CN1823455A - 半导体激光器和制作方法 - Google Patents

Abstract

公布了一种激光器(10)，它包括：一个激光腔，该腔具有激光产生介质和在腔的两端的小面形式的初级光学反馈装置，所述激光腔限定了一个纵向延伸的光路；以及，由在激光腔中的多个折射率扰动(16，22)形成的次级光学反馈装置，每一个扰动限定了两个界面(20，21)；其特征在于，对至少一个扰动，所述两个界面中只有一个对沿着所述光路的光学反馈有贡献。本发明缓和了制作单纵模器件的平板印刷容差，并改进了性能特性。

Description

半导体激光器和制作方法

技术领域

本发明涉及一种半导体激光器，特别是以基本上单纵模发射进行工作的激光器。

背景技术

通过在沿着一个器件的长度的预定位置处加入扰动而实现单模发射是已知的，见EP 1 214 763(都伯林三一学院，该文献在此被全文引用)。所谓的“带槽激光器”在爱尔兰专利第S82521(CORK的爱尔兰国家大学)中也得到了公布，其借助由于沿着激光腔的槽特征蚀刻而产生的光学反馈，而实现单纵模发射。

一般地说，扰动可以由任何折射率改变装置产生，只要该折射率改变装置在一个适当的程度上改变波导的折射率分布从而控制器件的光学反馈因而控制器件的频谱内容。虽然本发明的以下描述主要涉及其中扰动是由沿着器件蚀刻出的槽所限定的情况，但本领域的技术人员可以理解的是，本发明的教导也同样适用于其他形式的扰动(例如，通过采用掺杂或离子注入法而改变折射率分布)。

术语“槽长度”(在图2中标为L_slot)在此被用来指器件材料中的纵槽面之间的距离，即，“槽长度”是沿着光传播方向d测量的。图1和2显示了典型的具有单矩形槽6的现有技术带槽激光器1。通常，这样的一个器件包括被一个上包层4所覆盖的波导层2(包含例如一个多量子井结构)。初级光学反馈装置是以在该器件的两端的切出的小面8的形式提供的。这些小面之间的距离确定了腔的Fabry-Perot模(法-布模)的准确波长。上包层4形成了一个具有盖层5的一个脊3。在这样的已知器件中的槽特征是通过在脊波导3中蚀刻一个矩形槽6而形成的，从而产生了两个纵的界面7，这两个界面7与器件内的光传播方向d相垂直。

对于带槽激光器可实现单模的机制，可作如下说明：

众所周知，一个激光器的自由光谱范围由下式给出：

Δλ＝λ²/(2n_eff·L)             (1)

因而其实际上是由器件的腔长L确定。其中，Δλ是自由光谱范围，λ是光的自由空间波长，且n_eff是激光腔中的光学模式的有效折射率。然而，观测发现，通过在激光腔中按照L/N的间隔设置反射界面，可以压制除了N个Fabry-Perot模式之外的所有模式(即，增强N个模中的大致每一个模)。其中L仍然是激光器的腔长，且N是一个整数。这基本上就是一个带槽激光器中发生的情况，只是当在一个激光腔中蚀刻出一个矩形的槽特征时，就同时产生了两个反射界面。重要且需要注意的是，每一个所形成的反射界面都提供了类似量的光学反馈。另一点重要的是要理解蚀刻的槽特征的长度必须被保持为合理地小(通常＜3μm)。其主要理由如下：首先，槽下的波导的内部损耗远高于腔中的其他部分。其次，由于槽的底部之下的半导体材料中的掺杂物浓度可小于盖层中的掺杂物浓度的十分之一，因而无法在该材料上形成一个低阻抗的金属接触部。这意味着，如果槽特征的长度被任意增大，则槽下方的一部分材料将处于未被泵浦的状态。

