1.5μm波段芯片级半导体/固体垂直集成被动调Q激光器制造技术

本发明专利技术涉及被动调Q激光器技术领域，尤其涉及一种1.5μm波段芯片级半导体/固体垂直集成被动调Q激光器，包括泵浦源、激光增益介质和可饱和吸收体。泵浦源采用制备微透镜的VCSEL，VCSEL发出的泵浦光经过微透镜聚焦后进入激光增益介质进行泵浦，泵浦源与增益介质形成线性三镜耦合腔结构以提升泵浦效率。泵浦后的激光增益介质为谐振腔提供1.5μm波段光学增益，经过可饱和吸收体调制谐振腔的腔内损耗后，实现1.5μm波长被动调Q脉冲的输出。本发明专利技术利用晶片键合方法实现三个组件之间的芯片级半导体/固体的垂直集成，集成式被动调Q激光器具有芯片级体积、结构简单、效率高、脉宽窄和峰值功率高等优点。高等优点。高等优点。

【技术实现步骤摘要】
1.5
μ
m波段芯片级半导体/固体垂直集成被动调Q激光器


[0001]本专利技术涉及被动调Q激光器
，尤其涉及一种1.5μm波段芯片级半导体/固体垂直集成被动调Q激光器。

技术介绍

[0002]被动调Q技术是目前获得小型化、高重复频率、高峰值功率激光脉冲输出的最有效的方法之一。其利用可饱和吸收体对光场的非线性饱和吸收作用，控制谐振腔的损耗，完成工作物质的储能与释放，实现激光脉冲输出，具有无需外部驱动源控制、体积小、结构简单、制作成本低等优点。固体增益介质的具有微秒到毫秒量级的上能级寿命，比半导体增益介质的上能级寿命大几个数量级，适合制备高峰值功率、短脉宽的被动调Q激光器。然而，与半导体激光器不同的是，固体增益介质为晶体或玻璃组成，需要外部泵浦源进行泵浦，因此制造紧凑的芯片级高峰值功率激光器非常具有挑战性。
[0003]1.5μm波段激光具有许多优势而得到研究人员的广泛关注：（1）该波段激光的人眼安全入射能量远高于其他波段激光，被认为是最理想的人眼安全激光；（2）1.5μm波段位于良好的大气传输窗口，对烟、雾的穿透能力强，特别适合应用于野外和战场环境；（3）该波段也正好位于石英光纤的最低损耗传输窗口，是光纤通信系统的最佳工作波长；（4）1.5μm波段还对应于室温工作的Ge探测器和InGaAs探测器的探测灵敏区，无需低温制冷即可实现信号的探测和收集。因具有上述诸多优点，1.5μm波段激光在激光雷达、激光测距、遥感测量、光通讯及目标识别等民用和军事领域都具有重要的应用价值。尤其是无人机和无人车等行业的迅速发展使得激光雷达成为了一个重要的研究领域和热点，不断地对1.5μm波段激光光源的体积、峰值功率、重复频率等属性提出新的要求。
[0004]然而截止到目前，并没有关于1.5μm波段芯片级半导体/固体垂直集成激光器的相关报道。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于提供1.5μm波段芯片级半导体/固体垂直集成被动调Q激光器，该激光器具有芯片级体积、结构简单、效率高、脉宽窄和峰值功率高等优点。
[0006]本专利技术提供的1.5μm波段芯片级半导体/固体垂直集成被动调Q激光器，包括采用晶片键合方法依次垂直集成的泵浦源、激光增益介质、可饱和吸收体；其中，泵浦源采用垂直腔面发射激光器，泵浦源的发射谱与激光增益介质的吸收谱相匹配，在垂直腔面发射激光器的表面制备有微透镜，垂直腔面发射激光器发出的泵浦光经微透镜聚焦后进入激光增益介质；将垂直腔面发射激光器的一个DBR层作为第一反射层，第一反射层对泵浦光的反射率大于99%，将垂直腔面发射激光器的另一个DBR层作为第二反射层，第二反射层对泵浦光的反射率在70%~98%之间；激光增益介质采用对1.5μm谐振光进行增益的材料；在激光增益介质面向垂直腔面发射激光器的表面镀有第三反射层，第三反射层对泵浦光的反射率小于1%及对1.5μm谐振光的反射率大于98%；在激光增益介质面向可饱和吸收体的表面镀有第四
反射层，第四反射层对泵浦光的反射率大于98%及对1.5μm谐振光的反射率小于1%；可饱和吸收体采用对1.5μm谐振光进行非线性饱和吸收的材料；在可饱和吸收体面向激光增益介质的表面镀有第五反射层，第五反射层对1.5μm谐振光的反射率小于1%；在可饱和吸收体背离激光增益介质的表面镀有第六反射层，第六反射层对1.5μm谐振光的反射率在50%~98%之间；第三反射层和第六反射层形成被动调Q激光器的谐振腔，用于激射1.5μm波长的激光；第一反射层、第二反射层和第四反射层形成线性三镜耦合腔，用于泵浦激光增益介质，为谐振腔提供起振增益；第二反射层和第四反射层间形成F
‑
P干涉腔，用于提高激光增益介质对泵浦光的吸收率；垂直腔面发射激光器发出的泵浦光经微透镜聚焦后进入激光增益介质，泵浦后的激光增益介质为谐振腔提供光学增益，对1.5μm谐振光进行起振，经过可饱和吸收体调制谐振腔的腔内损耗后，实现1.5μm波长的被动调Q脉冲激光输出。
