[发明专利]半导体激光器中的热补偿

说明书

发明背景

相关申请的交叉引用

本申请要求2006年9月13日申请的美国专利申请S/N.11/520,223的 优先权，且基于其内容并通过引用将其内容整体结合于此。

发明领域

本发明一般涉及半导体激光器，具体涉及使用微加热器来补偿半导体 激光器中的模式跳变和波长漂移。

发明内容

本发明一般涉及可按照各种方式配置的半导体激光器。例如且为了说 明而非限制地，通过将诸如分布式反馈(DFB)激光器或分布式布拉格反 射镜(DBR)激光器之类的单波长激光器与诸如二次谐波发生(SHG)晶 体之类的光波长转换装置组合可将短波长源配置成用于高速调制。通过将 例如1060nm的DBR或DFB激光器调谐至SHG晶体的光谱中心，这将波 长转换成530nm，可将SHG晶体配置成产生基波激光信号的较高次谐波。 然而，诸如MgO掺杂的周期性极化铌酸锂(PPLN)之类的SHG晶体的波 长转换效率强烈依赖于激光二极管与SHG装置之间的波长匹配。如熟悉激 光器设计的技术人员所能理解地，DFB激光器是利用刻蚀到半导体材料中 的格栅或类似结构作为反射介质的谐振腔激光器。DBR激光器是其中刻蚀 光栅与半导体激光器的电子泵浦区物理分离的激光器。SHG晶体利用非线 性晶体的二次谐波发生性质来使激光辐射的频率翻倍。

对典型的PPLN SHG装置来说，PPLN SHG装置所允许的波长宽度非 常小，波长转换带宽的半最大值全带宽(FWHM)仅为0.16nm，换算成温 度变化为约2.7℃。一旦输入波长偏离SHG的特征相位匹配波长，目标 波长处的输出功率就急剧降低。本发明人已认识到多个工作参数不利地影 响这些类型的激光器装置中的波长匹配。例如，当增益区上的驱动电流变 化时，DBR激光器的波长改变。此外，工作温度变化对SHG波长和激光器 波长的相位匹配具有不同影响。因此，难以制造激光二极管和SHG晶体完 美波长匹配的封装。

已知在利用二次谐波发生开发激光源时有与波长匹配和稳定相关联的 挑战，本发明人已认识到能有效调谐以通过与SHG晶体和其它波长转换装 置正确的波长匹配实现最优输出功率的半导体激光器的潜在优点。例如， 本发明人已认识到，如果在工作期间将半导体的波长保持在稳定值，则可 高速调制短波长装置而没有过多噪声，同时保持无波动二次谐波输出功率。 对于视频应用，通常需要将光功率(例如绿光)调制成10到100MHz的基 频和约40dB的消光比。高调制速度和大开/关比的这个组合仍是一个要克 服的挑战性任务。本发明涉及用于利用集成在半导体激光器中的单片微加 热器调制半导体激光器和波长使之匹配波长转换器的方法。本发明一般还 涉及激光源的波长匹配和稳定，而与是否调制激光器或在激光源中是否采 用二次谐波发生无关。

可以理解，对本发明实施例的以下详细描述旨在提供用于理解所要求 保护的本发明的本质和特性的概观或框架。所包括的附图用于提供对本发 明的进一步理解，且被结合到本说明书中并构成其一部分。附图示出本发 明的各个实施例，并与本描述一起用于说明本发明的原理和操作。

附图简述

以下本发明的具体实施例的详细描述可在结合以下附图阅读时得到最 佳的理解，附图中相同的结构用相同的附图标记指示，且其中：

图1A是根据本发明的光耦合到光波长转换装置且包括微加热元件结 构的DFB或相似类型的半导体激光器的示意图；

图1B是根据本发明的光耦合到光波长转换装置且包括微加热元件结 构的DBR或相似类型的半导体激光器的示意图；

图2A示出在没有利用根据本发明的热补偿的情况下DBR半导体激光 器中的温度上升；

图2B示出当以常规方式驱动DBR半导体激光器的增益区时激射波长 随时间的变化；

图3A示出在没有利用根据本发明的热补偿的情况下DFB半导体激光 器中的温度上升；

图3B示出在常规驱动的DFB半导体激光器中，热诱导图案化效应 (thermally-induced patterning effect)使激光波长随时间漂移的方式；

图4是根据本发明一个实施例的结合微加热元件结构的半导体激光器 的截面示意图；

图5是根据本发明的包括驱动电极结构和微加热元件结构的电极层的 俯视示意图；