具有变折射率的放大部分的激光二极管制造技术

一种大功率激光二极管包括具有变折射率的泵激带部分。所述变折射率可以减少现有技术中大功率激光二极管的自聚焦现象，从而提供高质量的输出光束。折射率可以从泵激带部分的一侧到另一侧变化。可以通过改变泵激带部分的结构特征，例如激光二极管各层的掺杂或者厚度来改变折射率。可以在整个泵激带部分上建立热梯度，以便改变所述折射率。可以通过沿着泵激带部分一侧集成发热元件或者产生流过泵激带部分的不均匀电流来建立所述热梯度。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的主题一般涉及半导体激光器领域。2.背景信息半导体激光器被应用到各种不同的系统中。例如，半导体激光二级管一般用做光导纤维通信系统中的光源。有时，需要大功率的激光二极管，如掺铒的光导纤维放大器和拉曼(Raman)光导纤维放大器需要大功率的激光泵激。为了泵激激光能有效地耦合到纤芯上，泵激激光器必须发射高品质的光束。考虑到效率、紧凑性和其他一些因素，最好使用激光二极管来泵激放大器。遗憾的是，典型地具有高品质光束的激光二极管的功率上限约为0.5瓦，而光纤放大器可能需要2瓦或更大的功率。参照附图说明图1，可以通过加宽二极管1的泵激带2来提高激光二极管1的功率。加宽泵激带2，减小了二极管1中的光功率密度以及生成的热量。已经发现当功率密度很高时，在加宽的激光二极管中产生的光线会在泵激带2的整个长度上“自聚集”成细线。这种自聚集现象会产生具有强度尖峰的输出光束，见图1。对于大多数的光学应用，这种质量的输出是不能接受的。因此，需要研制一种可以输出高质量激光束的大功率激光二极管。专利技术概述一种具有变折射率的泵激带部分的激光二极管。附图的简要说明图1示出了现有技术的激光二极管，图2示出了本专利技术的激光二极管，图3示出了激光二极管的不同层实施例，图4示出了激光二极管的替换实施例，图5示出了激光二极管的替换实施例，图6示出了激光二极管的替换实施例。详细说明一种大功率激光二极管，包括其折射率在垂直于发射方向的方向上单调变化的泵激带部分。这种变化的折射率可以减小现有技术中大功率激光二极管的自聚焦现象，从而提供高质量的输出光束。折射率可以从放大部分的一侧变化到另一侧。可以通过改变放大部分的结构特征，例如激光二极管各层中的组成、掺杂以及厚度等来改变这种折射率。可以在整个放大部分上建立热梯度来改变折射率。可以通过沿着放大部分的一侧集成发热元件或者通过产生流过放大部分的不均匀电流来产生所述热梯度。参见各附图，更具体地说，按标号参见各附图，图2示出了激光二极管10。激光二极管10包括泵激带部分12。泵激带部分12具有第一侧14和第二侧16，两侧之间分开的宽度为W。泵激带部分12构造成产生由二极管10沿着二极管的光轴0p射出的受激发射光。激光二极管10可以构造成具有相对较宽的泵激带部分12，泵激带部分12能输出功率可达5瓦的高品质光束。激光二极管10可以具有产生受激光反馈的反射表面18。或者激光二极管10可以包括结合到泵激带部分12的单独的分布式反馈部分(图中未显示)。受激发射光可以在反馈部分上产生并在泵激带部分12进一步放大。激光二极管10还可以具有在泵激带部分12的外侧的非泵激带部分20。如图2所示，折射率n可以在整个泵激带部分12上从第一侧14变化到第二侧16。这种折射率的变化是通过改变泵激带部分12的结构特征来实现的。例如，泵激带部分12可以按照改变折射率的方式掺杂。可以改变泵激带部分中一层或者几层的厚度，用于改变折射率。所述变折射率可以减小在大功率激光器中产生的自聚焦效应。结果是产生大功率的高品质的光束。尽管图中显示了折射率的线性变化梯度，但可以理解的是，折射率可以在整个泵激带部分12上具有非线性变化。图3显示了半导体激光器件10的一个实施例的不同层30、32、34、36、38、40、42、44和46。可以理解的是，图中示出和在此描述的实施例仅是示例，也可以采用用其他的层、材料和组成。激光二极管10可以包括形成在衬底30上的下覆层32。衬底30可以是n型掺杂的磷化铟(InP)或者砷化镓(GaAs)材料。