[发明专利]一种带相位补偿层的VCSEL结构及制备方法

说明书

本发明公开了一种带相位补偿层的VCSEL结构及制备方法，该激光器将周期分布的激光器产生的光场，经Talbot外腔和相位补偿单元，对同相模和反相模进行相位补偿，得到同相位输出的激光束。在二维二极管激光阵列的发光面设有Talbot激光外腔，Talbot激光外腔的输出端设有相位补偿膜；Talbot激光外腔的厚度d为：式中，Z_T为Talbot距离，N为正整数；相位补偿膜相对应Talbot激光外腔输出端同相模的位置处设有沟槽结构。本发明通过相位补偿膜的沟槽结构使相对相位增加π/4，最终相位与二维二极管激光阵列中初始相位为0的二极管激光器输出相位相同。本发明能够对反相模进行相位补偿，得到同相位输出光束，且工艺过程简单，易于制作。

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，具体涉及一种带相位补偿层的VCSEL结构及制备方法。

背景技术

垂直腔面发射激光器(VESCL)是一种半导体激光器，其激光垂直于顶面射出。与传统的边发射半导体激光器相比，垂直腔面发射激光器具有光束质量好、阈值电流低、单纵模工作、易于二维列阵集成和制造成本低廉等优点，引起了人们的广泛关注。其在固体激光泵浦、医疗、光通讯等领域有着巨大的应用市场。

对于m个位置接近、光强相同的激光束，其在远场的相干重叠后得到的光强越大越好。若上述激光束为一维分布且互不相干，则其在远场的叠加光强是单激光束光强的m倍。若上述激光束相互相干，则其在远场的叠加光强为单激光束光强的m²倍，激光器的输出可以大大增强；因此，设计激光相干的VCSEL以及其外腔结构等具有一定意义。

现有技术中，实现二极管激光器阵列的同相模输出有许多方法，例如：使用模式选择镜、利用偏转外腔等设计均可实现模式的选择，选择出同相模、输出得到同相位的相干光。虽然上述都有相应的优点，但其均会抑制反相模的输出，或者使反相模的损耗变得非常大，这会对输出光强造成一定的影响。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种带相位补偿层的VCSEL结构及制备方法，具有输出同相光、光强损耗小的特点。

本发明公开了一种带相位补偿层的VCSEL结构，包括顶发射VCSEL阵列；

所述顶发射VCSEL阵列的顶部设有Talbot激光外腔，所述Talbot激光外腔的输出端设有相位补偿膜；

所述Talbot激光外腔的厚度d为：

式中，Z_T为Talbot距离，N为正整数；

所述相位补偿膜相对应所述Talbot激光外腔输出端同相模的位置处设有沟槽结构，所述沟槽结构的深度a为：

式中，λ为激光波长，n₀为所述相位补偿膜的折射率。

作为本发明的进一步改进，顶发射VCSEL阵列中单个光源排布方式为二维周期性排布。

作为本发明的进一步改进，所述Talbot激光外腔与所述二维二极管激光阵列之间设有键合层，所述Talbot激光外腔与所述相位补偿膜之间设有反射膜。

作为本发明的进一步改进，所述顶发射VCSEL阵列、键合层、Talbot激光外腔、反射膜和相位补偿膜平行设置；所述反射膜的反射率为50％-99％，所述键合层的厚度为

作为本发明的进一步改进，所述顶发射VCSEL阵列的背面设有散热片。

作为本发明的进一步改进，所述相位补偿膜为相位光栅或刻蚀微结构，所述相位补偿膜的沟槽结构朝向所述二维二极管激光阵列的发光面。

本发明还公开了一种上述VCSEL结构的制备方法，包括：