二极管激光器、集成二极管激光器以及集成半导体光放大器的制作方法

专利名称：二极管激光器、集成二极管激光器以及集成半导体光放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及光电工程的关键部件一具有高发射质量的小型、高效和高功率的宽 波长范围激光源，即涉及二极管(半导体、注入式)激光器、沿着轴集成连接的二极管激光 器(以下称为集成二极管激光器)以及沿着轴集成连接的主二极管激光器和半导体放大元 件(以下称为集成半导体光放大器)。
背景技术：
由以下发明可知提高了输出功率和提高了激光束质量的二极管激光器[美国 专禾Ij 4063189，XEROX CORP. (US)，1977，HOlS 3/19，331/94. 5H]；[俄罗斯专利 2197048， V. I. SHVEIKIN, V. A. GEL0VANI, 18. 02. 2002，HOlS 5/32]。从技术本质和所获得的技术结果的观点来看，在[俄罗斯专利2278455， V. I. SHVEIKIN, 17. 11. 2004，HOl S 5/32]中提出了示例性原型注入式(以下称为二极管) 激光器。所述二极管激光器包括基于半导体化合物的异质结构、光学面(optical facet), 反射器、欧姆接触、光谐振器。该异质结构的特征在于异质结构的有效折射率neff与漏入 层(lead-in layer)的折射率nIN的比率，即，neff与nIN的比率根据从一个+ δ到一个+ δ 的范围来确定，其中，该δ通过远小于1的数来确定。该异质结构包含至少一个活性层、至少两个反射层，在该活性层的每一侧上具有 至少一个反射层。所述反射层由至少一个子层构成，并具有比该异质结构的有效折射率Ilrff 小的折射率。该异质结构还包含用于漏入发射(leak-in emission)的漏入区域(leak-in region) 0所述漏入区域对于发射来说是透过性的。至少一个该漏入区域设置在至少该活 性层一侧、活性层和对应的反射层之间。该漏入区域包括用于漏入发射的漏入层，该漏入层 折射率为nIN且由至少一个子层组成。该漏入区域还包括至少一个限制层，该限制层由至少 一个子层组成。漏入区域还包括由至少一个子层组成的主调节层，该主调节层的至少一个 子层具有不比漏入层的折射率nIN小的折射率，并且其一个表面与活性层相邻。在主调节 层的相对侧上，其另一个表面与漏入区域的限制层相邻；所述限制层具有比主调节层的折 射率小的折射率。选择光谐振反射器的反射系数以及异质结构层的组成和厚度，使得对于 工作的二极管激光器来说，所得到的活性层中的发射放大率足以在整个工作电流范围内维 持发射激光的阈值。根据从一个+ S到一个-Y的取值范围来确定发射激光的阈值电流范 围内的比率nrff/nIN，其中，通过小于δ的数来确定γ值。在对应于图5的实例中所考虑 的注入式激光器的设计中(参见[俄罗斯专利2278455，V. I. SHVEIKIN, 17. 11. 2004，HOl S 5/32])，在二极管激光器的工作期间流动的电流的活性区域被制作为台面条状。原型二极管激光器的主要优点是增大了激光器输出功率、增大了垂直面中发射 区域的尺寸以及相应地减小了发射的角度发散。同时，原型二极管激光器在显著提高了激 光发射质量的情况下进一步限制了输出功率的增加。此外，已知的原型二极管激光器不能实现沿着轴集成连接的二极管激光器，即，集成二极管激光器(以下称作IDL)以及沿着轴集成连接的主二极管激光器(以下称为MDL) 和半导体放大元件(下文中称为SAE)，即，集成半导体光放大器(下文中称为IS0A)。还没有找到所提出IDL的类似物和原型。由以下发明可知提高了输出功率并提高了激光束质量的集成半导体光放大 器[俄罗斯专利 2109381 (申请号 96115454)，V. I. SHVEIKIN, “POLYUS"RDI SE RU, 19. 08. 1996，HOl S 3/19，“ Integratedsemiconductor laser-amplifier，，]，[俄罗斯专利 2134007, V. I. SHVEIKIN, "POLYUS" RDI SE RU，12. 03. 1998，HOl S 3/19]。