为了准确地确定一个器件的发射波长，需要能够按照与槽特征的所有边缘之间的距离成反比的精度，对这些边缘的彼此相对位置进行定位。这可以通过认识到以下情况而得到理解：即，在一个长腔器件中驻波条件受腔的长度的一个固定改变Δx的影响比在一个短腔器件中的驻波条件要小。(应该注意的是，由于器件的小面(facets)提供了显著的光学反馈，这些界面相对于槽特征的定位是重要的)。由于典型的带槽激光器包含蚀刻的特征，其长度大于激光腔中的光场的波长小于一个数量级的量。另外，如果一个给定的传统槽特征的两个界面提供显著量的光学反馈，则可以理解的是发射波长，或更准确地说是这样的器件的镜损耗谱，对这样的特征的界面之间的距离的误差极其地敏感。因此，一个带槽激光器的发射波长关键地取决于槽特征本身的长度。准确地实现具有一个给定长度的槽特征的过程因而也是重要的。

确定一个槽特征的精度最重要的因素，是所采用的平板印刷技术的选择。这在用于e束系统的+/-10-20nm至+/-100-200nm光学平板印刷系统之间变化。除了平板印刷系统本身的精度之外，实现具有一定长度的一个矩形槽特征的过程受到与蚀刻处理相关的偏移的严重影响(在图3中由于处理偏移而引起的偏离被表示为Opd)。这是一个问题，因为具有平行边缘的一个槽特征的长度受到蚀刻处理的偏移的影响，因而槽图案中的临界尺寸会改变。由于这些因素，采用标准的平板印刷和处理技术，难于充分地控制一个矩形槽特征的长度从而确定包含这样的特征的一个器件的光谱内容。

如上所述，准确地确定带槽激光器的发射波长是有很大的困难。本发明的一个目的，就是解决这些困难。

本发明的一个进一步的目的，是提供制作方法，该方法解决与处理偏移和所产生的对槽定位的影响有关的问题。

本发明的再一个目的，是提供一种基本上单模的激光器，它的性能对温度的依赖性更小。

本发明的另一个目的，是提供改善一个激光器的自由光谱范围的一种方法和提供具有改进的自由光谱范围的激光器。

发明内容

本发明提供了一种激光器，该激光器发射基本上单一波长的光，并包括：一个激光产生腔，它具有激光产生介质和有在腔的两端的小面的形式的初级光学反馈装置，该激光腔限定了一条沿着纵向延伸的光路；以及，由所述激光产生腔中的一或多个有效折射率扰动形成的一个次级光学反馈装置，每一个扰动限定了两个界面；其中对至少一个扰动，所述两个界面中只有一个对沿着所述光路的光学反馈有贡献。

优选地，所述激光器包括一个脊，且至少一个有效折射率扰动是由该脊上限定的一个槽形成的。在一个最佳实施例中，每一个扰动都包括沿着所述脊形成的一个槽。

优选地，每一个扰动的有贡献的界面是基本上平面的并基本上与纵向延伸的光路相垂直。

优选地，至少一个槽包括一个第一面和一个第二面，所述第一面是大体平面的并与纵向延伸的光路基本垂直，所述第二面不与所述光路垂直并且优选地是大体阶梯状的、弯曲的或与所述第一面成夹角的。这样的槽设计尽量减小或阻止了界面之间的相消干涉。

根据本发明，只有与光路基本垂直的界面对器件内的光学反馈有所贡献，而来自非垂直界面的反馈受到了抑制，从而改善了激光器的性能特性。

在一个替换实施例中，包括一个脊的一个激光器具有至少一个有效折射率扰动，该至少一个扰动是由脊的侧面上限定的一或多个凹缺部形成的。每一个扰动都可由脊上限定的凹缺部适当地形成。

通常，可采用一系列的有效折射率扰动，其中相邻的有贡献的界面之间的间隔是材料的四分之一或半波长的一个一致的倍数。一或多个附加系列的有效折射率扰动，可以与第一系列的扰动相重叠。这样的扰动系列形成了具有更大的有效自由光谱范围的器件。

