CN114284859B - 基于宇称时间对称性的多腔耦合激光器及其应用 - Google Patents
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Abstract
一种基于宇称时间对称性的多腔耦合激光器及其应用，该多腔耦合激光器包括N面电极层；N型波导层，设置在N面电极层上；有源区层，设置在N型波导层上；P型波导层，设置在有源区层上，其上设有至少两个增益损耗脊型波导单元，每个增益损耗脊型波导单元均包括一个损耗脊型波导和一个增益脊型波导；绝缘层，覆盖在P型波导层上，在损耗脊型波导和增益脊型波导顶部设有窗口区域；以及P面电极层，包括损耗脊型波导P面电极和增益脊型波导P面电极。本发明提供的这种基于宇称时间对称性的多腔耦合激光器，通过对宇称时间对称性的调控实现对多腔能量分布调控的同时，可以实现对大功率激光器光束质量的优化。
Description
技术领域
本发明涉及微纳结构研究及半导体光电子器件技术领域，尤其涉及一种基于宇称时间对称性的多腔耦合激光器及其应用。
背景技术
随着信息化社会的不断发展，以光子为载体的信息技术应运而生，激光器就是非常理想的光子源器件。为了应对现实生活中各种不同的应用需求，相应地产生了各种功率的激光器。其中大功率激光器面临着热效应差，易饱和等问题。
近年来，对于非厄米系统的研究成为了热门话题，早期的非厄米系统中，哈密顿量的虚部通常被用来描述系统的耗散，这只是对物理现象的一种非本质的唯像描述，因为这样的描述并不具备幺正性。1998年，基于前人关于非厄米哈密顿量的研究，Carl M Bender和Stefan Boettcher提出一类满足宇称时间对称性质的非厄米哈密顿量，并证明在一定参数的取值范围里，这类哈密顿量的本征能量为实数。
通过利用哈密顿量中宇称时间对称性的破缺性质，可以对激光器实现模式的调控，从而使光场主要集中在某个或某几个腔中，从而实现在均匀电注入分布的条件下，不均匀的光场分布，从而解决大功率阵列激光器热效应差的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的之一在于提出一种基于宇称时间对称性的多腔耦合激光器及其应用，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，提供了一种基于宇称时间对称性的多腔耦合激光器，包括：
N面电极层；
N型波导层，设置在N面电极层上；
有源区层，设置在N型波导层上；
P型波导层，设置在有源区层上，其上设有至少两个增益损耗脊型波导单元，每个增益损耗脊型波导单元均包括一个损耗脊型波导和一个增益脊型波导；
绝缘层，覆盖在P型波导层上，在损耗脊型波导和增益脊型波导顶部设有窗口区域；以及
P面电极层，包括损耗脊型波导P面电极和增益脊型波导P面电极，损耗脊型波导P面电极设置在损耗脊型波导的窗口区域上，增益脊型波导P面电极设置在增益脊型波导的窗口区域上，所有的损耗脊型波导P面电极连接于第一电源，所有的增益脊型波导P面电极连接于第二电源，通过第一电源和第二电源调节电流注入。
作为本发明的另一个方面，还提供了一种如上所述的多腔耦合激光器在微纳结构及半导体光电子器件领域的应用。
从上述技术方案可以看出，本发明基于宇称时间对称性的多腔耦合激光器及其应用至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
1、本发明提供的这种基于宇称时间对称性的多腔耦合激光器，通过对所有增益区增益以及所有损耗区损耗的调控，比如电注入激光器，就是通过调控注入的电流大小，可以对激光器的宇称时间对称性破缺进行调控，从而控制激光器在破缺点后的能量成非均匀分布，主要集中在同一端的几个增益脊型波导上，从而实现在均匀电注入分布的条件下，不均匀的光场分布，帮助构造热效应更好的大功率激光器；
2、本发明提供的这种基于宇称时间对称性的多腔耦合激光器，由于宇称时间对称性的存在，通过所有增益区增益以及所有损耗区损耗的调控，也就是通过调控注入的电流大小，可以对激光器的宇称时间对称性破缺进行调控，从而实现对激光器横模分布的调控；
3、本发明提供的这种基于宇称时间对称性的多腔耦合激光器，通过对宇称时间对称性的调控实现对多腔能量分布调控的同时，可以实现对大功率激光器光束质量的优化。
附图说明
图1为本发明实施例中基于宇称时间对称性的多腔耦合激光器的立体结构图；
图2为本发明实施例中基于宇称时间对称性的多腔耦合激光器的主视图；
图3为本发明实施例中基于宇称时间对称性的多腔耦合激光器的俯视图。
附图标记说明：
100-N面电极层；200-N型波导层；300-有源区层；400-P型波导层；410-损耗脊型波导；411-损耗脊型波导P面电极；420-增益脊型波导；421-增益脊型波导P面电极；500-绝缘层；600-P面电极层。