从技术本质的观点来看，在[俄罗斯专利21；34007，V. I. SHVEIKIN, “POLYUS"RDI SE RU，12. 03. 1998，HOl S 3/19]中提出了示例性集成半导体光放大器。所述集成半导体 光放大器包括集成连接的主二极管激光器(以下称为MDL)和半导体放大元件(以下称为 SAE)，它们沿着相同轴设置并由相同的半导体异质结构制成。所述异质结构包含至少一个 活性层、至少两个限制层、对发射透明的输入-输出区域以及光学面、欧姆接触。此外，MDL 包括在MDL的工作期间流动的电流的活性区域、限制从所述活性区域的横向侧面发射的限 制区域、光谐振器及其反射器。SAE包括在SAE工作期间流动的电流的至少一个放大区域， SAE在输出光学面上具有抗反射涂层。在操作放大器的过程中，选择从活性层泄露的放大发射的对应入射角δ，对发射 透明的输入-输出区域与异质结构的有效折射率nrff以及所述输入-输出区域的折射率nraK 符合0 < arccos neff/nI0E < neffmin/nI0E关系，nI0K大于nmin，其中，neffmin是对于实际的多个 异质结构和输入-输出区域所有可能nrff中的nrff的最小值，而nmin是制造异质结构的半导 体化合物的最小折射率。该原型ISOA的主要优点是所提出的集成连接ISOA的设计增大了输出功率、增大 了发射区域的尺寸以及相应减小了发射的角度发散的独创性。所提出该设计的主要缺点是 它们技术实现的复杂性。

发明内容
主要技术成果是提出了具有非透射光谐振器(NOR-DL)的有创始性的二极管激光 器，使得确实可以以集成形式制造高效的激光源，即，沿着轴集成连接的两个或多个二极管 激光器(在下文中称为集成DL(IDL))以及沿着轴集成连接的主二极管激光器和半导体放 大元件(在下文中称为集成半导体光放大器(ISOA))。所提出NOR-DL的技术效果是显著减小了激光发射阈值电流密度(两倍以上)，增 加了激光发射的效率和功率，改善了模(mode)生成的稳定性，明显(一个数量级以上)增 加了光谐振器的非透射反射器的强度，实现了激光发射输出，通过具有抗反射光学面的半 导体宽带层(相对于活性层)省略了活性层，创建了最佳横向限制区域(使得可以开发高 功率、高效率和可靠性的宽范围波长)，延长了寿命，单频率、单模和多模激光发射的光源具 有高速调制的激光发射，大大简化了制造的技术，并且节省了制造成本。所提出IDL的技术效果是显著减小了激光阈值电流密度(两倍以上)，增加了激光 发射的效率和功率，改善了模生成的稳定性，明显(一个数量级以上)增加了光谐振器的非 透射反射器的强度，实现了激光发射输出，通过具有抗反射光学面的半导体宽带层(相对 于活性层)省略了活性层，创建了最佳横向限制区域(使得可以开发高功率、高效率和可靠性的宽范围波长)，延长了寿命，单频率、单模和多模激光发射的光源具有高速调制的激光 发射，大大简化了制造的技术，并且节省了制造成本。所提出ISOA的技术效果是显著减小了激光阈值电流密度(两倍以上)，增加了激 光发射的效率和功率，改善了模生成的稳定性，明显(一个数量级以上)增加了光谐振器的 非透射反射器的强度，实现了激光发射输出，通过具有抗反射光学面的半导体宽带层(相 对于活性层)省略了活性层，创建了最佳横向限制区域(使得可以开发高功率、高效率和可 靠性的宽范围波长)，延长了寿命，单频率、单模和多模激光发射的光源具有高速调制的激 光发射，大大简化了制造的技术，并且节省了制造成本。本发明的一个方面是一种二极管激光器，其包括基于半导体化合物的异质结构。 所述异质结构包含至少一个活性层、至少两个限制层、用于漏入发射的漏入区域，所述漏入 区域对于发射来说是透过性的，包含至少一个漏入层；所述漏入区域设置在至少活性层的 一侧、该活性层和对应的限制层之间。所述二极管激光器还包括在具有在二极管激光器工 作期间流动的电流的活性区域、光学面、反射器、光谐振器、欧姆接触。所述异质结构的附加 特征在于，异质结构的有效折射率neff与漏入层的折射率nIN的比率，即，neff与nIN的比率根 据从一个+ S到一个-Y的范围来确定，其中，S和Y由远小于1的数来确定，且Y大于 δ。此外，存在限制区域来限制发射，该限制区域设置在与具有流动电流的活性区域的两个 横向侧面相距特定距离处，并且从外部层穿透到异质结构且至少到活性层并进一步深入异 质结构。