專利名稱：半導體可飽和吸收鏡及其制備方法及光纖激光器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及激光器件技術領域，特別涉及用于光纖激光器和放大 器領域的鎖模器件，具體涉及一種半導體可飽和吸收鏡及其制備方法 及光纖激光器。
背景技術：
光纖激光器用半導體激光器作為抽運光源，產(chǎn)生超短脈沖激光。 光纖激光器產(chǎn)生的脈沖以放大后的高能量脈沖在工業(yè)加工、醫(yī)療等領
域有非常重要的應用。稀土元素Yb摻雜的飛秒光纖激光器由于其高 增益和支持超短脈沖的寬波長帶受到重視。最近的超短脈沖在微細加 工和醫(yī)療中的應用要求穩(wěn)定的10(iJ以上、脈寬〈500fs、重復頻率大于 100kHz的激光脈沖。
常規(guī)的光纖激光器的鎖?；诠伦有?，在激光諧振腔內(nèi)呈反常 色散的情況下，光纖中的色散與非線性效應的平衡支持光孤子的產(chǎn) 生，光孤子是一種特殊的波包，它特殊的脈沖形狀使其在傳輸?shù)倪^程 中保持脈沖形狀和寬度不變。基于孤子效應的鎖模(簡稱孤子鎖模) 需要快飽和啟動機制，能實現(xiàn)振幅調(diào)制功能的器件稱為可飽和吸收 體，它對光的吸收隨強度的增加而降低，形成一個窄的凈增益窗口， 激光腔利用它啟動鎖模，而這個可飽和吸收體對于脈沖的響應是即時 的，稱為快飽和吸收啟動鎖模，例如非線性偏振旋轉(NPE)、半導 體可飽和吸收鏡。但在激光腔內(nèi)僅僅依賴NPE調(diào)整出鎖模狀態(tài)是比 較費時的，尤其在高重復頻率或者低重復頻率的情況下，甚至不能自 啟動鎖模。
半導體可飽和吸收鏡作為自啟動器件，可不依賴于NPE機制而獨 立在光纖激光器中鎖模。在只裝有半導體可飽和吸收鏡的光纖激光器
6中，半導體可飽和吸收鏡吸收激光腔內(nèi)的弱脈沖，而對腔內(nèi)強脈沖吸 收很少，使得腔內(nèi)只有 一個脈沖獲得較大增益而發(fā)展起來并最終穩(wěn) 定。這種脈沖形成機制不需要色散補償。
論文"1.5-|iim monolithic GalnNAs semiconductor saturable-absorber mode locking of an erbium fiber laser," (O. G. Okhotnikov， T. Jouhti， J. Konttinen, S. Karirinne， and M._Pessa, Opt. Lett. 28， 364-366 (2003))公開了一種高調(diào)制深度的半導體可飽和吸收鏡可用于摻鉺光 纖激光器鎖模，脈寬是L2ps，但該半導體可飽和吸收鏡的反射率在布 拉格反射鏡的反射帶寬內(nèi)有較大凹陷，使得自啟動時容易出現(xiàn)調(diào)Q現(xiàn) 象，從而導致對該半導體可飽和吸收鏡的光學破壞。
德國半導體可飽和吸收器件專業(yè)公司BATOP生產(chǎn)多種半導體可 飽和吸收鏡。但其用于光纖激光器鎖模的高調(diào)制深度的半導體可飽和 吸收鏡都存在布拉格反射鏡的反射帶寬內(nèi)的調(diào)制深度不一致的問題， 導致可鎖模范圍窄，并且有易受到光學破壞，壽命短的缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種吸收帶寬較寬并在其吸收帶寬范圍內(nèi) 調(diào)制深度一致性很高的高調(diào)制深度(簡稱高一致性寬帶高調(diào)制深度) 的半導體可飽和吸收鏡及其制備方法。本發(fā)明還提供一種實現(xiàn)鎖模機 制的光纖激光器，其以半導體可飽和吸收鏡作為各種腔型光纖激光器 的種子脈沖源的鎖模機制，以得到穩(wěn)定的脈沖輸出，提高光纖激光器 的壽命。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明釆用如下技術方案
