[發(fā)明專利]一種激光器

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210371710.6
• 申請(qǐng)日: 2012-09-29
• 公開（公告）號(hào): CN102868087A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金鵬;馬龍;林杰;譚久彬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01S5/10
• 分類號(hào): H01S5/10;H01S5/12
• 代理公司: 北京馳納智財(cái)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11367
• 代理人: 謝亮;王志剛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微納光學(xué)、應(yīng)用光學(xué)和衍射光學(xué)交叉技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種激光器，尤其是出射端面集成有光柵-菲涅爾透鏡復(fù)合結(jié)構(gòu)的亞波長(zhǎng)聚焦的半導(dǎo)體激光器。

背景技術(shù)

具有出射光束自聚焦功能的半導(dǎo)體激光器在光存儲(chǔ)，激光加工及光探針測(cè)量領(lǐng)域有著重要應(yīng)用前景。

哈佛大學(xué)的Nanfang?Yu等人在量子級(jí)聯(lián)激光器出射端面的一側(cè)加工了帶有二元周期凹槽結(jié)構(gòu)的非對(duì)稱金膜，使得紅外波段激光的發(fā)散角顯著降低。

西北大學(xué)的Dibyendu?Dey等人在量子激光器出射端面集成了金屬-介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)，在出射端面表面實(shí)現(xiàn)了4000倍入射光強(qiáng)度的聚焦光斑。?由于焦距只有幾十納米，不能滿足遠(yuǎn)場(chǎng)聚焦的需求。

賓西法尼亞州立大學(xué)的Chuan?Yang等人將鋸齒型光柵-菲涅爾混合透鏡設(shè)計(jì)在光路系統(tǒng)中來實(shí)現(xiàn)亞波長(zhǎng)聚焦和分光功能，混合透鏡采用BK7玻璃制成。由于設(shè)計(jì)采用點(diǎn)光源，不適合與激光器一體化集成，且其聚焦方式為離軸式。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種高集成度的亞波長(zhǎng)聚焦激光器。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種激光器，包括激光出射端面，其特征在于：出射端面為光柵和菲涅爾透鏡的復(fù)合結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的是：所述光柵為環(huán)形光柵。

在上述任一方案中優(yōu)選的是：所述光柵周期為激光波長(zhǎng)的0.5～5倍。

在上述任一方案中優(yōu)選的是：所述光柵由半導(dǎo)體材料制成。

在上述任一方案中優(yōu)選的是：所述半導(dǎo)體材料為硅、氮化硅、砷化鎵或氮化鎵中的一種。

在上述任一方案中優(yōu)選的是：所述光柵由金屬材料制成。

在上述任一方案中優(yōu)選的是：所述金屬材料為金、銀、鋁或鈦中的一種。

在上述任一方案中優(yōu)選的是：所述光柵為凹槽結(jié)構(gòu)、狹縫結(jié)構(gòu)、狹縫結(jié)構(gòu)或鋸齒結(jié)構(gòu)中的一種。

在上述任一方案中優(yōu)選的是：所述菲涅爾透鏡在工作波段為透光介質(zhì)材質(zhì)。

在上述任一方案中優(yōu)選的是：所述透光介質(zhì)材質(zhì)為二氧化硅、融石英或聚甲基丙烯酸甲酯中的一種。

在上述任一方案中優(yōu)選的是：所述菲涅爾透鏡為表面是連續(xù)浮雕結(jié)構(gòu)或二元臺(tái)階結(jié)構(gòu)或多臺(tái)階結(jié)構(gòu)的透鏡。

在上述任一方案中優(yōu)選的是：所述菲涅爾透鏡為同心圓結(jié)構(gòu)或平行結(jié)構(gòu)。

在上述任一方案中優(yōu)選的是：所述激光器為半導(dǎo)體激光器。

在上述任一方案中優(yōu)選的是：還包括激光諧振腔，出射端面為激光諧振腔的外表面。

本文采用光柵與透鏡材料不同的雙層結(jié)構(gòu)，提出出射端面集成有光柵-菲涅爾復(fù)合結(jié)構(gòu)的亞波長(zhǎng)聚焦激光器。本發(fā)明可在光軸上實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)場(chǎng)亞波長(zhǎng)聚焦。根據(jù)預(yù)設(shè)焦距設(shè)計(jì)菲涅爾透鏡，將光柵周期與工作波長(zhǎng)相匹配，通過對(duì)光柵厚度和占空比的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在低深寬比加工要求的同時(shí)獲得較好的聚焦效果。選擇IC工藝常見的硅和二氧化硅作為端面復(fù)合結(jié)構(gòu)集成的材料，使雙層結(jié)構(gòu)的微光學(xué)元件加工方法與標(biāo)準(zhǔn)集成電路加工工藝間具有良好的工藝兼容性，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)合結(jié)構(gòu)與半導(dǎo)體激光器的集成，得到具有光束整形能力的一體化激光器。激光器一體化結(jié)構(gòu)，可以使得這種激光器在激光直寫，光探針檢測(cè)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等方面具有良好的應(yīng)用效果。

本發(fā)明的有益效果是：由于本發(fā)明采用了出射端面上加工有光柵、菲涅爾透鏡的復(fù)合結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器，根據(jù)光柵的散射對(duì)等效數(shù)值孔徑的提高作用和菲涅爾透鏡對(duì)光的匯聚作用，因此具有體積小、集成度高的特點(diǎn)；實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)場(chǎng)超分辨、長(zhǎng)焦深聚焦；具有抗波長(zhǎng)擾動(dòng)能力，能實(shí)現(xiàn)帶通功能，消除非目標(biāo)波長(zhǎng)的影響。

附圖說明

圖1是按照本發(fā)明的亞波長(zhǎng)聚焦激光器的一優(yōu)選實(shí)施例中光柵-菲涅爾透鏡復(fù)合結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1所示實(shí)施例中端面集成有光柵-菲涅爾復(fù)合結(jié)構(gòu)的亞波長(zhǎng)聚焦激光器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是圖1所示實(shí)施例中波長(zhǎng)為500nm的光經(jīng)過光柵-菲涅爾透鏡復(fù)合結(jié)構(gòu)聚焦結(jié)果圖。

圖4是圖1所示實(shí)施例中波長(zhǎng)為500nm的光經(jīng)過光柵-菲涅爾透鏡復(fù)合結(jié)構(gòu)聚焦后，在X軸和Y軸方向的強(qiáng)度分布圖。

圖5是圖1所示實(shí)施例中相對(duì)半高寬與波長(zhǎng)的關(guān)系示意圖。

圖中：1.菲涅爾透鏡、2.光柵、3.激光器、4.出射端面與復(fù)合結(jié)構(gòu)之間的二氧化硅。

具體實(shí)施方式

在波長(zhǎng)????????????????????????????????????????????????的激光器3出射端面加工光柵-菲涅爾透鏡復(fù)合結(jié)構(gòu)。

（1）??在激光器出射端面集成有環(huán)形光柵2。