CN101710671A - 一种含双反射带半导体分布布拉格反射镜的光泵浦垂直外腔面发射激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种含双反射带半导体分布布拉格反射镜的光泵浦垂直外腔面发射激光器，由顺次连接的均为泵浦光源(1)、外腔反射镜(2)、增透膜(3)、窗口层(4)、有源多量子阱增益区(5)、双反射带半导体布拉格反射镜(6)；所述的含双反射带半导体分布布拉格反射镜的光泵浦垂直外腔面发射激光器的双反射带半导体布拉格反射镜(6)由焊料焊接到散热片(7)上，之后整体用焊料焊接到热沉(8)，热沉由焊料焊接到微通道散热器。一种含双反射带半导体分布布拉格反射镜的光泵浦垂直外腔面发射激光器，采用双反射带半导体分布布拉格反射镜，该反射镜在保证对激射光实现反射的同时，对泵浦光也起到反射作用，与传统的单反射带半导体分布布拉格反射镜光泵浦垂直外腔面发射激光器相比提高泵浦效率在15％以上，降低激光器的泵浦激射阈值在15％以上，提高器件光光转化效率在15％，提高光输出功率在10％，克服了现有结构的不足。该激光器可以应用于III-V族半导体材料体系，也可以应用于II-VI族半导体材料体系，还可以应用在有机发光、激光材料体系。
Description
技术领域
本发明属于半导体激光器领域，涉及一种含双反射带半导体分布布拉格反射镜的光泵浦垂直外腔面发射激光器。
背景技术
垂直外腔面发射激光器作为新型半导体激光器是当前光电子激光技术领域最活跃的研究课题之一，与边发射半导体激光器相比，垂直外腔面发射激光器以其输出光功率高、光束质量好和易于二维列阵的特点在激光显示、激光通信、材料加工、医疗及国防工程等领域具有广泛的应用前景。特别是其易于腔内倍频方面，在激光泵浦、非线性晶体倍频等领域有着非常大的研发前景。垂直外腔面发射激光器结构主要包括：外腔反射镜、有源多量子阱增益区、半导体分布布拉格反射镜以及热沉等。垂直外腔面发射激光器主要是在光泵浦激励方式下工作。现有的光泵浦垂直外腔面发射半导体激光器结构中的半导体分布布拉格反射镜结构仅对激射光波长起反射作用，与外腔反射镜形成光谐振腔；这种单反射带半导体分布布拉格反射镜设计时采用两种折射率不中同的四分之一激射波长光学厚度半导体材料周期性组合的多层结构，这种半导体分布布拉格反射镜的优点是设计简单、外延制作简便等。不过由于采用了这种单反射带半导体分布布拉格反射镜时，当器件被光泵浦时，由于泵浦光不能被有源多量子阱增益区中的吸收层全部吸收，会有一部分光被半导体分布布拉格反射镜吸收后转变为热，增大了器件发热，降低了器件的发光效率、出光功率和稳定性。因此需要一种更理想的半导体分布布拉格反射镜，作为光泵浦垂直外腔面发射激光器中的一个反射镜。
发明内容
为了解决已有技术存在的问题，为此，本发明提出一种含双反射带半导体分布布拉格反射镜的光泵浦垂直外腔面发射激光器。
本发明的一种含双反射带半导体分布布拉格反射镜的光泵浦垂直外腔面发射激光器由顺次连接的均为泵浦光源1、外腔反射镜2、增透膜3、窗口层4、有源多量子阱增益区5、双反射带半导体布拉格反射镜6；所述的含双反射带半导体分布布拉格反射镜的光泵浦垂直外腔面发射激光器的双反射带半导体布拉格反射镜6由焊料焊接到散热片7上，之后整体用焊料焊接到热沉8，热沉由焊料焊接到微通道散热器上。在外腔镜2与增透膜3之间可放置非线性晶体。
为了实现激射光λ1，采用泵浦光为λ2时，一个周期双反射带半导体分布布拉格反射镜设计为：2-7对四分之一中心波长光学厚度半导体材料M1/四分之一中心波长光学厚度半导体材料M2和1.25-1.75倍中心波长光学厚度半导体材料M1；中心波长为泵浦光波长与激射波长相加的平均值(λ1+λ2)/2。
为了实现980-1100波段激射光，采用泵浦光为800-830波段，一个周期双反射带半导体分布布拉格反射镜可以设计为：2对GaAs(四分之一中心波长光学厚度)/AlAs(四分之一中心波长光学厚度)和GaAs(1.75倍中心波长光学厚度)。中心波长为泵浦光波长与激射波长相加的平均值。