依照本發(fā)明實施方式的一種半導體可飽和吸收鏡，其包括襯底； 制作在所述襯底上的反射鏡及制作在所述反射鏡上的吸收層，
所述反射鏡為由多對高低折射率層構成的布拉格反射鏡；
所述吸收層包括若干個吸收子層，每一吸收子層同與其晶格匹配 的緩沖層交互生長，所述緩沖層為透明半導體層；所述吸收子層的厚度相同。
優(yōu)選地，每一吸收子層的厚度由所述緩沖層的折射率、吸收子層
的折射率實部和虛部、布拉格反射鏡的反射帶的中心波長來確定。
優(yōu)選地，所述吸收子層的厚度滿足下式 w3 (《+ /f22 — "32)cos " sin "(sinh2々+ cosh2") + +/c2(《+《+ w32)sinhyScosh y9(sin2 a — cos2 or) -—2w2w3A:2(sinh2 >0 + cosh2々)=0
其中，
or =——w2c 2 ， ——/c2c/2
w為緩沖層的折射率，^和^分別為吸收子層的折射率實部和虛 部，x為布拉格反射鏡的反射帶的中心波長，《為吸收子層厚度。
優(yōu)選地，所述襯底的材料為GaAs; 每一對高低折射率層的材料為GaAs和AlAs; 所述吸收子層的材料為InGaAs，與其交互生長的緩沖層的材料 為InAlAs。
優(yōu)選地，所設置的高低折射率層的對數(shù)為22 30，每一對高低折 射率層為光學厚度為0.25入的GaAs和光學厚度為0.25入的AlAs; 所述吸收層的厚度大于量子阱的厚度，吸收層從上至下依次為 光學厚度為0.125入的IiixAl^As;厚度為《的InxGai—xAs;光學厚 度為0.25X的InxAl^As;厚度為《的InxGai.xAs;光學厚度為0.125入 的InxAh國xAs;
其中入為布拉格反射鏡反射帶的中心波長，x為InAs的百分比含 量，0<x<l。
依照本發(fā)明另一實施方式的一種半導體可飽和吸收鏡的制備方 法，該方法包括步驟 Sl，選取襯底；
S2，在所述襯底上生長由多對高低折射率層構成的布拉格反射
鏡；S3,在所述布拉格反射鏡上依次交互生長吸收子層及與吸收子層 晶格匹配的緩沖層以形成吸收層，所生長的吸收子層有若干個，每一 吸收子層的厚度相同，所述緩沖層為透明半導體層。
優(yōu)選地，在步驟S3中，通過所述緩沖層的折射率、吸收子層的 折射率實部和虛部、布拉格反射鏡的反射帶的中心波長來確定每一吸 收子層的厚度。
優(yōu)選地，在步驟S3中，通過求解下式來確定每一所述吸收子層 的厚度
w3 (《+《 一 《)cos " sin a(sinh2々+ cosh2 y5) +
+at2("X+w32)sinh/7coshy9(sin2a-cos2cir)- ( 1 )
—2w 2(sinh2 y0 + cosh2 / ) = 0
其中，
2" 2冗 / ^ 、
"3為緩沖層的折射率，"2和*2分別為吸收子層的折射率實部和虛 部，入為布拉格反射鏡的反射帶的中心波長，《為吸收子層厚度
優(yōu)選地，步驟S1中，選擇GaAs作為襯底材料；
步驟S2中，選擇GaAs和AlAs作為每一對高低折射率層的材料；
步驟S3中，選擇InGaAs作為吸收子層的材料，選擇InAlAs作
為緩沖層的材料。
優(yōu)選地，步驟S2中，所設置的高低折射率層的對數(shù)為22 30,
每一對高低折射率層為光學厚度為0.25X的GaAs和光學厚度為0.25入
的AlAs;
步驟S3中所生長的吸收層的厚度大于量子阱的厚度，吸收層從 上至下依次為
