一种基于光学相控阵阵列的量子级联激光器.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115764541A(43)申请公布日2023.03.07(21)申请号202211315091.9H01S5/40(2006.01)(22)申请日2022.10.26(71)申请人广州市南沙区北科光子感知技术研究院地址511400广东省广州市南沙区望江二街4号601房之03室申请人北京信息科技大学(72)发明人张东亮杨若珂祝连庆董明利夏嘉斌张旭(74)专利代理机构北京恒律知识产权代理有限公司11416专利代理师庞立岩(51)Int.Cl.H01S5/062(2006.01)H01S5/34(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图2页(54)发明名称一种基于光学相控阵阵列的量子级联激光器(57)摘要本发明提供了一种基于光学相控阵阵列的量子级联激光器，所述量子级联激光器包括：基片，在所述基片上集成种子激光器和光学相控阵阵列，所述光学相控阵阵列，将所述种子激光器发出的激光分成多路激光；所述光学相控阵阵列的前端设置可调相光放大器，对多路激光单独进行调相。本发明能够通过阵列结构放大种子激光器输出功率，并且改善光束质量。CN115764541ACN115764541A权利要求书1/1页1.一种基于光学相控阵阵列的量子级联激光器，其特征在于，所述量子级联激光器包括：基片，在所述基片上集成种子激光器和光学相控阵阵列，所述光学相控阵阵列，将所述种子激光器发出的激光分成多路激光；所述光学相控阵阵列的前端设置可调相光放大器，对多路激光单独进行调相。2.根据权利要求1所述的量子级联激光器，其特征在于，所述种子激光器的耦合强度应当满足：其中，∧为光栅的周期，Δn为折射率阶跃，neff为有效折射率。3.根据权利要求2所述的量子级联激光器，其特征在于，所述种子激光器的长度L与耦合强度k的乘积为：kL＝5。4.根据权利要求1所述的量子级联激光器，其特征在于，所述光学相控阵阵列为树状MMI分束器。2CN115764541A说明书1/6页一种基于光学相控阵阵列的量子级联激光器技术领域[0001]本发明涉及光电技术领域，特别是涉及一种基于光学相控阵阵列的量子级联激光器。背景技术[0002]自上世纪六十年代激光诞生以来，由于其所具有高单色性，高亮度和高方向性，使得其迅速成为生产生活中重要的工具。其中，中长波红外激光是重要的激光波段之一，该波段区域包含许多化学品的指纹吸收特征和两个大气传输窗口。量子级联激光器(QCL)由于其紧凑的结构、在室温下工作的能力以及高波长可调谐性，已成为中长波红外领域的主要激光源。量子级联激光器(QCL)利用量子能带工程调节导带子带间的能级结构，通过电子而不依靠空穴，在子带间的传输跃迁来实现辐射发光，打破了了半导体激光器向红外波段扩展的桎梏。[0003]随着量子级联激光器(QCL)材料和器件技术的发展，国内外研究机构针对量子级联激光器(QCL)在物质成分的激光光谱探测、自由空间光通信、定向红外对抗等领域的应用上进行了大量的研究，在部分细分领域已经实现了量子级联激光器(QCL)的实用化。在军事领域中，主要应用在定向红外对抗、红外激光制导、激光雷达等领域。在民用领域中，主要应用有危化品检测、气体传感器、医学方面的呼吸气体检测。此外，设计量子级联激光器(QCL)的波段正好位于大气窗口内，能够很好的避免光传播过程中的损耗问题，利用量子级联激光器(QCL)作为光源进行自由空间光通信，大大增加通讯距离。[0004]随着器件在室温下运行的输出功率越来越高、单频特性越来越好、输出波长不断拓展，量子级联激光器(QCL)在很多领域中的应用也越来越广泛，其面临的不断提高的技术指标要求也牵引着量子级联激光器(QCL)技术的进步。高亮度的量子级联激光器是迫切的需求，即高光功率和良好光束质量的结合。各大研究团队通过在能带设计、器件结构和工艺等方面对量子级联激光器(QCL)进行改进，提升其输出功率。通常单纯为了提高光输出功率，增大有源区面积是最常见的方法，然后该方法引起散热困难、光束质量差等问题。而随着条形激光器及光波导理论与技术的发展，有研究学者把大量单个性能好的条形激光器单片集成，使各个激光器之间实现有效耦合，实现多路激光的相干输出，出现了相干阵列半导体激光器。最有代表的相干阵列激光器是由美国施乐(Xerox)公司和光谱物理公司(SpectraPhysics)联合创建的光谱二极管实验室(SpectraDiodeLab)先发展起来的，他们发展了一系列大功率的半导体相干阵列激光器。相干阵列半导体激光器的出现，极大提升了半导体激光器的性能，并且得到了快速的发展。[0005]经历25年的发展，量子级联激光器已经实现3.4～17um的室温连续工作，在某些波段功率达到瓦级。目前各大研究机构及学者团队，都在不断