[发明专利]输出相干激光的激光器阵列

说明书

本发明提供了一种输出相干激光的激光器阵列，包括：种子激光器、光波导结构、光学天线阵列、准直透镜阵列和垂直腔面发射激光器VCSEL阵列；光波导结构包括第一波导和第二波导组，第一波导用于传输种子光，并将种子光耦合至第二波导组中每一第二波导；光学天线包括：耦合单元、相位调制单元和发射单元；发射单元用于使调制后的种子光沿对应的准直透镜的光轴方向传输；准直透镜阵列用于将接收到的种子光准直至VCSEL阵列；VCSEL阵列用于对接收到的准直后的种子光进行光放大形成的激光。本发明提供的一种基于光波导结构传输技术实现对大功率种子光均匀分光注入锁定的二维VCSEL阵列，可以得到高功率、高相干性的多束激光。

技术领域

本发明涉及激光应用技术领域，更具体地，涉及输出相干激光的激光器阵列。

背景技术

目前，大功率垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)阵列具有体积小、圆形输出光斑、阈值电流小、价格低廉、易集成阵列等优点，因此广泛运用于激光泵浦，激光雷达，微材料加工，3D测距，激光显示等领域。

VCSEL阵列各个发光单元之间发出的光是非相干的，所以整个二维VCSEL阵列发出的激光也是非相干的。但是随着科技的发展，越来越多的领域对高光束质量，窄线宽，高相干度的激光器阵列需求不断增长，非相干激光器阵列由于其输出光束质量差，较宽的线宽影响了二维VCSEL阵列在很多高端领域的使用，比如激光雷达领域或空间光通信领域。因此改善二维Vcsel激光器阵列的相干性是一项十分重要的任务。

发明内容

为克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明提供了一种输出相干激光的激光器阵列。

一方面，本发明提供了一种输出相干激光的激光器阵列，包括：种子激光器、光波导结构、光学天线阵列、准直透镜阵列和垂直腔面发射激光器VCSEL阵列；

所述种子激光器用于为所述激光器阵列提供种子光；

所述光波导结构包括第一波导和第二波导组，所述第一波导用于传输种子光，并将种子光耦合至所述第二波导组中每一第二波导；

所述光学天线阵列中的光学天线与所述准直透镜阵列中的准直透镜，以及与所述VCSEL阵列中的VCSEL单元的数量相等且一一对应；

所述光学天线包括：耦合单元、相位调制单元和发射单元；所述耦合单元、相位调制单元和发射单元依次连接；所述耦合单元用于获取一第二波导内的种子光，所述相位调制单元用于对获取到的种子光的相位进行调制，以使所述第二波导组内的种子光经所述光学天线阵列后变为相位差为定值的种子光；所述发射单元用于改变调制后的种子光的传输方向，使调制后的种子光沿对应的准直透镜的光轴方向；所述准直透镜用于将接收到的种子光准直至对应的VCSEL单元；

所述VCSEL单元用于对接收到的准直后的种子光进行光放大，并发射经放大后形成的激光。

优选地，输出相干激光的激光器阵列还包括：波导衬底；所述光波导结构、所述准直透镜阵列与所述VCSEL阵列依次层叠至所述波导衬底上。

优选地，所述准直透镜的光轴与对应的VCSEL单元的光轴共线，所述光学天线的发光点在对应的准直透镜的光轴上。

优选地，所述准直透镜为平凸镜，所述平凸镜的下镜面为平面，所述平凸镜的上镜面为凸面。

优选地，所述第二波导组中每一第二波导均为L型结构，所述L型结构的第一边与所述第一波导平行且接触，所述L型结构的第二边与多个光学天线中的耦合单元平行且接触，所述L型结构的第二边与所述第一边垂直。

优选地，所述发射单元为光栅。

优选地，每一L型结构的第一边长与所述光学天线中的耦合单元的长度可调。