CN104104010B - 具有波长选择光栅的非圆盘型腔半导体激光器 - Google Patents
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Abstract
具有波长选择光栅的非圆盘型腔半导体激光器属于微腔激光器技术领域。现有型结构微腔激光器的激射光谱表现出多波长激射特性，使得器件不能用在需要单一波长工作的领域中。在本发明之非圆盘型腔半导体激光器中，上波导层、有源增益区、下波导层具有相同形状的外边界，外边界曲线为型曲线，型曲线的极坐标方程为式中：为极径，为极角，R0为特征半径，ε为形变因子，ε＝0.35～0.45，型曲线的起点为0°位置，定向光耦合输出位置有两个，分别是为90°、270°的位置，其特征在于，在上波导层边缘与外边界为90°或/和270°的位置对应的位置设置波长选择光栅。该方案能够获得单一波长光输出。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有波长选择光栅的非圆盘型腔半导体激光器，属于微腔激光器技术领域。
背景技术
在微腔激光器中，相比于圆盘型腔半导体激光器，非圆盘型腔半导体激光器具有定向光耦合输出的特点，这种微腔激光器适合于激光通信、激光探测、基础研究、医疗等。典型的非圆盘型腔半导体激光器是型结构微腔激光器，该方案公布于2009年6月出版的“Applied Physics Letters”第94期第251101页。所述型结构微腔激光器的结构特征如下。如图1所示，自上而下依次是上电极1、上波导层2、有源增益区3、下波导层4、衬底5、下电极6、热沉7。上波导层2、有源增益区3、下波导层4具有相同形状的外边界，外边界曲线为型曲线，型曲线的极坐标方程为式中：R0为特征半径，ε为形变因子，ε＝0.37～0.43。型曲线的起点为0°位置，定向光耦合输出位置有两个，分别是为90°、270°的位置。型结构微腔激光器在耳语回廊模式下工作，能够实现定向光耦合输出。
然而，所述型结构微腔激光器的激射光谱表现出多波长激射特性。所述多波长激射特性使得器件不能用在需要单一波长工作的领域中，如光信息通信、光信息逻辑计算、光信息检测等，否则会出现信息失真、逻辑错误及检测效率低等情况。
发明内容
为了实现非圆盘型腔半导体激光器单一波长输出，我们发明了一种具有波长选择光栅的非圆盘型腔半导体激光器。
本发明之具有波长选择光栅的非圆盘型腔半导体激光器自上而下依次是上电极1、上波导层2、有源增益区3、下波导层4、衬底5、下电极6、热沉7，上波导层2、有源增益区3、下波导层4具有相同形状的外边界，外边界曲线为型曲线，型曲线的极坐标方程为式中：为极径，为极角，R0为特征半径，ε为形变因子，ε＝0.35～0.45，型曲线的起点为0°位置，定向光耦合输出位置有两个，分别是为90°、270°的位置，其特征在于，如图2、图3所示，在上波导层2边缘与外边界为90°或/和270°的位置对应的位置设置波长选择光栅8。
本发明其技术效果在于，与现有技术相比，本发明在定向光耦合输出的前提下，由于在上波导层2光输出位置设置波长选择光栅8，因此，能够实现单一波长输出且锁定输出波长，输出波长由波长选择光栅8的结构及非圆盘型腔半导体激光器多波长激射特性决定。本发明的附带技术效果是具有非常窄的谱线宽度，非常高的边模抑制比。
本发明之具有波长选择光栅的非圆盘型腔半导体激光器其工作过程如下。注入的激励电流经过上电极1、上波导层2注入有源增益区3，电子和空穴复合，或者电子从高能级向低能级跃迁，产生受激发射，上波导层2和下波导层4在垂直方向对激射光起到限制作用，同时各种波长的激射光与光栅波导层即具有波长选择光栅8的上波导层2作用，产生波长选择效果，自腔的外边界定向输出单一波长光。
本发明之具有波长选择光栅的非圆盘型腔半导体激光器其方案既适合于Ⅲ—V、II—Ⅵ族半导体材料激光器，也适合于有机发光器件。本发明之具有波长选择光栅的非圆盘型腔半导体激光器其方案还能够应用于其它结构形式的微腔，如螺旋微腔、三角形微腔、正方形微腔等。
附图说明
图1是现有型结构微腔激光器的结构主视示意图。图2是本发明之具有波长选择光栅的非圆盘型腔半导体激光器结构主视示意图。图3是本发明之具有波长选择光栅的非圆盘型腔半导体激光器结构俯视示意图，该图同时作为摘要附图。
具体实施方式
如图2、图3所示，本发明之具有波长选择光栅的非圆盘型腔半导体激光器自上而下依次是上电极1、上波导层2、有源增益区3、下波导层4、衬底5、下电极6、热沉7。上电极1、下电极6均为金电极。上波导层2、下波导层均为InGaAsP层。有源增益区3为InGaAs/InAlAs量子阱级联结构。衬底5材料为InP。热沉7为铜板。下电极6由焊料直接焊接在热沉7上。或者在下电极6、热沉7之间焊装AlN(氮化铝)散热片。上波导层2、有源增益区3、下波导层4具有相同形状的外边界，外边界曲线为型曲线。型曲线的极坐标方程为式中：为极径，为极角，R0为特征半径，R0＝100～150μm，ε为形变因子，ε＝0.35～0.45，型曲线的起点为0°位置，定向光耦合输出位置有两个，分别是为90°、270°的位置。实际上，特征半径R0的大小是在拟输出单一波长光波长的1～100整数倍范围内确定。在上波导层2边缘与外边界为90°或/和270°的位置对应的位置设置波长选择光栅8。波长选择光栅8位于上波导层2的上表层。波长选择光栅8的厚度a为拟输出单一波长光波长的1/4～1/2，小于1/4波长选择效果差，大于1/2则损耗大。波长选择光栅8的各光栅条纹平行，中心条纹指向极点O。波长选择光栅8的宽度b为拟输出单一波长光波长的2～3倍，如此有利于径向模式的改善，利于低阶径向模式工作。由所述上波导层2、有源增益区3、下波导层4的材料及结构决定了该非圆盘型腔半导体激光器的中心波长为10μm，配合所设置的波长选择光栅8，上述方案能够获得10μm单一波长光输出。
Claims (3)
1.一种具有波长选择光栅的非圆盘型腔半导体激光器，自上而下依次是上电极(1)、上波导层(2)、有源增益区(3)、下波导层(4)、衬底(5)、下电极(6)、热沉(7)，上波导层(2)、有源增益区(3)、下波导层(4)具有相同形状的外边界，外边界曲线为型曲线，型曲线的极坐标方程为式中：为极径，为极角，R0为特征半径，ε为形变因子，ε＝0.35～0.45，型曲线的起点为0°位置，定向光耦合输出位置有两个，分别是为90°、270°的位置，其特征在于，在上波导层(2)边缘与外边界为90°或/和270°的位置对应的位置设置波长选择光栅(8)；能够实现单一波长输出；波长选择光栅(8)的宽度b为拟输出单一波长光波长的2～3倍；波长选择光栅(8)的厚度a为拟输出单一波长光波长的1/4～1/2。
2.根据权利要求1所述的具有波长选择光栅的非圆盘型腔半导体激光器，其特征在于，波长选择光栅(8)位于上波导层(2)的上表层。
3.根据权利要求1所述的具有波长选择光栅的非圆盘型腔半导体激光器，其特征在于，波长选择光栅(8)的各光栅条纹平行，中心条纹指向极点O。
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