基于半导体二极管激光器的场耦合阵列、线阵和堆栈提供高功率高亮度激光的光电系统

摘要

公开一种具有宽纵向波导和宽横向波导的半导体二极管激光器，其发射单纵模和单横模窄束的激光。纵向波导包括耦合腔结构，其中在放置在第一腔的激活介质中产生的光泄漏到第二腔中并返回。相位匹配条件控制单纵模的选择。多带横向波导优选地包括具有由多带的选择性泵浦产生的横向光学缺陷的横向光子带晶体。该方法允许单横模的选择，其与剩余的横向光模相比具有较高的光束缚因子和/或较低的吸收损失和/或较低的泄漏损失。这使得从大面积场耦合激光器阵列产生单横模激光成为可能。由单晶片上的多个场耦合激光器阵列和一组外反射镜组成的激光器系统使超宽场耦合激光器线阵能够发射单纵向光模和单横向光模的相干的激光。由在不同晶片上的多个超宽场耦合激光器线阵和一组外反射镜组成的激光器系统使超宽场耦合激光器堆栈能够发射单纵向光模和单横向光模的相干的激光。这允许基于半导体二极管激光器实现超高功率超高亮度的激光器系统。

主权项

一种半导体光电器件，包括：a)纵向波导，还包括i)第一腔(420，853)；ii)第一反射器(429，858)，其位于所述第一腔的第一侧；iii)第二反射器(422，850)，其位于所述第一腔的与所述第一反射器相对的第二侧；iv)至少一个第二腔(401，803)，其位于所述第二反射器的与所述第一腔相对的一侧；以及v)至少一个第三反射器(531，802)，其位于所述第二腔的与所述第一腔相对的一侧；以及b)光产生元件(425，856)，其具有光产生层，当施加正向偏压、将注入电流注入所述光产生层时，所述光产生元件能够产生光增益，其中，所述光产生层位于从以下位置构成的组中选择的一位置：i)在所述第一腔内的一位置，或ii)在所述第一反射器内的一位置，或iii)在所述第二反射器内的一位置，或iv)在所述第一腔和所述第一反射器之间的边界处的一位置；或v)在所述第一腔和所述第二反射器之间的边界处的一位置；以及c)基板(401，801)，其中所述纵向波导和所述基板的相对定位从三种备选方案中选择：i)所述第二腔是所述基板，且所述第三反射器是所述基板的后表面；ii)所述第二腔是单层或多层的外延结构，且所述第三反射器是 所述基板；以及iii)所述第二腔是单层或多层的外延结构，且所述第三反射器是单层或多层的外延结构；以及所述基板邻近所述纵向波导定位；以及d)将所述注入电流注入到所述光产生元件的装置(113)；其中，在所述光产生元件中产生的光在所述第一腔内传播并经由所述第二反射器部分地泄漏到所述第二腔；且其中，泄漏到所述第二腔的光在所述第二腔内传播，被所述第三反射器反射；在所述第二腔内传播并经由所述第二反射器返回到所述第一腔；且其中，在所述第一腔内传播的光和从所述第二腔返回的光之间发生干涉；且其中，相位匹配条件确定一个所选的纵向光模或几个所选的纵向光模；且其中，所述纵向波导是具有超过光在真空中的波长的三倍的厚度的宽波导；且其中，光功率的主要部分在所述一个或几个所选的纵向光模中发射；且其中，所述主要部分在80％以上；其特征在于e)横向波导(1018，1218，1318，1368，1428，1418，1615，1625，2010，2020，2610，2620，2810，2820，2910，2920，3010，3020)，其形成在所述纵向波导上与所述基板相对的侧上，其中所述横向波导确保在横向平面中的两个方向的至少一个上的折射率调制；其中，所述横向波导是具有超过光在真空中的波长的五倍的宽度的宽波导；且其中，选择所述横向波导使得在一个所选的横向光模中或在几个所选的横向光模中发射光功率的主要部分，且其中，所述主要部分在80％以上。