[发明专利]一种锥形激光器输出端面减反膜镀制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锥形激光器输出端面减反膜镀制方法，属于激光技术领域。

背景技术

锥形半导体激光器作为一种获得高光束质量、高功率输出的激光器结构，对输出端面的残余反射率要求较高，一般在10^-3以下，同时为了满足高功率工作要求还需要进行端面钝化处理。现有技术采用钝化与减反膜工艺分别进行的方法，端面钝化采用硫化物、硒化物或硅膜，具有稳定性差，吸收大的缺点，减反膜工艺采用电子束蒸发或气相沉积镀制单层或多层MgF，SiO₂，Al₂O₃等低折射率材料，具有工艺复杂，重复性差的缺点。

发明内容

本发明是这样实现的，见附图所示，在锥形激光器的输出端面4采用射频反应溅射制备四分之一光学厚度的非晶Al_xN_y薄膜，通过调整溅射条件调整Al_xN_y薄膜的折射率，使输出端面4的残余反射率达到锥形激光器低输出端面反射率设计的要求，同时起到钝化输出端面4的作用。

本发明的技术效果在于，通过调整溅射条件可以在1.7-2.1折射率范围内调整Al_xN_y薄膜的折射率，使其满足GaAs基锥形激光器端面低残余反射率设计的要求，同时非晶Al_xN_y薄膜材料的光学带隙大于硫化物、硒化物或硅膜，其光吸收相对很弱，并具有较高的热导率和与GaAs近似匹配的热膨胀系数，可以对GaAs基锥形激光器的输出端面4起到钝化作用。

附图说明

所附图为锥形激光器示意图1，1为脊形条区，2为锥形放大区，3为脊形条端面，4为输出端面。

具体实施方式

如附图1所示，锥形激光器由脊形条区1、锥形放大区2构成。在锥形激光器的输出端面4上，采用高纯Al靶的射频反应溅射制备非晶Al_xN_y薄膜，工作气体为高纯Ar气与N2气，通过改变N2气流量进而调整Al_xN_y薄膜的折射率，使其满足GaAs基锥形激光器端面低残余反射率设计的要求。首先，在GaAs基片上采用射频反应溅射沉积Al_xN_y薄膜，采用光学薄膜测量仪测试沉积Al_xN_y薄膜的厚度与折射率，固定Ar气流量，改变N气流量获得不同溅射室工作条件下的Al_xN_y薄膜的厚度与折射率，然后根据厚度获得相应溅射条件下的沉积速率。然后，根据锥形激光器材料的波导有效折射率，采用薄膜设计软件进行输出端面4的变薄膜折射率减反膜设计，选择薄膜材料的折射率与厚度。然后，按照折射率选择溅射室的工作条件，根据该条件下的溅射沉积速率确定溅射沉积时间，所制备的非晶Al_xN_y薄膜即满足减反膜设计要求。

下面结合实例说明本发明。808nm波长锥形激光器材料的波导有效折射率为3.65，锥形激光器减反膜的反射率设计为0.1％，则采用薄膜设计软件TFCalc35设计薄膜的折射率为1.9，厚度为103nm，其溅射条件为：射频功率150W，Ar气流量为10sccm，N₂气流量为8sccm，溅射沉积速率为0.036nm/s。由此获得溅射沉积时间为2861秒。将808nm波长锥形激光器芯片的输出端面用夹具固定在基片台上，靶材采用99.999％纯度的Al靶，溅射室抽真空至2×10^-4Pa，调节Ar气流量与N2流量，充入溅射室99.999％纯度的Ar气与N₂气。开启射频电源，调节输出功率至150W，预溅射5分钟后打开样品台挡板开始在锥形激光器的输出端面4溅射沉积非晶Al_xN_y薄膜，沉积时间共2861秒。采用上述方法镀制输出端面减反膜的锥形激光器具有M₂因子小于2的光束质量，通过镀制低反射输出端面抑制了锥形放大区2的光场畸变，提高了锥形激光器的光束质量；通过非晶Al_xN_y薄膜对输出端面4的钝化，提高了腔面灾变功率水平，输出功率大于12W。