激光器阵列相干器及其制备方法
【专利摘要】激光器阵列相干器及其制备方法属于激光相干耦合【技术领域】，目的在于解决现有技术存在的激光器阵列相干性差、稳定性差、功率低和成本高的问题。本发明由光子桥连接的二维衍射光子晶体组成的阵列，以及在最外围制备的光子反射器。激光器阵列相干器的制备方法，首先给出部件具体位置；其次，用光刻以及刻蚀方法制备光子桥和出光面；再次，通过刻蚀或生长技术制备二维衍射光子晶体，通过刻蚀方法制作光子反射器；最后，进行化学处理、或者制作保护层、或者制备电极、或者进行二次外延继续制备激光阵列芯片。本发明可以实现激光器阵列的发光单元之间的光子相互注入，从而实现光学相干。
【专利说明】激光器阵列相干器及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于激光相干耦合【技术领域】，具体涉及一种对激光器阵列中的各个出光单元进行锁相相干的激光器阵列相干器及其制备方法。
【背景技术】
[0002]激光器阵列相比于激光器单管和线阵激光器，由于可以获得较高功率，被广泛的应用于工业加工、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。
[0003]一般的激光器阵列，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，不能实现锁相的缺点，限制了其应用。针对一般激光器阵列，通过减小条宽来实现单侧模，通过额外制备DBR光栅来窄化线宽，通过额外添加外腔镜来增加相干性，但却大大降低了激光器的功率，并且工艺步骤多而繁杂，对光学系统的稳定性要求很高。
[0004]为了得到高功率、高相干性的激光，锁相激光器阵列被广泛研究。现有的锁相方式主要分为两类:内部耦合锁相和外部耦合锁相；
[0005]内部耦合锁相是靠相邻两个单元光场的相互作用实现锁相，包括消逝场耦合、反波导耦合等，但现有的内部耦合锁相技术单元间的相互作用复杂，间距较难控制，且耦合单元不能太多，这就限制了更高功率的输出光；
[0006]外部耦合锁相主要有外腔锁相和种子注入锁相；一般的外腔锁相通过在外腔中放置滤波器，实现不同光束的相互作用，但是现有的外部锁相技术对滤波器的要求高，光路复杂，能量损失较大；而种子注入锁相需要一个额外的输出高质量激光的主激光器，以及昂贵的光隔离器，并且实现锁相的单元数量较少，效率较低。
[0007]因此，需要研制出一种适用于激光器阵列实现高功率、高相干性，且制作工艺简单、性能稳定、成本低、易推广的激光器阵列相干器装置。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提出一种激光器阵列相干器及其制备方法，解决现有技术存在的激光器阵列相干性差、稳定性差、功率低和成本高的问题。
[0009]为实现上述目的，本发明的激光器阵列相干器包括由光子桥连接的出光面阵列，所述出光面上制备有二维衍射光子晶体，所述激光器阵列相干器在二维衍射光子晶体的外围或整体的外围制备有光子反射器。
[0010]所述光子桥可以是在S12衬底上制备,或者集成在光学系统中其他光学兀件表面或内部；所述二维衍射光子晶体是在出光面上生长得到或刻蚀得到；所述光子反射器为光栅、光子晶体、光学槽、反射镜或反射膜系统。
[0011]所述光子桥的材料为介质材料、薄膜系统材料、半导体材料或金属材料；所述光子桥的结构为单层结构、内部全反射结构、布拉格分布反馈结构、多层膜结构或表面等离子体波导结构；所述二维衍射光子晶体的形状为平行四边形排列、菱形排列、矩形排列、正方型排列、周期性曲线排列、同心圆排列或共焦点曲线排列的各种孔洞或突起；所述二维衍射光子晶体的材料为介质、薄膜系统、金属或半导体。
[0012]所述出光面阵列与激光器阵列排列一致，可以是平行四边形阵列、菱形阵列、矩形阵列、正方型阵列、周期性曲线阵列、同心圆阵列或共焦点曲线阵列。
[0013]激光阵列相干器用于激光器内部，实现内部耦合锁相的相干方式时，制备方法包括以下步骤:
