[发明专利]一种阵列式激光器

说明书

技术领域

本发明属于信息技术领域，涉及一种阵列式激光器。

技术背景

激光器是指能产生激光发射的装置。一般由3部分组成：能实现粒子数布居反转的工作物质;光泵;光学共振腔。激光器的种类很多。按工作物质分有气体激光器、固体激光器、液体激光器和半导体激光器等;按激光器的工作方式分有连续的、脉冲的、Q突变与超短脉冲的等等。

半导体激光器是用电注入或光激发等方式使电子受激辐射跃迁(产生激光)的半导体器件。可用作中、长距离高速光纤通信系统的光源。激光的特点是受激辐射发出的光的全部特性与激发光完全相同。为了使半导体激光器发射激光，要求将大量非平衡载流子注入并限制在有源区以形成粒子数反转分布，使载流子在该区域内受激复合发光。此外，还必须使该区域形成光学谐振腔，光在腔内来回反射而不断被放大，以维持激光振荡。在光纤通信系统中常用的有条型激光器和单频激光器(单纵模激光器)。此外，量子阱激光器在阈值电流、调制特性和偏振特性等方面具有较大的优越性，已成为今后的发展方向。

但是现有激光技术中众多场合中均需要激光输出功率超高的激光器，仅凭单个激光器的输出的激光远远不能满足生产生活的需要。阵列式激光器应用而生。线阵式半导体激光器是一种半导体激光器线性阵列，它具有输出功率大、体积小、寿命长、光束质量好等特点，逐渐成为激光器应用方面的主流，并朝着更大输出功率、更高输出特性发展。

传统线阵式半导体激光器受到传统工艺及自身工作特性的限制，要求线性阵列方向的光震荡要很好的被抑制，传统结构很难实现高密度发光点的设计，并且远场光点分布的线性度较差，这些缺点降低了器件输出、热稳定性以及光纤耦合效率。特别是传统结构线阵式半导体激光器器件水平输出发散角较大，光束质量不高，这些缺点严重影响了器件的耦合效率，限制了相关应用发展。

在光子晶体诞生之后人们开始研究如何将光子晶体技术应用到激光技术领域，后来发展了光子晶体激光器，常见的光子晶体激光器有：

1）含缺陷二维光子晶体激光器目前广泛采用的激光器由于有自发辐射的存在，激光出射方向一般和自发辐射方向成一定角度。只有驱动电流达到一定阈值时才能产生激光。如果在激光器中引入带缺陷的光子晶体，使缺陷态形成的光波导与激光出射方向相同，这样自发辐射的能量几乎全部用来发射激光，从而大大降低了激光器的阈值。1999年，Painter等人通过在二维光子晶体中引入点缺陷来束缚光能量，实现了光子晶体激光器^[16]。高功率分布反馈式激光器是传统的分布反馈式激光器向二维周期性结构的扩展。激发模式可以从两个角度来理解：一个是带边缘的零群速度，另一个是耦合模式的驻波。它的优点是可以在二维光子晶体的很大尺寸内实现激光运转。

2）.垂直腔面发射一维光子晶体激光器。2001年才发展起来的光子晶体垂直腔表面发射激光器，是利用一维光子晶体(半导体多层膜)获得反馈的微腔激光器，可以作为局域网中的低成本光源。这种激光器已经上市。但是由于大孔径激光器中横模的不稳定性，单模光输出的功率小于8mW。利用光子晶体可以压制大孔径激光器中横模的不稳定性，从而提高单模光的输出功率。

现有技术中也报道了一种采用光子晶体结构的阵列式半导体激光器，其结构为：线阵式激光器结构包括外延片n面结构区、p面结构区、有源区、二维光子晶体分布区、P面电流注入区、n面电极、p面电极；光子晶体分布区是由半导体材料上的孔型光子晶体结构构成，该光子晶体结构作为线阵式半导体激光器的模式选择区和横向光的隔离区。

该线阵式激光器具有发光点密度高、输出功率大、串联电阻低、远场光斑直线性好、输出光束水平方向光束质量好的器件结构和输出特点，该结构器件降低了阵列式激光器工艺的复杂性、大幅改善了器件的输出特性。

但是上述光子晶体结构的线阵式激光器仍然存在结构不合理，光输出稳定性较差等缺陷。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有光子晶体结构的线阵式激光器结构不合理，光输出稳定性较差的不足与缺陷。

关于光子晶体：

早在20世纪80年代，物理学家就曾指出，具有波长尺度(即小到1μm的尺寸)的结构材料，有可能成为一种新型光学材料。1987年，E.Yablonovitch和S.John[22]指出，在这种新型光学材料中存在类似半导体能带理论的禁带(带隙)，这是一种折射率在空间周期变化的电介质微结构，其变化的周期与光波长在同一量级，在这种结构中，光子的运动与周期介电常数有关，这就是光子晶体(photonic crystal，PC)。

光子晶体按结构不同可分为以下几种：