[实用新型]一种基于正交光栅结构的单纵横模激光器

说明书

本实用新型涉及一种基于正交光栅结构的单纵横模激光器，包括：上包层、上波导层、下波导层和下包层；其中，下包层、下波导层、上波导层和上包层从下往上设置；所述下波导层或者下包层内具有周期分布的第一光栅，所述上波导层或者上包层内具有周期分布的第二光栅，所述第二光栅与所述第一光栅具有相互正交的排布方式。本实用新型提供的基于正交光栅结构的单纵横模激光器，利用位于有源区上下两个波导层中相互正交的周期光栅进行模式选择，实现单纵横模的输出，改善激光器的光束质量，提高输出功率。

技术领域

本实用新型属于半导体激光器技术领域，具体涉及一种基于正交光栅结构的单纵横模激光器。

背景技术

单模半导体激光器作为发展成熟的激光光源，被广泛应用于空间通信、泵浦、光纤激光器和放大器的种子源等领域。DFB(Distributed Feedback，分布式反馈)激光器属于侧面发射的单模半导体激光器，其中内置了布拉格光栅(Bragg Grating)。DFB激光器可以实现单纵模工作，使其具有较好的时间相干性，但是为了使DFB激光器同时达到单横模工作状态，进而具备高空间相干性，并且在远场维持单瓣结构的光斑分布，就必须严格限制脊波导的宽度。因为随着脊波导宽度的增加，DFB激光器的输出状态将从单横模向多横模转变，而这就影响了DFB激光器的光束质量，不利于光纤的耦合输出，并且还限制了DFB激光器在高功率领域的应用。因此，如何改进DFB激光器的结构，在维持单纵横模输出特性，特别是在横场方向保持基模运转的条件下，提高激光器到光纤的耦合效率，并实现高功率输出，是亟待解决的一个问题。

要在宽脊波导中维持单横模工作状态，一种方法是依据全反射条件，将波导内外的折射率差控制在10^-3～10^-4量级，但是低折射率差意味着波导对光的束缚能力很弱，DFB激光器对外界环境的变化十分敏感，器件工作过程中如热效应等引入的折射率变化都将极大的影响输出光束的质量。另一种方法是在波导结构中构造周期结构产生布拉格反射来限制光在模场方向的传输，如A.Yariv在文章“Coupled-wave formalism for opticalwaveguiding by transverse Bragg reflection”(《Optics Letters》,2002,vol.27,pp.936–938)中描述了一种光子晶体结构的周期光栅，可以有效控制光束的横模场分布、色散和损耗等参数。但是该光栅只考虑了横模场的控制，而无法实现对纵模场的控制，同时也没有研究温度变化等对光场模式的影响。

基于此，本实用新型人在申请号为CN201110149207.1、实用新型名称为“宽温度超高速半导体直调DFB激光器”的专利文献中，提出了一种运用量子阱和应变量子垒交替混合结构的半导体激光器，结合波导层的DFB强折射率光栅，实现了宽温度范围的超高速调制输出。但是在该技术方案中，为了保证输出的光束质量，器件的脊条宽度会受到限制，从而限制了DFB激光器的输出功率。

实用新型内容

为了解决上述DFB激光器的输出功率受限的技术问题，本实用新型提供一种基于正交光栅结构的单纵横模激光器。

一种基于正交光栅结构的单纵横模激光器，包括：上包层、上波导层、下波导层和下包层；其中，下包层、下波导层、上波导层和上包层从下往上设置；

所述下波导层或者下包层内具有周期分布的第一光栅，所述上波导层或者上包层内具有周期分布的第二光栅，所述第二光栅与所述第一光栅具有相互正交的排布方式。

在某些实施例中，所述第一光栅的光栅周期分布方向或所述第二光栅的光栅周期分布方向沿谐振腔方向，所述光栅周期分布方向垂直于谐振腔方向的光栅用于选择横模；相应地，所述第二光栅的光栅周期分布方向或者所述第一光栅的光栅周期分布方向垂直于谐振腔方向，所述光栅周期分布方向沿谐振腔方向的光栅用于选择纵模。

在某些实施例中，所述光栅周期分布方向沿谐振腔方向的光栅为多段DFB强折射率光栅。