一种自发脉冲式光子级联半导体激光器制造技术

本发明专利技术提供一种自发脉冲式光子级联半导体激光器，涉及半导体激光器技术领域，包括：自下而上依次设置的第二谐振腔下反射结构、半导体可饱和吸收体调制结构、掺杂有镧系稀土元素的泵浦用VCSEL激光外延结构、衬底和第二谐振腔上反射结构；泵浦用VCSEL激光外延结构产生第一波长激光泵浦，使掺杂的镧系稀土离子光致发出第二波长光，第二波长光在第二谐振腔上、下反射结构之间振荡，同时，半导体可饱和吸收体调制结构对第二波长光进行调制，最终输出第二波长激光脉冲。本发明专利技术将半导体可饱和吸收体同全反射结构DBR结合，制备于VCSEL片上结构中，从而得到高峰值功率脉冲输出的光子级联激光器。光器。光器。

【技术实现步骤摘要】
一种自发脉冲式光子级联半导体激光器


[0001]本专利技术涉及半导体激光器
，尤其是涉及一种自发脉冲式光子级联半导体激光器。

技术介绍

[0002]锁模是获得超短脉冲激光最常用的技术之一。具有数千兆赫重复频率的激光器是许多应用的关键部件，可用于大容量通信系统、光子交换设备、光互连以及时钟分配等。
[0003]可饱和吸收体是一种随着光强度的增加而降低光吸收的材料。可饱和吸收体的关键参数是其波长范围(吸收位置)、动态响应(恢复速度)、饱和强度和通量(饱和强度或脉冲能量密度)。然而，半导体材料可以吸收很宽的波长范围(从可见光到中红外)。我们还可以通过改变生长参数和器件设计来控制它们的吸收恢复时间和饱和通量(通常为1到100mJ/cm2)。SESAM(半导体可饱和吸收镜)是一种在反射中工作的可饱和吸收体，其反射率随着入射脉冲强度的增加而增加。
[0004]由于传统的VCSEL半导体激光器难以实现高峰值功率脉冲输出，半导体可饱和吸收体已成为紧凑型锁模固体激光器的重要组成部分。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术提供了一种自发脉冲式光子级联半导体激光器，将半导体可饱和吸收体层同全反射结构DBR结合，外延生长制备于VCSEL片上结构中，并以被动调制方式进行片上调制，从而得到高峰值功率脉冲输出的光子级联激光器。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种自发脉冲式光子级联半导体激光器，包括：自下而上依次设置的第二谐振腔下反射结构、半导体可饱和吸收体调制结构、泵浦用VCSEL激光外延结构、衬底和第二谐振腔上反射结构，所述泵浦用VCSEL激光外延结构中掺杂有镧系稀土元素；
[0007]所述泵浦用VCSEL激光外延结构产生第一波长激光泵浦，所述第一波长激光泵浦使掺杂的镧系稀土离子光致发出第二波长光，所述第二波长光在所述第二谐振腔上反射结构和所述第二谐振腔下反射结构之间振荡，振荡过程中，所述半导体可饱和吸收体调制结构对所述第二波长光进行调制，最终输出第二波长激光脉冲。
[0008]作为本专利技术的进一步改进，所述泵浦用VCSEL激光外延结构自上而下包括：N
‑
DBR层、N型波导层、有源层、P型波导层、氧化层、P
‑
DBR层，所述N
‑
DBR层和P
‑
DBR层均为全反射结构。
[0009]作为本专利技术的进一步改进，在所述N
‑
DBR层的多对DBR结构中掺杂镧系稀土元素。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，掺杂镧系稀土元素进入所述DBR结构的方式为离子注入或直接外延生长含掺元素晶体。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，采用III
‑
V族元素生长所述半导体可饱和吸收体调制结构的多量子阱结构，构成多个驻波周期。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，每个所述量子阱结构均采用AlGaAs应变补偿层、GaAlAs透明层、InGaAs层、GaAlAs透明层、InGaAs层、GaAlAs透明层、AlGaAs应变补偿层的对称结构。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述泵浦用VCSEL激光外延结构产生的第一波长激光对应掺杂的镧系稀土元素光致发出第二波长激光的特殊泵浦波长。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，所述第二谐振腔上反射结构为半反半透型，所述第二谐振腔下反射结构为全反射型。
[0015]本专利技术还提供了一种自发脉冲式光子级联半导体激光器的制备方法，包括：
[0016]在衬底一侧表面制备掺杂镧系稀土元素的泵浦用VCSEL激光外延结构；
