[发明专利]光栅分布反馈量子级联激光器

说明书

技术领域

本发明涉及半导体激光器技术领域，尤其涉及一种光栅分布反馈量子级联激光器。

背景技术

波长为4～9μm的单模高功率量子级联激光器在大气环境监测、医疗诊断、高分辨率光谱等领域中具有十分广阔的应用前景。实现量子级联激光器单模工作的最常规和有效的方法是通过引入光栅工艺形成分布反馈结构。通常，根据光栅制作位置的不同，量子级联激光器可分为掩埋型光栅和表面型光栅，其中，掩埋型光栅由于较小的波导损耗而倍受关注。

掩埋光栅主要制作在有源区的上光限制层InGaAs上面，由于光栅离有源区很近，光学模式与光栅的耦合作用很强，从而导致掩埋光栅的耦合系数很大，远远背离了最佳光栅耦合强度κL＝，器件处于过耦合状态。根据光栅的耦合模理论，过耦合反馈机制使得光场强度主要集中在腔的中心部分，从而大大降低了量子级联激光器的腔面输出功率。目前为止，掩埋光栅分布反馈量子级联激光器的光输出功率远远小于普通的法布里珀罗腔的激光输出功率。

虽然通过控制光栅占空比和光栅深度可以减小光栅耦合系数，但是光栅耦合系数对光栅形貌十分敏感，任何微小的光栅形貌变化都会引起较大的耦合系数变化。严格的控制光栅形貌对目前的工艺是一个很大的挑战。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种光栅分布反馈量子级联激光器，以降低量子级联激光器的制备难度。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种光栅分布反馈量子级联激光器。该光栅分布式量子级联激光器包括：衬底；以及在该衬底上依次生长的下波导层，下光限制层，有源区，上光限制层，等效相移光栅，上波导层；其中，在所述上光限制层的上表面具有等效相移光栅，该等效相移光栅包括均匀光栅、采样光栅和π相移结构。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明光栅分布反馈量子级联激光器具有以下有益效果：

(1)用等效相移光栅结构制作大功率分布反馈量子级联激光器时对基本均匀光栅的形貌要求较低，仅仅通过控制采样光栅占空比来调节光栅的耦合系数，这只有数微米的精度要求，一般的光刻技术就很容易满足；

(2)等效相移的引入可以减小掩埋光栅耦合系数，增大腔面部分的峰值场强，从而增大器件的输出功率；

(3)随着采样光栅占空比的减小，光栅的有效耦合系数减小，与之相似的是两个光栅模式之间的损耗差值也相应的成比例减小，由此而产生的后果是光栅耦合系数减小到一定程度后，两个光栅模式成简并状态，器件将不在单模工作。等效相移光栅结构可以有效消除两个光栅模式之间的简并，在两个光栅模式之间创建一个缺陷模，这个缺陷模具有更低的阈值增益，所以优先激射，这样就解决了较小耦合系数时器件的单模工作问题。

附图说明

图1为本发明实施例光栅分布反馈量子级联激光器的三维示意图。

图2为图1所示光栅分布反馈量子级联激光器中，均匀光栅和等效相移光栅有效耦合系数的关系示意图。

图3为图1所述光栅分布反馈量子级联激光器中，均匀光栅和等效相移光栅的透射谱。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。此外，以下实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

本发明提供了一种采用等效相移光栅的高功率光栅分布反馈量子级联激光器。与传统均匀光栅的制作工艺相比，本发明等效相移光栅制作工艺要简单的多，从而极大降低了光栅分布反馈量子级联激光器的制备难度。

在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种光栅分布反馈量子级联激光器。请参照图1，该光栅分布反馈量子级联激光器包括：一衬底1；以及在衬底上依次生长的下波导层2，下光限制层3，有源区4，上光限制层5，等效相移光栅6，上波导层7。其中，等效相移光栅制作于上光限制层5的上面。