[發(fā)明專利]一種基于模式轉(zhuǎn)換的激光系統(tǒng)及激光生成方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011019809.0
• 申請日: 2020-09-24
• 公開（公告）號: CN112202044B
• 公開（公告）日: 2022-12-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉敬偉;翟珊
• 申請（專利權(quán)）人: 國科光芯(海寧)科技股份有限公司
• 主分類號: H01S5/00
• 分類號: H01S5/00
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11250
• 代理人: 李靜玉

本發(fā)明公開了一種基于模式轉(zhuǎn)換的激光系統(tǒng)及激光生成方法，該系統(tǒng)包括：激光發(fā)射單元和模式轉(zhuǎn)換單元，激光發(fā)射單元用于輸出激光信號；模式轉(zhuǎn)換單元用于接收激光信號，根據(jù)激光信號中包含的不同模式的激光信號將激光信號進(jìn)行分離，得到不同模式的激光信號；將不同模式的激光信號進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換得到多個預(yù)設(shè)模式的激光信號；將多個預(yù)設(shè)模式的激光信號進(jìn)行相位調(diào)制，使得調(diào)制后的多個激光信號之間實現(xiàn)干涉增強后輸出。通過實施本發(fā)明，基于模式轉(zhuǎn)換對激光模式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，同時采用相位調(diào)制對激光進(jìn)行干涉增強，實現(xiàn)了高功率激光輸出的目的，同時由于模式轉(zhuǎn)換保證了輸出光束的準(zhǔn)直性，解決了在輸出較大的功率時必然導(dǎo)致高階的橫模產(chǎn)生的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及大功率有源器件的片上集成領(lǐng)域，具體涉及一種基于模式轉(zhuǎn)換的激光系統(tǒng)及激光生成方法。

背景技術(shù)

日益成熟的CMOS工藝使得高集成度、低成本的光電子芯片得到發(fā)展，同時推進(jìn)了各種小型化可片上集成激光器的應(yīng)用潛力。隨著芯片技術(shù)的成熟，以激光器作為核心元件的三維傳感(3D Sensing)逐漸應(yīng)用到各個領(lǐng)域中，例如，在活體檢測，虹膜識別，AR/VR技術(shù)、自動駕駛以及機器人識別和機器人避險等領(lǐng)域都實現(xiàn)了不同程度的發(fā)展。

然而，現(xiàn)有的激光器，例如垂直腔面發(fā)射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，VCSEL)的出射光功率較小且發(fā)散角較大使其在自動駕駛等領(lǐng)域的應(yīng)用得到限制。雖然激光器出射功率可以隨激勵的增加而增大，但較大的輸出功率必然導(dǎo)致高階的橫模產(chǎn)生，影響輸出光束的質(zhì)量，限制了激光器的應(yīng)用領(lǐng)域，由此解決其功率和發(fā)散角問題變得至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明實施例提供一種基于模式轉(zhuǎn)換的激光系統(tǒng)及激光生成方法，以解決現(xiàn)有的激光器在輸出較大的功率時必然導(dǎo)致高階的橫模產(chǎn)生的技術(shù)問題。

本發(fā)明實施例第一方面提供一種基于模式轉(zhuǎn)換的激光系統(tǒng)，該激光系統(tǒng)包括：激光發(fā)射單元和模式轉(zhuǎn)換單元，所述激光發(fā)射單元用于輸出激光信號；所述模式轉(zhuǎn)換單元用于接收所述激光信號，根據(jù)所述激光信號中包含的不同模式的激光信號將所述激光信號進(jìn)行分離，得到不同模式的激光信號；將所述不同模式的激光信號進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換得到多個預(yù)設(shè)模式的激光信號；將多個預(yù)設(shè)模式的激光信號進(jìn)行相位調(diào)制，使得調(diào)制后的多個激光信號之間實現(xiàn)干涉增強后輸出。

可選地，所述模式轉(zhuǎn)換單元包括：模分復(fù)用器和模式轉(zhuǎn)換器，所述模分復(fù)用器根據(jù)所述激光信號中包含的不同模式的激光信號將所述激光信號進(jìn)行分離，得到不同模式的激光信號；所述模式轉(zhuǎn)換器將所述不同模式的激光信號進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換得到預(yù)設(shè)模式的激光信號輸出。

可選地，所述模式轉(zhuǎn)換單元還包括：移相器和合束器，所述移相器用于對多個預(yù)設(shè)模式的激光信號進(jìn)行相位調(diào)制，使得調(diào)制后的多個激光信號之間實現(xiàn)干涉增強；所述合束器用于接收調(diào)制后的多個激光信號，將多個激光信號進(jìn)行合束后輸出增強的激光信號。

可選地，所述模式轉(zhuǎn)換單元還包括：光耦合器，所述光耦合器用于將所述激光發(fā)射單元輸出的激光信號耦合至所述模分復(fù)用器，所述光耦合器包括：模斑轉(zhuǎn)換器、漸變波導(dǎo)及其他與激光器匹配的波導(dǎo)耦合器中的任意一種。

可選地，基于模式轉(zhuǎn)換的激光系統(tǒng)還包括：總線波導(dǎo)，所述總線波導(dǎo)連接模式轉(zhuǎn)換單元的輸出端，用于將所述模式轉(zhuǎn)換單元輸出的激光信號耦合至外接設(shè)備。

可選地，所述激光發(fā)射單元和所述模式轉(zhuǎn)換單元集成在芯片上。

可選地，所述模分復(fù)用器包括：多模干涉結(jié)構(gòu)、絕熱結(jié)構(gòu)、非對稱Y結(jié)結(jié)構(gòu)、非對稱定向耦合結(jié)構(gòu)、反向耦合光柵結(jié)構(gòu)中的任意一種。

可選地，所述模式轉(zhuǎn)換器包括：漸變波導(dǎo)結(jié)構(gòu)、多材料混合集成結(jié)構(gòu)、亞波長金屬光柵結(jié)構(gòu)、超表面結(jié)構(gòu)中的任意一種。

可選地，所述合束器包括定向耦合結(jié)構(gòu)、多模干涉耦合器、星形耦合器或光開關(guān)中的任意一種。

可選地，所述移相器包括熱光調(diào)制器或電光調(diào)制器。