[发明专利]一种含有天线耦合器的圆偏振单模太赫兹量子级联激光器

说明书

一种含有天线耦合器的圆偏振单模太赫兹量子级联激光器。其特征在于：所述的含有天线耦合器的圆偏振单模太赫兹量子级联激光器整体采用金属‑金属波导结构，激光器包括种子激光区和天线耦合器。种子激光区采用掩埋式一级分布反馈式光栅，天线耦合器采用相互正交的半波槽孔天线组成阵列。种子激光区产生太赫兹种子光源并将光耦合进入天线耦合器，天线耦合器使太赫兹激光倾斜出射，同时调节激光的偏振态至圆偏振态。本发明实现了含有天线耦合器的圆偏振单模太赫兹量子级联激光器，属于单片集成器件，适应于更复杂的工作环境。

技术领域

本发明涉及半导体光电器件应用技术领域，特别设计一种含有天线耦合器的圆偏振单模太赫兹量子级联激光器。

背景技术

太赫兹量子级联激光器(THz-QCL)是一种在太赫兹波段具有很强竞争力的相干光源，具有体积小、易集成、频率覆盖范围宽、能量转换效率高等优点，在高速通信、频谱分析、物质检测和成像等领域，具有重要的应用前景。其中偏振态是激光的一个重要参数，操纵辐射偏振态的能力在电磁波谱中具有广泛的应用，如推断非对称分子的构型和构象、实现广角全息图等。

对于太赫兹光的偏振态控制，常用的方法是采用波片的外部光学部件来操纵量子级联激光器发射面的固有线偏振以获得所需的偏振态。然而，这种外部操纵装置既庞大又昂贵。控制太赫兹光偏振态的另一个方向是，设计单片集成的太赫兹圆偏振量子级联激光器。由于量子级联激光器的优点，集成的器件所占体积小，无需外部光路，能适应于更复杂的工作环境。但是由于对太赫兹激光偏振态进行调控的同时，改变了激光器腔体的结构，容易产生对激光器的干扰，导致激光器无法实现单模运行。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种含有天线耦合器的圆偏振单模太赫兹量子级联激光器，用以实现单模运行和圆偏振的太赫兹激光出射。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供了一种含有天线耦合器的圆偏振单模太赫兹量子级联激光器。

一种含有天线耦合器的圆偏振单模太赫兹量子级联激光器。其特征在于：所述的含有天线耦合器的圆偏振单模太赫兹量子级联激光器采用金属-金属波导结构，该结构从下至上具体为：衬底层1、下电极层2、有源区层3及上电极层4。所述的衬底层1的材料为n型掺杂GaAs材料；所述的下电极层2及上电极层4的材料为Ti和Au复合材料，Ti与有源区层3相邻，Ti的厚度为10-20nm，下电极层2Au的厚度为800-1000nm，上电极层4Au的厚度为500-1000nm。所述的有源区层3是常规的太赫兹量子级联激光器所用的有源区结构。所述的激光器包括种子激光区和天线耦合器。种子激光区采用掩埋式一级分布反馈式光栅结构，天线耦合器采用相互正交的半波槽孔天线组成阵列。种子激光区产生太赫兹种子光源并将光耦合进入天线耦合器，天线耦合器使太赫兹激光倾斜出射，同时调节激光的偏振态至圆偏振态。所述的含有天线耦合器的圆偏振单模太赫兹量子级联激光器是单片集成器件。

种子激光区结构是掩埋式光栅，光栅为一阶光栅。制备方法是通过硫酸腐蚀液在有源区表面腐蚀深度为400-700nm的狭缝，在表面生长上电极层4。光栅周期为14-18μm，光栅狭缝宽度为2-8μm，光栅周期个数为40-100。

天线耦合器采用光刻长金技术形成槽孔天线阵列，天线相互正交，与激光器脊条方向成45°，天线的长度为15-18μm，宽度为3-7μm，横向周期为33-39μm，纵向周期为21-26μm，正交天线之间的距离为9-18μm，横向周期个数为8-20，纵向周期个数为5-15。

本发明实现了含有天线耦合器的圆偏振单模太赫兹量子级联激光器，属于单片集成器件，适应于更复杂的工作环境。

附图说明：