具有波長(zhǎng)選擇光柵的非圓盤型腔半導(dǎo)體激光器的制造方法
【專利摘要】具有波長(zhǎng)選擇光柵的非圓盤型腔半導(dǎo)體激光器屬于微腔激光器【技術(shù)領(lǐng)域】。現(xiàn)有型結(jié)構(gòu)微腔激光器的激射光譜表現(xiàn)出多波長(zhǎng)激射特性，使得器件不能用在需要單一波長(zhǎng)工作的領(lǐng)域中。在本發(fā)明之非圓盤型腔半導(dǎo)體激光器中，上波導(dǎo)層、有源增益區(qū)、下波導(dǎo)層具有相同形狀的外邊界，外邊界曲線為型曲線，型曲線的極坐標(biāo)方程為式中：為極徑，為極角，R0為特征半徑，ε為形變因子，ε＝0.35～0.45，型曲線的起點(diǎn)為0°位置，定向光耦合輸出位置有兩個(gè)，分別是為90°、270°的位置，其特征在于，在上波導(dǎo)層邊緣與外邊界為90°或/和270°的位置對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置波長(zhǎng)選擇光柵。該方案能夠獲得單一波長(zhǎng)光輸出。
【專利說(shuō)明】具有波長(zhǎng)選擇光柵的非圓盤型腔半導(dǎo)體激光器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種具有波長(zhǎng)選擇光柵的非圓盤型腔半導(dǎo)體激光器，屬于微腔激光器

【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 在微腔激光器中，相比于圓盤型腔半導(dǎo)體激光器，非圓盤型腔半導(dǎo)體激光器具有 定向光耦合輸出的特點(diǎn)，這種微腔激光器適合于激光通信、激光探測(cè)、基礎(chǔ)研究、醫(yī)療等。典 型的非圓盤型腔半導(dǎo)體激光器是Limagon型結(jié)構(gòu)微腔激光器，該方案公布于2009年6月出 版的"Applied Physics Letters"第94期第251101頁(yè)。所述Limagon型結(jié)構(gòu)微腔激光器 的結(jié)構(gòu)特征如下。如圖1所示，自上而下依次是上電極1、上波導(dǎo)層2、有源增益區(qū)3、下波導(dǎo) 層4、襯底5、下電極6、熱沉7。上波導(dǎo)層2、有源增益區(qū)3、下波導(dǎo)層4具有相同形狀的外邊 界，外邊界曲線為L(zhǎng)ima^on型曲線，Lima?on型曲線的極坐標(biāo)方程為/?(列=/? n(l.+ 〃cosp)， 式中：為特征半徑，ε為形變因子，ε =〇. 37?0. 43。Limagon吧曲線的起點(diǎn)為〇°位 置，定向光耦合輸出位置有兩個(gè)，分別是Φ為90°、270°的位置。Limagon型結(jié)構(gòu)微腔激光 器在耳語(yǔ)回廊模式下工作，能夠?qū)崿F(xiàn)定向光耦合輸出。
[0003] 然而，所述Limagon型結(jié)構(gòu)微腔激光器的激射光譜表現(xiàn)出多波長(zhǎng)激射特性。所述 多波長(zhǎng)激射特性使得器件不能用在需要單一波長(zhǎng)工作的領(lǐng)域中，如光信息通信、光信息邏 輯計(jì)算、光信息檢測(cè)等，否則會(huì)出現(xiàn)信息失真、邏輯錯(cuò)誤及檢測(cè)效率低等情況。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了實(shí)現(xiàn)非圓盤型腔半導(dǎo)體激光器單一波長(zhǎng)輸出，我們發(fā)明了一種具有波長(zhǎng)選擇 光柵的非圓盤型腔半導(dǎo)體激光器。
