專利名稱：二極管激光器、集成二極管激光器以及集成半導體光放大器的制作方法
技術領域：
本發明涉及光電工程的關鍵部件一具有高發射質量的小型、高效和高功率的寬 波長范圍激光源，即涉及二極管(半導體、注入式)激光器、沿著軸集成連接的二極管激光 器(以下稱為集成二極管激光器)以及沿著軸集成連接的主二極管激光器和半導體放大元 件(以下稱為集成半導體光放大器)。
背景技術：
由以下發明可知提高了輸出功率和提高了激光束質量的二極管激光器[美國 專禾Ij 4063189，XEROX CORP. (US)，1977，HOlS 3/19，331/94. 5H]；[俄羅斯專利 2197048， V. I. SHVEIKIN, V. A. GEL0VANI, 18. 02. 2002，HOlS 5/32]。從技術本質和所獲得的技術結果的觀點來看，在[俄羅斯專利2278455， V. I. SHVEIKIN, 17. 11. 2004，HOl S 5/32]中提出了示例性原型注入式(以下稱為二極管) 激光器。所述二極管激光器包括基于半導體化合物的異質結構、光學面(optical facet), 反射器、歐姆接觸、光諧振器。該異質結構的特征在于異質結構的有效折射率neff與漏入 層(lead-in layer)的折射率nIN的比率，即，neff與nIN的比率根據從一個+ δ到一個+ δ 的范圍來確定，其中，該δ通過遠小于1的數來確定。該異質結構包含至少一個活性層、至少兩個反射層，在該活性層的每一側上具有 至少一個反射層。所述反射層由至少一個子層構成，并具有比該異質結構的有效折射率Ilrff 小的折射率。該異質結構還包含用于漏入發射(leak-in emission)的漏入區域(leak-in region) 0所述漏入區域對于發射來說是透過性的。至少一個該漏入區域設置在至少該活 性層一側、活性層和對應的反射層之間。該漏入區域包括用于漏入發射的漏入層，該漏入層 折射率為nIN且由至少一個子層組成。該漏入區域還包括至少一個限制層，該限制層由至少 一個子層組成。漏入區域還包括由至少一個子層組成的主調節層，該主調節層的至少一個 子層具有不比漏入層的折射率nIN小的折射率，并且其一個表面與活性層相鄰。在主調節 層的相對側上，其另一個表面與漏入區域的限制層相鄰；所述限制層具有比主調節層的折 射率小的折射率。選擇光諧振反射器的反射系數以及異質結構層的組成和厚度，使得對于 工作的二極管激光器來說，所得到的活性層中的發射放大率足以在整個工作電流范圍內維 持發射激光的閾值。根據從一個+ S到一個-Y的取值范圍來確定發射激光的閾值電流范 圍內的比率nrff/nIN，其中，通過小于δ的數來確定γ值。在對應于圖5的實例中所考慮 的注入式激光器的設計中(參見[俄羅斯專利2278455，V. I. SHVEIKIN, 17. 11. 2004，HOl S 5/32])，在二極管激光器的工作期間流動的電流的活性區域被制作為臺面條狀。原型二極管激光器的主要優點是增大了激光器輸出功率、增大了垂直面中發射 區域的尺寸以及相應地減小了發射的角度發散。同時，原型二極管激光器在顯著提高了激 光發射質量的情況下進一步限制了輸出功率的增加。此外，已知的原型二極管激光器不能實現沿著軸集成連接的二極管激光器，即，集成二極管激光器(以下稱作IDL)以及沿著軸集成連接的主二極管激光器(以下稱為MDL) 和半導體放大元件(下文中稱為SAE)，即，集成半導體光放大器(下文中稱為IS0A)。還沒有找到所提出IDL的類似物和原型。由以下發明可知提高了輸出功率并提高了激光束質量的集成半導體光放大 器[俄羅斯專利 2109381 (申請號 96115454)，V. I. SHVEIKIN, “POLYUS"RDI SE RU, 19. 08. 1996，HOl S 3/19，“ Integratedsemiconductor laser-amplifier，，]，[俄羅斯專利 2134007, V. I. SHVEIKIN, "POLYUS" RDI SE RU，12. 03. 1998，HOl S 3/19]。從技術本質的觀點來看，在[俄羅斯專利21；34007，V. I. SHVEIKIN, “POLYUS"RDI SE RU，12. 