CN112072457A - 中红外量子级联激光器以及差频太赫兹外腔反馈光路结构 - Google Patents

中红外量子级联激光器以及差频太赫兹外腔反馈光路结构 Download PDF

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Abstract

一种中红外量子级联激光器以及差频太赫兹外腔反馈光路结构，该中红外量子级联激光器包括衬底；有源波导结构，其设置在衬底上，包括第一接触层，其设置在衬底上；第一波导层，其设置在第一接触层上；有源区层单元，其设置在第一波导层上；第二波导层，其设置在有源区层上；以及第二接触层，其设置在第二波导层上；电隔离层，设置在有源波导结构两侧；第一电极层，与第一接触层接触且均设置在衬底上；以及第二电极层，覆盖在电隔离层和第二接触层上。本发明在保证激光器室温连续工作下发射双波长的同时仅转动闪耀光栅角度就可以实现宽调谐。

Description

中红外量子级联激光器以及差频太赫兹外腔反馈光路结构
技术领域
本发明涉及红外及太赫兹半导体光电器件技术领域，尤其涉及一种中红外量子级联激光器以及差频太赫兹外腔反馈光路结构。
背景技术
太赫兹(THz)波段位于微波和红外波段之间，主要有以下几个个特点：首先，太赫兹频率比微波高1-4个数量级，通讯领域频率越高则通信容量越大，太赫兹可以提供10Gbps以上的通讯速率，可解决带宽对信息传输的限制；其次，太赫兹光子能量低，频率为1THz的光子能量只有约4毫电子伏特，因此不会对物质产生电离作用，可穿透多种材料，可应用于无损检测。最后，THz单个脉冲的频带可以覆盖从GHz直至几十THz的范围，许多生物大分子的振动和转动能级，电介质、半导体材料、超导材料、薄膜材料等的声子振动能级均在此范围，因此太赫兹光谱具有“指纹”特性。由于上述特点，太赫兹在自由空间光通讯、安全检查、毒品药品检测等领域有很大的应用前景。当前，太赫兹技术大规模发展的最大阻碍是缺乏经济、紧凑、宽调谐、电泵浦的毫瓦(mW)级太赫兹光源。
目前获得稳定太赫兹光源的途径主要有两种。一种是太赫兹量子级联激光器(THz-QCL)，基于子带间跃迁，通过特殊的能带裁剪和波导设计得到所需THz波段的光源。THz-QCL且调谐范围十分有限结构紧凑且通过电泵浦发光，但目前只能在液氮温度下工作，并且调谐范围十分有限。另一种就是利用差频效应在双色中红外量子级联激光器(MIR-QCL)腔内产生THz光。这种方法制备的THz光源不仅能室温工作，还具有很宽的调谐范围和较高的功率，因为普通的中红外量子级联激光器功率大、可室温连续工作，调谐范围可达5THz，并且在此调谐范围内，谐振腔内材料的光学非线性特性不会发生显著变化。
实现差频的必要条件是保证激光器产生频率不同的双色光。QCL有源区具有较大的非线性特性，激光器腔内产生的双色中红外光和具有非线性特性的有源区通过二阶非线性效应差频产生光频率为两个中红外光频率之差的太赫兹光，这就是差频太赫兹的基本原理。目前最常用的差频手段包括：1.设计双色有源区再通过双周期表面分布反馈(DFB)光栅产生两个单模中红外光λ1和λ2，结合切伦科夫(Cherenkov)波导结构产生THz波。2.设计单模DFB光栅产生单模中红外光λ1，通过外腔原理产生单模中红外光λ2，同样采用Cherenkov波导结构产生THz波。但是两种方法也面临很多难题，第一，这两种方法都需要制作DFB光栅，想要得到发射所设计的波长的中红外光器件需要较高的光栅制备工艺水平和工艺成本，器件制备流程较为繁琐。第二，DFB光栅选择的波长在增益谱的位置并不好选择，一旦制作了DFB光栅，太赫兹光源的频率和功率也就确定了，靠近增益谱中心时调谐范围变小，靠近增益谱边缘时功率变小，激射波长的调谐范围和功率不易实现最佳匹配；第三，两个中红外光λ1和λ2在功率相当的时候差频效率最高，而制作DFB光栅显然很难实现对两个光功率的精准控制，即使通过计算模拟得到了最佳光栅参数，实际光栅工艺制备过程中很难实现与理论设计参数完全一致。第四，方法1只能通过改变温度和电流来调谐波长，调谐性比较差(波长7-10μm之间λ1和λ2调谐范围一般不超过50cm-1)，方法2中制作的DFB光栅的存在大大阻碍了外腔模式的产生，因此很难得到单模性和调谐性较好的外腔模式。
