CN111211485A - 一种激光器 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例提供一种激光器，所述激光器包括：波导型耦合器，所述波导型耦合器的一端设置有抗反膜；波导结构，所述波导结构的一端连接所述波导型耦合器的另一端，所述波导结构的另一端设置有高反膜。本申请实现了有效降低高功率激光器的腔面光功率密度。

Description

一种激光器
技术领域
本申请涉及半导体领域，具体而言，涉及一种激光器。
背景技术
半导体激光器是用半导体材料作为工作物质的激光器，具有小巧、高效、寿命长、易于集成等诸多优点，因而被广泛应用于成像、通信、机械加工等领域，制造出高功率、高光束质量、窄线宽的半导体激光器一直是人们追求的目标。
要实现高效率的单模光纤耦合，需要制备高功率输出的单基横模激光器，但为了保证稳定的基横模工作，半导体激光器的发光条宽必须足够窄，而较窄的发光条宽又极大的限制了光输出功率，并且会导致出射腔面处的光功率密度极高，进而容易发生光学灾变镜面损伤。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种激光器，用以实现有效降低高功率激光器的腔面光功率密度。
本申请实施例第一方面提供了一种激光器，包括：波导型耦合器，所述波导型耦合器的一端设置有抗反膜；波导结构，所述波导结构的一端连接所述波导型耦合器的另一端，所述波导结构的另一端设置有高反膜。
于一实施例中，激光器还包括：直波导，设置在所述波导结构和所述波导型耦合器之间。
于一实施例中，所述波导型耦合器没有设置所述抗反膜的一端为梯形输入口。
于一实施例中，所述梯形输入口的侧边倾斜角度范围为1°至45°。
于一实施例中，所述直波导为脊型结构，所述直波导的脊条宽度范围为2μm至10μm。
于一实施例中，所述直波导的长度范围为0μm至500μm。
于一实施例中，所述波导型耦合器的宽度大于所述直波导的宽度。
于一实施例中，所述波导结构为脊型结构，所述波导结构的宽度沿靠近所述高反膜的方向逐渐增大。
于一实施例中，所述波导型耦合器的长度范围为0.6L'至L'，其中，L'为所述波导型耦合器的输入口到第一个自映像的距离。
于一实施例中，所述波导型耦合器的中心轴线和所述波导结构的中心轴线重合设置。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请一实施例的激光器的结构示意图；
图2为本申请一实施例的激光器的结构示意图；
图3为本申请一实施例的波导结构的部分结构示意图；
图4为本申请一实施例的波导结构的部分结构示意图；
图5为本申请一实施例的波导结构的部分结构示意图；
图6为本申请一实施例的波导型耦合器的部分结构示意图；
图7为本申请一实施例的光场强度分布等高线图；
图8为本申请一实施例的光场强度分布等高线图。
附图标记：
10-激光器，11-波导型耦合器，12-抗反膜，13-波导结构，14-高反膜，15-直波导，16-沟槽，17-第一个自映像。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，并不表示排列序号，也不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本申请的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个组件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
请参看图1，其为本申请一实施例的激光器10的结构示意图。激光器10包括波导型耦合器11、波导结构13和直波导15，其中，波导结构13和直波导15均为脊型结构，波导型耦合器11的宽度大于直波导15的宽度。波导型耦合器11的一端设置有抗反膜12，波导型耦合器11的另一端连接直波导15的一端，直波导15的另一端连接波导结构13的一端，波导结构13的另一端设置有高反膜14。
