[发明专利]一种渐变式稳频锁模、超窄线宽大功率基模外腔半导体激光器

说明书

本发明涉及一种渐变式稳频锁模、超窄线宽大功率基模外腔半导体激光器，属于半导体激光器技术领域。半导体激光器包括激光器芯片和锁模元件，激光器芯片上设置波导，激光器芯片出光腔面外侧设置锁模元件，出光腔面折射出的光垂直锁模元件的端面进入锁模元件。本发明通过在脊型波导与激光器芯片出光腔面设定角度的方式，使得出光腔面反射回的光无法传回脊型波导，只有通过外部锁模元件反射回的光能传回波导内形成F‑P震荡，有效提高了器件整体的边模抑制比，大大降低了外腔激光器的跳模现象。

技术领域

本发明涉及一种渐变式稳频锁模、超窄线宽大功率基模外腔半导体激光器，属于半导体激光器技术领域。

背景技术

高功率半导体激光器在泵浦、光通信、医疗等领域有着越来越广泛的应用，随着应用领域的拓宽和细分，半导体激光器的性能要求也越来越高，作为泵浦和通信用半导体激光器，其对波长的光谱线宽要求很高，需要其线宽很窄的前提下波长不会发生变化，即跳模现象，而典型的半导体激光器的光谱为高斯分布，其光谱宽度较宽，并且其中心波长会随温度的变化而变化，因此需要对半导体激光器发出的光进行锁模，通常所谓的锁模指的是波长锁定以及线宽压缩，目前常用的锁模机制主要有两种，为内腔结构和外腔结构。

其中内腔结构锁模途径指的是在芯片本身刻蚀布拉格光栅等微结构来实现线宽压缩以及波长锁定，其主要又可分为DFB半导体激光器和DBR半导体激光器，但由于布拉格光栅周期较小，导致其光栅结构的设计和制造都有很高的精度要求，因此其制造成本较大且合格率较低。

外腔结构一般利用外接FBG光栅光纤或者其他具有压缩线宽和波长锁定的锁模元件作为外腔反馈使得特定波长的光反馈进入半导体激光器芯片的F-P腔，使该波长的光得到进一步增强放大，其他波长的光受到抑制，从而达到压缩芯片内震荡的光的线宽的目的，以实现整齐外腔激光器压缩线宽、稳频锁模的目的，其中FBG作为外腔结构的光学反馈部件，具有制作工艺简单、反射谱窄、中心波长稳定等优点。但由于半导体激光器腔面的反射率无法做到0，即存在一定的剩余反射率，因此其在腔面处会反射回来一部分的光进入芯片内F-P腔进而得到增强放大，尤其在大功率工作模式下，由腔面剩余反射率造成的反馈光容易引发半导体激光器芯片内的模式竞争，最终整体器件表现为模式跳变，造成器件失效。

中国专利文件CN105406356B公开了一种折叠外腔超窄线宽半导体激光器，其通过折叠外腔代替直波导，有效的减小了封装的体积，通过弯曲波导有效过滤掉高阶模式，实现基模的传输，但没有对纵模进行表述，同时该种方法需要设计并制备折叠外腔，工艺较为复杂。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种渐变式稳频锁模、超窄线宽大功率基模外腔半导体激光器，消除了腔面剩余反射率造成的纵模模式竞争，有效提高了外腔激光器的边摸抑制比，解决了超窄线宽外腔半导体激光器中出现的模式跳变问题。

本发明的技术方案如下：

一种渐变式稳频锁模、超窄线宽大功率基模外腔半导体激光器，包括激光器芯片和锁模元件，激光器芯片上设置波导，激光器芯片出光腔面外侧设置锁模元件，出光腔面折射出的光垂直锁模元件的端面进入锁模元件。

优选的，激光器芯片在横向上包括自下到上依次设置的N面电极、衬底、N型限制层、N型波导层、有源区、P型波导层和P型限制层，P型限制层上设置波导。

进一步优选的，波导为三段式波导，三段式波导包括垂直波导、弧形波导和倾斜波导，垂直波导延伸至激光器芯片的非出光腔面，垂直波导经弧形波导连接至倾斜波导，倾斜波导延伸至激光器芯片的出光腔面，三段式波导为一体式结构，中间无隔断。

优选的，三段式波导为脊条式波导，倾斜波导与出光腔面的交界处位于激光器芯片一侧中间位置，方便后续的耦合。

优选的，垂直波导与倾斜波导的水平延长线无重合。

进一步优选的，P型限制层上除脊条区域外设置绝缘层，在脊条区域以及绝缘层上设置P面电极。