CN110061420A - 扩张式激光振荡器波导 - Google Patents

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Abstract

一种宽面半导体二极管激光器器件，包括：多模高反射体端面；与所述多模高反射体端面间隔开的局部反射体端面；以及在所述多模高反射体端面与所述局部反射体端面之间延伸和变宽的扩张式电流注入区域，其中，局部反射体端面宽度与高反射体端面宽度之间的比率为n:1，其中n>1。所述宽面半导体激光器件是一个扩张式激光振荡器波导，相对于常规的直波导配置递送改进的光束亮度和光束参数乘积。

Description

扩张式激光振荡器波导
本申请为分案申请，其原申请是2015年12月4日进入中国国家阶段、国际申请日为2013年9月16日的国际专利申请PCT/US2013/059970，该原申请的中国国家申请号是201380077216.1，发明名称为“扩张式激光振荡器波导”。
相关申请的交叉引用
本申请要求享有2013年4月9日递交的美国临时专利申请US61/810,261的权益，为了所有目的通过引用将该申请的全部内容引入本文中。
发明的背景技术
1.发明的技术领域
总体上来说，本发明的技术领域为半导体二极管激光器。更具体地，本发明涉及扩张式激光振荡器波导。
2.背景技术
多模激光二极管(也已知为宽面激光器(BAL))具有如下属性：在为了生成较高功率而以较高电流对其进行驱动时，其慢轴光束参数乘积(BPP)及其慢轴亮度(功率÷BPP)逐渐降级。可以通过减小发射极宽度来提高BAL中的亮度。然而，出现最大亮度的电流也发生在逐渐降低的电流值处。因此，最大亮度处的最大输出功率也下降。对于功率缩放应用以及降低生产二极管激光器的每瓦特的成本，非常期望每个发射极在更高的输出功率具有较高的亮度。
通过在适当的衬底上生长多层半导体材料来形成半导体二极管激光器，该衬底具有允许选择产生期望的发射波长的材料的晶格常数。典型的半导体激光器包括n型层、p型层以及位于它们之间的无掺杂的有源层，使得当二极管正向偏置时，电子和空穴在有源区层内重新组合以产生光。有源层(量子阱、量子线或量子点、II型量子阱)位于与周围的p掺杂和n掺杂的覆层相比具有更高的折射率的波导层中。从有源层生成的光被限制在波导的平面中。
常规的边射型法布里-珀罗宽面激光二极管被布置成矩形增益导引或折射率导引的半导体结构。波导的相对端面限定高且局部的反射体，以在谐振器内提供对光的振荡的反馈。多层半导体激光二极管结构延长了激光器的长度，并且具有延伸至相对的侧表面的宽的电注入宽度，这也延长了激光器的长度。通常将多层半导体材料布置成使得激光器沿着激光器的生长方向以单模工作，并且该方向被定义为快轴方向。由于半导体激光器沿着快轴方向以单模工作，因此不能进一步提高激光二极管在该方向上的亮度，这就是所谓的衍射极限。因此，多层半导体激光器结构的顶表面与底表面之间的距离提供较小尺寸的端面，即，发光区的厚度通常在微米的量级上。另一方面，多层激光器结构的宽度提供较大尺寸的端面，即，发光区宽度通常在几十个微米至几百个微米的量级上。由于发光区宽度远大于光的波长，因此沿着波导的光轴传播的光场的横向属性是沿着较长的发光区尺寸的高度多模，并且对应的轴被描述为慢轴。
已经描述了在慢轴两端具有单模结构特征的二极管激光脊形波导结构，该结构可适于期望单模性能的低功率。例如，在Osinki等人的6,014,396中，公开了一种具有双扩张结构的扩张式半导体光电器件。在美国专利US 7,623,555和US 6,798,815中可以找到常规脊形波导结构的其它示例。这些器件在两个方向上具有单模光束质量，但实现这样的性能的代价是输出功率受限。然而，在保持超级亮度的同时缩放至更高功率的问题仍然构成二极管激光器领域(尤其是慢轴上为高度多模的器件)中的挑战，并因而需要与其相关联的改进。