在一个进一步的实施例中，两或更多个槽具有不同的长度(而相邻的有贡献的面之间的间隔是半波长的一个一致的倍数)。这种“变化”的槽的效果，是有贡献的面能够形成腔内的光学反馈的相长干涉，而无贡献的面则不形成这样的干涉，因为各个槽的长度是彼此不同的。

本发明还涉及一种激光器的一种制作方法，包括以下步骤：(1)形成具有激光产生介质的一个激光腔，该激光腔限定了一个纵向延伸的光路并在两端具有小面，以及(2)通过在激光腔中引入多个扰动，形成光学反馈装置，每一个扰动限定了两个纵向界面；其特征在于，至少一个扰动的所述纵向界面被适当设置，从而使得只有一个界面对沿着所述纵向延伸的光路的光学反馈有所贡献。即，对至少一个扰动，只有一个界面对沿着所述纵向延伸的光路的光学反馈有贡献。

优选地，所述腔具有一个纵向延伸的脊，且通过在脊上蚀刻一个槽而提供至少一个扰动。

优选地，至少一个槽带有一个第一面和一个第二面，所述第一面是大体平面的并与所述纵向延伸的光路大体垂直，且所述第二面不与所述光路相垂直并优选地是大体弯曲的、阶梯状的或与所述第一面成夹角的。或者，可以通过在所述脊的侧面上蚀刻一或多个凹缺部，而提供扰动。

本发明的方法改善了加工容差并改善了所产生的激光器的温度特性，如以下所要描述的。

本发明还提供了改善一种激光器器件的自由光谱范围的一种方法，包括形成沿着所述光路的一系列的有效折射率扰动，其中相邻的有贡献的界面之间的间隔是材料的四分之一或半波长的一个一致的倍数。

附图说明

以下结合附图对本发明作详细说明。在附图中：

图1显示了包括单个的矩形槽特征的现有技术带槽激光器器件；

图2是图1所示的现有技术结构的平面图；

图3是一个现有技术器件内的矩形槽的定位时的处理偏移的效果的示意表示；

图4显示了包括一个单个的带角度的槽的带槽激光器器件；

图5是图4所示的器件的平面图；

图6显示了在一个根据本发明的包括带角度的槽特征的激光器中的临界尺寸和采用带角度的槽对折射率的影响；

图7显示了可被用在本发明中的不同的槽配置的例子；

图8是包括带角度的槽特征的一种器件的计算出的镜损耗谱，这些槽特征被分开32个适当的材料半波长以实现在1.55μm的单模发射；

图9显示了用来获得图8所示的计算出的镜损耗谱的带角度的槽的图案；

图10更详细地显示了在产生图8、11和12中的计算出的镜分布的模拟中采用的槽特征；

图11是采用一种槽图案获得的镜损耗谱，在该槽图案中，带角度的特征被分开不同数目的材料半波长，所涉及的槽图案被适当设计以实现在1.55μm的单模发射(注意这种非常大的有效自由光谱范围)；

图12包括来自3个不同的槽图案的三个重叠的计算出的镜损耗谱，这3种不同的槽图案都是为获得1.55μm处的单纵模发射而设计的(实线、虚线和点线的谱分别是用其中带角度的槽特征被分开29、44和62个材料半波长的图案获得的)；

