激光器陣列相干器及其制備方法
【專利摘要】激光器陣列相干器及其制備方法屬于激光相干耦合【技術領域】，目的在于解決現有技術存在的激光器陣列相干性差、穩定性差、功率低和成本高的問題。本發明由光子橋連接的二維衍射光子晶體組成的陣列，以及在最外圍制備的光子反射器。激光器陣列相干器的制備方法，首先給出部件具體位置；其次，用光刻以及刻蝕方法制備光子橋和出光面；再次，通過刻蝕或生長技術制備二維衍射光子晶體，通過刻蝕方法制作光子反射器；最后，進行化學處理、或者制作保護層、或者制備電極、或者進行二次外延繼續制備激光陣列芯片。本發明可以實現激光器陣列的發光單元之間的光子相互注入，從而實現光學相干。
【專利說明】激光器陣列相干器及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于激光相干耦合【技術領域】，具體涉及一種對激光器陣列中的各個出光單元進行鎖相相干的激光器陣列相干器及其制備方法。
【背景技術】
[0002]激光器陣列相比于激光器單管和線陣激光器，由于可以獲得較高功率，被廣泛的應用于工業加工、泵浦源等領域，但是，隨著科技發展，越來越多的領域對高光束質量、高亮度、窄線寬、高相干度的高功率激光的需求不斷增長。
[0003]一般的激光器陣列，由于不能夠實現線陣中各個出光單元間的光子相互注入，因而不存在相干性，這就導致了出射激光線寬較寬，模式特性差，遠場發散角大，亮度低，不能實現鎖相的缺點，限制了其應用。針對一般激光器陣列，通過減小條寬來實現單側模，通過額外制備DBR光柵來窄化線寬，通過額外添加外腔鏡來增加相干性，但卻大大降低了激光器的功率，并且工藝步驟多而繁雜，對光學系統的穩定性要求很高。
[0004]為了得到高功率、高相干性的激光，鎖相激光器陣列被廣泛研究。現有的鎖相方式主要分為兩類:內部耦合鎖相和外部耦合鎖相；
[0005]內部耦合鎖相是靠相鄰兩個單元光場的相互作用實現鎖相，包括消逝場耦合、反波導耦合等，但現有的內部耦合鎖相技術單元間的相互作用復雜，間距較難控制，且耦合單元不能太多，這就限制了更高功率的輸出光；
[0006]外部耦合鎖相主要有外腔鎖相和種子注入鎖相；一般的外腔鎖相通過在外腔中放置濾波器，實現不同光束的相互作用，但是現有的外部鎖相技術對濾波器的要求高，光路復雜，能量損失較大；而種子注入鎖相需要一個額外的輸出高質量激光的主激光器，以及昂貴的光隔離器，并且實現鎖相的單元數量較少，效率較低。
[0007]因此，需要研制出一種適用于激光器陣列實現高功率、高相干性，且制作工藝簡單、性能穩定、成本低、易推廣的激光器陣列相干器裝置。
【發明內容】
[0008]本發明的目的在于提出一種激光器陣列相干器及其制備方法，解決現有技術存在的激光器陣列相干性差、穩定性差、功率低和成本高的問題。
[0009]為實現上述目的，本發明的激光器陣列相干器包括由光子橋連接的出光面陣列，所述出光面上制備有二維衍射光子晶體，所述激光器陣列相干器在二維衍射光子晶體的外圍或整體的外圍制備有光子反射器。
[0010]所述光子橋可以是在S12襯底上制備,或者集成在光學系統中其他光學兀件表面或內部；所述二維衍射光子晶體是在出光面上生長得到或刻蝕得到；所述光子反射器為光柵、光子晶體、光學槽、反射鏡或反射膜系統。
[0011]所述光子橋的材料為介質材料、薄膜系統材料、半導體材料或金屬材料；所述光子橋的結構為單層結構、內部全反射結構、布拉格分布反饋結構、多層膜結構或表面等離子體波導結構；所述二維衍射光子晶體的形狀為平行四邊形排列、菱形排列、矩形排列、正方型排列、周期性曲線排列、同心圓排列或共焦點曲線排列的各種孔洞或突起；所述二維衍射光子晶體的材料為介質、薄膜系統、金屬或半導體。
