[其他]具有大體平面的波導(dǎo)的激光器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 88100570
• 申請日: 1988-02-04
• 公開（公告）號: CN88100570A
• 公開（公告）日: 1988-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 布魯斯·阿瑟·沃扎克;沈相根
• 申請（專利權(quán)）人: 阿莫科公司
• 主分類號: H01S3/19
• 分類號: H01S3/19
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 何耀煌,何關(guān)元

本發(fā)明涉及含有大體平面的波導(dǎo)的激光器。更具體地說，它涉及這樣一種激光器：其中波導(dǎo)沿著激光傳播方向由一些高增益和低增益區(qū)的不同組合所構(gòu)成。

激光器是這樣一種器件：它具有通過來自工作媒質(zhì)的原子或分子（這些原子或分子已經(jīng)通過輸入能量而從基態(tài)激發(fā)到較高的能級）的光子受激發(fā)射而產(chǎn)生單色相干光線的能力。這種器件含有由強(qiáng)烈反射的表面（這些表面形成光線的閉合的往返路徑）限定的光諧振器，而所述工作媒質(zhì)容納在該光諧振腔中。

如果由于工作媒質(zhì)的激發(fā)而產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的話，那么，由受激原子、分子或離子返回其基態(tài)而引起的光子自發(fā)發(fā)射就會激發(fā)來自其他受激原子、分子或離子的相同能量的光子發(fā)射。結(jié)果，初始光子在光諧振腔的反射表面之間引起具有相同能量和精確相位的光子的雪崩效應(yīng)。然后，雪崩效應(yīng)的一部分光子通過光諧振腔的一個或幾個反射表面輸出。

可以通過各種方法來完成對激光器工作媒質(zhì)的激發(fā)。但是最通常的方法是利用放電的光泵激勵以及通過半導(dǎo)體激光器的P-n結(jié)的電流流通。

半導(dǎo)體激光器含有構(gòu)成二極管的P-n結(jié)，并且該P(yáng)-n結(jié)起激光器的工作媒質(zhì)的作用。又稱為激光二極管的此類器件通常由例如砷化鎵和砷化鎵鋁合金材料構(gòu)成。此類激光器在把電功率轉(zhuǎn)換成輸出輻射方面的效率是比較高的，例如，能夠超過40%。

激光二極管通常含有一種用于把激光約束在光諧振腔中特定區(qū)域內(nèi)的波導(dǎo)。這種波導(dǎo)可以是增益導(dǎo)引結(jié)構(gòu)或是折射率導(dǎo)引結(jié)構(gòu)。這種增益導(dǎo)引結(jié)構(gòu)是在將泵激電流注入激光二機(jī)管期間暫時形成的，并且人們相信：這種增益導(dǎo)引結(jié)構(gòu)至少部分地起因于該器件工作期間在有源層和包層中形成熱感生折射率梯度。另一方面，折射率導(dǎo)引結(jié)構(gòu)含有平行于P-n結(jié)并且把光約束在平行于該P(yáng)-n結(jié)的區(qū)域中的內(nèi)折射率分布。

激光二極管的波導(dǎo)一般具有條形幾何形狀，其中波導(dǎo)的寬度是可以同該激光器的光波長相比擬的。使用這種幾何形狀可以實(shí)現(xiàn)最低階或基本橫向模式工作。但是，已經(jīng)認(rèn)識到：通過使用寬的和大體平面的波導(dǎo)（或稱為平板波導(dǎo)）可以增加輸出輻射的量。這種平板波導(dǎo)具有通常比條形波導(dǎo)大幾十倍的寬度、因此，能夠容納較大體積的工作媒質(zhì)，從而在減小電流和功率密度的條件下提供較大的輸出功率。

遺憾的是，在使用平板波導(dǎo)的同時不希望有地?fù)p失了對橫向模式的控制。因?yàn)槠桨宀▽?dǎo)的寬度大到足以維持許多橫向模式，所以來自該激光器的輸出光束沿波導(dǎo)寬度的分布非常不規(guī)則，并且這種分布會隨著時間和泵激電平而變化。來自這種平板波導(dǎo)的輸出光束的分布還隨著任何微小的缺陷和不均勻性而變化。這些缺陷和不均勻性產(chǎn)生光絲現(xiàn)象（filamentation），這是這樣一種現(xiàn)象：其中，有源區(qū)的一些部分彼此具有獨(dú)立性地起提供近場圖的作用，這些近場圖由有限區(qū)域中一些發(fā)亮的光絲構(gòu)成，而不是由整個波導(dǎo)寬度范圍內(nèi)光滑的強(qiáng)度分布構(gòu)成。目前，在不嚴(yán)重地使激光二極管的制造工藝復(fù)雜化（這增加了該器件的成本）的情況下還沒有完全令人滿意的方法來解決這些問題。

在克服與平板激光器有關(guān)的這些難題的努力中，已經(jīng)開發(fā)了各種類型的多條形激光器。例如，已由J.E.Ripper等人〔App.Phys????Lett.，17，371（1970）〕描述的一些相鄰的平行條形激光器的光耦合。美國專利第4，255，717號（Scifres）公開了一種含有多個相鄰條形激光器的激光器件，其中任何一個條形激光器所產(chǎn)生的一部分輻射被偏折和耦合到一個或幾個相鄰的條形激光器中。此外，已由D.F.Welch等人（Electronics????Lett.，21，603（1985）〕描述了一種非對稱的偏置的條形激光二極管陣列。然而，所有這些方法都涉及一些單個條形激光器的耦合，而并沒有解決與平板激光器有關(guān)的上述問題。