在发射输出侧，光学面上存在激光发射反射系数接近零的抗反射涂层，在发射输出 的相同侧，形成了激光发射反射系数接近1的光谐振反射器，所述反射器与活性层以及位 于活性层两侧的异质结构的半导体层相邻，所述半导体层的总厚度至少在(λ/4η#) μπι到范围内，其中λ是自由空间激光波长。新提出的NOR-DL的本质区别在于，提出了一种非显而易见的光谐振器和非显而 易见的激光发射输出的具有创始性且不寻常的结合。在光谐振器中达到激光阈值，光谐振 器在两侧上均包括反射器，反射器对于两个高强度反射镜(非透射光谐振器)具有最高反 射系数。通过具有抗反射(小于0.01%)光学面的二极管激光器的改进异质结构的宽带 (相对于活性层中的能量带宽度)漏入区域实现活性层的发射的输出。正是这个方案开启 了实现上述技术效果的新的可能性，并且使得可以开发单元件NOR-DL和以集成形式制造 的上述组合IDL和由MDL和SAE组成的IS0A。在优选实施方式中，δ趋向于零。这确定了相应异质结构的选择。在优选实施方式中，形成在发射输出侧的反射器设置在大约从异质结构的外部层 到大约异质结构的漏入层。当在一个方向上实现来自NOR-DL的激光发射的输出的情况下，在相对侧，激光发 射反射系数接近1的光谐振反射器的高度等于异质结构的厚度。在优选实施方式中，整个异质结构厚度或者在沉积反射涂层之后留下的这部分异 质结构厚度上的光学面上存在抗反射涂层。在优选实施方式中，以特定方式加深的所述活性区域的横向限制区域具有比异质 结构的有效折射率neff小的折射率。在这种情况下，所述限制区域被设置在与活性区域的 横向侧相距(微米大小的)特定距离处并且在异质结构的活性层设置下方的特定深度处，极端的情况达到最接近基板的异质结构的限制层。这使得可以改善模生成的稳定性，并且 以增加的输出功率分别提高了发射激光的效率。本发明中提出的非显而易见的NOR-DL的本质在于非显而易见且有效的光谐振器 的构造和输出光谐振器外的激光发射方法。光谐振器构造的特征在于，其两个反射器几乎 完全反射从激光器的活性层出现的发射。主要从所提出的异质结构的漏入层实现激光发射 输出，通过具有抗反射光学面的宽带漏入区域省略了光谐振器的非透射反射器。在本发明中提出的NOR-DL的技术实现基于至此已充分开发并广泛使用的已知基 本技术工艺。该方案满足“工业适应性”的准则。其制造的主要区别在于异质结构和NOR-DL 的光谐振器的特征。本发明的另一方面是一种集成二极管激光器，其由基于半导体化合物的相同异质 结构制成的集成连接的二极管激光器的组合(下文中称为IDL)。所述异质结构包含至少一 个活性层、至少两个限制层、用于漏入发射的漏入区域，所述漏入区域对于发射来说是透过 性的；所述漏入区域包含至少一个漏入层，被设置在至少活性层的一侧、活性层和对应的限 制层之间。所述IDL包含设置在相同轴上的至少两个光谐振器和具有在IDL工作期间流动 的电流的至少两个活性区域、光学面、反射器和欧姆接触。所述异质结构的特征在于，异质 结构的有效折射率Iieff与漏入层的折射率nIN的比率，即，neff与nIN的比率根据从一个+ δ 到一个-Y的范围来确定，其中，S和Y由远小于1的数来确定，且Y大于S。此外，在 具有流动电流的活性区域的两侧，存在用于限制发射的限制区域，该限制区域设置在与具 有流动电流的活性区域的两个横向侧面相距特定距离处，并且从外部层穿透到异质结构且 至少穿透到活性层并进一步深入异质结构。在发射输出侧，光学面上存在激光发射反射系 数接近零的抗反射涂层，并且每个光谐振器均通过激光发射反射系数接近1且与活性层以 及位于活性层两侧的异质结构的半导体层相邻的反射器来限制，所述半导体层的总厚度至 少在(λ /4neff) μ m到G λ /neff) ym的范围内，其中λ是自由空间激光波长。新提出的非显而易见的IDL的主要区别在于，两个非透射光谐振器的新的、非显 而易见的连接和它们的集成光学连接以及高效的发射输出。在光谐振器中达到激光发射阈 值，光谐振器在两侧上均包括具有两个反射镜的最大高反射系数的反射器。主要通过所提 出异质结构的漏入区域实现光谐振器的有效和最佳集成连接(没有聚焦光学器件，并且几 乎没有发射损失)。