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CN1513221A - 带有内部镜面的激光二极管 - Google Patents

带有内部镜面的激光二极管 Download PDF

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Abstract

一种半导体激光器(10)，具有分布式反馈激光器部分(12)和放大器部分(14)。放大器部分(14)可以是锥形，以减小光功率密度，特别是在激光器的输出端面(18)上的光功率密度。半导体激光器(10)也包括反射元件(24)，将来自分布式反馈激光器部分(12)的光(17)反射到放大器部分(14)。反射元件(24)将光束(17)的光路径(Op)折叠。折叠光路径(Op)使得放大器部分(14)的面积增加，而不增大半导体的管芯尺寸。更大的放大器部分(14)会增加激光器的输出功率。反射元件(24)同样会使得半导体管芯尺寸得到减小，而不降低激光器的光功率。

Description

带有内部镜面的激光二极管
相关申请的交叉引用
根据35U.S.C§119(e)本申请要求2001年6月6日申请的申请号为60/296,630的临时申请的优先权。
背景技术
发明领域
本申请公开的主题一般涉及半导体激光器领域。
背景信息
半导体激光器在各种系统应用中使用。例如，半导体激光器在光纤通信系统中用作光源。通常理想的使用具有高功率输出的半导体激光器。高功率输出减小了光系统所需要的中继器和放大器的数目。
增加半导体激光器的功率可以导致激光器中更高的光功率密度。高功率密度可以引起对激光器的损伤，特别是在输出镜面，从而减少了器件的使用寿命。另外高的光功率密度可能导致激光束的非线性效应。非线性效应降低了光束和光系统整体性能的质量。可以通过增加活性发光部分的宽度来降低光功率密度。可惜的是，扩宽这一部分可能会使得激光器发射多重横向模式的光，因而降低了激光器输出的光质量。
授予给Ungar的美国专利US4,856,017公开了一种具有分布式反馈激光器部分和放大器部分的半导体激光器。分布式反馈激光器部分包括产生相干光束的衍射光栅。相干光束然后在放大器部分放大。放大器部分是锥形的，因此输出端面相对要宽。宽的输出端面在端面处减小了光功率密度。较低的光功率密度提高了半导体激光器的寿命和所得到光束的质量。
进一步继续增加Ungar半导体激光器的功率需要增大放大器部分和管芯的整体尺寸。增大管芯就增加了大量生产半导体激光器的成本，和降低了效率。最好是增加半导体激光器的输出功率而不增大管芯。相反，理想的是减小管芯而不减小光功率。
发明简述
一种激光器，包括分布式反馈激光器部分和放大器部分。该半导体激光器也包括弯曲的反射元件，这种反射元件沿在分布式反馈激光器部分和放大器部分之间的光路设置。
附图简述
图1所示为半导体激光器；
图2所示为半导体激光器的层；
图3所示为该半导体激光器的替换实施例。
详细描述
公开了一种半导体激光器，它具有分布式反馈激光器部分和放大器部分。放大器部分可以是锥形的，以降低光功率密度，特别是在激光器的输出端面上的光功率密度。该半导体激光器也包括弯曲的反射元件，这种反射元件将来自分布式反馈激光器部分的光反射到放大器部分。该反射元件将光束的光路径叠起来，并增宽光束。折叠光路径使得放大器部分面积得到增大，而不增大半导体管芯尺寸，并能将光功率分散到更宽的区域。更大的放大器部分会增加激光器的输出功率。同样地，反射元件使得半导体管芯长度得到减小，而激光器的光功率不降低。
参照附图，特别是附图标记，图1所示为半导体激光器10。该半导体激光器10包括位于半导体管芯16中的分布式反馈激光器部分12和放大器部分14。该分布式反馈激光器部分12产生相干光束17。该相关光束17沿光路径Op到达放大器部分14。放大器部分14放大并增加相干光束17的光功率。放大的光束在激光器10的输出端面18出去。
该分布式反馈激光器部分12可以包括衍射光栅20。尽管示出和说明的是光栅20，但可以理解的是反馈激光器部分12可以有用于产生相干光栅的其它装置。例如激光器部分12可以是分布式布拉格反射器(distributed Bragg reflector)结构。
放大器部分14优选包括一对锥形边缘22，它在靠近输出端面18最宽。该边缘呈锥形，使得它能够最有效地匹配展宽的轮廓。半导体激光器10可以被用来在5瓦特的范围内产生高输出光功率。
半导体激光器10包括反射元件24，它将来自分布式反馈激光器部分12的光束17反射到放大器部分14。该反射元件24可以是平凸发散镜。该反射元件24将光轴Op折叠并展宽光束，使得放大器部分14的宽度得到增加，而不改变管芯16的长度。更大的放大器部分14会增加半导体激光器10的输出功率。
图2所示为该半导体激光器10的实施例的不同的层30、32、34、36、38、40、42、44和46。激光器10可以包括形成在基片30上的下覆层32。基片30可以是n-掺杂型磷化铟(InP)或砷化镓(GaAs)材料。覆层32可以是n-型掺杂InP或GaAs材料。
激光器10可以进一步具有位于约束层34和38之间的多量子阱活性层36。约束层34可以是n-型掺杂InGaAsP或AlyGa1-yAs材料。约束层38可以是p-型掺杂InGaAsP或AlyGa1-yAs材料。层40、42和44可以是包括p-型掺杂材料的上覆层。例如，层40可以是p-型掺杂InGaAsP或AlxGa1-xAs材料。层42可以是p-型掺杂InGaAsP或AlzGa1-2As材料。层44可以是p-型掺杂InP或AlxGa1-xAs材料。层46可以是包含有p+-型掺杂InGaAs或GaAs材料的电接触层。
层34、36和38产生一个PN结，这种PN结会响应于电流的流过而产生受激的光辐射。覆层32、40、42和44形成导光的波导。在分布式反馈激光器部分12中的光栅通常形成在层34、36和38中。通过位于这些部分12和14上面的接触，电流经过分布式反馈激光器部分12和放大器部分14。电流在其中形成了相干光的分布式反馈激光器部分12中产生受激辐射。这种电流进一步在会增加激光器10光功率的放大器部分14中引起受激辐射。
半导体激光器10可以通过开始在基片30上形成层32、34、36和38来构成。光栅可以在层34、36和38的分布式反馈激光器部分12中形成。其余的层40、42、44和46然后可以顺序形成到层38上。所有的层都可以使用已知的外延型半导体制造过程来形成。
层32、34、36、38、40、42和44的部分被蚀刻以形成反射元件24。空气管芯界面会产生反射平面。另外，反射材料层48可以涂覆到空气管芯界面上以增强元件24的反射率。可选的，在管芯中可以形成一个透镜(未示出)，以对分布式反射激光器部分中产生的光进行反射和重新聚焦。
图3所示为一个替换实施例的半导体激光器100。激光器100包括分布式反馈激光器部分102、第一反射元件104、第二反射元件106和一对放大器部分108和110。第一反射元件104可以是平凸发散镜。第二反射元件106可以是平凹会聚镜。发散镜和会聚镜的组合可以提供聚焦到两个平面中的输出光束。如果仅有一个会聚镜面，如图1中的实施例所示，会导致得到象散的输出光束。
尽管示出了两个放大器部分108和110，但应该理解的是半导体激光器110可以仅有一个放大器部分108或110，或多于两个放大器部分。放大器部分108可以具有对应于由反射元件104反射的发散光束的发散锥形边缘112。相同的，放大器部分110可以具有对应于由反射元件106反射的会聚光束的会聚锥形边缘114。
虽然在附图中已经描述并示出了特定的示范实施例，但应该理解的是这些实施例仅仅是说明性的，而不是限制性的，并且由于本领域的普通技术人员可以做出各种其它的修改，本发明的结构并不限于所示和所述的特定结构。

