[发明专利]波长转换器件及其制造方法

说明书

优先权

本申请要求2007年10月30日提交的题为“Wavelength Conversion Devicesand Fabrication Methods For Same”的美国专利申请11/978,864的优先权。

背景技术

本发明一般涉及波长转换器件及其制造方法。更具体地讲，本发明的一些实施方式涉及一种波长转换器件的制造方法，该方法在波长转换器件内引入一极化周期(poling period)，使得相位匹配信号的波长充分地区别于布拉格波长。

发明内容

本发明一般涉及波长转换器件，比如二次谐波产生晶体(SHG)，可以按照各种方式用半导体激光器对其进行有用地配置。例如，为了说明而非限制，通过将单波长半导体激光器(比如分布反馈(DFB)激光器、分布式布拉格反射器(DBR)激光器、垂直腔面发射激光器(VCSEL)、垂直外腔面发射激光器(VECSEL)或法布里-波罗激光器)与光波长转换器件(比如二次谐波产生(SHG)晶体)组合起来，就可以配置出用于高速调制的短波长的源。通过将比如1060nm DBR或DFB激光器调谐到波长转换器件的光谱中心(该波长转换器件将该波长转换成530nm)，就可以将该波长转换器件配置成产生基频激光信号的高次谐波。然而，在这种更高次谐波发生系统中，一个重要的参数是激光器的波长稳定性。波长转换器件(比如掺MgO的周期性极化铌酸锂(PPLN))的波长转换效率强烈地取决于激光二极管和该波长转换器件之间的波长匹配。该波长转换器件的转换效率是关于波长的非常窄的函数，使得任何波长不稳定性都会产生倍频光的强度波动。

发明人已发现，对于波长稳定性而言，从波长转换器件往回反射并重新进入半导体激光器的光扮演了重要的角色。像DBR激光器这种激光器对反馈非常敏感，在反馈水平低至-60到-70dB时其波长就会变得不稳定。例如，在激光器系统中，布拉格光栅可以引起往回的反射。发明人还发现，尽管像SHG晶体这种波长转换器件可能并非故意地在DFB激光器系统中包括布拉格光栅，但是SHG晶体的主体呈现出一些周期的或接近周期的特征，比如晶体极化或与制造该晶体波导的方式相关联的其它特征。这些特征可能像不想要的布拉格光栅那样起作用，并向激光二极管产生一些显著的反馈。

考虑到在开发半导体激光源的过程中与波长匹配和稳定相关联的诸多挑战，发明人已认识到一种制造波长转换器件的方法，该方法能使从波长转换器件到半导体激光器的往回的反射达到最少，由此增大了半导体激光器波长的稳定性。

发明人已认识到，尽管本发明的概念主要是在DBR激光器的上下文中进行描述的，但是，可以预期，本文所讨论的控制方案也可以应用于各种类型的半导体激光器，包括但不限于DFB激光器、法布里波罗激光器、VCSELS、VECSELS以及许多其它类型的外部腔激光器。

根据本发明的一个实施方式，提供了一种用于制造波长转换器件的方法。根据本方法，波长转换器件是这样制造的：使非线性光学材料定形；以及对非线性光学材料进行极化以形成多个周期性反转的极化畴(poling domain)，这些畴是按照防回射周期Λ排列的。经极化的非线性光学材料的几何结构以及防回射周期Λ被选定，使得在工作温度范围中，经极化的非线性光学材料的相位匹配波长λ_Φ与经极化的非线性光学材料的布拉格波长λ_BRAGG之差大于1nm。

根据本发明的另一个实施方式，提供了一种用于制造波长转换器件的方法。根据该方法，制造一种波长转换器件，使得在波长转换器件的任何可能的折射率组合的情况下(这包括更高阶模式和交叉极化)，相位匹配波长λ_Φ永远不等于布拉格波长λ_BRAGG。

附图说明

在与附图相结合的情况下，可以对本发明的特定实施方式的详细描述作最佳的理解，其中相似的结构是用相似的标号来表示的，其中：

图1是光学地耦合到光波长转换器件的DBR或相似类型半导体激光器的示意图；以及

图2和3示出了作为DBR激光器中的增益电流的函数的发射波长的演变情况。

具体实施方式