專利名稱：離子注入砷化鎵吸收鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于1060nm附近波長固體激光器被動調(diào)Q或者鎖模用吸收鏡，特別是指一種離子注入砷化鎵吸收鏡。
背景技術(shù)：
1996年Kajara等發(fā)現(xiàn)了高純半導(dǎo)體GaAs具有被動調(diào)Q特性，并相繼實現(xiàn)了氙燈抽運Nd:YAG和LD抽運Nd:YAG，Nd:YVO4被動調(diào)Q運轉(zhuǎn)。Deyuan Shen等人用GaAs兼輸出鏡在Yb:YAG激光器上獲得最短達15.5ns，頻率為7.3KHz的脈沖激光輸出，國內(nèi)清華大學(xué)的柳強等人對GaAs被動調(diào)Q兼輸出耦合Nd:YVO4激光特性進行了系統(tǒng)的研究，得到了較好的結(jié)果。GaAs的帶隙是1.42eV，摻鐿光纖激光器的波長在1.06μm附近，遠遠低于GaAs的帶隙。理論研究表明，GaAs材料做固體激光器被動調(diào)Q器件是由于其中深能級缺陷EL2在1.0μm附近的吸收躍遷過程所致。但是，目前研究者使用的GaAs材料都是光電子和微電子工業(yè)用的半絕緣GaAs襯底。這種襯底在制作過程中為了滿足光電子和微電子工業(yè)需要，通常將EL2缺陷控制在最少，這樣就使得其調(diào)Q性能減弱，調(diào)Q不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種離子注入砷化鎵吸收鏡，可以兼作為輸出鏡使用，用于固體激光器的被動調(diào)Q和鎖模，實現(xiàn)短脈沖和超短脈沖激光的輸出。
本發(fā)明提出了一種新型的離子注入砷化鎵吸收鏡。傳統(tǒng)的方法半絕緣GaAs襯底，EL2缺陷少，調(diào)Q不穩(wěn)定。與傳統(tǒng)方法相比，離子注入砷化鎵吸收鏡是通過將砷離子注入到砷化鎵襯底并且經(jīng)過退火制作，這樣就可以大大增加EL2缺陷密度，并且還可以調(diào)節(jié)缺陷密度。為了作為輸出鏡，這種結(jié)構(gòu)的吸收體的襯底面減薄拋光后鍍高反膜；為了防止法布里-帕羅效應(yīng)帶來的脈沖展寬，吸收區(qū)表面鍍增透膜。高反膜和增透膜都采用介質(zhì)材料，后者的光損傷閾值要比半導(dǎo)體材料高得多。
本發(fā)明為一種離子注入砷化鎵吸收鏡，其特征在于，其中包括一半絕緣襯底；一高反膜，該高反膜制作在半絕緣襯底的背面；一吸收區(qū)，該吸收區(qū)是通過砷離子注入到襯底上而產(chǎn)生，起飽和吸收作用；
一增透膜，該增透膜4制作在吸收區(qū)上，和高反膜一起構(gòu)成輸出鏡式工作方式。
其中吸收區(qū)兼弛豫區(qū)為砷離子注入并且經(jīng)過退火的砷化鎵襯底。
其中離子注入的能量為300-400KeV，注入劑量為1015-1016/cm2。
其中砷離子注入后退火的溫度為500℃-600℃，時間為10-30分鐘。
其中吸收區(qū)的厚度為10微米以內(nèi)。
其中增透膜的不吸收范圍為1060nm附近。
其中高反膜的不吸收范圍為1060nm附近。


為進一步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實施例及附圖詳細(xì)說明如后，其中圖1是本發(fā)明的材料生長結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明的具體實施應(yīng)用圖。
具體實施例方式
請參閱圖1所示，本發(fā)明是一種低溫生長砷化鎵式半導(dǎo)體可飽和吸收鏡，其中包括
一半絕緣襯底2，襯底材料采用半絕緣砷化鎵。
一高反膜1，在半絕緣襯底2的下面制作有高反膜1，高反膜材料為三對Si/SiO2，也可以是其它材料，只要在1060nm附近不吸收就可以了；一吸收區(qū)3，該吸收區(qū)3是半絕緣襯底2與空氣接觸的一個薄區(qū)域，厚度最大不超過10微米，是通過采用砷離子注入半絕緣襯底2并且經(jīng)過退火制作而成的。離子注入的能量為300-400KeV，注入劑量為1015-1016/cm2，注入后在500℃-600℃下退火10-30分鐘。
一增透膜4，該增透膜4鍍在吸收區(qū)3上，采用SiNxOy材料，也可以是其它材料，只要在1060nm附近不吸收就可以了。
