[发明专利]一种高速调制的大功率基模半导体激光器芯片及其使用方法

说明书

本发明公开一种高速调制的大功率基模半导体激光器芯片，包括设置在芯片绝缘层上的有源锥形波导、无源弯曲波导、有源震荡级波导。其中：所述有源锥形波导、有源震荡级波导之间通过无源弯曲波导连接，且所述无源弯曲波导与有源锥形波导的窄端连接。同时，所述有源锥形波导、有源震荡级波导上均具有电极，所述无源弯曲波导不具有电极，从而对有源锥形波导、有源震荡级波导之间进行绝缘隔离。本发明重新设计了新的电流注入结构，即：产生高质量基横模种子光的有源震荡级波导、实现高阶模过滤、线宽压缩的无源弯曲波导、实现基模光单程放大的有源锥形波导。有效改善了各芯片的电光延迟及因载流子浓度变化引起的频率啁啾效应。

技术领域

本发明涉及半导体激光器技术领域，具体涉及一种高速调制的大功率基模半导体激光器芯片及其使用方法。

背景技术

本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

高功率半导体激光器在泵浦、光通信、医疗、激光探测等领域有着越来越广泛的应用，同时对半导体激光器性能要求也越来越高。激光调制指的是把激光作为载波携带低频电信系的过程，激光调制分为内调制和外调制，其中内调制指的是在激光震荡的同时对激光器加载调制信号，将要传送的信息转变为电流信号注入到半导体激光器中，也称为直接调制。

直接调制的半导体激光器由于结构简单易于实现等优点，在光通信领域得到了广泛的应用。同时，随着半导体激光器功率、可靠性的提升，直接调制的半导体激光器系统在激光探测领域也开始得到广泛应用，尤其在激光制导以及激光雷达等领域。然而，由于激光脉冲的宽度、频率和形状等参数会影响激光探测系统的精度，当半导体激光器注入电流后，激光器会产生相应的电光延迟和驰豫振荡，造成输出的光脉冲与注入的电脉冲信号不一致，并且激光器会在弛豫震荡的同时，因注入脉冲的改变使得激光器内部载流子密度发生变化，进而导致折射率发生变化，最终发生频率啁啾效应，使得激光器的频率发生动态滑移。

中国专利CN 206059907 U公开了一种“具有倒台结构脊波导的半导体激光器芯片”，其将脊波导的剖面形状设计为倒梯形后，在同样的发光宽度下，金属接触层面积远大于传统接触层面积，有效降低了芯片高速调制下的阻抗，时间滞后效果明显减少。然而，本发明人发现，在实际应用中这种倒台结构的P面金属极易发生断裂，造成器件的失效，同时，由于为倒台结构，下方的空洞会造成局部折射率的改变以及散热效率低的问题，对器件的可靠性造成不利影响。另外，该专利技术仍然无法解决电光延迟以及改善频率啁啾的问题。

发明内容

本发明提供了一种高速调制的大功率基模半导体激光器芯片，通过设计新的电流注入结构，有效改善了半导体激光器芯片的电光延迟和频率啁啾效应。为实现上述目的，本发明公开如下所示的技术方案。

在本发明的第一方面，公开一种高速调制的大功率基模半导体激光器芯片，包括设置在芯片绝缘层上的有源锥形波导、无源弯曲波导、有源震荡级波导。其中：所述有源锥形波导、有源震荡级波导之间通过无源弯曲波导连接，且所述无源弯曲波导与有源锥形波导的窄端连接。同时，所述有源锥形波导、有源震荡级波导上均具有电极，所述无源弯曲波导不具有电极，从而对有源锥形波导、有源震荡级波导之间进行绝缘隔离。

进一步地，所述绝缘层的一端具有锥形凸起，所述绝缘层的另一端具有条状凸起，所述锥形凸起、条状凸起上均包覆有电极层，从而分别形成脊条式的所述有源锥形波导、有源震荡级波导，这种脊条式波导具有弱折射率导引机制的优点。

进一步地，所述锥形凸起、条状凸起之间通过绝缘层形成的弯曲状凸起连接，该弯曲状凸起上设置DBR光栅结构，从而形成脊条式的所述无源弯曲波导，同样地，这种脊条式波导具有弱折射率导引机制的优点。

进一步地，所述DBR光栅结构采用矩形布拉格光栅，其布满整个弯曲波导的表面。

进一步地，所述无源弯曲波导位于有源锥形波导、有源震荡级波导之间的凹槽中。