[0012]所述出光面陣列與激光器陣列排列一致，可以是平行四邊形陣列、菱形陣列、矩形陣列、正方型陣列、周期性曲線陣列、同心圓陣列或共焦點曲線陣列。
[0013]激光陣列相干器用于激光器內部，實現內部耦合鎖相的相干方式時，制備方法包括以下步驟:
[0014]步驟一:制備激光器陣列芯片時，確定光子橋和出光面所在激光器芯片內部所處的介質層以及光子橋、出光面、二維衍射光子晶體和光子反射器的具體位置；
[0015]步驟二:在步驟一中確定得到的位置上，配合使用光刻以及刻蝕方法，制備光子橋和出光面；光子橋的尺寸和結構保證二者本身的截止頻率小于所選波段；所述出光面的排布方式與實際應用的激光器陣列的排布方式相同；所述光子橋所處的激光器芯片部分是電絕緣的；
[0016]步驟三:在步驟二中得到的出光面上通過刻蝕技術或生長技術制備二維衍射光子晶體，在二維衍射光子晶體的外圍或整體的外圍通過刻蝕方法制作能夠反射光子橋內光學模式的光子反射器，得到激光器陣列相干器。
[0017]所述制備方法還包括步驟四:在步驟三中制備得到的激光器陣列相干器上進行化學處理、制作保護層、制備電極或者進行二次外延繼續制備激光陣列芯片。
[0018]激光陣列相干器用于激光器內部，實現內部耦合鎖相的相干方式時，制備方法包括以下步驟:
[0019]步驟一:制備激光器陣列芯片時，確定光子橋和出光面所在激光器芯片內部所處的介質層以及光子橋、出光面、二維衍射光子晶體和光子反射器的具體位置；
[0020]步驟二:在步驟一中確定得到的位置上通過刻蝕技術或生長技術制備二維衍射光子晶體，通過刻蝕方法制作能夠反射光子橋內光學模式的光子反射器；
[0021]步驟三:在步驟二得到的半成品芯片上進行二次外延生長或者薄膜系統制備。
[0022]步驟四:在步驟三得到的半成品芯片上，按照步驟一中確定得到的位置上，配合使用光刻以及刻蝕方法，套刻光子橋和出光面；光子橋和出光面的尺寸和結構保證二者本身的截止頻率小于所選波段；出光面的排布方式與實際應用的激光器陣列的排布方式相同；光子橋所處的激光器芯片部分是電絕緣的。
[0023]激光陣列相干器用于激光器外部，實現外部耦合鎖相的相干方式時，制備方法包括以下步驟:
[0024]步驟一:制備激光器陣列芯片時，確定光子橋、出光面、二維衍射光子晶體和光子反射器所在激光器芯片的具體位置；
[0025]步驟二:在步驟一中確定得到的位置上，配合使用光刻以及刻蝕方法，制備光子橋和出光面；光子橋和出光面的尺寸和結構保證二者本身的截止頻率小于所選波段；所述出光面的排布方式與實際應用的激光器陣列的排布方式相同；
[0026]步驟三:在步驟二中得到的出光面上通過刻蝕技術或生長技術制備二維衍射光子晶體，在光子反射器的外圍或者整體的外圍通過刻蝕方法制作能夠反射光子橋內光學模式的光子反射器，得到激光器陣列相干器。
[0027]所述制備方法還包括步驟四:在步驟三中制備得到的激光器陣列相干器上進行化學處理、制作保護層。
[0028]激光陣列相干器用于激光器外部，實現外部耦合鎖相的相干方式時，根據工藝情況和實際需求可調整步驟二和步驟三的順序，具體包括以下步驟:
[0029]步驟一:制備激光器陣列芯片時，確定光子橋、出光面、二維衍射光子晶體和光子反射器所在激光器芯片的具體位置；