发明内容
鉴于上述背景技术中提到的差频方法面临的难题，本发明的主要目的之一在于提出一种中红外量子级联激光器以及差频太赫兹外腔反馈光路结构，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。
为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种中红外量子级联激光器，包括：
衬底；
有源波导结构，其设置在衬底上，包括：
第一接触层，其设置在衬底上；
第一波导层，其设置在第一接触层上；
有源区层单元，其设置在第一波导层上；
第二波导层，其设置在有源区层单元上；以及
第二接触层，其设置在第二波导层上；
电隔离层，设置在有源波导结构两侧；
第一电极层，与第一接触层接触且均设置在衬底上；以及
第二电极层，覆盖在电隔离层和第二接触层上。
作为本发明的另一个方面，还提供了一种差频太赫兹外腔反馈光路结构，包括：
如上所述的中红外量子级联激光器，用于产生中红外光；
第二准直透镜，设置在所述激光器前腔面一侧，用于准直中红外光；
1/2波片，用于改变经过准直的中红外光的偏振角度；
分束镜，将经过1/2波片的光分为第一入射光和第二入射光；
第一光路单元，包括第一偏振片和第一闪耀光栅，第一入射光经过第一偏振片和第一闪耀光栅后形成第一反馈光；以及
第二光路单元，包括第二偏振片和第二闪耀光栅，第二入射光经过第二偏振片和第二闪耀光栅后形成第二反馈光；
其中，第一反馈光和第二反馈光分别经过分束镜、1/2波片、第二准直透镜后从激光器前腔面返回激光器腔内，经差频产生的太赫兹光从激光器后出光腔面的衬底耦合出差频太赫兹光。
基于上述技术方案可知，本发明的中红外量子级联激光器以及差频太赫兹外腔反馈光路结构相对于现有技术至少具有以下优势之一：
1、本发明设计了双波长外腔光路结合Cherenkov波导结构产生THz波，激光器发出的光束经过分束镜一分为二，再利用两个闪耀光栅形成两路外腔反馈从而产生两个中红外光，分束镜和闪耀光栅之间引入两个偏振片用于调节反馈强度，在保证激光器室温(20-30℃)连续工作下发射双波长的同时仅转动闪耀光栅角度就可以实现宽调谐；
2、利用两个外腔中红外光产生差频，避免了进行较为复杂的DFB光栅的工艺步骤，降低了器件制备的工艺成本；通过外腔产生的中红外光调谐范围很宽，波长在7-10μm的MIR-QCL，其调谐范围一般在100cm-1～230cm-1之间，而且光功率也可以通过外腔随时调整，进而可以控制对应的THz光功率，实现THz光调谐范围和功率的最佳匹配；该方法无需制备双色有源区和DFB光栅，光路搭建十分简便易操作，可以解决器件制备成本高、难度大、波长和功率不易匹配以及单模性调谐性差的问题；
3、采用n型掺杂的InGaAs作为第一接触层，电阻率相同条件下InGaAs材料所需掺杂浓度更低，可以减少高掺杂对太赫兹波的传播损耗；采用半绝缘InP做衬底，同样降低掺杂沉底对太赫兹波的自由载流子吸收；
4、激光器采用双腔面出光的方式，前腔面出射的光形成双波长外腔反馈，后腔面处衬底磨出20至30度倾角保证太赫兹光平行耦合出腔面，方便进行光谱或功率测量；
