[发明专利]一种808nm波段内置光栅泵浦源芯片

说明书

本发明属于光电器件领域，特别涉及一种808nm波段内置光栅泵浦源芯片，该芯片外延结构是在GaAs衬底上从下到上依次生长有第一外延层、第二外延层、第三外延层，且芯片的光栅结构为含有稳定波长掩埋光栅层；含有稳定波长掩埋光栅层包括一阶或多阶的至少包括两个周期的光栅结构构成；掩埋光栅层采用离子注入、隔离膜阻挡或反向PN结阻挡的方式减小注入电流密度或没有电流注入；本发明通过两种及其以上周期的内置光栅进行波长锁定，或者一种内置光栅加上一种或多种外置光栅进行波长锁定，根据不同温度条件，输出激光在单一芯片上实现了两种及以上的波长输出。

技术领域

本发明属于光电器件领域，特别涉及一种808nm波段内置光栅泵浦源芯 片。

背景技术

二极管泵浦的固体激光器(DPSSL)具有速度快、体积小和效率高的特点，符 合军事应用更快、更小、更强的要求，DPSSL在目标指示、测距、光电对抗、 激光雷达和激光武器等领域上得到了广泛的应用。

为了能有效地利用激光二极管泵浦源的功率，要求激光二极管泵浦源的峰 值波长能够位于固体激光介质的吸收谱内。Nd:YAG晶体在808nm附近吸收最 强，吸收峰半宽虽然有5.5nm，但最强的吸收峰只有2nm～3nm；另外在869nm、 885nm附近还有两个吸收峰，半宽分别为1nm和3nm；掺镱光纤在976nm附近 吸收最强，吸收峰半宽约3nm。

目前常用的激光二极管泵浦源为法布里-珀罗(FP)结构，光谱半宽约为2～ 3nm，波长随温度漂移系数由材料增益峰随温度的漂移决定，约为0.3nm/℃。光 谱半宽和最佳的吸收峰半宽相当，中心波长的微小偏移均会导致两者无法匹配。 因此对于Nd:YAG激光器和光纤激光器而言，为获得最高的吸收效率，从而实 现高效率泵浦，均需要进行严格控温。必须将激光二极管温度控制在约±1℃的 范围内，以保证泵浦波长位于晶体吸收峰内；如果温度控制能力只能达到±3℃， 就会造成接近两者有0.9nm偏移，从而影响吸收效率，导致泵浦效率明显下降。 为了实现严格的温度控制，需要采用循环水冷、半导体致冷器等主动散热方式， 这导致固体激光器系统具有较大的温控功耗，同时体积也难以减小，不适合装备系统小型化的发展趋势。

采用外置光栅或者内置光栅对激光二极管泵浦源进行波长锁定，能够有效 压缩泵浦源光谱半宽，增加中心波长一致性，减小中心波长温度漂移系数，从 而有效解决以上问题。激光波长由光栅周期及折射率决定，由于光栅周期加工 精度极高,泵浦源波长一致性获得提升，可由常规的±3nm提高到±1nm以内； 而折射率随温度/注入电流的漂移系数小于材料增益波长随温度/注入电流的 漂移系数，因此采用光栅后激光二极管泵浦源的波长随温度/注入电流漂移系 数将降低，可由常规的0.28nm/℃降低到0.07nm/℃并有可能在较宽的温度范围 内无需对泵浦源进行严格的温度控制，使固体激光器功耗、体积大幅度降低。 采用外置体光栅的激光二极管泵浦源波长随温度漂移系数约为0.01nm/℃，内置 掩埋光栅激光二极管泵浦源波长随温度漂移系数约为0.07nm/℃，均较传统的FP 激光器有了较大改善。

与采用外置体光栅的方案相比，芯片内置光栅的大功率激光二极管不需要 采用价格昂贵的快/慢轴准直透镜、体光栅等光学元件，成本较低、易于被现有 用户单位接受；由于无需额外的微光学元件，叠层阵列的体积可以减小，有利 于实现小型化、结构紧凑的固体激光器，采用该结构大功率激光二极管产品更 适宜复杂环境使用。

在测距、光电对抗等领域，为了提高固体激光器的环境温度适应性，降低 系统温控功耗及体积，应用单位对采用内置光栅稳定波长的激光二极管泵浦源 提出了迫切需求。