專利名稱：光子晶體薄板型面發(fā)射環(huán)形束激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導體光電子器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光子晶體 薄板型面發(fā)射環(huán)形束激光器。
背景技術(shù)：
光子晶體，自其概念被提出以來， 一直受到人們的關(guān)注。它獨有
的"光子帶隙"(PBG)使其在激光器的應用中有著特殊的地位，它能 抑制自發(fā)輻射產(chǎn)生頻率處于帶隙中的光子的幾率。當光子晶體中加入 某種缺陷后，帶隙中有可能出現(xiàn)頻寬很窄的缺陷態(tài)，這樣自發(fā)輻射產(chǎn) 生頻率處于缺陷態(tài)的光子的幾率不受抑制，而該頻率附近的自發(fā)輻射 也有向該頻率轉(zhuǎn)化的幾率，這相當于缺陷態(tài)的自發(fā)輻射被增強了。通
過對光子晶體的設計，可以將激光器的激射頻率設定在缺陷態(tài)頻率， 這樣能大大提高激光器的自發(fā)輻射因子。
隨著研究的深入與應用需求的多樣化，光子晶體激光器從邊發(fā)射， 發(fā)展到面發(fā)射。有多種方法可以實現(xiàn)面發(fā)射，如邊發(fā)射激光器陣列， VCSEL，帶邊面發(fā)射光子晶體激光器等。其中帶邊面發(fā)射光子晶體激 光器是利用光子在對稱點帶邊的慢光效應，在整個光子晶體區(qū)域產(chǎn)生 駐波，同時滿足了 Bragg衍射條件，在垂直于光子晶體平面方向也能 發(fā)射衍射光。在Bragg條件的限制下，該垂直方向衍射光的性質(zhì)在光 子晶體的駐波區(qū)域內(nèi)處處相同。這樣就能得到大面積面發(fā)射激光。
在實際應用中，高偏振的光往往比無偏振特性的光有更大的應用 范圍。由帶邊面發(fā)射光子晶體激光器得到的面發(fā)射激光一般都不是單 偏振的，要想得到偏振光，最簡單的方法就是加入偏振片，而這樣對 光源的利用率較低。比較好的方法是改變光子晶體單元的對稱性，使 產(chǎn)生的近場光本身就具有高偏振特性。晶格拉伸也能改變光子晶體的 對稱性。近年來，對激光器束型的控制也受到人們的關(guān)注，根據(jù)文獻"E.
Miyai, K. Sakai, T. Okano， W. Kunishi， D. Ohnishi and S. Noda, "Lasers producing tailored beams," Nature, vol. 441， pp. 946, 2006.，，其中X寸二維光 子晶體結(jié)構(gòu)中加入相移缺陷，結(jié)果遠場束型受到影響。
由此可以確定，對激光器有源區(qū)的光子晶體結(jié)構(gòu)以及相移缺陷的 適當設計，可以使輸出光束的偏振特性和束型達到預期值。

發(fā)明內(nèi)容
(一) 要解決的技術(shù)問題
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種光子晶體薄板型面發(fā) 射環(huán)形束激光器結(jié)構(gòu)，以設計出具有良好偏振特性及預期束型的面發(fā) 射激光器。
(二) 技術(shù)方案
為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種光子晶體薄板型面發(fā)射環(huán)形 束激光器，該激光器的有源區(qū)包括光子晶體結(jié)構(gòu)和相移缺陷，且有源 區(qū)中的光子晶體結(jié)構(gòu)單元為圓孔或橢圓孔，晶格結(jié)構(gòu)被一定程度地拉 伸，并加入適當寬度的相移缺陷。
上述方案中，所述光子晶體結(jié)構(gòu)為二維四方晶格結(jié)構(gòu)。
上述方案中，該激光器為帶邊面發(fā)射拉伸光子晶體相移激光器， 采用對稱點帶邊頻率，利用慢光效應使光滿足布拉格Bragg衍射條件， 從而得到面發(fā)射激光。
上述方案中，所述光子晶體結(jié)構(gòu)單元為圓孔或橢圓孔。
上述方案中，所述晶格拉伸是沿晶格某一方向進行晶格拉伸，使 晶格對稱性在該方向發(fā)生改變。
上述方案中，所述適當寬度的相移缺陷是在沿橢圓長軸或短軸方 向插入一條一定寬度的缺陷，即無孔結(jié)構(gòu)，使缺陷兩邊的光子晶體中 的場分布之間有一定的相位差。
上述方案中，所述激光器有源區(qū)的材料為GaAs/AlGaAs材料，或 為InP/InGaAsP材料。