通过具有几乎完全抗反射(0.01%)的光学面(具有沉积的抗反射涂 层)的宽带漏入区域来实现IDL的发射的输出。正是这个方案开启了实现上述IDL的技术 效果的新的且非显而易见的可能性。当在一个方向上实现来自IDL的激光发射的输出的情况下，在相对侧，激光发射 反射系数接近1的光谐振反射器的高度等于异质结构厚度。在优选实施方式中，整个异质结构厚度或者在沉积反射涂层之后留下的这部分异 质结构厚度的光学面上存在抗反射涂层。在优选实施方式中，以特定方式加深的所述活性区域的横向限制区域具有比异质 结构的有效折射率neff小的折射率。在这种情况下，所述发射限制区域被设置在与活性区 域的横向侧相距(微米大小的)特定距离处并且在异质结构的活性层设置下方的特定深度 处，极端的情况达到最接近基板的异质结构的限制层。这使得可以改善模生成的稳定性，并 且以增加的输出功率分别提高了发射激光的效率。7
在优选实施方式中，在发射输出侧，至少一个活性区域(至少其一部分)被制造为 可以以相应的角度加宽，并且在发射输出侧的相对侧，在所述可加宽的活性区域中，其长度 的初始部分被制造为宽度等于先前活性区域的宽度。然后，对于所述可加宽的活性区域，发 射输出侧上的反射器具有约等于可加宽活性区域的初始部分的宽度。在优选实施方式中，集成二极管激光器的至少两个活性区域具有独立的欧姆接 触。在本发明中提出的非显而易见的IDL的本质在于，二极管激光器之间非显而易见 且有效的集成连接，它们的光谐振器的构造以及激光发射输出光谐振器外的方法。光谐振 器构造的特点在于，其反射器几乎完全反射从激光器的活性层出现的发射，激光发射输出 主要由所提出异质结构的漏入层实现，通过几乎完全抗反射光学面(小于0.01%)省略了 光谐振器的非透射反射器。在本发明中提出的IDL的技术实现基于至此已充分开发并广泛使用的已知基本 技术工艺。该方案满足“工业适应性”的准则。其制造的主要区别在于异质结构和二极管 激光器的光谐振器的特征。本发明的另一方面是一种集成半导体光放大器(下文中称为IS0A)，其包括集成 连接、沿着相同轴设置且由相同的半导体异质结构制成的主二极管激光器(MDL)和半导体 放大元件(SAE)。所述异质结构包含至少一个活性层、至少两个限制层、对发射透过性的区 域。所述ISOA还包括光学面、欧姆接触。此外，MDL包括具有在主二极管激光器工作期间流 动的电流的活性区域、从所述活性区域的横向侧面限制发射的限制区域、光谐振器及其反 射器，以及SAE包括在输出光学面上具有抗反射涂层的至少一个放大区域(具有在SAE工 作期间流动的电流)。所述异质结构的附加特征在于，异质结构的有效折射率nrff与漏入层 的折射率nIN的比率，即，Iieff与nIN的比率根据从一个+ δ到一个的范围来确定，其中， δ和γ由远小于1的数来确定，且Y大于δ。对于发射透明且为漏入区域的所述区域具 有至少一个漏入层。所述漏入区域设置在至少活性层的一侧、活性层和对应的限制层之间。 此外，存在用以限制发射的MDL限制区域，所述限制区域设置在与具有流动电流的活性区 域的两个横向侧面相距特定距离处，并且从外部层穿透到异质结构且至少穿透到活性层并 进一步深入异质结构。MDL的光谐振器通过激光发射反射系数接近1的反射器来限制。在 这种情况下，与SAE的有源放大区域临近的MDL反射器被制造为与活性层和位于活性层两 侧的异质结构的半导体层相邻，所述半导体层的总厚度至少在(A/4nrff) μπι到μ m的范围内，其中λ是自由空间激光波长，并且SAE的输出光学面上的抗反射涂层被制造 为具有接近0的反射系数。新提出的ISOA的主要区别在于，MDL和SAE的非显而易见的集成连接，以及MDL不 寻常的光谐振器。在光谐振器中达到MDL的激光阈值，光谐振器的两个反射器具有最高反 射系数。通过所提出MDL和SAE异质结构的宽带漏入区域实现MDL和SAE之间的集成连接， 无需聚焦光学器件，并且几乎没有发射损失。通过具有SAE的抗反射(小于0.01%)输出 光学面的新提出的异质结构的漏入区域来实现从ISOA的发射输出。正是这个方案开启了 实现上述ISOA的技术效果的新的可能性。在优选实施方式中，在发射输出侧的相对侧，激光发射反射系数接近1的光谐振反射器具有等于异质结构厚度的高度。在优选实施方式中，在整个异质结构厚度或者在沉积反射涂层之后留下的这部分 异质结构厚度上的光学面上，存在抗反射涂层。在优选实施方式中，以特定方式加深的MDL的所述活性区域的横向限制区域具有 比异质结构的有效折射率nrff小的折射率。在这种情况下，所述限制区域被设置在与活性 区域的横向侧相距(微米大小的)特定距离处并且在异质结构的活性层设置下方的特定深 度处，极端的情况达到最接近基板的异质结构的限制层。这使得可以改善模生成的稳定性， 并且以增加的输出功率分别提高了 ISOA的发射激光的效率。在优选实施方式中，在发射输出侧，SAE的至少一个放大区域(至少其一部分)被 制造为可以以相应的角度加宽，并且在发射输出侧的相对侧，在所述可加宽的放大区域中， 其长度的初始部分被制造为宽度等于MDL的先前活性区域的宽度。在优选实施方式中，MDL的活性区域和SAE的放大区域具有独立的欧姆接触。在本发明中提出的非显而易见的ISOA的本质在于，MDL和SAE之间的非显而易见 且有效的集成连接。MDL的光谐振器的特点在于，其两个反射器几乎完全反射从激光器的活性层出现 的发射。主要由新提出的异质结构的漏入层实现从MDL到SAE的激光发射的输出，省略了 光谐振器的非透射反射器。放大的发射通过SAE的几乎完全抗反射光学输出刻面来输出， 所述刻面与异质结构的宽带半导体层相邻。在本发明中提出的ISOA的技术实现基于至此已充分开发并广泛使用的已知基本 技术工艺。该方案满足“工业适应性”的准则。其制造的主要区别在于异质结构和MDL的 光谐振器的特征。


下面将结合图1至图8详细描述本发明，其中图1是所提出的二极管激光器的纵截面示意图，该二极管激光器具有光谐振器的 非透射反射器，激光发射通过具有抗反射涂层的光学面从异质结构的漏入层输出。图2是所提出的具有光谐振器的非透射反射器的二极管激光器的俯视图的示意 图，其纵截面在图1中示意性地示出。图3是所提出的与图1示意性示出的二极管激光器不同的具有光谐振器的非透射 反射器的二极管激光器的纵截面的示意图，不同之处在于从异质结构的外表面到异质结构 基底设置具有抗反射涂层的输出刻面。图4是所提出的沿着轴集成连接的两个激光器形式的集成二极管激光器的纵截 面的示意图，在所述集成二极管激光器中，两个光谐振器沿着轴连续设置，所述光谐振器的 反射器具有高反射系数并包含具有流动电流的两个活性区域。图5是集成二极管激光器的俯视图的示意图，其纵截面在图4中示意性地示出。图6是集成二极管激光器的俯视图的示意图，其纵截面在图4中示意性地示出，在 所述集成二极管激光器中，与具有抗反射涂层的输出光学面相邻的活性区域部分被制造得 可加宽。9
图7是所提出的包括MDL和SAE的ISOA的俯视图的示意图，在所述ISOA中，与主 二极管激光器相邻的SAE的放大区域部分具有约等于主激光器的条状活性区域的宽度的 宽度，并且与具有抗反射涂层的输出光学面相邻的SAE的放大区域部分被制造得可加宽。图8是所提出的与图7示意性示出的ISOA不同的ISOA的俯视图的示意图，不同 之处在于主二极管激光器沿着轴在两个相反方向上与两个SAE集成连接。
具体实施例方式以下，将通过参照

具体实施方式
来阐述本发明。二极管激光器、集成二极 管激光器和集成半导体光放大器的实施方式的特定实施例并不是唯一的，也可以采用其他 的方式实现，包括已知的波长范围，其特征反映在根据权利要求的区别特征的总和中。所提出的具有非透射光谐振器的二极管激光器1 (NOR-DL)(参见图1 图2)在η 型GaAs的基板2上包含基于InMGaAs化合物的激光异质结构，该激光异质结构具有一个 InGaAs的活性层3。光谐振器的长度为4mm。在活性层3和限制层4 (在基板的一侧上)之 间，设置有包含漏入层5的漏入区域和调节层6。在相反侧上，调节层7与活性层相邻，限制 层8与调节层7相邻。然后，半导体接触层9与限制层8相邻。在图中未示出金属层。实际 上，位于限制层4和8之间的所有异质结构层的组构成DL的波导区域，该波导区域具有由 漏入层5的厚度决定的非常大的厚度。特征在于以下事实漏入层5的厚度可具有大约从 2 μ m到10 μ m以及更大的尺寸，调节层6和7的厚度可以大约在0. 1 μ m到1. 0 μ m。确定异 质结构的有效折射率neff与漏入层的折射率nIN的比率的值。