光學厚度為0.125入的InxAh.xAs;厚度為《的InxGai-xAs; 0.25X InxAlLxAs;厚度為《的InxGa^As;光學厚度為0.125X的IrixAl^As; InxGa!-xAs層的生長溫度為250-500攝氏度； 其中入為布拉格反射鏡反射帶的中心波長，x為InAs的百分比含量，0<x<l。
依照本發(fā)明又一實施方式的一種光纖激光器，該光纖激光器包括 泵浦源和通過光纖連接形成的振蕩腔，所述振蕩腔內(nèi)連接有上述的半 導體可飽和吸收鏡。
優(yōu)選地，所述光纖是單模光纖，釆用單包層光纖或雙包層光纖， 所述光纖為正色散光纖、負色散光纖或零色散光纖；
所述振蕩腔的腔型為環(huán)形腔或線性腔；
振蕩腔內(nèi)還連接有稀土元素鉺、鐿、鈥或銩摻雜的增益光纖；
振蕩腔內(nèi)還連接有光纖式單向器或者體狀隔離器。
優(yōu)選地，所述振蕩腔內(nèi)還包括一端與所述半導體可飽和吸收鏡對 接的光纖環(huán)形器；
所述振蕩腔內(nèi)還包含偏振控制器，所述半導體可飽和吸收鏡通過 四分之一波片使光返回振蕩腔內(nèi)；
所述光纖激光器的輸出直接或通過光纖展寬器或者光柵展寬器 展寬后，輸入固體脈沖放大器或光纖脈沖放大器。
依照本發(fā)明再一實施方式的一種光纖放大系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括上述 光纖激光器及與所述光纖激光器連接的固體脈沖放大器或光纖脈沖 放大器，所述光纖激光器的輸出直接或通過光纖展寬器或者光柵展寬 器展寬后，輸入所述固體脈沖放大器或光纖脈沖放大器。
優(yōu)選地，所述固體激光放大器釆用晶體或陶瓷或玻璃材料；
其中固體激光放大器的腔內(nèi)還包括偏振控制元件及啁啾反射鏡；
所述固體脈沖放大器或光纖脈沖放大器與光柵壓縮系統(tǒng)連接，放 大后的脈沖經(jīng)過光柵壓縮系統(tǒng)進行壓縮，所述光柵壓縮系統(tǒng)包括反射 式光柵對、透射式光柵對、體光柵或光纖光柵。
利用本發(fā)明提供的半導體可飽和吸收鏡及其制備方法及光纖激 光器、光纖放大系統(tǒng)，具有以下有益效果
1)本發(fā)明提供的半導體可飽和吸收鏡為高一致性寬帶高調(diào)制深
10度半導體可飽和吸收鏡技術，通過提高帶寬范圍內(nèi)調(diào)制深度的一致 性，增加了使用帶寬；
2 )本發(fā)明提供的高 一 致性寬帶高調(diào)制深度半導體可飽和吸收鏡 及光學激光器，有利于光纖激光器腔內(nèi)鎖模機制的形成，降低了光學
破壞的可能性，提高了它的壽命，有效降低了制作成本；
3 )本發(fā)明提供的高一致性寬帶高調(diào)制深度半導體可飽和吸收鏡，
可在光纖激光器內(nèi)輔助其他機制或單獨作為鎖模機制鎖模，提高了鎖
模效率，有效降低了人力成本；
4)本發(fā)明提供的高一致性寬帶高調(diào)制深度半導體可飽和吸收鏡， 降低了光學破壞的可能性，提高了光纖激光器種子源的壽命，同時也 導致光纖激光器內(nèi)整個放大系統(tǒng)壽命的提高，有效降低了成本。


圖i為本發(fā)明半導體可飽和吸收鏡的結構圖2示出了本發(fā)明實施例中半導體可飽和吸收鏡的測量反射率；
圖3為本發(fā)明實施例中光纖激光器的結構圖4為本發(fā)明實施例中半導體可飽和吸收體鎖模的線形腔摻鐿光 纖激光器脈沖串示意圖5為本發(fā)明實施例中半導體可飽和吸收體鎖模的線形腔摻鐿光 纖激光器光譜示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提出的半導體可飽和吸收鏡及其制備方法及光纖激光器， 結合附圖和實施例說明如下。
