高功率半導體薄片雷射器列陣的製作方法
2023-05-07 07:02:06
專利名稱：高功率半導體薄片雷射器列陣的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於雷射技術領域，特別涉及一種高功率半導體薄片雷射器列陣。
背景技術：
二極體泵浦固體雷射技術在各個領域具有較為廣闊的應用前景，而高功率二極體泵浦固體雷射器也隨之具有較好的發展前景。如何獲得高功率的雷射輸出、較寬的波長寬度範圍、較高的輸出效率和較長的使用壽命，則是高功率雷射器需要解決的問題。現有技術中，為提高固體雷射器功率，出現了利用二極體雷射列陣作為泵浦源的固體薄片雷射器，泵浦後輸出雷射功率較高；雖然理論上能夠實現增加雷射器的輸出功率， 但是增益介質為一般固體雷射器通用的增益介質，雷射波長範圍較為單一；由反射鏡、增益介質和透射鏡組成諧振腔，諧振腔和光束整形分別獨立，導致雷射器具有體積大、散熱困難、光損較大的缺點，因而使用壽命較低，效率較差。因此，需要一種較高功率的薄片雷射器，具有較高的輸出功率，輸出波長範圍大的特點，雷射器整體體積小，散熱效果較好，且光損小、效率高。
發明內容
有鑑於此，本發明的目的提供一種高功率半導體薄片雷射器列陣，具有較高的輸出功率，輸出波長範圍大的特點，雷射器整體體積小，散熱效果較好，且光損小、效率高。本發明的高功率半導體薄片雷射器列陣，包括泵浦光源系統、半導體增益薄片和微腔鏡陣列，半導體增益薄片和微腔鏡陣列組成諧振腔，所述泵浦光源系統包括半導體雷射陣列和整形組件，所述半導體雷射陣列經整形組件整形後形成泵浦光束陣列，所述泵浦光束陣列入射至半導體增益薄片，所述微腔鏡陣列用於將雷射列陣輸出。進一步，所述半導體增益薄片由上到下包括散熱窗口層、多量子阱有源層和分布布喇格反射層；進一步，所述微腔鏡陣列為微柱腔鏡陣列；進一步，所述微柱腔鏡陣列和半導體雷射陣列均為線陣；進一步，所述多量子阱有源層和分布布喇格反射層均在基質層上生長而成，所述基質層經過刻蝕加工，所述基質層經過刻蝕加工，基質厚度為0微米到100微米之間；進一步，所述基質層位於一熱沉上，當基質層厚度為零時，分布布喇格反射層位於熱沉。本發明的有益效果本發明的高功率半導體薄片雷射器列陣，雷射增益介質採用半導體薄片，其發射雷射波長可根據半導體材料的種類、材料的組分、量子阱的厚度的不同來自行設計，雷射波長覆蓋了從可見光到近紅外的較寬範圍，克服了現有固體雷射器的增益介質的發射雷射波長較為固定的缺陷；採用微腔鏡列陣與半導體增益薄片形成諧振腔列陣，輸出雷射列陣，該雷射列陣在光集成、光通信、光互聯及高速並行計算等方面的應用有獨特優勢；列陣中每個單元的輸出雷射都具有很高的光束質量，易高效耦合進光纖，進行合束；與單個半導體薄片雷射器比較，本發明的薄片雷射器列陣把熱量分散到許多個單元，更利於雷射器的散熱，能輸出更高的總功率；本發明的半導體薄片雷射器可利用輸出的反饋， 實現輸出光束之間的模式鎖定；雷射器整體體積小、穩定性好、可靠性強，效率高。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述。圖1為本發明的結構原理示意圖。
