大功率波长稳定激光器一级光栅的制备

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大功率半导体激光器的主要用途之一是作为固体激光器、光纤激光器和放大器的泵浦源。目前,9xx nm大功率半导体激光器已可作为稳定的泵浦源,泵浦固体激光器、掺铒光纤激光器和放大器等。这些应用均要求泵浦源具有高功率、光谱线宽窄和波长稳定性好等优良特性。由于半导体激光器输出波长随电流和温度的漂移较大,对具有较窄吸收谱宽的泵浦来说是一个巨大障碍。因而,改善半导体激光器的谱线宽度及波长稳定性等光谱特性就显得尤为迫切。本文针对此问题,在大功率半导体激光器内部引入布拉格光栅增强波长的稳定性,对975nm大功率分布反馈(DFB)激光器进行研究,完成的主要工作如下:  1、以设计优化内置光栅结构为出发点,根据激光器波导模式理论和电磁场耦合波理论对激光器波导结构进行了设计和优化,采用非对称波导结构来降低内损耗、提高输出功率。  2、根据电磁场耦合波理论,推导出不同形状的光栅的耦合系数。分析了矩形光栅耦合强度κL与光栅位置、光栅深度、光栅占空比等的关系,充分考虑输出特性与耦合作用的对应关系,并根据耦合强度与光栅参数的关系确定了光栅的参数条件。  3、创新性的采用二次干法刻蚀的方法制备一级光栅。一次干法刻蚀为反应离子刻蚀,二次干法刻蚀为物理干法刻蚀,制备出周期为148nm,深度为75.5nm,占空比为48%的一级光栅。此光栅形貌良好,形状接近矩形,深度合适,连续性和均匀性优良。  4、以二氧化硅作为掩膜,采用干法刻蚀技术制备一级光栅。对干法刻蚀过程中的气体比例、腔室压强、衬底温度等刻蚀条件进行优化调整,制备出周期为148nm,深度为70.4nm,占空比为49%的均匀平滑的矩形光栅。  5、制备出975nm的大功率宽条DFB激光器,器件的阈值电流为0.68A,斜率效率为0.5W/A,输出功率达到2W以上,输出波长976.9nm。器件在20℃到60℃的温度范围内保持了良好的光谱质量,和普通的FP激光器相比,波长随温度的漂移系数由0.32nm/℃降至0.0913nm/℃。该器件波长稳定性良好,内置光栅对波长的锁定效果明显。
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