[發明專利]集成輸出直波導的電泵浦微腔激光器

無效

• 申請號: 200610017205.6
• 申請日: 2006-09-22
• 公開（公告）號: CN101150242A
• 公開（公告）日: 2008-03-26
• 發明（設計）人: 寧永強;秦莉;孫艷芳;李特;崔錦江;劉云;劉星元;王立軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: H01S5/00
• 分類號: H01S5/00
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所
• 代理人: 趙炳仁

技術領域：本發明屬于光電子技術領域，是一種用于全光集成的電泵浦微腔激光器。

背景技術：

半導體耳語回廊模式微腔激光器具有體積小、激射閥值低、集成度高等優點。耳語回廊模式激光在器件內部與器件表面平行的方向上傳播，可以與光探測器、光耦合器等實現片上互連集成，滿足大規模集成光路需要，是光集成、光計算、光通信等應用的關鍵器件。

目前國內外報道的耳語回廊模式微腔激光器的基本結構為微碟型或微環形。依靠微碟或微環形微腔的邊緣與空氣之間的折射率差對其內傳播的光形成全反射。通過這種全反射作用得以在器件內部建立振蕩，形成反饋放大。由于這種耳語回廊模式是基于光的全反射原理，因此決定了微碟或微環內產生的激光是被強烈地限制在微腔器件的內部，很難獲得沿某個方向的定向光功率輸出。

根據平面波導模式耦合理論，兩個相距一定間距的平行波導之間會發生能量的耦合傳遞。在一個波導中傳播的光功率通過共振耦合作用而在另一個波導中產生振蕩，耦合效率由兩波導間距和耦合長度決定。基于該理論，美國西北大學報道了U型結構光泵浦微腔激光器。其結構特征是圍繞微碟或微環制備一個寬度為幾微米的U型彎曲波導，微碟或微環與U型彎曲波導間隙不足1微米。激光在微碟或微環中產生并振蕩，然后耦合傳遞到U型彎曲波導中，由U型波導的兩個端口輸出。該結構由于需要制作間隙不足1微米的U型波導，精度要求高，工藝復雜。

發明內容

為了克服已有技術中光功率很難定向輸出的缺點，并解決U型結構光泵浦微腔激光器精度要求高，工藝復雜等問題，本發明公開一種集成輸出直波導的電泵浦微腔激光器，可以將微腔激光器中的激光由集成的輸出直波導的端口輸出，該器件是基于耳語回廊模式原理產生激光振蕩的微腔激光器。器件由管芯和熱沉兩部分組成，通過焊料將兩者焊接在一起。熱沉既對管芯提供支撐，也作為下電極與外加電源連接。

管芯是在半導體量子阱激光器外延片上經過光刻、腐蝕、氧化及電子束蒸發等復雜的器件工藝后完成的微腔激光器芯片。管芯的中心是一個微碟或微環，其直徑在十幾微米-數十微米之間，厚度為數個微米，微環的寬度也為數個微米。在微碟或微環的邊緣沿切線方向連接一個直波導，寬度為數個微米，長度為數十-數百微米，厚度與微碟或微環的厚度一致。在微碟或微環的表面制備有歐姆接觸金屬薄膜。采用焊料將管芯和熱沉焊接在一起完成集成輸出直波導的電泵浦微腔激光器的制作。

其工作原理如下：

在微碟或微環表面的歐姆接觸金屬薄膜上用金絲球焊引出上電極。在熱沉表面引出下電極。在上、下電極兩端加偏壓，正極加在上電極端。負極加在下電極端。當通過管芯的電流超過激光器激射閾值后，在管芯內部的量子阱有源區產生的光發射以耳語回廊模式在微碟或微環內形成穩定的振蕩，產生激光。由于輸出直波導與微碟或微環集成在一起，在微碟或微環中的激光振蕩有一定比例耦合到輸出直波導中，并通過直波導的端口輸出。調整注入電流的大小可以控制從直波導端口輸出的激光的強度。

本發明的優點是不需要制作間隙不足1微米的U型波導，具有結構簡單，輸出耦合效率高，光功率定向輸出，滿足了大規模光集成器件研究的需要。

附圖說明：

圖1是微碟型集成輸出直波導的電泵浦微腔激光器示意圖，也為摘要附圖。

圖2是微環型集成輸出直波導的電泵浦微腔激光器示意圖

圖3是微碟型集成輸出直波導的電泵浦微腔激光器制備示意圖

其中熱沉1、襯底2、直波導3、與微碟4、歐姆接觸薄膜5、微環6、激光器的圖形7。

具體實施方式：

下面結合附圖和實施例對本發明進行進一步說明。

圖1是微碟型集成輸出直波導的電泵浦微腔激光器示意圖。由熱沉(1)和管芯兩部分組成。管芯由制作在襯底(2)上的直波導(3)、微碟(4)及歐姆接觸金屬薄膜(5)組成。直波導(3)與微碟(4)相連接，并沿切線方向延長。

圖2是微環型集成輸出直波導的電泵浦微腔激光器示意圖。與圖1不同之處是用微環(6)代替圖1中的微碟(4)。

實施例1：

圖3是微碟型集成輸出直波導的電泵浦微腔激光器制備示意圖。

(1)、圖(a)是在襯底(2)上用MOCVD或MBE技術生長完半導體量子阱激光器材料的樣品，量子阱激光器材料的厚度為2-3微米。