发明内容
因此，本发明通过在宽面半导体二极管激光技术中提供创新来满足上述需求，包括提供一种扩张式激光振荡器波导(FLOW)，其具有在多模高反射面和局部反射面之间延伸和变宽的扩张式电流注入区域。通过朝向高反射面缩窄电泵浦发光区(stripe)的宽度，防止具有高发散角的高阶模式耦合回到激光中。结果，与具有相同的局部反射宽度的矩形几何形状的器件相比，激光的慢轴发散角较小。
此外，扩张式电流注入区域中的光传播可以构成更接近较窄的、高反射体侧的宽度的热波导，使得局部反射体端面处的光束输出的光束宽度比局部反射体端面宽度窄得多。结果，与BAL器件相比，对于FLOW器件而言，光束参数乘积BPP(慢轴近场宽度乘以慢轴发散角)较小。由于近场小于局部反射体侧的物理宽度，因此FLOW器件可以被设计成与BAL相比在不牺牲BPP的情况下具有更大的总面积。由扩张式电流注入区域的扩张所提供的扩大的总泵浦面积用于降低热电阻和器件中的电串联电阻，从而导致更高的电-光功率转换效率。与BAL器件相比，这导致给定的工作电流具有更高的输出功率。更高的功率和更小的BPP导致慢轴上增大的光束亮度。
除了应用于宽面二极管激光器之外，还可以将FLOW构思应用于其它类型的基于半导体的法布里-珀罗激光器，举例来说诸如量子级联激光器(OCL)、带间量子级联激光器(IQL)。具有扩张式激光振荡器波导的宽面二极管激光器还可以在激光二极管模块中找到特定用途，激光二极管模块可以被配置用于各种应用，诸如光纤耦合或直接泵浦。
因此，在本发明的一个方面中，宽面半导体二极管激光器件包括多模高反射体端面、与多模高反射体端面间隔开的局部反射体端面以及在所述多模高反射体端面与所述局部反射体端面之间延伸和变宽的扩张式电流注入区域(flared current injectionregion)，其中，局部反射体端面宽度与高反射体端面宽度之间的比率为n:1，其中n>1。
在本发明的另一方面中，多模扩张式激光振荡器波导具有如下的半导体增益容积，该半导体增益容积包括由谐振器长度分隔开且相对布置的多模高反射体和输出耦合器、由谐振器高度分隔开且相对布置的顶侧和底侧以及由可变的谐振器宽度分隔开且相对布置的第一扩张侧和第二扩张侧，该可变的谐振器宽度为高反射体提供比输出耦合器更短的宽度。
在本发明的另一方面中，扩张式激光振荡器波导具有如下半导体增益容积，该半导体增益容积包括：彼此由谐振器长度分隔开的高反射体表面和相对的局部反射体表面；由谐振器高度分隔开的、相对的顶表面和底表面；以及由谐振器宽度分隔开的、相对的第一侧表面和第二侧表面，其中，通过可变的谐振器宽度将相对的侧表面的至少一部分分隔开，该可变的谐振器宽度构成扩张式振荡器区域并且为高反射体表面提供比局部反射体表面更短的宽度。
根据以下参考附图进行的详细说明，前述和其它的目标、特征和优点将变得更明显，其中，附图不必按比例绘制。
附图说明
图1是根据本发明的一个方面的扩张式激光振荡器波导器件的立体图。
图2是根据本发明的一个方面的扩张式激光振荡器波导器件的光学谐振器的立体图。
图3是常规宽面二极管激光器件和根据本发明的方面的扩张式激光振荡器波导二极管激光器件的慢轴(SA)光束参数乘积(BPP)的图表。
图4是常规宽面二极管激光器件和根据本发明的方面的扩张式激光振荡器波导二极管激光器件的慢轴(SA)亮度的图表。
图5是示出与宽面激光器相比，作为从根据本发明的方面的扩张式激光振荡器波导二极管激光器件发射的光束的工作功率的函数的近场光束宽度收缩的图表。
图6是示出作为从常规宽面二极管激光器件和根据本发明的扩张式激光振荡器波导二极管激光器件发射的光束的工作功率的函数的远场光束发散角。
