一种锥形半导体激光器的制作方法

本发明涉及的是半导体激光器结设计领域，尤其是一种锥形半导体激光器。

背景技术：

近年来，高功率半导体激光芯片（ld）发展迅速，作为泵浦光源广泛应用于民用和军事领域，特别是作为光纤激光器泵浦源近年来发展势头迅猛。随着光纤激光器对半导体激光泵浦源输出亮度需求的不断提升，而传统的尾纤泵浦源耦合半导体激光芯片的数量接近物理极限，继续提高输出亮度只能提升芯片的亮度。另一方面，通过优质高效率共孔径合束，实现高亮度半导体激光直接输出，也是近年来研究新一代小型化、轻量化高功率激光光源的重要途径之一。

近衍射极限激光是最理想的光纤激光器泵浦源，但由于多种原因半导体激光芯片在慢轴方向光束质量较差。目前100μm宽的9xxnm波段的高功率条形激光器单个芯片连续输出功率达到了15w-30w，电-光转换效率达到了65%以上，然而慢轴光束质量只能达到10-20倍衍射极限(m2=10-20)，对应的慢轴亮度只能达到10mw/cm2·sr的水平。除了光束质量的提升，亮度的提升还包括提高单芯片的输出功率。受腔面损伤、非线性效应等的影响，目前100μm的宽条芯片最高输出功率被限制在30w左右的水平，继续提高输出功率迫切需要在芯片设计上开展创新性研究。如果单芯片慢轴光束质量达到近衍射极限，同时输出功率提高到百瓦级，那么半导体激光单芯片的亮度可以提升两个量级。

技术实现要素：

本发明的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种锥形半导体激光器的技术方案，该方案可实现激光的单向放大，前腔面无反馈结构使得光束质量在放大过程中不易恶化，可大大增加锥形区的长度，达到既可以输出较高的功率，又可以保持近衍射极限的光束质量，可实现超高亮度的激光输出。

本方案是通过如下技术措施来实现的：

一种锥形半导体激光器，包括有脊形区和锥形区；脊形区产生近衍射极限的种子激光，种子激光进入锥形区放大输出；锥形区的前腔面，即与脊形区连接的一端的腔面无反馈激光，锥形区单向放大种子激光。

作为本方案的优选：锥形区的前腔面设置有倾斜腔面结构；倾斜腔面上镀有抗反射膜。

作为本方案的优选：锥形区与脊形区的连接端位于脊形区的一侧设置有片上dbr光栅结构。

作为本方案的优选：激光器后腔面蒸镀高反射介质膜，前腔面蒸镀抗反射介质膜。

作为本方案的优选：脊形区为脊形波导结构。

作为本方案的优选：锥形区为锥形增益波导结构。

作为本方案的优选：锥形区和脊形区的长度之比大于2。

本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，由于在该方案中采用脊形区发射近衍射极限的种子激光，锥形区的前腔面，即与脊形区连接的一端的腔面无反馈激光，使锥形区单向放大种子激光，能够保证在放大过程中光束质量不易恶化，可大大增加锥形区的长度，达到既可以输出较高的功率，又可以保持近衍射极限的光束质量，可实现超高亮度的激光输出。

由此可见，本发明与现有技术相比，具有实质性特点和进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中，101为激光器后腔面，102为脊形波导，103为dbr，104为锥形波导，105为激光器前腔面，106为锥形区前腔面。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图所示，本方案包括有脊形区和锥形区；脊形区产生近衍射极限的种子激光，种子激光进入锥形区放大输出；锥形区的前腔面，即与脊形区连接的一端的腔面无反馈激光，锥形区单向放大种子激光。锥形区的前腔面设置有倾斜腔面结构；倾斜腔面上镀有抗反射膜。锥形区与脊形区的连接端位于脊形区的一侧设置有片上dbr光栅结构。激光器后腔面蒸镀高反射介质膜，前腔面蒸镀抗反射介质膜。脊形区为脊形波导结构。锥形区为锥形增益波导结构。

实施例：

应用在gaas基980nm激光器：

外延结构：

衬底层350μm，下限制层700nm，波导层2400nm，上限制层700nm，接触层200nm。

芯片结构：

1）脊形区长度：1mm；

2）脊形区宽度：5μm；

3）脊形刻蚀深度：1.0𝛍m;

4）布拉格反射镜：刻蚀深度1.3𝛍m，周期300nm，对数1000对；

5）锥形区角度：4度；

6）锥形区长度：4mm；

7）锥形区刻蚀深度：200nm；

8）前腔面腐蚀：乙二醇：30%磷酸：双氧水=20:5:1，腐蚀深度3.5μm；

9）腔面镀膜：后腔面镀高反射膜反射率为98%，前腔面镀抗反射膜反射率为0.1%。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

技术特征：

技术总结
本发明提供了一种锥形半导体激光器，该方案包括有脊形区和锥形区；脊形区产生近衍射极限的种子激光，种子激光进入锥形区放大输出；锥形区的前腔面，即与脊形区连接的一端的腔面无反馈激光，锥形区单向放大种子激光。该方案可实现激光的单向放大，前腔面无反馈结构使得光束质量在放大过程中不易恶化，可大大增加锥形区的长度，达到既可以输出较高的功率，又可以保持近衍射极限的光束质量，可实现超高亮度的激光输出。

技术研发人员：周坤;杜维川;康俊杰;李弋;谭昊;王昭;高松信;唐淳
受保护的技术使用者：中国工程物理研究院应用电子学研究所
技术研发日：2018.10.30
技术公布日：2019.01.04