03. 1998，HOl S 3/19]中提出了示例性集成半導體光放大器。所述集成半導體 光放大器包括集成連接的主二極管激光器(以下稱為MDL)和半導體放大元件(以下稱為 SAE)，它們沿著相同軸設置并由相同的半導體異質結構制成。所述異質結構包含至少一個 活性層、至少兩個限制層、對發射透明的輸入-輸出區域以及光學面、歐姆接觸。此外，MDL 包括在MDL的工作期間流動的電流的活性區域、限制從所述活性區域的橫向側面發射的限 制區域、光諧振器及其反射器。SAE包括在SAE工作期間流動的電流的至少一個放大區域， SAE在輸出光學面上具有抗反射涂層。在操作放大器的過程中，選擇從活性層泄露的放大發射的對應入射角δ，對發射 透明的輸入-輸出區域與異質結構的有效折射率nrff以及所述輸入-輸出區域的折射率nraK 符合0 < arccos neff/nI0E < neffmin/nI0E關系，nI0K大于nmin，其中，neffmin是對于實際的多個 異質結構和輸入-輸出區域所有可能nrff中的nrff的最小值，而nmin是制造異質結構的半導 體化合物的最小折射率。該原型ISOA的主要優點是所提出的集成連接ISOA的設計增大了輸出功率、增大 了發射區域的尺寸以及相應減小了發射的角度發散的獨創性。所提出該設計的主要缺點是 它們技術實現的復雜性。
發明內容
主要技術成果是提出了具有非透射光諧振器(NOR-DL)的有創始性的二極管激光 器，使得確實可以以集成形式制造高效的激光源，即，沿著軸集成連接的兩個或多個二極管 激光器(在下文中稱為集成DL(IDL))以及沿著軸集成連接的主二極管激光器和半導體放 大元件(在下文中稱為集成半導體光放大器(ISOA))。所提出NOR-DL的技術效果是顯著減小了激光發射閾值電流密度(兩倍以上)，增 加了激光發射的效率和功率，改善了模(mode)生成的穩定性，明顯(一個數量級以上)增 加了光諧振器的非透射反射器的強度，實現了激光發射輸出，通過具有抗反射光學面的半 導體寬帶層(相對于活性層)省略了活性層，創建了最佳橫向限制區域(使得可以開發高 功率、高效率和可靠性的寬范圍波長)，延長了壽命，單頻率、單模和多模激光發射的光源具 有高速調制的激光發射，大大簡化了制造的技術，并且節省了制造成本。所提出IDL的技術效果是顯著減小了激光閾值電流密度(兩倍以上)，增加了激光 發射的效率和功率，改善了模生成的穩定性，明顯(一個數量級以上)增加了光諧振器的非 透射反射器的強度，實現了激光發射輸出，通過具有抗反射光學面的半導體寬帶層(相對 于活性層)省略了活性層，創建了最佳橫向限制區域(使得可以開發高功率、高效率和可靠性的寬范圍波長)，延長了壽命，單頻率、單模和多模激光發射的光源具有高速調制的激光 發射，大大簡化了制造的技術，并且節省了制造成本。所提出ISOA的技術效果是顯著減小了激光閾值電流密度(兩倍以上)，增加了激 光發射的效率和功率，改善了模生成的穩定性，明顯(一個數量級以上)增加了光諧振器的 非透射反射器的強度，實現了激光發射輸出，通過具有抗反射光學面的半導體寬帶層(相 對于活性層)省略了活性層，創建了最佳橫向限制區域(使得可以開發高功率、高效率和可 靠性的寬范圍波長)，延長了壽命，單頻率、單模和多模激光發射的光源具有高速調制的激 光發射，大大簡化了制造的技術，并且節省了制造成本。本發明的一個方面是一種二極管激光器，其包括基于半導體化合物的異質結構。 所述異質結構包含至少一個活性層、至少兩個限制層、用于漏入發射的漏入區域，所述漏入 區域對于發射來說是透過性的，包含至少一個漏入層；所述漏入區域設置在至少活性層的 一側、該活性層和對應的限制層之間。所述二極管激光器還包括在具有在二極管激光器工 作期間流動的電流的活性區域、光學面、反射器、光諧振器、歐姆接觸。所述異質結構的附加 特征在于，異質結構的有效折射率neff與漏入層的折射率nIN的比率，即，neff與nIN的比率根 據從一個+ S到一個-Y的范圍來確定，其中，S和Y由遠小于1的數來確定，且Y大于 δ。此外，存在限制區域來限制發射，該限制區域設置在與具有流動電流的活性區域的兩個 橫向側面相距特定距離處，并且從外部層穿透到異質結構且至少到活性層并進一步深入異 質結構。