[实用新型]一种太赫兹量子级联激光器

说明书

本实用新型涉及一种太赫兹量子级联激光器，所述激光器包括前端面和后端面；所述后端面与所述激光器的脊条形结构的长度方向垂直，所述前端面包含两个斜面，斜面与所述脊条形结构长度方向的垂直面形成倾斜角，使得所述前端面和所述后端面的反射率和透射率不同。本实用新型相比单一倾斜端面，角形倾斜端面采用两个对称的斜面来耦合输出激光，使得总的输出激光发散性降低，有效改善了输出激光的光束质量。

技术领域

本实用新型涉及太赫兹激光器，特别涉及一种太赫兹量子级联激光器。

背景技术

太赫兹(THz)量子级联激光器(QCL)是1～5THz频段非常重要的一种半导体辐射源，具有结构紧凑、性能稳定、能转换效率高、输出功率大、寿命长等特点。在THz标准光源、光电技术、成像系统及生物效应研究等方面有重要应用前景。半绝缘表面等离子体波导是大功率THz QCL最为常用的波导结构，由于在这种结构中激光模式只需通过表面电极金属层和重掺杂下接触层进行限制，很大一部分激光模式可以延伸到衬底中，因此该波导结构具有制备工艺简单、耦合输出光束质量好，输出功率大等优点。

在脊条形半绝缘表面等离子体波导THz QCL中，通过解理波导的前、后两个端面形成谐振腔(Fabry–Pérot腔)，由于谐振腔的两个端面具有对称性和一致性，工作时激光器两个端面的状态相同，输出相同强度的激光，即两个端面的出光比率均为50％。为了有效利用激光器两个端面的输出激光，通常会在脊条的其中一个端面蒸镀高反膜，使得器件的激光都从另一个端面输出。不过，由于两个端面为相互平行的解理面，为了消除输出端面对激光的反射，通常又会在输出端面蒸镀一层增透膜。增透膜的厚度取决于输出激光的波长，最佳厚度为激光波长的四分之一。中红外激光的波长为2μm左右，对应增透膜厚度约为500nm，因此上述方法在中红外QCL中得到了很好的应用。当QCL的工作频率扩展到THz频段时，激光波长为约100μm，此时的增透膜厚度需要达到约25μm，而介质膜工艺通常蒸镀的厚度在几百纳米到几微米，25μm的厚度对于介质膜工艺来说是一项困难的工作。

另一种有效利用激光器端面输出激光的方法是制备倾斜的前端面，即对需要输出激光的端面进行工艺制备，使得该端面与不出激光的端面在空间上形成一定的夹角，并使该夹角小于激光从激光器介质到空气的传播过程的全反射角，从而提高前端面的出光比率，再通过后端面蒸镀高反膜的方法，有效提高激光器的端面输出功率。不过，由于THz频段激光波长较长(约100μm)，远大于激光器有源区的厚度(约10μm)，端面出光时激光光束存在一定的发散性；同时，由于倾斜端面的构建，使得激光输出后的传播方向有一定的偏角，光束传播的方向性受到较大影响，激光器输出光束的整体质量较差。因此，如何在提高激光器端面有效输出功率的同时进一步改善激光光束质量，是当前需要解决的关键技术问题。

CN 110854666 A公开了一种太赫兹量子级联激光器及其制作方法，采用单一倾斜面的做法会使出射的太赫兹激光束出现单个方向较大角度的偏转，加上太赫兹量子级联激光器输出光束的发散特性，使得端面输出激光的收集和准直难度加大；此外，现有技术直接采用研磨抛光的办法来实现单一倾斜面的制备，制备时间慢，且研磨抛光面的倾斜角度不好掌控，误差较大。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种太赫兹量子级联激光器。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种利用对称倾斜面结构使激光器出射激光束形成会聚模式，使得部分发散的光束能有效重叠，便于出射激光的收集和准直。

本实用新型的一种太赫兹量子级联激光器，所述激光器包括半绝缘衬底、下接触层、下电极金属层、有源区、上接触层、上电极金属层、前端面和后端面；

其中所述半绝缘衬底、下接触层、有源区、上接触层和上电极金属层从下至上依次层叠，所述有源区、上接触层和上电极金属层在所述下接触层上形成脊条形结构；下电极金属层位于脊条形结构两侧，并保持间距；