4、采用偏振片代替衰减片来调整外腔光反馈，可通过旋转偏振片角度较为精确地调节两路外腔的光反馈强度，从而控制两个中红外波长λ1和λ2的功率，一方面可以避免模式竞争引起的光模式不稳定的情况，另一方面可以控制两个外腔光的功率使其相当，保证器件有较高的差频效率。
附图说明
为了进一步说明本发明的特征和效果，下面结合附图对本发明做进一步的说明，其中：
图1为本发明一实施例可耦合出差频太赫兹的室温工作的中红外量子级联激光器的三维结构示意图；
图2为本发明一实施例的使中红外量子级联激光器发射可调谐双色光从而实现太赫兹(THz)差频的外腔反馈光路结构示意图。
附图标记说明：
100-差频太赫兹量子级联激光器；101-衬底；102-第一接触层；103-第一波导层；104-有源区层；105-第二波导层；106-第二接触层；107-电隔离层；108-第一电极层；109-第二电极层；
201-第一准直透镜；202-第二准直透镜；203-1/2波片；204-分束镜；205-第一偏振片；206-第一闪耀光栅；207-第二偏振片；208-第二闪耀光栅。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
鉴于现有技术中差频方法面临的问题，本发明首先要解决的技术问题就是要想办法在不制作DFB光栅的情况下使器件室温发射稳定且单模性较好的双波长。其次是提高器件的调谐范围然后降低器件制备成本，并解决激射波长的调谐范围和功率之间的匹配问题，还要保证两个中红外光的功率相当从而提高差频效率。本发明提供一种室温宽调谐差频太赫兹量子级联激光器的制备方法，无需制作DFB光栅，仅通过双外腔光路得到两个单模、可宽调谐的中红外光λ1λ2，然后采用切伦科夫(Cherenkov)波导结构产生THz波，外腔光路的所有光学元件均已实现商用，光路搭建十分简便易操作，解决了器件制备的工艺成本高、难度大、两个中红外光的功率和波长难以控制以及单模性调谐性差的问题。具体地，本发明公开了一种室温宽调谐差频太赫兹量子级联激光器，包括：室温(20-30℃)双面出光且能够耦合出差频太赫兹光的中红外量子级联激光器；使中红外量子级联激光器发射可调谐的双色光的双波长外腔反馈光路。中红外量子级联激光器在没有光路作用之前，前后腔面都发射中红外光，经过光路反馈和器件内部的差频效应，差频太赫兹光从后出光腔面耦合出去。
本发明公开了一种中红外量子级联激光器，包括：
衬底；
有源波导结构，其设置在衬底上，包括：
第一接触层，其设置在衬底上；
第一波导层，其设置在第一接触层上；
有源区层单元，其设置在第一波导层上；
第二波导层，其设置在有源区层单元上；以及
第二接触层，其设置在第二波导层上；
电隔离层，设置在有源波导结构两侧；
第一电极层，与第一接触层接触且均设置在衬底上；以及
第二电极层，覆盖在电隔离层和第二接触层上。
在本发明的一些实施例中，位于激光器后出光腔面一侧的衬底与水平面的夹角为20至30度。
在本发明的一些实施例中，所述有源波导结构为切伦科夫有源波导结构。
在本发明的一些实施例中，所述有源区层单元包括至少一个有源区层。
在本发明的一些实施例中，所述有源区层为多周期级联，包括20至60个周期；
在本发明的一些实施例中，所述有源区层多周期级联中每个周期均包括至少十个InGaAs/InAlAs量子阱/垒对。
在本发明的一些实施例中，所述第一接触层和第二接触层采用的材料均包括n型掺杂的InGaAs、InP中的至少一种；
在本发明的一些实施例中，所述第二波导层和第一波导层采用的材料包括n型掺杂的InP；
在本发明的一些实施例中，所述第二电极层采用的材料包括Ti/Au；
在本发明的一些实施例中，所述第一电极层的采用的材料包括Ge/Au/Ni/Au；
在本发明的一些实施例中，所述衬底采用的材料包括InP；
在本发明的一些实施例中，所述电绝缘层采用的材料包括SiO2。
本发明还公开了一种外腔反馈光路结构，包括：
