[發明專利]一種反饋式窄線寬高功率半導體激光芯片及使用方法

有效

• 申請號: 202110593660.5
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113328336B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 李景;王智勇;代京京;蘭天
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H01S5/026
• 分類號: H01S5/026;H01S5/06;H01S5/062;H01S5/065;H01S5/10;H01S5/12
• 代理公司: 北京匯信合知識產權代理有限公司 11335
• 代理人: 張煥響

1.一種反饋式窄線寬高功率半導體激光芯片，其特征在于，包括：集成在單一芯片上的同相超模選擇結構、1/2泰伯距離波導、側向光柵耦合脊形波導陣列、激光放大錐形波導陣列和邊模抑制微結構；

所述同相超模選擇結構設置在所述1/2泰伯距離波導的一側，所述側向光柵耦合脊形波導陣列設置在所述1/2泰伯距離波導的另一側，三者共同構成復合諧振腔，用于輸出同相超模激光；其中，所述同相超模選擇結構是鍍有周期性間隔排列的高反光學膜和高透光學膜的解理面，或者所述同相超模選擇結構是與所述側向光柵耦合脊形波導陣列非共線且相差1/2波導排列周期的側向光柵耦合脊形波導陣列和鍍有高反光學膜的解理面；

所述激光放大錐形波導陣列的輸入端與所述側向光柵耦合脊形波導陣列的輸出端對應相連，所述激光放大錐形波導陣列的輸出端相連形成輸出腔面，用于對同相超模激光進行功率放大；

所述激光放大錐形波導陣列的兩側設有邊模抑制微結構，用于保證經激光放大錐形波導陣列放大后的激光模式仍為基橫模；

基于所述同相超模選擇結構、1/2泰伯距離波導、側向光柵耦合脊形波導陣列、激光放大錐形波導陣列和邊模抑制微結構，獲得窄線寬、高功率、同相超模的激光輸出。

2.如權利要求1所述的反饋式窄線寬高功率半導體激光芯片，其特征在于，所述1/2泰伯距離波導為無刻蝕外延結構、重摻雜層刻蝕后的外延結構或重摻雜層和部分包層刻蝕后的外延結構。

3.如權利要求1所述的反饋式窄線寬高功率半導體激光芯片，其特征在于，在所述側向光柵耦合脊形波導陣列中，脊形波導兩側的光柵深度為刻蝕包層的深度或刻蝕部分波導層的深度。

4.如權利要求1所述的反饋式窄線寬高功率半導體激光芯片，其特征在于，在所述側向光柵耦合脊形波導陣列中，脊形波導兩側的光柵為一階布拉格光柵或高階布拉格光柵。

5.如權利要求1所述的反饋式窄線寬高功率半導體激光芯片，其特征在于，所述1/2泰伯距離波導與所述側向光柵耦合脊形波導陣列的連接部分為無刻蝕溝槽連接部分或制備有隔離溝槽的連接部分，所述側向光柵耦合脊形波導陣列采用小電流激勵。

6.如權利要求1所述的反饋式窄線寬高功率半導體激光芯片，其特征在于，所述激光放大錐形波導陣列為折射率導引波導結構或增益導引波導結構，所述激光放大錐形波導陣列的輸出腔面鍍高透射率光學膜，采用大電流激勵，對所述側向光柵耦合脊形波導陣列輸出的同相超模激光進行功率放大。

7.如權利要求1所述的反饋式窄線寬高功率半導體激光芯片，其特征在于，所述側向光柵耦合脊形波導陣列與激光放大錐形波導陣列的電流隔離溝槽為刻蝕了重摻層的結構或刻蝕了部分包層的結構。

8.如權利要求1所述的反饋式窄線寬高功率半導體激光芯片，其特征在于，所述邊模抑制微結構為外延生長光子晶體結構、或具有不同折射率的光柵結構。

9.一種利用如權利要求1-8任一項所述的反饋式窄線寬高功率半導體激光芯片輸出窄線寬、高功率、同相超模的激光的方法，其特征在于，包括：

所述側向光柵耦合脊形波導陣列出射的激光經所述1/2泰伯距離波導入射至所述同相超模選擇結構中；

經所述同相超模選擇結構進行模式選擇后，激光再反射回所述側向光柵耦合脊形波導陣列內；

在小電流激勵下，所述復合諧振腔內優先起振同相模式，輸出同相超模激光；

所述同相超模激光入射至所述激光放大錐形波導陣列中進行功率放大，并在所述邊模抑制微結構的作用下，輸出窄線寬、高功率、同相超模的激光。