赫兹激光，将会大大拓宽增益耦合分布反馈半导体激光器的应用领域。这些都是一般的分布反馈激光器所不具备的功能。6、作为固体激光器或者光纤激光器的泵浦源，半导体激光器需要有比较高的功率、稳定的出光波长范围和比较高的转化效率。通过在半导体激光器芯片上制作上百个或者数十个周期的周期性金属接触，相比于制作三五百个周期金属接触的单纵模半导体激光器，可以得到比较弱的半导体激光器内的增益耦合反馈效果，此反射效果可以保证半导体激光器工作波长比较稳定，但因为反馈比较弱，半导体激光器不是单纵模工作状态，这样通过多个纵模的叠加，可以稳定半导体激光器的出光波长的同时得到高输出功率，并且由于不存在光学衍射或散射，可以提高半导体激光器的转换效率。附图说明图1为本专利技术的周期性金属接触增益耦合分布反馈半导体激光器实施例一的三维结构示意图。图2为本专利技术的周期性金属接触增益耦合分布反馈半导体激光器实施例二的三维结构示意图。图3为本专利技术的周期性金属接触增益耦合分布反馈半导体激光器实施例三的三维结构示意图。图4为本专利技术的周期性金属接触增益耦合分布反馈半导体激光器实施例四的三维结构示意图。图5为本专利技术的周期性金属接触增益耦合分布反馈半导体激光器实施例五的三维结构示意图。图6为本专利技术的周期性金属接触增益耦合分布反馈半导体激光器实施例六的三维结构示意图。其中：1、半导体激光器芯片，2、周期性金属接触，3、侧向电流限制区，4、腔面膜，5、能量放大器，6、相位调节电极，7、增益开关电极。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细说明。周期性金属接触增益耦合分布反馈半导体激光器，在半导体激光芯片1上的脊型结构上制作周期性金属接触2，可以通过刻蚀、氧化、载流子注入等手段在周期性金属接触2之间制作侧向电流限制区3，也可以在芯片端面制作高反射膜或抗反射膜。所述周期性金属接触2的金属接触间隔距离，大于载流子横向漂移的距离，从而在有源取内形成周期性的电流注入。所述周期性金属接触2，其周期是半导体激光器单频工作时，波导内有效半波长两倍以上的整数倍。所述周期性金属接触2，可以针对特本文档来自技高网...

【技术保护点】
周期性金属接触增益耦合分布反馈半导体激光器，其特征在于，该激光器为在半导体激光芯片上制作出限制光场分布的脊型结构，在所述脊型结构的上表面上制作周期性金属接触。

【技术特征摘要】
1.周期性金属接触增益耦合分布反馈半导体激光器，其特征在于，该激
光器为在半导体激光芯片上制作出限制光场分布的脊型结构，在所述脊型结
构的上表面上制作周期性金属接触。
2.根据权利要求1所述的周期性金属接触增益耦合分布反馈半导体激光
器，其特征在于，在所述周期性金属接触之间制作侧向电流限制区。
3.根据权利要求1所述的周期性金属接触增益耦合分布反馈半导体激光
器，其特征在于，在所述脊型结构为直波导、锥形波导或者弯曲波导。
4.根据权利要求1所述的周期性金属接触增益耦合分布...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈泳屹，贾鹏，秦莉，宁永强，王立军，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22