如上所述的中红外量子级联激光器，用于产生中红外光；
第二准直透镜，设置在所述激光器前腔面一侧，用于准直中红外光；
1/2波片，用于改变经过准直的中红外光的偏振角度；
分束镜，将经过1/2波片的光分为第一入射光和第二入射光；
第一光路单元，包括第一偏振片和第一闪耀光栅，第一入射光经过第一偏振片和第一闪耀光栅后形成第一反馈光；以及
第二光路单元，包括第二偏振片和第二闪耀光栅，第二入射光经过第二偏振片和第二闪耀光栅后形成第二反馈光；
其中，第一反馈光和第二反馈光分别经过分束镜、1/2波片、第二准直透镜后从激光器前腔面返回激光器腔内，经差频产生的太赫兹光从激光器后出光腔面的衬底耦合出差频太赫兹光。
在本发明的一些实施例中，所述第一反馈光的波长通过第一闪耀光栅调节；
在本发明的一些实施例中，所述第二反馈光的波长通过第二闪耀光栅调节。
在本发明的一些实施例中，所述第一反馈光的光强通过第一偏振片调节；
在本发明的一些实施例中，所述第二反馈光的光强通过第二偏振片调节。
在本发明的一些实施例中，所述分束镜的透反比在(50至60)％：(40至50)％之间；
在本发明的一些实施例中，所述的外腔反馈光路结构还包括便于进行光谱测量第一准直透镜，第一准直透镜设置在所述激光器后腔面一侧。
在一个示例性实施例中，本发明公开了一种可以在室温宽调谐差频太赫兹的外腔反馈光路结构，包括：室温双面出光且能够耦合出差频太赫兹光的中红外量子级联激光器；和使中红外量子级联激光器发射可调谐的双色光从而实现太赫兹(THz)差频的外腔反馈光路。本发明通过一个分束镜将双面出光的中红外量子级联激光器前腔面发射的准直后的光束一分为二，和两个闪耀光栅形成两路外腔反馈光路，实现激光器双波长激射。然后设计波导和衬底结构使其满足切伦科夫辐射条件利用差频效应产生太赫兹并耦合出腔面。首先，该方法可得到稳定的室温连续工作且功率较大的太赫兹光源；其次，该方法操作简便，工艺成本低，通过转动闪耀光栅角度即可实现THz光源波长调谐范围和光功率的互相匹配；此外，该方法可以通过调节偏振片使两个中红外波长的光功率相当从而得到较高的差频效率。
满足差频太赫兹光发射条件的双腔面出光的中红外量子级联激光器(MIR-QCL)，包括切伦科夫(Cherenkov)有源波导结构和整体器件结构。中红外量子级联激光器发射可调谐双色光从而实现太赫兹(THz)差频。优化每一层的掺杂浓度，并在激光器的衬底和第一波导层之间插入n型掺杂的InGaAs第一接触层，减少太赫兹波的传播损耗。
具体地，该中红外量子级联激光器结构包括三个部分：
1.衬底，所述衬底的材料为半绝缘InP，且前腔面下方的衬底磨出20°至30°斜角，使太赫兹光垂直于衬底处磨出的斜面或平行于腔长方向耦合出激光器。
2.衬底上生长的有源波导结构：所述第一接触层102、第一波导层103、有源区层104、第二波导层105、第二接触层106。
3.量子级联激光器电极结构，包括第二电极层109、第一电极层108以及电隔离层107。所述电隔离层107位于有源波导结构两侧，第一电极层108位于第一接触层108延伸的一侧并与其相连，第二电极层109包覆在有源波导结构和电隔离层107周围。
其中，第一接触层102和第二接触层106的材料为n型掺杂的InGaAs。
其中，第二波导层104和第一波导层103的材料为n型掺杂的InP。
其中，有源区层104为多周期级联，包括20-60个周期。
其中，有源区层104的多周期级联中每个周期包括至少十个InGaAs/InAlAs量子阱/垒对。
其中，第二电极层109的材料为Ti/Au，第一电极层108的材料为Ge/Au/Ni/Au。
其中，所述电隔离层107材料为SiO2。
