一种可产生高能脉冲的半导体激光器及半导体激光器系统

本发明涉及半导体，尤其涉及一种可产生高能脉冲的半导体激光器及半导体激光器系统。

背景技术：

1、工业生产中，脉冲光源由于具有高输出功率与高的单脉冲能量被广泛应用于材料加工、光纤通信、激光雷达以及激光存储等领域。近些年来，随着集成光学与微纳加工技术的快速发展，片上集成脉冲光源的出现有望完美地解决这些问题，并且在稳定性、占地面积、功耗以及批量制造等方面展示出了额外的巨大优势。

2、到目前为止，实现片上集成脉冲光源的方案主要包括非线性频率梳与半导体锁模激光器等两大类，非线性频率梳产生的脉冲相干性好但转换效率低、能量低，半导体锁模激光器中主动锁模可以实现高能量脉冲输出但实现方式复杂，被动锁模实现方式简单不过单脉冲能量较低，自锁模兼具操作简单与能量较高两大优势，然而其发生依赖于四波混频与空间烧孔效应，十分不稳定。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种可产生高能脉冲的半导体激光器及半导体激光器系统，窄谱增益可减少锁定纵模数量，降低可饱和吸收区对光场的吸收调制幅度，导致脉冲合并，形成脉宽更宽的光脉冲，获得高能量脉冲输出，结构简单，稳定性高。

2、根据本发明的一方面，提供了一种半导体激光器，包括谐振腔、设置于所述谐振腔中的第一类半导体增益区、可饱和吸收区和隔离区；

3、所述第一类半导体增益区用于提供增益，所述第一类半导体增益区的增益谱宽小于50nm；所述可饱和吸收区用于激光的可饱和吸收；所述隔离区置于所述第一类半导体增益区与所述可饱和吸收区之间；所述第一类半导体增益区提供的窄谱增益与所述可饱和吸收区产生的吸收在时域达到平衡时，半导体激光器产生脉冲输出。

4、可选地，所述第一类半导体增益区包括窄增益谱材料或者窄谱增益结构；由此实现的窄谱增益能减少锁定纵模数量，从而降低所述可饱和吸收区对光场的吸收调制幅度，导致脉冲合并，形成脉宽更宽的光脉冲，获得高能量脉冲输出。

5、可选地，所述谐振腔包括环形谐振腔或者f-p谐振腔。

6、可选地，所述第一类半导体增益区的所述窄谱增益材料可以包括量子点材料；所述窄谱增益结构包括光栅结构、垂直耦合滤波结构或者窄谱滤波结构。

7、可选地，还包括第二类半导体增益区；

8、所述第二类半导体增益区设置于所述谐振腔中，所述第二类半导体增益区的光模式增益大于所述第一类半导体增益区的光模式增益，用于提高输出脉冲的能量。

9、可选地，多个所述第一类半导体增益区包括第一增益节段和第二增益节段；

10、所述可饱和吸收区位于所述第一增益节段和所述第二增益节段之间。

11、可选地，多个所述可饱和吸收区包括第一可饱和吸收区和第二可饱和吸收区；

12、所述第一增益节段、所述第一可饱和吸收区、所述第二增益节段和所述第二可饱和吸收区依次排列。

13、可选地，还包括无源波导，所述无源波导设置于所述谐振腔中，以减少所述谐振腔内平均损耗，进一步提升输出脉冲能量；

14、所述无源波导位于，所述第一类半导体增益区、所述隔离区和所述可饱和吸收区所组成整体的一侧或者两侧。

15、根据本发明的另一方面，提供了一种半导体激光器系统，包括如上所述的半导体激光器。

16、可选地，还包括光放大器；

17、所述光放大器与所述谐振腔的输出端连接；所述光放大器用于放大所述半导体激光器的输出脉冲能量。

18、本发明实施例提供的半导体激光器及半导体激光器系统，设置第一类半导体增益区、可饱和吸收区和隔离区，隔离区设置在第一类半导体增益区和可饱和吸收区之间，对第一类半导体增益区和可饱和吸收区进行隔离，保证第一类半导体增益区与可饱和吸收区可独立正常工作，第一类半导体增益区提供的增益与可饱和吸收区产生的吸收在时域达到平衡时，半导体激光器产生脉冲输出，第一类半导体增益区的增益谱宽较窄，较窄的增益谱宽可以减少锁定的纵模数量，从而降低可饱和吸收区对光场的吸收调制幅度，可饱和吸收区对光场的吸收较弱，因此会产生脉冲合并现象，形成脉冲更宽的光脉冲，不需要施加外加调制信号即可实现高能量的脉冲输出，结构简单，稳定性高。

19、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

技术特征：

1.一种可产生高能脉冲的半导体激光器，其特征在于，包括：谐振腔、设置于所述谐振腔中的第一类半导体增益区、可饱和吸收区和隔离区；

2.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述第一类半导体增益区包括窄增益谱材料或者窄谱增益结构；由此实现的窄谱增益能减少锁定纵模数量，从而降低所述可饱和吸收区对光场的吸收调制幅度，导致脉冲合并，形成脉宽更宽的光脉冲，获得高能量脉冲输出。

3.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述谐振腔包括环形谐振腔或者f-p谐振腔。

4.根据权利要求2所述的半导体激光器，其特征在于，所述第一类半导体增益区的所述窄谱增益材料可以包括量子点材料；所述窄谱增益结构包括光栅结构、垂直耦合滤波结构或者窄谱滤波结构。

5.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，还包括第二类半导体增益区；

6.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，多个所述第一类半导体增益区包括第一增益节段和第二增益节段；

7.根据权利要求6所述的半导体激光器，其特征在于，多个所述可饱和吸收区包括第一可饱和吸收区和第二可饱和吸收区；

8.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，还包括无源波导，所述无源波导设置于所述谐振腔中，以减少所述谐振腔内平均损耗，进一步提升输出脉冲能量；

9.一种半导体激光器系统，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的半导体激光器。

10.根据权利要求9所述的半导体激光器系统，其特征在于，还包括光放大器；

技术总结
本发明公开了一种可产生高能脉冲的半导体激光器及半导体激光器系统。半导体激光器包括：谐振腔、设置于谐振腔中的第一类半导体增益区、可饱和吸收区和隔离区；第一类半导体增益区用于提供增益，第一类半导体增益区的增益谱宽小于50nm；可饱和吸收区用于激光的可饱和吸收；隔离区置于第一类半导体增益区与可饱和吸收区之间；第一类半导体增益区提供的窄谱增益与可饱和吸收区产生的吸收在时域达到平衡时，半导体激光器产生脉冲输出。第一类半导体增益区的窄谱增益能减少锁定纵模数量，从而降低可饱和吸收区对光场的吸收调制幅度，导致脉冲合并，形成脉宽更宽的光脉冲，获得高能量脉冲输出。本发明实施例提供的半导体激光器结构简单，稳定性高。

技术研发人员：秦毕晟,张瑞英,张犇,张旭东,顾妍,张秀英,丁佩佩
受保护的技术使用者：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/9/26