一种波长可调半导体激光器，其包括：ｎ型半导体衬底；设置在所述ｎ型半导体衬底上且能够发光的有源层；设置在所述有源层上的ｐ型覆层；以及用于使有源层中发出的光的特定波长选择性振荡的波长选择装置。在电流注入到所述有源层中时，所述波长可变半导体激光器以特定波长振荡，所述特定波长可以通过改变所述电流的大小而被改变。表示在产生的光的传播方向上的长度的器件长度在约２００μｍ到５００μｍ的范围。表示在与所述光的传播方向垂直且与所述衬底平行的方向上的长度的有源层的宽度在约１μｍ到２μｍ的范围。所述ｐ型覆层包括从有源层一侧顺序形成的具有低杂质浓度的低浓度覆层子层和具有高杂质浓度的高浓度覆层子层。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及波长可调半导体激光器和采用该波长可调的半导体激光器的气体检测器，尤其涉及其中出射激光的波长可调的波长可调半导体激光器，以及其中包含所述波长可调半导体激光器的气体检测器。
技术介绍
已知气体例如甲烷、二氧化碳、乙炔和氨等根据分子转动或成份原子的振动而吸收特定波长的光。例如，甲烷吸收1.6μm、3.3μm和7μm波长(吸收波长)的光。因此，通过采用具有吸收波长的激光照射待测空间，且测量其衰减状态，可以测知在该空间中特定气体的存在，并检测出其气体浓度。例如，专利文献1中公开了利用这样的光吸收特性的气体检测器。专利文献1Jpn.Pat.Appln.KOKAT Publication No.11-326199，即，在气体检测器中，从其中包含半导体激光器的半导体激光器模块发射的激光穿过例如含有甲烷的待测气体，并入射到光接收器上。这里例如，如图9所示，含有甲烷的待测气体具有吸收特性A，吸收中心波长λ0＝1.6537μm。包含在半导体激光器模块中的半导体激光器是根据施加的驱动电流I改变振荡波长λ的波长可调半导体激光器，如图10B中的波长特性C所示。当然，在波长可调半导体激光器中，根据施加的驱动电流I，振荡波长λ变化，出射激光″a″的光强X也变化，如图10A中的强度特性B所示。激光驱动控制单元如图9所示地运行，其中中心电流值I0(偏置电流值)是与半导体激光器的振荡波长λ的中心波长λ0对应的值，并且将围绕中心电流值λ0(偏置电流值)，幅度为IW，调制频率f1＝10kHz的调制信号b施加到包含在该半导体激光器模块中的半导体激光器上。结果，该半导体激光器模块发射其波长λ围绕吸收中心波长λ0以幅度λW和频率f1＝10kHz变化的激光。波长围绕吸收中心波长λ0这样调制的激光在穿过待测气体的过程中根据吸收特性A被吸收，被光接收器接收到，并被转化为将输入到气体检测单元的电信号。由于光接收器不具有激光的波长分辩能力，因此所述电信号具有调制频率数量级的频率分量。气体检测单元提取包含在输入电信号中的基波信号d1作为调制频率f1＝10kHz的信号分量，以及包含在输入电信号中的倍波信号(double wavesignal)d2作为是调制频率f1＝10kHz的两倍的频率f2(＝20kHz)的信号分量，由此计算倍波信号d2的幅度D2和基波信号d1的幅度D1之间的比值(D2/D1)，且得到与气体浓度对应的检测值D(＝D2/D1)。如图10A所示，因为在基波信号d1中发生了归因于强度调制的大偏移，所以计算倍波信号d2的幅度D2与基波信号d1的幅度D1之间的比值(D2/D1)作为与气体浓度对应的检测值D(＝D2/D1)，从而提高了测量精度。但是，这样的传统气体检测器具有待解决的其它问题。即，气体检测器经常被用于当前气体管道区域内气体泄漏的检测，管道安装后的周期性检查，或化学工厂中的异常情况检测。因此，就此类气体检测器而言，希望其尺寸更小、性能更高、能耗更低。为了实现尺寸更小、性能更高、能耗更低的气体检测器，要求半导体激光器模块1有效地发射与图9所示的待测气体3的吸收特性A对应的激光，其波长λ围绕吸收中心波长λ0以幅度λW和频率f1＝10kHz变化。然而，包含在半导体激光器模块中的传统半导体激光器中，如图10A中的强度特性B和图10B中的波长特性C所示，需要将施加到半导体激光器上的调制信号b的偏置电流值(电流值I0)设置为大值，以获得必要的中心波长λ0和光强X0，因此能耗增大。图10B所示的波长特性C中，当驱动电流I以单位电流变化时振荡波长(频率)的变化程度被称为调频效率(frequency modulation efficiency)η。传统半导体激光器中，调频效率η非常低，例如小于0.1GHz/mA。