一种双刷形槽半导体激光器的制作方法

专利检索2025-01-08  32


本发明涉及一种双刷形槽半导体激光器,属于半导体激光器。


背景技术:

1、半导体激光器是以一定的半导体材料做工作物质而产生激光的器件。其工作原理是通过一定的激励方式,在半导体物质的能带(导带与价带)之间,或者半导体物质的能带与杂质(受主或施主)能级之间,实现非平衡载流子的粒子数反转,当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时,便产生受激发射作用。

2、半导体激光器具有重量轻、体积小、成本低、便于集成等许多优点,目前半导体激光器在材料加工、通信、军事、医疗等诸多领域被广泛应用。然而在这些应用中,包括作为固态和光纤激光器的泵浦源、激光手术刀、激光武器、金属切割焊接、激光显示等,都对激光器的亮度有很高的要求。激光器高亮度的实现需要同时获得高输出功率和高光束质量。

3、传统的宽脊波导激光器能够获得很高的单管输出功率和功率转换效率,但是由于其输出孔径比较宽,容易导致侧向多模产生,导致光束质量比较差。传统的窄脊波导激光器能够获得侧向近衍射极限输出,但受限于小的输出孔径和增益体积,其功率较低。

4、因此,有必要提出一种双刷形槽半导体激光器,使其具有良好的综合性能:能够在提高激光输出功率的同时,大幅改善半导体激光器光束质量,进而实现高功率高亮度的激光输出。


技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是针对以上不足,提供一种双刷形槽半导体激光器,能够在提高激光输出功率的同时,大幅改善半导体激光器光束质量,进而实现高功率高亮度的激光输出,具备良好的综合性能。

2、为解决以上技术问题,本发明采用以下技术方案:

3、一种双刷形槽半导体激光器,包括半导体激光器主体结构,半导体激光器主体结构包括由下至上依次设置的n型衬底、n型限制层、n型波导层、有源区、p型波导层、p型限制层和p型接触层;还包括双刷形槽,双刷形槽位于半导体激光器主体结构设有p型接触层的一面,双刷形槽设置在出光方向中心轴两侧,双刷形槽包括沿出光方向依次设置的双宽槽、双锥形槽和双梳状槽。

4、进一步地,所述双刷形槽的深度大于p型接触层的厚度。

5、进一步地,双宽槽与双锥形槽相连通,双锥形槽与双梳状槽相连通。

6、进一步地,所述双宽槽的间距不大于双锥形槽间距突变处产生侧向高阶模的截止宽度。

7、进一步地,所述双锥形槽间距沿出光方向逐渐增大。

8、进一步地,所述双梳状槽包括并排设置的两个窄长槽,两个窄长槽远离出光方向中心轴的两侧分别设有与其连通的多个光栅狭槽。

9、进一步地,所述窄长槽的宽度不小于侧向基模向两侧波导耦合的截止宽度;所述窄长槽的宽度小于侧向高阶模向两侧波导耦合的截止宽度。

10、进一步地,所述光栅狭槽的长度方向与窄长槽的长度方向呈垂直设置。

11、进一步地,所述光栅狭槽为周期性排布或非周期性排布。

12、进一步地,所述双刷形槽之间的波导存在电注入,双刷形槽外侧的波导不存在电注入。

13、本发明采用以上技术方案后,与现有技术相比,具有以下优点:

14、(1)双宽槽限制了侧向的模式数量,窄长槽的设置使得侧向基模几乎留在主波导内,而侧向高阶模向两侧耦合,光栅狭槽极大地增加了两侧波导的损耗,使得侧向基模的主导地位相较于传统宽脊波导激光器大幅提高,进而获得光束质量更好的激光输出。

15、(2)锥形槽与刷形槽的设置增加了中间波导的区域,在保证单侧模工作的同时,获得了更大的增益面积,相较于传统窄脊波导激光器输出功率大幅提升,进而实现高功率、高亮度的激光输出。

16、(3)本发明与传统宽脊、窄脊波导激光器相比较,能够在提高激光输出功率的同时,大幅改善半导体激光器光束质量,进而实现高功率高亮度的激光输出,具备良好的综合性能。

17、下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。



技术特征:

1.一种双刷形槽半导体激光器,包括半导体激光器主体结构,半导体激光器主体结构包括由下至上依次设置的n型衬底(1)、n型限制层(2)、n型波导层(3)、有源区(4)、p型波导层(5)、p型限制层(6)和p型接触层(7),其特征在于:还包括双刷形槽(8),双刷形槽(8)位于半导体激光器主体结构设有p型接触层(7)的一面,双刷形槽(8)设置在出光方向中心轴两侧,双刷形槽(8)包括沿出光方向依次设置的双宽槽(9)、双锥形槽(10)和双梳状槽(11)。

2.如权利要求1所述的一种双刷形槽半导体激光器,其特征在于:所述双刷形槽(8)的深度大于p型接触层(7)的厚度。

3.如权利要求1所述的一种双刷形槽半导体激光器,其特征在于:双宽槽(9)与双锥形槽(10)相连通,双锥形槽(10)与双梳状槽(11)相连通。

4.如权利要求1所述的一种双刷形槽半导体激光器,其特征在于:所述双宽槽(9)的间距不大于双锥形槽(10)间距突变处产生侧向高阶模的截止宽度。

5.如权利要求1所述的一种双刷形槽半导体激光器,其特征在于:所述双锥形槽(10)间距沿出光方向逐渐增大。

6.如权利要求1所述的一种双刷形槽半导体激光器,其特征在于:所述双梳状槽(11)包括并排设置的两个窄长槽(12),两个窄长槽(12)远离出光方向中心轴的两侧分别设有与其连通的多个光栅狭槽(13)。

7.如权利要求6所述的一种双刷形槽半导体激光器,其特征在于:所述窄长槽(12)的宽度不小于侧向基模向两侧波导耦合的截止宽度;所述窄长槽(12)的宽度小于侧向高阶模向两侧波导耦合的截止宽度。

8.如权利要求6所述的一种双刷形槽半导体激光器,其特征在于:所述光栅狭槽(13)的长度方向与窄长槽(12)的长度方向呈垂直设置。

9.如权利要求6所述的一种双刷形槽半导体激光器,其特征在于:所述光栅狭槽(13)为周期性排布或非周期性排布。

10.如权利要求1所述的一种双刷形槽半导体激光器,其特征在于:所述双刷形槽(8)之间的波导存在电注入,双刷形槽(8)外侧的波导不存在电注入。


技术总结
本发明公开了一种双刷形槽半导体激光器,包括半导体激光器主体结构,半导体激光器主体结构包括由下至上依次设置的N型衬底、N型限制层、N型波导层、有源区、P型波导层、P型限制层和P型接触层,还包括双刷形槽,双刷形槽位于半导体激光器主体结构设有P型接触层的一面,双刷形槽设置在出光方向中心轴两侧,双刷形槽包括沿出光方向依次设置的双宽槽、双锥形槽和双梳状槽,双梳状槽包括并排设置的两个窄长槽,两个窄长槽远离出光方向中心轴的两侧分别设有与其连通的多个光栅狭槽。本发明要提供的双刷形槽半导体激光器,能够在提高激光输出功率的同时,大幅改善半导体激光器光束质量,进而实现高功率高亮度的激光输出,具备良好的综合性能。

技术研发人员:郑婉华,宫凯,周旭彦,王宇飞,张建心,董风鑫,傅廷
受保护的技术使用者:潍坊先进光电芯片研究院
技术研发日:
技术公布日:2024/5/29
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