图7是示出针对本发明的扩张式激光振荡器波导器件和常规的宽面激光二极管，光学功率(功率)以及电-光功率转换效率(效率)与电流的关系曲线的图表。
图8A至图8C示出根据本发明的方面的三种替代的电流注入区域的俯视截面图。
图9A至图9C示出根据本发明的方面的三种替代的电流注入区域的俯视截面图。
图10是示出根据本发明的一个方面的针对不同面宽比(facet width ratio)的电流和亮度的三维图表。
图11A至图11C示出根据本发明的方面的三种替代的电流注入区域和附加的高阶模式辨别特征的俯视截面图。
图12A至12B示出根据本发明的方面的两种替代的电流注入区域和波长-稳定光栅的俯视截面图；图12A示出分布式反馈(DFB)配置，而图12B示出分布式布拉格反射(DBR)配置。
具体实施方式
参照图1，示出了根据本发明的一个方面的宽面扩张式激光振荡器波导(FLOW)器件(总体指定为10)的第一实施方案。器件10包括用于电泵浦的电流注入区域12，区域12具有在高反射后端面14和局部反射前端面16之间延伸的梯形形状。器件10可以具有构成折射率导引区域的如图1所示的脊形或平顶形状的结构18，或者图1所示的形状18可以是增益导引的。器件10被配置成从其前端面16发射出激光束20。在从器件10的前端面16发射光束20时，在其前端面16上形成光束点21。脊形结构(尤其是其有源部分)可以部分地通过常规的半导体沉积工艺、由通常按层生长的多种不同的常规半导体材料制成。示例性材料包括砷化镓、砷铝化镓、磷砷化镓铟、铟镓砷、磷化铟、第III和第V族中的其它元素及其各种组合。适合的沉积工艺可以包括化学气相淀积(CVD)、金属有机化学气相沉积(MOCVD)和分子束外延(MBE)。
另外参照图2，示出了在脊形结构18内的是由层状的半导体材料形成的有源区域22。有源区域22被设置在光学谐振器24中、构成光学谐振器24的一部分或者限定光学谐振器24，在谐振器24中，光可以沿着光轴26振荡而被放大。谐振器24包括上述后端面14和前端面16以及相对侧28、30。在一些示例中，谐振器24还包括相对的上表面32和下表面34，上表面32和下表面34与电流注入区域12在器件10内共同延伸。可以针对诸如最终应用、制造需求或最佳需求等不同用途选择谐振器24的长度。适合的长度可以包括小于等于1mm、3mm、5mm、大于等于10mm或其其它变形。高反射后端面14具有的宽度‘a’比局部反射前端面16的宽度‘A’窄。重要地，在本文的示例中，端面14、16均具有为高度多模的宽度。因此，对于1μm左右(例如976nm)的光学波长，后端面14可以具有近似10μm那样低的最小宽度‘a’，但优选为30～75μm左右，本文中还讨论了其它示例。也可以是其它波长，这导致不同的宽度、长度或其它尺寸。高反射后端面14的适合的反射率包括99％或更大的反射率，但根据需要可以将反射率选择为更小。局部反射前端面16将光从光学谐振器24耦合出，并且具有通常与常规的宽发光区二极管激光器相关联的更大宽度。例如，前端面16的适合宽度‘A’包括25μm、50μm、75μm、150μm或更大。端面14、16的厚度以及光学谐振器24的剩余部分的厚度通常是一致的，并且与光学波长具有相同的量级。对于约1μm的光学波长，发光区的厚度通常在几微米的量级上。例如，一个这样的器件可以包括0.75μm的n型包层、其中嵌入有量子阱的1.5μm的波导、1μm的p型波导以及0.1μm的高掺杂的接触层。厚度变化也是可以的。局部反射前端面16的典型的反射率包括在0.05％与15％之间，但可以按照需求根据器件10的期望的输出特性来进行选择或调节。