图13显示了在图11所示的镜损耗谱的计算中采用的一种带角度的槽图案；

图14(a-e)显示了在制作过程中的不同阶段的一个器件的侧视图。

图15显示了渐细的槽图案，这种槽图案被用来通过实验显示本发明在制作具有大的有效自由光谱范围的激光二极管器件中的作用；

图16结合了在10℃、20℃、30℃和85℃工作的器件的谱，该器件包括图15所示的槽图案；

图17是用于图15所示的槽图案的计算出的镜损耗谱；

图18是来自设计成在1.55μm发射的器件测量波长谱；

图19是来自设计成在1.545μm发射的器件的测量波长谱；

图20详细显示了在产生图17和18所示的谱的器件中采用的渐细槽/凹缺部图案；且

图21显示了本发明的一个实施例，其包括长度不同的槽。

具体实施方式

已知的带槽激光器带有上述的问题。这些问题源自这样的事实，即现有技术的槽图案形成了成对的、被分开非常小的距离(通常＜3μm)的有贡献的界面(或提供反馈的界面)，如图3所示。图1和2显示了一种现有技术器件1，它由波导层2(通常具有一种多量子井结构)、上包层4和盖层5构成，并在两端有小面8。一个脊3沿着器件1的顶部纵向延伸。一个矩形槽特征6被显示为被蚀刻在脊3上，产生了与器件内的光传播纵方向大体垂直的槽面7。图3显示了：矩形槽6的面7所限定的有贡献的界面9，由于处理偏移所引起的偏离，相对于激光腔中的其他这样的有贡献的界面，不能以高得足以保证在适当的波长的相长干涉的精度而得到适当定位。具体地说，在这样的渐细槽的情况下，每个面都将对总的光反馈有所贡献。本发明把一个给定数目的槽的一个具体侧面上的界面所提供的光学反馈减小到了可被忽略的程度。这样的措施因而可以对激光器的谱内容进行更大的控制。

在一个槽的长度被以上列出的因素所限制的情况下，槽的长度的任何改变，都会对器件的镜损耗谱和发射波长有严重的影响。由于本发明，这不再是个问题，因为槽特征的谱选择性现在不再取决于槽本身的尺寸。仍然关键的唯一的尺寸，是提供显著的光学反馈的那些界面之间的距离。由于这些尺寸通常大于槽本身的长度一个数量级以上，这些特征所需要的定位精度也降低了一个数量级以上。

图4和5显示了根据本发明的一个器件10(具有与图1中的器件1类似的结构)，其具有波导层12、上包层14、盖层15、脊13和小面17。在所示的该实施例中，一个带角度的槽特征16具有与光传播方向相垂直的一个第一面18和与第一面18成夹角的一个第二面19。一或多个槽(或者等价的特征)的设置，造成了激光产生介质的扰动，而这被反映在折射率分布的改变上(见图6)。由有效折射率的突变限定的界面20对沿着光路的光学反馈有贡献，而界面21则没有贡献。

考虑图3和6以及与蚀刻处理相关的偏移的问题，显而易见的是，借助本发明，这不再是个问题，因为槽特征的长度现在对器件的镜损耗谱没有影响，因而对发射波长没有影响。另外，如果提供光学反馈而的界面都被设置在槽特征的同一侧，显然处理偏移将对所有这些界面有相同的影响，如图6所示，从而对临界尺寸具有减小的效果。基本上，本发明使得制作指定波长的单纵模器件时的平板印刷容差得到了缓和。本发明还使得条式的相邻激光元件的发射波长相对于彼此被精密地定位。另外，本发明使得其能够在比已知的包含矩形蚀刻特征的带槽激光器的制作中采用的平板印刷容差更为缓和的平板印刷容差，而得到实现。

本发明基于这样的前提，即，结构特征(诸如槽或掺杂区等)可被用来改变一个器件的有效折射率分布。(有效折射率，是通过对激光腔的一个具体区域中的折射率与该区域中的光强部分的积求和，并用该值除以光场的空间范围上的积分，而获得的。)这样的结构特征造成了器件内的折射率分布的扰动，从而影响性能特性。换言之，一个激光器(诸如图4所示的激光器)的脊上蚀刻的一个槽的面，造成了具有较高和较低折射率的区域之间的界面，而这些界面由槽的物理特性所限定。本发明通过采用这样的槽设计，而使得一个激光器的性能特性能够得到改善，即，该槽设计扰动了折射率分布从而使得只有一个有贡献的界面与各个槽相联系。相比之下，在现有技术器件中采用的矩形槽特征则有两个有贡献的界面与各个槽相关。

以下讨论满足提供仅一个有贡献的界面的要求的不同类型的蚀刻特征。以下还讨论能够在扩展的温度范围里提供在指定波长的单纵发射的这些特征的示例图案。应该注意的是，这些图案和它们的组成蚀刻特征可以被互换地采用，以实现所希望的谱内容。