[0030]步驟二:在步驟一中確定得到的位置，通過刻蝕技術或生長技術制備二維衍射光子晶體，通過刻蝕方法制作能夠反射光子橋內光學模式的光子反射器；
[0031]步驟三:在步驟一中確定得到的位置上，配合使用光刻以及刻蝕方法，套刻光子橋和出光面；得到激光器陣列相干器；光子橋和出光面的尺寸和結構保證二者本身的截止頻率小于所選波段；所述出光面的排布方式與實際應用的激光器陣列的排布方式相同；
[0032]步驟四:在步驟三中制備得到的激光器陣列相干器上進行化學處理、制作保護層。
[0033]本發明的有益效果為:本發明的激光器陣列相干器及其制備方法的結構簡單便于制備，成本低，可變參數多可以滿足各種實際情況的需求，還可以集成在其他光學元件表面或者內部從而提高光學系統的穩定性。采用本發明的激光器陣列，由于光子橋的尺寸和位置是可以調整的，因而可以酌情利用內部耦合鎖相或外部耦合鎖相原理。當激光器陣列相干器制作在激光器陣列內部時，利用了內部耦合鎖相原理，相比于傳統的內部耦合鎖相結構，可以不拘泥于相干激光單元之間的距離、尺寸以及激光器陣列發光點個數，克服了傳統內部耦合鎖相對發光點個數和距離的限制，理論上可實現無窮多個激光器陣列發光點間的相干鎖相，相干性好。當激光器陣列相干器制作在激光器陣列外部的光學系統中時，則利用外部耦合鎖相原理，由于其結構簡單，可以集成于其他光學元件上，相比于傳統的外部耦合鎖相結構，鎖相單元數量也不受限制，相干效率高，可以實現大功率情況下的激光器陣列中發光單元的光子相互注入和鎖相，從而實現光學相干。由公知常識可知，在激光器陣列中，參與相干鎖相的激光單元越多，出光功率越高，并且隨著參與光學相干的諧振腔增多，激光模式特性越趨于單一化，線寬越窄，出光的光束質量由于時間和空間相干性的提高，容易獲得更高光束質量和更小的發散角，從而提高激光器陣列的輸出亮度，因而采用本發明所示的激光器陣列相干器，能夠更容易的現高功率、高相干性、高光束質量出光的目的。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0034]圖1為本發明的激光器陣列相干器用于外部耦合鎖相實施例的結構圖；
[0035]圖2為本發明的激光器陣列相干器用于外部耦合鎖相實施例的制備流程圖；
[0036]圖3為本發明的激光器陣列相干器用于外部耦合鎖相實施例的局部細節圖；
[0037]圖4為本發明的激光器陣列相干器用于內部耦合鎖相實施例的結構圖；
[0038]圖5為本發明的激光器陣列相干器用于內部耦合鎖相實施例的制備流程圖；
[0039]圖6為實施例中的VCSEL芯片結構圖。
[0040]圖7為本發明的激光器陣列相干器的工作原理圖；
[0041]其中:1、光子橋，2、出光面，3、二維衍射光子晶體，4、光子反射器，(a)、入射光，(b)、反射光，(C)、透射光，(d)、衍射光，(b’)、注入光，(c’)、出射光，(d’)、返回光，5、GaAs襯底，6、下DBR，7、有源層，8、側氧化層，9、上DBR, KKAla9GaaiAs層，IUGaAs層。
【具體實施方式】
[0042]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步描述。
[0043]本實施例中的激光器陣列相干器包括由光子橋I連接的出光面2陣列，出光面2上制備有二維衍射光子晶體3，以及在二維衍射光子晶體3的外圍或整體的外圍制備的光子反射器4 ;二維衍射光子晶體3可以對所選波段的激光進行衍射，光子橋I處在截止頻率以上，可以實現該波段激光的光學模式傳輸，光子反射器4可以實現對光子橋I和二維衍射光子晶體3中的光學模式高效反射。
