[發(fā)明專利]一種含有天線耦合器的圓偏振單模太赫茲量子級(jí)聯(lián)激光器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910850276.1
• 申請(qǐng)日: 2019-09-10
• 公開（公告）號(hào): CN110707527A
• 公開（公告）日: 2020-01-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐剛毅;何力;朱海卿;朱歡;常高壘;俞辰韌;王凱;白弘宙;王芳芳;陳建新;林春
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
• 主分類號(hào): H01S5/12
• 分類號(hào): H01S5/12;H01S5/343
• 代理公司: 31311 上海滬慧律師事務(wù)所
• 代理人: 郭英

一種含有天線耦合器的圓偏振單模太赫茲量子級(jí)聯(lián)激光器。其特征在于：所述的含有天線耦合器的圓偏振單模太赫茲量子級(jí)聯(lián)激光器整體采用金屬?金屬波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，激光器包括種子激光區(qū)和天線耦合器。種子激光區(qū)采用掩埋式一級(jí)分布反饋式光柵，天線耦合器采用相互正交的半波槽孔天線組成陣列。種子激光區(qū)產(chǎn)生太赫茲種子光源并將光耦合進(jìn)入天線耦合器，天線耦合器使太赫茲激光傾斜出射，同時(shí)調(diào)節(jié)激光的偏振態(tài)至圓偏振態(tài)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了含有天線耦合器的圓偏振單模太赫茲量子級(jí)聯(lián)激光器，屬于單片集成器件，適應(yīng)于更復(fù)雜的工作環(huán)境。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電器件應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)計(jì)一種含有天線耦合器的圓偏振單模太赫茲量子級(jí)聯(lián)激光器。

背景技術(shù)

太赫茲量子級(jí)聯(lián)激光器(THz-QCL)是一種在太赫茲波段具有很強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的相干光源，具有體積小、易集成、頻率覆蓋范圍寬、能量轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)，在高速通信、頻譜分析、物質(zhì)檢測(cè)和成像等領(lǐng)域，具有重要的應(yīng)用前景。其中偏振態(tài)是激光的一個(gè)重要參數(shù)，操縱輻射偏振態(tài)的能力在電磁波譜中具有廣泛的應(yīng)用，如推斷非對(duì)稱分子的構(gòu)型和構(gòu)象、實(shí)現(xiàn)廣角全息圖等。

對(duì)于太赫茲光的偏振態(tài)控制，常用的方法是采用波片的外部光學(xué)部件來(lái)操縱量子級(jí)聯(lián)激光器發(fā)射面的固有線偏振以獲得所需的偏振態(tài)。然而，這種外部操縱裝置既龐大又昂貴。控制太赫茲光偏振態(tài)的另一個(gè)方向是，設(shè)計(jì)單片集成的太赫茲圓偏振量子級(jí)聯(lián)激光器。由于量子級(jí)聯(lián)激光器的優(yōu)點(diǎn)，集成的器件所占體積小，無(wú)需外部光路，能適應(yīng)于更復(fù)雜的工作環(huán)境。但是由于對(duì)太赫茲激光偏振態(tài)進(jìn)行調(diào)控的同時(shí)，改變了激光器腔體的結(jié)構(gòu)，容易產(chǎn)生對(duì)激光器的干擾，導(dǎo)致激光器無(wú)法實(shí)現(xiàn)單模運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種含有天線耦合器的圓偏振單模太赫茲量子級(jí)聯(lián)激光器，用以實(shí)現(xiàn)單模運(yùn)行和圓偏振的太赫茲激光出射。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供了一種含有天線耦合器的圓偏振單模太赫茲量子級(jí)聯(lián)激光器。

一種含有天線耦合器的圓偏振單模太赫茲量子級(jí)聯(lián)激光器。其特征在于：所述的含有天線耦合器的圓偏振單模太赫茲量子級(jí)聯(lián)激光器采用金屬-金屬波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)從下至上具體為：襯底層1、下電極層2、有源區(qū)層3及上電極層4。所述的襯底層1的材料為n型摻雜GaAs材料；所述的下電極層2及上電極層4的材料為Ti和Au復(fù)合材料，Ti與有源區(qū)層3相鄰，Ti的厚度為10-20nm，下電極層2Au的厚度為800-1000nm，上電極層4Au的厚度為500-1000nm。所述的有源區(qū)層3是常規(guī)的太赫茲量子級(jí)聯(lián)激光器所用的有源區(qū)結(jié)構(gòu)。所述的激光器包括種子激光區(qū)和天線耦合器。種子激光區(qū)采用掩埋式一級(jí)分布反饋式光柵結(jié)構(gòu)，天線耦合器采用相互正交的半波槽孔天線組成陣列。種子激光區(qū)產(chǎn)生太赫茲種子光源并將光耦合進(jìn)入天線耦合器，天線耦合器使太赫茲激光傾斜出射，同時(shí)調(diào)節(jié)激光的偏振態(tài)至圓偏振態(tài)。所述的含有天線耦合器的圓偏振單模太赫茲量子級(jí)聯(lián)激光器是單片集成器件。

種子激光區(qū)結(jié)構(gòu)是掩埋式光柵，光柵為一階光柵。制備方法是通過(guò)硫酸腐蝕液在有源區(qū)表面腐蝕深度為400-700nm的狹縫，在表面生長(zhǎng)上電極層4。光柵周期為14-18μm，光柵狹縫寬度為2-8μm，光柵周期個(gè)數(shù)為40-100。

天線耦合器采用光刻長(zhǎng)金技術(shù)形成槽孔天線陣列，天線相互正交，與激光器脊條方向成45°，天線的長(zhǎng)度為15-18μm，寬度為3-7μm，橫向周期為33-39μm，縱向周期為21-26μm，正交天線之間的距離為9-18μm，橫向周期個(gè)數(shù)為8-20，縱向周期個(gè)數(shù)為5-15。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了含有天線耦合器的圓偏振單模太赫茲量子級(jí)聯(lián)激光器，屬于單片集成器件，適應(yīng)于更復(fù)雜的工作環(huán)境。

附圖說(shuō)明：