一种平板耦合脊波导半导体激光器
阅读说明：本技术 一种平板耦合脊波导半导体激光器 (Flat coupling ridge waveguide semiconductor laser ) 是由 贺钰雯 周坤 杜维川 李弋 何林安 高松信 唐淳 于 2021-07-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种平板耦合脊波导半导体激光器,属于半导体激光器件的技术领域,包括外延层,所述外延层的顶部设有一宽脊波导和分别位于该宽脊波导两侧的一窄脊波导,并通过各个所述窄脊波导限制宽脊波导的横向电场模式,且窄脊波导的宽度小于宽脊波导的宽度；其中,对所述宽脊波导施加正向偏置电压,对各所述窄脊波导施加反向偏置电压,以达到能提高单个激光器的输出功率,并能保持较好光束质量的目的。(The invention discloses a slab coupling ridge waveguide semiconductor laser, which belongs to the technical field of semiconductor laser devices and comprises an epitaxial layer, wherein the top of the epitaxial layer is provided with a wide ridge waveguide and narrow ridge waveguides respectively positioned at two sides of the wide ridge waveguide, the transverse electric field mode of the wide ridge waveguide is limited by each narrow ridge waveguide, and the width of the narrow ridge waveguide is smaller than that of the wide ridge waveguide; forward bias voltage is applied to the wide ridge waveguide, and reverse bias voltage is applied to each narrow ridge waveguide, so that the output power of a single laser can be improved, and the aim of keeping better light beam quality can be fulfilled.)
技术领域
本发明属于半导体激光器件的技术领域，具体而言，涉及一种平板耦合脊波导半导体激光器。
背景技术
平板波导半导体激光器具有结构简单、功率高、成本较低等优点，被广泛应用于激光医疗、自由空间光通信、泵浦源、相控阵雷达、先进材料加工等方面。其中，976nm波长附近的平板波导半导体激光器主要用于掺镱光纤激光器光纤激光器的泵浦，能获得更高的光-光转换效率。
目前的平板波导半导体激光器虽然输出功率高，但其存在多模激射，输出激光的光束质量较差，这限制了平板波导半导体激光器的应用，提高光束质量的主要方法为在平板波导半导体激光器中添加横向结构来限制光子的横向电场。
通过在平板波导上从覆盖层向下刻蚀一个窄脊形波导，来形成窄脊波导激光器结构，脊形宽度通常为2-4um，用来抑制波导内部横向高阶电场模，实现单模输出。由于窄脊形波导横截面积小，支持的模场面积窄，造成腔面功率密度大，散热不良，易发生光学腔面灾变(COMD)，大大降低了单个激光器的输出总功率。
目前，976nm半导体激光器需要解决如何在保持较好光束质量的同时，提高输出总功率的问题。
发明内容
鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种平板耦合脊波导半导体激光器以达到能提高单个激光器的输出功率，并能保持较好光束质量的目的。
本发明所采用的技术方案为：一种平板耦合脊波导半导体激光器，包括外延层，所述外延层的顶部设有一宽脊波导和分别位于该宽脊波导两侧的一窄脊波导，并通过窄脊波导限制宽脊波导的横向电场模式，且窄脊波导的宽度小于宽脊波导的宽度；
其中，对所述宽脊波导施加正向偏置电压，对各所述窄脊波导施加反向偏置电压。
进一步地，所述宽脊波导上设有第一脊波导电极，通过第一脊波导电极对所述宽脊波导施加正向偏置电压。
进一步地，通过探针或键合方式连接第一脊波导电极以施加正向偏置电压。
进一步地，各所述窄脊波导上分别设有第二脊波导电极，通过第二脊波导电极对各所述窄脊波导施加反向偏置电压。
进一步地，通过探针或键合方式连接第二脊波导电极以施加反向偏置电压。
进一步地，各所述窄脊波导对称布置于宽脊波导的两侧，宽脊波导所在区域产生的高阶横向电场的光子会向两侧的窄脊波导所在区域偏移，将两侧的窄脊波导对称布置能够有利于光子被同步吸收。
进一步地，所述宽脊波导的宽度取值范围为5um～100um之间，通过较宽的脊波导截面能够降低功率密度，并提高单个激光器的激光光束输出功率。
进一步地，所述窄脊波导的宽度取值范围为3um～100um之间，对于两个窄脊波导的宽度取值可以是相同的，也可以是不相同的，根据实际情况设定。
进一步地，所述宽脊波导与窄脊波导之间的间距为3um～50um之间，对于两个窄脊波导分别与宽脊波导之间的间距可以是相同的，也可以是不同的。
进一步地，所述宽脊波导和各所述窄脊波导相较于平板波导的高度取值范围为0.5um～2um之间，在实际应用时，对于宽脊波导和各个窄脊波导的高度取值根据实际情况设定，可以是相同高度也可以是不同的高度。
本发明的有益效果为：
1.采用本发明所提供的平板耦合脊波导半导体激光器，其在平板波导上设有一宽脊波导且该宽脊波导的两侧分别设有一窄脊波导，通过施加反向偏置电压的各个窄脊波导所在区域的耗尽层变宽，吸收施加正向偏置电压的宽脊波导边缘的具有高阶电场模式的光子，减少了输出激光的高阶横向电场模式，进而实现半导体激光器输出具有较好的光束质量，宽脊波导较宽的脊波导截面能够降低功率密度，进而提高单个半导体激光器的激光输出功率。
