[發明專利]具有窄激光發射角度的多模垂直腔面發射激光器

無效

• 申請號: 201310109611.5
• 申請日: 2013-03-29
• 公開（公告）號: CN104078843A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發明（設計）人: 玉貫岳正
• 申請（專利權）人: 新科實業有限公司
• 主分類號: H01S5/183
• 分類號: H01S5/183;H01S5/187
• 代理公司: 廣州三環專利代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫

技術領域

本發明涉及一種垂直腔面發射激光器(vertical?cavity?surface?emitting?laser,VCSEL)，尤其是涉及一種模控制的VCSEL。

背景技術

在短距離光纖通信領域，利用作為激光源的VCSEL和作為傳輸路徑的多模光纖進行傳輸的傳輸速度在可用水平上已經達到了百米距離以上10Gb/s。

VCSEL發射的多模（橫模）激光在與多模光纖相應的本征模耦合時可在多模光纖內傳播。由于傳播速率的變化取決于本征模，所以接收到的信號波形可能被破壞，VCSEL的此種特性被稱為“模式色散特性”。當使用多模光纖時，短距離光纖通信的傳輸性能（速度及距離）受VCSEL的“模式色散特性”的限制。

要降低模式色散及提高傳輸性能，則需要減小光纖中傳播的激光的各個模式的傳播延遲之間的差別。為了減小上述差別，則需要確定激光的傳播模式以使最大傳播延遲與最小傳播延遲之間的差別減小。美國專利公告號為US2007/0153861的專利文獻公開了一種VCSEL，其在上鏡堆疊層的中央設置一凸起，稱為鏡延展。該凸起的設置增加了上鏡堆疊層的反射率，因此具有凸起的中心區的反射率比邊緣區的反射率要高。所以，位于中間區的具有高電場強度的低階模比位于邊緣區的具有高電場強度的高階模更容易振蕩。

然而，為了得到理想的多種振蕩波長，需要限制基諧模或低階模的振蕩及促進高階模的振蕩。例如，名為“高速率、短程光學互連的改進多模光纖”的非專利文獻，出自國際光學工程學會報，2008年第7134卷,71341L-1的圖2（參見圖1），作者Y.Sun,R.Lingle,G.Oulundsen,A.H.McCurdy,D.S.Vaidya,D.Mazzarese,T.Irujo，其顯示了對于不同振蕩波長的本征模與傳播延遲（模式延遲）之間的關系。當波長為850nm時，1階至9階本征模的傳播延遲隨著階的增加而減小，而大于9階的本征模的傳播延遲隨著階的增加而增大。當波長大于850nm時，如990nm或1300nm，傳播延遲隨著階的增加而單調遞增。因此，假如波長為850nm時，與在1階至10階本征模中傳播光的情形相比，僅在7階至10階本征模中傳播激光能減小最大傳播延遲和最小傳播延遲之間的差別（即減小模式色散）。也就是說，通過限制1階至6階低階模的振蕩及促進高階模的振蕩可減小模式色散。對于大于850nm的波長，與在1階至10階本征模中傳播光的情形相比，以同樣的方法也能減小最大傳播延遲和最小傳播延遲之間的差別（即減小模式色散）。

美國公告專利號為US2007/0217472的專利文獻公開了一種VCSEL，其在分布式布拉格反射鏡（distributed?Bragg?reflecting?mirror,DBR）的中央之光發射面設有一凹部，該凹部與活性層重疊。DBR鏡的中心區的堆疊鏡層數較少，因此其反射率較邊緣區低。基于此結構，位于邊緣區的具有高電場強度的高階模比位于中心區的具有高電場強度的低階模更容易振蕩。

然而，根據透鏡（凹透鏡）原理，DBR鏡在光發射面的凹陷結構使得VCSEL發射的激光具有大的發射角度，會引起光散射及增加其在與光纖耦合時的損耗。

因此，亟待一種既限制低階模振蕩又減小激光發射角度的VCSEL，以克服上述缺陷。

本發明的目的在于提供一種VCSEL，能限制低階模的振蕩且減小激光發射的角度。

發明內容

本發明的一種垂直腔面發射半導體激光器，包括一下分布式布拉格反射鏡、一上分布式布拉格反射鏡以及位于所述下分布式布拉格反射鏡和所述上分布式布拉格反射鏡之間的用以產生激光的活性層。所述上分布式布拉格反射鏡包括多個交替堆疊的高折射率層和低折射率層。其中一個所述高折射率層為設于所述上分布式布拉格反射鏡的激光發射面上的上高折射率層。所述上高折射率層具有一中心區及一邊緣區。所述中心區包括位于所述上高折射率層上的一凸點。所述凸點通過所述活性層的中點沿所述上分布式布拉格反射鏡的層體層疊方向向所述上分布式布拉格反射鏡突出而形成。所述邊緣區環繞所述中心區。所述中心區具有相對所述邊緣區向激光發射的方向突出的一凸起。所述垂直腔面發射半導體激光器滿足下列關系式：

dp×n=(1/4+N/2)×λ,及

dc×n=dp×n+(1/4+M/2)×λ，

其中，

λ為真空中所述激光的波長；

dc為所述上高折射率層的中心區的膜厚度；

dp為所述上高折射率層的邊緣區的膜厚度；

n為所述上高折射率層的折射率；及

N、M為零或自然數。