CN105186285A - 一种电驱动模式可调激光器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电驱动模式可调激光器。现有技术难于小型化、难于模式调控。本发明由两个层状布拉格反射部件之间设置有工作层和限光层；在两个层状布拉格反射部件外侧分别设置有层状电极，其中一个层状电极的导电区域由离散导电区域构成；层状电极与驱动控制器相连接，控制离散导电区域在时间空间分布电流，工作层产生受激辐射，限光层的封闭曲线通光孔径对光场模式具有选择作用，驱动控制器通过调控激发电场时间空间分布实现激光输出模式动态调控。本发明具有电驱动、结构简洁、制作工艺简单、可靠性高、应用范围广、应用灵活性强、易于微型化、易于批量规模化生产、便于集成、功能易于扩充、可实现矢量光束输出、模式可调控、光束质量高等特点。

Description

一种电驱动模式可调激光器

技术领域

本发明属于光学技术领域，涉及一种激光器，特别是一种电驱动模式可调激光器，主要用于光电检测、光通信、光谱测量、光学微操纵、激光加工、光存储、激光测量、激光医学、光学显微、光学系统等领域中作为激光光源。

背景技术

激光器是利用受激辐射原理在工作介质中产生光放大发射的器件，广泛应用于光电检测、光通信、光谱测量、光学微操纵、激光加工、光存储、激光测量、激光医学、光学显微、光学系统等领域，例如，在光通信领域中，不同激光模式可以作为信道进行信息传输，增加信息传输容量；在光学微操纵系统中，不同激光模式聚焦特性存在明显区别，构成光学陷阱。目前应用系统不仅对激光器基本出射光束存在要求，同时迫切需要激光器能够进行模式调控和驱动调制。

在先技术中，存在一种激光器，参见已经授权美国专利，授权美国专利名称为固态激光器（英文名称：Solid-statelaser），授权专利号：US8165182B2，授权时间：2012年4月24日，专利发明人：AdolfGiesen等人。该激光器具有相当的优点，但是，仍然存在一些本质不足：1）本激光器采用光泵浦结构，系统构建复杂，无法实现电控调制；2）系统采用基于反射式部件的固态增益结构，同时包含有基于反射镜补偿模块，使得系统对制备工艺要求很高，制备激光器的工序复杂、难度大；3）激光器系统在反射式补偿模块设置在两反射镜内，所有器件相互位置和方位设置要求高，并且导致整个系统结构复杂，装调难度大，可靠性降低，限制了光源使用范围和应用灵活性；4）此激光器在本质上无法实现小型化、微型化，无法基于半导体工艺进行批量规模化生产，难于集成；5）在本质上无法实现轴对称矢量光束出射，难于实现激光输出模式的电驱动调控。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术的不足，提供一种电驱动模式可调激光器，具有电驱动、结构简洁、制作工艺简单、可靠性高、应用范围广、应用灵活性强、易于微型化、易于批量规模化生产、便于集成、功能易于扩充、可实现矢量光束输出、模式可调控、光束质量高等特点。

本发明的基本构思是：基于垂直腔面发射激光原理，结合腔内光场选择和电场调控技术，由两个层状布拉格反射部件之间设置有工作层和限光层，构成层状激光谐振腔；在两个层状布拉格反射部件外侧分别设置有层状电极，其中一个层状电极的导电区域由离散导电区域构成；限光层上设置有边缘曲折的封闭曲线通光孔径，层状电极与驱动控制器相连接，控制离散导电区域在时间空间分布电流，工作层产生受激辐射，限光层的封闭曲线通光孔径对光场模式具有选择作用，驱动控制器通过调控激发电场时间空间分布实现激光输出模式动态调控。

本发明包括：底部层状布拉格反射部件、工作层、顶部层状布拉格反射部件；在底部层状布拉格反射部件和顶部层状布拉格反射部件之间设置有限光层，限光层上设有封闭曲线通光孔；底部层状布拉格反射部件远离工作层的一侧设置有第一电极层，在顶部层状布拉格反射部件远离工作层的一侧设置有第二电极层；第一电极层和第二电极层中的一个电极层上的导电区域由离散导电区域构成；第一电极层和第二电极层中的一个电极层上，与封闭曲线通光孔相对应的垂直平面的法线方向位置设置有激光出光区域；第一电极层的导电区域和第二电极层的导电区域均与驱动控制器相互实现电流信号连接。

