【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及激光，特別是涉及一種衍射型面發(fā)射半導體激光器。
技術(shù)介紹
1、日本京都大學2023年報道了光子晶體面發(fā)射激光器（pcsel）連續(xù)輸出功率50w，發(fā)散角小于0.05°，亮度達到了1gw/cm2·sr。pcsel結(jié)構(gòu)為了保持單模輸出，需要提高x方向與y方向的耦合系數(shù)，故設(shè)計的結(jié)構(gòu)中光子晶體層的限制因子較大，導致包層中光場強度較大，影響器件的斜率效率。
2、1990年，toda博士針對圓盤形分布式反饋激光器（dfb）激光器進行了理論計算，并發(fā)現(xiàn)對于te模式，模式的徑向分布與角向分布情況通過幅角方向的節(jié)線數(shù)目m（即角模）相互關(guān)聯(lián)。美國羅徹斯特大學p.?l.?greene博士和d.?g.?hall教授計算了不同角模m對應的光場分布。美國加州理工學院孫賢開博士和a.?yariv教授對環(huán)形dfb結(jié)構(gòu)、盤形布拉格結(jié)構(gòu)、圓環(huán)形微腔布拉格結(jié)構(gòu)進行了建模分析和理論計算。
3、雖然圓盤形dfb激光器有望克服該問題，但現(xiàn)有技術(shù)未針對大功率、高亮度激光激射進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、基于此，本專利技術(shù)旨在提供一種改進的衍射型面發(fā)射半導體激光器，以解決上述問題中的至少之一。
2、第一方面，本申請?zhí)峁┮环N衍射型面發(fā)射半導體激光器，包括上電極、上包層、上波導層、有源層、下波導層、下包層，當載流子被注入到所述有源層時，所述有源層發(fā)射光；
3、所述有源層的至少一側(cè)設(shè)置有半徑為r的光學調(diào)制結(jié)構(gòu)，所述光學調(diào)制結(jié)構(gòu)的中心區(qū)域形成有半徑為r的微腔；所述微腔由不
4、其中，所述光學調(diào)制結(jié)構(gòu)包括第一環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)或第一環(huán)形光子晶體結(jié)構(gòu)；并且，r/r的取值范圍為4%～44%。
5、上述衍射型面發(fā)射半導體激光器，通過在第一環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)或第一環(huán)形光子晶體結(jié)構(gòu)中引入微腔，有利于模式控制，實現(xiàn)大面積、高功率、高亮度的激光輸出，并有望提高器件的斜率效率；另一方面，通過控制微腔與光學調(diào)制結(jié)構(gòu)的大小滿足上述關(guān)系，可以提高基模與高階模的閾值增益差，從而有利于發(fā)散角小、激光光束質(zhì)量因子小的單模激光優(yōu)先激射。
6、在其中一個實施例中，r/r的取值范圍為8%～36%。
7、在其中一個實施例中，r/r的取值范圍為12%～30%。
8、在其中一個實施例中，r/r的取值范圍為16%～26%。
9、在其中一個實施例中，控制有源層中心的增益區(qū)域半徑為rg，其中，rg/r的取值范圍為10%～80%。
10、在其中一個實施例中，rg/r的取值范圍為20%～80%。
11、在其中一個實施例中，rg/r的取值范圍為30%～70%。
12、在其中一個實施例中，rg/r的取值范圍為40%～60%。
13、在其中一個實施例中，所述微腔的中心區(qū)域設(shè)置有第二環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)或第二環(huán)形光子晶體結(jié)構(gòu)。
14、在其中一個實施例中，所述第二環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)的半徑小于或等于0.02r；或者，所述第二環(huán)形光子晶體結(jié)構(gòu)的半徑小于或等于0.02r。
15、在其中一個實施例中，所述第一環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)或所述第一環(huán)形光子晶體結(jié)構(gòu)基于零階或一階貝塞爾函數(shù)、周期為a進行分布。
16、在其中一個實施例中，所述第一環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)或所述第一環(huán)形光子晶體結(jié)構(gòu)的中心位于貝塞爾函數(shù)的極大值或極小值或零點。
17、在其中一個實施例中，所述第一環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)中相鄰兩圈環(huán)形光柵的半徑差值為a；或者，所述第一環(huán)形光子晶體結(jié)構(gòu)中相鄰兩圈環(huán)形光子晶體的半徑差值為a。
18、在其中一個實施例中，所述第一環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)具有由內(nèi)向外周期性設(shè)置的多組環(huán)形柵槽，周期為a，所述環(huán)形柵槽的槽寬為w，其中，w/a的取值范圍為0.25～0.85。
19、在其中一個實施例中，w/a的取值范圍為0.3～0.7。
20、在其中一個實施例中，w/a的取值范圍為0.4～0.6。
21、在其中一個實施例中，所述第一環(huán)形光子晶體結(jié)構(gòu)具有由內(nèi)向外周期性設(shè)置的多組呈環(huán)形陣列分布的空孔，周期為a，所述空孔的直徑為dhole，其中，dhole/a的取值范圍為0.5～0.8。
22、在其中一個實施例中，dhole/a的取值范圍為0.55～0.7。
23、在其中一個實施例中，所述衍射型面發(fā)射半導體激光器的直徑大于或等于1mm或其邊長大于或等于1mm。
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1.一種衍射型面發(fā)射半導體激光器，包括上電極、上包層、上波導層、有源層、下波導層、下包層，當載流子被注入到所述有源層時，所述有源層發(fā)射光；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衍射型面發(fā)射半導體激光器，其特征在于，r/R的取值范圍為8%～36%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的衍射型面發(fā)射半導體激光器，其特征在于，r/R的取值范圍為12%～30%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的衍射型面發(fā)射半導體激光器，其特征在于，r/R的取值范圍為16%～26%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任一項所述的衍射型面發(fā)射半導體激光器，其特征在于，控制有源層中心的增益區(qū)域半徑為rg，其中，rg/R的取值范圍為10%～80%。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的衍射型面發(fā)射半導體激光器，其特征在于，rg/R的取值范圍為20%～80%。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的衍射型面發(fā)射半導體激光器，其特征在于，rg/R的取值范圍為30%～70%。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的衍射型面發(fā)射半導體激光器，其特征在于，rg/R的取值范圍為40%～60%。
