本發明屬于激光器,具體涉及一種基于對稱破缺連續域束縛態的單向輻射激光器。
背景技術:
1、現有的基于bic的激光器,為了提高有源層的能量利用效率,往往直接在量子阱鄰層刻蝕形成光子晶體,因而在有源層引入材料缺陷,同時增加了器件的加工難度,限制了激光器的使用壽命和性能,嚴重阻礙了基于光子晶體板的高性能激光器的工業化生產和大規模使用;同時基于光子晶體的激光器存在品質因子與輸出功率的取舍,因此很難實現高q且輸出功率可觀的激光器。
2、為解決此問題,可以利用bic相關理論指導光子晶體的結構設計。不同于傳統的基于二維光子晶體板設計的激光器,本發明定義包括有源區和介質層和反射器的整體作為光子晶體,分析其能帶和對稱性質。通過引入面外對稱性,調整光子晶體整體的內部光耦合,在其光子帶結構的奇異點(γ、m等)處實現二維駐波的激光振蕩,從而在大面積范圍內實現增益和單模振蕩,同時避免了有源層的暴露和刻蝕,提高器件穩定性、延長了器件的使用壽命。相較于垂直腔表面發射激光器(vesel),該結構無需上下兩層dbr就能夠實現單向輻射,可以顯著降低器件整體電阻和電泵浦過程中的熱損耗。
技術實現思路
1、本發明的目的在于提供一種基于對稱破缺連續域束縛態的單向輻射激光器,以解決上述背景技術中提出的問題。
2、為實現上述目的,本發明提供如下技術方案:
3、一種基于對稱破缺連續域束縛態的單向輻射激光器,包括:
4、單層介質層,所述單層介質層由光子晶體板組成,且所述光子晶體板上設置有面內的二維周期性結構,由具備c4v對稱性的圓形空氣柱作為單胞結構;
5、有源層,所述有源層設置在單層介質層下方,且所述有源層包括量子阱和覆蓋在量子阱兩側的包層;
6、分布式布拉格反射器,所述分布式布拉格反射器設置在有源層下方;
7、gaas層,所述gaas層設置在分布式布拉格反射器下方。
8、優選的,所述光子晶體板選用折射率為3.6的非晶硅材料。
9、優選的,所述有源層選用折射率為3.4的gaas材料。
10、優選的,所述分布式布拉格反射器由兩種折射率不同的材料交替堆疊多個周期組成,所述材料反射率為98%以上。
11、優選的,所述分布式布拉格反射器選用材料包括gaas體系、al?gaas體系、i?np體系和gan體系。
12、優選的,所述光子晶體板上方設置有p型電極,所述gaas層下方設置有n型電極,所述光子晶體板選用gaas基摻雜材料。
13、一種基于對稱破缺連續域束縛態的單向輻射激光器的制備方法,具體包括以下步驟:
14、s1、采用等離子體增強化學氣相沉積法pecvd在gaas襯底上沉積介質層,并利用電子束曝光(ebl)技術和反應離子刻蝕技術(ri?e)實現介質層結構的刻蝕,形成光子晶體板;
15、s2、采用與s1相同的方法在gaas襯底背面交替沉積多個周期的不同折射率的介質層,形成分布式布拉格反射器,最后在分布式布拉格反射器底部設置gaas層;
16、s3、在s2結構基礎上,結合泵浦源,集成激光器;
17、s4、在s2結構基礎上,在集成結構的正面和背面分別鍍一層金屬作為p型電極和n型電極,結合泵浦源,集成激光器。
18、與現有技術相比,本發明的有益效果是:
19、本發明設計了一種基于面外對稱性破缺的連續域束縛態(bic)結構,利用結構參數對本征頻率的影響,實現單波長、單模振蕩的器件性能;不同于傳統的基于對稱性破缺的bic激光器直接將二維光子晶體與有源層結合,該結構將圖案化的介質層與有源層分離,將二者和底層的dbr看為一個整體計算本征頻率和能帶,避免對有源層的加工引入不穩定的缺陷;同時在光子晶體板的另一側設計分布式布拉格反射器控制單一輻射方向,提高激光器的輸出功率。本產品結構簡單,易于制造,且對于結構參數具有魯棒性。光子晶體板不僅用于調節輻射狀態,同時也與dbr構成高q值的激光器諧振腔,無需上下兩層dbr,就可以顯著降低電阻和電泵浦過程中的熱損耗。
1.一種基于對稱破缺連續域束縛態的單向輻射激光器,其特征在于,包括:
2.根據權利要求1所述的一種基于對稱破缺連續域束縛態的單向輻射激光器,其特征在于:所述光子晶體板(1)選用折射率為3.6的非晶硅材料。
3.根據權利要求2所述的一種基于對稱破缺連續域束縛態的單向輻射激光器,其特征在于:所述有源層選用折射率為3.4的gaas材料。
4.根據權利要求3所述的一種基于對稱破缺連續域束縛態的單向輻射激光器,其特征在于:所述分布式布拉格反射器(3)由兩種折射率不同的材料交替堆疊多個周期組成,所述材料反射率為98%以上。
5.根據權利要求4所述的一種基于對稱破缺連續域束縛態的單向輻射激光器,其特征在于:所述分布式布拉格反射器(3)選用材料包括gaas體系、algaas體系、inp體系和gan體系。
6.根據權利要求1所述的一種基于對稱破缺連續域束縛態的單向輻射激光器,其特征在于:所述光子晶體板(1)上方設置有p型電極(5),所述gaas層(4)下方設置有n型電極(6),所述光子晶體板(1)選用gaas基摻雜材料。
7.一種基于對稱破缺連續域束縛態的單向輻射激光器的制備方法,其特征在于,具體包括以下步驟: