折叠外腔超窄线宽半导体激光器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于新型半导体激光器技术领域，具体设及一种折叠外腔超窄线宽半导体 激光器。
【背景技术】
[0002] 在激光载波通信系统中，高性能的窄线宽半导体激光器（线宽《10曲Z)是决定测 距精度的核屯、元器件，因为对于3曲Z线宽的窄线宽激光器，其相干长度可达100km。此外， 窄线宽半导体激光器在超高精度激光雷达、船舶水听器、航天器对接、卫星间通信、相干光 通信、激光光谱学、大气吸收测量及光纤通信领域均具有极其广泛的应用。窄线宽激光器所 服务的系统的军事价值、经济价值和科学价值都很大，它在运些系统中起关键作用，地位十 分重要。对于曲Z量级的窄线宽半导体激光器，科研人员需要对忍片的材料结构、器件结构 和噪声抑制机理进行深入的探索和研究。
[0003] 窄线宽半导体激光器是指激光W腔内振动单一纵模的形式输出的激光光源，其特 征是激光光谱线宽在曲Z量级，比现有的窄线宽分布反馈值FB)激光器的线宽还要窄两个 数量级，比目前光通信网络中的密集波分复用值WDM)信号光源的线宽要窄5个数量级。窄 线宽单纵模激光器可W保证激光具有极好的相干特性，其相干长度可达百公里W上。与光 纤激光器相比，半导体激光器的价格低、抗振动和抗空间射线福照能力强，是窄线宽激光器 的优选光源。国内外窄线宽激光器迅速发展，不断出现W各种方法实现的窄线宽激光器，并 且线宽不断地在变窄。从线宽压缩机制上进行分类，主要是采用两种途径来实现，即内腔结 构和外腔结构来压缩半导体激光器线宽。
[0004] 就窄线宽半导体激光器的2种实现途径来看，都存在着各自的缺点。（1)内腔结构 压缩半导体激光器的线宽，尽管是在半导体激光器本身结构中引入光栅等微结构来实现线 宽压缩，但是光栅结构的设计和制造都有很高的精度要求，光栅为内置结构，光栅结构上还 需要外延生长上包层和盖层，增加了制备难度，限制了其在相干光通信系统的应用。（2)外 腔结构压缩半导体激光器的线宽，不需要在半导体激光器上制造光栅等结构，制造难度和 成本相应的降低，但是外腔光栅反馈结构的缺点是激光器工作时容易发生模式跳变。
【发明内容】
[0005] 为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种折叠外腔超窄线宽半导体激 光器，主要在忍片尺度上解决实现超窄线宽半导体激光器的问题。
[0006] 本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
[0007] 折叠外腔超窄线宽半导体激光器，该激光器包括：半导体激光器忍片、折叠外腔和 整形透镜；所述半导体激光器忍片与折叠外腔的输入端对接禪合；半导体激光器忍片和折 叠外腔的端面制作腔面膜；整形透镜位于折叠外腔的输出端。
[0008] 本发明的有益效果是：
[0009] 1、折叠外腔中的弯曲波导结构可W有效过滤高阶模式，保证基模几乎无损耗的传 输，模式特性更稳定，不容易发生跳模现象。
[0010] 2、激光频率之所W有一定的线宽，主要是由光子通过自发发射进入激光模式中导 致的激光频率扰动引起的。由线宽公式：AVsT=化v/P。）（nn,prl。）（AVc)2，其中AVc是除去增益介质及损耗之后谐振腔本身的固有激光线宽，hV是光子能量，P。是输出功率， n,p是粒子数反转因子，n。是输出功率禪合效率。谐振腔固有激光线宽的表达式为：
[0012] 其中C是光速，5是损耗，L'是等效谐振腔长度。可见，降低半导体激光器单一模 式激光线宽的主要途径：（1)增加单模输出功率P。;（2)压缩谐振腔固有激光线宽AVC，即 增加腔长L'或降低单一模式的腔内光损耗。本发明的折叠外腔超窄线宽半导体激光器有 效腔长更长，更有利于得到曲Z量级的窄线宽激光。
[0013] 3、本发明通过折叠外腔代替直波导，可W在很短的外腔忍片上集成几十倍长度的 半导体激光器外腔结构，有效的减小了封装的体积，增加了集成度，可W简单而有效得到更 窄的激光线宽。
[0014] 4、采用波导外腔的方式进行器件的整体封装，可W增加系统的稳定性，使得系统 适合各种复杂的使用环境。
【附图说明】
[0015] 图1本发明的折叠外腔超窄线宽半导体激光器的S维立体图；图2本发明的折叠 外腔超窄线宽半导体激光器实施例的折叠外腔2在生长保护性上包层8前的具体细节=维 立体图；
[0016] 图3本发明的折叠外腔超窄线宽半导体激光器实施例的折叠外腔2在生长保护性 上包层8前的具体细节顶面俯视图。
[0017] 图4本发明的折叠外腔超窄线宽半导体激光器实施例的直波导4未制作保护性上 包层时的=维立体图。
[0018] 图5本发明的折叠外腔超窄线宽半导体激光器实施例的模式转换波导5未制作保 护性上包层时的=维立体图。
[0019] 图6本发明的折叠外腔超窄线宽半导体激光器实施例的弯曲波导6未制作保护性 上包层时的=维立体图。图中：1、半导体激光器忍片，2、折叠外腔，3、整形透镜，4、直波导， 5、模式转换波导，6、弯曲波导，7、单波长反射结构，8、保护性上包层，9、腔面膜和10、模式转 换波导与弯曲波导连接端。
[0020] 图3中，点形填充的部分为单波长反射结构的区域，黑色填充的部分为没有进行 任何刻蚀的区域，白色的部分为光刻-刻蚀后暴露出来的台面，斜线填充部分为经过套 刻-刻蚀后制作出来的沟槽。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
[0022] 如图1所示，折叠外腔超窄线宽半导体激光器，包括半导体激光器忍片1、折叠外 腔2、整形透镜构成3。半导体激光器忍片1与折叠外腔2的输入端对接禪合；半导体激光 器忍片I和折叠外腔2的端面制作腔面膜9 ;整形透镜3位于折叠外腔2的输出端，对光束 进行整形W便于光纤禪合和封装。
[0023] 如图2所示，折叠外腔2又包括保护性上包层8和在半导体忍片衬底上制作的直 波导4、模式转换波导5、弯曲波导6、单波长反射结构7。除了输入端和输出端的直波导4， 其余每个直波导4通过各自的模式转换波导5与两个弯曲波导6连接，在激光输出端的直 波导4上制备有单波长反射结构7,即所有直波导4平行排布，弯曲波导6位于直波导4的 两侧，形成蛇形排布；直波导4、模式转换波导5、弯曲波导6和单波长反射结构7的上表面 等高，并形成一个通路；整个折叠外腔2上覆盖有保护性上包层8,保护性上包