[发明专利]一种基于脊形有源区弱波导的半导体光放大器

说明书

本发明公开了一种基于脊形有源区弱波导的半导体光放大器，包括有源层，以及分别生长于有源层上表面和下表面的上波导层和下波导层，有源层的折射率与上波导层或者下波导层的折射率的差值小于或者等于阈值，使得基模强光场从有源层扩散至所述下波导层。有源区与波导区折射率之差对光场具有限制作用，并影响光场分布，因此，通过限制有源层的折射率与所述上波导层或者所述下波导层的折射率的差值在阈值内，使得有源层的光场限制因子的大小得到限制，形成弱波导，有源层光场强度分布不再是最大值，基模强光场分布由原来的有源层扩散至上波导层和下波导层，形成大尺寸基模光斑，提高了饱和输出功率和光束质量，具有工艺简单、性能稳定、成本低的优势。

技术领域

本发明涉及半导体光放大器技术领域，特别涉及一种基于脊形有源区弱波导的半导体光放大器。

背景技术

半导体光放大器由有源区和无源区构成，有源区为增益区，使用半导体材料制作，半导体光放大器的原理主要取决于有源层的介质特性和激光腔的特性。具体的，在入射光子的作用下，有源区受激辐射产生光放大。近年来，随着科技的发展，半导体光放大器有一系列优势，如功耗低，波长灵活性大，尺寸小，重量轻，电光转换效率高以及便于与其他半导体光电子器件单片集成等。目前，自由空间光通信、人眼安全激光测距和成像、取样用低抖动锁膜激光器等领域都急需1.55μm波段饱和输出功率超过1W的半导体光放大器。

然而，传统单模的脊形波导半导体光放大器的尺寸小，有源区光限制因子大，限制其输出功率约为100mW，而且小的模式尺寸需要用透镜来匹配输入输出单模光纤，增加了封装的复杂性。为了增加半导体光放大器的饱和输出功率，需要增加模式体积，降低微分增益，减小载流子寿命，降低波导损耗，通过优化有源区结构减少光场限制因子。因此，现有技术中又提出将半导体光放大器做成锥形放大区，通过增加有源区宽度来获得高饱和输出功率，但是这种结构会寄生出高阶模式，无法实现单模，而且其光斑模式依然难以与单模光纤尺寸相匹配。

因此，如何研制出高饱和输出功率、大尺寸单模光斑、高光束质量，且制造工艺简单、性能稳定、成本低的半导体光放大器是本领域技术人员急需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于脊形有源区弱波导的半导体光放大器，具有高饱和输出功率、大尺寸单模光斑、高光束质量，且制造工艺简单、性能稳定、成本低的特点。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于脊形有源区弱波导的半导体光放大器，包括有源层，以及分别生长于所述有源层上表面和下表面的上波导层和下波导层，所述有源层的折射率与所述上波导层或者所述下波导层的折射率的差值小于或者等于阈值，使得基模强光场从所述有源层扩散至所述上波导层以及所述下波导层。

优选的，在上述基于脊形有源区弱波导的半导体光放大器中，所述阈值的范围为0-3％。

优选的，在上述基于脊形有源区弱波导的半导体光放大器中，所述有源层包括：

无掺杂势阱与无掺杂势垒周期性交错生长构成的多量子阱；

生长于所述多量子阱上表面以及下表面的无掺杂边界层。

优选的，在上述基于脊形有源区弱波导的半导体光放大器中，所述无掺杂边界层的厚度范围为5nm-50nm。

优选的，在上述基于脊形有源区弱波导的半导体光放大器中，还包括：

波导上包层，包括生长于所述上波导层上表面的P型掺杂上限制层，以及生长于所述上限制层上表面的P型掺杂上缓冲层，所述P型掺杂上缓冲层的折射率小于或者等于所述P型掺杂上限制层的折射率。

优选的，在上述基于脊形有源区弱波导的半导体光放大器中，还包括：