在0. lkA/cm2和lOkA/cm2的电 流强度下计算的neff/nIN分别为1. 000001和0. 999邪4。激光波长被选择为等于0. 976 μ m, 并且由活性层3的成分和厚度来确定。通过在异质结构的外表面上蚀刻相应的凹痕来制造 位于发射输出侧上的、激光器1的光谐振器的反射器。在凹痕中制造的高大约2 μ m的光学 面10上(所述光学面与异质结构层6、3、7、8和9相邻)沉积了反射系数R1为99%的反射 涂层11。为了激光发射输出，在切开的光学面12上，沉积了反射系数&小于0.01%的抗 反射涂层13。在与发射输出侧相对一侧的整个切开的光学面14上，沉积了反射系数R1为 99%的反射涂层15。具有流动电流的活性区域16被制造为具有IOOym条宽度的条状区 域。具有流动电流的活性区域16中激光发射的横向光学限制通过限制区域17来实现，该 限制区域被制造为填充有电介质并被设置在与具有流动电流的活性区域16的横向侧相距 3μπι处的条状凹痕。注意，电介质限制区域的底部被设置在异质结构的活性层3以下。对 于选定的8. 0 μ m的漏入层5的厚度，该NOR-DL实施方式的阈值电流密度为120A/cm2，多模 激光器发射功率为15W，微分效率为85%。垂直面中的发散角为7.0°，水平面中的发散角 为-4.0°。二极管激光器1 (NOR-DL)的以下实施方式(参见图3)与前一个实施方式的不同 之处在于，在此实施方式中，对于激光发射输出，沉积有抗反射涂层13的纯净刻面12被设 置在凹痕外侧25 μ m距离处。此NOR-DL实施方式的参数类似于先前实施方式的参数。应该注意，与图1至图2所示的实施方式不同的、通过底部位于异质结构的活性层 3上方(例如)0. 2 μ m处的限制区域17来实现活性区域16中激光发射的横向光学限制的 二极管激光器1的实施方式也是可行的。此实施方式的最大输出功率不超过5W。所提出的集成连接的IDL 30(参见图4 图幻沿着激光发射传播的光轴包含两个集成连接的基于与NOR-DL相同的异质结构的二极管激光器。第一二极管激光器31包括 长度为1. Omm的光谐振器，该光谐振器具有非透射反射器32和33以及宽100 μ m的条状活 性区域34，第二二极管激光器35包括长度为5. Omm的光谐振器，该光谐振器具有非透射反 射器36和37以及宽100 μ m的条状活性区域38。通过具有电介质涂层40的抗反射刻面 39实现激光发射输出。此IDL实施方式的阈值电流密度为90A/cm2，激光器输出功率增加 到25W，微分效率和发散角与先前实施方式中的相同。IDL 30的以下实施方式与前一个实施方式的不同之处在于，此实施方式被制造为 平行设置的(20个)IDL 30的栅格。这种栅格的输出功率为500W。IDL 30的以下实施方式(参见图6)与前一个实施方式的不同之处在于，在此实施 方式中，第一二极管激光器31的活性区域34的宽度为10 μ m，第二二极管(输出)激光器 35的活性区域的结构由两部分组成。在其第一部分41中活性区域(长度为1. Omm)的宽度 为10 μ m，活性区域的第二部分42 (长度为4. Omm)被制造得可以以7°的加宽角来加宽，导 致输出激光发射开口的宽度为490 μ m。该实施方式产生具有以下发散的衍射角的5W功率 单模激光发射在垂直面中为8°，在水平面中为0.20°。激光发射的微分效率在75%至 90%的范围内。IDL 30的以下实施方式与图6所示实施方式的不同之处在于，此实施方式被制造 为具有100W输出功率的平行设置的(20个)IDL 30的栅格。所提出的集成连接的ISOA 50 (参见图7)沿着激光发射传播的光轴包含集成连接 的主二极管激光器51 (MDL)和半导体放大元件52 (SAE)，主二极管激光器51具有光谐振器 的长度1. Omm,半导体放大元件52具有5. Omm长度的放大区域。MDL 51包括长度为1. Omm 的光谐振器，该光谐振器具有非透射反射器53和M以及宽度为10 μ m的条状活性区域55。 SAE包括放大区域的两个部分56和57。放大区域的第一部分56被制造得具有与MDL 51中 的活性区域55相同的长度和宽度。长度为5. Omm的放大区域的第二部分57被制造得可以 以7°的加宽角来加宽，使得输出激光发射开口的宽度大约为600μπι。