一种反馈式窄线宽高功率半导体激光芯片及使用方法技术

本发明专利技术公开了一种反馈式窄线宽高功率半导体激光芯片及使用方法，包括：集成在单一芯片上的同相超模选择结构、1/2泰伯距离波导、侧向光栅耦合脊形波导阵列、激光放大锥形波导阵列和边模抑制微结构；侧向光栅耦合脊形波导阵列出射的激光经1/2泰伯距离波导入射至同相超模选择结构中；经同相超模选择结构进行模式选择后，激光再反射回侧向光栅耦合脊形波导阵列内；在小电流激励下，复合谐振腔内优先起振同相模式，输出同相超模激光；同相超模激光入射至激光放大锥形波导阵列中进行功率放大，并在边模抑制微结构的作用下，输出窄线宽、高功率、同相超模的激光。

【技术实现步骤摘要】
一种反馈式窄线宽高功率半导体激光芯片及使用方法
本专利技术涉及半导体激光芯片
，具体涉及一种反馈式窄线宽高功率半导体激光芯片及使用方法。
技术介绍
在外腔反馈高功率半导体激光器件中，采用单片集成技术一般用来获得相干的多个发光点激光输出。但是其输出的光场模式不单一，在远场或者经过聚焦后能量不是很集中；尤其是在光纤耦合过程中，不能耦合进入芯径较小的光纤。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，为改善激光的远场分布，本专利技术提供一种反馈式窄线宽高功率半导体激光芯片及使用方法，此芯片可以输出同相超模，使得在远场中能量集中于一个光场包络。本专利技术公开了一种反馈式窄线宽高功率半导体激光芯片，包括：集成在单一芯片上的同相超模选择结构、1/2泰伯距离波导、侧向光栅耦合脊形波导阵列、激光放大锥形波导阵列和边模抑制微结构；所述同相超模选择结构设置在所述1/2泰伯距离波导的一侧，所述侧向光栅耦合脊形波导阵列设置在所述1/2泰伯距离波导的另一侧，三者共同构成复合谐振腔，用于输出同相超模激光；所述激光放大锥形波导阵列的输入端与所述侧向光栅耦合脊形波导阵列的输出端对应相连，所述激光放大锥形波导阵列的输出端相连形成输出腔面，用于对同相超模激光进行功率放大；所述激光放大锥形波导阵列的两侧设有边模抑制微结构，用于保证经激光放大锥形波导阵列放大后的激光模式仍为基横模；基于所述同相超模选择结构、1/2泰伯距离波导、侧向光栅耦合脊形波导阵列、激光放大锥形波导阵列和边模抑制微结构，获得窄线宽、高功率、同相超模的激光输出。作为本专利技术的进一步改进，所述同相超模选择结构是镀有周期性间隔排列的高反光学膜和高透光学膜的解理面，或者是间隔半周期的非公线侧向光栅耦合脊形波导阵列和镀有高反光学膜的解理面。作为本专利技术的进一步改进，所述1/2泰伯距离波导为无刻蚀外延结构、重掺杂层刻蚀后的外延结构或重掺杂层和部分包层刻蚀后的外延结构。作为本专利技术的进一步改进，在所述侧向光栅耦合脊形波导阵列中，脊形波导两侧的光栅深度为刻蚀包层的深度、刻蚀全部包层的深度或刻蚀部分波导层的深度。作为本专利技术的进一步改进，在所述侧向光栅耦合脊形波导阵列中，脊形波导两侧的光栅为一阶布拉格光栅或高阶布拉格光栅。作为本专利技术的进一步改进，所述1/2泰伯距离波导与所述侧向光栅耦合脊形波导阵列的连接部分为无刻蚀沟槽连接部分或制备有隔离沟槽的连接部分，所述侧向光栅耦合脊形波导阵列采用小电流激励。作为本专利技术的进一步改进，所述激光放大锥形波导阵列为折射率导引波导结构或增益导引波导结构，所述激光放大锥形波导阵列的输出腔面镀高透射率光学膜，采用大电流激励，对所述侧向光栅耦合脊形波导阵列输出的同相超模激光进行功率放大。作为本专利技术的进一步改进，所述侧向光栅耦合脊形波导阵列与激光放大锥形波导阵列的电流隔离沟槽为刻蚀了重掺层的结构或刻蚀了部分包层的结构。作为本专利技术的进一步改进，所述边模抑制微结构为外延生长光子晶体结构、或具有不同折射率的光栅结构。本专利技术还公开了一种反馈式窄线宽高功率半导体激光芯片使用方法，包括：所述侧向光栅耦合脊形波导阵列出射的激光经所述1/2泰伯距离波导入射至所述同相超模选择结构中；经所述同相超模选择结构进行模式选择后，激光再反射回所述侧向光栅耦合脊形波导阵列内；在小电流激励下，所述复合谐振腔内优先起振同相模式，输出同相超模激光；所述同相超模激光入射至所述激光放大锥形波导阵列中进行功率放大，并在所述边模抑制微结构的作用下，输出窄线宽、高功率、同相超模的激光。