[0007]优选地激光增益介质采用Er
3+
掺杂晶体材料、Er
3+
掺杂玻璃材料、Er
3+
/Yb
3+
共掺杂晶体材料或Er
3+
/Yb
3+
共掺杂玻璃材料。
[0008]优选地，可饱和吸收体采用Co
2+
:MgAl2O4、Cr
2+
:ZnS、半导体可饱和吸收镜材料、碳纳米管材料、二维层状材料或量子点材料。
[0009]优选地，泵浦光的波长为976nm。
[0010]优选地，垂直腔面发射激光器为底发射结构或顶发射结构，采用热回流法、磁控溅射法、PECVD沉积法、聚焦离子束刻蚀法、限制扩散湿法或化学刻蚀法将微透镜制备在底发射结构或顶发射结构的垂直腔面发射激光器的出光口处。
[0011]与现有技术相比，本专利技术利用晶片键合方法实现泵浦源、激光增益介质、可饱和吸收体之间的芯片级半导体/固体的垂直集成，集成式被动调Q激光器具有芯片级体积、结构简单、效率高、脉宽窄和峰值功率高等优点。
附图说明
[0012]图1是根据本专利技术实施例1提供的1.5μm波段芯片级半导体/固体垂直集成被动调Q激光器的合体结构示意图；图2是根据本专利技术实施例1提供的1.5μm波段芯片级半导体/固体垂直集成被动调Q激光器的爆炸结构示意图；图3是根据本专利技术实施例1提供的976 nm波段VCSEL的结构示意图；图4是根据本专利技术实施例1提供的1.5μm波段芯片级半导体/固体垂直集成被动调Q激光器的光路示意图；图5是根据本专利技术实施例1提供的Er:Yb:YAB晶体的吸收光谱图；图6是根据本专利技术实施例1提供的1.5μm波段芯片级半导体/固体垂直集成被动调Q激光器的输出光谱图；图7是根据本专利技术实施例1提供的1.5μm波段芯片级半导体/固体垂直集成被动调Q激光器的一维阵列示意图；图8是根据本专利技术实施例1提供的1.5μm波段芯片级半导体/固体垂直集成被动调Q激光器的二维阵列示意图。
[0013]附图标记：泵浦源1、第一反射层101、第二反射层102、微透镜103、有源区104、衬底105、P型接触层106、N型接触层107、激光增益介质2、第三反射层201、第四反射层202、可饱
和吸收体3、第五反射层301、第六反射层302、线性三镜耦合腔4、谐振腔5、泵浦光6、谐振光7。
具体实施方式
[0014]在下文中，将参考附图描述本专利技术的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
[0015]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，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用以解释本专利技术，而不构成对本专利技术的限制。
[0016]本专利技术提出一种1.5μm波段芯片级半导体/固体垂直集成被动调Q激光器，包括泵浦源、激光增益介质本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种1.5μm波段芯片级半导体/固体垂直集成被动调Q激光器，其特征在于，包括采用晶片键合方法依次垂直集成的泵浦源、激光增益介质、可饱和吸收体；其中，泵浦源采用垂直腔面发射激光器，泵浦源的发射谱与激光增益介质的吸收谱相匹配，在垂直腔面发射激光器的表面制备有微透镜，垂直腔面发射激光器发出的泵浦光经微透镜聚焦后进入激光增益介质；将垂直腔面发射激光器的一个DBR层作为第一反射层，第一反射层对泵浦光的反射率大于99%，将垂直腔面发射激光器的另一个DBR层作为第二反射层，第二反射层对泵浦光的反射率在70%~98%之间；激光增益介质采用对1.5μm谐振光进行增益的材料；在激光增益介质面向垂直腔面发射激光器的表面镀有第三反射层，第三反射层对泵浦光的反射率小于1%及对1.5μm谐振光的反射率大于98%；在激光增益介质面向可饱和吸收体的表面镀有第四反射层，第四反射层对泵浦光的反射率大于98%及对1.5μm谐振光的反射率小于1%；可饱和吸收体采用对1.5μm谐振光进行非线性饱和吸收的材料；在可饱和吸收体面向激光增益介质的表面镀有第五反射层，第五反射层对1.5μm谐振光的反射率小于1%；在可饱和吸收体背离激光增益介质的表面镀有第六反射层，第六反射层对1.5μm谐振光的反射率在50%~98%之间；第三反射层和第六反射层形成被动调Q激光器的谐振腔，用于激射1.5μm波长的激光；第一反射层、第二反射层和第四反射层形成线性三镜耦合腔，用于泵浦激光增益介质，为谐振腔提供起振增益；第二反射层和第四反射层间形成F
‑
P干涉...

【专利技术属性】
技术研发人员：付鑫鹏，付喜宏，张俊，彭航宇，宁永强，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：