在图2中，还示出从光学谐振器24的前端面16发射出代表性的光束20。光束20在快轴36上极大地发散，而在慢轴38上具有相对慢的发散。光束20在快轴36上极大地发散是由于谐振器24的厚度小。光束20在慢轴38上缓慢地发散是由于谐振器24的相对大的最小宽度‘a’。可以在发射的光束20的路径中设置准直和重定向光学部件(未示出)，以将光束20准直和导向用于后续应用，诸如将光束20与其它二极管激光束合并以耦合到光纤或增益介质中。
光束参数乘积(BPP)和光束亮度对于器件10的激光泵浦和其它应用是重要特征。光束参数乘积是光束质量的量度并且由光束的发散角与光束的腰半径的乘积给出。很多应用期望最小光束参数乘积。在典型的宽发光区二极管结构中，当注入电流因远场发散角增大而增大时，慢轴BPP增大，导致在二极管被驱动至更高输出功率时期望的光束特征少。光束亮度是二极管性能的量度并且由光束功率与BPP的商给出。很多激光应用(尤其是如同光纤激光器中的亮度转换的更高功率的应用)期望较高的亮度。更通常地将光光学地耦合到光纤中也是重要的。亮度通常近似稳定或者作为常规宽面激光二极管的输入电流的函数略微增加。
例如，图3示出了从沿其长度具有150μm的恒定宽度(即，‘a’＝‘A’)的4个常规的宽面激光二极管发射的光束的慢轴的BPP-电流关系40。关系40示出了BPP在8安培处为近似6毫米-毫弧度(mm-mrad)，其在20安培处平稳地上升至10mm-mrad。相反，针对如下三种示例器件10示出了BPP-电流关系42：这三种示例器件的高反射后端面14的尺寸‘a’为30μm、局部反射前输出端面16的尺寸‘A’为150μm并且在它们之间谐振器宽度恒定线性变化。三种示例扩张式器件10的光束的BPP在8安培至近似16安培处近似为4mm-mrad，其中，BPP在20安培处平稳地上升至近似6mm-mrad。因此，与常规的宽面激光二极管相比，根据本发明的方面的器件10可操作用于在部分或整个二极管激光器件工作范围上实现增强的BPP性能。在一些示例中，并且关于输入电流，器件10可以相对于常规的宽面激光二极管在BPP方面提供10％、20％、甚至50％或更多的改进。
除了BPP的较大改进之外，根据本发明的方面的器件10的亮度也可以以意想不到的方式有大量增益。例如，图4示出了针对从以上参照图3所述的四种常规宽面激光二极管发射的光束的慢轴的亮度-电流关系44。关系44示出了从8安培至20安培亮度在近似1.2～1.8W/mm-mrad的范围内。相反，针对以上参照图3所述的三种示例器件10示出了亮度-电流关系46。三种示例扩张式器件10的光束的亮度在8安培处为近似2W/mm-mrad、在14安培处增大至超过3W/mm-mrad，并且在20安培处下降至近似2.4W/mm-mrad。因此，与常规的宽面激光二极管相比，根据本发明的方面的器件10可操作用于在部分或整个二极管激光器件工作范围以及针对类似的孔径尺寸实现增强的亮度性能。在一些示例中，并且也关于输入电流，器件10可以相对于常规的宽面激光二极管在亮度方面提供10％、20％、50％、甚至100％或更高的改进。
BPP和亮度的较大改进可能部分归因于器件10所发射的光束的近场性能。图5是由具有参照图3和4描述的尺寸的器件10所发射的光束的慢轴上的归一化的强度分布在1/e2值的全宽针对从2瓦特至14瓦特的范围内选择的不同功率等级的曲线图。可以看出，与150μm的宽面激光器49相比，对于扩张式激光振荡器波导二极管48，光束的宽度一致地小20％或更多并且随着功率增加更快速地减小。此外，另外参照图6，扩张式激光振荡器波导器件的慢轴远场发散角50在1/e2值的全宽起始于约8度，并且从阈值至14瓦特保持接近恒定。针对该相同的工作功率范围，75μm的BAL器件慢轴远场发散角51从2瓦特处1/e2值的全宽时为8度非线性地增加至在14瓦特处1/e2值的全宽时超过18度。相对于常规器件的改进的BPP归因于发射的光束20中可见的少量远场绽放(far field bloom)以及与BAL相比更窄的近场分布。近场绽放的减小可能与扩张式前端面16处的光束20的光学强度增大相关联，并且其有效宽度由于逐渐减小的后端面14引起的导引和模式剥离而变窄。因此，通常在小于前端面16的整个宽度‘A’上以光斑21从前端面16发射输出光束20。
