一种窄线宽激光器及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种窄线宽激光器，该激光器为脊波导结构，脊波导的两侧均设有光吸收层，光吸收层包括多个等间隔排布的光吸收条；利用光吸收层对特定波长的光的吸收作用，实现单模出射。本发明专利技术的激光器采用脊波导和在脊波导的两侧设置等间隔排布的光吸收条，利用光吸收材料本身对特定波长的光的吸收作用，通过调整光吸收层到有源层的距离实现最大的光吸收效率，对不是目标波长的波段进行吸收，使同相的光模式得到增益，使其他模式损耗增强，最终实现单模出射。

【技术实现步骤摘要】
一种窄线宽激光器及其制作方法
本专利技术属于光电子器件
，具体涉及一种窄线宽激光器及其制作方法。
技术介绍
窄线宽激光器具有抽运阈值低、转换效率高、散热效果好、调谐范围宽、耦合效率高、结构紧凑等特点，其凭借窄线宽、低噪声等优点广泛应用于光纤传感、光纤遥感高精度光谱及光纤通信领域，极大推动大量程传感、远距离测量激光雷达的发展。FP腔激光器(Fabry-PerotLaser)是当前最简单的激光器结构，它不需要多次外延，仅需一次刻蚀就可以完成。但是，典型的单段FP腔激光器所有满足相位关系的波长都会引起振荡并相互竞争，不存在任何选模机制，所以最终出射的是一系列间隔相等的波长。为了在FP腔激光器上得到高质量的单模输出，最常见的方法是利用腔外选模手段(如光栅)实现单模输出，但是这会增大激光器体积并且降低激光器的集成特性。另一个思路是在FP腔内引入特殊波导耦合结构，其中都柏林城市大学的一个研究组制作的SlottedFabry-PerotLaser，即SFP激光器，显示了不错的特性。但是这种结构仍存在两点问题，第一、如图1所示，在激光器腔内大部分能量是集中在量子阱层9的，而浅刻蚀槽8恰好刻蚀到量子阱层9，当光经过这一界面的时候会有很大一部分能量碰到槽底部的锐角，进而散射出谐振腔外，为腔内引入额外损耗；第二、此器件采用解理面作为反射面，在实际操作中误差一般至少达到10um左右，最终导致实际器件波长大大偏离设计波长。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供一种窄线宽激光器及其制作方法，解决FP腔激光器不存在选模机制的问题。本专利技术提供一种窄线宽激光器，该激光器为脊波导结构，脊波导的两侧均设有光吸收层，光吸收层包括多个等间隔排布的光吸收条；该光吸收层吸收特定波长的光。进一步地，光吸收条的间隔周期d1为：式中，n表示模式的数值，n为奇数，λ表示自由空间波长，neff，ave表示波导的平均有效折射率。进一步地，光吸收层到有源层的距离使得光吸收层对特定波长的光的吸收效率最大。进一步地，光吸收条是由具有光吸收作用的材料制成，材料具体为金、铂、铝、二氧化钛、二硫化钼或钙钛矿。进一步地，该激光器从下到上依次包括n面电极层、衬底层、下包层、下光限制层、有源层、上光限制层、上包层和P面电极层。本专利技术还提供一种窄线宽激光器的制作方法，包括以下步骤：制作出脊波导结构；在脊波导的两侧制作出光吸收层，光吸收层包括多个等间隔排布的光吸收条，该光吸收层吸收特定波长的光。进一步地，还包括步骤：调整光吸收层到有源层的距离，提高光吸收层对特定波长的光的吸收效率。进一步地，光吸收条为金属条，在脊波导的两侧制作出多个等间隔排布的金属条具体包括：在脊波导的两侧涂光刻胶，利用设计好的掩模版进行光刻，光刻之后进行显影去胶，去掉金属条区域的光刻胶；采用蒸发镀金的方式，在脊波导的两侧形成金属层；再进行去胶，将未显影区域的光刻胶上覆盖的金属去掉，形成多个等间隔排布的金属条。进一步地，该方法还包括步骤：在衬底上依次生长下包层、下光限制层、有源层、上光限制层和上包层。进一步地，刻蚀上包层，制作出脊波导结构。本专利技术的有益效果是：本专利技术的激光器采用脊波导和在脊波导的两侧设置等间隔排布的光吸收条，利用光吸收材料本身对特定波长的光的吸收作用，对不是目标波长的波段进行吸收，使同相的光模式得到增益，使其他模式损耗增强，最终实现激光器出射目标波长。进一步地，通过调整光吸收层到有源层的距离，实现较大的光吸收效率，以提高激光器出射目标波长的效果。附图说明图1是本专利技术
技术介绍