因此，要围绕吸收中心波长λ0以幅度λW改变波长λ，就要增大施加到半导体激光器的调制信号b的电流幅度IW，这样，能耗也会增大。此外，图10A的强度特性B中，从半导体激光器发出的激光″a″的光强X不是与施加到半导体激光器的调制信号b的电流值I完全成比例的，而是在电流幅度IW的上限附近趋于饱和。因此，随着强度特性B的非线性状态增加，激光的调制失真变大，从检测的电信号计算出的检测值D(＝D2/D1)没有正确地与气体浓度对应，测量精度下降。在专利文献2公开的半导体激光器中，本专利技术人等已经提出了一种能够获得高发光效率和高输出的半导体激光器，其特征在于具有在p型覆层(cladding layer)中作为p型杂质的Zn的杂质浓度分布，其与稍后描述的专利技术适用的图3中的基本相同。专利文献2USP6351479。尽管公开了能够获得高发光效率和高输出的半导体激光器，但并未提及上述强度特性B的非线性状态的增加的分析和改善，以及调频效率的提高。
技术实现思路
本专利技术是根据上述背景得到的，本专利技术的目的是提供一种波长可调半导体激光器和包含该波长可调半导体激光器的气体检测器，该波长可调半导体激光器能够将调制信号的偏置电流值设置得较小，所述调制信号被施加以用于获得其波长围绕吸收中心波长以吸收特性决定的幅度变化的激光，并且能够将调制信号的电流幅度设置得较小，从而降低能耗，此外还能够改善强度特性B的非线性状态并降低激光的调制失真，以及显著提高待测气体的气体检测的检测精度。根据本专利技术的第一方面，提供一种波长可调半导体激光器(27)，其包括n型半导体衬底(11)；设置在n型半导体衬底(11)上并且产生光的有源层(17)；设置在有源层(17)上的p型覆层(22)；以及用于使有源层(17)产生的光中仅特定波长选择性振荡的波长选择装置(15)，能够以特定波长振荡的可调半导体层(27)通过向有源层(17)注入电流而工作，所述特定波长通过改变所述电流的大小而变化，其中，表示在有源层(17)产生的光的传播方向上的长度的器件长度约为200μm到500μm，且 P型覆层(22)包括从有源层(17)一侧顺序排列的具有低杂质浓度的轻掺杂覆层(19)和具有高杂质浓度的重掺杂覆层(20)。这样构造的本专利技术第一方面的波长可调半导体激光器中，表示在有源层(17)产生的光的传播方向上的长度的器件长度L被设置在约200μm到500μm的范围。通常，波长可调半导体激光器中表示在有源层产生的光的传播方向上的长度的器件长度L越长，施加电流的电极的面积或者有源层的面积就越大，从而每单位面积的电流值下降，波长可调半导体激光器的有源层的温度不易上升。即，在这样的具有较长的器件长度L的波长可调半导体激光器中，即使通过改变施加的电流来尝试改变发热，温度变化也较小，因此，表示与施加的电流相关的波长变化的程度的调频效率η较低。相反，在具有缩短的器件长度L的波长可调半导体激光器中，施加电流的电极的面积或者有源层的面积变小，使得每单位面积的电流值增大，该波长可调半导体激光器的有源层的温度易于上升。因此，在这样的具有较短的器件长度L的波长可调半导体激光器中，如果通过改变施加的电流而改变发热，那么有源层的温度容易地改变，且振荡波长变化，使得表示与施加的电流相关的波长变化的程度的调频效率η变高。因此，在具有较短的器件长度L的波长可调半导体激光器中，可以将调制信号的偏置电流值设置得较低，该调制信号被施加以用于获得其波长围绕吸收中心波长本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种波长可调半导体激光器，包括：ｎ型半导体衬底；有源层，其设置在所述ｎ型半导体衬底上且产生光；ｐ型覆层，其设置在所述有源层上；以及波长选择装置，其用于使所述有源层产生的光中仅特定波长选择性振荡，能够以 特定波长振荡的所述波长可调半导体激光器通过使电流流入到有源层中而工作，所述特定波长通过改变所述电流的大小而变化，其中，表示在所述有源层产生的光的传播方向上的长度的器件长度约为２００μｍ到５００μｍ，且所述ｐ型覆层包括从有源层 一侧顺序排列的具有低杂质浓度的轻掺杂覆层和具有高杂质浓度的重掺杂覆层。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：森浩，菊川知之，高桥良夫，铃木敏之，木村洁，
申请(专利权)人：安立股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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