[发明专利]一种半导体超短脉冲高重频激光器

说明书

本发明公开了一种半导体超短脉冲高重频激光器，包括：激光器谐振腔(1)；激光器可饱和吸收区(2)和光子晶体反射镜(3)，其中，在激光器谐振腔(1)和饱和吸收区(2)之间设置有电隔离区(4)，用以将激光器谐振腔(1)和饱和吸收区(2)进行电隔离，光子晶体反射镜(3)设置在由激光器谐振腔(1)和激光器可饱和吸收区(2)组成的激光器主体的两端。本发明提供的半导体超短脉冲高重频激光器可灵活的改变激光腔目标反射波长、对应波长反射率和耦合输出功率等参数；设计灵活制作简便；通过普通光刻、刻蚀等标准光互连工艺即可制作，与光互连工艺兼容。

技术领域

本发明涉及半导体激光技术、半导体光集成技术和高速光通信技术领域，特别涉及一种半导体超短脉冲高重频激光器。

背景技术

利用光脉冲相位相干效应，获得模式锁定的激光器可以产生高重频，短脉冲相干激光序列，在高速光信号时分复用、全光信号处理、微波米波传输和信号时钟产生等领域具有广泛的应用。固态激光器和光纤激光器可以产生超短脉冲序列，但由于腔长较长，激光重复频率往往较低，一般为MHz量级，同时由于体积大等原因，无法应用在微纳电子集成领域，不利于超短脉冲激光器光源的小型化与集成化。

半导体激光器成本低，结构紧凑，利于片上互联集成。同时半导体激光器是电光转换效率最高的光源，具有覆盖波段范围广、寿命长、体积小、成本低等优点。因此半导体激光器一直是人们研究的热点。经过这些年的研究，半导体激光器重复频率得到极大提升，最高可输出THz量级脉冲激光。此外高功率(平均功率大于百毫瓦)、短脉冲(<1ps)的半导体激光器也相继出现。

现有半导体激光器包括锁模激光器其主要的激光腔结构都是由自然解理晶面形成，在这样的自然解理晶面上蒸镀多层介质膜实现对腔内激光模式的高反射性能，激光模式在腔内的振荡形成受激辐射激光的产生，这种半导体激光器都无法进行片上集成，无法实现片上光互连的功能。因此片上互连超短脉冲高重频激光器需要一种可以与片上波导耦合输出的腔面反馈机理和结构。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种半导体超短脉冲高重频激光器，利用光子晶体带隙反射形成半导体激光器的高反射腔面和耦合输出腔面。通过调节光子晶体结构的周期、半径、对数等参数调节反射波长、反射率和耦合输出功率。利用光子晶体能带的部分反射和透射，实现激光产生与波导的耦合输出。

(二)技术方案

根据本发明提出的半导体超短脉冲高重频激光器，包括：激光器谐振腔；激光器可饱和吸收区和光子晶体反射镜，其中，在激光器谐振腔和饱和吸收区之间设置有电隔离区，用以将激光器谐振腔和饱和吸收区进行电隔离，光子晶体反射镜设置在由激光器谐振腔和激光器可饱和吸收区组成的激光器主体的两端。

优选地，该激光器两端连接有耦合波导，其类型为条形波导、脊形波导、掩埋波导、楔形波导、弯曲波导、环形波导、光子晶体波导或其组合。

优选地，激光器谐振腔为有源谐振腔、无源波导谐振腔、相移区、调制器、光放大区或以上组合，其类型为条形波导、脊形波导、掩埋波导、楔形波导、弯曲波导、环形波导、光子晶体波导或其组合。

优选地，激光器可饱和吸收区形状为矩形、梯形、圆形、三角形或蝴蝶结形。

优选地，激光器谐振腔和激光器可饱和吸收区的个数、长度、宽度、刻蚀深度及相互位置有多种组合方式。

优选地，光子晶体反射镜是二维光子晶体或者一维光子晶体，二维光子晶体是四方晶格结构、六角晶格结构或准周期结构，一维光子晶体是脊形条上一维光子晶体结构或脊形条两侧一维光子晶体结构，光子晶体反射镜的光子晶体对数是一对或者多对。

优选地，该种半导体超短脉冲高重频激光器和耦合波导的增益介质为体材料、量子阱、量子线或量子点。