在放大区域的输出 光学面58上，沉积了反射系数小于0. 01%的抗反射电介质涂层59。在与放大区域的第一 部分56交界处的V形凹痕60的轮廓起到稳定元件的作用。所给出的该ISOA使得可以获 得具有高质量发射的功率高达IOW的单模激光发射。发射发散的衍射角在垂直面中为8°， 在水平面中为0.14°。激光发射的微分效率在80%至90%的范围内。ISOA 50的以下实施方式(参见图8)与前一个实施方式的不同之处在于，在此实 施方式中，在沿着轴的相反方向上，一个MDL 51在每一侧均集成连接一个SAE 52。此ISOA 在两个相反方向上进行发射，发射参数与先前的实施方式的参数类似。ISOA 50的以下实施方式与图8所示实施方式的不同之处在于，此实施方式被制 造为具有340W总输出功率的平行设置的(17个)ISOA 50的栅格。工业应用性半导体激光发射源二极管激光器(DL)以及集成二极管激光器(IDL)和集成半导 体光放大器被用于光纤通信和数据传输系统、光学超高速计算和交换系统、激光器工业设 备的开发、医学设备、用于倍频激光器的实现以及用于泵浦固态和光纤激光器和放大器。
权利要求
1.一种二极管激光器，包括基于半导体化合物的异质结构，所述异质结构包含至少一 个活性层、至少两个限制层、用于漏入发射的漏入区域，所述漏入区域对于发射是透过性 的，所述漏入区域包含至少一个漏入层，并且设置在至少所述活性层的一侧、所述活性层和 对应的限制层之间，所述二极管激光器还包括具有在所述二极管激光器工作期间流动的电 流的活性区域、光学面、反射器、光谐振器、欧姆接触，其中，所述异质结构的附加特征在于， 所述异质结构的有效折射率neff与所述漏入层的折射率nIN的比率，即，Iieff与nIN的比率根 据从一个+S到一个-Y的范围来确定，其中，δ和γ由远小于1的数确定，且Y大于δ， 此外，在与具有流动电流的活性区域的两个横向侧面相距特定距离处设置了限制发射的限 制区域，所述限制区域从外部层穿透到所述异质结构且至少穿透到所述活性层并进一步深 入所述异质结构，在发射输出侧，光学面上存在激光发射反射系数接近零的抗反射涂层，在 发射输出的相同侧，形成了激光发射反射系数接近1的光谐振反射器，所述反射器与所述 活性层以及位于所述活性层两侧的所述异质结构的半导体层相邻，所述半导体层的总厚度 至少在(X/4nrff)ym到μπι的范围内，其中λ是自由空间激光波长。
2.根据权利要求1所述的二极管激光器，其中，所述δ接近0。
3.根据权利要求1所述的二极管激光器，其中，形成在发射输出侧的所述反射器设置 在从所述异质结构的所述外部层大约到位于基板的一侧上的所述漏入区域中所包括的所 述漏入层。
4.根据权利要求1所述的二极管激光器，其中，在发射输出侧，在整个异质结构厚度或 者在沉积反射涂层之后留下的部分异质结构厚度上的光学面上，存在抗反射涂层。
5.根据权利要求1所述的二极管激光器，其中，在发射输出侧的相对侧，激光发射反射 系数接近1的光谐振反射器的高度等于所述异质结构的厚度。
6.根据权利要求1所述的二极管激光器，其中，所述发射限制区域被设置在与具有流 动电流的所述活性区域的横向侧面相距特定距离处，所述限制区域的折射率被选择为小于 所述异质结构的所述有效折射率nrff。
7.根据权利要求1所述的二极管激光器，其中，所述限制区域被设置为达到所述基板 的一侧上的所述异质结构的所述限制层。
8.一种集成二极管激光器，由基于半导体化合物的相同异质结构构成，所述异质结构 包含至少一个活性层、至少两个限制层、用于漏入发射的漏入区域，所述漏入区域对于发射 是透过性的，所述漏入区域包含至少一个漏入层，并且设置在至少所述活性层的一侧、所述 活性层和对应的限制层之间，所述集成二极管激光器还包括沿着相同轴设置的至少两个光 谐振器和具有在所述集成二极管激光器工作期间流动的电流的至少两个活性区域、光学 面、反射器和欧姆接触，所述异质结构的特征在于，所述异质结构的有效折射率nrff与所述 漏入层的折射率nIN的比率，即，Iieff与nIN的比率根据从一个+ δ到一个的范围来确定， 其中，δ和γ由远小于1的数来确定，且γ大于δ，此外，在与具有流动电流的活性区域 的两个横向侧面相距特定距离处设置了限制发射的限制区域，所述限制区域从外部层穿透 到所述异质结构其至少穿透到所述活性层并进一步深入所述异质结构，在发射输出侧，光 学面上存在激光发射反射系数接近零的抗反射涂层，并且每个光谐振器均通过激光发射反 射系数接近1且与所述活性层以及位于所述活性层两侧的异质结构的半导体层相邻的反 射器来限制，所述半导体层的总厚度至少在U/4nrff) μπι到范围内，其中λ是自由空间激光波长。