覆层32可以是n型掺杂的磷化铟(InP)或者砷化镓(GaAs)材料。激光二极管10还可以具有位于限制层34和38之间的多量子阱活性层。限制层34可以是n型掺杂的InGaAsP或者AlyGa1-yAs材料。限制层38可以是p型掺杂的InGaAsP或者AlyGa1-yAs材料。层40、42、44可以是包括p型掺杂材料的上覆层。例如，层40可以是p型掺杂的InGaAsP或者AlxGa1-xAs材料。层42可以是p型掺杂的InGaAsP或者AlzGa1-zAs材料。层44可以是p型掺杂的InP或者AlxGa1-xAs材料。层46可以是电接触层，其包含p+型掺杂的InGaAs或GaAs材料。层34、36和38形成PN结，所述PN结响应电流的流动而产生受激发射光。覆层32、40、42形成引导光线的波导。电流从接触层46流经泵激带部分12。电流在泵激带部分12内产生光受激发射。可以通过最初在衬底30上形成层32、34、36和38来构成半导体激光二极管10。然后在层38上顺序形成保持层40、42、44和46。所有的这些层都可以采用已知的外延半导体加工工艺来形成。虽然图中示出并且在此描述了具有层30、32、34、36、38、4 0、4 2、44和46的激光二极管10，但可以理解的是该实施例仅是示范性的，激光二极管10还可以有其他不同的结构。图4示出了激光二极管的不同的实施例，其具有位于泵激带部分12第一侧14附近的发热元件50。发热元件50可以是和电源52相连的电阻条。发热元件50可以产生流入泵激带部分12内的热量。将位于激光二极管一侧的发热元件50位移可以在整个泵激带部分12上产生温度梯度。温度梯度使折射率从第一侧14到第二侧16变化。图5示出了一个替换实施例，其中接触层(图中未显示)和保持层被介质层54隔开。介质层54具有多个补偿孔56。电流仅通过补偿孔56流过。孔56可以位于泵激带部分12的第一侧14附近。来自第一侧14的电流会在整个泵激带部分12上形成合成的热梯度。所述热梯度使折射率从泵激带部分12的第一侧14到第二侧16变化。图6示出另一个实施例，其中位于泵激带部分12的第二侧16附近的孔54R与位于泵激带部分12的第一侧14附近的孔54L以及位于泵激带部分12中心的孔54C相比，具有更大的有效面积。位于中间的孔54C可以具有比孔54L更大的有效面积。有效面积的不同会产生流过泵激带部分12的不均匀的电流。这种不均匀的电流会产生热梯度，从而产生从泵激带部分12的第二侧16到第一侧14的变化的折射率。尽管已经描述并在附图中示出了一些示例性的实施例，但应该理解的是，这些实施例对于本专利技术仅仅是说明性并不是限制性的，并且由于本领域的技术人员可以做出其它的修改，因此本专利技术并不限定于所显示和描述的特定结构和配置。权利要求1.一种激光二极管，它包括具有变折射率的泵激带部分；以及结合到所述泵激带部分的光反馈部分。2.如权利要求1所述的激光二极管，其特征在于所述泵激带部分的结构特征沿着基本上垂直于光轴的方向变化。3.如权利要求1所述的激光二极管，其特征在于还包括结合到所述的泵激带部分的加热元件。4.如权利要求3所述的激光二极管，其特征在于所述加热元件位于在非泵激带部分上。5.如权利要求1所述的激光二极管，其特征在于还包括通过介质材料层结合到所述泵激带部分上的电接触层，所述介质材料层具有至少一个偏置孔。6.如权利要求1所述的激光二极管，其特征在于还包括通过介质材料层结合到所述泵激带部分上的电接触层，所述介质材料层具有由一些孔形成的图案，在所述泵激带部分一侧的所述孔的面积比在所述泵激带部分的相对侧的所述孔的面积大。7.一种激光二极管，它包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光二极管，它包括：具有变折射率的泵激带部分；以及结合到所述泵激带部分的光反馈部分。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JE昂加尔，
申请(专利权)人：昆特森斯光电技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]