[发明专利]基于模式增益损耗调控的高亮度半导体激光器

说明书

基于模式增益损耗调控的高亮度半导体激光器，属于光电子技术领域，为了克服现有技术的不足，基于模式增益损耗调控的高亮度半导体激光器，其结构由下至上依次为N面电极、衬底、缓冲层、N型包层、N型波导、有源区、P型波导、P型包层、P型盖层和P面电极；N型波导、有源区和P型波导组成激光器的波导层，波导层的折射率大于N型包层和P型包层的折射率，其特征是，在该半导体激光器台面上刻有多个微孔，所述多个微孔设置在两边相应于高阶侧模光场分布的波峰处，微孔的数量从中心到边缘递增；微孔深度从P面电极的表面至P型包层，且微孔的底部与P型包层下表面距离小于激光器波导层的倏逝波长度。

技术领域

本发明涉及一种基于模式增益损耗调控的高亮度半导体激光器，属于光电子技术领域。

背景技术

半导体激光器在泵浦、材料加工、医疗及国防等许多领域具有重要的应用，近几年来，迅速增长的市场对半导体激光器的亮度要求也越来越高，即高输出功率和高光束质量的激光输出。传统的宽区半导体激光器虽然具有高功率、高效率的优点，但其侧向模式易受局域增益和折射率变化的影响，如载流子反导引、空间烧孔、光丝效应及热等，通常工作在复杂的多模模式，直接导致器件输出发散角大、光束质量差，激光器亮度很低。采用窄的脊形波导结构可以实现单侧模工作，具有高的光束质量，但其输出功率又受到小输出口径的限制，亮度也不高。为实现高亮度激光输出，半导体激光器需要获得高功率、高光束质量激光输出，通常是在激光器侧向引入选模设计来降低侧向模式数，常用的方法有种子振荡功率放大器(MOPA)结构、锥形激光器、倾斜光栅分布反馈(α-DFB)激光器、外腔激光器、平板耦合波导激光器(SCOWL)以及光子晶体激光器等结构。MOPA结构是将一低功率的单模激光注入到半导体放大器中进行功率放大，它可采用混合或集成结构，但混合结构需要高精度的光学对准，而集成结构面临模式不稳定的问题。锥形激光器由单模工作的脊形种子源和锥形增益放大区组成，由于其侧向和横向光束束腰位置不同，具有大的散光，影响聚焦。α-DFB激光器结构由一个相对谐振腔轴倾斜一较小角度的侧向布拉格光栅组成，通过限制光传输方向降低侧向发散角，但其需要二次外延生长，而且面临严重的扭折现象。外腔激光器通常采用外置反射镜选择性反馈一个单侧模到激光腔内，其结构不紧凑。SCOWL采用多模波导管将一个高阶模式的光束转换成一个单模光束，但其实现难度大，拥有此技术的单位非常少。光子晶体激光器可实现大面积相干单模激射，从而获得非常高的光束质量，但这种激光器制备工艺复杂且昂贵，难以批量生产。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，提出了一种基于模式增益损耗调控的高亮度半导体激光器，通过在台面刻蚀模式滤波结构来获得高亮度激光输出。

本发明解决技术问题的技术方案是：

基于模式增益损耗调控的高亮度半导体激光器，其结构由下至上依次为N面电极、衬底、缓冲层、N型包层、N型波导、有源区、P型波导、P型包层、P型盖层和P面电极；N型波导、有源区和P型波导组成激光器的波导层，波导层的折射率大于N型包层和P型包层的折射率，其特征是，在该半导体激光器台面上刻有多个微孔，所述多个微孔设置在两边相应于高阶侧模光场分布的波峰处，，微孔的数量从中心到边缘递增；微孔深度从P面电极的表面至P型包层，且微孔的底部与P型包层下表面距离小于激光器波导层的倏逝波长度。

本发明的有益效果是：在传统半导体激光器的基础上，引入模式滤波结构，通过在台面上高阶侧模波峰位置刻蚀微孔结构，阻止载流子注入，降低高阶侧模增益。另外，光传输经过刻蚀微孔，会遭受衍射和散射损耗，通过设计微孔形状、尺寸、深度、位置和数量，使基模中心峰附近不经过微孔、仅在低光场强度位置经过微孔，因此中心基模受到的损耗最低；而高阶侧模光场峰值处即面临刻蚀微孔引起的损耗，同时越靠近台面边缘经过的微孔周期越多，相应损耗就越大。微孔结构的设计可使高阶侧模相对基模具有低的增益和非常高的损耗，从而达到抑制高阶侧模的目的，保证高功率输出前提下实现高光束质量的激光输出。

附图说明

图1本发明基于模式增益损耗调控的高亮度半导体激光器的结构示意图。