[发明专利]表面发射激光器、表面发射激光器阵列、光学扫描设备以及成像设备

说明书

技术领域

本发明总体上涉及表面发射激光器、表面发射激光器阵列、光学扫描设备以及成像设备。更具体地说，本发明涉及配置为在垂直于基底的方向上发射光的表面发射激光器、包括多个表面发射激光器的表面发射激光器阵列、包括表面发射激光器或表面发射激光器阵列的光学扫描设备以及包括光学扫描设备的成像设备。

背景技术

在垂直于基底的方向上发光的表面发射激光器是密集研发的主题。表面发射激光器具有比边缘发射激光器低的阈值振荡电流，并且能够发射高质量的圆形光束剖面。因为可在垂直于激光器的基底的方向上从表面发射激光器获得激光输出，多个表面发射激光器可容易以高密度进行二维集成。表面发射激光器的潜在的应用包括用于平行光学互连和/或高速/高分辨率的电子照相系统的光源。

典型地，表面发射激光器具有一限制(confinement)结构，用于改进电流流入效率。该限制结构由Al(铝)的选择性氧化物形成，如非专利文献1和2中所述的。该限制结构可在下文中被称为“氧化限制结构”。

非专利文献3论述一种打印机，在该打印机中使用了一780纳米带的VCSEL(竖直腔表面发射)阵列。专利文献1论述了一种表面发射激光器，在该表面发射激光器中在由共振体的长度决定的振荡波长和在预定温度下由活性层的组分决定的峰值增益波长之间获得了预定量的差异(“失谐”)。在专利文献1中还论述了振荡波长对应在预定温度之上的温度范围内的峰值增益波长。

专利文献2论述了一种具有多点(multi-spot)光源的多点成像设备。当表面发射激光器被应用到成像设备例如打印机时，聚焦在感光材料上的小直径的光束点是所希望的。进一步地，对于高速的写入，大的激光输出是所希望的。即，希望在单个横向基模(单模)操作中获得高输出。

在打印机系统中，例如，图像质量极大地受到光源的光学输出的响应波形(光学波形)在开始供给驱动电流之后的上升时期的表现，即在例如为上升时间的一定时间范围内的光学输出的变化，的影响。这样的表现包括上升时间。例如，如果在上升时期的初始期间光学输出已经达到一定量之后光量即便稍微变化，图像质量也会降低。

这是由于以下事实：它是在光学波形的上升或下降时期形成的图像的轮廓部分。特别地，如果光量在上升时期或在可基本上被认为是上升时期的时间之后的持续时间内变化，图像轮廓被模糊，从而致使图像视觉上不清楚。

当花费300微秒在A4尺寸的纸上沿着其大约为300毫米的长度扫描一行时，1微秒扫描大约1毫米的宽度。通常而言，人眼对宽度为1毫米到2毫米内的图像密度的变化最敏感。因此，如果图像密度在大约1毫米的宽度上变化，也就是说密度变化可被人眼很好地辨认，因此给观察者模糊轮廓的感觉。

图1是当具有氧化限制结构的表面发射激光器在脉冲宽度为500微秒且占空比为50％(脉冲周期：1毫秒)的脉冲条件下被驱动时绘制的光学波形的曲线图。如图1所示，当以相对长的时标观察时，光学输出在上升之后立刻呈现一次峰值，然后下降并且稳定下来。光学输出中的这样的变化是由于表面发射激光器的自我加热并且通常称为“下降特性”。

下降特性示出了紧接着在脉冲施加之后(即，紧接着光脉冲的上升之后)的光学输出和在脉冲施加之后光学输出500微秒的比较，并且量化热对光学输出的影响。

由本发明的发明人进行的详细分析已经揭示，当通过放大上升时期附近的光学波形的初始部分以更短的时标观察图1的下降曲线时，如图2所示，光学输出的变化被表示为不同于下降曲线。

确切地说，图2的波形表示即便在100纳秒之后光学输出也没有完全上升并且可被认为仅在大约200纳秒之后才已经完全上升，其后，波形逐渐地上升直到大约1微秒。该现象(特性)在本发明的发明人意识到为止还没有被报道。图2所示的时标是紧接着施加脉冲之后(紧接着在光学脉冲的上升之后)的大约1微秒并且与下降特性的时标相比非常短。短时间跨度的这种特性被称为“负下降特性”。负下降特性在传统的边缘发射激光器中基本上没有被观察到。

负下降特性的原因的详细分析揭示，该现象是由于由装置的发热引起的在横向方向上的光学限制的变化，以及所述装置的发光效率的变化所致。

专利文献1：JP2004-319643A

专利文献2：JP11-48520A