CN1311551A - 制造可饱和吸收镜的合金配比调节 - Google Patents
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Abstract
一种用于锁模激光器的可饱和吸收器镜,该镜使用一个由窄能带隙和高能带隙交替的化合物半导体层多层堆,其上为介电层多层堆,它形成一个平滑边缘滤波器,其中窄能带隙层通过合金配比调节(digital alloy modulation)来改变能带隙,从而使该镜能提供所需的群延时色散特性。
Description
本发明涉及布拉格可饱和镜以及用这种镜作开关的激光器。
在序列号为_____、与此同时提出的且与本发明有相同受让人的共同未决申请中，描述了一种混合半导体-介电线性调频可饱和吸收镜，所设计的该镜用作超快固体激光器的锁模开关组件，这种激光器能产生显示脉冲宽度在尘秒级的脉冲。
被动锁模在这种激光器中是通过在激光器腔内或耦合到激光器的外部光腔中放置锁模组件来实现的。可饱和吸收器依赖于所吸收的入射辐射的密度，而且它对于具有比饱和密度高的密度的入射辐射变得透明。由于这种性质，饱和吸收器吸收弱的入射辐射且只让对应锁定态模的高密度模透过。
在上述提到的共同未决申请中描述的可饱和吸收器是一种混合结构，基本地包括一个半导体衬底，在这个衬底上堆叠了由宽能隙层和窄能隙层交替排列的线性调频多层半导体单元，与在所选半导体层中嵌入了一个或多个量子阱的介电平滑边缘滤波器单片集成在一起。特别是，描述了一种可饱和吸收器，它包括由AlxGa1-xAs和AlAs交替排列的82个半导体层的一个堆，每层有许多原子层厚，还包括由SiO2和Si3N4交替排列的12个介电层。为了得到确定的群时延色散(GDD)特性，层的光学厚度是沿着堆的方向调节的。所需的半导体层的组分以及能带隙也沿着多层而改变。另外量子阱和阻挡层根据需要嵌入顶端窄能带隙层来更好地获得饱和吸收器。
所述的这种结构在生产中带来了相当的复杂性，这是由于这种结构需要在厚度上建立所需的变化，而且至少要在一些半导体层中掺杂。
本发明提供一种能得到所需光学厚度和组分变化的改进技术，从而实现多层堆中半导体层的延迟性质。
本发明涉及到除层厚度的线性调频(chirping)外，以一种特殊方式改变半导体层的折射率，更简便地得到一种在所需宽带具有一致的GDD结构。特别是，三元组分半导体层的组分和折射率指标值的变化是通过合金配比调节(digital alloy modulation)实现的。这里所用的合金配比调节(digital alloy modulation)这个词描述了一种化合物半导体的一个层的能带隙的确定方法，该化合物半导体基本上是许多化合物半导体的混合物，比如，三元组分的Al0.3Ga0.7As，是二元化合物AlAs和GaAs的合金，通过生长组分的一个层作为二元化合物的多个面，层中的两种化合物的所选定的平面数目决定它的能带隙。比如，100个平面厚的一层Al0.3Ga0.7As是由30个AlAs双原子平面和70个GaAs双原子平面形成的。为了方便，两组平面可以生长成两个邻近的区域，每组平面是一种类型。或者，这种层也可以通过这两种类型平面交替生长来形成，当生长包括大量平面的厚层时，这种方式就更优选。另外，在一些例子中，在层中包括只有部分填充的平面会更有利。
在下面的更详尽的说明中将会结合附图更详细地描述本发明。
图1所示的是根据本发明的一种饱和吸收器。
图2所示的是一种锁模激光器，该激光器用图1所示的这种饱和吸收器作锁模开关。
首先讨论锁模激光器的一些重要的一般原理将会有所帮助。
对宽带操作，重要的是提供一种至少在操作所需的带宽内基本上是常数的群延时色散(GDD)。在一个波长带上为常数的GDD需要一个近似地随波长而线性变化的群延时。给定中心波长的波包被一个相应的1/4波堆最有效地反射。因此，堆中的多层周期(线性调频)的单调变化会引起随波长单调地变化的透射深度。但是，在层厚度准确单调变化的典型多层涂层中，GDD看来被类法布里-珀罗共振强烈地干扰，于是希望通过调节层厚度来消除这种共振。在1994年2月Optical Letters19#3卷上的一篇题为“Chirped Multilayer coatingsfor Broadband Dispersion control in Femtosecond Lasers”的论文中描述了这种现象，此处引入其教导作为参考。在对衬底引入单调增加层周期的厚度的特性后，发现了GDD的最佳均匀性。尽管这种变化并不是均匀线性的。