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术将同相超模选择结构、1/2泰伯距离波导、侧向光栅耦合脊形波导阵列、激光放大锥形波导阵列和边模抑制微结构集成在单一芯片上，基于创新的光路结构布设，最终可获得窄线宽、高功率、同相超模激光输出。附图说明图1为本专利技术实施例1的反馈式窄线宽高功率半导体激光芯片的结构示意图；图2为本专利技术实施例2的反馈式窄线宽高功率半导体激光芯片的结构示意图；图3为本专利技术一种实施例公开的反馈式窄线宽高功率半导体激光芯片使用方法的流程图。图中：1、同相超模选择结构；2、1/2泰伯距离波导；3、侧向光栅耦合脊形波导阵列；4、激光放大锥形波导阵列；5、边模抑制微结构；6、输出腔面。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。下面结合附图对本专利技术做进一步的详细描述：如图1、2所示，本专利技术提供一种反馈式窄线宽高功率半导体激光芯片，包括：集成在单一芯片上的同相超模选择结构1、1/2泰伯距离波导2、侧向光栅耦合脊形波导阵列3、激光放大锥形波导阵列4和边模抑制微结构5；具体的：本专利技术的同相超模选择结构1设置在1/2泰伯距离波导2的一侧，侧向光栅耦合脊形波导阵列3设置在1/2泰伯距离波导2的另一侧，同相超模选择结构1、1/2泰伯距离波导2和侧向光栅耦合脊形波导阵列3共同构成复合谐振腔，用于输出同相超模激光。其中，本专利技术的同相超模选择结构1是镀有周期性间隔排列的高反光学膜和高透光学膜的解理面，如图1所示；或者是间隔半周期的非公线侧向光栅耦合脊形波导阵列和镀有高反光学膜的解理面，如图2所示。本专利技术的1/2泰伯距离波导2为无刻蚀外延结构、重掺杂层刻蚀后的外延结构或重掺杂层和部分包层刻蚀后的外延结构。本专利技术的侧向光栅耦合脊形波导阵列3由数十个带有侧向光栅的脊形波导组成，每个脊形波导为窄条形波导，其可同时调制激光的纵向模式和横向模式；同时，侧向光栅耦合脊形波导阵列3采用小电流激励。其中，在侧向光栅耦合脊形波导阵列3中，脊形波导两侧的光栅深度为刻蚀包层的深度、刻蚀全部包层的深度或刻蚀部分波导层的深度，脊形波导两侧的光栅为一阶布拉格光栅或高阶布拉格光栅；1/2泰伯距离波导2与侧向光栅耦合脊形波导阵列3的连接部分为无刻蚀沟槽连接部分或制备有隔离沟槽的连接部分。在复合谐振腔中，由侧向光栅耦合脊形波导阵列3出射的激光经1/2泰伯距离波导2在同相模式选择结构1上进行反射，再经过1/2泰伯距离波导2返回至侧向光栅耦合脊形波导阵列3输出端；在模式竞争中，由于同相超模选择结构1的存在和低电流激励的方式，同相超模激光在谐振腔内优先起振。本专利技术的激光放大锥形波导阵列4的输入端与侧向光栅耦合脊形波导阵列3的输出端对应相连，激光放大锥形波导阵列4的输出端相连形成一个百微米级别的单一大尺寸输出腔面6，并在输出腔面6镀高透射率光学膜。其中，激光放大锥形波导阵列4采用大电流激励方式，对侧向光栅耦合脊形波导阵列3输出的同相超模激光进行功率放大。进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种反馈式窄线宽高功率半导体激光芯片，其特征在于，包括：集成在单一芯片上的同相超模选择结构、1/2泰伯距离波导、侧向光栅耦合脊形波导阵列、激光放大锥形波导阵列和边模抑制微结构；/n所述同相超模选择结构设置在所述1/2泰伯距离波导的一侧，所述侧向光栅耦合脊形波导阵列设置在所述1/2泰伯距离波导的另一侧，三者共同构成复合谐振腔，用于输出同相超模激光；/n所述激光放大锥形波导阵列的输入端与所述侧向光栅耦合脊形波导阵列的输出端对应相连，所述激光放大锥形波导阵列的输出端相连形成输出腔面，用于对同相超模激光进行功率放大；/n所述激光放大锥形波导阵列的两侧设有边模抑制微结构，用于保证经激光放大锥形波导阵列放大后的激光模式仍为基横模；/n基于所述同相超模选择结构、1/2泰伯距离波导、侧向光栅耦合脊形波导阵列、激光放大锥形波导阵列和边模抑制微结构，获得窄线宽、高功率、同相超模的激光输出。/n

