激光二极管被配置为抑制沿着由激光二极管发射的光束的快轴的第一和更高阶模式的激光发射。光学腔由激光二极管的p侧、激光二极管的n侧以及位于p侧和n侧之间的有源区限定。所述n侧具有形成波导的至少一部分的n波导层，所述波导具有朝向所述p侧偏移的量子阱。根据一些实施例，双覆层外耦合更高阶模式。根据其他实施例，双波导(例如，对称和非对称)减小了应用于更高阶模式的增益。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有量子阱偏移和沿着快轴的有效单模激光发射的大光学腔（LOC）激光二极管相关申请本申请要求于2018年5月30日提交的美国临时专利申请第62/677,748号的优先权权益，其通过引用并入本文。
本公开涉及一种激光二极管。
技术介绍
一些激光二极管，例如那些包括在可从申请人nLIGHT公司购得的高功率8xx-和9xx-nm商用激光二极管组件中的激光二极管，包括用于高功率和高效率性能的大光学腔(LOC)。
技术实现思路
描述了LOC激光二极管结构的几个实施例。这些实施例具有相对薄的p波导厚度并且还在垂直方向上以高功率和高效率提供单模激光发射操作。高功率激光二极管对于功率缩放和降低价格(以每瓦特成本测量)是合乎需要的。高效激光二极管对于降低能量消耗和延长装置寿命是合乎需要的。在一些示例中，激光二极管被配置为抑制沿着由激光二极管发射的光束的快轴的第一和更高阶模式的激光发射。激光二极管具有由激光二极管的p侧、激光二极管的n侧以及位于p侧和n侧之间的有源区限定的光学腔，n侧包括形成具有向p侧偏移的量子阱的波导的至少一部分的n波导层；和在p侧和n侧的一个或两个上的相邻覆层，所述相邻覆层包括外和内覆层，所述内覆层位于所述波导和所述外覆层之间并且与所述波导和所述外覆层相邻，所述外和内覆层分别具有第一和第二折射率，所述外覆层的所述第一折射率大于所述内覆层的所述第二折射率并且大于所述一阶模式的有效折射率，以便将其从所述波导外耦合。在一些示例中，渐变或阶梯折射率折射率分布可以与有源区相邻。在其他示例中，激光二极管被配置为抑制沿着由激光二极管发射的光束的快轴的第一和更高阶模式的激光发射。激光二极管具有由激光二极管的p侧、激光二极管的n侧以及位于p侧和n侧之间的有源区限定的光学腔；和在所述n侧上的一组n波导层，其形成双波导的至少一部分，所述组n波导层包括外和内n波导层，以降低施加到所述第一和更高阶模式的光增益。该波导在一些示例中是对称的并且在其他示例中是非对称的(相对于折射率)。从以下参考附图进行的实施例的详细描述中，其他方面和优点将变得明显。附图说明图1是根据现有技术的传统激光二极管的框图。图2是根据具有薄的p波导厚度(即，大量子阱偏移)和双n覆层结构的第一单模激光二极管设计范例(具体地，设计1a)，包括覆层(也称为包层)、波导和沿垂直轴布置的有源层的外延层堆叠的注释框图。图3是设计1a的折射率分布(RIP)的曲线图，示出了分别具有由虚线表示的有效折射率的基本和一阶模式的光强度分布的模型，用于与图2中引入的双覆层范例的内和外n覆层的折射率进行比较。图4是具有小折射率阶梯差(Δn)的单n覆层设计变体的RIP曲线图，并示出了变体和设计1a的基本模式的光强度分布的模型。图5是用于具有大Δn的单n包覆设计变体的RIP曲线图，并且示出了基本和一阶模式的光强度分布的模型，这两个模式都被限制在波导中并且因此导致多个光模的受激发射。图6是具有极大(即，基本上为零的p波导厚度)量子阱偏移的单模激光二极管设计1b的RIP的注释曲线图。图7是具有双p覆层结构和薄的p波导厚度(即大量子阱偏移)的单模激光二极管设计的RIP的注释曲线图。图8是第二设计范例的两个RIP的注释曲线图，包括分别具有阶梯和渐变折射率RIP层的两个相应的大量子阱偏移设计2a和2b。图9是注释曲线图，以对数刻度示出了对于图8的设计2a和2b的垂直远场强度分布模型，其表现出在高角度旁瓣中存在的相对小的光功率。图10是第二设计范例的两个RIP的注释曲线图，包括分别具有阶梯和非对称渐变折射率RIP层的两个对应的极大量子阱偏移设计2c和2d。图11是注释曲线图，以对数刻度示出了对于图10的设计2c和2d的垂直远场强度分布模型，其表现出在高角度旁瓣中存在的相对小的光功率。图12是第三大量子阱偏移设计范例的RIP的注释曲线图，其中外n波导具有与内n波导相比更低的折射率，并且其中基本模式的光限制因子被增强到0.5％，而一阶模式的光限制因子被降低到0.3％。图13是第四大量子阱偏移设计范例的RIP的注释曲线图，其中薄覆层分隔双波导结构，并且其中基本模式的光限制因子被增强到0.4％，而一阶模式的光限制因子被降低到0.2％。图14A是包括根据一个或多个所公开的设计范例构造的激光二极管的激光二极管组件的框图。图14B是沿着图14A的线B-B的阶梯式激光二极管基座侧视图。图15是对于传统LOC设计和具有沿着图3和6中所示的设计1a和1b的线的逐渐地较薄的p波导的若干薄的p波导设计的作为驱动电流(安培，A)的函数的模拟激光二极管电压(V)的曲线图。图16和17分别是传统LOC激光二极管设计和设计1a的高功率操作下的模拟电子和空穴浓度以及导带边缘的曲线图。