[发明专利]利用微结构实现大功率半导体激光器慢轴模式控制方法

说明书

本发明公开了一种利用微结构实现大功率半导体激光器慢轴模式控制方法，涉及半导体激光器技术领域。本方法是将宽条大功率激光器芯片的注入电极分成若干个1微米‑5微米的微元，通过离子注入、介质掩蔽等手段控制各微元的电流注入或不注入。通过电流场、光场、热场三者间的耦合计算，设计合理微区注入电流分布，以实现宽条激光器内部光场相位的稳定；各独立微区的电流注入并且各微区按位置满足某种伪随机码的控制，并且总体满足注入电流的区域分布。从而实现慢轴发散角降低，光场特性稳定的功能，并且对半导体激光器的转换效率和单元输出功率水平无明显影响。

技术领域

本发明涉及半导体激光器技术领域，尤其涉及一种利用微结构实现大功率半导体激光器慢轴模式控制方法。

背景技术

大功率半导体激光器一般具有宽条结构。工作波长以808nm波长为主，波长范围从780nm-1064nm。大功率激光器单元（100微米发光区宽度）输出功率水平在3W或以上，功率转换效率达到或超过50%。本专利是针对该类型器件的结构进行优化设计。通过对芯片注入电极的优化设计，在不降低器件斜率效率和输出功率的情况下，改善器件的光场输出特性。

由于大功率半导体激光器芯片为宽条器件，慢轴表现为多模特性。普通结构器件慢轴光场不仅发散角度大，而且随注入电流水平、工作温度及封装应力的变化表现出跳变现象。这都不利于光束整形、光纤耦合等实际应用。慢轴方向模式控制已经有多种手段，比如外腔反馈、主振模式放大（MOPA）结构、栅条电流注入结构、光子晶体结构等。这些方法对慢轴方向模式控制一般是有效的，但表现出各种局限难以实用化。比如外腔反馈结构需要附加精密的光学元件，并且超出了通常的芯片结构设计范畴；主振模式放大（MOPA）结构原理是基于单模波导模式的放大，其功率水平受到限制，一般小于3W水平（100微米发光区宽度，808nm波段），并且斜率效率难超过50%；栅条电流注入结构，是在宽条激光器的电流注入区中加入周期性的结构，将大面积电流祝入变为周期性的细条形电流注入，这种结构对改善漫轴方向光场稳定性和降低发散角的作用是有限的；光子晶体结构改善激光器慢轴光束特性基于亚微米级微结构形成的光子禁带，工艺要求相当严格，加工成本过高，并且一般只对10微米条宽以下的器件有效，而对100微米尺度条宽的大功率半导体激光器一般是无效的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用微结构实现大功率半导体激光器慢轴模式控制方法，所述方法能够降低慢轴发散角，光场特性稳定，并且对半导体激光器的转换效率和单元输出功率水平无明显影响。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种利用微结构实现大功率半导体激光器慢轴模式控制方法，其特征在于所述方法如下：将半导体激光器芯片的注入电极分成若干个矩形微元，定义每个矩形微元为电流注入区还是非电流注入区以及电流注入区的导电特性。

进一步的技术方案在于：根据半导体激光器芯片的电流场、光场以及热场间的耦合关系，设计每个矩形微元为电流注入区还是非电流注入区以及电流注入区的导电特性。

进一步的技术方案在于：纵向分布上，在激光器中后腔面到前腔面光场分布逐渐增强，所以由后腔面到前腔面逐渐增加非电流注入区数量；横向分布上，通过对波导中光场模式的计算，横向上光场交替变化，在光场强的地方设计为非电流注入区或者导电特性差的电流注入区，在光场弱的地方设计为导电性好的电流注入区。

进一步的技术方案在于：所述矩形微元的长度和宽度为1微米-5微米。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本方法是将宽条大功率激光器芯片的注入电极（P电极、N电极、两个电极）分成若干个1微米-5微米的微元，通过离子注入、介质掩蔽等手段控制各微元的电流注入或不注入。通过电流场、光场、热场三者间的耦合计算，设计合理微区注入电流分布，以实现宽条激光器内部光场相位的稳定；各独立微区的电流注入并且各微区按位置满足某种伪随机码的控制，并且总体满足注入电流的区域分布。从而实现慢轴发散角降低，光场特性稳定的功能，并且对半导体激光器的转换效率和单元输出功率水平无明显影响。