一种直线光束激光器及封装激光阵列的制作方法

1.本发明涉及激光器制造领域，特别是涉及一种直线光束激光器及封装激光阵列。


背景技术：

2.随着科技的进步，激光信号传输越来越多地应用在社会、科技的方方面面，如直接调制器激光器(dml)和电吸收调制激光器(eml)，它们是光通信系统中常常使用的光发射芯片的典型例子。而芯片中的核心结构是波导，它也是作为光的生成区域，通常被称为活性区(active region)，光在波导中传递，并最终到达端面，从端面发射出来。
3.端面(facet)平面通常与波导(waveguide)垂直。而端面通常是由晶体沿着晶线解理(cleaving)形成的。因此，激光(laser)的光束在垂直于端面的方向上传播和发射，而这就导致部分发射的光会被端面反射回波导。而这些反射光可能会引起发光光谱的不稳定和一些噪音。因此，在一些激光器和调制器中，这种端面反射光需要被减小优化。但无论怎么优化，在实际生产也存在一定机械误差的情况下，也很难将反射率降低到约0.1％，而理想的端面反射率，更是要远低于0.1％。
4.为了达到上述非常低的反射率，现有技术是使波导相对于端面的垂直线有一定的角度，如图1所示。由于光束在波导中，以某种角度入射到端面上，端面上反射的光不会沿波导原路返回，就避免了反射光引发的光谱不稳定和噪音，但也会导致光束是以某种角度发射出去的。也就是说，出射光并不垂直于端面。这使得在某些应用场景中，当把这种激光二极管与其他光学器件相结合时(如光纤或其他波导对准和集成时)，会有很大的困难。因为这种激光二极管芯片需要相对于其他器件有一定的角度，才能使得光线传输进其他器件里。因此，特别是当需要排成阵列时，激光二极管阵列和其他波导阵列之间很难做到相互紧密和光路中心对齐。
5.因此，如何在保证激光器的端面低反射率的同时，降低激光器与其他光学器件相结合时的对准难度，提高激光器排成阵列时的空间利用率，就成了现有技术中亟待解决的问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种直线光束激光器及封装激光阵列，以解决现有技术中端面低反射率、激光器与其他光学器件相结合时的低对准难度及激光器排成阵列时的高空间利用率不可兼得的问题。
7.为解决上述技术问题，本发明提供一种直线光束激光器，包括弯曲波导及与所述直线光束激光器的延伸方向垂直的解理面；
8.所述解理面包括窗口凹槽，所述窗口凹槽的底面为出射面，所述出射面与所述解理面的夹角为第一角度；
9.入射激光束通过所述弯曲波导，到达所述窗口凹槽，并经所述窗口凹槽折射后形成出射激光束，射出所述窗口凹槽；其中，所述出射激光束垂直于所述解理面。
10.可选地，在所述的直线光束激光器中，所述窗口凹槽在所述解理面所在平面上的投影为矩形。
11.可选地，在所述的直线光束激光器中，所述窗口凹槽的侧壁的延伸方向垂直于所述解理面。
12.可选地，在所述的直线光束激光器中，所述出射面表面设置有增透膜。
13.可选地，在所述的直线光束激光器中，所述出射面为平直斜面。
14.可选地，在所述的直线光束激光器中，所述窗口凹槽为通过刻蚀得到的凹槽。
15.可选地，在所述的直线光束激光器中，所述窗口凹槽为通过干刻蚀法得到的凹槽。
16.可选地，在所述的直线光束激光器中，所述弯曲波导为ingaasp的多层量子阱波导。
17.可选地，在所述的直线光束激光器中，为使所述出射激光束垂直于所述解理面，所述弯曲波导的折射率与所述第一角度的对应关系如下式：
18.θb
–
θf＝arcsin{(ni/no)＊sin(θi-θf)}
19.其中，θb为所述出射激光束与所述直线光束激光器的延伸方向的夹角角度，θf为所述第一角度，θi为所述入射激光束与所述直线光束激光器的延伸方向的夹角角度，ni为所述弯曲波导的折射率，no为空气折射率。
20.一种封装激光阵列，所述封装激光阵列包括多个如上述任一种所述的直线光束激光器。
21.本发明所提供的直线光束激光器，包括弯曲波导及与所述直线光束激光器的延伸方向垂直的解理面；所述解理面包括窗口凹槽，所述窗口凹槽的底面为出射面，所述出射面与所述解理面的夹角为第一角度；入射激光束通过所述弯曲波导，到达所述窗口凹槽，并经所述窗口凹槽折射后形成出射激光束，射出所述窗口凹槽；其中，所述出射激光束垂直于所述解理面。
