专利名称：离子注入砷化镓吸收镜的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于1060nm附近波长固体激光器被动调Q或者锁模用吸收镜，特别是指一种离子注入砷化镓吸收镜。
背景技术：
1996年Kajara等发现了高纯半导体GaAs具有被动调Q特性，并相继实现了氙灯抽运Nd:YAG和LD抽运Nd:YAG，Nd:YVO4被动调Q运转。Deyuan Shen等人用GaAs兼输出镜在Yb:YAG激光器上获得最短达15.5ns，频率为7.3KHz的脉冲激光输出，国内清华大学的柳强等人对GaAs被动调Q兼输出耦合Nd:YVO4激光特性进行了系统的研究，得到了较好的结果。GaAs的带隙是1.42eV，掺镱光纤激光器的波长在1.06μm附近，远远低于GaAs的带隙。理论研究表明，GaAs材料做固体激光器被动调Q器件是由于其中深能级缺陷EL2在1.0μm附近的吸收跃迁过程所致。但是，目前研究者使用的GaAs材料都是光电子和微电子工业用的半绝缘GaAs衬底。这种衬底在制作过程中为了满足光电子和微电子工业需要，通常将EL2缺陷控制在最少，这样就使得其调Q性能减弱，调Q不稳定。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种离子注入砷化镓吸收镜，可以兼作为输出镜使用，用于固体激光器的被动调Q和锁模，实现短脉冲和超短脉冲激光的输出。
本发明提出了一种新型的离子注入砷化镓吸收镜。传统的方法半绝缘GaAs衬底，EL2缺陷少，调Q不稳定。与传统方法相比，离子注入砷化镓吸收镜是通过将砷离子注入到砷化镓衬底并且经过退火制作，这样就可以大大增加EL2缺陷密度，并且还可以调节缺陷密度。为了作为输出镜，这种结构的吸收体的衬底面减薄抛光后镀高反膜；为了防止法布里-帕罗效应带来的脉冲展宽，吸收区表面镀增透膜。高反膜和增透膜都采用介质材料，后者的光损伤阈值要比半导体材料高得多。
本发明为一种离子注入砷化镓吸收镜，其特征在于，其中包括一半绝缘衬底；一高反膜，该高反膜制作在半绝缘衬底的背面；一吸收区，该吸收区是通过砷离子注入到衬底上而产生，起饱和吸收作用；
一增透膜，该增透膜4制作在吸收区上，和高反膜一起构成输出镜式工作方式。
其中吸收区兼弛豫区为砷离子注入并且经过退火的砷化镓衬底。
其中离子注入的能量为300-400KeV，注入剂量为1015-1016/cm2。
其中砷离子注入后退火的温度为500℃-600℃，时间为10-30分钟。
其中吸收区的厚度为10微米以内。
其中增透膜的不吸收范围为1060nm附近。
其中高反膜的不吸收范围为1060nm附近。
为进一步说明本发明的技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中图1是本发明的材料生长结构图。
图2是本发明的具体实施应用图。
具体实施例方式
请参阅图1所示，本发明是一种低温生长砷化镓式半导体可饱和吸收镜，其中包括
一半绝缘衬底2，衬底材料采用半绝缘砷化镓。
一高反膜1，在半绝缘衬底2的下面制作有高反膜1，高反膜材料为三对Si/SiO2，也可以是其它材料，只要在1060nm附近不吸收就可以了；一吸收区3，该吸收区3是半绝缘衬底2与空气接触的一个薄区域，厚度最大不超过10微米，是通过采用砷离子注入半绝缘衬底2并且经过退火制作而成的。离子注入的能量为300-400KeV，注入剂量为1015-1016/cm2，注入后在500℃-600℃下退火10-30分钟。
一增透膜4，该增透膜4镀在吸收区3上，采用SiNxOy材料，也可以是其它材料，只要在1060nm附近不吸收就可以了。
实施例本发明离子注入砷化镓吸收镜适合于一般的1060nm附近波长的固体激光器被动调Q和锁模腔结构，对于图2所示的直腔结构尤其适用。采用连续半导体激光泵浦的固体激光器的合适位置加上这种吸收镜后，与不加相比，输出激光由连续激光变为脉冲激光。脉冲宽度通常在纳秒量级，具体大小与吸收体的位置、腔长和泵浦功率有关；脉冲重复频率与腔长有关。
本实施例的Nd:YAG激光器被动调Q或者锁模激光器包括808nm半导体泵源11，Nd:YAG激光晶体左测镀808nm高透过率，1060nm高反射率膜层12，Nd:YAG激光晶体13，聚焦透镜14，半导体可饱和吸收镜15，激光输出方向16。1060nm高反射率膜层12和半导体可饱和吸收镜15构成激光谐振腔的两个端镜。半导体可饱和吸收镜15的增透膜方向迎向激光晶体，高反膜迎向激光输出方向16。聚焦透镜14将光束聚焦在半导体可饱和吸收镜上，光斑直径在几十微米，以达到半导体可饱和吸收镜锁模所需要的功率密度阈值。当仅作为调Q使用时，也可以不加聚焦透镜14。下面将离子注入GaAs吸收镜制作参数选择及效果表述如表一。
表一 吸收镜参数选择与激光实验效果比较
注入能量在300-500KeV时效果比较好，较低则不能产生足够多的缺陷，较高则对晶体破坏严重。注入剂量在1015-1016/cm2之间。较低则不能起到饱和吸收的作用，较高则使吸收体调制深度过大。退火是调节饱和吸收和非饱和吸收的一种手段。退火温度太低、时间太短会导致激光器加上吸收镜后不能出光。退火温度太高，时间太长会使吸收镜中砷蒸发，从而破坏了吸收镜。
权利要求
1.一种离子注入砷化镓吸收镜，其特征在于，其中包括一半绝缘衬底；一高反膜，该高反膜制作在半绝缘衬底的背面；一吸收区，该吸收区是通过砷离子注入到衬底上而产生，起饱和吸收作用；一增透膜，该增透膜4制作在吸收区上，和高反膜一起构成输出镜式工作方式。
2.根据权利要求1所述的离子注入砷化镓吸收镜，其特征在于，其中吸收区兼弛豫区为砷离子注入并且经过退火的砷化镓衬底。
3.根据权利要求2所述的离子注入砷化镓吸收镜，其特征在于，其中离子注入的能量为300-400KeV，注入剂量为1015-1016/cm2。
4.根据权利要求2所述的离子注入砷化镓吸收镜，其特征在于，其中砷离子注入后退火的温度为500℃-600℃，时间为10-30分钟。
5.根据权利要求1所述的离子注入砷化镓吸收镜，其特征在于，其中吸收区的厚度为10微米以内。
6.根据权利要求1所述的离子注入砷化镓吸收镜，其特征在于，其中增透膜的不吸收范围为1060nm附近。
7.根据权利要求1所述的离子注入砷化镓吸收镜，其特征在于，其中高反膜的不吸收范围为1060nm附近。
全文摘要
一种离子注入砷化镓吸收镜，其特征在于，其中包括一半绝缘砷化镓衬底；一高反膜，在半绝缘衬底的背面镀有高反膜；一吸收区，该吸收区是通过砷离子注入到衬底上并且退火而产生；一增透膜，该增透膜制作在吸收区上。本发明可用于波长为一微米附近的固体激光器和光纤激光器被动调Q和锁模，实现短脉冲或者超短脉冲激光的输出。
文档编号H01S3/098GK1941524SQ20051010526
公开日2007年4月4日 申请日期2005年9月28日 优先权日2005年9月28日
发明者马晓宇, 王勇刚 申请人:中国科学院半导体研究所