[發明專利]光柵分布反饋量子級聯激光器

有效

• 申請號: 201310308727.1
• 申請日: 2013-07-22
• 公開（公告）號: CN103368071A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 張錦川;劉峰奇;卓寧;王利軍;劉俊岐;王占國
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01S5/125
• 分類號: H01S5/125;H01S5/20
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 曹玲柱

技術領域

本發明涉及半導體激光器技術領域，尤其涉及一種光柵分布反饋量子級聯激光器。

背景技術

波長為4～9μm的單模高功率量子級聯激光器在大氣環境監測、醫療診斷、高分辨率光譜等領域中具有十分廣闊的應用前景。實現量子級聯激光器單模工作的最常規和有效的方法是通過引入光柵工藝形成分布反饋結構。通常，根據光柵制作位置的不同，量子級聯激光器可分為掩埋型光柵和表面型光柵，其中，掩埋型光柵由于較小的波導損耗而倍受關注。

掩埋光柵主要制作在有源區的上光限制層InGaAs上面，由于光柵離有源區很近，光學模式與光柵的耦合作用很強，從而導致掩埋光柵的耦合系數很大，遠遠背離了最佳光柵耦合強度κL＝，器件處于過耦合狀態。根據光柵的耦合模理論，過耦合反饋機制使得光場強度主要集中在腔的中心部分，從而大大降低了量子級聯激光器的腔面輸出功率。目前為止，掩埋光柵分布反饋量子級聯激光器的光輸出功率遠遠小于普通的法布里珀羅腔的激光輸出功率。

雖然通過控制光柵占空比和光柵深度可以減小光柵耦合系數，但是光柵耦合系數對光柵形貌十分敏感，任何微小的光柵形貌變化都會引起較大的耦合系數變化。嚴格的控制光柵形貌對目前的工藝是一個很大的挑戰。

發明內容

(一)要解決的技術問題

鑒于上述技術問題，本發明提供了一種光柵分布反饋量子級聯激光器，以降低量子級聯激光器的制備難度。

(二)技術方案

根據本發明的一個方面，提供了一種光柵分布反饋量子級聯激光器。該光柵分布式量子級聯激光器包括：襯底；以及在該襯底上依次生長的下波導層，下光限制層，有源區，上光限制層，等效相移光柵，上波導層；其中，在所述上光限制層的上表面具有等效相移光柵，該等效相移光柵包括均勻光柵、采樣光柵和π相移結構。

(三)有益效果

從上述技術方案可以看出，本發明光柵分布反饋量子級聯激光器具有以下有益效果：

(1)用等效相移光柵結構制作大功率分布反饋量子級聯激光器時對基本均勻光柵的形貌要求較低，僅僅通過控制采樣光柵占空比來調節光柵的耦合系數，這只有數微米的精度要求，一般的光刻技術就很容易滿足；

(2)等效相移的引入可以減小掩埋光柵耦合系數，增大腔面部分的峰值場強，從而增大器件的輸出功率；

(3)隨著采樣光柵占空比的減小，光柵的有效耦合系數減小，與之相似的是兩個光柵模式之間的損耗差值也相應的成比例減小，由此而產生的后果是光柵耦合系數減小到一定程度后，兩個光柵模式成簡并狀態，器件將不在單模工作。等效相移光柵結構可以有效消除兩個光柵模式之間的簡并，在兩個光柵模式之間創建一個缺陷模，這個缺陷模具有更低的閾值增益，所以優先激射，這樣就解決了較小耦合系數時器件的單模工作問題。

附圖說明

圖1為本發明實施例光柵分布反饋量子級聯激光器的三維示意圖。

圖2為圖1所示光柵分布反饋量子級聯激光器中，均勻光柵和等效相移光柵有效耦合系數的關系示意圖。

圖3為圖1所述光柵分布反饋量子級聯激光器中，均勻光柵和等效相移光柵的透射譜。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實現方式，為所屬技術領域中普通技術人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數的示范，但應了解，參數無需確切等于相應的值，而是可在可接受的誤差容限或設計約束內近似于相應的值。此外，以下實施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明并非用來限制本發明。

本發明提供了一種采用等效相移光柵的高功率光柵分布反饋量子級聯激光器。與傳統均勻光柵的制作工藝相比，本發明等效相移光柵制作工藝要簡單的多，從而極大降低了光柵分布反饋量子級聯激光器的制備難度。

在本發明的一個示例性實施例中，提供了一種光柵分布反饋量子級聯激光器。請參照圖1，該光柵分布反饋量子級聯激光器包括：一襯底1；以及在襯底上依次生長的下波導層2，下光限制層3，有源區4，上光限制層5，等效相移光柵6，上波導層7。其中，等效相移光柵制作于上光限制層5的上面。