4上述方案中，該激光器有源區(qū)的輸出波長在紅外波段，波長范圍 在0.7微米至1.7微米范圍內(nèi)。
(三)有益效果 從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果
1、 本發(fā)明提供的光子晶體薄板型面發(fā)射環(huán)形束激光器，由于光子 晶體結(jié)構(gòu)單元為橢圓孔時的非完美對稱性，使光場分布發(fā)生變化，從
而使輸出光有很好的偏振特性。
2、 本發(fā)明提供的光子晶體薄板型面發(fā)射環(huán)形束激光器，由于對晶 格在某方向進行拉伸，即在單元孔結(jié)構(gòu)不變的情況下，在被拉伸方向 增加孔與孔之間的距離，使晶格對稱性發(fā)生改變，從而達到調(diào)制模式 光場的目的。
3、 本發(fā)明提供的光子晶體薄板型面發(fā)射環(huán)形束激光器，由于加入 相移缺陷，使缺陷兩邊區(qū)域的光場分布之間存在相位差，從而對輸出 光束型進行調(diào)控。


圖1為本發(fā)明提供的光子晶體薄板型面發(fā)射環(huán)形束激光器的結(jié)構(gòu) 示意圖，包括俯視圖、側(cè)視圖、非特殊視角視圖。
圖2為本發(fā)明提供的光子晶體薄板型面發(fā)射環(huán)形束激光器的設計 思想示意圖，包括三種設計方案和綜合效果方案。
圖3為本發(fā)明中有源區(qū)的光子晶體結(jié)構(gòu)單元為圓孔(左)和橢圓 孔(右)時，有源區(qū)內(nèi)電場強度分布(a)和電場方向分布(b)的對 比。
圖4為本發(fā)明中有源區(qū)的光子晶體結(jié)構(gòu)中無相移缺陷(左)和有 相移缺陷(右)時，有源區(qū)外0.6倍波長處平面電場強度分布的對比。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具 體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。如圖1所示，圖1為本發(fā)明提供的光子晶體薄板型面發(fā)射環(huán)形束 激光器的結(jié)構(gòu)示意圖，包括俯視圖、側(cè)視圖、非特殊視角視圖。該有
源區(qū)包括光子晶體結(jié)構(gòu)和相移缺陷；其中，所述有源區(qū)中的光子晶體 結(jié)構(gòu)單元為圓孔或橢圓孔，晶格結(jié)構(gòu)被一定程度地拉伸，且加入適當
寬度的相移缺陷。
在有源區(qū)材料層內(nèi)刻蝕出如圖2所示的、周期為A、占空比為r/A、
深度為有源層厚度的帶有相移缺陷的圓孔或橢圓孔四方晶格結(jié)構(gòu)。其 中橢圓比率(短軸比長軸)為0.7，相移缺陷的寬度為0.5A。 上述的光子晶體結(jié)構(gòu)為二維四方晶格結(jié)構(gòu)。
上述激光器為帶邊面發(fā)射拉伸光子晶體相移激光器，采用對稱點 帶邊頻率，利用慢光效應使光滿足布拉格(Bmgg)衍射條件，從而得 到面發(fā)射激光采用對稱點帶邊頻率，利用慢光效應使光滿足Bragg衍 射條件，從而得到面發(fā)射激光。
上述激光器有源區(qū)的材料為GaAs/AlGaAs材料，或為InP/InGaAsP 材料。
上述的激光器有源區(qū)的輸出波長在紅外波段，波長范圍在0.7微米 至1.7微米范圍內(nèi)。
如圖2所示，圖2為本發(fā)明提供的光子晶體薄板型面發(fā)射環(huán)形束 激光器的設計思想示意圖，包括橢圓孔方案、晶格拉伸方案、相移缺 陷方案和綜合效果方案。通過采用一種或多種方案結(jié)合的方法，改變 光子晶體結(jié)構(gòu)的對稱性，對其光子帶進行控制，改善光束的偏振性， 分離簡并的偶極模式，改變遠場圖形。
如圖3所示，為本發(fā)明中有源區(qū)的光子晶體結(jié)構(gòu)單元為圓孔(左) 和橢圓孔(右)時，有源區(qū)內(nèi)電場強度分布(a)和電場方向分布(b) 的對比。該結(jié)果由平面波展開法計算得到。光子晶體結(jié)構(gòu)單元為圓孔 時，電場強度成點狀分布，電場方向多為環(huán)形分布，偏振性較差。當 光子晶體結(jié)構(gòu)單元為橢圓孔時，電場強度成條狀分布，電場方向接近 單一方向，偏振性很好。
如圖4所示，為本發(fā)明中有源區(qū)的光子晶體結(jié)構(gòu)中無相移缺陷(左) 和有十字相移缺陷(右)時，有源區(qū)外0.6倍波長處平面電場強度分布的對比。該結(jié)果由時域有限差分方法計算的到。選擇0.6倍波長處平面 的電場強度分布是為了去除消逝場的影響。在無相移缺陷時，電場強 度分布為一光斑。在有十字相移缺陷時，電場強度分布為一圓環(huán)。利 用此近場圖計算相應的遠場圖，再與實驗結(jié)果比較，可對設計做進一 步修改。