通过选择HR后端面14使其具有比PR前端面16更窄的宽度(即，a<A)，器件10引入了横向模式控制。此外，由于在端面14处反射的高阶模式以一定角度折射使得高阶模式不传播回器件10的电泵浦区域，因而与PR前端面16相对的HR后端面14被选择成具有更窄的宽度。因此，与P R输出端面16具有相同的宽度‘A’的常规笔直宽面激光二极管相比，在器件10中在慢轴上传播更少的横向光学模式。另外，由于更少模式的光向回传播通过谐振器24，因此在谐振器24中形成行进了谐振器24的长度且宽度更接近较窄的高反射后端面14的宽度‘a’的热波导。对应的更窄的热波导将光束20的有效光斑尺寸限制成在光束离开前端面16时实质上更窄的光斑21。实质上更窄的光斑21可以变窄例如5％、20％、50％或更多，并且通常取决于器件10的输入电流，如图5所示。由于与具有类似的出射孔径宽度的常规宽面激光二极管相比光束20具有更高的慢轴亮度，因而发射更少模式的热导光。如下文将看到的，由于后端面14孔径所引入的横向模式控制，为了改进的性能，可以将器件10的总电流注入区域最优化至其较低的热电电阻。此外，通过扩展光学谐振器24和电流注入区域12的形状，总的电泵浦区域是一个不损害慢轴BPP的扩大区域，从而提高器件10的总的热电阻和电串联电阻。因此，与具有相等的输出孔径尺寸而以如图7所示的相同亮度产生更高的输出功率的常规宽面二极管激光器相比，器件10实现更高的峰值效率。由于不是通过泵浦输出孔径宽度来确定输出光束20的尺寸，因此器件10的有效区域可以更大，器件10的串联电阻因而可相当低。
参照图7，示出了作为具有30～150μm的扩张的电流注入构造的器件10以及具有恒定宽度75μm的常规BAL的输入电流的函数的输出光学功率和电-光功率转换效率(PCE)的图表，其中，这两种器件具有5mm的腔长度。75μm的BAL的输出光学功率52与扩张式器件10的输出光学功率53类似或略差。75μm的BAL的PCE(被指示为54)描绘与扩张式器件10的PCE(被指示为55)类似或略差的结果。
现在参照图8A至图8C，示出了FLOW器件的替代实施方案的电流注入区域的若干示例。特别参照图8A，示出了根据本发明的一个方面的扩张式激光振荡器波导器件的替代实施方案的电流注入区域56的梯形周界的俯视图。电流注入区域56针对高反射后端面58具有较窄宽度，针对局部反射前端面60具有较大宽度，并且具有在端面58、60之间延伸的分段平坦的相对侧表面62、64。电流注入区域56包括多个不同宽度的扩张区域66，而每个扩张区域66比高反射后端面58宽。在图8B中，示出了根据本发明的一个方面的扩张式激光振荡器波导器件的另一替代实施方案的向内弯曲的电流注入区域68的周界的俯视图。电流注入区域68针对高反射后端面70具有较窄宽度，针对局部反射前端面72具有较大宽度，并且具有在端面70、72之间延伸的一对平滑扩张的侧表面74、76。在图8C中，示出了根据本发明的一个方面的扩张式激光振荡器波导器件的另一替代实施方案的向外弯曲的电流注入区域78的周界的俯视图。电流注入区域78针对高反射后端面80具有较窄宽度，针对局部反射前端面82具有较大宽度，并且具有在端面80、82之间延伸的一对平滑扩张的侧表面84、86。针对区域56、68和78描述的形状的各种组合也是可以的。
