基于黑磷光飽和吸收體的被動鎖模激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種激光器，屬光電子技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說是涉及一種基于黑磷光飽和吸收體的被動鎖模激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著激光技術(shù)的迅速發(fā)展及其應(yīng)用要求的增加，可集成、高功率、高效率、高穩(wěn)定性、高光束質(zhì)量和長壽命的激光器是激光領(lǐng)域發(fā)展的方向。超短脈沖激光器技術(shù)是近代科學(xué)最重要前沿之一，近幾十年來，科學(xué)家對如何獲得超短脈沖激光器已有了廣泛和深入的研究。目前比較常用的技術(shù)是利用飽和吸收體來實(shí)現(xiàn)被動鎖模技術(shù)。其中，飽和吸收體附著在腔內(nèi)，當(dāng)光脈沖通過飽和吸收體時，由于光脈沖邊緣部分的損耗大于光脈沖中心波長部分的損耗，使得光脈沖在通過飽和吸收體的過程中被窄化。飽和吸收體被動鎖模的主要優(yōu)點(diǎn)就是重復(fù)頻率比較穩(wěn)定，鎖模脈沖脈寬比較窄。目前常用的飽和吸收體是半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(SESAM)，然而SESAM具有制作工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，可飽和吸收光譜范圍相對較窄的缺點(diǎn)，并且SESAM所使用的半導(dǎo)體化合物材料熱導(dǎo)率一般都不高，長時間工作會積累大量的熱量，導(dǎo)致SESAM性能退化等不足。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中半導(dǎo)體超短脈沖激光器主要是以GaAS或InP為襯底，由于材料特性的不一樣，不與CMOS工藝兼容，應(yīng)用受限。
[0004]近幾年，石墨烯被發(fā)現(xiàn)是一種新型的飽和吸收體材料用于激光鎖模等方面的應(yīng)用(見文南犬 Qiaoliang Bao, Han Zhang, Yu Wang, el at.Atomic-Layer graphene asa saturable absorber for ultrafast pulsed Lasers.Adv.Funct.Mater.2009，Vol.19)。石墨烯是零帶隙材料，具有寬波帶的可飽和吸收特性，但是單層石墨烯的光吸收效果較弱，功率低，多層高質(zhì)量石墨烯制備工藝難度較大，因而石墨烯在激光器中的推廣應(yīng)用較難。
[0005]黑磷是直接帶隙材料，黑磷材料的光電學(xué)特性與其層數(shù)或厚度有著密切關(guān)聯(lián)，單原子層黑磷的帶隙為2eV，多原子層黑磷的帶隙可低至為0.3eV，因而通過控制黑磷的生長厚度來調(diào)控其帶隙，可以在500nm~4100nm波長范圍作為可飽和吸收材料。實(shí)驗(yàn)證明，多原子層黑磷材料相對容易制備得到，從可見光到中紅外光波段，少數(shù)層黑磷材料具有較大的飽和吸收度，其損傷閾值較高，有潛力應(yīng)用在高功率鎖模脈沖激光器方面。
[0006]以上所述現(xiàn)有鎖模激光器中存在的問題，都是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于黑磷光飽和吸收體的被動鎖模激光器，解決了以往鎖模激光器功率低的技術(shù)難題。
[0008]為解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案: 基于黑磷光飽和吸收體的被動鎖模激光器，包括:
半導(dǎo)體光放大器，由從下往上依次設(shè)置的襯底層、緩沖層、下光包層、下勢皇層、有源層、上勢皇層、上光包層及歐姆接觸層組成；
該被動鎖模激光器還包括光諧振腔，光諧振腔包括設(shè)置在下勢皇層上端面的第一光柵結(jié)構(gòu)和第二光柵結(jié)構(gòu)，第一光柵結(jié)構(gòu)和第二光柵結(jié)構(gòu)分別位于有源層的兩側(cè)，所述第一光柵結(jié)構(gòu)和第二光柵結(jié)構(gòu)具有相同的中心波長；
所述第二光柵結(jié)構(gòu)的光出射端面還設(shè)置有作為光飽和吸收體的黑磷層。
[0009]作為本發(fā)明的第一個優(yōu)化方案，所述第一光柵結(jié)構(gòu)對第一光柵結(jié)構(gòu)和第二光柵結(jié)構(gòu)的中心波長光具有高反射性；所述第二光柵結(jié)構(gòu)對第一光柵結(jié)構(gòu)和第二光柵結(jié)構(gòu)的中心波長具有部分反射性。
[0010]作為本發(fā)明的第二個優(yōu)化方案，所述襯底層為[100]面偏向[110]方向且偏角為4~9。的N型摻雜硅。
[0011]作為本發(fā)明的第三個優(yōu)化方案，所述黑磷層為單層黑磷、多層黑磷、黑磷衍生物或官能化黑磷材料中的一種或兩種以上的混合物。
[0012]作為本發(fā)明的第四個優(yōu)化方案，所述緩沖層的材料是GaAs，也可以是GaAs和Ge的混合物。
[0013]作為本發(fā)明的第五個優(yōu)化方案，所述有源層為周期數(shù)為1~20的多周期結(jié)構(gòu)，該有源層的材料為InGaAs量子阱、InGaAs量子點(diǎn)、InGaAsP量子阱或GaAlAs量子阱中的一種。
[0014]作為本發(fā)明的第六個優(yōu)化方案，所述上勢皇層和下勢皇層的厚度均為1~2μπι，材料為 InGaAsP、InGaAs、AlGaAs 或 GaAs 中的一種。
[0015]作為本發(fā)明的第七個優(yōu)化方案，所述上光包層和下光包層的厚度為1~3μπι，材料為 InGaAsP 或 AlGaAs。
[0016]作為本發(fā)明的第八個優(yōu)化方案，所述歐姆接觸層的厚度為0.2-0.5 μ m，材料為高慘雜的InGaP或GaAs。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
1、本發(fā)明的襯底層采用N型摻雜硅，與現(xiàn)有采用GaAS或InP為襯底而言，N型摻雜硅能夠與硅基更好的集成，且兼容性好，能夠與CMOS工藝很好的兼容。
[0018]2、本發(fā)明利用一對光柵結(jié)構(gòu)作為光諧振腔，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)光柵常數(shù)可使激光器具有良好的光波長選擇性，穩(wěn)定性好。
[0019]3、本發(fā)明利用黑磷作為可飽和吸收體，黑磷材料的厚度具有較好的可控性，相比于現(xiàn)有石墨烯可飽和吸收體具有更好的光吸收效果，且黑磷具有較高的飽和吸收度，損傷閾值較高，可實(shí)現(xiàn)高能量超短脈沖激光器，從而提高激光器功率。
【附圖說明】
[0020]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0021]圖1是本發(fā)明的側(cè)向橫截面示意圖；
圖中的標(biāo)號分別表示為:1、襯底層；2、緩沖層；3、下光包層；4、下勢皇層；5、有源層；
6、第一光柵結(jié)構(gòu)；7、第二光柵結(jié)構(gòu)；8、黑磷層；9、上勢皇層；10、上光包層；11、歐姆接觸層。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。本發(fā)明的實(shí)施方式包括但不限于下列實(shí)施例。
實(shí)施例
[0023]如圖1所示，基于黑磷光飽和吸收體的被動鎖模激光器，包括:
半導(dǎo)體光放大器，由從下往上依次設(shè)置的襯底層1、緩沖層2、下光包層3、下勢皇層4、有源層5、上勢皇層9、上光包層10及歐姆接觸層11組成；
該被動鎖模激光器還包括光諧振腔，光諧振腔包括設(shè)置在下勢皇層4上端面的第一光柵結(jié)構(gòu)6和第二光柵結(jié)構(gòu)7，第一光柵結(jié)構(gòu)6和第二光柵結(jié)構(gòu)7分別位于有源層5的兩側(cè)，所述第一光柵結(jié)構(gòu)6和第二光柵結(jié)構(gòu)7具有相同的中心波長；
所述第二光柵結(jié)構(gòu)7的光出射端面還設(shè)置有作為光飽和吸收體的黑磷層8。
[0024]優(yōu)選的，所述第一光柵結(jié)構(gòu)6對第一光柵結(jié)構(gòu)6和第二光柵結(jié)構(gòu)7的中心波長光具有高反射性；所述第二光柵結(jié)構(gòu)7對第一光柵結(jié)構(gòu)6和第二光柵結(jié)構(gòu)7的中心波長具有部分反射性。
[0025]優(yōu)選的，所述襯底層1為[100]面偏向[110]方向且偏角為4~9°的N型摻雜硅。
[0026]優(yōu)選的，所述黑磷層8為單層黑磷、多層黑磷、黑磷衍生物或官能化黑磷材料中的一種或兩種以上的混合物。
[0027]優(yōu)選的，所述緩沖層2的材料是GaAs，也可以是GaAs和Ge的混合物。
[0028]優(yōu)選的，所述有源層5為周期數(shù)為1~20的多周期結(jié)構(gòu)，該有源層5的材料為InGaAs量子講、InGaAs量子點(diǎn)、InGaAsP量子講或GaAlAs量子講中的一種。
[0029]優(yōu)選的，所述上勢皇層9和下勢皇層4的厚度均為1~2 μπι