[發(fā)明專利]上電極中置電極對角分布垂直腔面發(fā)射半導體激光器

有效

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• 申請日: 2020-03-18
• 公開（公告）號: CN111370994B
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發(fā)明（設計）人: 晏長嶺;逄超;楊靜航;馮源;郝永芹;張劍家
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: H01S5/042
• 分類號: H01S5/042;H01S5/187;H01S5/30
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產權代理有限公司 22214
• 代理人: 王丹陽

上電極中置電極對角分布垂直腔面發(fā)射半導體激光器屬于半導體激光器技術領域。本發(fā)明其特征在于，中空的柱體包括兩部分，一部分是內含齊頂高阻區(qū)的圓環(huán)柱體，該圓環(huán)柱體的軸線與圓柱形齊頂高阻區(qū)的軸線重合，另一部分是自所述圓環(huán)柱體側面任意處拓展出去的螺旋線柱體，該螺旋線柱體的螺旋線極坐標方程為其中初始極半徑ρ₀在115μm～200μm范圍內確定，形變因子ε在0.5～3.0范圍內確定，極角在范圍內確定；上電極位于所述螺旋線柱體的上表面上；中置電極位于下分布布拉格反射鏡的內鏡面上，且位于所述中空的柱體之外，中置電極的形狀與上電極的形狀相同；上電極與中置電極以上電極的幾何中心與中置電極的幾何中心的連線與所述圓環(huán)柱體軸線的交點O'為對稱中心呈點對稱分布。

技術領域

本發(fā)明涉及一種上電極中置電極對角分布垂直腔面發(fā)射半導體激光器，屬于半導體激光器技術領域。

背景技術

渦旋光是具有螺旋型相位波前和相位奇點的光束，在傳播過程中波前會以傳播方向為軸、以螺旋的方式繞軸傳播，形成渦旋光場。利用渦旋光場的軌道角動量以及暗中空特性，能夠在光學微操控中用渦旋光來捕獲、控制和旋轉微觀粒子，以及用渦旋光來存儲數(shù)據(jù)，進行信息的編碼、解碼、記錄和傳輸，測量物體的微小形變等。相比于渦旋光，渦旋空心光中心光強為零的區(qū)域較大，其暗中空特性更強。渦旋空心光除了具有渦旋光的用途外，在材料處理、超分辨顯微鏡、量子密碼和量子通信等領域也有其用途。

在現(xiàn)有技術中，專利號為ZL201811252788.X的一件中國發(fā)明專利公開了一項名稱為“能夠發(fā)射渦旋空心光的垂直腔面發(fā)射半導體激光器”的方案，如圖1所示，自上而下依次是上電極1、歐姆接觸層2、上分布布拉格反射鏡3、氧化物限制層4、有源增益區(qū)5、下分布布拉格反射鏡6、襯底7、下電極8；歐姆接觸層2、上分布布拉格反射鏡3以及有源增益區(qū)5層疊在一起構成一個具有空心部分的圓柱區(qū)域，該圓柱區(qū)域的內徑為85μm～95μm、外徑為115μm～125μm；氧化物限制層4的形狀為環(huán)形，所述環(huán)形的寬度為3μm～5μm，所述環(huán)形的外徑與所述圓柱區(qū)域的外徑尺寸相同；在所述圓柱區(qū)域的空心部分的下面有高阻區(qū)9，高阻區(qū)9的底面與下分布布拉格反射鏡6接觸，高阻區(qū)9的頂面的高度高于上分布布拉格反射鏡3的內鏡面、低于上分布布拉格反射鏡3的外鏡面；其特征在于，上電極1位于歐姆接觸層2上表面邊緣的局部區(qū)域，下電極8位于襯底7下表面邊緣的局部區(qū)域，上電極1的幾何中心、下電極8的幾何中心的連線與激光器軸線相交，上電極1的圓心角θ′、下電極的圓心角θ″均在30°～90°范圍內。另外，上電極1、下電極8的形狀為弓形，或者為圓心角在30°～90°范圍內的環(huán)形，分別如圖2、圖3所示。該激光器在工作過程中，電流自上電極1注入，由于下電極8位于上電極1對向下方，電流需沿上下方向對角線流動，同時，在激光器中心區(qū)域還有高阻區(qū)9的存在，使得電流并不是均勻分布注入，而是繞行高阻區(qū)9以渦旋方式注入，以至于在有源增益區(qū)5內形成注入電流的非均性旋轉注入效應，從而在有源增益區(qū)5內產生渦旋增益模式效果，進而形成渦旋空心光束輸出，如圖4所示。

不過，所述現(xiàn)有技術還是有其不足。這種模式的渦旋光，由于上電極、下電極之間的橫向距離較近，導致軌道角動量較小、渦旋效果差；而上電極、下電極之間的縱向距離卻過遠，導致電阻過大，器件發(fā)熱嚴重。另外，由于下電極位于襯底下表面，在后續(xù)一系列工藝過程中，需要對器件進行翻轉、擠壓等操作，免不了會對器件造成損傷；同時，現(xiàn)有工藝技術很難按照技術方案所確定的電極位置準確制作電極。

發(fā)明內容

為了進一步改善現(xiàn)有垂直腔面發(fā)射半導體激光器輸出的渦旋空心光的渦旋效果，減輕器件發(fā)熱情況，減輕器件工藝損傷，提高電極位置的制作準確程度，我們發(fā)明了一種上電極中置電極對角分布垂直腔面發(fā)射半導體激光器。