光纖激光器中在泵浦光注入后，激光開始振蕩。由于激光增益介 質(zhì)是寬帶的，這里的激光增益介質(zhì)的寬帶指它能對一個較大頻率范圍 內(nèi)的激光有增益效應，由于模式(頻率)之間的拍，在時域噪聲序列 中總有一個最大的瞬時脈沖。此最大瞬時脈沖被可飽和吸收體捕獲， 而其他弱小時域脈沖被抑制，從而在激光器腔內(nèi)形成單個獨立的超短脈沖。
半導體可飽和吸收體是利用半導體，例如銦鎵砷InGaAs在近紅 外波段的可飽和吸收特性。銦鎵砷InGaAs是砷化銦InAs和砷化鎵 GaAs混晶構成，其中砷化銦InAs的相對含量決定對所設計波長的吸 收帶域，也確定了吸收層的折射率的實部和虛部。
吸收層的折射率由下式表示
<formula>formula see original document page 12</formula>. (3)
n。和/c為吸收體折射率的實部和虛部。
根據(jù)Kramer-Kronig關系，虛部必然帶來相移，導致半導體可飽 和吸收鏡整體反射帶的漂移，和吸收不均勻。
現(xiàn)有的半導體可飽和吸收鏡，不考慮吸收層帶來的相移，導致可 飽和吸收鏡整體的反射率的起伏，反射率的振蕩也代表了調(diào)制深度對 各個波長的不一致。本發(fā)明考慮到吸收層帶來的相移，并進行補償， 設計的反射鏡的調(diào)制深度在布拉格反射鏡帶寬內(nèi)一致。
現(xiàn)有的高調(diào)制深度半導體可飽和吸收鏡在設計時直接增加吸收 層厚度，導致相移進一步增大和反射率的更大變化。本發(fā)明釆用分層 吸收技術，包括多個吸收子層，根據(jù)吸收子層在結構中的不同電場位 置導致的吸收程度和平坦程度不同，分布吸收子層位置，獲得一致性 很高的反射率和調(diào)制深度。
本發(fā)明提供的半導體可飽和吸收鏡，其包括襯底；制作在襯底 上的反射鏡及制作在反射上的吸收層，其中，反射鏡為由多對高低折 射率層構成的布拉格反射鏡，上述每一對高低折射率層中的高低是指 折射率的相對高低。這樣設計的半導體可飽和吸收鏡通過分層吸收， 調(diào)整吸收子層在結構中的位置并調(diào)整吸收子層厚度補償吸收層帶來 的相移，使反射鏡擁有在布拉格反射鏡帶寬內(nèi)呈現(xiàn)高一致性的高調(diào)制 深度，吸收層的相移是用調(diào)整吸收子層的厚度來補償?shù)模晃諏影?若干個吸收子層，每一吸收子層同與其晶格匹配的透明半導體層交互生長，每一吸收子層的厚度相同。通過釆用分層吸收技術，根據(jù)吸收
子層在結構中的不同電場位置導致的吸收程度和平坦程度不同，分布
吸收子層位置，并且調(diào)整吸收子層厚度補償虛部引入的相位漂移。吸
收子層厚度可通過公式(1 )確定
"3 (《+《一 "32) cos " sin a(sinh2々+ cosh2 >S) +
+^r2(《+《)sinh/ cosh〃(sin2o:-cos2a)- ( 1 )
—2w 2(sinh2 〃 + cosh2 〃) = 0
其中，
or = ^",c/，， >5 = ^ :乂 (2)
;i 2 2 ;t 2 2
A為緩沖層(本實施例為InAlAs)的折射率，"2和^分別為吸收 子層(本實施例為InGaAs)折射率實部和虛部，入指布拉格反射鏡的 反射帶的中心波長，"2為吸收子層厚度，sin和cos分別正弦和余弦函 數(shù)，sinh和cosh分別為雙曲正弦和雙曲余弦函數(shù)。
設計的反射鏡的調(diào)制深度在布拉格反射鏡帶寬內(nèi)一致，獲得一致 性很高的反射率和調(diào)制深度。上述這個吸收層的總厚度決定調(diào)制深 度；吸收子層的位置分布決定調(diào)制深度的均勻性；吸收層補償相移后 調(diào)整每個子層的厚度進一步?jīng)Q定調(diào)制深度的高一致性。整個器件可根 據(jù)應用波長不同而選擇半導體透明材料和吸收子層材料。整個器件可 根據(jù)應用波長不同而選擇半導體透明材料和吸收子層材料的厚度。
