[发明专利]能够实现粒子的非对称囚禁的垂直腔面发射半导体激光器

说明书

能够实现粒子的非对称囚禁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。现有能够发射非圆空心光的垂直腔面发射半导体激光器其结构复杂。本发明在欧姆接触层、上分布布拉格反射镜以及有源增益区形成的圆柱形实体的中心部分设置一个以离子注入方式形成的齐顶高阻区，所述齐顶高阻区呈近似圆柱状，齐顶高阻区的顶面与欧姆接触层的顶面平齐，齐顶高阻区的底面与下分布布拉格反射镜的内镜面接触；遮挡成形层位于齐顶高阻区的顶面位置，遮挡成形层的尺度在能够覆盖齐顶高阻区的顶面与能够使上电极内孔留有空间之间，遮挡成形层的形状为非圆几何图形，遮挡成形层厚度、材质与上电极相同。本发明器件结构简单，制作工艺也简单。

技术领域

本发明涉及一种能够实现粒子的非对称囚禁的垂直腔面发射半导体激光器，能够发出非圆空心光，用于粒子的非对称囚禁，属于半导体激光器技术领域。

背景技术

空心激光束(Hollow LaserBeam,HLB)是一种在传播方向上中心光强为零的环状光束，也称为空心光或者暗中空光(Takahiro Kuga,Yoshio Torii,Noritsugu Shiokawa,et al.Novel Optical Trap ofAto6ms with aDoughnutBeam[J].Phys Rev Lett，1997,78:4713～4716)。空心光的应用之一是作为光学镊子(光钳)，用于囚禁微观粒子，也就是粒子的光学囚禁。光学囚禁是一种非接触式的粒子操控，其优点是可实现连续操作、无污染，对粒子的影响较小。衡量微观粒子光学囚禁稳定性的主要标准为梯度力的轴向分力能否抵消散射力，并且，梯度力是否远远大于散射力。光学囚禁有对称与非对称之分。对称光学囚禁的优点是容易聚焦高斯光阱，粒子装载容易，缺点是装载的粒子碰撞损耗较大，光子散射速率较高，装载的粒子密度较低，囚禁寿命较短，对三维不规则粒子的囚禁稳定性较差。非对称光学囚禁则能够克服对称光学囚禁的缺点。经过理论研究和实践验证，采用非圆空心光，如椭圆空心光，能够实现粒子的非对称囚禁，囚禁效果要好于采用圆空心光所进行的对称囚禁。

为了获得非圆空心光，在现有技术中有两种方式。

一种是光源外获得方式，也就是在光源外以某种光学的方式获得，例如，将两束偏振方向相互垂直的线偏振光分别通过相位板调制后进行强度叠加，得到椭圆空心光(陈国钧,周巧巧,纪宪明,印建平.用线偏振光产生可调矢量椭圆空心光束[J],物理学报,2014,63(08):132～139.)；再如，一种由三棱镜产生的空心椭圆高斯光的方案，通过控制三棱镜的折射率和入射角，影响椭圆空心激光束的偏心率和阶模式数(ChengliangZhao,XuanhuiLu,LiguangWang.Hollow elliptical Gaussian beams generatedby atriangularprism[J],OpticsLaser Technology,2008；40:575～580)。光源外获得方式其不足之处在于，产生非圆空心光的装置从整体上讲结构松散，调试繁琐，对原始光的质量要求高，所获得的非圆空心光的不稳定，光强不均匀。

另一种是光源内获得方式，也就是由原始光源直接发出非圆空心光。例如，申请号为201510396482.1的一件中国发明专利申请公开的“一种椭圆环形窗口半导体激光器”，该激光器能够输出椭圆空心光，不过该激光器也有其不足，主要是器件结构复杂，进而导致器件制作工艺复杂。而原本的垂直腔面发射半导体激光器其结构如图1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；上电极1、氧化物限制层4的形状为内径相同或者接近的环形；环形上电极1内孔成为出光窗口；欧姆接触层2、上分布布拉格反射镜3以及有源增益区5是一个圆柱形实体；上分布布拉格反射镜3通过环形氧化物限制层4内孔与有源增益区5相接。结构简单，制作工艺也较为简单，只是自出光窗口发出的激光为圆形实心高斯光束，如图1、图2所示。

发明内容

为了能够简单地实现垂直腔面发射半导体激光器的非圆空心光发光，我们发明了一种能够实现粒子的非对称囚禁的垂直腔面发射半导体激光器。