[发明专利]模式控制激光系统

权利要求书

1.一种模式控制激光系统，包括：

有源区，用于响应于电信号生成光能量；

反光镜，用于使所述光能量在光腔中发生共振；和

被布置在所述光腔中的高对比度光栅(HCG)模式控制反射器，所述高对比度光栅(HCG)模式控制反射器用于将共振的光能量控制为基本上非高斯强度分布，使得所述共振的光能量作为具有所述基本上非高斯强度分布的光信号发出。

2.根据权利要求1所述的系统，其中基本上平面的HCG模式控制反射器包括由跨所述HCG模式控制反射器的表面的梯度图案限定的多个共振结构。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述多个共振结构在尺度上为亚波长或由第一材料制造并且基本上被第二材料围绕，其中所述第一材料的折射率与所述第二材料的折射率之间的差大于或等于一。

4.根据权利要求2所述的系统，其中所述梯度图案被定义为具有由梯度限定的可变尺度的所述多个共振结构，或所述梯度图案被定义为具有近似相等的尺度并且以由所述梯度限定的密度填充基本上平面的HCG透镜的所述多个共振结构。

5.根据权利要求2所述的系统，其中所述梯度图案包括沿所述HCG模式控制反射器的半径延伸的多个梯度图案。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述HCG模式控制反射器被布置为反射元件，所述反射元件与所述反光镜协作以使所述光能量在所述光腔中发生共振。

7.根据权利要求1所述的系统，进一步包括另一反光镜，所述另一反光镜互连所述HCG模式控制反射器和所述有源区，并且与所述反光镜协作，以使所述光能量在所述光腔中发生共振。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述模式控制激光系统被布置为垂直腔面发射激光器(VCSEL)，并且其中所述有源区被布置为所述VCSEL的有源区层，其中所述反光镜被布置为所述VCSEL的反射层，并且其中所述HCG模式控制反射器被布置为所述VCSEL的模式控制层。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述非高斯强度分布被生成为关于所述有源区的单模的单模非高斯强度分布。

10.一种光耦合系统，包括根据权利要求1所述的模式控制激光系统，所述光耦合系统进一步包括用于将所述光信号的基本上非高斯强度分布转换为不同的强度分布的模式转换HCG透镜。

11.一种方法，包括：

向垂直腔面发射激光器(VCSEL)的有源区提供电信号以生成光能量；

使所述光能量在光腔中发生共振；

经由高对比度光栅(HCG)模式控制元件控制所述光能量的模式，以提供具有基本上非高斯强度分布的光信号；

从所述VCSEL发出所述光信号；

经由HCG透镜将所述光信号的基本上非高斯强度分布转换为不同的强度分布；以及

经由所述HCG透镜将具有所述不同的强度分布的光信号发射到光传播器件中。

12.根据权利要求11所述的方法，其中使所述光能量发生共振包括使所述光能量在由反光镜和所述HCG模式控制反射器限定的光腔中发生共振，所述反光镜和所述HCG模式控制反射器各自协作，以在所述光腔中反射所述光能量。

13.根据权利要求11所述的方法，其中基本上平面的HCG透镜包括由跨所述HCG模式控制反射器的表面的梯度图案限定的多个共振结构，其中所述梯度图案被定义为具有由梯度限定的可变尺度的所述多个共振结构，或所述梯度图案被定义为具有近似相等的尺度并且以由所述梯度限定的密度填充所述基本上平面的HCG透镜的所述多个共振结构。

14.一种垂直腔面发射激光器(VCSEL)，包括：

有源区层，用于响应于电信号生成光能量；

反光镜层，用于使所述光能量在光腔中发生共振；和

模式控制层，包括被布置在所述光腔中用于将共振的光能量控制为基本上非高斯强度分布的高对比度光栅(HCG)元件，所述HCG元件包括由跨所述HCG模式控制反射器的表面的梯度图案限定的多个共振结构，使得所述共振的光能量作为具有所述非高斯强度分布的光信号发出。

15.一种光学器件封装件，包括根据权利要求14所述的VCSEL，该封装件进一步包括：

耦合机构，用于容纳用于接收所述光信号的光传播器件；和

用于互连所述VCSEL和所述耦合机构的高对比度光栅(HCG)透镜，所述HCG透镜用于将所述基本上非高斯强度分布转换为不同的强度分布，并且将具有所述不同的强度分布的光信号发射到所述光传播器件中。