一种面发射多阶涡旋光束的分布反馈激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种面发射多阶涡旋光束的分布反馈激光器，其包括相邻的有源区和无源区，其中，有源区包括依次堆叠的衬底、下包层、下波导层、有源层、上波导层、上内包层和上包层，上内包层内具有选模光栅；无源区包括依次堆叠的衬底、下包层、波导芯层、上包层和叉状光栅，波导芯层侧壁与有源区中至少包含有源层的子叠层具有接触界面，上包层位于无源区的部分呈梳状结构，梳状结构的末端具有至少两个分离的条形波导，每个条形波导上形成有叉状光栅。有源区为谐振腔结构用来产生激光，无源区可以将激光器输出模式分成多个不同的模式，然后在条形波导上的叉状光栅输出不同阶数的面发射涡旋光束。涡旋光束。涡旋光束。

【技术实现步骤摘要】
一种面发射多阶涡旋光束的分布反馈激光器


[0001]本专利技术属于半导体激光器
，更具体地，涉及一种面发射多阶涡旋光束的分布反馈激光器。

技术介绍

[0002]半导体激光器通常被应用在数据通信网络的收发模块中，能够为短距、长距通信提供高可靠的激光光源。电磁波的角动量分为两个部分，即自旋角动量(SAM)和轨道角动量(OAM)。OAM光束与光场的空间结构相关，其光场在传播轴上具有exp(ilθ)的相位剖面，光场呈现出环形强度分布，形成涡旋光束。这为传统平面波的频率幅度相位和偏振态四个维度以外，提供了一个新的操控维度。因此，如何产生高质量的涡旋光束是一个比较热门的问题。
[0003]传统方法是利用螺旋相位板、全息光栅、空间光相位调制器或者超表面结构对高斯光源进行相位调制，从而产生不同拓扑状态的OAM光束，或者是通过在硅基平台利用微环结构中导模与辐射模耦合机制产生OAM光束。但是，此类基于无源器件都是需要外部光源来间接生成OAM光束，无法提高器件集成度。目前已经有通过集成微环腔的分布反馈激光器(DFB)，光栅辅助的微柱腔面发射激光器来实现单个阶次的OAM光束。然而单个阶次的光束无法满足高复用需求。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种面发射多阶涡旋光束的分布反馈激光器，其目的在于解决单个阶次的光束无法满足高复用需求的技术问题。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种面发射多阶涡旋光束的分布反馈激光器，其包括相邻的有源区和无源区，其中，
[0006]所述有源区包括依次堆叠的衬底、下包层、下波导层、有源层、上波导层、上内包层和上包层，所述上内包层内具有选模光栅，所述选模光栅用于调控所述有源区向所述无源区发射的光场模式；
[0007]所述无源区包括依次堆叠的所述衬底、所述下包层、波导芯层、所述上包层和叉状光栅，所述波导芯层侧壁与所述有源区中至少包含所述有源层的子叠层具有接触界面，所述上包层位于所述无源区的部分呈梳状结构，所述梳状结构的末端具有至少两个分离的条形波导，每个条形波导上形成有所述叉状光栅，所述无源区接收到所述有源区发射的光波后分别从各个所述叉状光栅输出涡旋光束。
[0008]优选地，还包括位于所述衬底背离所述下包层一侧的下电极以及位于所述上包层背离所述上内包层一侧的上电极，所述上电极和所述下电极均位于所述有源区内。
[0009]优选地，所述上内包层与所述波导芯层的材料组分一致，所述波导芯层与子叠层侧壁具有接触界面，所述子叠层包括所述下波导层、所述有源层和所述上波导层。
[0010]优选地，所述上内包层与所述波导芯层的材料组分不一致，所述波导芯层与子叠
层侧壁具有接触界面，所述子叠层包括所述下波导层、所述有源层、所述上波导层和所述上内包层。
[0011]优选地，所述接触界面为自所述上内包层指向所述下波导层的方向倾斜的倾斜界面。
[0012]优选地，所述倾斜界面的倾斜角度范围为30
°
≤α≤50
°
。
[0013]优选地，所述无源区的波导芯层与所述有源区的有源层的光致发光波长相同，所述波导芯层为体材料结构，所述有源层为量子阱结构。
[0014]优选地，所述梳状结构包括与所述有源区相接的矩形波导以及自所述矩形波导侧面沿背离所述无源区一侧延伸的并排的多个条形波导。
[0015]优选地，所述矩形波导的长度范围是140μm≤L≤160μm、宽度范围是10μm≤W≤15μm，每个条形波导的宽度范围是2μm≤W1≤4μm，位于有源区的上包层形成脊波导，所述脊波导的宽度为2μm≤W2≤4μm。
[0016]优选地，所述有源区的矩形波导相对于所述脊波导呈轴对称结构。
