本申请大体上涉及单模激光器。
背景技术：
1、激光器广泛应用于电信、传感、测试和测量等领域。许多大功率激光器都不是单模的，而许多单模激光器都不能提供较大的光学功率。
技术实现思路
1、能够提供较大光学功率和单模操作的大功率单模激光器可用于多种应用。本文描述的示例实施例具有若干特征，其中没有任何一个特征是不可或缺的，也没有任何一个特征是单独负责其所需属性的。在不限制权利要求的范围的情况下，现将对一些有益特征进行概述。
2、一些实施例提供了一种包括波导的激光器，其中，所述波导用于支持受垂直约束的基本光学模式和至少一个受垂直约束的高阶光学模式。所述激光器还包括相对于所述波导位于第一位置的有源区。所述激光器还包括相对于所述波导位于第二位置的光栅(又称为光栅层)。所述有源区的所述第一位置以及所述光栅的所述第二位置用于减小所述基本光学模式的第一激光阈值并增大所述至少一个高阶光学模式的第二激光阈值。
3、一些实施例提供了一种用于设计包括波导、有源区和光栅的激光器的方法。所述方法包括：提供所述有源区的位置和所述光栅的位置。所述方法还包括：计算用于所述有源区的所述位置以及所述光栅的所述位置的所述波导支持的至少垂直受限的第一光学模式和至少一个垂直受限的第二光学模式。所述方法还包括调节所述有源区和所述光栅的位置，以使所述第一光学模式和所述光栅之间的重叠值与所述第一光学模式和所述有源区之间的重叠值的第一乘积大于所述至少一个第二光学模式和所述光栅之间的重叠值与所述至少一个第二光学模式和所述有源区之间的重叠值的第二乘积。所述方法还包括重新计算至少所述第一光学模式和所述至少一个第二光学模式，并确定由调节后的所述有源区和所述光栅的位置引起的至少所述第一光学模式和所述至少一个第二光学模式的扰动。所述方法还包括计算所述第一乘积和所述第二乘积之间的差值。所述方法还包括：如果所述差值小于阈值，则调整所述有源区和所述光栅的位置，以使所述第一乘积大于所述第二乘积。
4、一些实施例提供了一种激光器。所述激光器包括用于支持垂直基本光学模式和至少一个垂直受限高阶光学模式的波导、相对于所述波导位于第一位置的有源区、相对于所述波导位于第二位置的光栅。所述第一位置和所述第二位置中的至少一个与具有至少一个高阶模式的零值重叠。
5、一些实施例提供了一种激光器。所述激光器包括用于支持基本垂直光学模式和至少第一高阶垂直光学模式的波导层、相对于所述波导层位于第一位置的第一有源区、相对于所述波导层位于第二位置的第二有源区。所述激光器还包括位于所述第一位置和所述第二位置之间的隧道结，以及相对于所述波导层位于第三位置的光栅。所述第一有源区的所述第一位置和所述第二有源区的所述第二位置以及所述光栅的所述第三位置用于使所述基本垂直光学模式的第一激光阈值小于用于所述第一高阶垂直光学模式的第二激光阈值。
6、一些实施例提供了一种用于设计包括波导层、至少两个有源区和光栅的激光器的方法。所述方法包括：提供第一有源区的第一位置、第二有源区的第二位置、所述光栅的第三位置；计算用于所述第一有源区的所述第一位置和所述第二有源区的所述第二位置以及所述光栅的所述第三位置的所述波导层支持的至少受限垂直的第一垂直光学模式和至少一个垂直受限的第二垂直光学模式；所述方法还包括调节所述有源区和所述光栅的位置，以使所述第一垂直光学模式和所述光栅之间的重叠值与所述第一垂直光学模式和所述第一及第二有源区之间的重叠值的第一乘积大于所述至少一个第二垂直光学模式和所述光栅之间的重叠值与所述至少一个第二垂直光学模式和所述第一及第二有源区之间的重叠值的第二乘积。所述方法还包括重新计算至少所述第一垂直光学模式和所述至少一个第二垂直光学模式，并确定由调节后的所述第一及第二有源区和所述光栅的位置引起的至少所述第一垂直光学模式和所述至少一个第二垂直光学模式的扰动；计算所述第一乘积和所述第二乘积之间的差值；如果所述差值小于阈值，则调节所述第一及第二有源区和所述光栅的位置，以使所述第一乘积大于所述第二乘积。
7、一些实施例提供了一种激光器。所述激光器包括用于支持第一垂直光学模式和至少垂直受限的第二垂直光学模式的波导层、相对于所述波导层位于第一位置的第一有源区、相对于所述波导层位于第二位置的第二有源区、位于所述第一位置下方且位于所述第二位置上方的隧道结、以及相对于所述波导层位于第三位置的光栅。所述第一垂直光学模式和所述光栅之间的重叠值与所述第一垂直光学模式和所述第一及第二有源区之间的重叠值的第一乘积大于所述第二垂直光学模式和所述光栅之间的重叠值与所述第二垂直光学模式和所述第一及第二有源区之间的重叠值的第二乘积。
