[發(fā)明專利]一種質(zhì)子注入VCSEL耦合陣列與微流通道結(jié)合芯片制備方法

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• 申請日: 2022-02-24
• 公開（公告）號: CN114640021A
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 解意洋;趙英順;趙壯壯;潘冠中;徐晨
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H01S5/183
• 分類號: H01S5/183;H01S5/20
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發(fā)明公開了一種質(zhì)子注入VCSEL耦合陣列與微流通道結(jié)合芯片制備方法，本發(fā)明在兩個VCSEL耦合陣列單元間設(shè)計微流通道，通過在微流通道注入不同折射率的液體使達到光束偏轉(zhuǎn)的目的，通過采用質(zhì)子注入、光子晶體或腔誘導(dǎo)反波導(dǎo)等技術(shù)，實現(xiàn)VCSEL陣列單元間的耦合，陣列各單元發(fā)射出功率一致的相干光。利用VCSEL陣列平面結(jié)構(gòu)的特點，通過光刻、濺射、PECVD、ICP、蒸鍍等工藝，在兩個VCSEL耦合陣列單元間設(shè)計微流通道，從而獲得體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、集成度高的光束掃描芯片。它解決了傳統(tǒng)的光學(xué)相控陣光束掃描裝置中因激光光源與移相器陣列在空間上分離而導(dǎo)致的體積大、可靠性低、安裝復(fù)雜等問題，應(yīng)用前景廣闊。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體激光器技術(shù)和光束掃描技術(shù)的交叉技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種VCSEL耦合陣列與微流通道結(jié)合的液體檢測芯片。

背景技術(shù)

相控陣光學(xué)技術(shù)是一種使光束波面的光相位產(chǎn)生周期性調(diào)制的光學(xué)技術(shù)，當相位調(diào)制器陣列的各個單元獲得一個在空間上線性分布的相位時，將使光束波面在空間發(fā)生偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生光束掃描。該技術(shù)屬于低慣性純電控非機械光束掃描，具有波束指向靈活、掃描速度快、分辨率高、角度驅(qū)動范圍大等掃描特點，在高性能激光雷達、自由空間光通信、激光顯示、激光打印等各種軍事及民用領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用和需求。傳統(tǒng)的光學(xué)相控陣光束掃描裝置由激光源、光學(xué)系統(tǒng)以及移相器陣列組成，由激光源發(fā)出的相干光經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)準直和擴束后形成功率均勻分布的光束，入射到移相器陣列，從而實現(xiàn)光束的相控偏轉(zhuǎn)。由于激光源與移相器陣列在空間上是分離的，激光源、光學(xué)系統(tǒng)以及移相器都需要獨立的安裝支架及安裝構(gòu)件來固定，導(dǎo)致光束掃描裝置整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、可靠性低、安裝過程復(fù)雜、不易操作，限制了其進一步的發(fā)展和應(yīng)用。

垂直腔面發(fā)射激光器(Vertical-cavity surface-emitting laser,VCSEL)具有單縱模、低閾值、圓形光斑、易于形成二維陣列等特點，使它在高功率輸出等方面有許多獨特的優(yōu)勢。另外，VCSEL本身具有平面結(jié)構(gòu)特點，利用常規(guī)工藝便能夠較為容易地在VCSEL表面集成液晶移相器陣列等透射式光學(xué)移相器陣列，從而獲得體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、集成度高的激光光束掃描芯片。但是，常規(guī)VCSEL單管表面光場分布極不均勻，使得入射到集成在其表面的光學(xué)移相器陣列各單元的光功率不一致，無法實現(xiàn)有效的光束操控。采用VCSEL二維陣列，可以使移相器陣列各單元獲得相同的光功率。然而，普通的VCSEL陣列各個發(fā)光單元互不相干，其輸出光為非相干光，不能作為相控陣光束掃描裝置的激光源。本發(fā)明采用VCSEL耦合陣列作為激光源，可以使入射到集成在其表面的光學(xué)移相器陣列各單元的相干光功率一致。通過光刻、濺射、PECVD、刻蝕等平面工藝在VCSEL耦合陣列表面集成如液晶移相器陣列等透射式光學(xué)移相器陣列，從而將激光源與移相器陣列集成在同一個芯片上，獲得體積小、重量輕、可靠性高、便于安裝的光束掃描芯片。通過合理的設(shè)計，還可以獲得同相VCSEL耦合陣列，使得光束掃描芯片得到優(yōu)異的光束質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決傳統(tǒng)的液體檢測裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、可靠性低、安裝過程復(fù)雜、不易操作等問題。

采用平面結(jié)構(gòu)的VCSEL耦合陣列作為激光源，通過光刻、濺射、PECVD、刻蝕等工藝在其表面設(shè)計特殊的結(jié)構(gòu)通過改變集成如液晶移相器陣列等透射式光學(xué)移相器陣列，將激光源與移相器陣列集成在同一個芯片上，從而實現(xiàn)體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、集成度高的光束掃描芯片。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

1.通過質(zhì)子注入限制、或光子晶體或腔誘導(dǎo)反波導(dǎo)等技術(shù)，使VCSEL陣列各發(fā)光單元的光場在器件內(nèi)部耦合，單元間有固定的相位關(guān)系，從而制備出能夠獲得高光束質(zhì)量相干光輸出的VCSEL耦合陣列。

2.采用平面結(jié)構(gòu)的VCSEL耦合陣列作為激光源，通過光刻、濺射、PECVD、刻蝕等工藝在兩個VCSEL耦合陣列單元間設(shè)計微流通道結(jié)構(gòu)，在微流通道內(nèi)通入不同折射率的體液使光束耦合相位發(fā)生改變，從而光束發(fā)生偏轉(zhuǎn)，或通過測量光束偏轉(zhuǎn)的角度來進行液體檢測。