22.本发明中，通过为所述解理面增设窗口凹槽，使激光从与所述解理面呈第一角度的出射面射出，这就保证了经过所述出射面反射的光线不会返回所述弯曲波导造成噪音与干扰，同时保持了所述出射激光束垂直于所述解理面，这个角度使得所述直线光束激光器与其他光学元件的集成变得容易，降低了对准难度，同时，相比于现有技术中的激光器，本发明仅仅在所述解理面上开设了所述窗口凹槽，同时稍微对波导进行了弯曲，因此体积与形状上与现有技术中的激光器相似，大大提升了激光器在叠放集成时的空间利用率。本发明同时还提供了一种具有上述有益效果的封装激光阵列。
附图说明
23.为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为现有技术中的激光器的结构示意图；
25.图2为本发明提供的直线光束激光器的一种具体实施方式的截面结构示意图；
26.图3为本发明提供的直线光束激光器的一种具体实施方式的侧视图；
27.图4为本发明提供的直线光束激光器的一种具体实施方式的解理面附近的光路示意图。
具体实施方式
28.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.本发明的核心是提供一种直线光束激光器，其一种具体实施方式的结构示意图如图2所示，称其为具体实施方式一，包括弯曲波导10及与所述直线光束激光器的延伸方向垂直的解理面20；
30.所述解理面20包括窗口凹槽30，所述窗口凹槽30的底面为出射面31，所述出射面31与所述解理面20的夹角为第一角度；
31.入射激光束通过所述弯曲波导10，到达所述窗口凹槽30，并经所述窗口凹槽30折射后形成出射激光束，射出所述窗口凹槽30；其中，所述出射激光束垂直于所述解理面20。
32.作为一种优选实施方式，所述窗口凹槽30在所述解理面20所在平面上的投影为矩形。矩形的窗口凹槽30可大大降低所述凹槽的开凿难度，提升生产效率与成品良品率，可参考图3，图3为所述直线光束激光器在垂直于所述解理面20方向上的结构示意图。
33.更进一步地，所述窗口凹槽30的侧壁的延伸方向垂直于所述解理面20。再进一步地，所述出射面31为平直斜面。可参考图2，图2为所述直线光束激光器的截面图，不难看出，将所述窗口凹槽30的侧壁全部设定为垂直于所述解理面20的方向，可进一步降低工艺难度，提升生产效率与良品率，而将所述出射面31限定为平直斜面，既提高了对所述入射激光束与所述出射面31的接触角度的控制精度，提高成品良品率，又进一步降低了工艺难度。
34.图1展示了现有技术中的一种为降低解理面20反射率，将所述解理面20设置的与光路不垂直，再通过扭转激光器件本身使出射激光束水平的方案，但需要注意的是，这种方法使得激光器外侧还要套装一个封装器件，才能令激光器安置于水平面上，而图1中的激光器本身即与本技术中的激光器大小相当，套装封装件后体积更是增加不少，这就导致图1展示的技术方案在多激光器集成封装，制备阵列时，同体积空间内容纳的激光器数量大大减少，换言之，本发明的技术方案能获得更高的空间利用率。图2中用黑色粗箭头表示光路，也即所述入射激光束与所述出射激光束，其他附图也相同，在此不再展开赘述。
35.还有，所述出射面31表面设置有增透膜。虽然将通过所述弯曲波导10的入射激光束与所述出射面31的法线方向形成一定的夹角已经大大降低了反射率，但通过在所述出射面31表面进一步设置增透膜，可进一步削减反射率，降低反射激光对激光束造成的干扰与噪音。
36.作为一种具体实施方式，所述窗口凹槽30为通过刻蚀得到的凹槽。另外，所述窗口凹槽30为通过干刻蚀法得到的凹槽。干刻蚀法精度高，工艺成熟，可在保证生产效率的同时，提升成品的良品率。
37.作为一种优选实施方式，为使所述出射激光束垂直于所述解理面20，所述弯曲波导10的折射率与所述第一角度的对应关系如下式：式(2)：
38.θb
–
θf＝arcsin{(ni/no)＊sin(θi-θf)}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
39.其中，θb为所述出射激光束与所述直线光束激光器的延伸方向的夹角角度，θf为所述第一角度，θi为所述入射激光束与所述直线光束激光器的延伸方向的夹角角度，ni为所述弯曲波导10的折射率，no为空气折射率。