[0005] 本發(fā)明之具有波長(zhǎng)選擇光柵的非圓盤型腔半導(dǎo)體激光器自上而下依次是上電極 1、上波導(dǎo)層2、有源增益區(qū)3、下波導(dǎo)層4、襯底5、下電極6、熱沉7,上波導(dǎo)層2、有源增益區(qū) 3、下波導(dǎo)層4具有相同形狀的外邊界，外邊界曲線為L(zhǎng)imagon型曲線，Limagon型曲線的極 坐標(biāo)方程為扒的= &(1 + K〇S0)，式中：R((p)為極徑，φ.為極角，R0為特征半徑，ε為形變 因子，ε = 〇. ?0. 15, Limagon型曲線的起點(diǎn)為〇°位置，定向光耦合輸出位置有兩個(gè)， 分別是:Φ:為90°、270°的位置，其特征在于，如圖2、圖3所示，在上波導(dǎo)層2邊緣與外邊界 Φ:為90°或/和270°的位置對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置波長(zhǎng)選擇光柵8。
[0006] 本發(fā)明其技術(shù)效果在于，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在定向光耦合輸出的前提下，由 于在上波導(dǎo)層2光輸出位置設(shè)置波長(zhǎng)選擇光柵8,因此，能夠?qū)崿F(xiàn)單一波長(zhǎng)輸出且鎖定輸 出波長(zhǎng)，輸出波長(zhǎng)由波長(zhǎng)選擇光柵8的結(jié)構(gòu)及非圓盤型腔半導(dǎo)體激光器多波長(zhǎng)激射特性決 定。本發(fā)明的附帶技術(shù)效果是具有非常窄的譜線寬度，非常高的邊模抑制比。
[0007] 本發(fā)明之具有波長(zhǎng)選擇光柵的非圓盤型腔半導(dǎo)體激光器其工作過(guò)程如下。注入的 激勵(lì)電流經(jīng)過(guò)上電極1、上波導(dǎo)層2注入有源增益區(qū)3,電子和空穴復(fù)合，或者電子從高能級(jí) 向低能級(jí)躍遷，產(chǎn)生受激發(fā)射，上波導(dǎo)層2和下波導(dǎo)層4在垂直方向?qū)ど涔馄鸬较拗谱?用，同時(shí)各種波長(zhǎng)的激射光與光柵波導(dǎo)層即具有波長(zhǎng)選擇光柵8的上波導(dǎo)層2作用，產(chǎn)生波 長(zhǎng)選擇效果，自腔的外邊界定向輸出單一波長(zhǎng)光。
[0008] 本發(fā)明之具有波長(zhǎng)選擇光柵的非圓盤型腔半導(dǎo)體激光器其方案既適合于III一 V、 II一VI族半導(dǎo)體材料激光器，也適合于有機(jī)發(fā)光器件。本發(fā)明之具有波長(zhǎng)選擇光柵的非圓 盤型腔半導(dǎo)體激光器其方案還能夠應(yīng)用于其它結(jié)構(gòu)形式的微腔，如螺旋微腔、三角形微腔、 正方形微腔等。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009] 圖1是現(xiàn)有Limagon型結(jié)構(gòu)微腔激光器的結(jié)構(gòu)主視示意圖。圖2是本發(fā)明之具有 波長(zhǎng)選擇光柵的非圓盤型腔半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)主視示意圖。圖3是本發(fā)明之具有波長(zhǎng)選擇 光柵的非圓盤型腔半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)俯視示意圖，該圖同時(shí)作為摘要附圖。

【具體實(shí)施方式】
[0010] 如圖2、圖3所示，本發(fā)明之具有波長(zhǎng)選擇光柵的非圓盤型腔半導(dǎo)體激光器自上而 下依次是上電極1、上波導(dǎo)層2、有源增益區(qū)3、下波導(dǎo)層4、襯底5、下電極6、熱沉7。上電極 1、下電極6均為金電極。上波導(dǎo)層2、下波導(dǎo)層均為InGaAsP層。有源增益區(qū)3為InGaAs/ InAlAs量子阱級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)。襯底5材料為InP。熱沉7為銅板。下電極6由焊料直接焊接在 熱沉7上?；蛘咴谙码姌O6、熱沉7之間焊裝A1N(氮化鋁）散熱片。上波導(dǎo)層2、有源增益 區(qū)3、下波導(dǎo)層4具有相同形狀的外邊界，外邊界曲線為L(zhǎng)imagon型曲線。Limagon型曲線 的極坐標(biāo)方程為價(jià)妁=A(1 + ，式中：R((p)為極徑，φ:為極角，&為特征半徑，R〇 = 100?150 μ m，ε為形變因子，ε =0.35?0.45, Lima^on型曲線的起點(diǎn)為〇°位置，定 向光耦合輸出位置有兩個(gè)，分別是Φ:為90°、270°的位置。