【技术特征摘要】
1.一种反馈式窄线宽高功率半导体激光芯片，其特征在于，包括：集成在单一芯片上的同相超模选择结构、1/2泰伯距离波导、侧向光栅耦合脊形波导阵列、激光放大锥形波导阵列和边模抑制微结构；
所述同相超模选择结构设置在所述1/2泰伯距离波导的一侧，所述侧向光栅耦合脊形波导阵列设置在所述1/2泰伯距离波导的另一侧，三者共同构成复合谐振腔，用于输出同相超模激光；
所述激光放大锥形波导阵列的输入端与所述侧向光栅耦合脊形波导阵列的输出端对应相连，所述激光放大锥形波导阵列的输出端相连形成输出腔面，用于对同相超模激光进行功率放大；
所述激光放大锥形波导阵列的两侧设有边模抑制微结构，用于保证经激光放大锥形波导阵列放大后的激光模式仍为基横模；
基于所述同相超模选择结构、1/2泰伯距离波导、侧向光栅耦合脊形波导阵列、激光放大锥形波导阵列和边模抑制微结构，获得窄线宽、高功率、同相超模的激光输出。


2.如权利要求1所述的反馈式窄线宽高功率半导体激光芯片，其特征在于，所述同相超模选择结构是镀有周期性间隔排列的高反光学膜和高透光学膜的解理面，或者是间隔半周期的非公线侧向光栅耦合脊形波导阵列和镀有高反光学膜的解理面。


3.如权利要求1所述的反馈式窄线宽高功率半导体激光芯片，其特征在于，所述1/2泰伯距离波导为无刻蚀外延结构、重掺杂层刻蚀后的外延结构或重掺杂层和部分包层刻蚀后的外延结构。


4.如权利要求1所述的反馈式窄线宽高功率半导体激光芯片，其特征在于，在所述侧向光栅耦合脊形波导阵列中，脊形波导两侧的光栅深度为刻蚀包层的深度、刻蚀全部包层的深度或刻蚀部分波导层的深度。


5.如权利要求1所述的反馈式窄线宽高功率半导体激光芯片...

【专利技术属性】
技术研发人员：李景，王智勇，代京京，兰天，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11