改变多层堆的半导体层的能隙或是折射率对宽带操作一般也是有利的。改变连续排列的层的厚度和组分的需求会导致复杂的工艺，特别是由于这种工艺是典型地通过分子束外延来完成，在分子束外延中通过每次沉积一层来生长半导体层多层堆。当被沉积的层的组分包括两种以上成分时，比如砷化镓铝，该工艺就特别难控制，特别是当铝镓的比例如饱和吸收器中所希望的那样应当沿着堆而改变的时候。
看来这个问题的一个解决措施是在沉积过程中对组分的各个成分进行合金配比调节(digital alloy modulation)。
图1所示的是根据本发明的一种饱和吸收器10。它包括一个诸如AlAs的适当的单晶衬底10，在其上将外延生长半导体层多层堆12，其构成吸收器的基本部分。典型的是，多层堆由诸如AlAs这样的相对较宽能带隙材料和诸如AlxGA1-xAs这样的相对较窄能带隙的材料和厚度和组分不同的AlGaAs隔离层交替而成。在这样一个多层堆中，激光波包的透射深度随波长的减小而减小。从而，含Ga高的AlxG1-xAs导致在工作谱线的短波边缘更强的吸收。由此，AlxG1-xAs中的Ga浓度随从多层堆顶层到衬底的距离而增加，而不会削弱堆的反射系数。正如上面提到的，在堆12中，Ga在AlxGa1-xAs层中的比例是通过增加一层中的Ga平面的比例和减少每个AlAs层中AlAs平面的比例而增加的，由此通过分子束外延装置生长半导体层。在多数生长过程中随着连续层生长，平均地减少每个半导体层的厚度也是有利的。而正如前面提到的，通常发现，偶尔地与此不一致，这有利于基本上能使所不希望的共振减少到最小。有利的是，层的厚度从在衬底上的约为所需带宽的最长波长的1/4厚度到在多层堆的顶部的约为最短波长的1/4的厚度之间平均变化。
还有利的是，在多层半导体12上堆叠介电多层堆，其由线性调频的折射率相对较低的硅氧化物和折射率相对较高的硅氮化物线性调频层交替而成的，它形成平滑边缘滤波器。该滤波器既能部分地反射光谱的短波成分又能对于光谱的长波部分使半导体堆的阻抗与入射介质的阻抗相匹配。这些在厚度上典型地单调增加，其范围是，在从堆顶到半导体多层界面，在所需带宽中，从最短波长的约1/4到最长波长的约1/4之间。或者，通过适当厚度和能带隙的半导体层来匹配阻抗也是可行的。
而且，正如所知，一个或多个量子阱在堆的最顶层中嵌入半导体堆能更好地得到所需的可饱和响应。
图2是用图表示的激光器20，图1所示的饱和吸收器镜用于形成激光器的共振腔的一个反射端口24A，在这个共振腔中放置了固体激光介质22。镜24B作为部分透射的共振腔的另一端口，允许所希望的激光脉冲输出使用。其工作应该与所含激光介质的具体形式相对独立，只要它能在所需波长带提供所需的增益而且适于附加锁模。
应当意识到，所述的具体实施例只是对所包含的普遍原理的说明。不同的其他材料也能用于半导体多层或能用于介电多层。
在用于长波激光器的饱和反射器中，可以有利地在半导体层堆的顶部上包括一个有足够位错的奇数半波应变消除层以便反射地作为非辐射复合源并且在这个层中设置一个量子阱。这个特性在1997年12月23日提交的题目为“可饱和布拉格反射器的结构和制造方法(Saturable Bragg Reflector Structure and Process for Fabricating theSame)”的美国专利5701327中有更详尽的描述。
Claims (13)
1．在锁模激光器中作为开关的一种可饱和吸收镜包括：
一个多层单片集成堆，沿着堆调制的这些层的厚度和指标都是线性调频的，其特征在于指标调节是通过堆的所选层的合金配比调节(digital alloy modulation)实现的。
2．根据权利要求1的饱和吸收器，其中所述所选层生长为双原子平面。
3．包括一个单片集成堆的一种饱和吸收器，依次包括：
一个衬底，
一个半导体层多层堆，其中窄能带隙材料层和高能带隙材料层交替排列，每层的光学厚度以及低能带隙材料的组分沿着堆而变化，从而实现所需的群延时特性，两种交替的半导体层中的一种的组分是三元组分，这样的层包括多个二元化合物的双原子平面，每层的宽度沿着堆随着层的距离而变化。
4．包括一个单片集成堆的一种饱和吸收器，依次包括：
一个衬底，
