多光束半导体激光器的制作方法
- 国知局
- 2024-07-31 18:19:56
本技术涉及半导体激光器,尤其涉及一种多光束半导体激光器。
背景技术:
1、激光扫描与探测技术在打印、光刻、感测、激光雷达、机器视觉定位、智能安防、服务机器人等领域具有广泛的应用,其中对光束进行快速和精准扫描是非常关键的技术。目前激光应用系统的扫描方式主要通过控制旋转或振动反射镜来改变光束的传播方向。单光束扫描可以实现较大的扫描角度,但主要缺点是扫描频率较低。多光束扫描相对单光束扫描,能同时实现高分辨率及高速光束输出,因此高端系统通常在某个方向上排布多束激光,以“线”代替“点”进行扫描。
2、传统获得多光束激光的方法主要有两种:一种是将一束激光分成多束;另一种方法是将多个不同激光器发出的激光束精确偏转、耦合在一起,形成多光束激光输出。上述两种方法需要复杂的光学对准,加工难度较大,成本高,不利于大批量生产。由于激光器的远场图案由输出腔面的电场分布通过傅立叶变换决定,采用先进的光波导可以控制激光器的近场分布,从而获得不同远场图案的激光输出。研究者们采用二维光子晶体、超透镜,在单个面发射半导体激光器上实现了不同远场图案的激光输出,但是这种器件制备需要采用电子束曝光或纳米压印等加工设备,系统成本很高,而且加工速度很慢,难以批量化生产,导致芯片成本很高。目前高功率边发射半导体激光器在侧向通常采用宽区结构,多模工作,各阶模式远场交叠形成非常宽的远场,导致大的光束发散及较差的光束质量。但对于半导体激光器,除基模远场展示高斯分布外,其它高阶模式的远场均由两个窄的主峰及一些旁峰组成,两个主峰间的分离角随模式阶数增长而增大。因此,若能自由对半导体激光器各阶模式增益或损耗进行调控,使需要的模式激射,在保持高输出功率前提下有望实现可精确控制的多光束激光输出。
技术实现思路
1、鉴于上述问题,本实用新型提出一种多光束半导体激光器,用于实现片上直接多光束输出的半导体激光芯片,具有效率高、体积小、结构紧凑、工作稳定、单光束光束质量高的优点,相较于单光束扫描/探测,多光束扫描/探测可实现高精度、高分辨和扫描频率,应用前景十分广阔。
2、本实用新型提供的多光束半导体激光器,包括衬底,在衬底的下表面制备有n面金属电极,在衬底的上表面制备有外延层,在外延层的上表面制备有电绝缘层和p面金属电极;在外延层的表面向下刻蚀形成模式过滤结构,模式过滤结构的位置对应于特定阶数侧向模式的波峰处,以抑制特定阶数侧向模式激射,从而筛选出多个分离的侧模共同激射,使半导体激光器稳定工作在分离的多个侧向模式,实现多束激光输出。
3、优选地,外延层包括从下至上的n型缓冲层、n型包层、n型波导、有源层、p型波导、p型包层和p型盖层,在p型盖层的表面向下刻蚀至p型包层或p型波导形成模式过滤结构。
4、优选地,模式过滤结构沿纵向-侧向非均匀分布;其中,纵向平行于激光器表面方向及光传输方向,侧向平行于激光器表面方向且垂直于光传输方向。
5、优选地,各模式过滤结构的形状和尺寸不同。
6、优选地,各模式过滤结构的刻蚀深度不同。
7、优选地,各模式过滤结构的侧向宽度小于半导体激光器台面条宽的1/10。
8、优选地,模式过滤结构沿侧向位于第m阶侧向模式的波峰处且不位于第n阶模式的波峰处,其中,n≠m,相邻n阶模式的阶数间隔>2。
9、优选地,模式过滤结构的底部填充有电绝缘层。
10、与现有技术相比,本实用新型通过在外延层上形成多个选择性的模式过滤结构,模式过滤结构位于要提取模式光场波峰处之外且位于要抑制侧模光场波峰处,以在半导体激光器工作时引入选择性损耗,增大要抑制侧向模式的光损耗,从而选取特定的多个侧向模式工作,选定的侧向模式输出分离的窄光束,从而获得稳定的、多光束激光输出。
技术特征:1.一种多光束半导体激光器,包括衬底,在所述衬底的下表面制备有n面金属电极,在所述衬底的上表面制备有外延层,在所述外延层的上表面制备有电绝缘层和p面金属电极;其特征在于,在所述外延层的表面向下刻蚀形成模式过滤结构,所述模式过滤结构的位置对应于特定阶数侧向模式的波峰处,以抑制特定阶数侧向模式激射,从而筛选出多个分离的侧模共同激射,使半导体激光器稳定工作在分离的多个侧向模式,实现多束激光输出。
2.如权利要求1所述的多光束半导体激光器,其特征在于,所述外延层包括从下至上的n型缓冲层、n型包层、n型波导、有源层、p型波导、p型包层和p型盖层,在所述p型盖层的表面向下刻蚀至所述p型包层或所述p型波导形成所述模式过滤结构。
3.如权利要求2所述的多光束半导体激光器,其特征在于,所述模式过滤结构沿纵向-侧向非均匀分布;其中,所述纵向平行于激光器表面方向及光传输方向,所述侧向平行于激光器表面方向且垂直于光传输方向。
4.如权利要求3所述的多光束半导体激光器,其特征在于,各模式过滤结构的形状和尺寸不同。
5.如权利要求3所述的多光束半导体激光器,其特征在于,各模式过滤结构的刻蚀深度不同。
6.如权利要求3所述的多光束半导体激光器,其特征在于,各模式过滤结构的侧向宽度小于半导体激光器台面条宽的1/10。
7.如权利要求3所述的多光束半导体激光器,其特征在于,所述模式过滤结构沿侧向位于第m阶侧向模式的波峰处且不位于第n阶模式的波峰处,其中,n≠m,相邻n阶模式的阶数间隔>2。
8.如权利要求2所述的多光束半导体激光器,其特征在于,所述模式过滤结构的底部填充有电绝缘层。
技术总结本技术涉及半导体激光器领域,尤其涉及一种多光束半导体激光器,包括从下至上的N面金属电极、衬底、外延层、电绝缘层和P面金属电极;在外延层的表面向下刻蚀形成模式过滤结构,模式过滤结构的位置对应于特定阶数侧向模式的波峰处,以抑制特定阶数侧向模式激射,从而筛选出多个分离的侧模共同激射,使半导体激光器稳定工作在分离的多个侧向模式,实现多束激光输出。本技术通过在外延层上形成多个选择性的模式过滤结构,以在半导体激光器工作时引入选择性损耗,增大要抑制侧向模式的光损耗,从而选取特定的多个侧向模式工作,选定的侧向模式输出分离的窄光束,从而获得稳定的、多光束激光输出。技术研发人员:汪丽杰,佟存柱,刘亚楠,彭航宇受保护的技术使用者:吉光半导体科技有限公司技术研发日:20231226技术公布日:2024/7/25本文地址:https://www.jishuxx.com/zhuanli/20240731/178801.html
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