[发明专利]具有模式调控功能的VCSEL激光器及其制备方法

说明书

本发明提供一种具有模式调控功能的VCSEL激光器及其制备方法，其中的VCSEL激光器包括输出高阶模光束和基模光束的出光口，在出光口的表面制备对高阶模光束进行折转的模式调控结构，使高阶模光束与基模光束发生分离。与现有技术相比，本发明在VCSEL的表面集成模式调控结构，只对出光孔边缘的高阶模光束进行滤除，而不影响中心区域的基膜光束的稳定输出，不会降低基模光束的输出损耗，同时还具有制备工艺简单的优点。

技术领域

本发明涉及VCSEL激光器技术领域，特别涉及一种具有模式调控功能的VCSEL激光器及其制备方法。

背景技术

随着信息社会发展，新型量子传感、光生物医学乃至光量子操控等领域对VCSEL输出激光的模式特性提出新的需求。由于传统VCSEL结构为柱状对称波导，其单模输出要求的出光孔尺寸要控制在3μm以内，工艺难度极高，并且限制了VCSEL激光器输出的激光功率。如何在大出光孔下实现高功率垂直腔面发射激光器的基横模稳定输出成为国内外的研究热点。

为解决VCSEL激光器的上述问题，一般在VCSEL表面中心区域集成复杂的模式过滤结构，如光子晶体结构来同步过滤基模与高阶模式，运用光子晶体的光子局域特性，通过在上分布式布拉格反射镜(DBR)表面刻蚀光子晶体结构，利用光子晶体图形与缺陷区域之间的折射率差异，使光限制在光子晶体的缺陷区域内，改变腔内的横向模式分布，实现大出光孔下的单模稳定输出，然而这种光子晶体结构具有功耗大、制备工艺复杂等缺点。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的缺陷，提出一种具有模式调控功能的VCSEL激光器及其制备方法，通过在激光器的表面集成模式调控结构过滤掉高阶模式，实现大出光孔下的单模稳定输出。

为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

本发明提供的具有模式调控功能的VCSEL激光器，包括输出高阶模光束和基模光束的出光口，在出光口的表面制备对高阶模光束进行折转的模式调控结构，使高阶模光束与基模光束发生分离。

优选地，模式调控结构为微透镜或光栅。

优选地，微透镜为内部开设有出光孔的柱状结构体，出光孔的直径沿出光方向逐渐增大。

优选地，柱状结构体为棱柱状结构体或圆柱状结构体。

优选地，微透镜的材料为光刻胶，在出光孔的表面沉积有高反膜。

优选地，光栅为圆形光栅或方形光栅，在圆形光栅或方形光栅的中心开设有出光孔。

优选地，具有模式调控功能的VCSEL激光器还包括从下至上依次层叠的N面电极、衬底、N型DBR层、有源层、氧化层、P型DBR层和P面电极，P面电极位于出光口的外围。

优选地，在氧化层内对应于出光口的位置形成未被氧化的氧化孔，出光孔靠近出光口一端的孔径小于氧化孔的孔径。

优选地，微透镜或光栅与P型DBR层之间利用环氧树脂加固。

本发明提供的具有模式调控功能的VCSEL激光器的制备方法，包括如下步骤：

S1、制备VCSEL激光器本体；其中，VCSEL激光器本体的出光口出射高阶模光束和基模光束；

S2、在出光口的表面制备模式调控结构；其中，模式调控结构用于对高阶模光束进行折转，使高阶模光束与基模光束发生分离。

优选地，模式调控结构为微透镜，微透镜的制备方法包括如下步骤：

S201、在出光口的表面旋涂光刻胶；

S202、通过光刻工艺进行紫外曝光，将光刻板图形转移到出光口上，形成圆柱形的光刻胶；