如圖l所示，根據(jù)需要的波段選擇相應的半導體吸收層，具體是 指選擇InAs的相對含量，本實施例中襯底的材料為GaAs;每一對高 低折射率層采用的高低折射率材料分別為GaAs和AlAs;吸收子層的 材料為InGaAs,與其交互生長的透明半導體層的材料為InAlAs。本 實施例中所設置高低折射率層的對數(shù)為N對，N優(yōu)選設置在20 30 的范圍內(nèi)，此處N取22對，每一對高低折射率層為光纖厚度為 的GaAs和光學厚度為0.25入的AlAs;吸收層的厚度大于量子阱的厚 度，導致大于10%的可飽和吸收，吸收層從上至下依次為光學厚度為0.125人的InxAl^As;厚度為《的InxGa^As;光學厚度為 的InxAh.xAs;厚度為《的InxGai-xAs;光學厚度為0.125人的Ii^Ah.xAs; 其中x為InAs的百分比含量，0<x<l。 0.25X是光學厚度，換算成物 理厚度要除以該介質(zhì)折射率。
本發(fā)明所提供的半導體可飽和吸收鏡的制備方法，包括步驟
Sl,選取襯底；
S2，在徹底上依次生長多對高低折射率層構成的布拉格反射鏡； S3,在布拉格反射鏡上依次交互生長吸收子層及與吸收子層晶格
匹配的緩沖層形成吸收層，所生長的吸收子層有若干個，吸收子層的
厚度相同，緩沖層為透明半導體層。
如圖1所示，本實施例中半導體可飽和吸收鏡的制備方法，包括
步驟
步驟SIOI，制作半絕緣砷化鎵GaAs襯底；
步驟S102:生長N(例22)對AlAs/GaAs的高低折射率層(光 學厚度為0.25X的GaAs,光學厚度為0.25人的AlAs)。
步驟S103:依次生長光學厚度為0.125入的InxAl^As，厚度為《的 InxGai.xAs,光學厚度為0.25X的InxAh.xAs,厚度為《的Ii^GaLxAs,光 學厚度為0.125X的InxAlLxAs，其中x為InAs的百分比含量，對應不同 的禁帶寬度，從而對應不同波長，(從0到1之間的數(shù)字)，x的取值可 以確定公式(1)中的吸收子層(InGaAs)折射率實部和虛部，為達 到匹配效果，緩沖層(InAlAs)中的InAs的百分比含量也取相同的x， 從而也可以確定緩沖層(InAlAs)的折射率，進而可以根據(jù)x的取值 確定吸收子層的光學厚度。例如這個應用在摻鐿光纖激光器中的半導 體可飽和吸收鏡x的取值為0.3，根據(jù)公式(1)計算出吸收子層的光 纖厚度為0.26入，即lno.3Gao.7As的厚度調(diào)整為0.26入。IiixGaLxAs層的生 長溫度為250-500度，銦鎵砷InGaAs吸收子層及與之搭配的銦鋁砷 InAlAs用外延法生長。
14基于上述原理，本發(fā)明提供的利用高一致性高調(diào)制深度可飽和吸 收體可在光纖激光器中單獨或者協(xié)助其他方式鎖模，以獲得穩(wěn)定的鎖 模脈沖列，延長光纖激光器壽命。
本發(fā)明了還提供了 一種光纖激光器，該光纖激光器包括泵浦源， 通過光纖連接形成的振蕩腔，所述振蕩腔內(nèi)連接有本發(fā)明所提供的的 半導體可飽和吸收鏡，光纖是單模光纖，釆用單包層光纖或雙包層光 纖，所述光纖為正色散光纖、負色散光纖，或零色散光纖；振蕩腔的
腔型為環(huán)形腔或線性腔；振蕩腔內(nèi)還連接有稀土元素鉺、鐿、鈥或銩 摻雜的增益光纖；振蕩腔內(nèi)還連接有光纖式單向器或者體狀隔離器。 優(yōu)選地，振蕩腔內(nèi)還包括一端與所述半導體可飽和吸收鏡對接的 光纖環(huán)形器；振蕩腔內(nèi)還包含偏振控制器，所述半導體可飽和吸收鏡 通過四分之一波片使光返回振蕩腔內(nèi)；光纖激光器輸出直接或通過光 纖展寬器或者光柵展寬器展寬后，輸入固體脈沖放大器或光纖脈沖放 大器。