在發射輸出側，光學面上存在激光發射反射系數接近零的抗反射涂層，在發射輸出 的相同側，形成了激光發射反射系數接近1的光諧振反射器，所述反射器與活性層以及位 于活性層兩側的異質結構的半導體層相鄰，所述半導體層的總厚度至少在(λ/4η#) μπι到范圍內，其中λ是自由空間激光波長。新提出的NOR-DL的本質區別在于，提出了一種非顯而易見的光諧振器和非顯而 易見的激光發射輸出的具有創始性且不尋常的結合。在光諧振器中達到激光閾值，光諧振 器在兩側上均包括反射器，反射器對于兩個高強度反射鏡(非透射光諧振器)具有最高反 射系數。通過具有抗反射(小于0.01%)光學面的二極管激光器的改進異質結構的寬帶 (相對于活性層中的能量帶寬度)漏入區域實現活性層的發射的輸出。正是這個方案開啟 了實現上述技術效果的新的可能性，并且使得可以開發單元件NOR-DL和以集成形式制造 的上述組合IDL和由MDL和SAE組成的IS0A。在優選實施方式中，δ趨向于零。這確定了相應異質結構的選擇。在優選實施方式中，形成在發射輸出側的反射器設置在大約從異質結構的外部層 到大約異質結構的漏入層。當在一個方向上實現來自NOR-DL的激光發射的輸出的情況下，在相對側，激光發 射反射系數接近1的光諧振反射器的高度等于異質結構的厚度。在優選實施方式中，整個異質結構厚度或者在沉積反射涂層之后留下的這部分異 質結構厚度上的光學面上存在抗反射涂層。在優選實施方式中，以特定方式加深的所述活性區域的橫向限制區域具有比異質 結構的有效折射率neff小的折射率。在這種情況下，所述限制區域被設置在與活性區域的 橫向側相距(微米大小的)特定距離處并且在異質結構的活性層設置下方的特定深度處，極端的情況達到最接近基板的異質結構的限制層。這使得可以改善模生成的穩定性，并且 以增加的輸出功率分別提高了發射激光的效率。本發明中提出的非顯而易見的NOR-DL的本質在于非顯而易見且有效的光諧振器 的構造和輸出光諧振器外的激光發射方法。光諧振器構造的特征在于，其兩個反射器幾乎 完全反射從激光器的活性層出現的發射。主要從所提出的異質結構的漏入層實現激光發射 輸出，通過具有抗反射光學面的寬帶漏入區域省略了光諧振器的非透射反射器。在本發明中提出的NOR-DL的技術實現基于至此已充分開發并廣泛使用的已知基 本技術工藝。該方案滿足“工業適應性”的準則。其制造的主要區別在于異質結構和NOR-DL 的光諧振器的特征。本發明的另一方面是一種集成二極管激光器，其由基于半導體化合物的相同異質 結構制成的集成連接的二極管激光器的組合(下文中稱為IDL)。所述異質結構包含至少一 個活性層、至少兩個限制層、用于漏入發射的漏入區域，所述漏入區域對于發射來說是透過 性的；所述漏入區域包含至少一個漏入層，被設置在至少活性層的一側、活性層和對應的限 制層之間。所述IDL包含設置在相同軸上的至少兩個光諧振器和具有在IDL工作期間流動 的電流的至少兩個活性區域、光學面、反射器和歐姆接觸。所述異質結構的特征在于，異質 結構的有效折射率Iieff與漏入層的折射率nIN的比率，即，neff與nIN的比率根據從一個+ δ 到一個-Y的范圍來確定，其中，S和Y由遠小于1的數來確定，且Y大于S。此外，在 具有流動電流的活性區域的兩側，存在用于限制發射的限制區域，該限制區域設置在與具 有流動電流的活性區域的兩個橫向側面相距特定距離處，并且從外部層穿透到異質結構且 至少穿透到活性層并進一步深入異質結構。在發射輸出側，光學面上存在激光發射反射系 數接近零的抗反射涂層，并且每個光諧振器均通過激光發射反射系數接近1且與活性層以 及位于活性層兩側的異質結構的半導體層相鄰的反射器來限制，所述半導體層的總厚度至 少在(λ /4neff) μ m到G λ /neff) ym的范圍內，其中λ是自由空間激光波長。新提出的非顯而易見的IDL的主要區別在于，兩個非透射光諧振器的新的、非顯 而易見的連接和它們的集成光學連接以及高效的發射輸出。在光諧振器中達到激光發射閾 值，光諧振器在兩側上均包括具有兩個反射鏡的最大高反射系數的反射器。主要通過所提 出異質結構的漏入區域實現光諧振器的有效和最佳集成連接(沒有聚焦光學器件，并且幾 乎沒有發射損失)。通過具有幾乎完全抗反射(0.01%)的光學面(具有沉積的抗反射涂 層)的寬帶漏入區域來實現IDL的發射的輸出。