[发明专利]具有分布式反馈的激光二极管及其生产方法

说明书

本发明涉及一种激光二极管(100)，该激光二极管(100)包括：有源层(10)；波导区域(12)，该波导区域(12)至少部分围绕该有源层(10)；后端面(14)；前端面(16)，该前端面(16)被设计用于使激光辐射出耦，其中，该有源层(10)至少部分地沿着第一轴线(X)在该后端面(14)与该前端面(16)之间延伸；以及光栅(18)，该光栅(18)可操作地连接到该波导区域(12)，其中，该光栅(18)包括多个脊(22)和多个沟槽(24)，其特征在于，该多个沟槽(24)被设计为使得沿着该光栅(18)的该多个沟槽(24)的耦合参数P的平均增量是非零，其中，该沟槽(24)的耦合参数P通过公式(1)来定义，其中，d_res是该沟槽(24)到该有源层(10)的距离，W是该沟槽(24)的宽度，并且Δn是该沟槽(24)的折射率与围绕该沟槽(24)的材料的折射率之间的折射率差。特别地，本发明涉及一种激光二极管，其中分布式反馈通过高阶的表面光栅而出现同时辐射在一个面上被出耦，并且其中该光栅的耦合强度与在该激光二极管中引导的波的功率密度匹配。

技术领域

本发明涉及具有分布式反馈的激光二极管及其生产方法。特别地，本发明涉及一种激光二极管及其生产方法，其中分布式反馈通过高阶的表面栅格而出现同时辐射优选地在一个面上被输出耦合，并且其中栅格的耦合强度与在激光二极管中引导的波的功率密度适配。

背景技术

具有分布式反馈的激光二极管(也被称为分布式反馈或DFB激光二极管)是单片构造的频率稳定的激光光源。与具有外腔或DBR(Distributed Bragg Reflector，分布式布拉格反射器)激光二极管的二极管激光器对比，在具有分布式反馈的激光二极管中，频率选择性元件单片地连接到激光谐振器并且在辐射产生期间已经与激光谐振器相互作用。该频率选择性元件通常是紧邻有源层的布拉格栅格，该频率选择性元件被设计为表面栅格并且直接与所产生的辐射场相互作用。

具有分布式反馈的激光二极管的主要优点是其单片构造，由此可以实现紧凑且稳定的二极管激光器结构。近年来在设计方面和材料质量方面的改进已经导致这种二极管激光器概念的实现方面的巨大进步，其结果是现在可以在高功率激光二极管的领域中通过使用宽带激光二极管来实现远高于一瓦特的光输出功率。

为了实现可能最窄的激光发射，栅格与光场的强相互作用是必要的。然而，这种强相互作用栅格降低输出耦合的效率并且增加谐振器内的光损耗。因此，高的输出功率和高的电光转换效率通常与激光二极管的窄线宽相反。栅格相互作用的强度因此必须非常精确地适配激光场，以便在两个参数之间实现最佳效果。

在具有分布式反馈的激光二极管的设计中，必须使栅格的影响保持尽可能低，因为即使电流路径的电阻的小的增加或者出现的光吸收常常会导致激光器性能的崩溃。此外，高阶(N≥10)栅格的使用是有利的，因为这降低对于处理尤其对于光刻的要求。

然而，在基于这种高阶栅格的具有分布式反馈的激光二极管的生产中，必要的栅格深度产生的容许制造公差极其小。此外，有利的是如果在高光功率密度的区域中，栅格的影响被降低以便减小谐振器中的损耗并且抵消出现的任何饱和效应，例如纵向烧孔。

对于窄带激光二极管，出现作为另一标准的可在操作中实现的锁定范围。锁定范围指示栅格的布拉格波长与有源层的增益最大值在不增加光谱线宽(95％功率限制)的情况下可间隔开多远。该距离也被称作失谐(Δλ_det)。锁定范围的调谐通常经由激光二极管的温度来完成。在对于室温下的光输出线与工作电流的比值具有均匀栅格的具有分布式反馈的现有技术(Crump等人，J.Phys.D:Appl.Phys.46(2013)013001；Decker等人，IEEEPhotonTechnol.Lett 27(2015)1675)的激光二极管中，通常测量到0.9W/A的电光功率增量S。在那时，例如，已经在多达35K(Δλ_det≈10nm)的热调谐窗口中成功地演示了1nm(±2σ范围)以下的线宽度。然而，在均匀栅格的情况下，参数范围通常已经被完全耗尽并且被大大地优化，使得可以仅以激光二极管的转换效率或输出耦合效率为代价实现热调谐行为的进一步改进。