[發明專利]一種高效率寬譜輸出的單芯片多波長硅基激光器

在審

• 申請號: 201510859291.4
• 申請日: 2015-11-30
• 公開（公告）號: CN105305231A
• 公開（公告）日: 2016-02-03
• 發明（設計）人: 劉磊;肖希;王磊;邱英;楊奇;余金中;余少華
• 申請（專利權）人: 武漢郵電科學研究院
• 主分類號: H01S5/40
• 分類號: H01S5/40;H01S5/024;H01S5/06
• 代理公司: 北京捷誠信通專利事務所(普通合伙) 11221
• 代理人: 王衛東

1.一種高效率寬譜輸出的單芯片多波長硅基激光器，包括硅襯底層(1)，其特征在于：硅襯底層(1)上表面分為絕緣區和光源區，光源區上刻蝕大于100nm的厚度形成光源面，光源面上設置有M個輸出中心波長不同的III-V族大模斑半導體多通道陣列光源芯片(3)，M≥2；所述絕緣區的上面覆有絕緣層(2)，絕緣層(2)的上面覆有頂層硅(4)；

每個所述光源芯片(3)均包括從下至上依次覆蓋的N型電極層(301)、N型襯底層(302)、N型限制層(303)、N型波導層(304)、有源層(305)、P型限制層(306)和P型蓋層(310)；P型限制層(306)和P型蓋層(310)整體刻蝕形成Q個凸起的波導結構和Q+1個凸起的臺面結構(309)，Q≥1，單個波導結構由凸起的脊型波導結構(307)和凸起的輸出波導結構(308)對接而成，每個波導結構的兩側各有1個凸起的臺面結構(309)；

所述波導結構與鄰近的臺面結構(309)之間、以及所有臺面結構(309)上面均覆有電絕緣層(311)；所有波導結構和電絕緣層(311)上面均覆有P型電極層(312)；所述光源芯片(3)整體倒置于硅襯底層(1)的光源面上；

所述頂層硅(4)包括M·Q個模斑變換器(401)和M·Q個諧振器(402)，每個模斑變換器(401)均位于頂層硅(4)鄰近光源芯片(3)的側部，模斑變換器(401)與光源芯片(3)中的輸出波導結構(308)一一對應；每個模斑變換器(401)的輸入端與對應的輸出波導結構(308)在水平方向和垂直方向上對準，每個模斑變換器(401)的輸出端通過硅波導(403)與1個諧振器(402)的輸入端相連，諧振器(402)的輸出端設置有硅波導(403)；每個模斑變換器(401)上面均覆有低折射率層(5)。

2.如權利要求1所述的高效率寬譜輸出的單芯片多波長硅基激光器，其特征在于：所述N型波導層(304)的厚度大于等于λ，λ為硅基激光器在真空中的激射波長。

3.如權利要求1所述的高效率寬譜輸出的單芯片多波長硅基激光器，其特征在于：所述有源層(305)的結構為量子阱、量子線或量子點，有源層(305)的增益譜峰值波長范圍覆蓋近紫外到紅外波段；不同的光源芯片(3)采用不同的有源層(305)，相鄰光源芯片(3)的增益譜峰值波長的間隔小于增益譜寬度的一半。

4.如權利要求1所述的高效率寬譜輸出的單芯片多波長硅基激光器，其特征在于：所述脊型波導結構(307)的寬度滿足光源芯片(3)輸出單橫模的條件。

5.如權利要求1所述的高效率寬譜輸出的單芯片多波長硅基激光器，其特征在于：所述輸出波導結構(308)為直波導、傾斜波導或彎折波導。

6.如權利要求1所述的高效率寬譜輸出的單芯片多波長硅基激光器，其特征在于：所述電絕緣層(311)的材料選用SiO₂、Si₃N₄或Al₂O₃。

7.如權利要求1所述的高效率寬譜輸出的單芯片多波長硅基激光器，其特征在于：所述模斑變換器(401)采用反錐形波導、三叉戟波導或反錐形波導陣列。

8.如權利要求1所述的高效率寬譜輸出的單芯片多波長硅基激光器，其特征在于：所述諧振器(402)采用選頻結構。

9.如權利要求8所述的高效率寬譜輸出的單芯片多波長硅基激光器，其特征在于：不同的諧振器(402)選擇不同的中心波長、并從硅波導(403)中輸出；同一個光源芯片(3)對應的多個諧振器(402)選擇的波長覆蓋該光源芯片(3)的有源層(305)的增益譜波長范圍。

10.如權利要求1所述的高效率寬譜輸出的單芯片多波長硅基激光器，其特征在于：所述低折射率層(5)的折射率位于空氣折射率和硅材料折射率之間。