正是這個方案開啟了實現上述IDL的技術 效果的新的且非顯而易見的可能性。當在一個方向上實現來自IDL的激光發射的輸出的情況下，在相對側，激光發射 反射系數接近1的光諧振反射器的高度等于異質結構厚度。在優選實施方式中，整個異質結構厚度或者在沉積反射涂層之后留下的這部分異 質結構厚度的光學面上存在抗反射涂層。在優選實施方式中，以特定方式加深的所述活性區域的橫向限制區域具有比異質 結構的有效折射率neff小的折射率。在這種情況下，所述發射限制區域被設置在與活性區 域的橫向側相距(微米大小的)特定距離處并且在異質結構的活性層設置下方的特定深度 處，極端的情況達到最接近基板的異質結構的限制層。這使得可以改善模生成的穩定性，并 且以增加的輸出功率分別提高了發射激光的效率。7
在優選實施方式中，在發射輸出側，至少一個活性區域(至少其一部分)被制造為 可以以相應的角度加寬，并且在發射輸出側的相對側，在所述可加寬的活性區域中，其長度 的初始部分被制造為寬度等于先前活性區域的寬度。然后，對于所述可加寬的活性區域，發 射輸出側上的反射器具有約等于可加寬活性區域的初始部分的寬度。在優選實施方式中，集成二極管激光器的至少兩個活性區域具有獨立的歐姆接 觸。在本發明中提出的非顯而易見的IDL的本質在于，二極管激光器之間非顯而易見 且有效的集成連接，它們的光諧振器的構造以及激光發射輸出光諧振器外的方法。光諧振 器構造的特點在于，其反射器幾乎完全反射從激光器的活性層出現的發射，激光發射輸出 主要由所提出異質結構的漏入層實現，通過幾乎完全抗反射光學面(小于0.01%)省略了 光諧振器的非透射反射器。在本發明中提出的IDL的技術實現基于至此已充分開發并廣泛使用的已知基本 技術工藝。該方案滿足“工業適應性”的準則。其制造的主要區別在于異質結構和二極管 激光器的光諧振器的特征。本發明的另一方面是一種集成半導體光放大器(下文中稱為IS0A)，其包括集成 連接、沿著相同軸設置且由相同的半導體異質結構制成的主二極管激光器(MDL)和半導體 放大元件(SAE)。所述異質結構包含至少一個活性層、至少兩個限制層、對發射透過性的區 域。所述ISOA還包括光學面、歐姆接觸。此外，MDL包括具有在主二極管激光器工作期間流 動的電流的活性區域、從所述活性區域的橫向側面限制發射的限制區域、光諧振器及其反 射器，以及SAE包括在輸出光學面上具有抗反射涂層的至少一個放大區域(具有在SAE工 作期間流動的電流)。所述異質結構的附加特征在于，異質結構的有效折射率nrff與漏入層 的折射率nIN的比率，即，Iieff與nIN的比率根據從一個+ δ到一個的范圍來確定，其中， δ和γ由遠小于1的數來確定，且Y大于δ。對于發射透明且為漏入區域的所述區域具 有至少一個漏入層。所述漏入區域設置在至少活性層的一側、活性層和對應的限制層之間。 此外，存在用以限制發射的MDL限制區域，所述限制區域設置在與具有流動電流的活性區 域的兩個橫向側面相距特定距離處，并且從外部層穿透到異質結構且至少穿透到活性層并 進一步深入異質結構。MDL的光諧振器通過激光發射反射系數接近1的反射器來限制。在 這種情況下，與SAE的有源放大區域臨近的MDL反射器被制造為與活性層和位于活性層兩 側的異質結構的半導體層相鄰，所述半導體層的總厚度至少在(A/4nrff) μπι到μ m的范圍內，其中λ是自由空間激光波長，并且SAE的輸出光學面上的抗反射涂層被制造 為具有接近0的反射系數。新提出的ISOA的主要區別在于，MDL和SAE的非顯而易見的集成連接，以及MDL不 尋常的光諧振器。在光諧振器中達到MDL的激光閾值，光諧振器的兩個反射器具有最高反 射系數。通過所提出MDL和SAE異質結構的寬帶漏入區域實現MDL和SAE之間的集成連接， 無需聚焦光學器件，并且幾乎沒有發射損失。通過具有SAE的抗反射(小于0.01%)輸出 光學面的新提出的異質結構的漏入區域來實現從ISOA的發射輸出。正是這個方案開啟了 實現上述ISOA的技術效果的新的可能性。在優選實施方式中，在發射輸出側的相對側，激光發射反射系數接近1的光諧振反射器具有等于異質結構厚度的高度。在優選實施方式中，在整個異質結構厚度或者在沉積反射涂層之后留下的這部分 異質結構厚度上的光學面上，存在抗反射涂層。