[發明專利]一種出射相干光的VCSEL陣列芯片

有效

• 申請號: 202110546169.7
• 申請日: 2021-05-19
• 公開（公告）號: CN113258438B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 李沖;張琛輝;李占杰;楊帥;李巍澤
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H01S5/10
• 分類號: H01S5/10;H01S5/183;H01S5/42;G02B5/00
• 代理公司: 北京匯信合知識產權代理有限公司 11335
• 代理人: 林聰源

本發明公開了一種出射相干光的VCSEL陣列芯片，屬于激光器技術領域，包括VCSEL激光芯片，VCSEL激光芯片包括襯底層、第一反射鏡以及激光發射單元陣列；與VCSEL激光芯片間隔設置的等離子體輻射層，且在等離子體輻射層一面上刻畫有與激光發射單元陣列相對應的等離子體輻射柵，另一面設有反射層；第一激光發射單元垂直向等離子輻射層發射激光，使得等離子體輻射柵的自由電子發生集體振蕩，激發出表面等離激元，表面等離激元在等離子體輻射柵和等離子體輻射層之間振蕩傳播，表面等離激元在反射層的作用下，以倏逝波形式垂直于等離子體輻射層表面方向傳播，并激發第二激光發射單元發光，發出相干光。

技術領域

本發明涉及激光器技術領域，尤其涉及一種出射相干光的VCSEL陣列芯片。

背景技術

隨著技術的不斷發展和突破，半導體激光器正向發射波長更短、發射功率更大、超小型、長壽命的方向發展，以滿足各種應用的需要，產品種類日益豐富。在激光加工、3D打印、激光雷達、激光測距、軍事、醫療和生命科學等方面也得到了大量應用。另外，通過耦合進光纖進行傳輸，大功率直接半導體激光器在切割和焊接領域得到了廣泛應用。

垂直腔面發射激光器相比于邊發射激光器，有很多優勢。比如閾值電流低，可以單縱模工作，圓形對稱光斑，易于二維集成，無光學災難性損傷等。而激光器陣列由于可以獲得較高功率，被廣泛地應用于工業加工、泵浦源等領域，但是，隨著科技發展，越來越多的領域對高光束質量、高亮度、窄線寬、高相干度的高功率激光的需求不斷增長。

一般的垂直腔面發射激光器陣列，由于不能夠實現線陣中各個出光單元間的光子相互注入，因而不存在相干性，這就導致了出射激光線寬較寬，模式特性差，遠場發散角大，亮度低，限制了其應用。由于垂直腔面發射激光器陣列涉及多個激光器，其出射的光之間的相干性差，不能滿足現實需求。

因此需要研制出一種出射相干光的激光器陣列芯片來實現高功率、高相干性的特性。

發明內容

針對上述問題中存在的不足之處，本發明提供一種出射相干光的VCSEL陣列芯片。

為實現上述目的，本發明提供一種出射相干光的VCSEL陣列芯片，包括：

VCSEL激光芯片，所述VCSEL激光芯片從上至下包括襯底層、第一反射鏡以及激光發射單元陣列，每個所述激光發射單元與所述第一反射鏡接觸邊緣設有N電極，其端面邊緣設有P電極，且在所述激光發射單元上與所述P電極不接觸的位置設有第一鈍化層，在所述第一反射鏡上與所述N電極不接觸的位置設有第二鈍化層；

與所述VCSEL激光芯片間隔設置的等離子體輻射層，且在所述等離子體輻射層一面上刻畫有與所述激光發射單元陣列相對應的等離子體輻射柵，另一面上設有反射層；

其中，所述激光發射單元從上至下依次包括有源層、氧化限制層和第二反射鏡，所述氧化限制層的中間設有通光孔，且所述激光發射單元陣列中包括第一激光發射單元和第二激光發射單元，所述第一激光發射單元在所述第一反射鏡上增加增反膜，所述第二激光發射單元在所述第二反射鏡上增加增反膜，使得所述第一激光發射單元垂直向所述等離子輻射層發射激光，使得所述等離子體輻射柵的自由電子發生集體振蕩，激發出表面等離激元，所述表面等離激元在所述等離子體輻射柵和所述等離子體輻射層之間震蕩傳播，且所述表面等離激元在所述反射層的作用下，以倏逝波形式垂直于所述等離子體輻射層表面方向傳播，并激發所述第二激光發射單元發光，發出相干光。

優選的是，所述第一反射鏡為Al_xGa_(1-x)As/Al_yGa_(1-y)As雙層結構的N型分布式布拉格反射鏡，反射率為99％-99.5％。

優選的是，所述第一反射鏡的對數為5至20對。