[發明專利]一種“面發射”波導激光器諧振腔的制備方法

有效

• 申請號: 201910113237.3
• 申請日: 2019-02-14
• 公開（公告）號: CN109755849B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 姚一村;張麗強;德特列夫·基普;克里斯汀·埃爾文·豪恩霍斯特;塞吉·索恩索夫;多米內克·布魯斯克;伊娃·法茨格拉夫
• 申請（專利權）人: 聊城大學
• 主分類號: H01S3/063
• 分類號: H01S3/063;H01S3/06
• 代理公司: 青島致嘉知識產權代理事務所(普通合伙) 37236
• 代理人: 李浩成

本發明提供一種新型“面發射”型波導激光諧振腔的設計和制備方案，屬于集成光子學器件制備技術領域。在晶體片的側面制備三條波導，其中兩條較短的波導垂直于晶體大面，另一條較長的波導作為主諧振腔，并與前兩條波導垂直。三條波導相連構成類“之”字形。利用精密金剛石刀切割的方法，在波導連接處分別切割形成兩個溝槽作為全反射鏡。其特點及優勢主要包括：1.實現了類似半導體VCSEL激光器的面發射特性，有利于波導激光的后續封裝；2.使波導激光器結構更為緊湊，降低了光路校對的難度，提高了系統穩定性；3.適用于各類全晶體波導激光器，易于推廣。

技術領域

本發明屬于集成光子學器件制備技術領域，特別涉及一種新型波導激光器諧振腔的制備方法。

背景技術

波導激光是利用光波導作為激光增益介質，并形成激光諧振腔的一類微型激光器。與傳統的固體激光器相比，波導激光具有如下優點：1. 由于波導內具有較高的電磁場密度，因此具有更低的泵浦閾值，和較高的激光斜率效率；2. 熱透鏡效應的影響可以忽略，因此諧振腔的設計和構建更為容易，系統穩定性較好；3. 整體結構更為緊湊。

尤其是隨著近年來，全晶體波導（離子注入波導、飛秒激光寫入波導、質子交換波導、金屬離子熱擴散波導等）制備技術的不斷提升，全晶體波導的熒光性能可以達到接近體材料晶體的水平。因此，大部分性能優異的激光晶體都可以在波導激光中得以應用，使得波導激光的研究和應用呈現出蓬勃發展的態勢。

激光器由三個基本部分構成：泵浦源，激光工作物質，諧振腔。其中諧振腔提供光學正反饋，形成激光模式。在增益介質中，激光光強是隨著介質長度而增加的，長度越長，光強越大(小信號時)，由此使得w(光功率)越大，致使受激輻射遠遠大于自發輻射。但工作物質長度有限，我們可以用兩個反射鏡放置在工作物質兩端，構成光學諧振腔，使光在反射鏡之間來回反射，這樣相當于增加了介質長度。

然而，目前全晶體波導激光器主要是在薄的晶體片上進行制備，通常波導諧振腔平行于晶片的大面，而泵浦光和出射激光信號則采集于兩個相對的側面。

該結構存在一些缺點：

1. 諧振腔的組裝較為困難。這是由于通常波導諧振腔需要由波導和外加腔鏡組合構成，以實現對泵浦光和激光反射率的控制。一般商用的激光腔鏡為圓形（直徑通常大于1cm），而構成波導的晶片厚度通常僅為0.5-2mm，腔鏡難于綁定于晶片的側面，且對準較為困難，器件整體尺寸也較大，難以像半導體VCSEL激光器（垂直腔面發射激光器）那樣進行后續封裝。

2. 一些先進的激光腔面微加工技術難以應用。比如，通過多層鍍膜或刻寫亞微米光柵的方式，可以代替外腔鏡調控激光諧振腔的諧振特性，提升波導激光器的性能。但相應的制備工藝，如懸涂、光刻、刻蝕等，難以在薄晶片的側面施行。

發明內容

為克服上述困難，本發明提供一種“面發射”波導激光器諧振腔的制備方法。該方法可以實現類似于半導體VCSEL激光器的“面發射”特性，在保證光在晶體片中工作長度的前提下，使得波導激光器的結構更為緊湊、穩定，且易于封裝。

本申請采用的技術方案是：

一種“面發射”波導激光器諧振腔的制備方法，步驟如下：

①在晶體的側面制備三條波導，分別為波導1、波導2和波導3，波導2與波導1和波導3垂直，三條波導相連構成類“之”字形；

②利用精密金剛石刀切割的方法，垂直于該側面，在兩波導交疊形成的正方形區域分別切割形成兩個溝槽作為全反射鏡，全反射鏡與晶體大面的夾角均為45°。

③入射端與出射端的激光腔鏡直接固定在晶片的兩個大面。

進一步地，所述對步驟①的晶體各面進行光學拋光，并清潔表面。

進一步地，所述步驟①的波導2與晶體大面平行 。