[0044]所述光子橋I可以是在S12襯底上制備,或者集成在光學系統中其他光學兀件表面或內部；所述二維衍射光子晶體3是在出光面上生長得到或刻蝕得到。光子反射器4為光柵、光子晶體、光學槽、反射鏡或反射膜系統。
[0045]所述的二維衍射光子晶體3的形狀為平行四邊形排列、菱形排列、矩形排列、正方型排列、周期性曲線排列、同心圓排列或共焦點曲線排列的各種孔洞或突起；所述的二維衍射光子晶體3的材料為介質、薄膜系統、金屬或半導體。所述的光子橋I的材料為介質材料、薄膜系統材料、半導體材料或金屬材料；所述的光子橋I的結構為單層結構、內部全反射結構、布拉格分布反饋結構、多層膜結構或表面等離子體波導結構。
[0046]所述的出光面2排列的陣列，與激光器陣列排列一致，可以是平行四邊形陣列、菱形陣列、矩形陣列、正方型陣列、周期性曲線陣列、同心圓陣列或共焦點曲線陣列。
[0047]所述的激光器陣列相干器，其應用領域主要是激光器陣列，也可以單獨應用于單管激光，以實現單管激光自身內部間的鎖相和相干出光。
[0048]所述的激光器陣列相干器，其使用位置可以集成在激光器陣列的芯片內部或出光面，也可以集成在后續光學系統的某個光學元件上或者單獨使用。
[0049]參見附圖1、附圖2和附圖3，激光陣列相干器用于激光器外部，實現外部耦合鎖相的相干方式時，制備方法包括以下步驟:
[0050]步驟一:制備激光器陣列芯片時，確定光子橋1、出光面2、二維衍射光子晶體3和光子反射器4所在激光器芯片的具體位置；
[0051]步驟二:在步驟一中確定得到的位置上，配合使用光刻以及刻蝕方法，制備光子橋I和出光面2 ;光子橋I和出光面2的尺寸和結構保證二者本身的截止頻率小于所選波段；所述出光面2的排布方式與實際應用的激光器陣列的排布方式相同；
[0052]步驟三:在步驟二中得到的出光面2上通過刻蝕技術或生長技術制備二維衍射光子晶體3，在光子反射器4的外圍或者整體的外圍通過刻蝕方法制作能夠反射光子橋I內光學模式的光子反射器4，得到激光器陣列相干器。
[0053]所述制備方法還包括步驟四:在步驟三中制備得到的激光器陣列相干器上進行化學處理、制作保護層。
[0054]根據工藝情況和實際需求可調整步驟二和步驟三的順序，具體包括以下步驟:
[0055]步驟一:制備激光器陣列芯片時，確定光子橋1、出光面2、二維衍射光子晶體3和光子反射器4所在激光器芯片的具體位置；
[0056]步驟二:在步驟一中確定得到的位置，通過刻蝕技術或生長技術制備二維衍射光子晶體3，通過刻蝕方法制作能夠反射光子橋I內光學模式的光子反射器4 ；
[0057]步驟三:在步驟一中確定得到的位置上，配合使用光刻以及刻蝕方法，套刻光子橋I和出光面2 ;得到激光器陣列相干器；光子橋I和出光面2的尺寸和結構保證二者本身的截止頻率小于所選波段；所述出光面2的排布方式與實際應用的激光器陣列的排布方式相同。
[0058]所述制備方法還包括步驟四:在步驟三中制備得到的激光器陣列相干器上進行化學處理、制作保護層。
[0059]參見附圖4和附圖5，激光陣列相干器用于激光器內部，實現內部耦合鎖相的相干方式時，制備方法包括以下步驟:
[0060]步驟一:制備激光器陣列芯片時，確定光子橋I和出光面2所在激光器芯片內部所處的介質層以及光子橋1、出光面2、二維衍射光子晶體3和光子反射器4的具體位置；