所述的底部层状布拉格反射部件和顶部层状布拉格反射部件为分布式布拉格反射镜。

所述的工作层为半导体光增益波导层、掺杂增益波导层的一种。

本发明一种电驱动模式可调激光器的工作过程为：底部层状布拉格反射部件和顶部层状布拉格反射部件之间设置有限光层，构成层状激光谐振腔；限光层包含有区域和封闭曲线通光孔径；底部层状布拉格反射部件远离工作层的一侧设置有第一电极层，在顶部层状布拉格反射部件远离工作层的一侧设置有第二电极层；第二电极层的导电区域由离散导电区域构成；第二电极层的离散导电区域与封闭曲线通光孔径相对应的垂直平面的法线方向位置设置有激光出光区域；第一电极层的导电区域和第二电极层的导电区域均与驱动控制器相互实现电流信号连接。驱动控制器控制离散导电区域在时间空间分布电流，工作层产生受激辐射，限光层的封闭曲线通光孔径对光场模式具有选择作用，驱动控制器通过调控激发电场时间空间分布实现激光输出模式动态调控。

本发明中层状结构制备、布拉格反射效应、电连接、驱动电场控制技术均为成熟技术。本发明的发明点在于：基于垂直腔面发射激光原理、腔内光场选择和电场调控技术，建构层状架构激光谐振腔；限光层对光场模式具有选择作用，通过调控激发电场时间空间分布实现激光输出模式动态调控和输出，给出一种电驱动、结构简洁、制作工艺简单、可靠性高、应用范围广、应用灵活性强、易于微型化、易于批量规模化生产、便于集成、功能易于扩充、可实现矢量光束输出、模式可调控、光束质量高的电驱动模式可调激光器。

与现有技术相比，本发明的优点：

1）在先技术激光器采用光泵浦结构，系统构建复杂，无法实现电控调制。本发明基于垂直腔面发射激光原理，结合腔内光场选择和电场调控技术，由两个层状布拉格反射部件之间设置有工作层和限光层，构成层状激光谐振腔，因此具有电驱动、系统构建简单结、结构简洁等特点；

2）在先技术系统采用基于反射式部件的固态增益结构，同时包含有基于反射镜补偿模块，使得系统对制备工艺要求很高，制备激光器的工序复杂、难度大。本发明本质上不采用光栅微纳结构,而是采用多层的布拉格反射结构,基于光场在布拉格反射结构构建的波导体系中的传播行为,在两个层状布拉格反射部件外侧分别设置有层状电极，制备基于现有垂直腔面发射激光工艺，具有制作工艺简单特点；

3）在先技术在反射式补偿模块设置在两反射镜内，所有器件相互位置和方位设置要求高，并且导致整个系统结构复杂，装调难度大，可靠性降低，限制了光源使用范围和应用灵活性。本发明的激光光场从顶部层状布拉格反射部件的表面出射，制作工艺和系统结构简洁成熟，并且层状激光系统结构稳定和抗干扰，具有可靠性高、应用范围广、灵活性强等特点；

4）在先技术本质上无法实现小型化、微型化，无法基于半导体工艺进行批量规模化生产，难于集成。本发明制备基于半导体工艺，易于微型化、易于批量规模化生产、便于集成、功能易于扩充；

5）在先技术本质上无法实现轴对称矢量光束出射，难于实现激光输出模式的电驱动调控。本发明中一个层状电极的导电区域由离散导电区域构成；限光层上设置有边缘曲折的封闭曲线通光孔径，层状电极与驱动控制器相连接，控制离散导电区域在时间空间分布电流，工作层产生受激辐射，限光层的封闭曲线通光孔径对光场模式具有选择作用，驱动控制器通过调控激发电场时间空间分布实现激光输出模式动态调控，本发明具有可实现矢量光束输出、模式可调控、光束质量高等特点。