如上所述，槽图案和两个不同的设计元素有关，第一个是蚀刻的槽特征的形状，第二个是这些特征相对彼此的位置和激光腔的小面的位置。一般地说，其中来自这些槽界面之一的光学反馈被抑制的任何槽配置，都可被用在本发明中。因而，为了本发明的目的，一个槽应该产生诸如图6中所示的折射率分布，具有一个有贡献的第一界面20和一个无贡献的第二界面21。在无贡献的界面21的情况下，可以通过在脊13上设置一个带角度的、倾斜的、阶梯的、弯曲的(或它们的组合的)或其他适当的槽，而产生出所希望的折射率效果。图6显示了槽22，其每一个都具有一个传统的平面面18和一个V形面22。具有使第二界面对沿着纵向光路的光学反馈基本上没有贡献的对折射率的任何其他影响，都满足本发明的目的。因而，本发明的关键方面是：与至少一个扰动或槽有关的折射率分布是这样的，即，两个纵界面中只有一个对光学反馈有贡献。

图7显示了可被用在本发明中的不同的槽配置的例子，具体地，槽特征(a)和(e)被称为渐细的，特征(c)和(g)被称为弯曲的，特征(d)和(f)被称为波浪的，特征(b)被称为带角度的，且特征(h)被称为阶梯式渐细的。共同的特点是，它们都有一个界面大体与激光腔中的光传播方向相垂直(对光学反馈有贡献)，而槽的另一边被设计成抑制光学反馈的形式(例如通过弯曲或与第一界面成夹角)。图7中所示的器件的选择，并不是为了试图提供一种完整的设计选择，它只是为了说明若干种可能的实施方式。

优选地，每一个槽限定了一个第一界面(或有贡献的界面)和一个第二界面(或反馈抑制界面)；该第一界面是大体平面的并与纵向延伸的光路大体垂直，该第二界面是大体弯曲或与第一界面成夹角的。所述有贡献的界面以通常的方式起作用而提供对第L/N个模的光学反馈，而抑制界面被设计成避免施加激光腔内的光学反馈。使第二界面弯曲或与第一界面成夹角，由于两个理由，减小了其所能够提供给任何具体的纵模的光学反馈量。首先，与弯曲或成夹角的界面相作用的光(比与同光传播方向垂直的平面界面相作用的光)更容易被散射到激光腔之外。其次，从这样的界面的不同部分反射回激光模式中的光是不同相的，因而它所提供的光学反馈将是在一个波长范围上分布的并包含了激光腔的若干个纵模，从而弱化了其在确定光谱内容上的作用。

通过蚀刻上述特征而确定一个激光二极管的发射波长，可以通过以这样的彼此距离来设置提供光学反馈的界面(即与光传播方向垂直的直界面)而得到实现，即，该彼此距离对应于自由空间发射波长的一半的倍数除以该激光模式的有效折射率。在此，可定义λ_m为激光腔中的光波长，这也被称为材料波长。该材料波长与自由空间波长λ的关系由下式表示：

λ_m＝λ/n_eff               (2)

本发明也致力于实现在一个具体的温度范围内实现在一个指定波长的单纵模激光发射的问题。为了实现这点，需要压制腔的足够多的纵模，以应对在所涉及的温度范围内的激光器的增益谱的改变。一旦确定了为一种具体的应用所必须要压制的(未扰动的结构的)纵模的数目，就可以确定适当的槽图案。对最基本类型的槽图案，即其中所有提供光学反馈的有贡献界面被分开同样的距离的槽图案，有效自由光谱范围Δλ_eff可以由下式计算：

Δλ_eff＝d·Δλ/L             (3)