在優選實施方式中，以特定方式加深的MDL的所述活性區域的橫向限制區域具有 比異質結構的有效折射率nrff小的折射率。在這種情況下，所述限制區域被設置在與活性 區域的橫向側相距(微米大小的)特定距離處并且在異質結構的活性層設置下方的特定深 度處，極端的情況達到最接近基板的異質結構的限制層。這使得可以改善模生成的穩定性， 并且以增加的輸出功率分別提高了 ISOA的發射激光的效率。在優選實施方式中，在發射輸出側，SAE的至少一個放大區域(至少其一部分)被 制造為可以以相應的角度加寬，并且在發射輸出側的相對側，在所述可加寬的放大區域中， 其長度的初始部分被制造為寬度等于MDL的先前活性區域的寬度。在優選實施方式中，MDL的活性區域和SAE的放大區域具有獨立的歐姆接觸。在本發明中提出的非顯而易見的ISOA的本質在于，MDL和SAE之間的非顯而易見 且有效的集成連接。MDL的光諧振器的特點在于，其兩個反射器幾乎完全反射從激光器的活性層出現 的發射。主要由新提出的異質結構的漏入層實現從MDL到SAE的激光發射的輸出，省略了 光諧振器的非透射反射器。放大的發射通過SAE的幾乎完全抗反射光學輸出刻面來輸出， 所述刻面與異質結構的寬帶半導體層相鄰。在本發明中提出的ISOA的技術實現基于至此已充分開發并廣泛使用的已知基本 技術工藝。該方案滿足“工業適應性”的準則。其制造的主要區別在于異質結構和MDL的 光諧振器的特征。
下面將結合圖1至圖8詳細描述本發明，其中圖1是所提出的二極管激光器的縱截面示意圖，該二極管激光器具有光諧振器的 非透射反射器，激光發射通過具有抗反射涂層的光學面從異質結構的漏入層輸出。圖2是所提出的具有光諧振器的非透射反射器的二極管激光器的俯視圖的示意 圖，其縱截面在圖1中示意性地示出。圖3是所提出的與圖1示意性示出的二極管激光器不同的具有光諧振器的非透射 反射器的二極管激光器的縱截面的示意圖，不同之處在于從異質結構的外表面到異質結構 基底設置具有抗反射涂層的輸出刻面。圖4是所提出的沿著軸集成連接的兩個激光器形式的集成二極管激光器的縱截 面的示意圖，在所述集成二極管激光器中，兩個光諧振器沿著軸連續設置，所述光諧振器的 反射器具有高反射系數并包含具有流動電流的兩個活性區域。圖5是集成二極管激光器的俯視圖的示意圖，其縱截面在圖4中示意性地示出。圖6是集成二極管激光器的俯視圖的示意圖，其縱截面在圖4中示意性地示出，在 所述集成二極管激光器中，與具有抗反射涂層的輸出光學面相鄰的活性區域部分被制造得 可加寬。9
圖7是所提出的包括MDL和SAE的ISOA的俯視圖的示意圖，在所述ISOA中，與主 二極管激光器相鄰的SAE的放大區域部分具有約等于主激光器的條狀活性區域的寬度的 寬度，并且與具有抗反射涂層的輸出光學面相鄰的SAE的放大區域部分被制造得可加寬。圖8是所提出的與圖7示意性示出的ISOA不同的ISOA的俯視圖的示意圖，不同 之處在于主二極管激光器沿著軸在兩個相反方向上與兩個SAE集成連接。
具體實施例方式以下，將通過參照
具體實施方式
來闡述本發明。二極管激光器、集成二極 管激光器和集成半導體光放大器的實施方式的特定實施例并不是唯一的，也可以采用其他 的方式實現，包括已知的波長范圍，其特征反映在根據權利要求的區別特征的總和中。所提出的具有非透射光諧振器的二極管激光器1 (NOR-DL)(參見圖1 圖2)在η 型GaAs的基板2上包含基于InMGaAs化合物的激光異質結構，該激光異質結構具有一個 InGaAs的活性層3。光諧振器的長度為4mm。在活性層3和限制層4 (在基板的一側上)之 間，設置有包含漏入層5的漏入區域和調節層6。在相反側上，調節層7與活性層相鄰，限制 層8與調節層7相鄰。然后，半導體接觸層9與限制層8相鄰。在圖中未示出金屬層。實際 上，位于限制層4和8之間的所有異質結構層的組構成DL的波導區域，該波導區域具有由 漏入層5的厚度決定的非常大的厚度。特征在于以下事實漏入層5的厚度可具有大約從 2 μ m到10 μ m以及更大的尺寸，調節層6和7的厚度可以大約在0. 1 μ m到1. 0 μ m。確定異 質結構的有效折射率neff與漏入層的折射率nIN的比率的值。在0. lkA/cm2和lOkA/cm2的電 流強度下計算的neff/nIN分別為1. 