[发明专利]可调谐半导体激光器设备和用于操作可调谐半导体激光器设备的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种包括表面声波（SAW）谐振器的可调谐半导体激光器设备。具体地，本发明涉及包括交指型换能器（interdigitated transducer）（IDT）的这样的设备。本发明还涉及这样的可调谐半导体激光器设备的使用。

背景技术

半导体激光器设备（例如，激光二极管），可由半导体材料（例如，III-V材料）制成，具有p-n结。普通技术人员已知各种结构。最早的设计是具有单个p-n结的同质结激光器。更现代的设计例如双异质结（DH）激光器二极管具有如下一层，该层具有夹在两层较宽能量带隙的半导体之间的窄能量带隙。通常，这两个异质结有助于将载流子限制在中间层中，该中间层通常称为有源层。环绕中间层的层还称为披覆层（cladding layer）。如果中间层或有源层被制作得足够薄，则它用作量子阱，限制电子空穴对，进一步提高激光器的效率。

可通过对一个薄的晶体晶圆层掺杂来制作半导体激光器。对晶体进行掺杂产生了n型区和p型区，形成p-n结。为了将光限制在p-n结中，异质结自身被夹在两个具有比该异质结更低的折射系数的层之间，这两个具有比异质结更低的折射系数的层从而形成一个披覆层，导致将光限制在异质结中。通过该构造，有源层形成了一个波导，光不能从该波导逃出，除了在激光二极管设备的端部刻面（end facet）处之外，通过设计，光在所述端部刻面处必须离开该设备。使用这种层堆叠的二极管激光器还被称为分别限制异质结量子阱激光二极管（separate confinement heterostructure quantum well laser diode,SCHQW激光二极管）。

激光二极管设备可以多种方式被供电。两种常规的方式是电流注入（例如，通过半导体材料上的电极或接触垫）或光抽运（例如，通过另一激光器或宽带辐射源）。经过所述结的前向电流导致电子和空穴被注入到p-n结中。如果电子和空穴存在于相同区中，则它们可自发地重组，形成光子的发射。

随后这些光子可激发有源层中的更多的重组，从而导致放大。在半导体激光器中建立电子-空穴对的另一种方式是光抽运。在此种情形中，不要求进行掺杂。

除了输入电源之外，功能性半导体激光器还要求一个光反馈机构，以确保光不会通过端部刻面立即离开有源层，而是反馈到该有源层中，导致更多受激发射跃迁。通常，光反馈要求使该设备产生一个激光束。存在光增益的区——有源层——在操作中形成一个光放大器。反馈机构选择哪些波长被反馈到有源层中进行放大，从而正是反馈机构决定了激光的最重要的性质：中心波长和激光线宽。已知的激光二极管利用多种装置来形成光反馈。

一个实施例是在有源层的相对端部上提供反射表面。这种设计称为Fabry-Perot激光器。另一种形成光反馈机构的装置是在邻近有源层的披覆层中刻印（例如，通过蚀刻）一个永久的周期性结构。该结构的周期被选定，从而借助于布拉格反射来选择性地对具有期望激光波长的光提供反馈。这种类型的激光器称为分布式反馈激光器（DFB激光器）。在这种类型的激光器中，有源层的光场据称被耦合至周期性结构。另一实施例由分布式布拉格反射（DBR）激光器形成，其中布拉格光栅被用在激光器设备的任一端部而非镜像的端部刻面处，从而提供光反馈。DFB激光器可被描述为如下一种激光器，其中与DBR激光器相反，光反馈发生在激光器的基本整个增益段。

在DFB半导体激光器中，将有源层的光场耦合至周期性结构的多种类型分为例如指数耦合（index-coupling）、增益耦合、损耗耦合（loss-coupling）或者复耦合（complex-coupling）。在例如H.Kogelnik和C.V.Shank的Coupled-Wave Theory of Distributed Feedback lasers,J.Appl.Phys.43(5),2327(1972)中给出了对DFB激光器和多种耦合机构的处理。