CN1477740A - 锁模激光器用的宽带低损耗半导体可饱和吸收镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于锁模激光器用的宽带低损耗半导体可饱和吸收镜。属于锁模激光器的一种辅助技术。该吸收镜由反射镜支撑片、粘合剂层、金属(金或银)膜反射层、透明半导体层(铝镓砷，铟铝镓砷)、半导体量子阱可饱和吸收体(镓砷，铟镓砷)、透明半导体层(铝镓砷，铟铝镓砷)依次构成，其特征在于：在金属(金或银)膜反射层和相邻的透明半导体层(铝镓砷，铟铝镓砷)之间插入一层低折射率(小于1.65)的透明介质层，或者是在该透明介质层和透明半导体层之间再插入由高、低折射率介质层对组成的高反膜层。该半导体可饱和吸收镜具有宽带、高反射、低损耗等优点，能够导致锁模激光器的低阈值、高效率和短脉冲运转。

Description

锁模激光器用的宽带低损耗半导体可饱和吸收镜

                          技术领域

本发明涉及一种用于锁模激光器用的宽带低损耗半导体可饱和吸收镜。属于锁模激光器的一种辅助技术。

                          背景技术

可饱和吸收体对低能量入射光起纯吸收作用，而对高能量入射光，由于吸收能力饱和，而变成透明体。这样的物质置干谐振腔内，对于腔内小能量的连续光损耗增大，而对于高能量的脉冲损耗变小，所以对于脉冲起选择和整形作用，促使脉冲生成，是锁模激光器中应用的一种技术。在可见光和近红外波长域，制作可饱和吸收体的合适材料是半导体。常规的宽带半导体可饱和吸收镜的构造(R.Fluck等，Opt.Lett.24，743(1996))是直接在半导体层上镀金属银反射膜。半导体层结构是两层透明的铝镓砷夹一层薄铟镓砷。反射镜的制作过程是先在砷化镓衬底上生长透明层铝镓砷吸收层铟镓砷以及透明层铝镓砷，最后蒸镀银膜。然后把另一衬底用导热环氧树脂粘接在金属膜上。经过机械研磨、溶液选择腐蚀等程序，把衬底除去，其结构见图1。但是采用直接镀金属膜的反射镜的反射率在理论上可达98％，实际测量只有93-94％，即该结构的半导体可饱和吸收镜的损耗较大，导致由该反射镜实现的锁模激光器的阈值很高、输出功率很小。

                          发明内容

本发明的目的在于提供一种用于锁模激光器用的宽带低损耗半导体可饱和吸收镜。该半导体可饱和吸收镜具有宽带、高反射、低损耗等优点，能够导致锁模激光器的低阈值、高效率和短脉冲运转。

本发明是通过下述技术方案实现的：包括由反射镜支撑片、粘合剂层、金属(金或银)膜反射层、透明半导体层(铝镓砷，铟铝镓砷)、半导体量子阱可饱和吸收体(镓砷，铟镓砷)、透明半导体层(铝镓砷，铟铝镓砷)依次构成的半导体可饱和吸收镜中、提出在金属(金或银)膜反射层和相邻的透明半导体层(铝镓砷，铟铝镓砷)之间插入一层低折射率(小于1.65)的透明介质层，或者是在该透明介质层和透明半导体层之间再插入由高、低折射率介质层对组成的高反膜层。

上述的透明介质层是厚度为所反射波长光学厚度的0.19至0.23倍的SiO₂或Al₂O₃的介质层。

上述的高反膜层是TiO₂与SiO₂构成的膜层对。

本发明的显著优点是：在金属反射层和铝镓砷透明半导体层之间设置了透明介质层。由于该介质层的折射率远小于半导体材料的折射率，使该介质层与铝镓砷透明半导体层构成高反射膜，或者再加一对高反膜。因此将半导体可饱和吸收镜的反射率提高到99％以上。同时把金属膜镀在透明介质上，也增加了与金属反射层的附着力。该结构的半导体可饱和吸收镜用于锁模激光器上，使该激光器的锁模运转具有低阈值、高效率、窄脉宽和自启动等特点。

