法布里－帕罗（ＦＰ）激光器设备（１）具有ｎ－型衬底（２），活性区（３），ｐ－型包层（４），绝缘体（５）和接触体（６）。包层（４）包括具有若干狭缝（８）的脊（７）。狭缝（８）使光部分纵向反射。选择狭缝的精确位置，以便在输出光中精确、可预测地获得特定的选定模式（一个或多个）。设计狭缝图案的方法最好选择特定的法布里－帕罗模式作为峰值发射波长，还抑制任意数量的相邻法布里－帕罗模式。该方法选择优先于腔内其他法布里－帕罗模式的一组法布里－帕罗模式。由此，该方法解决了半导体激光器预先确定峰值激光发射波长的重要问题，还解决了峰值激光发射模式随温度改变的稳定性问题。该方法还能够将功能增强的多模设备制造为单独的设备以及更复杂的多部件或多元件设备的组成部分。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及半导体激光器，尤其涉及边发射法布里-帕罗型半导体激光器及其设计和制造。
技术介绍
半导体激光发光设备包括波导，其由产生激光的半导体晶圆结构形成。半导体脊形波导法布里-帕罗(FP)激光器具有制造相对简单的优点，但是存在激光器趋向于多模操作的缺点。因此，已经研究出通过抑制相邻波长来实现一个或多个离散模式的多种不同途径。已知腔内的缺陷或扰动可引起调制，这可以提高法布里-帕罗激光器的光谱纯度。根据这一原理，已经展示了使用多种技术实现准单模边发射(edgeemitting)FP激光器。使用高能量激光脉冲沿激光器腔体生成小的吸收部位(L.F.diChiaro，J.Lightwave Tech.，9(8)(1991)p.975)。使用三个这样的部位就可实现优于20dB的边模抑制(SMS)。不过，该技术令人不满意的特征是，伴随有损耗区(lossy region)的引入，大大增加了设备阈值电流。另一种可选技术涉及通过聚焦离子束蚀刻沿激光器的腔体生成反射或散射部位(D.A.Kozlowshi，J.S.Young，J.M.C.England and R.G.S.Plumb，IEEEElectron.Lett.，31(8)(1995)p.648)。采用与diChiaro类似的方案进行定位；N个部位通常被定位为距固定的腔面之一为Lcav/2n，n＝1，...，N，其中Lcav为腔体长度。在此情形中，利用三个蚀刻部位以及设备阈值电流的微小增大，可获得30dB这样大的SMS。还提出一种耦合腔激光器设计(H.Naito，H.Nagai，M.Yuri，K.Takeoka，M，Kume，K.Hamada和H.Shimizu，J.Appl.Phys.，vol.66，(1989)，第5726页)。两个波导芯在腔内相连，并且由于有效折射率改变所引起的内反射，由于这些腔面之一出现可调的有效反射率。虽然这些设备具有所需特征，不过必须多个生长和蚀刻步骤才能形成所述结构。还使用数值技术来设计有效折射率和注入电流的分布，以便在边发射激光器中实现改进的光谱纯度。它们包括使用遗传增值算法(genetic breederalgorthms)(D.Erni，M.M.Spühler和J.Frlich，Opt.Quant.Electron.，30(1998)，第287页)。一种无需附加处理或再生长步骤的技术包括，在形成脊本身的光刻和蚀刻阶段中，在激光器脊形波导中生成低密度的附加特征(B.Corbett和D.McDonald，IEE Electron.Lett.，31(25)(1995)，p.2181)。这些特征通常被做成长度为1μm那么小，并且可具有主要反射特性。在发射接近1.5μm波长的脊形波导半导体激光器的情形中，附加特征比如狭缝，其穿透到激光器的光波导的包层区中。本专利技术的目的在于对法布里-帕罗激光器设备实现更可控地制造，从而可精确地获得一个或多个输出模式。
技术实现思路