實(shí)際上，特征半徑&的大小是 在擬輸出單一波長(zhǎng)光波長(zhǎng)的1?100整數(shù)倍范圍內(nèi)確定。在上波導(dǎo)層2邊緣與外邊界Ψ:為 90°或/和270°的位置對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置波長(zhǎng)選擇光柵8。波長(zhǎng)選擇光柵8位于上波導(dǎo)層 2的上表層。波長(zhǎng)選擇光柵8的厚度a為擬輸出單一波長(zhǎng)光波長(zhǎng)的1/4?1/2,小于1/4波 長(zhǎng)選擇效果差，大于1/2則損耗大。波長(zhǎng)選擇光柵8的各光柵條紋平行，中心條紋指向極點(diǎn) 0。波長(zhǎng)選擇光柵8的寬度b為擬輸出單一波長(zhǎng)光波長(zhǎng)的2?3倍，如此有利于徑向模式的 改善，利于低階徑向模式工作。由所述上波導(dǎo)層2、有源增益區(qū)3、下波導(dǎo)層4的材料及結(jié)構(gòu) 決定了該非圓盤型腔半導(dǎo)體激光器的中心波長(zhǎng)為10 μ m，配合所設(shè)置的波長(zhǎng)選擇光柵8,上 述方案能夠獲得10 μ m單一波長(zhǎng)光輸出。
【權(quán)利要求】
1. 一種具有波長(zhǎng)選擇光柵的非圓盤型腔半導(dǎo)體激光器，自上而下依次是上電極（1)、 上波導(dǎo)層（2)、有源增益區(qū)（3)、下波導(dǎo)層（4)、襯底（5)、下電極（6)、熱沉（7)，上波導(dǎo)層 (2)、有源增益區(qū)（3)、下波導(dǎo)層（4)具有相同形狀的外邊界，外邊界曲線為L(zhǎng)ima ?〇n型曲線， Limagon型曲線的極坐標(biāo)方程為i?〇) = i?c(l + ffcos供)，式中：R(cp)為極徑，φ為極角，&為特 征半徑，ε為形變因子，ε =0.35?0.45, Lima?on型曲線的起點(diǎn)為0°位置，定向光耦合 輸出位置有兩個(gè)，分別是9為90°、270°的位置，其特征在于，在上波導(dǎo)層（2)邊緣與外邊 界φ為90°或/和270°的位置對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置波長(zhǎng)選擇光柵（8)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有波長(zhǎng)選擇光柵的非圓盤型腔半導(dǎo)體激光器，其特征在 于，波長(zhǎng)選擇光柵（8)位于上波導(dǎo)層（2)的上表層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有波長(zhǎng)選擇光柵的非圓盤型腔半導(dǎo)體激光器，其特征在 于，波長(zhǎng)選擇光柵（8)的厚度a為擬輸出單一波長(zhǎng)光波長(zhǎng)的1/4?1/2。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有波長(zhǎng)選擇光柵的非圓盤型腔半導(dǎo)體激光器，其特征在 于，波長(zhǎng)選擇光柵（8)的各光柵條紋平行，中心條紋指向極點(diǎn)0。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有波長(zhǎng)選擇光柵的非圓盤型腔半導(dǎo)體激光器，其特征在 于，波長(zhǎng)選擇光柵（8)的寬度b為擬輸出單一波長(zhǎng)光波長(zhǎng)的2?3倍。
【文檔編號(hào)】H01S5/14GK104104010SQ201410310184
【公開日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月30日
【發(fā)明者】晏長(zhǎng)嶺, 史建偉, 馮源, 郝永芹, 李鵬 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春理工大學(xué)