8、一些实施例提供了一种激光器。所述激光器包括用于支持第一垂直光学模式和至少垂直受限的第二垂直光学模式的波导层、相对于所述波导层位于第一位置的第一有源区、相对于所述波导层位于第二位置的第二有源区、相对于所述波导层位于第三位置的第三有源区、位于所述第一位置下方且位于所述第二位置上方的第一隧道结、位于所述第二位置下方且位于所述第三位置上方的第二隧道结、以及相对于所述波导层位于第四位置的光栅。所述第一垂直光学模式和所述光栅之间的重叠值与所述第一垂直光学模式和所述第一、第二和第三有源区之间的重叠值的第一乘积大于所述第二垂直光学模式和所述光栅之间的重叠值与所述第二垂直光学模式和所述第一、第二和第三有源区之间的重叠值的第二乘积。
9、一些实施例提供了一种激光器。所述激光器包括用于支持至少基本垂直光学模式的波导层、位于所述波导层上方的脊层、位于所述波导层和所述脊层之间的高指数层、以及位于所述波导层内的至少两个有源区，其中，所述高指数层的折射指数大于所述脊层的折射指数和所述波导层的折射指数；所述有源区用于为所述基本垂直光学模式提供光学增益。
1.一种激光器，包括：
2.根据权利要求1所述的激光器，其中，所述光栅与所述基本垂直光学模式的峰值重叠。
3.根据权利要求1所述的激光器，其中，所述光栅与所述第一高阶垂直光学模式的零值重叠。
4.根据权利要求1所述的激光器，其中，所述波导层用于支持第二高阶垂直光学模式；所述光栅与所述第一或第二高阶垂直光学模式的零值重叠。
5.根据权利要求1所述的激光器，其中，所述基本垂直光学模式和所述光栅之间的重叠值与所述基本垂直光学模式和所述第一及第二有源区之间的重叠值的第一乘积大于所述第一高阶垂直光学模式和所述光栅之间的重叠值与所述第一高阶垂直光学模式和所述第一及第二有源区之间的重叠值的第二乘积。
6.根据权利要求4所述的激光器，其中，所述基本垂直光学模式和所述光栅之间的重叠值与所述基本垂直光学模式和所述第一及第二有源区之间的重叠值的第一乘积大于所述第二高阶垂直光学模式和所述光栅之间的重叠值与所述第二高阶垂直光学模式和所述第一及第二有源区之间的重叠值的第二乘积。
7.根据权利要求1所述的激光器，其中，用于所述基本垂直光学模式的所述第一激光阈值包括第一阈值注入电流；用于所述第一高阶垂直光学模式的所述第二激光阈值包括大于所述第一阈值注入电流的第二阈值注入电流，其中，提供给所述激光器并大于所述第一阈值注入电流的注入电流生成输出光束；相对于所述基本垂直光学模式的贡献值，所述输出光束中的所述第一高阶垂直光学模式的贡献值被抑制了至少10db。
8.根据权利要求4所述的激光器，其中，所述第一有源区的所述第一位置和所述第二有源区的所述第二位置以及所述光栅的所述第三位置还用于使所述基本垂直光学模式的所述第一激光阈值小于用于所述第二高阶垂直光学模式的第三激光阈值。
9.根据权利要求8所述的激光器，其中，所述基本垂直光学模式的所述第一激光阈值包括第一阈值注入电流；所述第一高阶垂直光学模式的所述第二激光阈值包括第二阈值注入电流；所述第二高阶垂直光学模式的所述第三激光阈值包括第三阈值注入电流，其中，所述第三阈值电流大于所述第二阈值注入电流；所述第二阈值电流大于所述第一阈值注入电流。
10.根据权利要求9所述的激光器，其中，提供给所述激光器并大于所述第一阈值注入电流的注入电流生成输出光束；相对于所述基本垂直光学模式的贡献值，所述输出光束中的所述第一和第二高阶垂直光学模式的贡献值被抑制了至少10db。
11.根据权利要求1所述的激光器，其中，所述激光器输出的光的光学功率介于大约10mw和大约50w之间。
12.根据权利要求1所述的激光器，其中，所述波导层包括多个第一层和多个第二层，所述多个第一层包括具有第一折射指数的第一材料，所述多个第二层包括具有第二折射指数的第二材料。
13.根据权利要求1所述的激光器，其中，所述第一和第二有源区中的至少一个位于所述波导层内。
14.根据权利要求1所述的激光器，其中，所述光栅位于所述波导层内。
15.根据权利要求1所述的激光器，其中，所述波导层位于第一区域和第二区域之间并被所述第一区域和所述第二区域垂直约束；所述第一区域包括具有第一折射指数的第一材料；所述第二区域包括具有第二折射指数的第二材料；所述波导层包括具有第三折射指数的第三材料；所述第一折射指数小于所述第三折射指数；并且所述第二折射指数小于所述第三折射指数。
16.根据权利要求1所述的激光器，其中，所述第三位置位于所述第二位置之上且在所述第一位置之下。
17.根据权利要求1所述的激光器，其中，所述第三位置与所述隧道结重叠。
18.一种用于设计激光器的方法，所述激光器包括波导层、至少两个有源区和光栅，其中，所述方法包括：
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述方法还包括：提供位于所述第一和第二位置之间的隧道结的第四位置。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，计算所述第一垂直光学模式和所述第二垂直光学模式包括：针对所述隧道结的所述第四位置计算所述第一垂直光学模式和所述第二垂直光学模式。
21.一种激光器，包括：