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。
本发明能够实现对激光器横模的调控，以及对激光器模式能量分布的调控，达到控制能量传输的作用。
本发明公开了一种基于宇称时间对称性的多腔耦合激光器，包括：
N面电极层；
N型波导层，设置在N面电极层上；
有源区层，设置在N型波导层上；
P型波导层，设置在有源区层上，其上设有至少两个增益损耗脊型波导单元，每个增益损耗脊型波导单元均包括一个损耗脊型波导和一个增益脊型波导；
绝缘层，覆盖在P型波导层上，在损耗脊型波导和增益脊型波导顶部设有窗口区域；以及
P面电极层，包括损耗脊型波导P面电极和增益脊型波导P面电极，损耗脊型波导P面电极设置在损耗脊型波导的窗口区域上，增益脊型波导P面电极设置在增益脊型波导的窗口区域上，所有的损耗脊型波导P面电极连接于第一电源，所有的增益脊型波导P面电极连接于第二电源，通过第一电源和第二电源调节电流注入。
在本发明的一些实施例中，所述增益损耗脊型波导单元内的增益脊型波导和损耗脊型波导之间的间距d1为50nm至15μm，例如为50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、0.2μm、0.5μm、1μm、2μm、5μm、8μm、10μm、12μm、15μm。
在本发明的一些实施例中，相邻的两个所述增益损耗脊型波导单元之间的间距d2为50nm至15μm，例如为50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、0.2μm、0.5μm、1μm、2μm、5μm、8μm、10μm、12μm、15μm。
在本发明的一些实施例中，相邻的两个所述增益损耗脊型波导单元之间的间距d2大于所述增益损耗脊型波导单元内的增益脊型波导和损耗脊型波导之间的间距d1。
在本发明的一些实施例中，所述损耗脊型波导和所述增益脊型波导的宽度W1均为1μm至100μm，例如为1μm、2μm、5μm、8μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、80μm、100μm；
在本发明的一些实施例中，所述损耗脊型波导和所述增益脊型波导的长度L均为200μm至5mm，例如为200μm、300μm、500μm、800μm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm。
在本发明的一些实施例中，所述损耗脊型波导和所述增益脊型波导的高度均为300nm至3um，例如为300nm、400nm、500nm、800nm、1um、2um、3um。
在本发明的一些实施例中，所述增益损耗脊型波导单元之间间距相同。
在本发明的一些实施例中，所述多腔耦合激光器的宽度w0为3μm至500μm，例如为3μm、5μm、8μm、10μm、20μm、50μm、80μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm；
在本发明的一些实施例中，所述多腔耦合激光器的长度L为200μm至5mm，例如为200μm、300μm、400μm、500μm、800μm、、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm。
在本发明的一些实施例中，所述绝缘层的厚度为100nm至1μm，例如为100nm、200nm、300nm、500nm、800nm、1um。
本发明还公开了如上所述的多腔耦合激光器在微纳结构及半导体光电子器件领域的应用。
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。
如图1-3所示，本实施例提供了一种基于宇称时间对称性的多腔耦合激光器，自下而上顺次包括：N面电极层100、N型波导层200、有源区层300、P型波导层400、绝缘层500和P面电极层600；所述P型波导层400还包括：至少两个增益损耗脊型波导单元，每个增益损耗脊型波导单元均包括一个损耗脊型波导410和一个增益脊型波导420，所述损耗脊型波导420与损耗脊型波导410以同样的顺序成对地排列，且成对的增益脊型波导420与损耗脊型波导410的间距固定不变，一对增益损耗脊型波导410与另一对增益损耗脊型波导410之间的间距固定不变；所述损耗脊型波导和所述增益脊型波导上表面均设置有绝缘层500，且所述损耗脊型波导410与损耗脊型波导420的所述绝缘层500上设置有窗口区域；P面电极层600设置于所述绝缘层500的窗口区域上；