本发明还提供了一种外腔反馈光路结构，激光器发出的光束经过分束镜一分为二，分别经光路1(第一光路)和光路2(第二光路)和两个偏振片和两个闪耀光栅形成两路外腔反馈，在保证激光器双波长出光的同时实现宽调谐。双波长外腔光路中所用偏振片，可以通过旋转偏振片的角度来改变透过偏振片的光强，从而影响光反馈强度。具体的，双波长外腔反馈光路结构包括：
中红外量子级联激光器，用于提供中红外光源和满足差频太赫兹光发射条件的光学器件，光学器件包括准直透镜1/2波片、分束镜、偏振片、闪耀光栅。
其中，准直透镜，用于准直(整形)光束，减小光束发散从而增强光反馈。光束经准直透镜之后所经过的光学元件包括：1/2波片、分束镜、偏振片、闪耀光栅。
其中，分束镜的透反比为55％：45％
其中，偏振片可以通过旋转偏振片的角度改变影响两路外腔光的光反馈量，控制两个外腔光的功率使其相当，保证器件有较高的差频效率。
以下通过具体实施例结合附图对本发明的技术方案做进一步阐述说明。需要注意的是，下述的具体实施例仅是作为举例说明，本发明的保护范围并不限于此。
请参照图1，本实施例提供了一种可室温下耦合出差频太赫兹的中红外量子级联激光器，包括：
1.衬底101
一些实施例中，有源波导结构包括：衬底，材料为半绝缘InP，衬底磨20°-30°角使太赫兹光垂直于衬底处磨出的斜面耦合出太赫兹。
本实施例中，衬底101，材料为半绝缘InP。太赫兹波长太长，掺杂衬底对太赫兹波自由载流子吸收比较严重，半绝缘InP可减少自由载流子吸收从而提高太赫兹光转换效率。本实施例在前腔面下方的衬底磨出30°斜角，使太赫兹光平行于腔长方向耦合出激光器。
2.有源波导结构102～106
一些实施例中，衬底上依次生长上述满足Cherenkov辐射条件的有源波导结构包括：所述第一接触层102、第一波导层103、有源区层104、第二波导层105和第二接触层106。
本实施例中，有源波导结构通过调控有源区层104和第一波导层103和第二波导层105的掺杂浓度使其满足Cherenkov辐射条件，将两个不同频率的中红外光通过差频产生太赫兹波，并在所述激光器的衬底101和第一波导层103之间插入n型掺杂的InGaAs第一接触层102，在保证电子迁移率的同时降低掺杂浓度，从而减少太赫兹波的传播损耗。
其中，一些实施例中，第一接触层的材料为InGaAs。
本实施例中，第一接触层102生长在该衬底101上。相比InP材料，InGaAs材料电子迁移率较高，同样的电阻率条件下InGaAs材料掺杂浓度低，可以减少高掺杂带来的太赫兹波的传播损耗，优选的，该第一接触层102的材料为InGaAs。
一些实施例中，第一波导层的材料为n型掺杂的InP。
本实施例中，第一波导层103，介于有源层104和第一接触层102之间既可以提供光学限制还可以将有源层104和第一接触层102间隔开，从而避免第一接触层102中电离杂质散射对有源区产生影响。优选的，该第一波导层103的材料为n型掺杂的InP。
一些实施例中，由于发射双波长的需求，存在两个有源区层，有源区层为多周期级联，包括20-60个周期，每个周期包括多个InGaAs/InAlAs量子阱/垒对。
本实施例中，有且只有一个有源区层104，该有源区层104生长在第一波导层103上，该有源区层104是多周期级联的一般为20-60个周期。每个周期均由不同厚度和掺杂浓度的InGaAs/InAlAs量子阱/垒对组成。
一些实施例中，第二波导层的材料为n型掺杂的InP。
本实施例中，第二波导层105，该第二波导层105生长在有源区层104上包含了波导层和厚度很薄的盖层。优选的，该第二波导层105的材料为n型掺杂的InP，掺杂浓度是调制的，包括掺杂浓度较低的波导层和最上层n型掺杂浓度较高厚度为10nm的InP盖层。
一些实施例中，InP盖层厚度可以为5-15nm。
其中，一些实施例中，第二接触层的材料为n型掺杂的InP。