于一实施例中，激光器10的材料体系包括但不限于InP、GaAs、GaN、GaSb等。激光器10从下往上的外延层结构依次包括衬底、下限制层、量子阱、上限制层及欧姆接触层。波导结构13和直波导15的脊型波导结构可以通过干法刻蚀或湿法腐蚀外延层结构量子阱上方的P型掺杂的材料实现，为了保证可靠性，脊型波导不刻蚀到量子阱。
于一实施例中，当波导型耦合器11处有电流注入时，波导型耦合器11、波导结构13和直波导15均不刻蚀到量子阱。当波导型耦合器11处没有电流注入时，波导结构13和直波导15均不刻蚀到量子阱，波导型耦合器11可以不刻蚀到量子阱，也可以刻蚀到量子阱，还可以进一步刻蚀到下限制层。
于一实施例中，直波导15的脊条宽度范围为2μm至10μm，于一实施例中，直波导15的脊条宽度范围为3μm至6μm，直波导的长度范围为0μm至500μm，于一实施例中，直波导的长度小于50μm。
于一实施例中，波导结构13的脊条宽度与直波导15的脊条宽度相等。
于一实施例中，波导结构13的宽度沿靠近高反膜14的方向逐渐增大，从而增加电流注入区域，提高激光器10的输出功率。
于一实施例中，波导型耦合器11的宽度大于直波导15的宽度，波导型耦合器11的宽度变化范围可以是3μm至100μm，于一实施例中，波导型耦合器11的宽度变化范围为4μm至20μm。
于一实施例中，波导结构13具有电流注入，为激光器10的激射提供增益，直波导15及波导型耦合器11没有电流注入，为吸收区，要保证直波导15和波导型耦合器11的区域内没有电流注入，需要去除该区域高P型掺杂的欧姆接触层，可以通过干法刻蚀或者湿法腐蚀外延层结构最上层材料来实现，刻蚀深度为50nm至2μm，于一实施例中，刻蚀深度为100nm至600nm。
于一实施例中，波导型耦合器11可以是MMI(Multimode Interference，多模干涉)耦合器，多模干涉耦合器是利用光的SIE(Self Imaging Effect,自映像)原理，来实现对光功率的分束及合束的功能。多模干涉耦合器自映像的距离周期
Figure BDA0002401603230000051
其中，λ为波长，We为多模波导中基模的等效宽度，nr为等效折射率，多模波导的宽度为W，对于高折射率差的波导，We≈W；对于低折射率差的波导，We略大于W。
于一实施例中，波导型耦合器11的中心轴线和波导结构13的中心轴线重合设置，此时波导型耦合器11的输入口到第一个自映像17的距离变为L/4。
于一实施例中，波导型耦合器11的长度L1范围为0.6L'至L'，于一实施例中，波导型耦合器11的长度L1范围为0.7L'至0.95L'，其中，L'为所述波导型耦合器11的输入口到第一个自映像17的距离。这样可以使得波导型耦合器11的第一个自映像17发生于激光器10的出光端面之后，并且由于激光在出光端面出射之后，还会继续形成波导型耦合器11的第一个自映像17，即形成和波导型耦合器11输入端相同的基横模光场分布，因此可以使光纤耦合效率不会因波导结构13的脊条宽度的增大而降低。
于一实施例中，直波导15的长度为零，即激光器10不包括直波导15，而是由波导型耦合器11和波导结构13组成，抗反膜12设置在波导型耦合器11的一端，波导结构13的一端连接波导型耦合器11的另一端，高反膜14设置在波导结构13的另一端。
于一实施例中，抗反膜12的反射率低于5％，于一实施例中，抗反膜12的反射率低于2.5％，高反膜14的反射率不低于80％，于一实施例中，高反膜14的反射率高于90％。
如图2所示，其为本申请一实施例的激光器10的结构示意图。激光器10包括波导型耦合器11、波导结构13和直波导15，波导型耦合器11的一端设置有抗反膜12，波导型耦合器11的另一端连接直波导15的一端，波导结构13设置在直波导15的另一端，直波导15和波导结构13之间设置有沟槽16，波导结构13远离沟槽16的一端设置有高反膜14。
于一实施例中，沟槽16从欧姆接触层往下刻蚀，刻蚀的深度范围可以是大于200nm到刻蚀到量子阱上方的深度，沟槽沿着波导结构13方向的宽度可以为0.5μm至50μm，于一实施例中，沟槽沿着波导结构13方向的宽度可以为2μm至20μm。
于一实施例中，波导结构13具有电流注入，波导型耦合器11和直波导15没有电流注入，沟槽16可以增加电隔离效果，进一步减小电流的扩散。
