[发明专利]能够发射涡旋空心光的垂直腔面发射半导体激光器

说明书

能够发射涡旋空心光的垂直腔面发射半导体激光器属于半导体激光器技术领域。现有技术采用固体激光器输出涡旋空心光，器件体积较大，腔内相位转换装置结构复杂。本发明自上而下依次是上电极、欧姆接触层、上分布布拉格反射镜、氧化物限制层、有源增益区、下分布布拉格反射镜、衬底、下电极；欧姆接触层、上分布布拉格反射镜以及有源增益区层叠在一起构成一个空心圆柱；在所述空心圆柱中有高阻区；其特征在于，上电极位于欧姆接触层上表面边缘的局部区域，下电极位于衬底下表面边缘的局部区域，上电极的几何中心、下电极的几何中心的连线与激光器轴线相交，上电极的圆心角θ′、下电极的圆心角θ″均在30°～90°范围内。

技术领域

本发明涉及一种能够发射涡旋空心光的垂直腔面发射半导体激光器，属于半导体激光器技术领域。

背景技术

涡旋光是具有螺旋型相位波前和相位奇点的光束，在传播过程中波前会以传播方向为轴、以螺旋的方式绕行传播。可以利用涡旋光场的轨道角动量以及暗中空特性，在光学微操控中用涡旋光捕获、控制和旋转微观粒子，以及使用涡旋光存储数据，进行信息的编码、解码、记录和传输，测量物体的微小形变。

获取涡旋光的现有方法主要有几何光学模式变换法、螺旋相位板法、计算全息法、基于可编程的液晶空间光调制法、中空波导法以及激光器直接输出法。其中的激光器直接输出法与本发明较为接近，获得也是涡旋空心光，相比于涡旋光，涡旋空心光中心光强为零的区域较大，其暗中空特性更强。涡旋空心光除了具有涡旋光的用途外，在材料处理、超分辨显微镜、量子密码和量子通信等领域也有其用途。所述激光器直接输出法使用的激光器为固体激光器，器件体积较大，腔内相位转换装置结构复杂。相比之下，半导体激光器在器件体积方面有其优势。然而，现有半导体激光器看似林林总总，却没有能够直接发射涡旋光的。专利号为ZL201510113902.0的一种环形结构上分布布拉格反射镜垂直腔面发射半导体激光器也只是能够直接发射空心激光束，而不是涡旋空心光。

发明内容

为了获得一种体积小、能够直接输出涡旋空心光的激光器，我们发明了一种能够发射涡旋空心光的垂直腔面发射半导体激光器。

本发明之能够发射涡旋空心光的垂直腔面发射半导体激光器如图1、图3所示，自上而下依次是上电极1、欧姆接触层2、上分布布拉格反射镜3、氧化物限制层4、有源增益区5、下分布布拉格反射镜6、衬底7、下电极8；欧姆接触层2、上分布布拉格反射镜3以及有源增益区5层叠在一起构成一个空心圆柱，该空心圆柱的内径为85～95μm、外径为115～125μm；氧化物限制层4的形状为环形，所述环形的宽度为3～5μm，所述环形的外径与所述空心圆柱的外径相同；在所述空心圆柱中有高阻区9，高阻区9的底面与下分布布拉格反射镜6接触，高阻区9的顶面的高度高于上分布布拉格反射镜3的内镜面、低于上分布布拉格反射镜3的外镜面；其特征在于，上电极1位于欧姆接触层2上表面边缘的局部区域，下电极8位于衬底7下表面边缘的局部区域，上电极1的几何中心、下电极8的几何中心的连线与激光器轴线相交，如图1～图4所示，上电极1的圆心角θ′、下电极的圆心角θ″均在30°～90°范围内。

本发明其技术效果在于，在电流自上电极1注入的过程中，由于下电极8位于上电极1对向下方，电流需沿上下方向对角线流动，同时，在激光器中心区域还有高阻区9的存在，使得电流并不是均匀分布注入，而是绕行高阻区9以涡旋方式注入，以至于在有源增益区5内形成注入电流的非均性旋转注入效应，从而在有源增益区5内产生涡旋增益模式效果，进而形成涡旋空心光束输出。相比于固体激光器，半导体激光器的体积要小得多，垂直腔面发射半导体激光器的结构也未因此而变得复杂。