[发明专利]中红外GaSb基半导体碟片激光器

说明书

本公开提供一种中红外GaSb基半导体碟片激光器，包括：铜热沉，该铜热沉上有一凹槽；TEC散热模块，位于所述铜热沉下，用于加电流之后控制热沉的温度；芯片模块，对应所述凹槽设置于所述铜热沉上部，包括一外延芯片，以及分别键合于所述外延芯片上下表面的SiC散热片；铜模块，包覆于所述芯片模块外，其上表面有一锥形的凹槽，并包括一个圆形的透光口；泵浦源，该泵浦源为商用激光器；聚焦准直系统，该聚焦准直系统可以将泵浦源的光聚焦在外延芯片上表面；以及输出耦合镜，位于外延芯片上面的轴线处；其为平凹镜，其凹面镀高反膜，平面镀增透膜。

技术领域

本公开涉及半导体激光技术技术领域，尤其涉及一种中红外GaSb基半导体碟片激光器。

背景技术

2-4μm是非常重要的大气窗口波段，工作在这个波段的激光器在医疗器械、空间光通信、红外光电对抗等民用和军用领域也有着非常广泛的用途。半导体激光器以其独有的体积小，光电转换效率高，波长覆盖广的优势，也逐渐成为2-4μm激光器不可替代的存在。在常见的半导体激光器材料中，锑化物材料因其能带带隙位置的优势，激光性能在2-4μm处于优势地位。

目前，电泵GaSb基半导体激光器已经表现出相对优异的性能。然而，应用于气体光谱，自由空间光通信，红外对抗等领域的激光器在需要高功率的同时还需要良好的光束质量。而传统的电泵半导体激光器虽然可以获得较高的功率输出，但是受到光束质量的限制。而半导体面发射激光器(VCSEL)虽然可以实现圆对称的激光输出但是输出功率较低。光泵浦半导体碟片激光器兼顾了半导体面发射激光器(VCSEL)与二极管泵浦全固态激光器(DPSS)的优点，可以实现高光束质量的高功率激光输出。

与工作在2-4μm波段的其他激光器相比，光泵浦GaSb基半导体碟片激光器具有很大优势。与传统的光纤和固态激光器相比，光泵浦GaSb基半导体碟片激光器可以通过半导体能带工程调节外延增益材料组分以及量子阱的结构进行激射波长的设计。与电泵VCSEL相比，GaSb基半导体碟片激光器没有p-n结结构，降低了材料内部自由载流子吸收引起的内损耗，能够实现高功率输出。此外，由于GaSb基半导体碟片激光器具有稳定的光学外腔结构，还可以通过在腔内插入非线性光学晶体和可饱和吸收体(SESAM)等光学元件的方式进行腔内倍频、波长调谐和锁模等光学调节。然而，目前GaSb基半导体碟片激光器还存在量子阱增益不足，外延芯片内部横向激光损耗和存在热饱和现象等问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本公开提供了一种中红外GaSb基半导体碟片激光器，以缓解现有技术中GaSb基半导体碟片激光器还存在量子阱增益不足，外延芯片内部横向激光损耗和存在热饱和现象等技术问题。

(二)技术方案

本公开提供一种中红外GaSb基半导体碟片激光器，包括：

铜热沉，该铜热沉上有一凹槽；

TEC散热模块，位于所述铜热沉下，用于加电流之后控制热沉的温度；

芯片模块，对应所述凹槽设置于所述铜热沉上部，包括一外延芯片，以及分别键合于所述外延芯片上下表面的SiC散热片；

铜模块，包覆于所述芯片模块外，其上表面有一锥形的凹槽，并包括一个圆形的透光口；

泵浦源，该泵浦源为商用激光器；

聚焦准直系统，该聚焦准直系统可以将泵浦源的光聚焦在外延芯片上表面；以及

输出耦合镜，位于外延芯片上面的轴线处；其为平凹镜，其凹面镀高反膜，平面镀增透膜。

在本公开实施例中，所述外延芯片，由下至上依次包括：

GaSb衬底；

DBR外延层；

有源区，由多量子阱结构组成；