[发明专利]一种面发射多阶涡旋光束的分布反馈激光器

说明书

本发明公开了一种面发射多阶涡旋光束的分布反馈激光器，其包括相邻的有源区和无源区，其中，有源区包括依次堆叠的衬底、下包层、下波导层、有源层、上波导层、上内包层和上包层，上内包层内具有选模光栅；无源区包括依次堆叠的衬底、下包层、波导芯层、上包层和叉状光栅，波导芯层侧壁与有源区中至少包含有源层的子叠层具有接触界面，上包层位于无源区的部分呈梳状结构，梳状结构的末端具有至少两个分离的条形波导，每个条形波导上形成有叉状光栅。有源区为谐振腔结构用来产生激光，无源区可以将激光器输出模式分成多个不同的模式，然后在条形波导上的叉状光栅输出不同阶数的面发射涡旋光束。

技术领域

本发明属于半导体激光器技术领域，更具体地，涉及一种面发射多阶涡旋光束的分布反馈激光器。

背景技术

半导体激光器通常被应用在数据通信网络的收发模块中，能够为短距、长距通信提供高可靠的激光光源。电磁波的角动量分为两个部分，即自旋角动量(SAM)和轨道角动量(OAM)。OAM光束与光场的空间结构相关，其光场在传播轴上具有exp(ilθ)的相位剖面，光场呈现出环形强度分布，形成涡旋光束。这为传统平面波的频率幅度相位和偏振态四个维度以外，提供了一个新的操控维度。因此，如何产生高质量的涡旋光束是一个比较热门的问题。

传统方法是利用螺旋相位板、全息光栅、空间光相位调制器或者超表面结构对高斯光源进行相位调制，从而产生不同拓扑状态的OAM光束，或者是通过在硅基平台利用微环结构中导模与辐射模耦合机制产生OAM光束。但是，此类基于无源器件都是需要外部光源来间接生成OAM光束，无法提高器件集成度。目前已经有通过集成微环腔的分布反馈激光器(DFB)，光栅辅助的微柱腔面发射激光器来实现单个阶次的OAM光束。然而单个阶次的光束无法满足高复用需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种面发射多阶涡旋光束的分布反馈激光器，其目的在于解决单个阶次的光束无法满足高复用需求的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种面发射多阶涡旋光束的分布反馈激光器，其包括相邻的有源区和无源区，其中，

所述有源区包括依次堆叠的衬底、下包层、下波导层、有源层、上波导层、上内包层和上包层，所述上内包层内具有选模光栅，所述选模光栅用于调控所述有源区向所述无源区发射的光场模式；

所述无源区包括依次堆叠的所述衬底、所述下包层、波导芯层、所述上包层和叉状光栅，所述波导芯层侧壁与所述有源区中至少包含所述有源层的子叠层具有接触界面，所述上包层位于所述无源区的部分呈梳状结构，所述梳状结构的末端具有至少两个分离的条形波导，每个条形波导上形成有所述叉状光栅，所述无源区接收到所述有源区发射的光波后分别从各个所述叉状光栅输出涡旋光束。

优选地，还包括位于所述衬底背离所述下包层一侧的下电极以及位于所述上包层背离所述上内包层一侧的上电极，所述上电极和所述下电极均位于所述有源区内。

优选地，所述上内包层与所述波导芯层的材料组分一致，所述波导芯层与子叠层侧壁具有接触界面，所述子叠层包括所述下波导层、所述有源层和所述上波导层。

优选地，所述上内包层与所述波导芯层的材料组分不一致，所述波导芯层与子叠层侧壁具有接触界面，所述子叠层包括所述下波导层、所述有源层、所述上波导层和所述上内包层。

优选地，所述接触界面为自所述上内包层指向所述下波导层的方向倾斜的倾斜界面。

优选地，所述倾斜界面的倾斜角度范围为30°≤α≤50°。

优选地，所述无源区的波导芯层与所述有源区的有源层的光致发光波长相同，所述波导芯层为体材料结构，所述有源层为量子阱结构。

优选地，所述梳状结构包括与所述有源区相接的矩形波导以及自所述矩形波导侧面沿背离所述无源区一侧延伸的并排的多个条形波导。