【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光电子，具体涉及一种单模窄线宽大功率三段式半导体激光器及其制备和工作方法。
技术介绍
1、单模窄线宽大功率dfb半导体激光器广泛应用于激光雷达、光纤传感、光纤通信、精密测量等领域，以激光雷达为例，激光器作为光源，其窄线宽特性显著提升了系统的探测分辨率，这种高分辨率能够有效区分相近物体，提高目标识别的准确性和清晰度；此外，激光器的高功率输出进一步扩展了探测距离，使得在复杂环境中进行远距离测量成为可能。因此，单模窄线宽大功率半导体激光器的结合不仅优化了激光雷达系统的性能，也为高精度测量和数据采集提供了可靠保障，推动了相关技术的进步与应用扩展。
2、针对单模窄线宽大功率dfb半导体激光器的研究已有较多进展，常见的大功率实现方式有如锥形波导、平板耦合波导等，窄线宽实现方法上有外腔反馈、注入锁定等。然而，这些方法存在如片上集成困难、工艺要求复杂等局限性。在现有技术中，为提高激光器功率和压窄线宽，较为简易的方法是采用高反膜与抗反膜的镀膜结构。然而，在增大注入电流以提升激光器功率的过程中，这种镀膜结构会导致光子大量堆积于高反膜一端，出现腔内光场分布不均匀，进而产生空间烧孔效应加剧和载流子密度波动现象，而这些现象严重影响了激光器的单模特性和窄线宽输出，进而限制了激光器的最大输出功率；此外，由于高反膜端面的在解理过程中会对光栅反馈产生随机相位，使得激光器在连续加电工作过程中，随着折射率变化导致整体相位变化而出主模与边模增益阈值差较低的情况，进出现不可控的跳模问题。尤其是在对光源信号质量要求极高的应用场景中，这种现象会直接
3、公开号为cn108155557b的专利技术中公开了一种半导体激光器和控制方法，包括光栅区域、相移结构；光栅区域以串联的方式制作在同一激光器芯片上；每个光栅区域内光栅周期不变，不同光栅区域的光栅周期沿激光器芯片呈递增或递减变化；任意两个相邻的光栅区域注入电流用产生单模激光发射；相邻的光栅区域间存在相移结构，相移值在0°至360°范围内。该专利技术可以解决可调谐多波长激光器长度过长、质量不可靠的问题。但该专利技术不涉及大功率与窄线宽兼容性不足的技术问题。
4、公开号为cn111934201a的专利技术中公开了一种可调谐激光器硅基混合集成及可调谐激光器及其制备方法，可调谐面发射水平腔激光器包括外延结构本体，外延结构本体的上端沿波导传输方向间隔设置有长度不同的多段脊型波导，实现不同间距的梳状谱的叠加，外延结构本体的上端设有n电极和多个p电极，外延结构本体的水平腔脊型波导上设有面发射垂直耦合光栅，用于实现水平谐振腔激光的垂直耦合面发射，可调谐面发射激光器倒装在硅基衬底上，硅基衬底上设有的多个焊盘，多个焊盘的上端用于分别与可调谐面发射激光器的n电极、多个p电极一一对应焊接，其通过失谐多阶光栅的垂直耦合以实现面发射与硅基混合集成。然而，该专利技术采用多段脊型波导，形成多个fp腔，难以解决光场分布及线宽功率的精确优化问题。
5、综上所述，现有的dfb半导体激光器在应用中面临以下问题：腔内光场分布不均导致的空间烧孔效应加剧和载流子波动，限制了窄线宽输出的稳定性；高反膜带来的随机相位引起的多模跳模现象，严重影响了激光器的单模特性；大功率与窄线宽的兼容性不足，难以满足高性能光源场景的需求；此外，调控精度和灵活性有限，无法实现对光场分布及线宽功率的精确优化。这些问题显著限制了dfb半导体激光器在高性能应用中的发展潜力。
技术实现思路
1、针对现有技术中的不足，本专利技术提供了一种单模窄线宽大功率三段式半导体激光器及其制备和工作方法，本专利技术的半导体激光器能够兼容大功率、窄线宽和良好的单模特性，同时具备灵活且精准的调控能力。
2、技术方案：
3、第一方面，本专利技术公开了一种单模窄线宽大功率三段式半导体激光器，所述半导体激光器包括依次排列的第一光场调节区(101)、第二光场调节区(102)与相移调节区(103)，且第一光场调节区(101)临近激光器的出光端面，第一光场调节区(101)、第二光场调节区(102)与相移调节区(103)均具备独立电极(104)；所述第一光场调节区(101)、第二光场调节区(102)与相移调节区(103)共用同一个光栅层(20)和同一波导结构；所述激光器端的出光端面镀设抗反膜(105)，另一端面镀设高反膜(106)；
4、所述激光器通过对第一光场调节区(101)、第二光场调节区(102)注入差异化电流以调控腔内光场分布；以及通过微调相移调节区(103)的注入电流，使激光器在维持线宽与功率状态下持续单纵模激射。
5、进一步地，所述第一光场调节区(101)占据整体腔长的比例大于第二光场调节区(102)占据整体腔长的比例；第一光场调节区(101)、第二光场调节区(102)内电极所能调控的光子数量趋向一致。
6、进一步地，所述激光器的整体腔长大于等于1500微米，第一光场调节区(101)与第二光场调节区(102)共同占据整体腔长的比例大于等于95％，相移调节区(103)占据整体腔长的比例小于等于5％。