以上所述的計算結(jié)果，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進 行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明對具體參 數(shù)的計算結(jié)果而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則 之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保 護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種光子晶體薄板型面發(fā)射環(huán)形束激光器，其特征在于，該激光器的有源區(qū)包括光子晶體結(jié)構(gòu)和相移缺陷，且有源區(qū)中的光子晶體結(jié)構(gòu)單元為圓孔或橢圓孔，晶格結(jié)構(gòu)被一定程度地拉伸，并加入適當寬度的相移缺陷。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光子晶體薄板型面發(fā)射環(huán)形束激光器， 其特征在于，所述光子晶體結(jié)構(gòu)為二維四方晶格結(jié)構(gòu)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光子晶體薄板型面發(fā)射環(huán)形束激光器， 其特征在于，該激光器為帶邊面發(fā)射拉伸光子晶體相移激光器，采用 對稱點帶邊頻率，利用慢光效應使光滿足布拉格Bragg衍射條件，從 而得到面發(fā)射激光。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光子晶體薄板型面發(fā)射環(huán)形束激光器， 其特征在于，所述光子晶體結(jié)構(gòu)單元為圓孔或橢圓孔。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光子晶體薄板型面發(fā)射環(huán)形束激光器， 其特征在于，所述晶格拉伸是沿晶格某一方向進行晶格拉伸，使晶格 對稱性在該方向發(fā)生改變。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光子晶體薄板型面發(fā)射環(huán)形束激光器， 其特征在于，所述適當寬度的相移缺陷是在沿橢圓長軸或短軸方向插 入一條一定寬度的缺陷，即無孔結(jié)構(gòu)，使缺陷兩邊的光子晶體中的場 分布之間有一定的相位差。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光子晶體薄板型面發(fā)射環(huán)形束激光器， 其特征在于，所述激光器有源區(qū)的材料為GaAs/AlGaAs材料，或為 InP/InGaAsP材料。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光子晶體薄板型面發(fā)射環(huán)形束激光器， 其特征在于，該激光器有源區(qū)的輸出波長在紅外波段，波長范圍在0.7 微米至1.7微米范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光子晶體薄板型面發(fā)射環(huán)形束激光器，該激光器的有源區(qū)包括光子晶體結(jié)構(gòu)和相移缺陷，且有源區(qū)中的光子晶體結(jié)構(gòu)單元為圓孔或橢圓孔，晶格結(jié)構(gòu)被一定程度地拉伸，并加入適當寬度的相移缺陷。利用本發(fā)明，能夠設計出具有良好偏振特性及預期束型的面發(fā)射激光器，由于光子晶體結(jié)構(gòu)單元為橢圓孔時的非完美對稱性，使光場分布發(fā)生變化，從而使輸出光有很好的偏振特性。
文檔編號H01S5/00GK101588016SQ200810112468
公開日2009年11月25日 申請日期2008年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月23日
發(fā)明者劉安金, 周文君, 邢名欣, 鄭婉華, 微 陳 申請人:中國科學院半導體研究所