本發(fā)明還提供了 一種光纖放大系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括本發(fā)明所提供的 光纖激光器及與所述光纖激光器連接的固體脈沖放大器或光纖脈沖 放大器，所述光纖激光器輸出直接或通過光纖展寬器或者光柵展寬器 展寬后，輸入所述固體脈沖放大器或光纖脈沖放大器。固體激光放大 器采用晶體或陶瓷或玻璃材料；其中固體激光放大器的腔內(nèi)還包括偏 振控制元件及啁啾反射鏡；固體脈沖放大器或光纖脈沖放大器與光柵 壓縮系統(tǒng)連接，放大后的脈沖經(jīng)過光柵壓縮系統(tǒng)進行壓縮，所述光柵 壓縮系統(tǒng)包括反射式光柵對、透射式光柵對、體光柵或光纖光柵；整 個光纖激光器中所用光纖包括稀土離子摻雜光纖、光子晶體光纖、雙 包層光纖、光通訊用單模光纖、微結構光纖，以及色散補償光纖。
根據(jù)圖3所示的利用本發(fā)明作為鎖模機制的一種示意腔型的光 纖激光器(半導體可飽和吸收體鎖模的線性腔摻鐿光纖激光器原理 圖)，說明使用本實施例的操作過程。
15步驟201:將半導體可飽和吸收鏡1、所有光纖、泵浦源2 (具 體可采用980nm半導體泵浦源)光纖式波分復用器3，增益光纖4， 輸出耦合器5 (具體可采用光纖式耦合輸出鏡)，光纖式全反鏡6熔 接在一起，構成如圖3所示的線形腔；
步驟202:泵浦源2產(chǎn)生的泵浦激光器通過光纖式波分復用器3 耦合入光纖，被稀土元素摻雜的增益光纖4吸收，提供激光振蕩必要
步驟203:通過調(diào)節(jié)可飽和吸收鏡與光纖段面的垂直程度(耦合 效率)進行鎖模。
上述步驟201中的光纖至少包括光通訊光纖、光子晶體光纖、微 結構光纖，以及色散光纖。
當激光器振蕩形成輸出后，檢測輸出的光譜，用高速光電探測二 極管，可在示波器上看到脈沖列輸出如圖4，同時也可在光譜儀上看
到鎖模時候的光譜的形狀如圖5。
本實施例中的光纖放大系統(tǒng)光纖激光器及與光纖激光器連接的 固體脈沖放大器或光纖脈沖放大器，
該光纖激光器包括泵浦源和通過光纖連接形成的振蕩腔，振蕩腔 內(nèi)連接有半導體可飽和吸收鏡，半導體可飽和吸收鏡包括襯底；制 作在襯底上的反射鏡及制作在反射鏡上的吸收層，反射鏡包括依次設 置的若干對高低折射率層構成布拉格反射鏡；吸收層包括若干個吸收 子層，每一吸收子層同與其晶格匹配的透明半導體層交互生長；光纖
激光器的輸出直接或通過光纖展寬器或者光柵展寬器展寬后，輸入所 述固體脈沖放大器或光纖脈沖放大器。
優(yōu)選地，固體激光放大器釆用晶體或陶瓷或玻璃材料；其中固體 激光放大器的腔內(nèi)還包括偏振控制元件及啁啾反射鏡；固體脈沖放大 器或光纖脈沖放大器與光柵壓縮系統(tǒng)連接，放大后的脈沖經(jīng)過光柵壓 縮系統(tǒng)進行壓縮，光柵壓縮系統(tǒng)包括反射式光柵對、透射式光柵對、體光柵或光纖光柵。
本發(fā)明利用分層吸收技術，根據(jù)吸收子層在結構中的不同電場位 置導致的吸收程度和平坦程度不同，分布吸收子層的位置。本發(fā)明還 利用調(diào)整吸收層厚度來補償虛部引入的相位漂移。常規(guī)的無補償無分 層吸收技術的半導體可飽和吸收鏡在帶寬內(nèi)沒有一致性，導致鎖模帶 寬窄，容易光學破壞，壽命短。本發(fā)明可以很好地改善上述問題。
