多波導集成諧振半導體激光器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于新型半導體激光器技術領域，具體涉及一種多波導集成諧振半導體激光器。
【背景技術】
[0002]傳統半導體激光器，被廣泛的應用于工業加工、醫療、通訊、國防、泵浦源等領域，但是，由于其光束質量差、亮度低、單管功率低等問題，不能滿足很多應用領域的需求。隨著科技發展，越來越多的領域對更高功率的高光束質量、高亮度、窄線寬、高相干度的高功率激光的需求不斷增長。
[0003]為滿足這一應用，科學家提出一種錐形激光器。這種激光器通常由反射式布拉格光柵、主振蕩器的脊形波導和功率放大器的錐形波導構成。布拉格光柵用于調節激光器縱模，使激光器整體工作在單頻率狀態；脊形波導的主振蕩器用于限制激光器的側向模式，使主振蕩器產生高光束質量的種子光源；錐形波導的功率放大器可以在低電流工作的情況下放大種子光源的功率而不引入其他光學模式。這種錐形激光器提供擁有良好的光束質量和較高的輸出功率。然而，作為種子光源的主振蕩器在高功率工作時不僅不能很好的限制光學模式而引起跳摸，還容易由于能量過高導致腔面閾值損傷；如果需要進一步增大輸出功率，需要在制作半導體激光器芯片時增加錐形波導尺寸，這樣通常會引入額外的光學模式而導致光束質量劣化，亮度降低。因而錐形激光器問世二十年來，商業化的只有一些單管器件單獨應用。
[0004]因而需要研制出一種在不增加錐形波導尺寸的情況下，實現高功率、高亮度、高光束質量、窄線寬、高相干性的半導體激光器單管乃至線陣，應用于高功率激光器的光學系統中。
【發明內容】
[0005]為了解決現有技術中存在的問題，本發明提供了一種多波導集成諧振半導體激光器，主要解決半導體激光器單管和線陣的高功率、高光束質量、高亮度、窄線寬、高相干度的問題。同時，本發明還可以應用于集成光學領域，作為單一頻率或者多頻的激光信號源直接與其他光學元件集成；也可以作為太赫茲差頻的激光源，產生相位差穩定、激射波長不同的激光。
[0006]本發明解決技術問題所采用的技術方案如下:
[0007]多波導集成諧振半導體激光器，在半導體激光芯片上制作光子橋、模式穩定器和功率放大器；光子橋通過一個或多個全同或相異的模式穩定器陣列與功率放大器連接。
[0008]本發明的有益效果是:
[0009]1、種子光源模式更穩定:光學模式會經過多個模式穩定器的充分篩選和過濾，更加容易獲得穩定單模工作的高質量種子光源。
[0010]2、功率更大、亮度更高、穩定性更好:經過模式穩定器篩選過的光學模式被傳遞給多個功率放大器進行功率放大，之后通過腔面鍍膜技術，可以實現單一或幾個出光口的激光輸出，相當于原來多個功率放大器放大后的光功率從一個或者少數幾個出光口激射，出光口的能量密度提升了幾倍，而光束質量不變，因而更加容易得到大功率高亮度激光。并且由于激光芯片的單片集成，相比于采用傳統的激光器線陣，省去了光束合束步驟，降低了成本，并且提高了光學系統的穩定性。
[0011]3、腔面不容易損壞:相比于的普通錐形激光器的結構，本項目提出的結構由于出光腔面全在功率放大器部分，模式穩定器的波導部分沒有暴露在空氣中的腔面，不會像普通的錐形激光器一樣由于尺度過小導致功率密度過高而發生腔面氧化等現象從而導致腔面災變性損壞，大大提高了腔面損傷閾值，在大功率條件下工作也不容易損壞。
[0012]4、出光亮度穩定:可以在不增加功率放大器的尺寸下，通過使用光子橋連接經過多個功率放大器得到的激光能量的方法來獲得高功率，進而避免了增大功率放大器的尺寸額外引入的多余模式激射問題；多個模式穩定器還可以很好的抑制光束成絲現象，保證了光束質量。
[0013]5、成本更低，易商業化:本專利提出的多波導集成諧振半導體激光器只需普通商用激光器的制備技術:光子晶體的制備方法已經成熟，目前已經大規模應用于LED生產和商業化，基于光柵制備技術的半導體激光器也已經有商用產品問世，因而工藝流程簡單，技術完善，可以支持工業加工、激光醫療等各行業的發展。
[0014]6、通過設計模式穩定器的結構可以調節出射激光器波長，使之工作在穩定的單波長或多波長狀態，并且不同的波長之間有著穩定的相位差。可以滿足光互連中使用的可調諧激光、非線性光學中使用的差頻激光等不同領域的大功率激光輸出需求。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明的多波導集成諧振半導體激光器實施例一的立體結構圖。
[0016]圖2為本發明的多波導集成諧振半導體激光器實施例一的主視圖。
[0017]圖3為本發明的多波導集成諧振半導體激光器實施例二的立體結構圖。
[0018]圖4為本發明的多波導集成諧振半導體激光器實施例二的主視圖。
[0019]圖5為本發明的多波導集成諧振半導體激光器的光子橋的曲線說明圖。
[0020]其中:1、光子橋，2、模式穩定器，3、功率放大器，4、彎曲波導，5、Y形波導，6、光子晶體，7、第一光柵，8、第二光柵，9、光學槽和10、半導體激光芯片。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖和實施例對本發明做進一步詳細說明。
[0022]在半導體激光芯片10上制作光子橋1、模式穩定器2和功率放大器3 ;光子橋I通過一個或多個全同或相異的模式穩定器2陣列與功率放大器3連接。
[0023]光子橋I負責連接各個模式穩定器2和功率放大器3，使得激光在半導體激光芯片10上沿著光子橋I在各個模式穩定器2和功率放大器3之間傳遞和諧振，使得光子能量的傳輸路徑彎曲180°或者90°，或者實現其他設計角度的彎曲，并且由于傳輸路徑改變導致的能量損耗低于0.5dB。其光子傳輸路徑可以是沿著圓弧形或者曲線，或者在折角處實現全反射。其結構可以是Y形波導、脊形波導、光子晶體波導、光學槽，以及以上結構的混合應用。
[0024]模式穩定器2可以用來穩定光學模式，也可以產生頻率穩定和光學模式單一的高光束質量種子光源。在一個多波導集成諧振半導體激光器芯片內，每個模式穩定器2可以各自采取不同的結構，起到不同的功能。其結構可以是側面或者頂面光柵結構、SLOT結構、脊形結構、光子晶體結構、分布反饋結構以及以上結構的混合應用。
[0025]功率放大器3可以在不引入其他光學模式的情況下放大種子光源的功率。其結構可以是錐形波導結構。在半導體激光芯片10上已存在一個