本实施例中，第二接触层106生长在第二波导层105的10nm盖层之上，优选的，该第二接触层106的材料是n型掺杂的InGaAs。
3.电极结构107～109
包括电隔离层107、第一电极层108和第二电极层109，用于激光器的电注入。
一些实施例中，电隔离层107的材料为Si3N4。本事实例中，电隔离层107材料为SiO2。
一些实施例中，第一电极层的材料为Ge/Au/Ni/Au。
本实施例中，第一电极层108，该第一电极层108生长在衬底1上，与第一接触层横向相连，优选的，该第一电极层108的材料为Ge/Au/Ni/Au。
一些实施例中，第二电极层的材料为Ti/Au。
本实施例中，第二电极层109，该第二电极层109生长在第二接触层106上，优选的，该第二电极层109的材料为Ti/Au。
请参照图2，为外腔反馈光路结构200，差频产生需要两个频率不同、稳定且单模性好的中红外光，通过设计两个外腔反馈光路获得两个稳定单模性好的中红外光λ1和λ2，此外还可以通过外腔光路实现宽调谐；
一些实施例中，双波长外腔光路包括准直透镜、1/2波片、分束镜、衰减片、闪耀光栅。
本实施例提供了外腔反馈光路结构，请参照图2。中红外量子级联激光器100后腔面发出的光束经第二准直透镜201准直，准直光入射到傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)或者功率计等设备中进行测量。前腔面发出的光束经第二准直透镜202准直后先经过1/2波片203改变入射光的偏振方向从而提高光栅的衍射效率，然后通过分束镜204一分为二，当两束入射光和两个闪耀光栅(第一)法线的夹角满足利特罗条件时，其中一束光经光路1中的第二偏振片05和第二闪耀光栅06作用后沿光路1反馈回激光器腔内形成第一反馈光λ1，另一束光经光路2中的第二偏振片07和第二闪耀光栅08作用后沿光路2反馈回激光器腔内形成λ2，光路1和光路2对应的闪耀光栅转角不同。光路中的偏振片用于调节反馈强度，转动闪耀光栅转角即可调节λ1和λ2的值。在保证激光器发射双波长的同时实现λ1和λ2的宽调谐。
本实施例中，分束镜透反比为55％：45％。一些实施例中，分束镜透反比为(50-60)％：(40-50)％。
一些实施例中，在分束镜和闪耀光栅之间放置衰减片。
本实施例中，使用连续可调的偏振片代替衰减片，偏振片通过旋转角度可以连续地调节入射光的偏振方来调节入射光强，进而影响两路外腔的光反馈的效果，从而控制两个中红外波长λ1λ2的功率。一方面调节λ1λ2的功率可以避免模式竞争引起的光模式不稳定的问题，另一方面可以控制两个外腔光λ1λ2的功率使其相当，保证器件有较高的差频效率。
一些实施例中，根据设计波长的不同，所选闪耀光栅中心波长在7-12μm之间，对应的刻线在90～170g/mm范围内。
本实施例中，闪耀光栅中心波长为8.5μm(在7.5～9.5μm内均有较高的衍射效率)，光栅刻线为150g/mm。
本发明使用双面出光的中红外量子级联激光器作为产生差频太赫兹的基础，前腔面出射的光用于构建双波长外腔反馈产生两个稳定的中红外光，后腔面处出光方便进行光谱测量。此外，后腔面处的衬底磨出30°倾角方便将有源波导结构中差频出的太赫兹光平行耦合出去。
至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明一种室温宽调谐差频太赫兹量子级联激光器有了清楚的认识。
综上所述，本发明提供了一种室温宽调谐差频太赫兹量子级联激光器。该器件的有源区波导结构通过设计不同波导层的掺杂浓度使其满足Cherenkov辐射条件，这种波导结构可以使两个中红外光差频出太赫兹光，可得到室温条件下稳定工作的太赫兹光源。同时用InGaAs材料作为第一接触层，降低掺杂浓度减小太赫兹波的损耗，提高中红外光到太赫兹光的转换效率。此外通过外腔光路设计使中红外量子级联激光器发射稳定可调谐的双波长，可以不必制作双波长DFB表面光栅，大大降低了器件制备难度和成本；最后，通过外腔光路的调谐特性实现激射波长和光功率的最佳匹配，同时控制两个外腔光λ1和λ2的功率使其相当，保证器件有较高的差频效率。
需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：
(1)实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围；
(2)上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种中红外量子级联激光器，包括：
衬底；
有源波导结构，其设置在衬底上，包括：
第一接触层，其设置在衬底上；
第一波导层，其设置在第一接触层上；
有源区层单元，其设置在第一波导层上；
第二波导层，其设置在有源区层单元上；以及
第二接触层，其设置在第二波导层上；
电隔离层，设置在有源波导结构两侧；
第一电极层，与第一接触层接触且均设置在衬底上；以及
第二电极层，覆盖在电隔离层和第二接触层上。
2.根据权利要求1所述的中红外量子级联激光器，其特征在于，
位于激光器后出光腔面一侧的衬底与水平面的夹角为20至30度。
3.根据权利要求1所述的中红外量子级联激光器，其特征在于，
所述有源波导结构为切伦科夫有源波导结构。
4.根据权利要求1所述的中红外量子级联激光器，其特征在于，
所述有源区层单元包括至少一个有源区层。
5.根据权利要求4所述的中红外量子级联激光器，其特征在于，
所述有源区层为多周期级联，包括20至60个周期；
所述有源区层多周期级联中每个周期均包括至少十个InGaAs/InAlAs量子阱/垒对。
6.根据权利要求1所述的中红外量子级联激光器，其特征在于，
所述第一接触层和第二接触层采用的材料均包括n型掺杂的InGaAs、InP中的至少一种；
所述第二波导层和第一波导层采用的材料包括n型掺杂的InP；
所述第二电极层采用的材料包括Ti/Au；
所述第一电极层的采用的材料包括Ge/Au/Ni/Au；
所述衬底采用的材料包括InP；
所述电绝缘层采用的材料包括SiO2。
7.一种外腔反馈光路结构，包括：
如权利要求1至6任一项所述的中红外量子级联激光器，用于产生中红外光；
第二准直透镜，设置在所述激光器前腔面一侧，用于准直中红外光；
1/2波片，用于改变经过准直的中红外光的偏振角度；
分束镜，将经过1/2波片的光分为第一入射光和第二入射光；
第一光路单元，包括第一偏振片和第一闪耀光栅，第一入射光经过第一偏振片和第一闪耀光栅后形成第一反馈光；以及
第二光路单元，包括第二偏振片和第二闪耀光栅，第二入射光经过第二偏振片和第二闪耀光栅后形成第二反馈光；
其中，第一反馈光和第二反馈光分别经过分束镜、1/2波片、第二准直透镜后从激光器前腔面返回激光器腔内，经差频产生的太赫兹光从激光器后出光腔面的衬底耦合出差频太赫兹光。
8.根据权利要求7所述的外腔反馈光路结构，其特征在于，
所述第一反馈光的波长通过第一闪耀光栅调节；
所述第二反馈光的波长通过第二闪耀光栅调节。
9.根据权利要求7所述的外腔反馈光路结构，其特征在于，
所述第一反馈光的光强通过第一偏振片调节；
所述第二反馈光的光强通过第二偏振片调节。
10.根据权利要求7所述的外腔反馈光路结构，其特征在于，
所述分束镜的透反比在(50至60)％∶(40至50)％之间；
所述的外腔反馈光路结构还包括便于进行光谱测量第一准直透镜，第一准直透镜设置在所述激光器后腔面一侧。
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