[發明專利]利用微結構實現大功率半導體激光器慢軸模式控制方法

有效

• 申請號: 201510433104.6
• 申請日: 2015-07-22
• 公開（公告）號: CN104993373B
• 公開（公告）日: 2019-04-23
• 發明（設計）人: 趙潤;張曉光
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十三研究所
• 主分類號: H01S5/06
• 分類號: H01S5/06;H01S5/065;H01S5/068
• 代理公司: 石家莊國為知識產權事務所 13120
• 代理人: 米文智

本發明公開了一種利用微結構實現大功率半導體激光器慢軸模式控制方法，涉及半導體激光器技術領域。本方法是將寬條大功率激光器芯片的注入電極分成若干個1微米?5微米的微元，通過離子注入、介質掩蔽等手段控制各微元的電流注入或不注入。通過電流場、光場、熱場三者間的耦合計算，設計合理微區注入電流分布，以實現寬條激光器內部光場相位的穩定；各獨立微區的電流注入并且各微區按位置滿足某種偽隨機碼的控制，并且總體滿足注入電流的區域分布。從而實現慢軸發散角降低，光場特性穩定的功能，并且對半導體激光器的轉換效率和單元輸出功率水平無明顯影響。

技術領域

本發明涉及半導體激光器技術領域，尤其涉及一種利用微結構實現大功率半導體激光器慢軸模式控制方法。

背景技術

大功率半導體激光器一般具有寬條結構。工作波長以808nm波長為主，波長范圍從780nm-1064nm。大功率激光器單元（100微米發光區寬度）輸出功率水平在3W或以上，功率轉換效率達到或超過50%。本專利是針對該類型器件的結構進行優化設計。通過對芯片注入電極的優化設計，在不降低器件斜率效率和輸出功率的情況下，改善器件的光場輸出特性。

由于大功率半導體激光器芯片為寬條器件，慢軸表現為多模特性。普通結構器件慢軸光場不僅發散角度大，而且隨注入電流水平、工作溫度及封裝應力的變化表現出跳變現象。這都不利于光束整形、光纖耦合等實際應用。慢軸方向模式控制已經有多種手段，比如外腔反饋、主振模式放大（MOPA）結構、柵條電流注入結構、光子晶體結構等。這些方法對慢軸方向模式控制一般是有效的，但表現出各種局限難以實用化。比如外腔反饋結構需要附加精密的光學元件，并且超出了通常的芯片結構設計范疇；主振模式放大（MOPA）結構原理是基于單模波導模式的放大，其功率水平受到限制，一般小于3W水平（100微米發光區寬度，808nm波段），并且斜率效率難超過50%；柵條電流注入結構，是在寬條激光器的電流注入區中加入周期性的結構，將大面積電流祝入變為周期性的細條形電流注入，這種結構對改善漫軸方向光場穩定性和降低發散角的作用是有限的；光子晶體結構改善激光器慢軸光束特性基于亞微米級微結構形成的光子禁帶，工藝要求相當嚴格，加工成本過高，并且一般只對10微米條寬以下的器件有效，而對100微米尺度條寬的大功率半導體激光器一般是無效的。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種用微結構實現大功率半導體激光器慢軸模式控制方法，所述方法能夠降低慢軸發散角，光場特性穩定，并且對半導體激光器的轉換效率和單元輸出功率水平無明顯影響。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：一種利用微結構實現大功率半導體激光器慢軸模式控制方法，其特征在于所述方法如下：將半導體激光器芯片的注入電極分成若干個矩形微元，定義每個矩形微元為電流注入區還是非電流注入區以及電流注入區的導電特性。

進一步的技術方案在于：根據半導體激光器芯片的電流場、光場以及熱場間的耦合關系，設計每個矩形微元為電流注入區還是非電流注入區以及電流注入區的導電特性。

進一步的技術方案在于：縱向分布上，在激光器中后腔面到前腔面光場分布逐漸增強，所以由后腔面到前腔面逐漸增加非電流注入區數量；橫向分布上，通過對波導中光場模式的計算，橫向上光場交替變化，在光場強的地方設計為非電流注入區或者導電特性差的電流注入區，在光場弱的地方設計為導電性好的電流注入區。

進一步的技術方案在于：所述矩形微元的長度和寬度為1微米-5微米。

采用上述技術方案所產生的有益效果在于：本方法是將寬條大功率激光器芯片的注入電極（P電極、N電極、兩個電極）分成若干個1微米-5微米的微元，通過離子注入、介質掩蔽等手段控制各微元的電流注入或不注入。通過電流場、光場、熱場三者間的耦合計算，設計合理微區注入電流分布，以實現寬條激光器內部光場相位的穩定；各獨立微區的電流注入并且各微區按位置滿足某種偽隨機碼的控制，并且總體滿足注入電流的區域分布。從而實現慢軸發散角降低，光場特性穩定的功能，并且對半導體激光器的轉換效率和單元輸出功率水平無明顯影響。