[实用新型]一种用于激光雷达的稳波长边发射激光器

说明书

本实用新型公开了一种用于激光雷达的稳波长边发射激光器，涉及边发射激光器技术领域，包括衬底以及设置于衬底上方的外延层和体光栅；外延层包括由下至上依次设置的缓冲层、有源区和帽层，且外延层沿其x方向的两端分别为出光端和背光端；外延层在其出光端或者背光端刻蚀有一让位台阶，该让位台阶的深度由帽层延伸至有源区以下；体光栅的高折射材料和低折射率材料沿x方向交替设置于让位台阶处。本实用新型将体光栅集成设置于边发射激光器内部，集成度极高，设置于器件内部的体光栅使得只有满足布拉格条件的光波长才能实现出射，由此使得边发射激光器的波长极其稳定，降低了边发射激光器的波长漂移范围，使其可适应的工作条件范围更宽泛。

技术领域

本实用新型涉及边发射激光器技术领域，特别涉及一种用于激光雷达的稳波长边发射激光器。

背景技术

应用于无人驾驶汽车领域的激光雷达，以其探测精度高、范围广和速度快的三维感知能力得到了广泛的关注。激光雷达同时还可以应用于无人机、机器人等领域，随着人工智能技术的日趋成熟，相关领域对激光雷达传感应用的需求越来越大。由于发射器和探测器方面的优势，使用边发射激光器的激光雷达系统已然在市场中占据主导地位，成为大多数激光雷达厂商理想的选择。

激光雷达系统测距和测绘的基本工作原理为：激光器发射一定波长的信号光到达周围环境，经环境反射后的信号光由探测器捕捉接收，随后进行信号处理，从而实现测距和测绘。使用光学滤波片提升激光雷达灵敏度的原理为：通过光学滤波片将非信号波段过滤，只允许包含信号光的波段到达探测器，从而提高信噪比进而提升激光雷达灵敏度。允许信号光通过的带宽越宽，同样带宽的背景噪声也会到达探测器，影响信噪比。如果能将信号光的波长在激光雷达的工作温度范围内限制在比较小的区间，则可有效缩窄探测器端的光学滤波片带宽，大幅提升信噪比。可见，边发射激光器的波长稳定对于激光雷达系统的十分重要。此外，用于远距离探测的激光雷达对半导体激光器具有很高的激光峰值功率需求，因此提高边发射器的峰值功率也十分必要。

然而现有边发射器芯片存在以下两个问题：

其一，传统提高激光器输出功率的方法是提高注入电流，但是这种方法受到灾变性腔面损伤和电热烧毁的限制，目前大功率半导体激光器普遍存在发光效率低、光束质量差等缺陷。采用大光腔或超大光腔结构可以降低出光面单位面积的光功率，提高灾变性腔面损伤阈值，在一定程度上缓解输出功率受限的问题；另一个提高激光器输出功率的方法是采用激光器阵列，但是其工艺复杂，且散热要求很高。

其二，传统的边发射激光器虽然在功率密度等关键参数上有着无可比拟的优势，但波长随温度漂移系数较大（约0.28nm/K），因此在有些应用上受到限制。在-20℃到+125℃的工作温度范围内，波长漂移约40nm，再加上激光器本身的波长产出分布有约±10nm的范围，如不使用额外的控温设计，接收端光学滤光片带宽应至少保持60nm宽度，以便信号的有效接收和利用。

实用新型内容

本实用新型提供一种用于激光雷达的稳波长边发射激光器，其主要目的在于解决现有技术存在的问题。

本实用新型采用如下技术方案：

一种用于激光雷达的稳波长边发射激光器，包括衬底以及设置于衬底上方的外延层和体光栅；所述外延层包括由下至上依次设置的缓冲层、有源区和帽层，且外延层沿其x方向的两端分别为出光端和背光端；所述外延层在其出光端或者背光端刻蚀有一让位台阶，该让位台阶的深度由所述帽层延伸至有源区以下；所述体光栅的高折射材料和低折射率材料沿x方向交替设置于所述让位台阶处。

进一步，所述衬底沿x方向的长度为L₁，所述体光栅沿x方向的长度为L₂，L₁与L₂的取值关系为：300µm＜L₁-L₂＜8000µm。