除高功率LD列陣之外,還有其他的LD列陣器件。如在同一個外延片上製作若幹個分布反饋(DFB)激光器,每一個DFB激光器的光譜寬度為0.3埃,有意將光柵周期做成不一樣,使相鄰激光器的波長差為20.5埃。然後再將它們耦合到一個波導中,便可構成頻分複用光源。也可用In-GaAsP襯底上製作周期相同的光柵,使每個長波長LD的發射波長相同。這樣的器件可用於普通的光纖通主係統,其中一隻器件工作,其餘備用。用光刻等技術來製作可分別取址的兩維表麵發射半導體激光器列陣,可用於光計算、光泵浦源等;用不同周期的光纖光柵構成的外腔激光器可作為WDM光源等。
(七)表麵發射半導體激光器
以上所介紹的LD都是從解理麵發射激光的,可以統稱這些LD為邊發射LD。在半導體激光器中,邊發射LD占絕對優勢。但是,這種LD的發散角較大(特別是在垂直於pn結的方向上),器件集成的密度較低,功率也不夠大。
可以讓激光從垂直於pn結方向上輸出,這類LD統稱為表麵發射LD。其主要特點是:(a)能構成兩維光源,輸出光功率高,發散角小;(b)在兩維光源中,每個激光器都可單獨地隨機驅動,可通過光學場相互耦合;(c)可位於半導體表麵的任何部位,容易同光電集成回路、其他光波導器件耦合等。預計它可在固體激光器的泵浦、計算機或電子回路之間提供光互連、衛星通信、激光加工等領域獲得廣泛應用。
表麵發射LD有水平腔型和垂直腔型兩種類型,水平腔型又有光柵型、45°角型等結構。光柵型表麵發射LD(GSE)與DFB激光器、DBR激光器的結構類似,pn結位於水平方向,一級或二級光柵為激光振蕩提供光反饋,一部分光從光柵表麵垂直輸出,還有一部分光從光柵的另一段輸出,與另一個CSE耦合,從而可產生相幹的兩維發射光源,激光功率可高達數瓦,且具有較小的發散角。光柵型表麵發射LD的體積同普通的邊發射激光器類似,但比垂直腔表麵發射LD大得多,光電轉換效率也比垂直腔表麵發射LD大得多。
GSE列陣具有公共的、不受破壞的量子阱波導,使激光器和其他波導之間的耦合大為簡化。45°角型表麵發射LD與光柵型表麵發射LD的結構基本類似,pn結位於水平方向,在腔的兩端,用反應離子蝕刻等技術製作45°角,讓光從垂直於表麵的方向上發射出來。45°角的製備技術要求較高,稍有偏離,光就會偏離與表麵垂直的方向。此外,45°角區的光損耗也較大,使激光器效率下降。45°角型表麵發射LD的體積同普通的邊發射LD類似,但同垂直腔表麵發射LD相比,它仍然具有效率高,輸出功率大等優點。最近,人們還采用45°角棱鏡,將幾隻波長不同的LD的輸出光垂直地與光纖耦合,構成多波長LD。
共振腔與pn結垂直的表麵發射LD,稱為垂直腔表麵發射半導體激光器(VCSEL),是微型激光器的一個類型。這種激光器極小,腔長約為5微米,其中增益區長僅為24納米,其餘部分為由多層反射膜構成的光反饋區。激光器發光麵積約為1.5微米,整個激光器的激活體積比普通的雙異質結激光器小一個微量級,約為0.05微米3。閾值電流預計可小至10微安,縱模間隔很大,達100納米量級,因此呈單縱模運轉,無跳模現象。光譜線寬較窄,GaAs VCSEL的輸出線寬僅為50MHz。可在高頻工作,在正弦調製時,3分貝帶寬已達8GHz。這種激光器可以非常高的器件密度構成兩維發射光源,已實現的器件密度為2×106個/厘米2。這些器件可以分別取址,可構成空間不相幹但時間相幹的兩維發射光源。輸出功率較大,而且輸出的光束無象散、可形成圓形光斑。
最近,有關高功率、側向電流注入的VCSEL的研究十分活躍。如朗訊公司,用低壓MOCVD,在〈100〉GaAs襯底上生長的激光結構,其多量子阱應力補償層含有3個InGaAs阱和GaAsP壘,50納米厚的AlAs層位於作用區和高摻GaAs層之間,腔長僅為3個波長。用氧氣法製作直徑分別為4微米和50微米激活窗口,前者,Ith=1.5微米,輸出幾毫瓦;後者可輸出250毫瓦,波長1微米。該激光器可用來泵浦光纖激光器;施樂公司正在研究高密度的VCSEL列陣,準備用於打印機。