现在参照图9A至图9C，示出了与图8A至图8C所示的区域类似且利用相同的附图标记进行指代的电流注入区域的另外的示例。因此，在图9A中，针对扩张式激光振荡器波导器件的替代实施方案示出了电流注入区域88的俯视图，从区域88也包括多个扩张区域66方面来说，区域88与具有多个扩张区域66的电流注入区域56类似。区域88还包括从区域56的相应的相对的较窄和较宽的端部区域66延伸的较窄端部矩形部分90和较宽端部矩形部分92。较窄端部矩形部分90延伸预定的距离，使得能够通过例如沿割裂平面96进行割裂来形成具有明确定义的孔径的高反射后端面94。由于平行于割裂平面94矩形部分90具有恒定的宽度，因此割裂平面94的位置的变化不影响后端面94的选择宽度。较宽端部矩形部分92延伸预定的距离，使得能够通过例如沿割裂平面100进行割裂来形成具有明确定义的孔径的局部反射前端面98。在图9B中，电流注入区域102具有在较窄端部矩形延伸部104与较宽端部矩形延伸部106之间延伸的向内弯曲的中间部分。矩形延伸部104、106延伸预定的距离，使得能够在割裂平面112处形成高反射后端面108，在割裂平面114处形成高反射前端面110，从而为所形成的端面108、110提供明确定义的孔径。在图9C中，电流注入区域116具有在较窄端部矩形延伸部118与较宽端部矩形延伸部120之间延伸的向外弯曲的中间部分。矩形延伸部118、120延伸预定的距离，使得能够在割裂平面126处形成高反射后端面122，在割裂平面128处形成高反射前端面124，从而对割裂的端面122、124提供明确定义的孔径。
关于图9A至图9C描述的实施方案，可以各种方式组合各种分段和弯曲的形状，并且可以针对器件的电流注入区域的一端或两端添加或定义矩形延伸部。通过提供对后端面和前端面的孔径的可预测性，矩形延伸部分在制造方面可能是有利的。割裂平面可以与对应的矩形延伸部的限定的暴露端共平面或近似共平面，或者替代地，割裂平面可以如图9A至图9C所示距沿矩形延伸部的预定长度所限定的暴露端一定距离。因此，尽管可以允许割裂平面的精确位置存在误差，但仍然保持端面的明确定义的宽度。此外，这样形成的割裂平面和对应的端面不必垂直于电流注入区域或其光轴，允许有角度的割裂等。
尽管本文所描述的方法不是意在穷举，但根据本发明的扩张式激光振荡器波导器件的各种示例可以是可以不同方式实现的增益导引或折射率导引的。例如在增益导引设计中，可以根据图8A至图9C描述的电流注入区域周界俯视图描述p接触。通过在扩张式激光振荡器波导器件10的一个或多个介电层中打孔来形成p接触的图案。然后，对p接触进行沉积以形成如上所述的图案。替代地，可以在不希望接触的地方(即，电流注入区域周界的外部)蚀刻掉沉积的p++掺杂的接触层，以限定电流阻断肖特基势垒。制造折射率导引的设计的一种适当方式包括根据器件10的结构向下蚀刻掉预定距离的沉积的半导体材料，诸如0.5μm、1μm、2μm或的其它选定厚度。通过蚀刻掉电流注入区域外部的半导体材料，在蚀刻步骤中在横向(慢轴)方向上引入折射率对比度。
在图10中示出了描绘多个扩张式激光振荡器波导器件10的三维最佳曲线130，这些扩张式激光振荡器波导器件10具有诸如图1-2所描绘的恒定变化的电流注入区域宽度，但具有不同的后端面宽度-前端面宽度比率。电流和慢轴亮度也是曲线130的轴线，使得可以针对亮度或注入电流的指定范围理解对应的最佳设计。因此，在一些示例中，根据最佳的面宽比来选择后端面和前端面的宽度。
图11A至图11C示出了根据本发明的方面的扩张式激光振荡器波导器件的另外的实施方案的俯视截面图。在图11A中，扩张式电流注入区域132被示出为在具有宽度‘a’的高反射后端面134与具有宽度‘A’的局部反射前端面136之间延伸。一对散射元件138相对地设置在电流注入区域132中并且在后端面134与前端面136之间延伸。散射元件138各自关于前端面136的宽度‘A’具有选定宽度，使得前端面136的不与散射元件138相关联的部分140具有较小的宽度‘g’。