[0061]步驟二:在步驟一中確定得到的位置上，配合使用光刻以及刻蝕方法，制備光子橋I和出光面2 ;光子橋I和出光面2的尺寸和結構保證二者本身的截止頻率小于所選波段；所述出光面2的排布方式與實際應用的激光器陣列的排布方式相同；所述光子橋I所處的激光器芯片部分是電絕緣的；如在頂發射的VCSEL激光器陣列中，該光子橋I所處的半導體激光器芯片部分經過側氧化工藝后，是電絕緣的；
[0062]步驟三:在步驟二中得到的出光面2上通過刻蝕技術或生長技術制備二維衍射光子晶體3，在二維衍射光子晶體3的外圍或整體的外圍通過刻蝕方法制作能夠反射光子橋I內光學模式的光子反射器4，得到激光器陣列相干器。
[0063]所述制備方法還包括步驟四:在步驟三中制備得到的激光器陣列相干器上進行化學處理、制作保護層、制備電極或者進行二次外延繼續制備激光陣列芯片。進行化學處理制作保護層是為了增加使用壽命，制備電極是為了給激光器頂面制作電接觸，用于通電；進行二次外延是為了將陣列相干器制備到激光器芯片的內部，增強相干性。
[0064]根據工藝情況和實際需求可調整步驟二、步驟三和步驟四的順序，具體包括包括以下步驟:
[0065]步驟一:制備激光器陣列芯片時，確定光子橋I和出光面2所在激光器芯片內部所處的介質層以及光子橋1、出光面2、二維衍射光子晶體3和光子反射器4的具體位置；
[0066]步驟二:在步驟一中確定得到的位置上通過刻蝕技術或生長技術制備二維衍射光子晶體3，通過刻蝕方法制作能夠反射光子橋I內光學模式的光子反射器4 ；
[0067]步驟三:在步驟二得到的半成品芯片上進行二次外延生長或者薄膜系統制備。
[0068]步驟四:在步驟三得到的半成品芯片上，按照步驟一中確定得到的位置上，配合使用光刻以及刻蝕方法，套刻光子橋I和出光面2 ;光子橋I和出光面2的尺寸和結構保證二者本身的截止頻率小于所選波段；出光面2的排布方式與實際應用的激光器陣列的排布方式相同；光子橋I所處的激光器芯片部分是電絕緣的；如在頂發射的VCSEL激光器陣列中，該光子橋I所處的半導體激光器芯片部分經過側氧化工藝后，是電絕緣的。
[0069]參見附圖6，公知的VCSEL芯片結構包括自下至上排列的GaAs襯底5、下DBR6、有源層7、側氧化層8和上DBR9。在本實施例中，我們在公知的VCSEL芯片頂層引入Al。.9Ga0.層10和GaAs層11 ；A10 9Ga0 層10和GaAs層11為激光器陣列相干鏡所在膜層。在其他實施例中，激光器陣列相干鏡所在膜層不限于此結構，并且其位置也可以調整到緊鄰有源層7或側氧化層8。
[0070]參見附圖7，本發明的工作原理為:二維衍射光子晶體3的將入射到激光器陣列相干器的入射光(a)進行衍射，使之一部分返回成為反射光(b)，一部分透射成為透射光(C)，一部分衍射進入光子橋I中成為衍射光(d)。衍射光(d)經過光子橋I傳遞到其它二維衍射光子晶體3時，衍射光(d)將重新被二維衍射光子晶體3調制，一部分成為注入到激光器陣列其它出光單元的注入光(b’)，一部分成為其它二維衍射光子晶體上3的出射光(c’)，實現不同的激光器陣列出光單元之間的光注入和鎖相。
[0071]光子橋I將不同的二維衍射光子晶體產生的衍射光(d)向其它二維衍射光子晶體3傳遞。
[0072]光子反射器4的可以對光子橋I內的衍射光(d)進行反射使之成為重新返回光學系統的返回光(d’)，從而進一步實現光子的相互注入和鎖相相干，還可以盡可能減小沒有激射在外界的衍射光形成的不必要損耗。
[0073]實施例一:
[0074]本實施例中，實際情況為間隔500 μ m,底腳成60°菱形排列的980nm波長激光器陣列的外部耦合鎖相的激光器陣列相干器制備方法，包括以下步驟:
