[發(fā)明專利]一種擴(kuò)展諧振腔多結(jié)垂直腔面發(fā)射激光器

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• 申請日: 2023-02-27
• 公開（公告）號: CN116053931A
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭君雄;石愷豐;李惠;黃杰;王青
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市中科光芯半導(dǎo)體科技有限公司
• 主分類號: H01S5/183
• 分類號: H01S5/183;H01S5/028;H01S5/30
• 代理公司: 天津煜博知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12246
• 代理人: 肖琳琳

本發(fā)明公開了一種擴(kuò)展諧振腔多結(jié)垂直腔面發(fā)射激光器，包括自下而上依次疊加設(shè)置的負(fù)電極、砷化鎵基板、下反射鏡N?DBR、擴(kuò)展多結(jié)諧振腔、上反射鏡P?DBR、正電極，其中，所述擴(kuò)展多結(jié)諧振腔由多個有源區(qū)疊加組成，相鄰的有源區(qū)之間通過隧道結(jié)連接，最頂部的有源區(qū)與上反射鏡P?DBR之間通過隧道結(jié)連接。本發(fā)明解決了現(xiàn)有應(yīng)用于激光雷達(dá)系統(tǒng)上的905nm和940nm?VCSEL發(fā)射光功率小、單位面積發(fā)光效率低以及發(fā)散角大光束質(zhì)量低的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于垂直腔面發(fā)射激光器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種擴(kuò)展諧振腔多結(jié)垂直腔面發(fā)射激光器。

背景技術(shù)

應(yīng)用于激光雷達(dá)(LiDAR)系統(tǒng)上的940nm或者905nm或者是其他的波長的垂直腔面發(fā)射激光器都要求有較高的發(fā)射光功率，通常要求激光器工作在短脈沖下的發(fā)射光功率要超過50W。尤其是應(yīng)用場景是車載激光雷達(dá)，激光在空氣中傳播光功率損耗很大，如果激光器的發(fā)射光功率太低，就很難滿足車載激光雷達(dá)需要探測200米以上距離物體的要求。另外，如果垂直腔面發(fā)射激光器的發(fā)散角太大、光束質(zhì)量低，會導(dǎo)致整個激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)的耦合效率低和成像效果差，最終會影響到對物體的探測靈敏度和探測距離。

公開號為CN114520461A的發(fā)明專利公開了一種具有多隧道結(jié)的VCSEL激光器及其制備方法，其存在以下缺陷：

1、在有源區(qū)和隧道結(jié)之間做限制層，限制層會導(dǎo)致光子在多個有源層之間的自由移動，該方案極大降低了發(fā)光效率；

2、在有源區(qū)之間增加了限制層，會導(dǎo)致激光器的散熱效率降低，最終因為熱效應(yīng)爾限制了激光器的發(fā)光效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種擴(kuò)展諧振腔多結(jié)垂直腔面發(fā)射激光器，以解決現(xiàn)有應(yīng)用于激光雷達(dá)系統(tǒng)上的905nm和940nm?VCSEL發(fā)射光功率小、單位面積發(fā)光效率低以及發(fā)散角大光束質(zhì)量低的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種擴(kuò)展諧振腔多結(jié)垂直腔面發(fā)射激光器，包括自下而上依次疊加設(shè)置的負(fù)電極、砷化鎵基板、下反射鏡N-DBR、擴(kuò)展多結(jié)諧振腔、上反射鏡P-DBR、正電極，其中，所述擴(kuò)展多結(jié)諧振腔由多個有源區(qū)疊加組成，相鄰的有源區(qū)之間通過隧道結(jié)連接，最頂部的有源區(qū)與上反射鏡P-DBR之間通過隧道結(jié)連接。

進(jìn)一步的，最底部的有源區(qū)與下反射鏡N-DBR之間直接連接或者通過隧道結(jié)連接。

進(jìn)一步的，所述擴(kuò)展多結(jié)諧振腔的水平方向的長度至少為20倍發(fā)射光波長。

進(jìn)一步的，所述擴(kuò)展多結(jié)諧振腔為左右對稱結(jié)構(gòu)或者為非左右對稱結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，所述擴(kuò)展多結(jié)諧振腔左側(cè)或右側(cè)的長度比另一側(cè)多出2～4倍發(fā)射光波長。

有益效果：相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

首先可以拉長諧振腔的長度來增加激光器的發(fā)光功率；其次在垂直方向上增加多個有源區(qū)，不會改變激光器芯片的面積尺寸，但是多個有源區(qū)發(fā)射出來的光可以疊加輸出，提高了激光器芯片的單位面積的發(fā)光效率；第三，本發(fā)明可以輕松實現(xiàn)在相同的發(fā)射光功率要求的基礎(chǔ)上把激光器芯片的發(fā)光面積做小來實現(xiàn)更小的發(fā)散角，大大提高了激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)的成像效果和探測距離；第四，擴(kuò)展后的多結(jié)諧振腔面積極大，可以有效提升導(dǎo)熱效能，提升發(fā)光效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為多結(jié)諧振腔往左側(cè)擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為多結(jié)諧振腔往右側(cè)擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為多結(jié)諧振腔往左右兩側(cè)擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。