本发明工作时：器件以光泵浦方式工作。泵浦光源可以是半导体激光或其它激光光源。泵浦光经过窗口层在有源多量子阱增益区中的吸收层被吸收产生光生载流子进入量子阱增益区，电子和空穴进行复合，产生受激发射，并经过由外腔反射镜与双反射带半导体布拉格反射镜构成的谐振腔选模振荡，激射光从外腔反射镜出射，在吸收层内未被吸收的泵浦光将被双反射带半导体分布布拉格反射镜反射回吸收层进行再吸收，并再次形成受激发射。
有益效果
本发明的一种含双反射带半导体分布布拉格反射镜的光泵浦垂直外腔面发射激光器，采用双反射带半导体分布布拉格反射镜，该反射镜在保证对激射光实现反射的同时，对泵浦光也起到反射作用，与含单反射带半导体分布布拉格反射镜的光泵浦垂直外腔面发射激光器相比提高泵浦效率在15％以上，降低激光器件的泵浦激射阈值在15％以上，提高器件光光转化效率在15％，提高光输出功率在10％，克服了现有结构的不足。本发明的一种含双反射带半导体分布布拉格反射镜的光泵浦垂直外腔面发射激光器可以应用于III-V族半导体材料体系，也可以应用于II-VI族半导体材料体系，还可以应用在有机发光、激光材料体系。
附图说明
图1是一种含双反射带半导体分布布拉格反射镜的光泵浦垂直外腔面发射激光器结构主视图。
图2是实施例2含双反射带半导体分布布拉格反射镜的光泵浦垂直外腔面发射激光器腔内倍频结构主视图。
具体实施方案
实施例1：
泵浦光源1是高功率800-830nm波长半导体激光阵列，外腔反射镜2是由k9光学玻璃或石英制成的平凹镜，在平面蒸镀对激射波长的增透膜，凹面曲率半经为25毫米，凹面蒸镀对激射波长的高反射介质膜，增透膜3采用HfO2材料制成，窗口层4采用GaIn0.49P材料。有源多量子阱增益区5包括周期性有源多量子阱增益区和对泵浦光的吸收层，量子阱为GaInAs和势垒为GaAs0.94P，光吸收层采用Al0.06GaAs材料。双发射带半导体布拉格反射镜6采用半导体多层材料；采用泵浦光为800-830波段，为了实现980-1100波段激射光，一个周期双反射带半导体分布布拉格反射镜可以设计为：2对GaAs(四分之一中心波长光学厚度)/AlAs(四分之一中心波长光学厚度)和GaAs(1.75倍中心波长光学厚度)；中心波长为泵浦光波长与激射波长相加的平均值；散热片7采用金刚石、氮化铝或氧化铍材料。热沉8可采用纯铜或无氧铜或紫铜，热沉由焊料焊接到微通道铜散热器上。
器件在组装过程中采用微机械装配技术对外腔反射镜和半导体芯片、热沉及微通道散热器等进行组装。
实施例2：
在含双反射带半导体分布布拉格反射镜的光泵浦垂直外腔面发射激光器的外腔反射镜2与增透膜3之间放置非线性倍频晶体9如LBO晶体，其它与实施例1相同。
Claims (3)
1.一种含双反射带半导体分布布拉格反射镜的光泵浦垂直外腔面发射激光器，其特征在于由顺次连接的均为泵浦光源(1)、外腔反射镜(2)、增透膜(3)、窗口层(4)、有源多量子阱增益区(5)、双反射带半导体布拉格反射镜(6)；所述的含双反射带半导体分布布拉格反射镜的光泵浦垂直外腔面发射激光器的双反射带半导体布拉格反射镜(6)由焊料焊接到散热片(7)上，之后整体用焊料焊接到热沉(8)，热沉由焊料焊接到微通道散热器上。
2.为了实现激射光λ1，采用泵浦光λ2时，一个周期双反射带半导体分布布拉格反射镜设计为：2-7对四分之一中心波长光学厚度半导体材料M1/四分之一中心波长光学厚度半导体材料M2和1.25-1.75倍中心波长光学厚度半导体材料M1；中心波长为泵浦光波长与激射波长相加的平均值(λ1+λ2)/2。
3.为了实现980-1100波段激射光，采用泵浦光为800-830波段，一个周期双反射带半导体分布布拉格反射镜可以设计为：2对GaAs(四分之一中心波长光学厚度)/AlAs(四分之一中心波长光学厚度)和GaAs(1.75倍中心波长光学厚度)。中心波长为泵浦光波长与激射波长相加的平均值。
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2009
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