以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關 技術領域的普通技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下， 還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬于本發(fā)明 的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍應由權利要求限定。
權利要求
1、一種半導體可飽和吸收鏡，其包括襯底；制作在所述襯底上的反射鏡及制作在所述反射鏡上的吸收層，其特征在于，所述反射鏡為由多對高低折射率層構成的布拉格反射鏡；所述吸收層包括若干個吸收子層，每一吸收子層同與其晶格匹配的緩沖層交互生長，所述緩沖層為透明半導體層；所述吸收子層的厚度相同。
2、 根據(jù)權利要求l所述的半導體可飽和吸收鏡，其特征在于，每 一所述吸收子層的厚度由所述緩沖層的折射率、吸收子層的折射率實 部和虛部、布拉格反射鏡的反射帶的中心波長來確定。
3、 根據(jù)權利要求2所述的半導體可飽和吸收鏡，其特征在于，所 述吸收子層的厚度滿足下式<formula>formula see original document page 2</formula>其中，a=T"2 2，"3為緩沖層的折射率，《2和&分別為吸收子層的折射率實部和虛 部，入為布拉格反射鏡的反射帶的中心波長，《為吸收子層厚度。
4、 根據(jù)權利要求3所述的半導體可飽和吸收鏡，其特征在于，所述襯底的材料為GaAs; 每一對高低折射率層的材料為GaAs和AlAs; 所述吸收子層的材料為InGaAs，與其交互生長的緩沖層的材料 為InAlAs。
5、 根據(jù)權利要求4所述的半導體可飽和吸收鏡，其特征在于， 所設置的高低折射率層的對數(shù)為22 30，每一對高低折射率層為光學厚度為0.25入的GaAs和光學厚度為0.25X的AlAs;所述吸收層的厚度大于量子阱的厚度，吸收層從上至下依次為 光學厚度為0.125人的InxAl^As;厚度為《的Ii^Ga^As;光學厚度為0.25X的Ii^AIlxAs;厚度為《的InxGai.xAs;光學厚度為0.125人的InxAh國xAs;其中X為布拉格反射鏡反射帶的中心波長，x為InAs的百分比含 量，0<x<l。
6、 一種半導體可飽和吸收鏡的制備方法，其特征在于，該方法 包括步驟Sl,選取襯底；S2，在所述襯底上生長由多對高低折射率層構成的布拉格反射鏡；S3，在所述布拉格反射鏡上依次交互生長吸收子層及與吸收子層 晶格匹配的緩沖層以形成吸收層，所生長的吸收子層有若干個，每一 吸收子層的厚度相同，所述緩沖層為透明半導體層。
7、 根據(jù)權利要求6所述的制備方法，其特征在于， 在步驟S3中，通過所述緩沖層的折射率、吸收子層的折射率實部和虛部、布拉格反射鏡的反射帶的中心波長來確定每一吸收子層的 厚度。
8、 根據(jù)權利要求7所述的制備方法，其特征在于， 在步驟S3中，通過求解下式來確定每一吸收子層的厚度"3(《+g —《)cosflfsina(sinh2y5 + cosh2,) + +/c2(w+《)sinhy5cosh/ (sin2a — cos2 ")-—2" 2(sinh2 y0 + cosh2 y0) = 0其中，<formula>formula see original document page 0</formula>"3為緩沖層的折射率，w2和&分別為吸收子層的折射率實部和虛 部，入為布拉格反射鏡的反射帶的中心波長，《為吸收子層厚度。
9、 根據(jù)權利要求8所述的制備方法，其特征在于，步驟S1中，選擇GaAs作為襯底材料；步驟S2中，選擇GaAs和AlAs作為每一對高低折射率層的材料； 步驟S3中，選擇InGaAs作為吸收子層的材料，選擇InAlAs作為緩沖層的材料。