如图11B和图11C中的替代实施方案所示，后端面宽度‘a’与部分宽度‘g’之间存在差异也是可以的。在图11B中，扩张式电流注入区域142也包括具有对应宽度‘a’的后端面144和具有对应宽度‘A’的前端面146。电流注入区域142包括横向散射元件148，横向散射元件148在后端面144与前端面之间延伸并且限定前端面146的在其界面不存在散射元件148且宽度为‘g’的部分150。此外，散射部件148包括在后端面144和前端面146之间延伸的、非线性变化的宽度(此处为向内弯曲的轮廓)。
在图11C中，扩张式电流注入区域152也包括具有对应宽度‘a’的后端面154和具有对应宽度‘A’的前端面156。一对散射元件158相对地设置在电流注入区域152中，并且沿着电流注入区域152的长度自前端面146延伸预定距离。此外，散射元件158关于前端面156的宽度‘A’具有选定的宽度，使得前端面156的散射部件158不与其关联的部分160具有较小的宽度‘g’。考虑到本公开内容的本领域技术人员将理解，图11A至图11C所描述的散射元件的不同变形和组合(包括结合本文描述的本发明的其它方面)也是可以的。
在本发明的扩张式激光振荡器波导器件中限定了诸如散射元件138、148、158的各种散射图案，以为了改进光束输出而引入在其中传播的激光的高阶模式的损耗。尽管描述了不同的几何示例，散射图案通常被设置成与激光的模态内容重叠以实现高阶模式抑制。可以以多种方式形成在选定的图案区域中散射图案，以实现模式剥离效果，包括非谐振光栅，形成包括具有折射率对比度的特征的微结构，或形成二阶光栅。
现在参照图12A至图12B，示出了根据本发明的方面的扩张式激光振荡器波导器件的另外的实施方案。在图12A中，示出了扩张式激光振荡器波导器件的电流注入区域200的俯视截面图，其被配置成波长稳定的。电流注入区域200包括具有宽度‘a’的较窄高反射后端面202以及具有宽度‘A’的局部反射前端面204。分布式反馈光栅206被设置在扩张式电流注入区域200中，使其在后端面202和前端面204之间延伸。随着分布式反馈光栅206在端面202、204之间延伸，分布式反馈光栅206可以具有可变的宽度。此外，光栅206可以在局部反射前端面204处具有宽度‘d’以限定光栅端部208，光栅端部208不必与高反射后端面202具有相同的宽度‘a’。
尽管在常规分布式反馈半导体激光二极管器件中，光栅在前端面处的宽度通常与前端面的宽度共同延伸，并且光栅的面积与二极管的泵浦面积共同延伸，然而在根据本发明的器件中，光栅206的宽度‘d’可以被选择成与前端面204的宽度‘A’相同或优选地比前端面204的宽度‘A’窄。在一些示例中，光栅206的宽度沿着区域200的长度改变。由于光栅206具有的面积小于整个区域200，因而减小了由光栅中的缺陷所引入的总散射损耗，从而改进了工作效率。
在图12B中示出了扩张式激光振荡器波导器件的电流注入区域210的俯视截面图，其也被配置成波长稳定的。区域210包括具有宽度‘a’的较窄高反射后端面212以及具有宽度‘A’的局部反射前端面214。在区域210中在高反射后端面212处设置有分布式布拉格反射体光栅216。光栅216在后端面212处延伸后端面212的宽度‘a’、沿着器件的纵轴延伸长度‘Lgrt’，并且在区域210内延伸至宽度‘d’。从图12B可以看出，宽度‘d’不需要等于‘a’。在很多情形下，d>a并且宽度‘d’可以一直伸展至Lgrt结束处泵浦区域的横向尺寸。在一些示例中，在工作期间利用电流来电泵浦光栅216的面积。分布式布拉格反射体光栅216的长度被选择成提供高反射率(>90％)。
根据前述说明将理解本发明以及很多其伴随的优点，并且将明白，在不脱离本发明的精神和范围或牺牲其所有重要优点的前提下，可以在其各个部分进行各种改变，之前所描述的形式仅是本发明的示例性实施方案。

