[发明专利]具有由级联阶段制造的有源芯的用于中红外多波长级联分布反馈激光器的波导结构

说明书

本申请涉及具有由级联阶段制造的有源芯的用于中红外多波长级联分布反馈激光器的波导结构。揭示了具有新的波导的级联分布反馈激光器。波导实现了有源和无源波导结构之间的激光束的连接，并改善了器件设计和输出效率。还揭示了制造和使用此类器件的方法。

本发明专利申请是国际申请号为PCT/US2013/032944，国际申请日为2013年3月19日，进入中国国家阶段的申请号为201380015272.2，发明名称为“具有由级联阶段制造的有源芯的用于中红外多波长级联分布反馈激光器的波导结构”的发明专利申请的分案申请。

本申请根据35U.S.C.§119，要求2012年3月19日提交的美国临时申请系列第61/612,440号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。

技术领域

本文一般地涉及基于半导体的激光器，更具体地，涉及位于中红外区域的分布反馈激光器，其具有由级联区段制造的有源芯，其还包括改性的波导以实现改进的性能。还揭示了制造和使用此类器件的方法。

技术背景

分布反馈(“DFB”)激光器是将衍射光栅结合到激光器的有源区域中的固态二极管激光器技术。DFB设计实现了通过温度变化发射略微可调节的稳定单波长。将多个DFB激光器组合到级联的DFB量子级联激光器中，实现了该技术的可调节性的放大。但是，当未使用的激光器区段没有加偏压时，级联的DFB QCL经受高的损耗，并且当使用偏压时，级联的DFBQCL经受高能耗。如果产生的DFB-QCL能够更节能并且仍然能提供级联的DFB QCL所观察到的波长的放大范围，那么这会是有利的。

发明内容

本发明的一个实施方式包括一个波导结构，所述波导结构包括：由光学增益材料制造的有源半导体光波导；桥；以及无源光波导；其中所述桥空间上位于有源波导和无源波导之间，并且有源波导、桥和无源波导没有通过光波导材料物理连接。在一些实施方式中，桥包括周期性结构，其选择性地允许某些波长与无源光波导相连。在一些实施方式中，有源波导、桥和无源波导包括GaInAs或者GaAlInAs。在一些实施方式中，有源波导和桥是平行的，并且在最近点相距约1-8um。在一些实施方式中，桥和无源波导是平行的，并且在最近点相距约1-8um。在一些实施方式中，有源波导和桥是平行的，并且在最近点相距约2-6um，桥和无源波导是平行的，并且在最近点相距约1-8um。

另一个实施方式包括激光器，所述激光器包括增益材料(所述增益材料包含至少两个在组成上不同的层，形成超晶格，其中所述增益材料通过次能带间跃迁或者带间跃迁产生光子)；至少两个连续放置的激光区段(其中各个激光区段包括具有非等价期或布拉格波长的光栅，其中所述激光区段被电隔离区域分开)；以及波导结构(所述波导结构包括与所述增益材料接触的有源波导、至少一个桥和无源波导，其中各个桥在空间上位于有源波导和无源波导之间，并且所述有源波导、桥和无源波导没有通过波导材料物理连接)。在一些实施方式中，光栅包括相移光栅。在一些实施方式中，桥与有源波导平行，并且在空间上位于光强度最高的中心。在一些实施方式中，有源波导和桥是平行的，并且在最近点相距约1-8um。在一些实施方式中，桥和无源波导是平行的，并且在最近点相距约1-8um。在一些实施方式中，有源波导和桥是平行的，并且在最近点相距约2-6um，桥和无源波导是平行的，并且在最近点相距约1-8um。在一些实施方式中，有源波导、桥和无源波导包括GaInAs或者GaAlInAs。