附图说明

图1为本发明一种实施例的结构示意图。

图2为本发明的第一电极导电区域一种结构示意图。

图3为本发明的限光层一种结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种电驱动模式可调激光器，基于垂直腔面发射激光原理、腔内光场选择和电场调控技术，建构层状架构激光谐振腔，一个层状电极的导电区域由离散导电区域构成；限光层上设置有边缘曲折的封闭曲线通光孔径，层状电极与驱动控制器相连接，控制离散导电区域在时间空间分布电流，工作层产生受激辐射，限光层的封闭曲线通光孔径对光场模式具有选择作用，驱动控制器通过调控激发电场时间空间分布，实现激光输出模式动态调控。

本发明的一种电驱动模式可调激光器，包括：底部层状布拉格反射部件3、工作层2、顶部层状布拉格反射部件1；在底部层状布拉格反射部件3和顶部层状布拉格反射部件1之间设置有限光层6，限光层6上设有封闭曲线通光孔601；底部层状布拉格反射部件3远离工作层2的一侧设置有第一电极层5，在顶部层状布拉格反射部件1远离工作层2的一侧设置有第二电极层4；第一电极层5和第二电极层4中的一个电极层上的导电区域由离散导电区域401构成；第一电极层5和第二电极层4中的一个电极层上，与封闭曲线通光孔601相对应的垂直平面的法线方向位置设置有激光出光区域；第一电极层5的导电区域和第二电极层4的导电区域均与驱动控制器8相互实现电流信号连接。

本实施例中，底部层状布拉格反射部件3和顶部层状布拉格反射部件1为分布式布拉格反射镜；工作层2为半导体光增益波导层；限光层6设置在工作层2和顶部层状布拉格反射部件1之间，限光层6上设有封闭曲线通光孔601，封闭曲线通光孔径601为外围为五角星形，如图3所示；第二电极层4的导电区域由离散导电区域401构成，本实施例中采用五个圆形导电区构成，如图2所示。

本实施例工作过程为：底部层状布拉格反射部件3和顶部层状布拉格反射部件1之间设置有限光层6，构成层状激光谐振腔；限光层6上设有封闭曲线通光孔601；底部层状布拉格反射部件3远离工作层2的一侧设置有第一电极层5，在顶部层状布拉格反射部件1远离工作层2的一侧设置有第二电极层4；第二电极层4的导电区域由离散导电区域401构成；第二电极层4的离散导电区域401与封闭曲线通光孔径601相对应的垂直平面的法线方向位置设置有激光出光区域；第一电极层5的导电区域和第二电极层4的导电区域均与驱动控制器8相互实现电流信号连接。驱动控制器8控制离散导电区域401在时间空间分布电流，工作层2产生受激辐射，限光层6的封闭曲线通光孔径601对光场模式具有选择作用，驱动控制器8通过调控激发电场时间空间分布实现激光输出模式动态调控。

本实施例成功实现了845纳米到955纳米之间的激光光场高阶模式，不仅横向光场实现动态调控，而且在偏振态上也实现了调控，部分高阶模式实现了轴对称矢量光束出射。本发明具有电驱动、结构简洁、制作工艺简单、可靠性高、应用范围广、应用灵活性强、易于微型化、易于批量规模化生产、便于集成、功能易于扩充、可实现矢量光束输出、模式可调控、光束质量高等特点。

以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种电驱动模式可调激光器，其特征在于包括：底部层状布拉格反射部件、工作层、顶部层状布拉格反射部件；在底部层状布拉格反射部件和顶部层状布拉格反射部件之间设置有限光层，限光层上设有封闭曲线通光孔；底部层状布拉格反射部件远离工作层的一侧设置有第一电极层，在顶部层状布拉格反射部件远离工作层的一侧设置有第二电极层；第一电极层和第二电极层中的一个电极层上的导电区域由离散导电区域构成；第一电极层和第二电极层中的一个电极层上，与封闭曲线通光孔相对应的垂直平面的法线方向位置设置有激光出光区域；第一电极层的导电区域和第二电极层的导电区域均与驱动控制器相互实现电流信号连接。

2.如权利要求1所述的一种电驱动模式可调激光器，其特征在于：所述的底部层状布拉格反射部件和顶部层状布拉格反射部件为分布式布拉格反射镜。

3.如权利要求1所述的一种电驱动模式可调激光器，其特征在于：所述的工作层为半导体光增益波导层、掺杂增益波导层的一种。