000001和0. 999邪4。激光波長被選擇為等于0. 976 μ m, 并且由活性層3的成分和厚度來確定。通過在異質結構的外表面上蝕刻相應的凹痕來制造 位于發射輸出側上的、激光器1的光諧振器的反射器。在凹痕中制造的高大約2 μ m的光學 面10上(所述光學面與異質結構層6、3、7、8和9相鄰)沉積了反射系數R1為99%的反射 涂層11。為了激光發射輸出，在切開的光學面12上，沉積了反射系數&小于0.01%的抗 反射涂層13。在與發射輸出側相對一側的整個切開的光學面14上，沉積了反射系數R1為 99%的反射涂層15。具有流動電流的活性區域16被制造為具有IOOym條寬度的條狀區 域。具有流動電流的活性區域16中激光發射的橫向光學限制通過限制區域17來實現，該 限制區域被制造為填充有電介質并被設置在與具有流動電流的活性區域16的橫向側相距 3μπι處的條狀凹痕。注意，電介質限制區域的底部被設置在異質結構的活性層3以下。對 于選定的8. 0 μ m的漏入層5的厚度，該NOR-DL實施方式的閾值電流密度為120A/cm2，多模 激光器發射功率為15W，微分效率為85%。垂直面中的發散角為7.0°，水平面中的發散角 為-4.0°。二極管激光器1 (NOR-DL)的以下實施方式(參見圖3)與前一個實施方式的不同 之處在于，在此實施方式中，對于激光發射輸出，沉積有抗反射涂層13的純凈刻面12被設 置在凹痕外側25 μ m距離處。此NOR-DL實施方式的參數類似于先前實施方式的參數。應該注意，與圖1至圖2所示的實施方式不同的、通過底部位于異質結構的活性層 3上方(例如)0. 2 μ m處的限制區域17來實現活性區域16中激光發射的橫向光學限制的 二極管激光器1的實施方式也是可行的。此實施方式的最大輸出功率不超過5W。所提出的集成連接的IDL 30(參見圖4 圖幻沿著激光發射傳播的光軸包含兩個集成連接的基于與NOR-DL相同的異質結構的二極管激光器。第一二極管激光器31包括 長度為1. Omm的光諧振器，該光諧振器具有非透射反射器32和33以及寬100 μ m的條狀活 性區域34，第二二極管激光器35包括長度為5. Omm的光諧振器，該光諧振器具有非透射反 射器36和37以及寬100 μ m的條狀活性區域38。通過具有電介質涂層40的抗反射刻面 39實現激光發射輸出。此IDL實施方式的閾值電流密度為90A/cm2，激光器輸出功率增加 到25W，微分效率和發散角與先前實施方式中的相同。IDL 30的以下實施方式與前一個實施方式的不同之處在于，此實施方式被制造為 平行設置的(20個)IDL 30的柵格。這種柵格的輸出功率為500W。IDL 30的以下實施方式(參見圖6)與前一個實施方式的不同之處在于，在此實施 方式中，第一二極管激光器31的活性區域34的寬度為10 μ m，第二二極管(輸出)激光器 35的活性區域的結構由兩部分組成。在其第一部分41中活性區域(長度為1. Omm)的寬度 為10 μ m，活性區域的第二部分42 (長度為4. Omm)被制造得可以以7°的加寬角來加寬，導 致輸出激光發射開口的寬度為490 μ m。該實施方式產生具有以下發散的衍射角的5W功率 單模激光發射在垂直面中為8°，在水平面中為0.20°。激光發射的微分效率在75%至 90%的范圍內。IDL 30的以下實施方式與圖6所示實施方式的不同之處在于，此實施方式被制造 為具有100W輸出功率的平行設置的(20個)IDL 30的柵格。所提出的集成連接的ISOA 50 (參見圖7)沿著激光發射傳播的光軸包含集成連接 的主二極管激光器51 (MDL)和半導體放大元件52 (SAE)，主二極管激光器51具有光諧振器 的長度1. Omm,半導體放大元件52具有5. Omm長度的放大區域。MDL 51包括長度為1. Omm 的光諧振器，該光諧振器具有非透射反射器53和M以及寬度為10 μ m的條狀活性區域55。 SAE包括放大區域的兩個部分56和57。放大區域的第一部分56被制造得具有與MDL 51中 的活性區域55相同的長度和寬度。長度為5. Omm的放大區域的第二部分57被制造得可以 以7°的加寬角來加寬，使得輸出激光發射開口的寬度大約為600μπι。