[0017]在所述泵浦用VCSEL激光外延结构表面生长半导体可饱和吸收体调制结构；
[0018]在所述半导体可饱和吸收体调制结构表面外延生长第二谐振腔下反射结构；
[0019]在所述衬底另一侧表面制备第二谐振腔上反射结构。
[0020]作为本专利技术的进一步改进，所述在衬底一侧表面制备掺杂镧系稀土元素的泵浦用VCSEL激光外延结构的方法有两种；
[0021]一种是先在所述衬底一侧表面生长N
‑
DBR层、N型波导层、有源层、P型波导层、氧化层、P
‑
DBR层，再将镧系稀土离子注入至所述有源层下方N
‑
DBR层中的多对DBR结构中；
[0022]另一种是先在所述衬底一侧表面生长N
‑
DBR层时，直接掺杂镧系稀土元素，再在N
‑
DBR层表面依次生长N型波导层、有源层、P型波导层、氧化层、P
‑
DBR层。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0024]本专利技术利用泵浦源VCSEL输出某波长特定激光泵浦，使掺杂在VCSEL半导体激光外延结构有源区下方的镧系稀土元素掺杂层中的稀土粒子能级发生粒子数反转，光致发光，形成光子级联，其产生的新波长光在第二谐振腔上、下反射结构内振荡，并由半导体可饱和吸收体调制结构进行被动调制。随着新波长信号光的低强度部分被吸收，而高强度部分将以较小的损耗通过材料，从而导致趋向脉冲形式的压缩，最终输出激光脉冲。
[0025]本专利技术相较于传统的VCSEL半导体激光器，通过光子级联的方式实现了高峰值功率脉冲输出。
附图说明
[0026]图1为本专利技术一种实施例公开的自发脉冲式光子级联半导体激光器结构示意图；
[0027]图2为本专利技术一种实施例公开的自发脉冲式光子级联半导体激光器制备方法流程图；
[0028]图3为本专利技术一种实施例公开的自发脉冲式光子级联半导体激光器第一种制备流程示意图；
[0029]图4为本专利技术一种实施例公开的自发脉冲式光子级联半导体激光器第二种制备流程示意图。
[0030]附图标记说明：
[0031]1、衬底；2、N
‑
DBR层；3、N型波导层；4、有源层；5、P型波导层；6、氧化层；7、P
‑
DBR层；8、半导体可饱和吸收体调制结构；9、第二谐振腔下反射结构；10、掺杂镧系稀土元素区域；11、第二谐振腔上反射结构。
具体实施方式
[0032]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。
[0033]下面结合附图对本专利技术做进一步的详细描述：
[0034]如图1所示，本专利技术提供的一种自发脉冲式光子级联半导体激光器，包括：自下而上依次设置的第二谐振腔下反射结构9、半导体可饱和吸收体调制结构8、泵浦用VCSEL激光外延结构、衬底1和第二谐振腔上反射结构11，泵浦用VCSEL激光外延结构中掺杂有镧系稀土元素，即图1中掺杂镧系稀土元素区本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自发脉冲式光子级联半导体激光器，其特征在于，包括：自下而上依次设置的第二谐振腔下反射结构、半导体可饱和吸收体调制结构、泵浦用VCSEL激光外延结构、衬底和第二谐振腔上反射结构，所述泵浦用VCSEL激光外延结构中掺杂有镧系稀土元素；所述泵浦用VCSEL激光外延结构产生第一波长激光泵浦，所述第一波长激光泵浦使掺杂的镧系稀土离子光致发出第二波长光，所述第二波长光在所述第二谐振腔上反射结构和所述第二谐振腔下反射结构之间振荡，振荡过程中，所述半导体可饱和吸收体调制结构对所述第二波长光进行调制，最终输出第二波长激光脉冲。2.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述泵浦用VCSEL激光外延结构自上而下包括：N
‑
DBR层、N型波导层、有源层、P型波导层、氧化层、P
‑
DBR层，所述N
‑
DBR层和P
‑
DBR层均为全反射结构。3.根据权利要求2所述的半导体激光器，其特征在于：在所述N
‑
DBR层的多对DBR结构中掺杂镧系稀土元素。4.根据权利要求3所述的半导体激光器，其特征在于：掺杂镧系稀土元素进入所述DBR结构的方式为离子注入或直接外延生长含掺元素晶体。5.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于：采用III
‑
V族元素生长所述半导体可饱和吸收体调制结构的多量子阱结构，构成多个驻波周期。6.根据权利要求5所述的半导体激光器，其特征在于：每个所述量子阱结构均采用AlGaAs应变补偿层、GaAlA...

【专利技术属性】
技术研发人员：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：