[0075]步驟一:由氣相沉積法在S12襯底上制備400nm厚的Si3N4薄膜，作為光子橋I和出光面2所在的膜層，利用光刻和刻蝕方法，按照同樣間隔為500 μ m，底腳60°菱形尺寸制作出光面2以及連接出光面2的光子橋I。該尺寸的Si3N4薄膜作為光子橋1，可以支持980nm波段的激光光子沿著光子橋I傳播而不會被截止，光子能夠在該結構中傳輸，并能夠收集二維衍射光子晶體3衍射的光子轉化成為光子橋2內傳輸的光學模式，光子在光子橋I中傳輸時無衍射損耗和散射損耗，傳輸損耗也幾乎為零；
[0076]步驟二:在步驟一中制備得到的出光面2上采用電子束或全息曝光技術刻蝕周期為570nm、深度為80nm，菱形排列的等邊三角形孔為二維衍射光子晶體3，等邊三角形的邊長為300nm ；
[0077]二維衍射光子晶體3能夠提供一定方向傳播透射的光和返回激光器的返回光(d’)，能夠對入射光子進行衍射使得部分入射光子耦合成為光子橋I中的光學模式，還能夠對光子橋I中傳播的光學模式進行衍射，使之成為光學系統中的相干光，進行相干出射或者重新注入激光器陣列內的其他激光單元中；
[0078]步驟三:在最外側的光子橋I上通過電子束刻蝕方法制作正方形陣列的光子晶體結構，作為光子反射器4，打孔周期為367nm，孔的直徑為245nm，孔的深度為250nm，進而得到激光器陣列相干器。
[0079]步驟四:根據所選激光器功率和實際應用需求，可以在步驟三中所述的激光器陣列相干器上進行化學處理或者制作保護層，以起到保護激光器陣列相干器的作用，延長其使用壽命。
[0080]步驟一中所述的由氣相沉積法制備278nm厚的Si3N4薄膜的光子橋I可以是在S12襯底上制備,或者集成在光學系統中激光器陣列以及其他光學兀件表面或內部。
[0081]在光子橋I上通過刻蝕技術制備得到的二維衍射光子晶體3的深度小于等于光子橋I的厚度。
[0082]實施例二:
[0083]本實施例中，根據實際情況制備為間隔500 μ m，頂發射的正方形陣列排列的980nm波長內部I禹合鎖相的相干激光器陣列，激光器陣列相干器集成在激光器芯片內部，包括以下步驟:
[0084]步驟一:在本實施例中，我們在公知的VCSEL芯片頂層引入Ala9GaaiAs層10和GaAs層11，通過MOCVD方法制備，Ala9Gaa As層10的厚度500nm，GaAs層11的厚度278nm，其中VCSEL的芯片結構如圖6所示，278nm厚GaAs層11和500nm厚Altl 9Gaa !As層10作為光子橋I和出光面2所在的晶體層，500nm厚高鋁組分的Ala9GaaiAs層10和GaAs層11的折射率對比較大，可以將光子限制在GaAs層11內傳輸，該尺寸的GaAs層11作為光子橋1，可以支持980nm波段的激光光子沿著光子橋I傳播而不會被截止，光子能夠在該結構中傳輸，并能夠收集二維衍射光子晶體3衍射的光子轉化成為光子橋I內傳輸的光學模式，光子在光子橋I中傳輸時無衍射損耗和散射損耗，為了減小摻雜引入的傳輸損耗，可以降低GaAs層11中的摻雜濃度小于到lel7cm_3。；
[0085]步驟二:經歷通常VCSEL的工藝步驟之后，利用常規光刻和刻蝕方法，制備為間隔500 μ m,正方形陣列排列的出光面2和光子橋I。通常VCSEL的側氧化工藝可以將光子橋I所在芯片部分的氧化層徹底氧化，使得光子橋只允許光子傳輸，對電子是絕緣的。