(其中d是槽特征的有贡献的界面之间的距离，L是腔的长度，且Δλ是Fabry-Perot腔的自由光谱范围)。

至此讨论的谱选择性的两个方面，即，确定波长的能力和有效自由光谱范围的程度，在图8中得到了明确的显示；图8显示了本发明的一个实施例的计算出的镜损耗谱，该实施例是具有十个蚀刻渐细槽特征的一个器件。这些特征沿着腔设置从而产生在1.55μm的激光发射，而它们的高反馈界面被分开等于16个材料波长的距离。由于激光发射出现在与镜损耗谱的极小值对应的波长处，所以显而易见的是，假定增益谱足够地平坦，这种激光器的有效自由光谱范围是45nm，这与利用公式(3)所得到的值相同。还显而易见的是，其增益谱的中心在1.55μm附近并包括这种图案的一个激光二极管，将在1.55μm产生单纵模激光。如果这样的器件的有源区的增益谱随着温度以约0.6nm/℃的比率进行调谐，包括所述的槽特征图案的这样的一个器件将在T₁+/-T₃的温度范围内提供单纵模发射(其中T₁是在所涉及的波长附近处的增益谱的中心温度，且T₂为

T₂＝(Δλ_eff/2)/(dG/dT)     (4)

其中dG/dT是增益峰随温度调谐的比率。)在此情况下，可以在约80℃的温度区间上实现单纵模发射。

图9显示了这些槽特征在激光腔中的位置。这些槽特征本身有0.3μm的平均长度，它们的有贡献的界面具有0.008的有效折射率阶梯，而各个槽特征的有角度的面由八个子单元构成，每一个子单元提供了0.001的有效折射率阶梯，并以约10nm沿着腔排列(见图10)。包含该渐细的槽的激光腔部分的特征，在于以32个材料半波长的恒定间隔蚀刻的一系列槽。

图11是根据一个第二实施例的器件的计算出的镜损耗谱；该第二实施例的器件包括一种具有十个渐细的槽特征的不同的图案(见图13)。该实施例呈现出较大的有效自由光谱范围，因而将在大得多的温度范围上保持单纵模发射。具体地，有效自由光谱范围大于80nm，这将在约160℃的温度范围上提供单纵模发射。在考虑具有图11所示的镜谱的蚀刻特征的图案的细节之前，先考虑以下内容：图12显示了与图9所示的类似的三种简单的槽图案的镜损耗谱，它们都是为了获得在同样波长的单纵模而设计的，在此具体情况下所涉及的波长是1.55μm。对于具有拥有图12所示的镜损耗谱的渐细槽特征的图案，重要的是要注意到，它们的不同只是由于这样的事实，即，它们的垂直平面相隔不同数目的材料半波长。可以看出，这些图案发生相长干涉的唯一波长，是它们的设计激光产生波长，即1.55μm。因此，通过结合槽特征的图案(它们的限定了反馈贡献界面的槽面之间具有不同的材料半波长数目)，有效自由光谱范围得到了改善。这样的措施消除了所涉及的波长两侧的镜损耗谱的高振荡的部分，从而产生了除了在所涉及的波长之外更为一致的镜损耗谱。

被用来获得图11中的镜损耗谱的槽图案(图13)可被视为用于产生图12的各种镜损耗谱的3个图案的结合，这3个图案即具有29、44和62个材料半波长的槽间隔的三个系列。由于这种图案结合进行相长干涉的唯一波长是设计波长，其结果是改善的有效自由光谱范围。这种措施提供了对更简单的槽图案的一种改进；这些更简单的槽图案在限定有贡献的界面的相邻槽面之间只有一个固定数目的材料半波长。