                          附图说明

图1是现有的半导体可饱和吸收镜的结构纵向截面示意图。

图2是插入透明介质层的本发明结构纵向截面示意图。

图3是插入透明介质层和高反射膜层的本发明结构纵向截面示意图。

图中：1、反射镜基片2、粘接剂层3、金属反射层4、透明半导体层5、可饱和吸收体层6、透明半导体层7、透明介质层8、高反膜层的高折射率介质层9、高反膜层的低折射率介质层

图4是本发明的两种结构半导体可饱和吸收镜和现有半导体可饱和吸收镜对波长700-950nm光的反射率曲线图。

图中：虚线是图2所示的本发明半导体可饱和吸收镜的反射率曲线；

      细实线是图3所示的本发明半导体可饱和吸收镜的反射率曲线；

      双点划线是现有半导体可饱和吸收镜的反射率曲线。

                          具体实施方式

图3是根据本发明设计的插入透明介质层和高反射膜的半导体可饱和吸收镜的纵向截面构造示意图。为了简洁地说明制作过程，暂时忽略支持衬底。并仅以制作中心波长是800纳米的宽带半导体可饱和吸收镜为例加以说明。

[1]可饱和吸收体5是铟镓砷量子阱。生长在晶格匹配的砷化镓衬底上。为了使量子阱处于膜系驻波场的波峰，使用透明半导体材料铝镓砷4、6作为过渡层。为了保证腐蚀后的半导体表面的光洁和均匀，必须使用选择性腐蚀法，即需要止蚀层，止蚀层材料是砷化镓和铝镓砷(图中未画出)。

[2]金属反射层3做成薄膜状态。制作过程是：先在砷化镓衬底表面按砷化镓止蚀层和铝镓砷止蚀层、透明半导体层6、可饱和吸收层5、透明半导体层4的顺序生长，然后蒸镀一对高反膜(标准的高、低折射率介质膜层8、9构成)，再蒸镀透明介质膜7，最后镀金属反射层3。将镀金面用环氧树脂粘接到作为基片的硅半导体衬底上。再经过机械研磨，溶液腐蚀等程序把衬底部分彻底除去，达到制作反射镜的目的。

[3]为了获得光滑的反射镜面，各层的腐蚀速率必须严格控制。即腐蚀溶液的组分配比，腐蚀时间需要严格掌握。此时，第一腐蚀溶液对砷化镓衬底的腐蚀速率大于铝镓砷层，获得光滑的铝镓砷层面；第二腐蚀溶液对于铝镓砷的腐蚀速率大于砷化镓，可获得光滑的砷化镓层面；第三腐蚀溶液对于对砷化镓的腐蚀速率大于铝镓砷，可获得光滑的铝镓砷反射镜面。

Claims (3)

1.一种锁模激光器用的宽带低损耗半导体可饱和吸收镜，该吸收镜由反射镜支撑片、粘合剂层、金属(金或银)膜反射层、透明半导体层(铝镓砷，铟铝镓砷)、半导体量子阱可饱和吸收体(镓砷，铟镓砷)、透明半导体层(铝镓砷，铟铝镓砷)依次构成，其特征在于：在金属(金或银)膜反射层和相邻的透明半导体层(铝镓砷，铟铝镓砷)之间插入一层低折射率(小于1.65)的透明介质层，或者是在该透明介质层和透明半导体层之间再插入由高、低折射率介质层对组成的高反膜层。

2.按权利要求1所述的锁模激光器用的宽带低损耗半导体可饱和吸收镜，其特征在于：透明介质层是厚度为所反射波长光学厚度的0.19至0.23倍的SiO₂或Al₂O₃的介质层。

3.按权利要求1所述的锁模激光器用的宽带低损耗半导体可饱和吸收镜，其特征在于：高反膜层是TiO₂与SiO₂构成的膜层对。

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