40.请参考图4，图4为激光在所述出射面31附近的光路示意图，结合图4不难看出，图中各个元素满足式(1)中表达的关系：
41.ni＊sin(θi-θf)＝no*sin(θb
–
θf)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
42.其中各个字母与项的含义见上文，此处不再赘述。
43.而将式(1)简单变形之后，即可得到式(2)，继续，设θi-θf＝x
°
，然后通过改变θf使得θb＝0，θb＝0即意味着所述出射激光束与所述解离面垂直(x
°
是由端面的所需反射率决定的)。比如，比如,令x
°
＝6
°
，ni＝3.23，no＝1，以及θb＝0，则可以得到θf＝19.7
°
以及θi＝13.7
°
，即得到一组所述直线光束激光器的可行参数，当然，也可根据不同的材料选用其他ni值，本发明在此此不做限定。
44.这里，设θi-θf＝x，它是波导与蚀刻面垂直线之间的一个角度。端面的反射率(r)是由这个x决定的，当x＝0时，反射率最大；反之，x越大，反射率越小。x值可以由所需的反射率决定，通常x＝6～7度。
45.在垂直于解理面20发射光束的条件下，可以通过将θb＝＝0来得到。例如，如果x
°
＝6
°
，ni＝3.23，no＝1，θb＝0，那么θf＝19.7
°
，θi＝13.7
°
，就可以找到光束垂直于解理线发射的条件。通过这种方式，我们可以同时满足"相对于面的角度波导的低r值"和"垂直于解理面20发射的光束"的条件。
46.具体地，所述弯曲波导10为ingaasp的多层量子阱波导，此类材料在满足上述式(2)的同时，还具有良好的波导性质，因此为一种优选实施方式。当然，也可根据实际情况选择其他材料的波导，本发明在此不作限定。
47.本发明所提供的直线光束激光器，包括弯曲波导10及与所述直线光束激光器的延伸方向垂直的解理面20；所述解理面20包括窗口凹槽30，所述窗口凹槽30的底面为出射面31，所述出射面31与所述解理面20的夹角为第一角度；入射激光束通过所述弯曲波导10，到达所述窗口凹槽30，并经所述窗口凹槽30折射后形成出射激光束，射出所述窗口凹槽30；其中，所述出射激光束垂直于所述解理面20。本发明中，通过为所述解理面20增设窗口凹槽30，使激光从与所述解理面20呈第一角度的出射面31射出，这就保证了经过所述出射面31反射的光线不会返回所述弯曲波导10造成噪音与干扰，同时保持了所述出射激光束垂直于所述解理面20，这个角度使得所述直线光束激光器与其他光学元件的集成变得容易，降低了对准难度，同时，相比于现有技术中的激光器，本发明仅仅在所述解理面20上开设了所述窗口凹槽30，同时稍微对波导进行了弯曲，因此体积与形状上与现有技术中的激光器相似，大大提升了激光器在叠放集成时的空间利用率。
48.本发明还提供了一种封装激光阵列，所述封装激光阵列包括多个如上述任一种所述的直线光束激光器。本发明所提供的直线光束激光器，包括弯曲波导10及与所述直线光束激光器的延伸方向垂直的解理面20；所述解理面20包括窗口凹槽30，所述窗口凹槽30的底面为出射面31，所述出射面31与所述解理面20的夹角为第一角度；入射激光束通过所述弯曲波导10，到达所述窗口凹槽30，并经所述窗口凹槽30折射后形成出射激光束，射出所述
窗口凹槽30；其中，所述出射激光束垂直于所述解理面20。本发明中，通过为所述解理面20增设窗口凹槽30，使激光从与所述解理面20呈第一角度的出射面31射出，这就保证了经过所述出射面31反射的光线不会返回所述弯曲波导10造成噪音与干扰，同时保持了所述出射激光束垂直于所述解理面20，这个角度使得所述直线光束激光器与其他光学元件的集成变得容易，降低了对准难度，同时，相比于现有技术中的激光器，本发明仅仅在所述解理面20上开设了所述窗口凹槽30，同时稍微对波导进行了弯曲，因此体积与形状上与现有技术中的激光器相似，大大提升了激光器在叠放集成时的空间利用率。
49.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
50.需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
51.以上对本发明所提供的直线光束激光器及封装激光阵列进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。