于一实施例中，波导结构13、直波导15和波导型耦合器11均有电流注入，外延层结构的欧姆接触层得以保留，但为了使直波导15和波导型耦合器11区域的光损耗或光增益较低，直波导15和波导型耦合器11区域内的注入电流大小应该在透明电流附近，并且，波导结构13和直波导15之间设置有沟槽16，沟槽16处高导电的欧姆接触层被刻蚀，使得波导结构13处的注入电流不会进入直波导15和波导型耦合器11区域内，用以保证电隔离度。
于一实施例中，激光器10不包括直波导15，而是由波导型耦合器11和波导结构13组成，抗反膜12设置在波导型耦合器11的一端，波导结构13的设置在波导型耦合器11的另一端，波导结构13和波导型耦合器11之间设置有沟槽16，波导结构13远离沟槽16的一端设置有高反膜14。
如图3所示，其为本申请一实施例的波导结构13的部分结构示意图。波导结构13为锥形结构，波导结构13的一端设置有高反膜14，波导结构13的宽度沿靠近高反膜14的方向逐渐增大，从而增加电流注入区域，提高激光器10输出功率。于一实施例中，波导结构13设置有高反膜14的一端的宽度范围为3μm至100μm，于一实施例中，波导结构13设置有高反膜14的一端的宽度范围为6μm至15μm。
于一实施例中，波导结构13可以部分为锥形结构，也可以全部为锥形结构，于一实施例中，波导结构13的边界线可以是如图3所示的直线，可以是如图4所示的曲线，还可以是如图5所示的折线。
如图6所示，其为本申请一实施例的波导型耦合器11的部分结构示意图。波导型耦合器11连接直波导15的一端为梯形输入口，梯形输入口的侧边倾斜角度θ的范围为1°至45°。梯形输入口可以防止波导型耦合器11的出射端口的镀膜造成的反射影响多模干涉。
如图7所示，其为本申请一实施例中MMI中模式干涉光场强度分布等高线图，其中多模干涉波导宽度为3μm，长度为30μm，脊波导宽度为2μm，模拟中长度设置为1μm，虚线框为多模干涉效果接近完成的区域，此时光场能量开始汇聚。图8为同样结构的器件，当将多模干涉波导解理成24μm的长度并且镀上反射率接近0的抗反膜时，模拟了光场强度分布的等高线，可以看到出光端面的光场能量有个比较宽的分布，并且光场能量在传播出出射端面之后在离端面一定距离后重新汇聚于空气中。
以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光器，其特征在于，包括：
波导型耦合器，所述波导型耦合器的一端设置有抗反膜；
波导结构，所述波导结构的一端连接所述波导型耦合器的另一端，所述波导结构的另一端设置有高反膜。
2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，还包括：
直波导，设置在所述波导结构和所述波导型耦合器之间。
3.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述波导型耦合器没有设置所述抗反膜的一端为梯形输入口。
4.根据权利要求3所述的激光器，其特征在于，所述梯形输入口的侧边倾斜角度范围为1°至45°。
5.根据权利要求2所述的激光器，其特征在于，所述直波导为脊型结构，所述直波导的脊条宽度范围为2μm至10μm。
6.根据权利要求2所述的激光器，其特征在于，所述直波导的长度范围为0μm至500μm。
7.根据权利要求2所述的激光器，其特征在于，所述波导型耦合器的宽度大于所述直波导的宽度。
8.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述波导结构为脊型结构，所述波导结构的宽度沿靠近所述高反膜的方向逐渐增大。
9.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述波导型耦合器的长度范围为0.6L'至L'，其中，L'为所述波导型耦合器的输入口到第一个自映像的距离。
10.根据权利要求9所述的激光器，其特征在于，所述波导型耦合器的中心轴线和所述波导结构的中心轴线重合设置。
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