根据本专利技术，提供一种边发射半导体激光器设备的设计方法，该半导体激光器设备包括法布里-帕罗激光腔，该激光腔具有对激光发射进行正反馈的反射镜，以及处于腔反射镜之间的包层中的至少一个特征，每个特征引起折射率的局部改变，其中，该方法包括根据每个特征与腔反射镜之间的子腔体中的反馈，和腔的法布里-帕罗模式的阈值增益调制之间的关系，确定特征位置的步骤。在一个实施例中，该方法包括产生特征密度函数的步骤。在另一实施例中，通过将阈值调幅表达式与所需阈值增益调制函数的傅里叶变换相乘，产生所述特征密度函数，所述特征密度函数为-|r2|exp]-1|F(∈)|其中，所述增益沿腔体的长度均匀地分布，αmir=1Lcavlog1|r1r2|]]>为无扰腔(unperturbed cavity)的镜面损耗，Lcav为腔体长度， r1和r2为镜面反射率F(∈)为阈值调制函数的傅里叶变换，以及∈＝n-1/2。在另一实施例中，傅里叶变换具有正和负分量，相对于腔反射镜中的一个，正和负分量引起狭缝位置被定位为以选定模式m0发射的光的四分之一波长值的偶数加上0.5和奇数加上0.5倍的位置处，并且激光器光谱中存在多个模式。在一个实施例中，该方法包括另一个对特征密度函数进行均匀采样的步骤。在另一个实施例中，由将要引入的特征的总数确定采样。在另一实施例中，根据下面的表达式执行采样AΣn∫∈min∈j-|r2|exp]-1Γ(x-n/a)dx=j-1/2]]>其中，由将要引入的特征的数量确定归一化常数A，为了对特征密度函数进行采样必须对其进行指定。在一个实施例中，该方法包括对采样所指示的特征位置进行调整的其他步骤，以便使谐振反馈幅值最优化。在另一实施例中，调整特征位置，从而对于每个特征，处于一侧的较短子腔具有的长度为所选择模式m0的四分之一波长的奇数倍，并且处于另一侧的较长子腔具有的长度为所选择模式的四分之一波长的偶数倍，条件是特征所引起的有效折射率改变为负，并且镜面反射率为正实数，且需要单模操作。在另一实施例中，所述特征为包层中的狭缝。在一个实施例中，所述狭缝处于包层脊中。另一方面，本专利技术提供一种边发射半导体激光器设备的制造方法，该半导体激光器设备包括法布里-帕罗激光腔，其具有对激光发射产生正反馈的反射镜，该方法包括以下步骤按照上面所述的任何方法设计该设备，并且在形成脊的光刻和蚀刻过程中，通过在腔脊中形成狭缝而制造所述设备。在一个实施例中，按照上述方法设计所述设备，并且所述设备是多模激光器设备。在另一方面，本专利技术提供一种边发射半导体激光器设备，包括法布里-帕罗激光腔，其具有用于对激光发射产生正反馈的反射镜，以及处于腔反射镜之间的包层中的至少一个特征，可根据上面给出的任何设计方法定位所述特征或多个特征。附图说明根据下面仅参照附图给出的某些示例的描述，将更容易理解本专利技术，其中图1(a)为在包层脊中具有狭缝的法布里-帕罗激光器设备的示意图，图1(b)为该设备的设计流程图，图1(c)为图1(b)的步骤21的图解表示；图2为激光器设备的腔体的一维模型；图3为均匀法布里-帕罗激光器的作为腔模索引(cavity modeindex)m的函数的阈值增益曲线图，其中在本例中阈值增益为常数；图4为根据本专利技术为模式选择而优化开缝的另一种激光器结构的示意图；图5(a)为无扰法布里-帕罗激光器的阈值增益分布曲线图，其中还示出半导体增益函数γ(λ0)随波长的变化，图5(b)示出当在m0下选择单模时，受扰(perturbed)法布里-帕罗激光器的阈值增益分布；图6为在m0±na下当选择了梳状模式(cornb of mode)时，受扰法布里-帕罗激光器设备的阈值增益分布的曲线图，其中n为整数；图7为在模式m0下减小损耗时，受扰法布里-帕罗激光器的阈值增益分布曲线图，在m0±na下具有更弱的损耗减小，并且其他模式根本上不受所引入的扰动的影响；图8为表1中所示的具有16个狭缝的激光腔的阈值增益曲线图；图9为图8设备的下阈值(below threshold)SMSR和峰值模式位置随温度的曲线图；图10(a)本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于设计边发射半导体激光器设备的方法，该激光器设备包括具有反射镜的法布里－帕罗激光腔，所述反射镜用于对激光发射进行正反馈；以及处于所述腔反射镜之间的包层中的至少一个特征，每个特征引起折射率的局部改变，其中，该方法包括如下步骤：即根据每个特征与所述腔反射镜之间的子腔中的反馈与所述腔的法布里－帕罗模式的阈值增益调制之间的关系，确定所述特征的位置。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬奥布赖恩，约恩帕特里克奥赖利，
申请(专利权)人：爱尔兰国家大学科克学院，
类型：发明
国别省市：IE[爱尔兰]
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