[發(fā)明專利]一種陣列式激光器

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210453447.5
• 申請(qǐng)日: 2012-11-13
• 公開（公告）號(hào): CN103812006A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 耿振民
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 無錫華御信息技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): H01S5/40
• 分類號(hào): H01S5/40;H01S5/42
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 陳麗燕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于信息技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種陣列式激光器。

技術(shù)背景

激光器是指能產(chǎn)生激光發(fā)射的裝置。一般由3部分組成：能實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)布居反轉(zhuǎn)的工作物質(zhì);光泵;光學(xué)共振腔。激光器的種類很多。按工作物質(zhì)分有氣體激光器、固體激光器、液體激光器和半導(dǎo)體激光器等;按激光器的工作方式分有連續(xù)的、脈沖的、Q突變與超短脈沖的等等。

半導(dǎo)體激光器是用電注入或光激發(fā)等方式使電子受激輻射躍遷(產(chǎn)生激光)的半導(dǎo)體器件。可用作中、長距離高速光纖通信系統(tǒng)的光源。激光的特點(diǎn)是受激輻射發(fā)出的光的全部特性與激發(fā)光完全相同。為了使半導(dǎo)體激光器發(fā)射激光，要求將大量非平衡載流子注入并限制在有源區(qū)以形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，使載流子在該區(qū)域內(nèi)受激復(fù)合發(fā)光。此外，還必須使該區(qū)域形成光學(xué)諧振腔，光在腔內(nèi)來回反射而不斷被放大，以維持激光振蕩。在光纖通信系統(tǒng)中常用的有條型激光器和單頻激光器(單縱模激光器)。此外，量子阱激光器在閾值電流、調(diào)制特性和偏振特性等方面具有較大的優(yōu)越性，已成為今后的發(fā)展方向。

但是現(xiàn)有激光技術(shù)中眾多場(chǎng)合中均需要激光輸出功率超高的激光器，僅憑單個(gè)激光器的輸出的激光遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)生活的需要。陣列式激光器應(yīng)用而生。線陣式半導(dǎo)體激光器是一種半導(dǎo)體激光器線性陣列，它具有輸出功率大、體積小、壽命長、光束質(zhì)量好等特點(diǎn)，逐漸成為激光器應(yīng)用方面的主流，并朝著更大輸出功率、更高輸出特性發(fā)展。

傳統(tǒng)線陣式半導(dǎo)體激光器受到傳統(tǒng)工藝及自身工作特性的限制，要求線性陣列方向的光震蕩要很好的被抑制，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)很難實(shí)現(xiàn)高密度發(fā)光點(diǎn)的設(shè)計(jì)，并且遠(yuǎn)場(chǎng)光點(diǎn)分布的線性度較差，這些缺點(diǎn)降低了器件輸出、熱穩(wěn)定性以及光纖耦合效率。特別是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)線陣式半導(dǎo)體激光器器件水平輸出發(fā)散角較大，光束質(zhì)量不高，這些缺點(diǎn)嚴(yán)重影響了器件的耦合效率，限制了相關(guān)應(yīng)用發(fā)展。

在光子晶體誕生之后人們開始研究如何將光子晶體技術(shù)應(yīng)用到激光技術(shù)領(lǐng)域，后來發(fā)展了光子晶體激光器，常見的光子晶體激光器有：

1）含缺陷二維光子晶體激光器目前廣泛采用的激光器由于有自發(fā)輻射的存在，激光出射方向一般和自發(fā)輻射方向成一定角度。只有驅(qū)動(dòng)電流達(dá)到一定閾值時(shí)才能產(chǎn)生激光。如果在激光器中引入帶缺陷的光子晶體，使缺陷態(tài)形成的光波導(dǎo)與激光出射方向相同，這樣自發(fā)輻射的能量幾乎全部用來發(fā)射激光，從而大大降低了激光器的閾值。1999年，Painter等人通過在二維光子晶體中引入點(diǎn)缺陷來束縛光能量，實(shí)現(xiàn)了光子晶體激光器^[16]。高功率分布反饋式激光器是傳統(tǒng)的分布反饋式激光器向二維周期性結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展。激發(fā)模式可以從兩個(gè)角度來理解：一個(gè)是帶邊緣的零群速度，另一個(gè)是耦合模式的駐波。它的優(yōu)點(diǎn)是可以在二維光子晶體的很大尺寸內(nèi)實(shí)現(xiàn)激光運(yùn)轉(zhuǎn)。

2）.垂直腔面發(fā)射一維光子晶體激光器。2001年才發(fā)展起來的光子晶體垂直腔表面發(fā)射激光器，是利用一維光子晶體(半導(dǎo)體多層膜)獲得反饋的微腔激光器，可以作為局域網(wǎng)中的低成本光源。這種激光器已經(jīng)上市。但是由于大孔徑激光器中橫模的不穩(wěn)定性，單模光輸出的功率小于8mW。利用光子晶體可以壓制大孔徑激光器中橫模的不穩(wěn)定性，從而提高單模光的輸出功率。

現(xiàn)有技術(shù)中也報(bào)道了一種采用光子晶體結(jié)構(gòu)的陣列式半導(dǎo)體激光器，其結(jié)構(gòu)為：線陣式激光器結(jié)構(gòu)包括外延片n面結(jié)構(gòu)區(qū)、p面結(jié)構(gòu)區(qū)、有源區(qū)、二維光子晶體分布區(qū)、P面電流注入?yún)^(qū)、n面電極、p面電極；光子晶體分布區(qū)是由半導(dǎo)體材料上的孔型光子晶體結(jié)構(gòu)構(gòu)成，該光子晶體結(jié)構(gòu)作為線陣式半導(dǎo)體激光器的模式選擇區(qū)和橫向光的隔離區(qū)。

該線陣式激光器具有發(fā)光點(diǎn)密度高、輸出功率大、串聯(lián)電阻低、遠(yuǎn)場(chǎng)光斑直線性好、輸出光束水平方向光束質(zhì)量好的器件結(jié)構(gòu)和輸出特點(diǎn)，該結(jié)構(gòu)器件降低了陣列式激光器工藝的復(fù)雜性、大幅改善了器件的輸出特性。

但是上述光子晶體結(jié)構(gòu)的線陣式激光器仍然存在結(jié)構(gòu)不合理，光輸出穩(wěn)定性較差等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有光子晶體結(jié)構(gòu)的線陣式激光器結(jié)構(gòu)不合理，光輸出穩(wěn)定性較差的不足與缺陷。

關(guān)于光子晶體：

早在20世紀(jì)80年代，物理學(xué)家就曾指出，具有波長尺度(即小到1μm的尺寸)的結(jié)構(gòu)材料，有可能成為一種新型光學(xué)材料。1987年，E.Yablonovitch和S.John[22]指出，在這種新型光學(xué)材料中存在類似半導(dǎo)體能帶理論的禁帶(帶隙)，這是一種折射率在空間周期變化的電介質(zhì)微結(jié)構(gòu)，其變化的周期與光波長在同一量級(jí)，在這種結(jié)構(gòu)中，光子的運(yùn)動(dòng)與周期介電常數(shù)有關(guān)，這就是光子晶體(photonic?crystal，PC)。

光子晶體按結(jié)構(gòu)不同可分為以下幾種：