具體實施例方式圖1為本發明的結構原理示意圖，如圖所示本實施例的高功率半導體薄片雷射器列陣，包括泵浦光源系統1、半導體增益薄片2和微腔鏡陣列3，半導體增益薄片2和微腔鏡陣列3組成諧振腔，所述泵浦光源系統1包括半導體雷射陣列和整形組件，所述半導體雷射陣列經整形組件整形後形成泵浦光束陣列11，所述泵浦光束陣列11入射至半導體增益薄片2，所述微腔鏡陣列3用於將雷射列陣31輸出。本實施例中，所述半導體增益薄片2由上到下包括散熱窗口層21、多量子阱有源層22和分布布喇格反射層23 ；散熱窗口層21可採用金剛石材料並與多量子阱有源層之間採用毛細鍵合技術的層疊方式；散熱途徑直接快捷，具有較好的散熱效果，利於緩解多量子阱有源層22的熱沉積，提高本發明的輸出功率，且為高功率半導體薄片雷射器的長期使用提供了可能。本實施例中，所述微腔鏡陣列3為微柱腔鏡陣列；在形成諧振腔的同時對輸出光束進行整形，簡化雷射器結構，並降低光損，利於進一步提高本發明的輸出功率。本實施例中，所述微柱腔鏡陣列和半導體雷射陣列均為線陣；結構簡單，保證具有較高的功率的同時減小雷射器列陣的體積。本實施例中，所述多量子阱有源層22和分布布喇格反射層23均在基質層M上生長而成，各層之間不需光學加工，緊湊性好，光損低；所述基質層M經過刻蝕加工，在允許的條件下，可以將基質層刻蝕為零厚度，以改善散熱效果，而為了便於組裝加工，基質層也可以具有一定厚度，但是由於基質層M散熱效果較差，因而厚度不宜過厚；即保留基質厚度為0微米到100微米之間，但最佳情況是基質全部去除。本實施例中，所述基質層M位於一熱沉4上，當基質層M厚度為零時，分布布喇格反射層23直接位於熱沉，具有較好的散熱效果。最後說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
權利要求
1.一種高功率半導體薄片雷射器列陣，其特徵在於包括泵浦光源系統、半導體增益薄片和微腔鏡陣列，半導體增益薄片和微腔鏡陣列組成諧振腔，所述泵浦光源系統包括半導體雷射陣列和整形組件，所述半導體雷射陣列經整形組件整形後形成泵浦光束陣列，所述泵浦光束陣列入射至半導體增益薄片，所述微腔鏡陣列用於將雷射列陣輸出。
2.根據權利要求1所述的高功率半導體薄片雷射器列陣，其特徵在於所述半導體增益薄片由上到下包括散熱窗口層、多量子阱有源層和分布布喇格反射層。
3.根據權利要求2所述的高功率半導體薄片雷射器列陣，其特徵在於所述微腔鏡陣列為微柱腔鏡陣列。
4.根據權利要求3所述的高功率半導體薄片雷射器列陣，其特徵在於所述微柱腔鏡陣列和半導體雷射陣列均為線陣。
5.根據權利要求4所述的高功率半導體薄片雷射器列陣，其特徵在於所述多量子阱有源層和分布布喇格反射層均在基質層上生長而成，所述基質層經過刻蝕加工，基質厚度為0微米-100微米。
6.根據權利要求5所述的高功率半導體薄片雷射器列陣，其特徵在於所述基質層位於一熱沉上，當基質層厚度為零時，分布布喇格反射層位於熱沉。
全文摘要
本發明公開了一種高功率半導體薄片雷射器列陣，包括泵浦光源系統、半導體增益薄片和微腔鏡陣列，半導體雷射陣列經整形組件整形後形成泵浦光束陣列，泵浦光束陣列入射至半導體增益薄片，微腔鏡陣列用於構成諧振腔列陣，以及耦合輸出雷射列陣；本發明增益介質採用半導體薄片可根據半導體材料的種類、材料的組分、量子阱的厚度的不同來自行設計，雷射波長覆蓋了從可見光到近紅外的較寬範圍，克服了現有技術的增益介質的發射雷射波長較為固定的缺陷；該雷射列陣在光集成、光通信、光互聯及高速並行計算等方面的應用有獨特優勢；本發明把熱量分散到許多個單元，更利於雷射器的散熱，能輸出更高的總功率，整體體積小、穩定性好、可靠性強，效率高。
文檔編號H01S5/34GK102324692SQ20111027819
公開日2012年1月18日 申請日期2011年9月19日 優先權日2011年9月19日
發明者張鵬, 戴特力, 梁一平, 範嗣強 申請人:重慶師範大學