制作了包括渐细槽特征的各种配置的若干激光二极管器件。这些器件是利用标准的处理技术制作的。其特性在此得到详细描述的这些器件的制作中所采用的步骤如下：

(1)在一个InP基本上生长出一个标准的AlInGaAs/InP外延激光二极管结构；

(2)利用标准的平板印刷技术形成用于脊/槽特征的一个抗蚀剂图案；

(3)蚀刻出脊和槽特征；

(4)施加一个介电覆层；

(5)在该介电覆层上沿着脊结构的顶部蚀刻出一个开口；

(6)淀积接触金属；

(7)分割成条；

(8)施加小面覆层(可选)；以及

(9)分成各个器件。

步骤2、3、4、5和6分别在图14(a)至(e)中得到显示。

所制作的器件中包含的槽图案的设计，显示了本发明的两个主要方面。即，能够制作在一个规定的波长进行发射的单纵模激光二极管，以及能够对一个激光二极管的镜损耗谱进行控制从而使得在一个单纵模进行发射的一个激光器能够在一个预定的温度范围上工作而不会遭受模式跳跃。应该注意的是，以下的数据是在同时制成的原型样品上获得的，且在这些实验中采用的这些样品具有加在一个小面上的高反射率覆层和加在另一个小面上的低反射率覆层。

首先，考虑实现在一个预定温度范围上的单纵模工作的任务。器件被设计成在20℃的工作温度下在λ＝1.585μm产生单纵模激光。所测量到的激光产生波长是1.577μm(在20℃的温度下工作)。设计波长与实验测量到的波长之差是由于这样的事实，即在设计时并没有以足够的精度知道所引导的模式的有效折射率。包括在第一组器件中的渐细的槽特征的设计被显示在图15中。假定这些槽特征的有贡献的界面之间有20个材料波长，器件的有效自由光谱范围被计算出是36nm。该器件总共有10个这样的蚀刻特征，离低反射率覆层最近的特征被适当定位，从而使得其有贡献的界面与同所述低反射率覆层相邻的晶体小面相距50μm。图16显示了在10℃、20℃、30℃和85℃下由该器件获得的波长谱。为了理解该曲线图，应该注意发射波长总是随着温度而增大。在20℃至85℃的温度范围上，呈现出了无模式跳跃的工作，这是由于这样的事实，即在此范围内波长随温度调谐的比率被测量出为0.1nm/℃。还应该注意的是，在10℃的发射波长与在20℃的发射波长相隔36nm。这显示出，有效自由光谱范围与理论预测相符合(图17)。本发明所实现的大的有效自由光谱范围是用包含传统槽图案的器件所未能获得的。

以下，考虑确定各个激光二极管器件的发射波长的能力。设计了两个器件，用于在单纵模下产生激光；第一个在λ＝1.550μm，第二个在λ＝1.545μm。实际中，第一个器件的发射是在1.544μm(图18)，而第二个的发射是在1.439μm(图19)。该器件中包含的渐细的凹缺部的设计在图20中得到显示(这种图案显示了本发明在发射波长可被高度精确地确定的激光二极管器件的制作上的效用)。每个器件总共包含10对这样的凹缺部，离低反射率覆层最近的凹缺部被适当定位从而使得它们的有贡献的界面与同所述低反射率覆层相邻的晶体小面相距50μm。凹缺部的图案的唯一不同是，在第一种情况下槽特征的有贡献的界面被设计成相距适合于实现1.550μm发射的20个材料波长，而在第二图案中槽特征的有贡献的界面被设计成相隔适合于实现在1.545μm的发射的20个波长。与前面一样，不能正确地确定波长是由于这样的事实，即，在设计时不知道准确的有效折射率值。然而，应该注意的是，虽然各个器件的波长都与它们各自的设计波长相差6nm，但这些波长之间的间隔是所指定的5nm。还应该注意的是，由于激光产生模式的有效折射率可以从波长发射谱计算出，将来的器件的发射波长可被更为准确地确定。

现在参见图21，根据本发明的激光器的一个进一步的实施例包括一个矩形槽图案，其使得通常与这些扰动特征相关的某些制作容差得到了缓和。根据该实施例，各个槽的长度是变化的(即，两或更多个槽的长度是彼此不同的)。各个槽的第一面(或有贡献的面)被对准(或同相)，从而与从其他这样的面反射来的光进行相长干涉从而对沿着光路的光学反馈有贡献。然而，相应的第二面是异相的并造成相消干涉从而对沿着光路的光学反馈没有贡献。

与其他实施例一样，本发明的该实施例具有提供更大的制作容差的优点。从制作的角度看，关键容差从每个槽两个面的设置(如在现有技术器件中那样，如图1至3的例子所示)降低至如图21所示的每个槽一个面的设置。

