[发明专利]用于垂直外部腔体表面发射激光器的光学元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种由衬底形成的光学元件，该衬底至少在光学辐射的波长区域中是透明的，所述衬底的第一界面包括一个或若干个(several)弯曲区域，该一个或若干个弯曲区域形成集成于所述衬底中的光学透镜或光学透镜阵列的一部分。本发明还涉及一种垂直外部腔体表面发射激光器(VECSEL)，这种光学元件布置在该激光器的发射侧。

背景技术

VECSEL是最有希望的高亮度激光源之一并且与边缘发射器相比提供了许多优点，比如可寻址2D阵列布置和圆形束形状。在标准设置中，外部腔体由非常庞大且需要复杂调整的宏观光学元件构成。通过在晶片上实现外部光学部件并且将此晶片结合到承载VECSEL的半导体部件的GaAs晶片，有可能并行地制造成千上万个微VECSEL并且直接在比如VCSEL(垂直腔体表面发射激光器)的晶片上测试它们。G.A.Keeler等人“Single Transverse Mode Operation of Electrically Pumped Vertical-External-Cavity Surface-Emitting Lasers with Micromirrors”, IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 17, No. 3, March 2005, pp 522-524描述了使用微成型工艺在玻璃衬底上制作微反射镜，该衬底随后利用指数匹配的光学环氧树脂而结合到GaAs晶片。这种微VECSEL表现出良好性能(M²接近1)。

VECSEL的外部腔体由结合在半导体晶片上的光学透明衬底上的球形反射镜限定。为了按比例增大功率，若干VECSEL可以布置在阵列中。由于热原因，安置许多小器件而不是安置少数大器件。小的有源直径并且因此小的束腰意味着高发散角度，从而减小了这种阵列的亮度。为了降低发散角度，可以使用微透镜阵列，其准直每个VECSEL的辐射并且因而降低束参数乘积且增加VECSEL阵列的亮度。但是，如果使用堆叠的光学透明晶片，则此透镜阵列需要或者在芯片级或在晶片级的附加调整步骤。

发明内容

本发明的目的是提供用于制作VECSEL或VECSEL阵列的手段，其增大VECSEL的亮度而在制作期间不需要附加调整步骤。

此目的是利用根据权利要求1的光学元件来实现。权利要求6描述包括这种光学元件的VECSEL(阵列)。此光学元件或VECSEL阵列的有利实施例为从属权利要求的主题或者在说明书的后续部分中描述。

所提出的光学元件由衬底形成，该衬底至少在光学辐射的波长范围内的波长区域中是透明的。在本专利申请中，光学辐射是指在红外(IR)、可见(VIS)和紫外(UV)波长范围中的电磁辐射。衬底必须仅仅在这样的波长区域中是透明的，其中该光学元件被设计用于其的相应VECSEL在该波长区域中发射激光辐射。衬底的第一界面包括一个或若干个弯曲区域，该一个或若干个弯曲区域形成集成在衬底中的光学透镜(对于一个弯曲区域的情形)或者光学透镜阵列(特别是多个微透镜)的一部分。衬底还包括一个或若干个光学反射镜，该一个或若干个光学反射镜形成于衬底的与第一界面相对的第二界面上，或者在基本上平行于第一界面的平面中嵌在衬底中。该一个或若干个光学反射镜布置和设计成往回反射入射在第一或第二界面上的在所述波长区域中的光学辐射的一部分。该布置是这样的，使得以90°角入射的所述波长区域中的光学辐射将被相应光学反射镜部分地往回反射，而其余部分穿过在衬底中形成在反射镜后面的透镜。为此，反射镜的反射率优选地在期望波长区域中介于30%和99.5%。该一个或若干个光学反射镜是平坦反射镜，或者是曲率半径不同于形成光学透镜的该一个或若干个弯曲区域的曲率半径的弯曲反射镜。

使用这种光学元件作为VECSEL或VECSEL阵列的一部分，其中光学元件的反射镜形成VECSEL的外部反射镜，穿过反射镜的激光辐射可以被光学透镜准直并且因而允许VECSEL的更高的亮度。