[發(fā)明專利]一種三端式8字環(huán)形量子級聯(lián)激光器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010124424.4
• 申請日: 2020-02-27
• 公開（公告）號: CN111446618B
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發(fā)明（設計）人: 袁國慧;王卓然;林志遠;張鵬年
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01S5/042
• 分類號: H01S5/042;H01S5/10;H01S5/20;H01S5/30
• 代理公司: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 王偉

1.一種三端式8字環(huán)形量子級聯(lián)激光器，其特征在于：該激光器包括由下至上依次設置的襯底(7)、集電極(8)、量子級聯(lián)結構層(9)、量子能級匹配層(10)、基極(11)、發(fā)射極(12)，所述集電極(8)與量子級聯(lián)結構層(9)之間、所述基極(11)與發(fā)射極(12)之間均有階梯狀設置；

所述三端式8字環(huán)形量子級聯(lián)激光器還包括設置于集電極(8)頂部或襯底(7)下方的集電極電極(13)、設置于基極(11)頂部的基極電極(14)、設置于發(fā)射極(12)頂部的發(fā)射極電極(15)；

所述激光器上還刻蝕有8字環(huán)形波導(19)和與所述8字環(huán)形波導(19)耦合的條形直波導(18)，8字環(huán)形波導(19)和條形直波導(18)的刻蝕深度為從發(fā)射極頂部至基極(11)頂部、量子能級匹配層(10)頂部、量子級聯(lián)結構層(9)頂部或集電極(8)頂部的任意深度，其中，8字環(huán)形波導(19)的環(huán)形區(qū)域內(nèi)或環(huán)形區(qū)域外至少有一側刻蝕深度為僅從發(fā)射極頂部至基極頂部，所述條形直波導(18)包括輸入段(17)和耦合段(16)；

所述量子級聯(lián)結構層(9)由至少兩個結構相同的QCL堆棧單元串聯(lián)堆棧而成，所述QCL堆棧單元包括至少兩種結構相同的QCL子單元，每種所述QCL子單元均由有源區(qū)和注入?yún)^(qū)組成，所述注入?yún)^(qū)包括若干段摻雜區(qū)，不同種所述QCL子單元之間至少有一段摻雜區(qū)的摻雜濃度參數(shù)不同。

2.根據(jù)權利要求1所述的三端式8字環(huán)形量子級聯(lián)激光器，其特征在于：至少一種所述QCL子單元包含有兩段或兩段以上摻雜區(qū)，且該QCL子單元中至少存在有一段摻雜區(qū)，其摻雜濃度參數(shù)不同于其它段摻雜區(qū)的摻雜濃度參數(shù)。

3.根據(jù)權利要求1所述的三端式8字環(huán)形量子級聯(lián)激光器，其特征在于：所述量子級聯(lián)結構層(9)包括N個QCL堆棧單元：第一個QCL堆棧單元AB(1)、第i個QCL堆棧單元AB(2)、第N個QCL堆棧單元AB(3)，或者第一個QCL堆棧單元ABB(4)、第i個QCL堆棧單元ABB(5)、第N個QCL堆棧單元ABB(6)，其中i、N為大于1的整數(shù)，i≤N。

4.根據(jù)權利要求1所述的三端式8字環(huán)形量子級聯(lián)激光器，其特征在于：所述QCL子單元采用U態(tài)-L態(tài)轉移設計，所述U態(tài)與所述L態(tài)為單能態(tài)、多能態(tài)或連續(xù)態(tài)中的任意一種，所述多能態(tài)包含至少兩個能態(tài)。

5.根據(jù)權利要求1所述的三端式8字環(huán)形量子級聯(lián)激光器，其特征在于：所述QCL子單元的有源區(qū)所對應的工作或激射波長在中紅外或太赫茲波段。

6.根據(jù)權利要求1所述的三端式8字環(huán)形量子級聯(lián)激光器，其特征在于：所述三端式8字環(huán)形量子級聯(lián)激光器中的集電極電極(13)至少為一個，基極電極(14)至少為一個，發(fā)射極電極(15)至少為一個。

7.根據(jù)權利要求1所述的三端式8字環(huán)形量子級聯(lián)激光器，其特征在于：所述8字環(huán)形波導(19)和基極(11)上設置若干個絕緣層(24)使該激光器形成多段結構而具有若干段控制子單元。

8.根據(jù)權利要求7所述的三端式8字環(huán)形量子級聯(lián)激光器，其特征在于：每一段所述控制子單元可被一組獨立段電壓控制，所述一組獨立段電壓至少包含集電極(8)、基極(11)、發(fā)射極(12)三個電極控制電壓，每組獨立電極控制電壓的取值為正壓、零壓或負壓中的任意一個。

9.根據(jù)權利要求7所述的三端式8字環(huán)形量子級聯(lián)激光器，其特征在于：每一段所述控制子單元中，基極-發(fā)射極偏壓控制注入該段中的量子級聯(lián)結構層(9)的電流密度，基極-集電極偏壓控制該段中量子級聯(lián)結構層(9)的器件偏壓。

10.根據(jù)權利要求7所述的三端式8字環(huán)形量子級聯(lián)激光器，其特征在于：在所施加的基極-發(fā)射極偏壓與基極-集電極偏壓器件偏壓組合下，至少有兩個所述QCL堆棧單元能工作或激射，每個所述QCL堆棧單元中至少有一個所述QCL子單元能夠工作或激射。