Claims (20)

1.一种宽面半导体二极管激光器器件，包括：
多模高反射体端面；
与所述多模高反射体端面间隔开的局部反射体端面；以及
扩张式电流注入区域，其在所述多模高反射体端面与所述局部反射体端面之间延伸和变宽，其中，局部反射体端面宽度与高反射体端面宽度之间的比率为n:1，其中n>1。
2.根据权利要求1所述的器件，其中，所述扩张式电流注入区域传播光，使得所述局部反射体端面处的光束输出具有比所述局部反射体端面宽度更窄的光束宽度以及对应的更窄的慢轴发散角。
3.根据权利要求2所述的器件，其中，由所述扩张式电流注入区域的扩张所提供的扩大的总泵浦面积连同所述实质变窄的光束宽度和慢轴发散角能够操作用于减小热电阻和电串联电阻，并且导致针对选定的器件输出功率的所述光束输出的光束亮度增大以及光束参数乘积减小。
4.根据权利要求1所述的器件，其中，所述高反射体端面具有选自约10μm至200μm范围的宽度。
5.根据权利要求1所述的器件，其中，所述扩张式电流注入区域相对于长度在宽度上以恒定的变化扩张。
6.根据权利要求1所述的器件，其中，所述扩张式电流注入区域相对于长度在宽度上以可变的变化扩张。
7.根据权利要求1所述的器件，其中，所述扩张式电流注入区域以多个扩张区域扩张。
8.根据权利要求1所述的器件，其中，所述电流注入区域包括位于所述多模高反射体端面处的矩形端部，该矩形端部允许在所述矩形端部中形成裂缝，从而为所述多模高反射体端面提供能够预测的宽度。
9.根据权利要求1所述的器件，其中，所述电流注入区域包括位于所述多模局部反射体端面处的矩形端部，该矩形端部允许在所述矩形端部中形成裂缝，从而为所述多模局部反射体端面提供能够预测的宽度。
10.根据权利要求1所述的器件，其中，所述扩张式电流注入区域为增益导引的。
11.根据权利要求1所述的器件，其中，所述扩张式电流注入区域为折射率导引的。
12.根据权利要求1所述的器件，其中，端面宽度的所述比率在选定的电流范围上针对亮度被最优化。
13.根据权利要求1所述的器件，还包括沿着所述扩张式电流注入区域的相对的横向侧布置的一对散射元件，所述散射元件能够操作用于散射在其内传播的光的高阶模式。
14.根据权利要求1所述的器件，还包括布置在所述扩张式电流注入区域中并在所述端面之间延伸的分布式反馈光栅，所述分布式反馈光栅为所述器件提供波长稳定。
15.根据权利要求1所述的器件，还包括位于所述高反射体端面处的分布式布拉格反射体光栅，所述分布式布拉格反射体为所述器件提供波长稳定。
16.根据权利要求1所述的器件，其中，一个光束被发射，该光束在其快轴上基本以基础模式。
17.根据权利要求1所述的器件，其中，所述多模高反射体端面具有约90％或更大的反射率。
18.根据权利要求1所述的器件，其中，所述局部反射端面具有约0.05％或更大的反射率。
19.一种多模扩张式激光振荡器波导，包括：
半导体增益容积，其具有由谐振器长度分隔开且相对布置的多模高反射体和输出耦合器、由谐振器高度分隔开且相对布置的顶侧和底侧以及由可变的谐振器宽度分隔开且相对布置的第一扩张侧和第二扩张侧，所述可变的谐振器宽度为所述高反射体提供比所述输出耦合器更短的宽度。
20.一种扩张式激光振荡器波导，包括：
半导体增益容积，包括：
彼此由谐振器长度分隔开的高反射体表面和相对的局部反射体表面；
由谐振器高度分隔开的、相对的顶表面和底表面；以及
由谐振器宽度分隔开的、相对的第一侧表面和第二侧表面，
其中，通过可变的谐振器宽度将所述相对的侧表面的至少一部分分隔开，所述可变的谐振器宽度构成扩张式振荡器区域并且为所述高反射体表面提供比所述局部反射体表面更短的宽度。
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