[0017]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，本申请中的激光器集成了有源区和无源区，其中，有源区为谐振腔结构用来产生激光，无源区设置条形波导，可以将激光器输出模式分成多个不同的模式，然后在条形波导上刻蚀不同的叉状光栅结构就可以实现不同阶数的面发射涡旋光束。由于本申请中在同一衬底上集成了有源区和无源区大大提高了器件的集成度。同时，由于无源区的波导芯层与有源部结构分离设置，可以提高对内部光场的调控，降低传输损耗，提高激光发射效率
附图说明
[0018]图1是本申请一实施例中的面发射多阶涡旋光束的分布反馈激光器的结构侧剖图；
[0019]图2是本申请另一实施例中的面发射多阶涡旋光束的分布反馈激光器的结构侧剖图
[0020]图3是本申请一实施例中的上包层的俯视图；
[0021]图4是本申请一实施例中的叉状光栅的形貌图；
[0022]图5是本申请一实施例中的激光器输出的涡旋光束的远场光场强度分布和相位图。
具体实施方式
[0023]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0024]如图1所示为本申请一实施例中的面发射多阶涡旋光束的分布反馈激光器的结构示意图，其包括有源区和无源区；
[0025]其中，有源区包括依次堆叠的衬底2、下包层3、下波导层4、有源层5、上波导层6、上内包层7和上包层8，上内包层7内具有选模光栅12，选模光栅12用于调控所述有源区向所述
无源区发射的光场模式。
[0026]其中，无源区包括依次堆叠的衬底2、下包层3、波导芯层11、上包层8和叉状光栅。结合图3所示，上包层8位于无源区的部分呈梳状结构，梳状结构的末端具有至少两个分离的条形波导，每个条形波导上形成有叉状光栅，例如图3所示的一阶叉状光栅13和二阶叉状光栅14，叉状光栅的形貌如图4所示。无源区接收到有源区发射的光波后分别从各个叉状光栅沿垂直方向输出多阶涡旋光束。其中，波导芯层11的材料组分相同，可以视为一个整体，且波导芯层11的侧壁与有源区中至少包含有源层5的子叠层具有接触界面，即无源区与有源区的膜层并非完全一体成型。研究表明，通过形成分界面，可以更好地调控光线并降低功率损耗。具体的，无源区和有源区的衬底2为一体成型结构，无源区和有源区的下包层3为一体成型结构，无源区和有源区的上包层8也为一体成型结构。
[0027]应当说明的是，叉状光栅的结构可以通过标准的全息投影方法计算得到，仅为本专利技术一种优选的实施方式，不应理解为对本专利技术唯一的限定，在本专利技术其他的一些实施例中，叉状光栅结构也可以选用其他高阶光栅或者算法优化的不规则分布的光栅等。
[0028]具体的，衬底2作为整个激光器的衬底层，同时也是一层欧姆接触层。有源层5用于为激光器提供增益；在激光器的注入电流的作用下，有源层5内的电子、空穴复合，辐射出光子，形成光场；有源层5具体可以是半导体材料、量子阱、量子线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面发射多阶涡旋光束的分布反馈激光器，其特征在于，包括相邻的有源区和无源区，其中，所述有源区包括依次堆叠的衬底、下包层、下波导层、有源层、上波导层、上内包层和上包层，所述上内包层内具有选模光栅，所述选模光栅用于调控所述有源区向所述无源区发射的光场模式；所述无源区包括依次堆叠的所述衬底、所述下包层、波导芯层、所述上包层和叉状光栅，所述波导芯层侧壁与所述有源区中至少包含所述有源层的子叠层具有接触界面，所述上包层位于所述无源区的部分呈梳状结构，所述梳状结构的末端具有至少两个分离的条形波导，每个条形波导上形成有所述叉状光栅，所述无源区接收到所述有源区发射的光波后分别从各个所述叉状光栅输出涡旋光束。2.如权利要求1所述的面发射多阶涡旋光束的分布反馈激光器，其特征在于，还包括位于所述衬底背离所述下包层一侧的下电极以及位于所述上包层背离所述上内包层一侧的上电极，所述上电极和所述下电极均位于所述有源区内。3.如权利要求1所述的面发射多阶涡旋光束的分布反馈激光器，其特征在于，所述上内包层与所述波导芯层的材料组分一致，所述波导芯层与子叠层侧壁具有接触界面，所述子叠层包括所述下波导层、所述有源层和所述上波导层。4.如权利要求1所述的面发射多阶涡旋光束的分布反馈激光器，其特征在于，所述上内包层与所述波导芯层的材料组分不一致，所述波导芯层与子叠层侧壁具有接...

【专利技术属性】
技术研发人员：张敏明，栾井，刘德明，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：