10、 根據(jù)權利要求9所述的制備方法，其特征在于，步驟S2中，所設置的高低折射率層的對數(shù)為22 30，每一對高 低折射率層為光學厚度為0.25入的GaAs和光學厚度為0.25X的AlAs;步驟S3中所生長的吸收層的厚度大于量子阱的厚度，吸收層從 上至下依次為光學厚度為0.125X的InxAl^As;厚度為《的InxGai-xAs; 0.25入 InxAl^As;厚度為d2的InxGai.xAs;光學厚度為0.125X的InxAl^As;InxGai.xAs層的生長溫度為250-500攝氏度；其中人為布拉格反射鏡反射帶的中心波長，x為InAs的百分比含 量，0<x<l。
11、 一種光纖激光器，其特征在于，該光纖激光器包括泵浦源和 通過光纖連接形成的振蕩腔，所述振蕩腔內(nèi)連接有權利要求1所述的 半導體可飽和吸收鏡。
12、 根據(jù)權利要求ll所述的光纖激光器，其特征在于， 所述光纖是單模光纖，釆用單包層光纖或雙包層光纖，所述光纖為正色散光纖、負色散光纖或零色散光纖； 所述振蕩腔的腔型為環(huán)形腔或線性腔； 振蕩腔內(nèi)還連接有稀土元素鉺、鐿、鈥或銩摻雜的增益光纖； 振蕩腔內(nèi)還連接有光纖式單向器或者體狀隔離器。
13、 根據(jù)權利要求n所述的光纖激光器，其特征在于， 所述振蕩腔內(nèi)還包括一端與所述半導體可飽和吸收鏡對接的光纖環(huán)形器；所述振蕩腔內(nèi)還包含偏振控制器，所述半導體可飽和吸收鏡通過四分之一波片使光返回振蕩腔內(nèi)；所述光纖激光器的輸出直接或通過光纖展寬器或者光柵展寬器 展寬后，輸入固體脈沖放大器或光纖脈沖放大器。
14、 一種光纖放大系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括權利要求7所 述的光纖激光器及與所述光纖激光器連接的固體脈沖放大器或光纖 脈沖放大器，所述光纖激光器的輸出直接或通過光纖展寬器或者光柵 展寬器展寬后，輸入所述固體脈沖放大器或光纖脈沖放大器。
15、 根據(jù)權利要求14所述的光纖放大系統(tǒng)，其特征在于，所述固體激光放大器采用晶體或陶瓷或玻璃材料； 其中固體激光放大器的腔內(nèi)還包括偏振控制元件及啁啾反射鏡； 所述固體脈沖放大器或光纖脈沖放大器與光柵壓縮系統(tǒng)連接，放大后的脈沖經(jīng)過光柵壓縮系統(tǒng)進行壓縮，所述光柵壓縮系統(tǒng)包括反射式光柵對、透射式光柵對、體光柵或光纖光柵。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導體可飽和吸收鏡及其制備方法及光纖激光器。所述半導體可飽和吸收鏡包括襯底；制作在所述襯底上的反射鏡及制作在所述反射鏡上的吸收層，所述反射鏡為由多對高低折射率層構成的布拉格反射鏡；所述吸收層包括若干個吸收子層，每一吸收子層同與其晶格匹配的緩沖層交互生長，所述緩沖層為透明半導體層；所述吸收子層的厚度相同。本發(fā)明提供的半導體可飽和吸收鏡為高一致性寬帶高調(diào)制深度半導體可飽和吸收鏡，通過提高帶寬范圍內(nèi)調(diào)制深度的一致性，增加了使用帶寬，利用半導體可飽和吸收鏡來啟動鎖模從而得到穩(wěn)定的鎖模脈沖輸出。
文檔編號H01S3/098GK101635431SQ20091008816
公開日2010年1月27日 申請日期2009年7月3日 優(yōu)先權日2009年7月3日
發(fā)明者夢 張, 張志剛, 樊仲維, 陳玲玲 申請人:北京大學;北京國科世紀激光技術有限公司