7、进一步地，所述光栅层(20)在第一光场调节区(101)、第二光场调节区(102)均制备为取样光栅结构，在相移调节区(103)制备为无光栅结构。
8、进一步地，所述激光器为脊形波导结构或掩埋异质结波导结构。
9、进一步地，所述激光器脊波导的宽度大于等于2.6微米。
10、第二方面，本专利技术公开了一种单模窄线宽大功率三段式半导体激光器的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
11、s1、进行第一次外延材料生长，材料由衬底依次经过缓冲层、下限制层、有源层、上限制层生长至光栅层(20)；
12、s2、利用重构等效啁啾技术对光栅层(20)进行取样光栅制作；
13、s3、进行第二次外延材料生长，在光栅层(20)上依次生长光栅掩埋层、波导腐蚀阻挡层、波导层和接触层；
14、s4、将波导层和接触层腐蚀形成脊型，并通过电隔离与开电极窗口得到相互隔离的第一光场调节区(101)、第二光场调节区(102)与相移调节区(103)，在接触层上进行正电极蒸镀，以形成第一光场调节区(101)、第二光场调节区(102)与相移调节区(103)这三个区域的独立电极(104)；
15、s5、减薄抛光衬底背面，蒸发背面电极并加热制得到合金，芯片解理成bar条，进行端面镀膜后制得三段式半导体激光器。
16、第三方面，本专利技术公开了一种单模窄线宽大功率三段式半导体激光器的工作方法，所述工作方法包括以下步骤：
17、s1、根据半导体激光器线宽理论，通过延长腔长和增大脊宽设计初步实现窄线宽大功率激光输出；
18、s2、根据光场分布特征控制第一光场调节区(101)、第二光场调节区(102)的工作电流注入比例以调控腔内光场分布，使光场分布平坦化；
19、s3、调节激光器光场调节区域的注入电本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种单模窄线宽大功率三段式半导体激光器，其特征在于，所述半导体激光器包括依次排列的第一光场调节区(101)、第二光场调节区(102)与相移调节区(103)，且第一光场调节区(101)临近激光器的出光端面，第一光场调节区(101)、第二光场调节区(102)与相移调节区(103)均具备独立电极(104)；所述第一光场调节区(101)、第二光场调节区(102)与相移调节区(103)共用同一个光栅层(20)和同一波导结构；所述激光器端的出光端面镀设抗反膜(105)，另一端面镀设高反膜(106)；
2.根据权利要求1所述的单模窄线宽大功率三段式半导体激光器，其特征在于，所述第一光场调节区(101)占据整体腔长的比例大于第二光场调节区(102)占据整体腔长的比例；第一光场调节区(101)、第二光场调节区(102)内电极所能调控的光子数量趋向一致。
3.根据权利要求1所述的单模窄线宽大功率三段式半导体激光器，其特征在于，所述激光器的整体腔长大于等于1500微米，第一光场调节区(101)与第二光场调节区(102)共同占据整体腔长的比例大于等于95％，相移调节区(103
4.根据权利要求1所述的单模窄线宽大功率三段式半导体激光器，其特征在于，所述光栅层(20)在第一光场调节区(101)、第二光场调节区(102)均制备为取样光栅结构，在相移调节区(103)制备为无光栅结构。
5.根据权利要求1所述的单模窄线宽大功率三段式半导体激光器，其特征在于，所述激光器为脊形波导结构或掩埋异质结波导结构。
6.根据权利要求1所述的单模窄线宽大功率三段式半导体激光器，其特征在于，所述激光器脊波导的宽度大于等于2.6微米。
7.一种根据权利要求1-6任一项所述的单模窄线宽大功率三段式半导体激光器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
8.一种根据权利要求1-6任一项所述的单模窄线宽大功率三段式半导体激光器的工作方法，其特征在于，所述工作方法包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种单模窄线宽大功率三段式半导体激光器，其特征在于，所述半导体激光器包括依次排列的第一光场调节区(101)、第二光场调节区(102)与相移调节区(103)，且第一光场调节区(101)临近激光器的出光端面，第一光场调节区(101)、第二光场调节区(102)与相移调节区(103)均具备独立电极(104)；所述第一光场调节区(101)、第二光场调节区(102)与相移调节区(103)共用同一个光栅层(20)和同一波导结构；所述激光器端的出光端面镀设抗反膜(105)，另一端面镀设高反膜(106)；
2.根据权利要求1所述的单模窄线宽大功率三段式半导体激光器，其特征在于，所述第一光场调节区(101)占据整体腔长的比例大于第二光场调节区(102)占据整体腔长的比例；第一光场调节区(101)、第二光场调节区(102)内电极所能调控的光子数量趋向一致。
3.根据权利要求1所述的单模窄线宽大功率三段式半导体激光器，其特征在于，所述激光器的整体腔长大于等于1500微米，第...
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