[發明專利]模式控制激光系統

有效

• 申請號: 201380076121.8
• 申請日: 2013-06-20
• 公開（公告）號: CN105164871A
• 公開（公告）日: 2015-12-16
• 發明（設計）人: 韋恩·瑟林;邁克爾·瑞恩·泰·譚;戴維·A·法塔勒;馬科斯·菲奧倫蒂諾
• 申請（專利權）人: 惠普發展公司;有限責任合伙企業
• 主分類號: H01S3/10
• 分類號: H01S3/10
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 郭艷芳;康泉

1.一種模式控制激光系統，包括：

有源區，用于響應于電信號生成光能量；

反光鏡，用于使所述光能量在光腔中發生共振；和

被布置在所述光腔中的高對比度光柵(HCG)模式控制反射器，所述高對比度光柵(HCG)模式控制反射器用于將共振的光能量控制為基本上非高斯強度分布，使得所述共振的光能量作為具有所述基本上非高斯強度分布的光信號發出。

2.根據權利要求1所述的系統，其中基本上平面的HCG模式控制反射器包括由跨所述HCG模式控制反射器的表面的梯度圖案限定的多個共振結構。

3.根據權利要求2所述的系統，其中所述多個共振結構在尺度上為亞波長或由第一材料制造并且基本上被第二材料圍繞，其中所述第一材料的折射率與所述第二材料的折射率之間的差大于或等于一。

4.根據權利要求2所述的系統，其中所述梯度圖案被定義為具有由梯度限定的可變尺度的所述多個共振結構，或所述梯度圖案被定義為具有近似相等的尺度并且以由所述梯度限定的密度填充基本上平面的HCG透鏡的所述多個共振結構。

5.根據權利要求2所述的系統，其中所述梯度圖案包括沿所述HCG模式控制反射器的半徑延伸的多個梯度圖案。

6.根據權利要求1所述的系統，其中所述HCG模式控制反射器被布置為反射元件，所述反射元件與所述反光鏡協作以使所述光能量在所述光腔中發生共振。

7.根據權利要求1所述的系統，進一步包括另一反光鏡，所述另一反光鏡互連所述HCG模式控制反射器和所述有源區，并且與所述反光鏡協作，以使所述光能量在所述光腔中發生共振。

8.根據權利要求1所述的系統，其中所述模式控制激光系統被布置為垂直腔面發射激光器(VCSEL)，并且其中所述有源區被布置為所述VCSEL的有源區層，其中所述反光鏡被布置為所述VCSEL的反射層，并且其中所述HCG模式控制反射器被布置為所述VCSEL的模式控制層。

9.根據權利要求1所述的系統，其中所述非高斯強度分布被生成為關于所述有源區的單模的單模非高斯強度分布。

10.一種光耦合系統，包括根據權利要求1所述的模式控制激光系統，所述光耦合系統進一步包括用于將所述光信號的基本上非高斯強度分布轉換為不同的強度分布的模式轉換HCG透鏡。

11.一種方法，包括：

向垂直腔面發射激光器(VCSEL)的有源區提供電信號以生成光能量；

使所述光能量在光腔中發生共振；

經由高對比度光柵(HCG)模式控制元件控制所述光能量的模式，以提供具有基本上非高斯強度分布的光信號；

從所述VCSEL發出所述光信號；

經由HCG透鏡將所述光信號的基本上非高斯強度分布轉換為不同的強度分布；以及

經由所述HCG透鏡將具有所述不同的強度分布的光信號發射到光傳播器件中。

12.根據權利要求11所述的方法，其中使所述光能量發生共振包括使所述光能量在由反光鏡和所述HCG模式控制反射器限定的光腔中發生共振，所述反光鏡和所述HCG模式控制反射器各自協作，以在所述光腔中反射所述光能量。

13.根據權利要求11所述的方法，其中基本上平面的HCG透鏡包括由跨所述HCG模式控制反射器的表面的梯度圖案限定的多個共振結構，其中所述梯度圖案被定義為具有由梯度限定的可變尺度的所述多個共振結構，或所述梯度圖案被定義為具有近似相等的尺度并且以由所述梯度限定的密度填充所述基本上平面的HCG透鏡的所述多個共振結構。

14.一種垂直腔面發射激光器(VCSEL)，包括：

有源區層，用于響應于電信號生成光能量；

反光鏡層，用于使所述光能量在光腔中發生共振；和

模式控制層，包括被布置在所述光腔中用于將共振的光能量控制為基本上非高斯強度分布的高對比度光柵(HCG)元件，所述HCG元件包括由跨所述HCG模式控制反射器的表面的梯度圖案限定的多個共振結構，使得所述共振的光能量作為具有所述非高斯強度分布的光信號發出。

15.一種光學器件封裝件，包括根據權利要求14所述的VCSEL，該封裝件進一步包括：

耦合機構，用于容納用于接收所述光信號的光傳播器件；和

用于互連所述VCSEL和所述耦合機構的高對比度光柵(HCG)透鏡，所述HCG透鏡用于將所述基本上非高斯強度分布轉換為不同的強度分布，并且將具有所述不同的強度分布的光信號發射到所述光傳播器件中。