技术特征：
1.一种超对称半导体激光器，包括：主阵列(1)，所述主阵列(1)的至少一部分的波导层具有有源区，以提供增益促使基横模激射；以及超配对阵列(2)，设置于所述主阵列(1)旁侧，由超对称变换得到所述超配对阵列(2)，所述超配对阵列(2)的波导层为无源区，以产生损耗并耗散高阶横模；其中，所述超对称变换可从超配对阵列中滤除主阵列的基横模所对应的本征值，而保留主阵列的至少一部分高阶横模的本征值，所述主阵列(1)和所述超配对阵列(2)相互耦合，在外延方向上形成超对称半导体激光器，实现以基横模为主的激光输出。2.根据权利要求1所述的超对称半导体激光器，还包括：n型侧电极(31)，被构造成为激光器提供电注入通道；n型衬底层(32)，设置于所述n型侧电极(31)上，以支撑半导体芯片；n型限制层(33)，设置于所述n型衬底层(32)和所述主阵列(1)与所述超配对阵列(2)构成的耦合阵列之间，以限制光场的扩展；第一限制层(4)，设置于所述主阵列(1)和所述超配对阵列(2)之间，以连接所述主阵列(1)和所述超配对阵列(2)；p型限制层(51)，设置于所述主阵列(1)与所述超配对阵列(2)构成的耦合阵列之上，并形成有凸台，以限制光场的扩展；p型接触层(52)，设置于所述p型限制层(51)的凸台上；p侧绝缘层(53)，设置于所述p型限制层(51)和部分所述p型接触层(52)上，在所述p型接触层(52)上形成电极窗口，以限制电流的注入范围；p型侧电极(54)，设置于所述p型绝缘层(53)和所述p型接触层(52)上，被构造成为激光器提供电注入通道，并和p型接触层(52)形成欧姆接触。3.根据权利要求1所述的超对称半导体激光器，其中，所述主阵列(1)包括：多层第一波导层(11)，用于相互耦合并产生不同超模；多层第二限制层(12)，每个第二限制层(12)设置于相邻的两层所述第一波导层(11)之间，以分隔所述第一波导层(11)；以及芯层(13)，设置于接触所述p型限制层(51)的第一波导层(11)的中间或部分第一波导层(11)中间，所述芯层(13)未掺杂且具有有源区，以复合载流子和产生光子。4.根据权利要求1所述的超对称半导体激光器，其中，所述超配对阵列(2)包括：多层第二波导层(21)，以耦合主阵列(1)中的高阶横模；以及第三限制层(22)，设置于相邻的两层所述第二波导层(21)之间，以分隔开超配对阵列中的第二波导层(21)。5.根据权利要求4所述的超对称半导体激光器，其中，所述超配对阵列的数目和在外延方向上的位置是可以变化的，包括：所述超配对阵列位于半导体激光器的n型侧(3)、位于半导体激光器的p型侧(5)、同时位于n型侧(3)和p型侧(5)。6.根据权利要求1所述的超对称半导体激光器，其中，所述主阵列(1)的第一波导层(11)数目为n0个；所述超配对阵列(2)的第二波导层(21)数目为n1个，并由所述主阵列(1)的超对称变换
得到；其中，n0和n1均为大于等于1的正整数。7.根据权利要求1所述的超对称半导体激光器，其中，所述超对称变换采用qr分解，其中，q为一个正交矩阵，r为一个上三角矩阵；所述超对称变换过程使用的耦合模理论为紧束缚模型。8.根据权利要求1所述的超对称半导体激光器，其中，所述超对称变换过程包括：步骤s1：根据矩阵变换qr＝h
0-β
i
，求取矩阵q和r；其中，h0为主阵列的哈密顿量，β
i
为某个需要从超配对阵列滤除的主阵列的本征值；步骤s2：根据矩阵变换h1＝[rq+β
i
]
n-1
求得超配对阵列的哈密顿量h1；其中h1为超配对阵列的哈密顿量，n-1表示取所求矩阵的前n-1行和n-1列；步骤s3：根据h1的矩阵元求得超配对阵列的第二波导层的宽度和波导层之间的间距；其中，h0为一个三对角矩阵，h0的矩阵元由主阵列的第一波导层的宽度、波导间距和折射率分布所决定；所述超对称变换可连续实行多次，以从所述超配对阵列中滤除所述主阵列中的多个本征值。9.根据权利要求1所述的超对称半导体激光器，其中，所述超对称半导体激光器的泵浦方式为电注入。10.一种根据权利要求1-9中的任一项所述的超对称半导体激光器在半导体激光器领域中的应用。
技术总结
本公开涉及了一种超对称半导体激光器及其应用，其中超对称半导体激光器包括：主阵列，主阵列的至少一部分的波导层具有有源区，以提供增益促使基横模激射；以及超配对阵列，设置于主阵列的旁侧，由超对称变换得到超配对阵列，超配对阵列的波导层为无源区，以产生损耗并耗散高阶横模；其中，超对称变换可从超配对阵列中滤除主阵列的基横模所对应的本征值，而保留主阵列的至少一部分高阶横模的本征值，主阵列和超配对阵列相互耦合，在外延方向上形成超对称半导体激光器，实现以基横模为主的激光输出，减小半导体激光器的垂直远场发散角，提高半导体激光器的横向光束质量。高半导体激光器的横向光束质量。高半导体激光器的横向光束质量。
技术研发人员：郑婉华 傅廷 齐爱谊 王宇飞 周旭彦 王学友 陈静瑄 戴迎秋 王明金
受保护的技术使用者：中国科学院半导体研究所
技术研发日：2022.03.24
技术公布日：2022/6/17