[发明专利]一种稳波长边发射激光器

说明书

本发明公开了一种稳波长边发射激光器，涉及边发射激光器技术领域，包括激光器本体以及嵌设于激光器本体内部的多阶光栅；所述激光器本体沿x方向的两端分别为出光端和背光端，所述出光端和/或背光端设有若干沿y方向间隔排布的几何柱，所述几何柱由激光器本体的顶部垂直向激光器本体内部延伸；所述几何柱与其周边的外延结构共同构成所述多阶光栅。本发明将多阶光栅集成设置于边发射激光器内部，从而实现波长选择，使得边发射激光器的波长极其稳定，降低了边发射激光器的波长漂移范围，使其可适应的工作条件范围更宽泛。

技术领域

本发明涉及边发射激光器技术领域，特别涉及一种稳波长边发射激光器。

背景技术

由于边发射激光器可获得更高的功率、效率及光谱特性，目前普遍应用于通信、泵浦和激光雷达等领域。传统的边发射激光器虽然在功率密度等关键参数上有着无可比拟的优势，但存在波长稳定性差的瓶颈问题，这是因为边发射激光器的波长会随着工作电流和温度的改变而改变，经实验证明，边发射激光器的波长随温度漂移系数较大(约0.28nm/K)，因此在有些应用上受到限制。例如，应用于激光雷达时，在-20℃到+125℃的工作温度范围内，边发射激光器的波长漂移约40nm，再加上激光器本身的波长产出分布有约+/10nm的范围，如不使用额外的控温设计，接收端光学滤光片带宽应至少保持60nm宽度，才能实现信号的有效接收和利用。

通常情况下，边发射激光器的波长稳定可以通过控制温度和注入电流的稳定性来实现一定程度的稳定，但要获得更高的稳定度，需要对波长锁定。目前，提高边发射激光器波长稳定性的方法主要包括以下两种：

其一，外腔反馈稳定波长方法。该方法是利用光栅等光反馈来控制半导体的频率特性，现有技术中大多数是通过体全息光栅(VHG)、体布拉格光栅(VBG)、或者光纤光栅(FBG)来实现波长稳定性的，但是这对制作工艺要求比较严格，并且成本较高。

其二，内腔稳定波长方法。该方法是将波长稳定结构集成到半导体激光器内部，通过内部结构来实现波长稳定。常见的有分布反馈激光器(DFB)和分布布拉格反射激光器(DBR)等方法。DBR和DFB激光器都存在输出功率相对低，需要复杂的二次外延技术和复杂光栅制备技术，制作成本高。尽管如此，采用内部波长稳定方法的边发射激光器比采用外部波长稳定方法的边发射激光器具有更好的系统兼容性和更低的装配成本。

为了解决上述问题，本发明基于内腔稳定波长的设计构思，提供一种结构改进的稳波长边发射激光器。

发明内容

本发明提供一种稳波长边发射激光器，其主要目的在于解决现有边发射激光器的波长稳定性问题。

本发明采用如下技术方案：

一种稳波长边发射激光器，包括激光器本体以及嵌设于激光器本体内部的多阶光栅；所述激光器本体沿x方向的两端分别为出光端和背光端，所述出光端和/或背光端设有若干沿y方向间隔排布的几何柱，所述几何柱由激光器本体的顶部垂直向激光器本体内部延伸；若干所述几何柱与其周边的外延结构共同构成所述多阶光栅。

进一步，所述激光器本体的出光端和/或背光端设有一让位台阶，所述几何柱和第二光栅元件由所述让位台阶处垂直向激光器本体内部延伸。

进一步，所述多阶光栅的周期长度Λ的计算公式为：

其中：n表示光栅阶数，λ表示边发射激光器的激射波长，n_eff表示光栅的有效折射率。

进一步，所述光栅阶数n的取值范围为：1＜n＜100。

进一步，所述几何柱的材料为空气、SiO₂、SiNx、GaAs、InGaAsP或InP。