[发明专利]一种大孔径高光束质量微型激光器

说明书

本发明涉及一种大孔径高光束质量微型激光器，包括P面电极、电流引导层、P面分布布拉格反射镜、N面分布布拉格反射镜和N面电极，所述P面电极、电流引导层和P面分布布拉格反射镜的上表面刻蚀有环状凹槽，中心位置为圆形凸起，凹槽的厚度为2~6个周期的高低折射率材料，圆形凸起横向尺寸直径为0.5~2μm。本发明激光器的种子源是通过工艺在芯片上直接制作而成的，因此保持了垂直腔面发射激光器体积紧凑的特点，本发明的激光器结构简单、设计合理，投入成本较低，加工制作方便，且体积微小，可以高度集成在激光设备中。

技术领域

本发明属于半导体激光器领域，具体涉及一种大孔径高光束质量微型激光器。

背景技术

垂直腔面发射激光器（VCSEL）自1977年诞生以来，不断的吸引着科研工作者以及市场需求的目光。该半导体激光器的通常结构是：包括P面电极、电流引导层、P面分布布拉格反射镜、高铝层、钝化层、氧化限制层、有源区、N面分布布拉格反射镜、缓冲层、衬底层和N面电极。

其中的小孔径低功率的VCSEL器件（激光输出的窗口小于10μm的激光器），因其有着动态调制频率高、光束质量好以及体积微小等优点，已经成熟的应用在通信行业。而且随着小功率VCSEL成功的应用在苹果手机iphone8上作为精准的测距器，VCSEL更是成为了激光行业的关注重点。

高功率大孔径VCSEL一般指的是激光输出窗口大于50μm的激光器，因其输出孔径较小孔径VCSEL大得多，因此大孔径的VCSEL激活面积也比小孔径VCSEL大，从而能输出功率更高的激光束，因此其应用领域比小孔径VCSEL更广泛。但现有技术存在着如下的问题：因VCSEL是一种薄片式结构，谐振腔的纵向尺寸为一个波长的光学厚度，而横向尺寸比其纵向尺寸高近3个数量级，因此载流子在腔内的分布很难保持均匀，随着激光输出窗口的逐渐变大，载流子在边缘聚集的现象变得更加明显，从而其输出光束逐渐的由单横模变成环形多横摸结构，光束质量变差，激光线宽变宽，从而影响了激光器的光束质量。

利用外腔光注入的方法可以在一定程度上提高大孔径VCSEL的光束质量和压缩线宽，该方法的装置的结构为：构成谐振腔的一个反射镜由DBR变成了一个外置的反射镜，通过外置的反射镜可以增加谐振腔的纵向尺寸，而且激光器的泵浦源不再是载流子的注入，而是外来光的注入，因此不存在激射环形光束的现象，从而减小了激光的发散角提高了光束质量。但是外腔镜以及泵浦光源的调整要求是非常精确的，这无形中增加了系统的复杂程度和成本，总之，外腔光注入的方法因其复杂的结构和高昂的成本大大的限制了大孔径VCSEL在市场上的应用。

发明内容

本发明要提供一种大孔径高光束质量微型激光器，以克服现有技术存在的激光器的光束质量、结构复杂和成本高昂的问题。

为达到本发明的目的，本发明采用的技术方案是：

一种大孔径高光束质量微型激光器，包括P面电极、电流引导层、P面分布布拉格反射镜、N面分布布拉格反射镜和N面电极，所述P面电极、电流引导层和P面分布布拉格反射镜的上表面刻蚀有环状凹槽，中心位置为圆形凸起，凹槽的厚度为2~6个周期的高低折射率材料，圆形凸起横向尺寸直径为0.5~2μm。

本发明在激光器工作的过程中，种子源率先在腔内实现单横模单纵模激光的震荡，种子源本身作为激光器的一部分，其发射的激光束将迫使周围的光子同步震荡，从而最终实现激光器光束的同步激射。由于本发明提出了一种新的激发思路，与现有技术相比，本发明的优点是：

1、本发明激光器的种子源是通过工艺在芯片上直接制作而成的，因此保持了垂直腔面发射激光器体积紧凑的特点，本发明的激光器结构简单、设计合理，投入成本较低，加工制作方便，且体积微小，可以高度集成在激光设备中。

2、本发明的激光器没有采取任何光学器件对激光器进行整形调节，无需装调，则满足短周期、大批量的生产需求。