9.根據(jù)權(quán)利
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的衍射型面發(fā)射半導體激光器，其特征在于，所述第二環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)的半徑小于或等于0.02R；或者，所述第二環(huán)形光子晶體結(jié)構(gòu)的半徑小于或等于0.02R。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的衍射型面發(fā)射半導體激光器，其特征在于，所述第一環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)或所述第一環(huán)形光子晶體結(jié)構(gòu)基于零階或一階貝塞爾函數(shù)、周期為a進行分布；和/或，所述第二環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)或所述第二環(huán)形光子晶體結(jié)構(gòu)基于零階或一階貝塞爾函數(shù)、周期為a進行分布。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的衍射型面發(fā)射半導體激光器，其特征在于，所述第一環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)或所述第一環(huán)形光子晶體結(jié)構(gòu)的中心位于貝塞爾函數(shù)的極大值或極小值或零點；和/或，所述第二環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)或所述第二環(huán)形光子晶體結(jié)構(gòu)的中心位于貝塞爾函數(shù)的極大值或極小值或零點。
13.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任一項所述的衍射型面發(fā)射半導體激光器，其特征在于，所述第一環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)中相鄰兩圈環(huán)形光柵的半徑差值為a；或者，所述第一環(huán)形光子晶體結(jié)構(gòu)中相鄰兩圈環(huán)形光子晶體的半徑差值為a。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的衍射型面發(fā)射半導體激光器，其特征在于，所述第一環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)具有由內(nèi)向外周期性設(shè)置的多組環(huán)形柵槽，周期為a，所述環(huán)形柵槽的槽寬為w，其中，w/a的取值范圍為0.25～0.85。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的衍射型面發(fā)射半導體激光器，其特征在于，w/a的取值范圍為0.3～0.7。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的衍射型面發(fā)射半導體激光器，其特征在于，w/a的取值范圍為0.4～0.6。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的衍射型面發(fā)射半導體激光器，其特征在于，所述第一環(huán)形光子晶體結(jié)構(gòu)具有由內(nèi)向外周期性設(shè)置的多組呈環(huán)形陣列分布的空孔，周期為a，所述空孔的直徑為Dhole，其中，Dhole/a的取值范圍為0.5～0.8。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的衍射型面發(fā)射半導體激光器，其特征在于，Dhole/a的取值范圍為0.55～0.7。
19.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任一項所述的衍射型面發(fā)射半導體激光器，其特征在于，所述衍射型面發(fā)射半導體激光器的直徑大于或等于1mm或其邊長大于或等于1mm。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種衍射型面發(fā)射半導體激光器，包括上電極、上包層、上波導層、有源層、下波導層、下包層，當載流子被注入到所述有源層時，所述有源層發(fā)射光；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衍射型面發(fā)射半導體激光器，其特征在于，r/r的取值范圍為8%～36%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的衍射型面發(fā)射半導體激光器，其特征在于，r/r的取值范圍為12%～30%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的衍射型面發(fā)射半導體激光器，其特征在于，r/r的取值范圍為16%～26%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任一項所述的衍射型面發(fā)射半導體激光器，其特征在于，控制有源層中心的增益區(qū)域半徑為rg，其中，rg/r的取值范圍為10%～80%。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的衍射型面發(fā)射半導體激光器，其特征在于，rg/r的取值范圍為20%～80%。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的衍射型面發(fā)射半導體激光器，其特征在于，rg/r的取值范圍為30%～70%。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的衍射型面發(fā)射半導體激光器，其特征在于，rg/r的取值范圍為40%～60%。
9.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任一項所述的衍射型面發(fā)射半導體激光器，其特征在于，所述微腔的中心區(qū)域設(shè)置有第二環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)或第二環(huán)形光子晶體結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的衍射型面發(fā)射半導體激光器，其特征在于，所述第二環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)的半徑小于或等于0.02r；或者，所述第二環(huán)形光子晶體結(jié)構(gòu)的半徑小于或等于0.02r。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的衍射型面發(fā)射半導體激光器，其特征在于，所述第一環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)或所述第一環(huán)形光子晶體結(jié)構(gòu)基于零階或一階貝塞爾函數(shù)、周期為a進行分布；和/或，所述第二環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)或所述第二環(huán)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：郁驍琦，鄭煜臻，楊輝，
申請(專利權(quán))人：蘇州實驗室，
類型：發(fā)明
國別省市：
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