9.根据权利要求8所述的集成二极管激光器，其中，在发射输出侧，至少一个具有流动 电流的活性区域的至少一部分被制造为以相应的角度加宽。
10.根据权利要求9所述的集成二极管激光器，其中，设置在发射输出侧的相对侧的可 加宽活性区域的长度的初始部分被制造为宽度等于先前二极管激光器的先前活性区域的 宽度。
11.根据权利要求9所述的集成二极管激光器，其中，对于具有流动电流的所述可加宽 活性区域，具有高激光发射反射系数的反射器被制造为宽度约等于所述可加宽活性区域的 初始部分的宽度。
12.根据权利要求8所述的集成二极管激光器，其中，所述集成二极管激光器的至少两 个活性区域具有独立的欧姆接触。
13.一种集成半导体光放大器，包括集成连接、沿着相同轴设置且由相同的半导体异质 结构制成的主二极管激光器和半导体放大元件，所述异质结构包含至少一个活性层、至少 两个限制层、对发射透过性的区域，以及所述集成半导体光放大器包括光学面、欧姆接触， 此外，所述主二极管激光器包括具有在所述主二极管激光器工作期间流动的电流的活性区 域、用于从所述活性区域的横向侧面限制发射的限制区域、光谐振器及其反射器，以及所述 半导体放大元件包括在输出光学面上具有抗反射涂层的至少一个放大区域(具有在所述 半导体放大元件工作期间流动的电流)，其中，所述异质结构的附加特征在于，所述异质结 构的有效折射率neff与所述漏入层的折射率nIN的比率，即，neff与nIN的比率根据从一个+ δ 到一个-Y的范围来确定，其中，S和Y由远小于1的数来确定，且Y大于S，对于发射 透过且为漏入区域的区域具有至少一个漏入层，并且设置在至少所述活性层的一侧、所述 活性层和对应的限制层之间，此外，在与具有流动电流的活性区域的两个横向侧面相距特 定距离处设置了限制发射的限制区域，所述限制区域从外部层穿透到所述异质结构且至少 穿透到所述活性层并进一步深入所述异质结构，所述光谐振器通过激光发射反射系数接近 1的反射器来限制，与所述半导体放大元件的有源放大区域邻近的主二极管激光器反射器 被制造为与所述活性层和位于所述活性层两侧的异质结构的半导体层相邻，所述半导体层 的总厚度至少在U/4nrff) μπι到范围内，其中λ是自由空间激光波长，并 且所述半导体放大元件的输出光学面上的抗反射涂层被制造为具有接近0的反射系数。
14.根据权利要求13所述的集成半导体光放大器，其中，具有流动电流的至少一个放 大区域被制造为以相应的角度加宽。
15.根据权利要求14所述的集成半导体光放大器，其中，具有流动电流的可加宽放大 区域的长度的初始部分被制造为宽度接近于所述主二极管激光器的先前活性区域的宽度。
16.根据权利要求13所述的集成半导体光放大器，其中，所述活性区域和所述放大区 域具有独立的欧姆接触。
全文摘要
本发明涉及三种类型的激光光源二极管激光器、集成二极管激光器(以集成连接二极管激光器的形式)以及集成半导体光放大器(以集成连接驱动二极管激光器和半导体放大元件的形式)，其放大器由二极管激光器的新光谐振器和新激光器辐射耦合组成。落入上述三种类型的激光辐射源中的二极管激光器的光谐振器中的两个反射器在其两侧上具有最大可能反射系数，绕开活性层，通过具有几乎完全抗反射(小于0.01％)光学面的二极管激光器的本发明改进的异质结构的宽带半导体层，实现活性层的辐射耦合。本发明使得可以设计高功率、高性能、高速且可靠的三种类型的宽波长带中的单频率、单模和多模高质量激光器辐射源，以简化制造、降低生产成本。
文档编号H01S5/32GK102057545SQ200980120976
公开日2011年5月11日 申请日期2009年6月3日 优先权日2008年6月6日
发明者尹戈尔·皮特罗维奇·亚雷玛, 法西利·艾凡诺维奇·夏维金, 维克托·阿奇洛维奇·格洛瓦尼, 阿列克谢·尼古拉耶维奇·索恩克 申请人:通用纳米光学有限公司