實施例本發(fā)明離子注入砷化鎵吸收鏡適合于一般的1060nm附近波長的固體激光器被動調(diào)Q和鎖模腔結(jié)構(gòu)，對于圖2所示的直腔結(jié)構(gòu)尤其適用。采用連續(xù)半導(dǎo)體激光泵浦的固體激光器的合適位置加上這種吸收鏡后，與不加相比，輸出激光由連續(xù)激光變?yōu)槊}沖激光。脈沖寬度通常在納秒量級，具體大小與吸收體的位置、腔長和泵浦功率有關(guān)；脈沖重復(fù)頻率與腔長有關(guān)。
本實施例的Nd:YAG激光器被動調(diào)Q或者鎖模激光器包括808nm半導(dǎo)體泵源11，Nd:YAG激光晶體左測鍍808nm高透過率，1060nm高反射率膜層12，Nd:YAG激光晶體13，聚焦透鏡14，半導(dǎo)體可飽和吸收鏡15，激光輸出方向16。1060nm高反射率膜層12和半導(dǎo)體可飽和吸收鏡15構(gòu)成激光諧振腔的兩個端鏡。半導(dǎo)體可飽和吸收鏡15的增透膜方向迎向激光晶體，高反膜迎向激光輸出方向16。聚焦透鏡14將光束聚焦在半導(dǎo)體可飽和吸收鏡上，光斑直徑在幾十微米，以達到半導(dǎo)體可飽和吸收鏡鎖模所需要的功率密度閾值。當(dāng)僅作為調(diào)Q使用時，也可以不加聚焦透鏡14。下面將離子注入GaAs吸收鏡制作參數(shù)選擇及效果表述如表一。
表一 吸收鏡參數(shù)選擇與激光實驗效果比較

注入能量在300-500KeV時效果比較好，較低則不能產(chǎn)生足夠多的缺陷，較高則對晶體破壞嚴(yán)重。注入劑量在1015-1016/cm2之間。較低則不能起到飽和吸收的作用，較高則使吸收體調(diào)制深度過大。退火是調(diào)節(jié)飽和吸收和非飽和吸收的一種手段。退火溫度太低、時間太短會導(dǎo)致激光器加上吸收鏡后不能出光。退火溫度太高，時間太長會使吸收鏡中砷蒸發(fā)，從而破壞了吸收鏡。
權(quán)利要求
1.一種離子注入砷化鎵吸收鏡，其特征在于，其中包括一半絕緣襯底；一高反膜，該高反膜制作在半絕緣襯底的背面；一吸收區(qū)，該吸收區(qū)是通過砷離子注入到襯底上而產(chǎn)生，起飽和吸收作用；一增透膜，該增透膜4制作在吸收區(qū)上，和高反膜一起構(gòu)成輸出鏡式工作方式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子注入砷化鎵吸收鏡，其特征在于，其中吸收區(qū)兼弛豫區(qū)為砷離子注入并且經(jīng)過退火的砷化鎵襯底。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的離子注入砷化鎵吸收鏡，其特征在于，其中離子注入的能量為300-400KeV，注入劑量為1015-1016/cm2。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的離子注入砷化鎵吸收鏡，其特征在于，其中砷離子注入后退火的溫度為500℃-600℃，時間為10-30分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子注入砷化鎵吸收鏡，其特征在于，其中吸收區(qū)的厚度為10微米以內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子注入砷化鎵吸收鏡，其特征在于，其中增透膜的不吸收范圍為1060nm附近。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子注入砷化鎵吸收鏡，其特征在于，其中高反膜的不吸收范圍為1060nm附近。
全文摘要
一種離子注入砷化鎵吸收鏡，其特征在于，其中包括一半絕緣砷化鎵襯底；一高反膜，在半絕緣襯底的背面鍍有高反膜；一吸收區(qū)，該吸收區(qū)是通過砷離子注入到襯底上并且退火而產(chǎn)生；一增透膜，該增透膜制作在吸收區(qū)上。本發(fā)明可用于波長為一微米附近的固體激光器和光纖激光器被動調(diào)Q和鎖模，實現(xiàn)短脈沖或者超短脈沖激光的輸出。
文檔編號H01S3/098GK1941524SQ20051010526
公開日2007年4月4日 申請日期2005年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月28日
發(fā)明者馬曉宇, 王勇剛 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所