[0086]步驟三:在經過步驟二中，通常VCSEL的側氧化工藝后，出光面上只有沒有被側氧化的部分芯片才能注入電子發射激光，在該位置上采用電子束或全息曝光技術刻蝕周期為280nm、深度為78nm，正方形排列的正方形孔為二維衍射光子晶體3，正方形孔的邊長為140nm ；
[0087]二維衍射光子晶體3能夠提供一定方向傳播透射的光和返回激光器的返回光(d’)，能夠對入射光子進行衍射使得部分入射光子耦合成為光子橋I中的光學模式，還能夠對光子橋I中傳播的光學模式進行衍射，使之成為光學系統中的相干光，進行相干出射或者重新注入激光器陣列內的其他激光單元中；
[0088]步驟四:在最外側的二維衍射光子晶體3距離70nm處通過電子束刻蝕方法制作兩條寬490nm，深270nm，間距70nm的光學槽，作為光子反射器4，進而得到激光器陣列相干器。
[0089]步驟五:根據所選激光器功率和實際應用需求，可以在步驟四中所述的激光器陣列相干器上進行化學處理或者制作保護層，以起到保護激光器陣列相干器的作用，延長其使用壽命，也可以繼續進行二次外延或者制備電極。
【權利要求】
1.激光器陣列相干器，其特征在于，包括由光子橋⑴連接的出光面⑵陣列，所述出光面(2)上制備有二維衍射光子晶體(3),所述激光器陣列相干器在二維衍射光子晶體(3)的外圍或整體的外圍制備有光子反射器(4)。
2.根據權利要求1所述的激光器陣列相干器，其特征在于，所述光子橋(1)可以是在3102襯底上制備，或者集成在光學系統中其他光學元件表面或內部；所述二維衍射光子晶體(3)是在出光面(2)上生長得到或刻蝕得到；所述光子反射器(4)為光柵、光子晶體、光學槽、反射鏡或反射膜系統。
3.根據權利要求1所述的激光器陣列相干器，其特征在于，所述光子橋(1)的材料為介質材料、薄膜系統材料、半導體材料或金屬材料；所述光子橋(1)的結構為單層結構、內部全反射結構、布拉格分布反饋結構、多層膜結構或表面等離子體波導結構；所述二維衍射光子晶體(3)的形狀為平行四邊形排列、菱形排列、矩形排列、正方型排列、周期性曲線排列、同心圓排列或共焦點曲線排列的各種孔洞或突起；所述二維衍射光子晶體(3)的材料為介質、薄膜系統、金屬或半導體。
4.根據權利要求1所述的激光器陣列相干器，其特征在于，所述出光面(2)陣列與激光器陣列排列一致，可以是平行四邊形陣列、菱形陣列、矩形陣列、正方型陣列、周期性曲線陣列、同心圓陣列或共焦點曲線陣列。
5.根據權利要求1所述的激光器陣列相干器的制備方法，其特征在于，激光陣列相干器用于激光器內部，實現內部耦合鎖相的相干方式時，制備方法包括以下步驟: 步驟一:制備激光器陣列芯片時，確定光子橋(1)和出光面(2)所在激光器芯片內部所處的介質層以及光子橋(11出光面(2)、二維衍射光子晶體(3)和光子反射器(4)的具體位置； 步驟二:在步驟一中確定得到的位置上，配合使用光刻以及刻蝕方法，制備光子橋(1)和出光面(2)；光子橋(1)和出光面(2)的尺寸和結構保證二者本身的截止頻率小于所選波段；所述出光面(2)的排布方式與實際應用的激光器陣列的排布方式相同；所述光子橋(1)所處的激光器芯片部分是電絕緣的； 步驟三:在步驟二中得到的出光面(2)上通過刻蝕技術或生長技術制備二維衍射光子晶體(3),在二維衍射光子晶體(3)的外圍或整體的外圍通過刻蝕方法制作能夠反射光子橋(1)內光學模式的光子反射器(4),得到激光器陣列相干器。
6.根據權利要求5所述的激光器陣列相干器的制備方法，其特征在于，所述制備方法還包括步驟四:在步驟三中制備得到的激光器陣列相干器上進行化學處理、制作保護層、制備電極或者進行二次外延繼續制備激光陣列芯片。
