[发明专利]一种出射相干光的VCSEL阵列芯片

说明书

本发明公开了一种出射相干光的VCSEL阵列芯片，属于激光器技术领域，包括VCSEL激光芯片，VCSEL激光芯片包括衬底层、第一反射镜以及激光发射单元阵列；与VCSEL激光芯片间隔设置的等离子体辐射层，且在等离子体辐射层一面上刻画有与激光发射单元阵列相对应的等离子体辐射栅，另一面设有反射层；第一激光发射单元垂直向等离子辐射层发射激光，使得等离子体辐射栅的自由电子发生集体振荡，激发出表面等离激元，表面等离激元在等离子体辐射栅和等离子体辐射层之间振荡传播，表面等离激元在反射层的作用下，以倏逝波形式垂直于等离子体辐射层表面方向传播，并激发第二激光发射单元发光，发出相干光。

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种出射相干光的VCSEL阵列芯片。

背景技术

随着技术的不断发展和突破，半导体激光器正向发射波长更短、发射功率更大、超小型、长寿命的方向发展，以满足各种应用的需要，产品种类日益丰富。在激光加工、3D打印、激光雷达、激光测距、军事、医疗和生命科学等方面也得到了大量应用。另外，通过耦合进光纤进行传输，大功率直接半导体激光器在切割和焊接领域得到了广泛应用。

垂直腔面发射激光器相比于边发射激光器，有很多优势。比如阈值电流低，可以单纵模工作，圆形对称光斑，易于二维集成，无光学灾难性损伤等。而激光器阵列由于可以获得较高功率，被广泛地应用于工业加工、泵浦源等领域，但是，随着科技发展，越来越多的领域对高光束质量、高亮度、窄线宽、高相干度的高功率激光的需求不断增长。

一般的垂直腔面发射激光器阵列，由于不能够实现线阵中各个出光单元间的光子相互注入，因而不存在相干性，这就导致了出射激光线宽较宽，模式特性差，远场发散角大，亮度低，限制了其应用。由于垂直腔面发射激光器阵列涉及多个激光器，其出射的光之间的相干性差，不能满足现实需求。

因此需要研制出一种出射相干光的激光器阵列芯片来实现高功率、高相干性的特性。

发明内容

针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种出射相干光的VCSEL阵列芯片。

为实现上述目的，本发明提供一种出射相干光的VCSEL阵列芯片，包括：

VCSEL激光芯片，所述VCSEL激光芯片从上至下包括衬底层、第一反射镜以及激光发射单元阵列，每个所述激光发射单元与所述第一反射镜接触边缘设有N电极，其端面边缘设有P电极，且在所述激光发射单元上与所述P电极不接触的位置设有第一钝化层，在所述第一反射镜上与所述N电极不接触的位置设有第二钝化层；

与所述VCSEL激光芯片间隔设置的等离子体辐射层，且在所述等离子体辐射层一面上刻画有与所述激光发射单元阵列相对应的等离子体辐射栅，另一面上设有反射层；

其中，所述激光发射单元从上至下依次包括有源层、氧化限制层和第二反射镜，所述氧化限制层的中间设有通光孔，且所述激光发射单元阵列中包括第一激光发射单元和第二激光发射单元，所述第一激光发射单元在所述第一反射镜上增加增反膜，所述第二激光发射单元在所述第二反射镜上增加增反膜，使得所述第一激光发射单元垂直向所述等离子辐射层发射激光，使得所述等离子体辐射栅的自由电子发生集体振荡，激发出表面等离激元，所述表面等离激元在所述等离子体辐射栅和所述等离子体辐射层之间震荡传播，且所述表面等离激元在所述反射层的作用下，以倏逝波形式垂直于所述等离子体辐射层表面方向传播，并激发所述第二激光发射单元发光，发出相干光。

优选的是，所述第一反射镜为Al_xGa_(1-x)As/Al_yGa_(1-y)As双层结构的N型分布式布拉格反射镜，反射率为99％-99.5％。

优选的是，所述第一反射镜的对数为5至20对。