[发明专利]线偏振窄线宽外腔型半导体激光器

说明书

本发明提供一种线偏振窄线宽外腔型半导体激光器，包括增益芯片和外腔选频器件，外腔选频器件的基本结构为硅基波导布拉格光栅，基于硅基波导布拉格光栅的双折射效应，使得外腔选频器件反射的TE模式和TM模式分裂，当TE模式和TM模式反射回增益芯片并注入到增益芯片的ASE谱上时，TE模式与TM模式之间形成增益差，并且TM模式和TM模式的增益受到抑制，使线偏振窄线宽外腔型半导体激光器以线偏振模式输出。本发明无需偏振控制器就可以输出线偏振的激光，从而简化外腔半导体激光器的结构并降低外腔半导体激光器中各元器件之间的损耗。

技术领域

本发明涉及光电子器件技术领域，特别涉及一种线偏振窄线宽外腔型半导体激光器。

背景技术

窄线宽半导体激光器有着频谱线宽窄、相干性能好、低相频噪声和低相对强度噪声(Relative intensity noise，RIN)的特点，在相干光通讯、光学传感、高分辨率光谱测量、激光雷达等领域有着广泛的应用，一般需要激光器的线宽水平能够达到kHz量级。目前常用的窄线宽半导体激光器通常采用单片集成的分布布拉格反射(Distributed Braggreflector，DBR)激光器和分布布拉格反馈(Distributed Bragg feedback，DFB)激光器，这两种激光器的腔长通常较短，决定了光子寿命较短，限制了线宽性能，这两种激光器的线宽一般处于MHz水平，难以满足高相干光通讯、低误码率信号传输的要求；此外制备DFB/DBR激光器一般需要二次外延，工艺复杂且对生产设备要求很高，大大提高了商业化的成本和难度。

外腔半导体激光器(External cavity laser，ECL)是目前最具潜力的一种窄线宽半导体激光器方案，将增益芯片与外腔选频器件耦合集成在一起，例如外腔选频器件选用法布里-珀罗(Fabry-Pérot，F-P)外腔选频器件、光纤布拉格光栅、波导布拉格光栅、微环谐振器等器件。基于光注入锁定效应，这些外腔选频器件都能够选出特定波长的单纵模注入到增益芯片内，从而在激光腔内形成激射，很容易实现几十kHz量级的线宽输出，如果优化外腔激光器的结构和性能，如提高选频器件的Q值、对激光器进行封装等甚至可以实现百Hz乃至Hz级别的线宽。

目前常用的外腔半导体激光器是基于硅基平面波导作为外腔选频器件，通过混合集成的方法易于实现一种准片上集成激光器，结构简单且紧凑度很高，线宽性能非常优异，但是目前的研究往往忽视了激光器的线偏振特性，而线偏振激光的输出需要在激光器后端添加偏振控制器件或偏振选择器件才能实现，使外腔半导体激光器的结构复杂化并增加外腔半导体激光器的内部损耗，限制了外腔半导体激光器在偏振相关的光学系统中的应用。

发明内容

本发明的目的是为了提出一种线偏振窄线宽外腔型半导体激光器，以克服现有技术中的线偏振窄线宽外腔型半导体激光器需额外添加偏振控制器才能实现线偏振激光输出的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

本发明提供的线偏振窄线宽外腔型半导体激光器，包括增益芯片和外腔选频器件，外腔选频器件的基本结构为硅基波导布拉格光栅，基于硅基波导布拉格光栅的双折射效应，使得外腔选频器件反射的TE模式和TM模式分裂，当TE模式和TM模式反射回增益芯片并注入到增益芯片的ASE谱上时，TE模式与TM模式之间形成增益差，并且TM模式和TM模式的增益受到抑制，使线偏振窄线宽外腔型半导体激光器以线偏振模式输出。

优选地，外腔选频器件与增益芯片之间构成F-P谐振腔，硅基波导布拉格光栅的反射带隙与F-P谐振腔的谐振谱共同选出纵模，并注入到线偏振窄线宽外腔型半导体激光器的增益峰谱上，实现线偏振窄线宽外腔型半导体激光器的单纵模激射。

优选地，线偏振窄线宽外腔型半导体激光器还包括位于外腔选频器件与增益芯片之间的耦合透镜，用于匹配增益芯片和外腔选频器件的模场。

优选地，在外腔选频器件上集成有倒锥形的模斑转换器，用于匹配增益芯片和外腔选频器件的模场。