7.根據權利要求1所述的激光器陣列相干器的制備方法，其特征在于，激光陣列相干器用于激光器內部，實現內部耦合鎖相的相干方式時，制備方法包括以下步驟: 步驟一:制備激光器陣列芯片時，確定光子橋(1)和出光面(2)所在激光器芯片內部所處的介質層以及光子橋(11出光面(2)、二維衍射光子晶體(3)和光子反射器(4)的具體位置； 步驟二:在步驟一中確定得到的位置上通過刻蝕技術或生長技術制備二維衍射光子晶體(3),通過刻蝕方法制作能夠反射光子橋(1)內光學模式的光子反射器(4)； 步驟三:在步驟二得到的半成品芯片上進行二次外延生長或者薄膜系統制備； 步驟四:在步驟三得到的半成品芯片上，按照步驟一中確定得到的位置上，配合使用光刻以及刻蝕方法，套刻光子橋⑴和出光面⑵；光子橋⑴和出光面(2)的尺寸和結構保證二者本身的截止頻率小于所選波段；出光面(2)的排布方式與實際應用的激光器陣列的排布方式相同；光子橋(I)所處的激光器芯片部分是電絕緣的。
8.根據權利要求1所述的激光器陣列相干器的制備方法，其特征在于，激光陣列相干器用于激光器外部，實現外部耦合鎖相的相干方式時，其制備方法包括以下步驟: 步驟一:制備激光器陣列芯片時，確定光子橋(I)、出光面(2)、二維衍射光子晶體(3)和光子反射器(4)所在激光器芯片的具體位置； 步驟二:在步驟一中確定得到的位置上，配合使用光刻以及刻蝕方法，制備光子橋(I)和出光面(2);光子橋(I)和出光面(2)的尺寸和結構保證二者本身的截止頻率小于所選波段；所述出光面(2)的排布方式與實際應用的激光器陣列的排布方式相同； 步驟三:在步驟二中得到的出光面(2)上通過刻蝕技術或生長技術制備二維衍射光子晶體(3)，在光子反射器(4)的外圍或者整體的外圍通過刻蝕方法制作能夠反射光子橋(I)內光學模式的光子反射器(4)，得到激光器陣列相干器。
9.根據權利要求8所述的激光器陣列相干器的制備方法，其特征在于，所述制備方法還包括步驟四:在步驟三中制備得到的激光器陣列相干器上進行化學處理、制作保護層。
10.根據權利要求1所述的激光器陣列相干器的制備方法，其特征在于，激光陣列相干器用于激光器外部，實現外部耦合鎖相的相干方式時，其制備方法包括以下步驟: 步驟一:制備激光器陣列芯片時，確定光子橋(I)、出光面(2)、二維衍射光子晶體(3)和光子反射器(4)所在激光器芯片的具體位置； 步驟二:在步驟一中確定得到的位置，通過刻蝕技術或生長技術制備二維衍射光子晶體(3)，通過刻蝕方法制作能夠反射光子橋(I)內光學模式的光子反射器(4)； 步驟三:在步驟一中確定得到的位置上，配合使用光刻以及刻蝕方法，套刻光子橋(I)和出光面(2);得到激光器陣列相干器；光子橋(I)和出光面(2)的尺寸和結構保證二者本身的截止頻率小于所選波段；所述出光面(2)的排布方式與實際應用的激光器陣列的排布方式相同； 步驟四:在步驟三中制備得到的激光器陣列相干器上進行化學處理、制作保護層。
【文檔編號】H01S5/40GK104393485SQ201410508727
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年9月26日 優先權日:2014年9月26日
【發明者】陳泳屹, 秦莉, 王立軍, 寧永強, 劉云, 佟存柱 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所