多波导集成谐振半导体激光器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于新型半导体激光器技术领域，具体涉及一种多波导集成谐振半导体激光器。
【背景技术】
[0002]传统半导体激光器，被广泛的应用于工业加工、医疗、通讯、国防、泵浦源等领域，但是，由于其光束质量差、亮度低、单管功率低等问题，不能满足很多应用领域的需求。随着科技发展，越来越多的领域对更高功率的高光束质量、高亮度、窄线宽、高相干度的高功率激光的需求不断增长。
[0003]为满足这一应用，科学家提出一种锥形激光器。这种激光器通常由反射式布拉格光栅、主振荡器的脊形波导和功率放大器的锥形波导构成。布拉格光栅用于调节激光器纵模，使激光器整体工作在单频率状态；脊形波导的主振荡器用于限制激光器的侧向模式，使主振荡器产生高光束质量的种子光源；锥形波导的功率放大器可以在低电流工作的情况下放大种子光源的功率而不引入其他光学模式。这种锥形激光器提供拥有良好的光束质量和较高的输出功率。然而，作为种子光源的主振荡器在高功率工作时不仅不能很好的限制光学模式而引起跳摸，还容易由于能量过高导致腔面阈值损伤；如果需要进一步增大输出功率，需要在制作半导体激光器芯片时增加锥形波导尺寸，这样通常会引入额外的光学模式而导致光束质量劣化，亮度降低。因而锥形激光器问世二十年来，商业化的只有一些单管器件单独应用。
[0004]因而需要研制出一种在不增加锥形波导尺寸的情况下，实现高功率、高亮度、高光束质量、窄线宽、高相干性的半导体激光器单管乃至线阵，应用于高功率激光器的光学系统中。
【发明内容】
[0005]为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种多波导集成谐振半导体激光器，主要解决半导体激光器单管和线阵的高功率、高光束质量、高亮度、窄线宽、高相干度的问题。同时，本发明还可以应用于集成光学领域，作为单一频率或者多频的激光信号源直接与其他光学元件集成；也可以作为太赫兹差频的激光源，产生相位差稳定、激射波长不同的激光。
[0006]本发明解决技术问题所采用的技术方案如下:
[0007]多波导集成谐振半导体激光器，在半导体激光芯片上制作光子桥、模式稳定器和功率放大器；光子桥通过一个或多个全同或相异的模式稳定器阵列与功率放大器连接。
[0008]本发明的有益效果是:
[0009]1、种子光源模式更稳定:光学模式会经过多个模式稳定器的充分筛选和过滤，更加容易获得稳定单模工作的高质量种子光源。
[0010]2、功率更大、亮度更高、稳定性更好:经过模式稳定器筛选过的光学模式被传递给多个功率放大器进行功率放大，之后通过腔面镀膜技术，可以实现单一或几个出光口的激光输出，相当于原来多个功率放大器放大后的光功率从一个或者少数几个出光口激射，出光口的能量密度提升了几倍，而光束质量不变，因而更加容易得到大功率高亮度激光。并且由于激光芯片的单片集成，相比于采用传统的激光器线阵，省去了光束合束步骤，降低了成本，并且提高了光学系统的稳定性。
[0011]3、腔面不容易损坏:相比于的普通锥形激光器的结构，本项目提出的结构由于出光腔面全在功率放大器部分，模式稳定器的波导部分没有暴露在空气中的腔面，不会像普通的锥形激光器一样由于尺度过小导致功率密度过高而发生腔面氧化等现象从而导致腔面灾变性损坏，大大提高了腔面损伤阈值，在大功率条件下工作也不容易损坏。
[0012]4、出光亮度稳定:可以在不增加功率放大器的尺寸下，通过使用光子桥连接经过多个功率放大器得到的激光能量的方法来获得高功率，进而避免了增大功率放大器的尺寸额外引入的多余模式激射问题；多个模式稳定器还可以很好的抑制光束成丝现象，保证了光束质量。
[0013]5、成本更低，易商业化:本专利提出的多波导集成谐振半导体激光器只需普通商用激光器的制备技术:光子晶体的制备方法已经成熟，目前已经大规模应用于LED生产和商业化，基于光栅制备技术的半导体激光器也已经有商用产品问世，因而工艺流程简单，技术完善，可以支持工业加工、激光医疗等各行业的发展。
[0014]6、通过设计模式稳定器的结构可以调节出射激光器波长，使之工作在稳定的单波长或多波长状态，并且不同的波长之间有着稳定的相位差。可以满足光互连中使用的可调谐激光、非线性光学中使用的差频激光等不同领域的大功率激光输出需求。
【附图说明】
[0015]图1为本发明的多波导集成谐振半导体激光器实施例一的立体结构图。
[0016]图2为本发明的多波导集成谐振半导体激光器实施例一的主视图。
[0017]图3为本发明的多波导集成谐振半导体激光器实施例二的立体结构图。
[0018]图4为本发明的多波导集成谐振半导体激光器实施例二的主视图。
[0019]图5为本发明的多波导集成谐振半导体激光器的光子桥的曲线说明图。
[0020]其中:1、光子桥，2、模式稳定器，3、功率放大器，4、弯曲波导，5、Y形波导，6、光子晶体，7、第一光栅，8、第二光栅，9、光学槽和10、半导体激光芯片。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
[0022]在半导体激光芯片10上制作光子桥1、模式稳定器2和功率放大器3 ;光子桥I通过一个或多个全同或相异的模式稳定器2阵列与功率放大器3连接。
[0023]光子桥I负责连接各个模式稳定器2和功率放大器3，使得激光在半导体激光芯片10上沿着光子桥I在各个模式稳定器2和功率放大器3之间传递和谐振，使得光子能量的传输路径弯曲180°或者90°，或者实现其他设计角度的弯曲，并且由于传输路径改变导致的能量损耗低于0.5dB。其光子传输路径可以是沿着圆弧形或者曲线，或者在折角处实现全反射。其结构可以是Y形波导、脊形波导、光子晶体波导、光学槽，以及以上结构的混合应用。
[0024]模式稳定器2可以用来稳定光学模式，也可以产生频率稳定和光学模式单一的高光束质量种子光源。在一个多波导集成谐振半导体激光器芯片内，每个模式稳定器2可以各自采取不同的结构，起到不同的功能。其结构可以是侧面或者顶面光栅结构、SLOT结构、脊形结构、光子晶体结构、分布反馈结构以及以上结构的混合应用。
[0025]功率放大器3可以在不引入其他光学模式的情况下放大种子光源的功率。其结构可以是锥形波导结构。在半导体激光芯片10上已存在一个