在放大區域的輸出 光學面58上，沉積了反射系數小于0. 01%的抗反射電介質涂層59。在與放大區域的第一 部分56交界處的V形凹痕60的輪廓起到穩定元件的作用。所給出的該ISOA使得可以獲 得具有高質量發射的功率高達IOW的單模激光發射。發射發散的衍射角在垂直面中為8°， 在水平面中為0.14°。激光發射的微分效率在80%至90%的范圍內。ISOA 50的以下實施方式(參見圖8)與前一個實施方式的不同之處在于，在此實 施方式中，在沿著軸的相反方向上，一個MDL 51在每一側均集成連接一個SAE 52。此ISOA 在兩個相反方向上進行發射，發射參數與先前的實施方式的參數類似。ISOA 50的以下實施方式與圖8所示實施方式的不同之處在于，此實施方式被制 造為具有340W總輸出功率的平行設置的(17個)ISOA 50的柵格。工業應用性半導體激光發射源二極管激光器(DL)以及集成二極管激光器(IDL)和集成半導 體光放大器被用于光纖通信和數據傳輸系統、光學超高速計算和交換系統、激光器工業設 備的開發、醫學設備、用于倍頻激光器的實現以及用于泵浦固態和光纖激光器和放大器。
權利要求
1.一種二極管激光器，包括基于半導體化合物的異質結構，所述異質結構包含至少一 個活性層、至少兩個限制層、用于漏入發射的漏入區域，所述漏入區域對于發射是透過性 的，所述漏入區域包含至少一個漏入層，并且設置在至少所述活性層的一側、所述活性層和 對應的限制層之間，所述二極管激光器還包括具有在所述二極管激光器工作期間流動的電 流的活性區域、光學面、反射器、光諧振器、歐姆接觸，其中，所述異質結構的附加特征在于， 所述異質結構的有效折射率neff與所述漏入層的折射率nIN的比率，即，Iieff與nIN的比率根 據從一個+S到一個-Y的范圍來確定，其中，δ和γ由遠小于1的數確定，且Y大于δ， 此外，在與具有流動電流的活性區域的兩個橫向側面相距特定距離處設置了限制發射的限 制區域，所述限制區域從外部層穿透到所述異質結構且至少穿透到所述活性層并進一步深 入所述異質結構，在發射輸出側，光學面上存在激光發射反射系數接近零的抗反射涂層，在 發射輸出的相同側，形成了激光發射反射系數接近1的光諧振反射器，所述反射器與所述 活性層以及位于所述活性層兩側的所述異質結構的半導體層相鄰，所述半導體層的總厚度 至少在(X/4nrff)ym到μπι的范圍內，其中λ是自由空間激光波長。
2.根據權利要求1所述的二極管激光器，其中，所述δ接近0。
3.根據權利要求1所述的二極管激光器，其中，形成在發射輸出側的所述反射器設置 在從所述異質結構的所述外部層大約到位于基板的一側上的所述漏入區域中所包括的所 述漏入層。
4.根據權利要求1所述的二極管激光器，其中，在發射輸出側，在整個異質結構厚度或 者在沉積反射涂層之后留下的部分異質結構厚度上的光學面上，存在抗反射涂層。
5.根據權利要求1所述的二極管激光器，其中，在發射輸出側的相對側，激光發射反射 系數接近1的光諧振反射器的高度等于所述異質結構的厚度。
6.根據權利要求1所述的二極管激光器，其中，所述發射限制區域被設置在與具有流 動電流的所述活性區域的橫向側面相距特定距離處，所述限制區域的折射率被選擇為小于 所述異質結構的所述有效折射率nrff。
7.根據權利要求1所述的二極管激光器，其中，所述限制區域被設置為達到所述基板 的一側上的所述異質結構的所述限制層。
8.一種集成二極管激光器，由基于半導體化合物的相同異質結構構成，所述異質結構 包含至少一個活性層、至少兩個限制層、用于漏入發射的漏入區域，所述漏入區域對于發射 是透過性的，所述漏入區域包含至少一個漏入層，并且設置在至少所述活性層的一側、所述 活性層和對應的限制層之間，所述集成二極管激光器還包括沿著相同軸設置的至少兩個光 諧振器和具有在所述集成二極管激光器工作期間流動的電流的至少兩個活性區域、光學 面、反射器和歐姆接觸，所述異質結構的特征在于，所述異質結構的有效折射率nrff與所述 漏入層的折射率nIN的比率，即，Iieff與nIN的比率根據從一個+ δ到一個的范圍來確定， 其中，δ和γ由遠小于1的數來確定，且γ大于δ，此外，在與具有流動電流的活性區域 的兩個橫向側面相距特定距離處設置了限制發射的限制區域，所述限制區域從外部層穿透 到所述異質結構其至少穿透到所述活性層并進一步深入所述異質結構，在發射輸出側，光 學面上存在激光發射反射系數接近零的抗反射涂層，并且每個光諧振器均通過激光發射反 射系數接近1且與所述活性層以及位于所述活性層兩側的異質結構的半導體層相鄰的反 射器來限制，所述半導體層的總厚度至少在U/4nrff) μπι到范圍內，其中λ是自由空間激光波長。
