[发明专利]一种半导体激光器

说明书

本发明公开了一种半导体激光器，包括半导体PN结和设于半导体PN结且沿同列分布的表面有源布拉格反射光栅、脊形波导列阵、多模干涉波导和超对称列阵波导；表面有源布拉格反射光栅设于脊形波导列阵的一端，多模干涉波导的一端紧邻脊形波导列阵的另一端，超对称列阵波导紧邻多模干涉波导的另一端。该半导体激光器利用表面有源布拉格光栅提供波长可调谐的单频激光，利用脊形波导列阵进行增益放大，利用多模干涉波导进行相干耦合，最后利用超对称列阵波导进行二次横向模式选择和增益，实现高功率、窄线宽、波长可调谐的高光束质量激光。

技术领域

本发明涉及激光领域，尤其涉及一种半导体激光器。

背景技术

半导体激光器是利用半导体材料作为工作物质的激光器件，具有体积小、重量轻、直接电光转换、转换效率高、光束质量好和激光线宽窄等优势，在光学相控阵激光雷达、主动探测识别等领域具有广泛的应用前景。

现有的可调谐、高光束质量的半导体激光器主要包括主控振荡器功率放大器、锥形激光器、平板耦合波导激光器、分布反馈激光器和分布布拉格反射激光器等波导模式选择单管器件。

尽管高光束质量半导体激光器在提高输出功率、光束质量和优化光谱线宽方面取得了很大的进步，但是各类型的列阵器件仍存在各种问题。例如，主控振荡器功率放大器和锥形激光器通过锥形半导体光放大器获得高功率输出，但锥形放大器出光孔径通常在100微米以上，导致其与单模光纤或单模波导的耦合效率极低。又例如，平板耦合波导激光器通过特殊设计的外延结构结合脊形波导获得高光质量激光，而脊形波导的增益体积有限，因此很难实现瓦级的高功率输出。又例如，分布反馈和分布布拉格反射激光器采用内置的光栅结构实现模式选择，但前述内置光栅结构设计复杂，工艺难度大、研制成本高。

综上所述，如何提供一种能够兼顾线宽、光束质量和输出功率的半导体激光器，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种半导体激光器，可以向外界提供线宽窄、光束质量高且输出功率大的激光。

为实现上述目的，本发明提供一种半导体激光器，包括半导体PN结和设于所述半导体PN结且沿同列分布的表面有源布拉格反射光栅、脊形波导列阵、多模干涉波导和超对称列阵波导；

所述表面有源布拉格反射光栅设于所述脊形波导列阵的一端，所述多模干涉波导的一端紧邻所述脊形波导列阵的另一端，所述超对称列阵波导紧邻所述多模干涉波导的另一端。

优选地，所述多模干涉波导内设有用以实现激光相干合束的空间调制结构。

优选地，所述空间调制结构包括若干个刻蚀于所述多模干涉波导、用以提高界面电阻的空腔。

优选地，所述多模干涉波导包括多个用以连接所述脊形波导列阵的入口端和多个用以连接所述超对列阵波导的出口端；全部所述入口端均布于所述脊形波导列阵的一端。

优选地，所述超对称列阵波导包括用以实现激光增益的第一超对称列阵波导和用以实现激光损耗的第二超对称列阵波导；所述第一超对称列阵波导和所述第二超对称列阵波导并排设置。

优选地，所述半导体PN结包括分层铺设的N型衬底层、N层包层、N型波导层、有源层、P型波导层、P型包层和P型高掺杂层；所述N型衬底层连接有N极电极，所述P型高掺杂层连接有P极电极。

优选地，所述表面有源布拉格反射光栅、所述脊形波导列阵、所述多模干涉波导和所述超对称列阵波导设于所述P型包层和所述P型高掺杂层。

优选地，所述半导体PN结呈长条状；所述表面有源布拉格反射光栅、所述脊形波导列阵、所述多模干涉波导和所述超对称列阵波导的列向长度之和等于所述半导体PN结的长度。

优选地，所述脊形波导列阵和所述多模干涉波导二者的行向宽度均等于所述半导体PN结的宽度。