附图说明
图1是本发明所提供的平板耦合脊波导半导体激光器的整体结构示意图；
附图中标注如下：
101-公共电极，102-外延层，103-第一脊波导，104-第二脊波导，105-第三脊波导，106-第一脊波导电极，107-第二脊波导电极，108-第三脊波导电极。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
应注意到：
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义；实施例中的附图用以对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
实施例1
如图1所示，在本实施例中具体提供了一种平板耦合脊波导半导体激光器，旨在通过对半导体激光器的优化改进，在保持较好的光束质量的前提下，进一步提升激光输出总功率。在本实施例中，采用976nm半导体激光器，976nm半导体激光器主要为：依次堆叠排布的公共电极101和外延层102。
在外延层102的顶部设有三个脊波导，分别为第一脊波导103、第二脊波导104和第三脊波导105，其中，第一脊波导103为宽脊波导且第二脊波导104和第三脊波导105为窄脊波导，窄脊波导的宽度小于宽脊波导的宽度。在本实施例中，将第二脊波导104与第三脊波导105位于第一脊波导103两侧且对称分布，以通过第二脊波导104和第三脊波导105限制第一脊波导103的横向电场模式。
在第一脊波导103上设有第一脊波导电极106，通过探针或键合方式连接第一脊波导电极106以对所述第一脊波导103施加正向偏置电压；在所述第二脊波导104上设有第二脊波导电极107，通过探针或键合方式连接第二脊波导电极107以对所述第二脊波导104施加反向偏置电压；在所述第三脊波导105上设有第三脊波导电极108，通过探针或键合方式连接第三脊波导电极108以对所述第三脊波导105施加反向偏置电压。其中，对于第一脊波导电极106、第二脊波导电极107以及第三脊波导电极108的宽度设定可以根据对应的脊波导宽度匹配，即第一脊波导电极106的宽度较宽，而第二脊波导电极107和第三脊波导电极108的宽度较窄，但，也不仅限于此设计方式，第一脊波导电极106的宽度也可设计为与第二脊波导电极107和第三脊波导电极108的宽度相同，只要不影响到对偏置电压的施加。
在实际工作时，通过对第一脊波导电极106施加正向电压，同时，对第二脊波导电极107与第三脊波导电极108施加反向电压，激光从第一脊波导103所在的区域产生并输出激光束。具体为：通过三根探针分别对所述第一脊波导电极106施加正向偏置电压，对第二脊波导电极107与第三脊波导电极108施加反向偏置电压，且将公共电极101接地，使第一脊波导103区域产生的高阶电场模式的光子被第二脊波导104和第三脊波导105区域吸收，减少了半导体激光器输出激光光束的横向电场模式。
上述设计的优势在于：从976nm半导体激光器的第一脊波导103所在区域产生的光子的高阶横向电场会向两侧的第二脊波导104与第三脊波导105所在区域偏移，从而被吸收，使半导体激光器输出的激光为基模或者一阶模，并具有较好的光束质量。同时，由于第一脊波导103的横截面宽，支持的模场面积大，降低了腔面功率密度，提高了单个976nm半导体激光器的激光输出总功率。
对于具体应用时的取值为：外延层102的总宽度为800um，腔长为4mm。半导体激光器的发光区域为第一脊波导103所在的区域，宽度为5um，光子吸收区域为第二脊波导104与第三脊波导105所在的区域，两者的宽度均为3um；第二脊波导104和第三脊波导105分别与第一脊波导103的边与边之间的距离为4um，且第一脊波导103、第二脊波导104和第三脊波导105的高度均为1um。在实际应用时，可根据实际需求调节第一脊波导103、第二脊波导104与第三脊波导105的宽度、高度以及三个脊波导之间的距离。
实施例2
在本实施例中具体提供了一种平板耦合脊波导半导体激光器，旨在通过对半导体激光器的优化改进，在保持较好的光束质量的前提下，进一步提升激光输出总功率，在实施例1的基础上，本半导体激光器的设计如下：
在外延层102的顶部上设有三个脊波导，分别为第一脊波导103、第二脊波导104和第三脊波导105，其中，第一脊波导103为宽脊波导且第二脊波导104和第三脊波导105为窄脊波导，窄脊波导的宽度小于宽脊波导的宽度。在本实施例中，将第二脊波导104与第三脊波导105位于第一脊波导103两侧且不对称分布，同样，也能通过第二脊波导104和第三脊波导105限制第一脊波导103的横向电场模式。
在实际工作时，通过对第一脊波导电极106施加正向电压，同时，对第二脊波导电极107与第三脊波导电极108施加反向电压，激光从第一脊波导103所在的区域产生并输出激光束。具体为：分别通过键合方式对所述第一脊波导电极106施加正向偏置电压，对第二脊波导电极107与第三脊波导电极108施加反向偏置电压，且将公共电极101接地，使第一脊波导103区域产生的高阶电场模式的光子被第二脊波导104和第三脊波导105所在区域吸收，减少了半导体激光器输出激光光束的横向电场模式。
对于具体应用时的取值为：外延层102的总宽度为800um，腔长为4mm。半导体激光器的发光区域为第一脊波导103所在的区域，宽度为10um，光子吸收区域为第二脊波导104与第三脊波导105所在的区域，第二脊波导104的宽度均为5um且第三脊波导105的宽度为7um；第二脊波导104与第一脊波导103的边与边之间的距离为4um且第三脊波导105与第一脊波导103的边与边之间的距离为6um；所述第一脊波导103、第二脊波导104和第三脊波导105的高度均为1um。在实际应用时，可根据实际需求调节第一脊波导103、第二脊波导104与第三脊波导105的宽度、高度以及三个脊波导之间的距离。
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
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