中SFP激光器的结构示意图；图2是本专利技术实施例中窄线宽激光器的结构示意图；图3是本专利技术实施例中光吸收层的排布示意图；图4是本专利技术实施例中窄线宽激光器的制作流程图；图5是本专利技术激光器利用Matlab模拟的出射激光光谱。图中：1-n面电极层，2-衬底，3-下包层，4-有源层，5-上包层，6-金属层，7-P面电极层，8-刻蚀槽，9-量子阱层。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术作进一步的说明：本专利技术实施例的窄线宽激光器为脊波导结构，如图2所示，脊波导的两侧均设有光吸收层，如图3所示，光吸收层包括多个等间隔排布的光吸收条，该光吸收层吸收特定波长的光。利用光吸收层对特定波长的光的吸收作用，实现激光器出射目标波长。光吸收条是由具有光吸收作用的材料制成的；例如金、铂、铝等金属材料，以及二氧化钛、二硫化钼和钙钛矿的非金属光吸收材料。进一步地，光吸收条的间隔周期d1满足下式：式中，n表示模式的数值，n为奇数，λ表示自由空间波长，neff，ave表示波导的平均有效折射率。进一步地，光吸收层到有源层的距离使得光吸收层对特定波长的光的吸收效率较大，以提升激光器出射目标波长的效果。进一步地，如图2所示，该激光器从下到上依次包括n面电极层1、衬底层2、下包层3、下光限制层、有源层4、上光限制层、上包层5和p面电极层。FP腔激光器在激光模式发射器的包络中看到的明显光谱调制，是由沿激光波导分布的随机光散射区域引起的，通过在激光腔中引入一种或多种人工折射率扰动来改变激光二极管的发射光谱，故采用脊波导和光吸收层来实现单模出射。若激光器以单一横或纵模向模式工作，沿激光腔的每个点处的光的传播特性由单个标量复数k(即介质的波数)描述，其与介质n的复折射率有关，即：式中，ω和c分别是激光角频率和速度。折射率的实部η(z)决定了激光腔中每个点的光的波长，而折射率的虚部κ(z)代表了放大和衰减，κ(z)可以通过改变光吸收层与有源区之间的距离d2来改变，改变d2的大小实现较高的光吸收效率，使同相的光模式得到增益，同时对其他模式损耗增强。此外，光吸收层定位对最大光吸收也很重要，因此还要根据公式(1)确定光吸收层中光吸收条的间隔周期d1，d1、d2要满足:式中，n表示模式的数值，λ表示自由空间波长，neff，ave表示波导的平均有效折射率，α表示光吸收系数，与材料有关系，E表示光场强度。利用光吸收材料本身对特定波长的光的吸收作用，通过调整光吸收层到有源层的距离实现最大的光吸收效率，对不是目标波长的波段进行吸收，使同相的光模式得到增益，使其他模式损耗增强，最终实现激光器出射目标波长。其中，公式(2)的分母是没有设置光吸收层的情况，分子是设置了光吸收层的情况，这个公式说明的是在没有光吸收层的情况下，激光器截面本身的横模场分布，在镀了光吸收材料后，材料本身和距离会对光有吸收作用，通过这个来实现较大的光吸收效率，对不是目标波长的波段吸收(这是通过周期来决定的)；通过改变金属层与有源层的距离来实现折射率扰动，找到最合适的距离，在不影响目标波长的光场强度的情况下，使光吸收层对其他特定波长的光的吸收越大越好，也就是使κ(z)越大越好。本专利技术还提供一种窄线宽激光器的制作方法，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种窄线宽激光器，其特征在于，该激光器为脊波导结构，脊波导的两侧均设有光吸收层，光吸收层包括多个等间隔排布的光吸收条；该光吸收层吸收特定波长的光。/n

【技术特征摘要】
1.一种窄线宽激光器，其特征在于，该激光器为脊波导结构，脊波导的两侧均设有光吸收层，光吸收层包括多个等间隔排布的光吸收条；该光吸收层吸收特定波长的光。


2.根据权利要求1所述的窄线宽激光器，其特征在于，光吸收条的间隔周期d1为：



式中，n表示模式的数值，n为奇数，λ表示自由空间波长，neff，ave表示波导的平均有效折射率。


3.根据权利要求1所述的窄线宽激光器，其特征在于，光吸收层到有源层的距离使得光吸收层对特定波长的光的吸收效率最大。


4.根据权利要求1所述的窄线宽激光器，其特征在于，光吸收条是由具有光吸收作用的材料制成，材料具体为金、铂、铝、二氧化钛、二硫化钼或钙钛矿。


5.根据权利要求1所述的窄线宽激光器，其特征在于，该激光器从下到上依次包括n面电极层、衬底层、下包层、下光限制层、有源层、上光限制层、上包层和P面电极层。


6.一种窄线宽激光器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
制作出脊波...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲜青云，王任凡，吕辉，姚育成，
申请(专利权)人：武汉敏芯半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42