一个半导体层多层堆，其中窄能带隙材料层和高能带隙材料层交替排列，每层的光学厚度以及低能带隙材料的组分沿着堆而变化，从而实现所需的群延时特性，两种交替的半导体层中的一种的组分是三元组分，这样的层包括多个二元化合物的双原子平面，每层的宽度沿着堆随着层的距离而变化，以及
一个介电层的多层堆，在半导体层的多层堆顶部形成平滑边缘滤波器。
5．根据权利要求3的饱和吸收镜，其中宽能带隙层是由AlAs组成，窄能带隙层是由AlxGa1-xAs组成，其中X沿着堆随层的距离而变化，从而实现所需群延时色散。
6．根据权利要求5的饱和吸收镜，其中多层堆的终端为包括硅氧化物和硅氮化物交替的一个介电堆。
7．根据权利要求3的吸收镜，其中量子阱嵌入靠近半导体层多层堆顶部的至少一个能带隙层中。
8．根据权利要求5的吸收镜，其中量子阱嵌入至少一个AlxGa1-xAs层。
9．一种锁模激光器包括：
根据权利要求1的一种可饱和吸收器镜，用于形成光学腔的一个反射端，
一种部分透射组件，形成该光学腔的另一反射端，以及
一个置于光学腔内的激光器介质。
10．一种锁模激光器包括：
根据权利要求3的一个可饱和吸收器镜，形成光学腔的一个反射端，
一种部分透射组件，形成该光学腔的另一反射端，以及
一个置于光学腔内的激光介质。
11．一种锁模激光器包括：
根据权利要求5的一种可饱和吸收器镜，形成光学腔的一个反射端，
一个部分透射组件，形成光学腔的另一反射端，以及
一个置于光学腔内的激光介质。
12．一种锁模激光器包括：
根据权利要求6的一种可饱和吸收器镜，形成光学腔的一个反射端，
一个部分透射组件，形成光学腔的另一个反射端，以及
一个置于光学腔内的激光介质。
13．一种锁模激光器包括：
根据权利要求7的一种可饱和吸收器镜，形成光学腔的一个反射端，
一个部分透射组件，形成光学腔的另一个反射端，以及
一个置于光学腔内的激光介质。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US51501000A | 2000-02-29 | 2000-02-29 | |
| US09/515,010 | 2000-02-29 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1311551A true CN1311551A (zh) | 2001-09-05 |
Family
ID=24049625
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 01108319 Pending CN1311551A (zh) | 2000-02-29 | 2001-02-27 | 制造可饱和吸收镜的合金配比调节 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1311551A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111208591A (zh) * | 2020-01-13 | 2020-05-29 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 宽带高阈值组合介质低色散镜结构及其设计方法 |
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2001
- 2001-02-27 CN CN 01108319 patent/CN1311551A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111208591A (zh) * | 2020-01-13 | 2020-05-29 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 宽带高阈值组合介质低色散镜结构及其设计方法 |
| CN111208591B (zh) * | 2020-01-13 | 2021-03-30 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 宽带高阈值组合介质低色散镜结构及其设计方法 |
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