图18是作为电流的函数的测量电压的曲线图，其指示对于具有沿着设计1a和1b的图3和6中所示的线逐渐地较薄的p波导的若干薄的p波导设计，功率消耗随着p波导厚度减小而更小。图19是图18的最薄的p波导设计的测量的快轴远场的曲线图，示出了对于10A和25A之间的测量电流的沿着快轴的单模输出。图20是传统激光二极管设计和采用沿着设计2a中所示的线的阶梯折射率RIP层的改进设计的作为电流的函数的测量电压和输出功率的曲线图。图21是传统激光二极管设计和图20的改进设计的作为电流的函数的测量效率的曲线图。图22是图20的改进设计的作为角度的函数的测量的快轴远场的曲线图。图23是示出根据另一实施例的双波导和双覆层的组合的RIP的注释曲线图。具体实施方式激光二极管可以根据所选材料而被制造为在宽范围的波长上工作。例如，这种激光二极管可以由InGaN、AlGaInP、GaAlAs、InGaAs、GaAsP、InGaAsP、InGaAsNSb或GaInAsSb制成，用于从至少约400nm(InGaN)至约3.4μm(GaInAsSb)范围内的激光发射波长。激光发射波长是指激光二极管的实际发射波长。实际发射波长随温度、驱动电流、激光腔长度变化；如本文所用，激光发射波长还指激光二极管可以发射的光谱带宽，其通常根据半高全宽或全宽1/e2强度来量化。例如，图1示出了从前端面118发射激光辐射114的传统激光二极管112的垂直波导100，该前端面在一个方向上比在正交方向上更长，使得发射的激光辐射114在平行于较长端面尺寸的方向上具有更小的发散度，并且在平行于较小端面尺寸的方向上具有更大的发散度。平行于并沿着较长端面尺寸的轴线称为慢轴120；平行于并沿着较小端面尺寸的轴线被称为快轴124。而且，如图1所示，垂直波导100包括p-n结的p侧132的p波导130、p-n结的n侧136上的n波导134，以及具有一个或多个量子阱层和其它部分以产生光学增益的有源层138(也称为有源区，并且在描述堆叠的部分时有时省略字层)。n和p波导层以及中间的层统称为波导本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种激光二极管，被配置为抑制沿着由所述激光二极管发射的光束的快轴的第一和更高阶模式的激光发射，所述激光二极管包含：/n由激光二极管的p侧、激光二极管的n侧以及位于p侧和n侧之间的有源区限定的光学腔，n侧包括形成具有向p侧偏移的量子阱的波导的至少一部分的n波导层；和/n在p侧和n侧的一个或两个上的相邻覆层，所述相邻覆层包括外和内覆层，所述内覆层位于所述波导和所述外覆层之间并且与所述波导和所述外覆层相邻，所述外和内覆层分别具有第一和第二折射率，所述外覆层的所述第一折射率大于所述内覆层的所述第二折射率并且大于所述一阶模式的有效折射率，以便将其从所述波导外耦合。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180530 US 62/677,7481.一种激光二极管，被配置为抑制沿着由所述激光二极管发射的光束的快轴的第一和更高阶模式的激光发射，所述激光二极管包含：
由激光二极管的p侧、激光二极管的n侧以及位于p侧和n侧之间的有源区限定的光学腔，n侧包括形成具有向p侧偏移的量子阱的波导的至少一部分的n波导层；和
在p侧和n侧的一个或两个上的相邻覆层，所述相邻覆层包括外和内覆层，所述内覆层位于所述波导和所述外覆层之间并且与所述波导和所述外覆层相邻，所述外和内覆层分别具有第一和第二折射率，所述外覆层的所述第一折射率大于所述内覆层的所述第二折射率并且大于所述一阶模式的有效折射率，以便将其从所述波导外耦合。
2.根据权利要求1所述的激光二极管，其中所述n侧包括所述相邻覆层。
3.根据权利要求1所述的激光二极管，其中所述p侧包括所述相邻覆层。
4.根据权利要求1所述的激光二极管，其中所述p侧包括与所述有源区相邻的p覆层，使得所述n波导基本上包括所述波导的整个部分。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的激光二极管，进一步包含与所述有源区相邻的渐变折射率折射率分布。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的激光二极管，进一步包含与所述有源区相邻的阶梯折射率折射率分布。
7.根据权利要求4所述的激光二极管，进一步包含与所述有源区相邻的非对称渐变折射率折射率分布。
8.根据权利要求4所述的激光二极管，进一步包含与所述有源区相邻的非对称阶梯折射率折射率分布。
9.一种激光二极管，被配置为抑制沿着由所述激光二极管发射的光束的快轴的...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈之纲，M·坎斯卡，
申请(专利权)人：恩耐公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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