Claims (19)

1.一种发射基本上单一波长的光的激光器(10)，包括：一个激光腔，该激光腔具有激光产生介质和具有在所述腔的两端的小面(17)的形式的初级光学反馈装置，所述激光腔限定了一条纵向延伸的光路；以及，由在所述激光腔中的一或多个有效折射率扰动形成的次级光学反馈装置，每一个扰动都限定了两个界面；其特征在于，对至少一个所述扰动，所述两个界面中只有一个对沿着所述光路的光学反馈有贡献。

2.根据权利要求1的激光器(10)，包括一个脊(13)，其中至少一个有效折射率扰动是以在所述脊(13)上限定的一个槽(16)的形式提供的。

3.根据权利要求2的激光器(10)，其中每个扰动都包括沿着所述脊(13)形成的一个槽(16)。

4.根据权利要求1至3中的任何一项的激光器(10)，其中各个扰动的所述有贡献的界面都是大体平面的。

5.根据权利要求1至4中的任何一项的激光器(10)，其中各个扰动的所述有贡献的界面都与所述纵向延伸的光路基本垂直。

6.根据权利要求2至5中的任何一项的激光器(10)，其中至少一个槽(16)包括：一个第一面(18)，该第一面(18)是大体平面的并与所述纵向延伸的光路基本垂直；以及，不与所述光路垂直的一个第二面(19)。

7.根据权利要求6的激光器(10)，其中所述第二面(19)是大体上阶梯状的、弯曲的或与所述第一面(18)成夹角的。

8.根据权利要求1的激光器，进一步包括：一个脊(113)，其中以在所述脊(113)的侧面上限定的一或多个凹缺部(116)的形式设置了至少一个有效折射率扰动。

9.根据权利要求8的激光器，其中每个扰动都是由在脊(113)上限定的凹缺部(116)形成的。

10.根据权利要求1至9中的任何一项的激光器(10)，包括一系列有效折射率扰动，其中相邻的有贡献的界面之间的间隔是一个一致数目的材料四分之一或半波长。

11.根据权利要求10的激光器(10)，其中在所述系列的扰动上重叠有一或多个附加系列的有效折射率扰动。

12.根据权利要求3的激光器，其中相邻的有贡献的界面之间的间隔是一个一致数目的材料四分之一或半波长，且两或多个槽(216)的长度是彼此不同的。

13.制作一种激光器(10)的一种方法，包括以下步骤：

(1)形成具有激光产生介质的一个激光腔，所述激光腔限定了一条纵向延伸的光路并具有在两端的小面(17)，以及

(2)通过在所述激光腔中设置多个扰动而形成光学反馈装置，每一个扰动限定了两个纵向界面；

其特征在于

至少一个扰动的所述纵向界面被适当设置，从而使得只有一个界面对沿着所述纵向延伸的光路的光学反馈有贡献。

14.根据权利要求13的方法，其中所述腔是由一个沿着纵向延伸的脊(13)形成的，且至少一个扰动由在所述脊(13)上形成的一个槽(16)提供。

15.根据权利要求14的方法，其中至少一个槽(16)形成有一个面(18)，该面(18)是基本平面的并与所述纵向延伸的光路基本垂直。

16.根据权利要求14和15的方法，其中至少一个槽(16)具有一个面(19)，该面(19)不与所述光路垂直。

17.根据权利要求16的方法，其中所述不垂直的面(19)是大体弯曲的、阶梯状的、或与所述基本垂直的面(18)成夹角的。

18.根据权利要求13的方法，其中所述腔带有一个纵向延伸的脊(113)，且通过在所述脊(113)的侧面上蚀刻出一或多个凹缺部(116)而提供了至少一个扰动。

19.改善一个激光器器件(10)的自由光谱范围的一种方法，包括：形成沿着光路的一系列有效折射率扰动，其中相邻的有贡献的界面之间的间隔是一个一致数目的材料四分之一或半波长。

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