9.根據權利要求8所述的集成二極管激光器，其中，在發射輸出側，至少一個具有流動 電流的活性區域的至少一部分被制造為以相應的角度加寬。
10.根據權利要求9所述的集成二極管激光器，其中，設置在發射輸出側的相對側的可 加寬活性區域的長度的初始部分被制造為寬度等于先前二極管激光器的先前活性區域的 寬度。
11.根據權利要求9所述的集成二極管激光器，其中，對于具有流動電流的所述可加寬 活性區域，具有高激光發射反射系數的反射器被制造為寬度約等于所述可加寬活性區域的 初始部分的寬度。
12.根據權利要求8所述的集成二極管激光器，其中，所述集成二極管激光器的至少兩 個活性區域具有獨立的歐姆接觸。
13.一種集成半導體光放大器，包括集成連接、沿著相同軸設置且由相同的半導體異質 結構制成的主二極管激光器和半導體放大元件，所述異質結構包含至少一個活性層、至少 兩個限制層、對發射透過性的區域，以及所述集成半導體光放大器包括光學面、歐姆接觸， 此外，所述主二極管激光器包括具有在所述主二極管激光器工作期間流動的電流的活性區 域、用于從所述活性區域的橫向側面限制發射的限制區域、光諧振器及其反射器，以及所述 半導體放大元件包括在輸出光學面上具有抗反射涂層的至少一個放大區域(具有在所述 半導體放大元件工作期間流動的電流)，其中，所述異質結構的附加特征在于，所述異質結 構的有效折射率neff與所述漏入層的折射率nIN的比率，即，neff與nIN的比率根據從一個+ δ 到一個-Y的范圍來確定，其中，S和Y由遠小于1的數來確定，且Y大于S，對于發射 透過且為漏入區域的區域具有至少一個漏入層，并且設置在至少所述活性層的一側、所述 活性層和對應的限制層之間，此外，在與具有流動電流的活性區域的兩個橫向側面相距特 定距離處設置了限制發射的限制區域，所述限制區域從外部層穿透到所述異質結構且至少 穿透到所述活性層并進一步深入所述異質結構，所述光諧振器通過激光發射反射系數接近 1的反射器來限制，與所述半導體放大元件的有源放大區域鄰近的主二極管激光器反射器 被制造為與所述活性層和位于所述活性層兩側的異質結構的半導體層相鄰，所述半導體層 的總厚度至少在U/4nrff) μπι到范圍內，其中λ是自由空間激光波長，并 且所述半導體放大元件的輸出光學面上的抗反射涂層被制造為具有接近0的反射系數。
14.根據權利要求13所述的集成半導體光放大器，其中，具有流動電流的至少一個放 大區域被制造為以相應的角度加寬。
15.根據權利要求14所述的集成半導體光放大器，其中，具有流動電流的可加寬放大 區域的長度的初始部分被制造為寬度接近于所述主二極管激光器的先前活性區域的寬度。
16.根據權利要求13所述的集成半導體光放大器，其中，所述活性區域和所述放大區 域具有獨立的歐姆接觸。
全文摘要
本發明涉及三種類型的激光光源二極管激光器、集成二極管激光器(以集成連接二極管激光器的形式)以及集成半導體光放大器(以集成連接驅動二極管激光器和半導體放大元件的形式)，其放大器由二極管激光器的新光諧振器和新激光器輻射耦合組成。落入上述三種類型的激光輻射源中的二極管激光器的光諧振器中的兩個反射器在其兩側上具有最大可能反射系數，繞開活性層，通過具有幾乎完全抗反射(小于0.01％)光學面的二極管激光器的本發明改進的異質結構的寬帶半導體層，實現活性層的輻射耦合。本發明使得可以設計高功率、高性能、高速且可靠的三種類型的寬波長帶中的單頻率、單模和多模高質量激光器輻射源，以簡化制造、降低生產成本。
文檔編號H01S5/32GK102057545SQ200980120976
公開日2011年5月11日 申請日期2009年6月3日 優先權日2008年6月6日
發明者尹戈爾·皮特羅維奇·亞雷瑪, 法西利·艾凡諾維奇·夏維金, 維克托·阿奇洛維奇·格洛瓦尼, 阿列克謝·尼古拉耶維奇·索恩克 申請人:通用納米光學有限公司