其中，本发明多腔耦合激光器通过图形电极或者金丝实现分区注入，由电注入水平分别调控所述所有损耗脊型波导420的增益以及所述所有损耗脊型波导410的损耗，使所述损耗脊型波导420与所述损耗脊型波导410耦合。
所述损耗脊型波导410和所述损耗脊型波导420为设置于所述P型波导层400的多对脊型波导，一个损耗脊型波导420和一个损耗脊型波导410成为一对，多对脊型波导按同样的顺序排列，多对所述脊型波导相互平行且尺寸相同，其中每一对脊型波导中的损耗脊型波导420与损耗脊型波导410的间距相同，每两对对脊型波导之间的间距相同。
所述脊条波导的对数不限，多对所述脊条波导顺次作为损耗脊型波导420、损耗脊型波导410，以同样的顺序排列，即损耗脊型波导420损耗脊型波导410交替分布。
所述的多腔耦合激光器的宽度w0为3μm-500μm；长度L为200μm-5mm。
所述损耗脊型波导410和所述损耗脊型波导420的宽度W1为1μm-100μm；长度L为200μm-5mm。
所述的多腔耦合激光器，其中，每一对所述损耗脊型波导410和所述损耗脊型波导420的间距d1为50nm-15μm。
相邻的两个增益损耗脊型波导单元之间的间距d2为50nm-15μm，且d2大于d1。
所述绝缘层500的材料为二氧化硅，所述绝缘层500的厚度为100nm-1μm。本实施例提供的这种基于宇称时间对称性的多腔耦合激光器，通过对MOCVD(金属有机化合物化学气相沉淀)生长好的片子进行标准的光刻工艺得到如图1、图2、图3所示的多脊条波导，脊条刻蚀深度要根据生长的片子结构决定，一般为300nm-3um。
在刻蚀好多脊条结构后，需要在上方生长二氧化硅层起到绝缘作用，之后，结合图形化电极或者金丝连接的方式，利用ICP(感应耦合等离子体刻蚀)刻蚀或湿法腐蚀的方法，使所有增益脊型波导P面电极421连接一个电源用于调控注入的电流，使所有损耗脊型波导P面电极411连接一个电源用于调控注入的电流。
损耗脊型波导410所注入的电流不会大于阈值，起到损耗作用，称为损耗区。
通过电流的注入，使增益脊型波导420高于阈值，称为增益区，分别与它们所对应的损耗脊型波导410构成宇称时间对称，通过对注入电流的调整，实现对宇称时间对称破缺的控制，从而实现对模式的调控。
控制宇称时间对称破缺进而实现对模式调控的同时，也就控制了能量在各腔内的分布，从而对整个激光器的能量分布实现控制，使能量主要集中在一个腔中，而增益则来自多个腔中，从而帮助实现大功率激光器。
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 (8)
1.一种基于宇称时间对称性的多腔耦合激光器，包括：
N面电极层；
N型波导层，设置在N面电极层上；
有源区层，设置在N型波导层上；
P型波导层，设置在有源区层上，其上设有至少两个增益损耗脊型波导单元，每个增益损耗脊型波导单元均包括一个损耗脊型波导和一个增益脊型波导，其中，所述增益损耗脊型波导单元之间间距相同；相邻的两个所述增益损耗脊型波导单元之间的间距大于所述增益损耗脊型波导单元内的所述增益脊型波导和所述损耗脊型波导之间的间距；
绝缘层，覆盖在P型波导层上，在损耗脊型波导和增益脊型波导顶部设有窗口区域；以及
P面电极层，包括损耗脊型波导P面电极和增益脊型波导P面电极，损耗脊型波导P面电极设置在损耗脊型波导的窗口区域上，增益脊型波导P面电极设置在增益脊型波导的窗口区域上，所有的损耗脊型波导P面电极连接于第一电源，所有的增益脊型波导P面电极连接于第二电源，通过第一电源和第二电源调节电流注入。
2.根据权利要求1所述的多腔耦合激光器，其特征在于，
所述增益损耗脊型波导单元内的增益脊型波导和损耗脊型波导之间的间距d1为50nm至15μm。
3.根据权利要求1所述的多腔耦合激光器，其特征在于，
相邻的两个所述增益损耗脊型波导单元之间的间距d2为50nm至15μm。
4.根据权利要求1所述的多腔耦合激光器，其特征在于，
所述损耗脊型波导和所述增益脊型波导的宽度W1均为1μm至100μm；
所述损耗脊型波导和所述增益脊型波导的长度L均为200μm至5mm。
5.根据权利要求1所述的多腔耦合激光器，其特征在于，
所述损耗脊型波导和所述增益脊型波导的高度均为300nm至3μm。
6.根据权利要求1所述的多腔耦合激光器，其特征在于，
所述多腔耦合激光器的宽度w0为3μm至500μm；
所述多腔耦合激光器的长度L为200μm至5mm。
7.根据权利要求1所述的多腔耦合激光器，其特征在于，
所述绝缘层的厚度为100nm至1μm。
8.如权利要求1至7任一项所述的多腔耦合激光器在微纳结构及半导体光电子器件领域的应用。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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