Claims (26)

1.一种半导体激光器，包括
第一放大器部分；
分布式反馈激光器部分；和，
第一反射元件，该反射元件沿在所述第一放大器部分和所述分布式反馈激光器部分之间的光路设置。
2.权利要求1的半导体激光器，其中所述分布式反馈激光器部分包括光栅
3.权利要求1的半导体激光器，其中所述分布式反馈激光器部分包括法布里一珀罗(Fabry-Perot)腔。
4.权利要求1的半导体激光器，其中所述第一放大器部分具有一对锥形边缘
5.权利要求1的半导体激光器，其中所述第一反射元件是平面发散镜。
6.权利要求1的半导体激光器，进一步包括位于沿光路的第二反射元件。
7.权利要求6的半导体激光器，其中所述第二反射元件是平面会聚镜。
8.权利要求6的半导体激光器，进一步包括位于沿光路的第二放大器部分
9.权利要求8的半导体激光器，其中所述第二放大器部分具有一对锥形边缘
10.权利要求5的半导体激光器，其中所述平面发散镜包括反射材料层
11.一种半导体激光器，包括
分布式反馈激光器装置，用于产生相干光束；
放大器装置，用于将相干光束光学放大；和，
反射装置，用于将来自所述分布式反馈激光器装置的相干光束重定向到所述放大器装置。
12.权利要求11的半导体激光器，其中所述分布式反馈激光器装置包括光栅。
13.权利要求11的半导体激光器，其中所述分布式反馈激光器装置包括法布里一珀罗(Fabry-Percot)腔。
14.权利要求11的半导体激光器，其中所述放大器装置具有一对锥形边缘。
15.权利要求11的半导体激光器，其中所述第一反射装置是平面发散镜。
16.权利要求15的半导体激光器，其中所述反射装置包括平面会聚镜。
17.权利要求16的半导体激光器，其中所述放大器装置包括第一放大器部分和第二放大器部分。
18.权利要求17的半导体激光器，其中所述每一第一和第二放大器部分具有一对锥形边缘。
19.权利要求15的半导体激光器，其中所述平面发散镜包括反射材料层。
20.一种操作半导体激光器的方法，包括：
产生相干光束；
反射该相干光束；和，
放大该相干光束。
21.权利要求20的方法，其中相干光束被平面发散镜反射。
22.权利要求21的方法，其中相干光束进一步被平面会聚镜反射。
23.一种制造半导体激光器的方法，包括：
在基片上形成下覆层；
在下覆层上面形成活性层；
在活性层上面形成上覆层；
在所述覆层上面形成接触层；和，
在下覆层、活性层和上覆层中形成反射元件。
24.权利要求23的方法，其中通过蚀刻下覆层、活性层和上覆层的部分形成反射元件。
25.权利要求24的方法，其中反射材料层被涂覆到下覆层、活性层和上覆层的蚀刻部分上。
26.权利要求23的方法，进一步包括在活性层中形成衍射光栅。
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