[0014]步骤一:制备激光器阵列芯片时，确定光子桥和出光面所在激光器芯片内部所处的介质层以及光子桥、出光面、二维衍射光子晶体和光子反射器的具体位置；
[0015]步骤二:在步骤一中确定得到的位置上，配合使用光刻以及刻蚀方法，制备光子桥和出光面；光子桥的尺寸和结构保证二者本身的截止频率小于所选波段；所述出光面的排布方式与实际应用的激光器阵列的排布方式相同；所述光子桥所处的激光器芯片部分是电绝缘的；
[0016]步骤三:在步骤二中得到的出光面上通过刻蚀技术或生长技术制备二维衍射光子晶体，在二维衍射光子晶体的外围或整体的外围通过刻蚀方法制作能够反射光子桥内光学模式的光子反射器，得到激光器阵列相干器。
[0017]所述制备方法还包括步骤四:在步骤三中制备得到的激光器阵列相干器上进行化学处理、制作保护层、制备电极或者进行二次外延继续制备激光阵列芯片。
[0018]激光阵列相干器用于激光器内部，实现内部耦合锁相的相干方式时，制备方法包括以下步骤:
[0019]步骤一:制备激光器阵列芯片时，确定光子桥和出光面所在激光器芯片内部所处的介质层以及光子桥、出光面、二维衍射光子晶体和光子反射器的具体位置；
[0020]步骤二:在步骤一中确定得到的位置上通过刻蚀技术或生长技术制备二维衍射光子晶体，通过刻蚀方法制作能够反射光子桥内光学模式的光子反射器；
[0021]步骤三:在步骤二得到的半成品芯片上进行二次外延生长或者薄膜系统制备。
[0022]步骤四:在步骤三得到的半成品芯片上，按照步骤一中确定得到的位置上，配合使用光刻以及刻蚀方法，套刻光子桥和出光面；光子桥和出光面的尺寸和结构保证二者本身的截止频率小于所选波段；出光面的排布方式与实际应用的激光器阵列的排布方式相同；光子桥所处的激光器芯片部分是电绝缘的。
[0023]激光阵列相干器用于激光器外部，实现外部耦合锁相的相干方式时，制备方法包括以下步骤:
[0024]步骤一:制备激光器阵列芯片时，确定光子桥、出光面、二维衍射光子晶体和光子反射器所在激光器芯片的具体位置；
[0025]步骤二:在步骤一中确定得到的位置上，配合使用光刻以及刻蚀方法，制备光子桥和出光面；光子桥和出光面的尺寸和结构保证二者本身的截止频率小于所选波段；所述出光面的排布方式与实际应用的激光器阵列的排布方式相同；
[0026]步骤三:在步骤二中得到的出光面上通过刻蚀技术或生长技术制备二维衍射光子晶体，在光子反射器的外围或者整体的外围通过刻蚀方法制作能够反射光子桥内光学模式的光子反射器，得到激光器阵列相干器。
[0027]所述制备方法还包括步骤四:在步骤三中制备得到的激光器阵列相干器上进行化学处理、制作保护层。
[0028]激光阵列相干器用于激光器外部，实现外部耦合锁相的相干方式时，根据工艺情况和实际需求可调整步骤二和步骤三的顺序，具体包括以下步骤:
[0029]步骤一:制备激光器阵列芯片时，确定光子桥、出光面、二维衍射光子晶体和光子反射器所在激光器芯片的具体位置；
[0030]步骤二:在步骤一中确定得到的位置，通过刻蚀技术或生长技术制备二维衍射光子晶体，通过刻蚀方法制作能够反射光子桥内光学模式的光子反射器；
[0031]步骤三:在步骤一中确定得到的位置上，配合使用光刻以及刻蚀方法，套刻光子桥和出光面；得到激光器阵列相干器；光子桥和出光面的尺寸和结构保证二者本身的截止频率小于所选波段；所述出光面的排布方式与实际应用的激光器阵列的排布方式相同；
[0032]步骤四:在步骤三中制备得到的激光器阵列相干器上进行化学处理、制作保护层。
[0033]本发明的有益效果为:本发明的激光器阵列相干器及其制备方法的结构简单便于制备，成本低，可变参数多可以满足各种实际情况的需求，还可以集成在其他光学元件表面或者内部从而提高光学系统的稳定性。采用本发明的激光器阵列，由于光子桥的尺寸和位置是可以调整的，因而可以酌情利用内部耦合锁相或外部耦合锁相原理。当激光器阵列相干器制作在激光器阵列内部时，利用了内部耦合锁相原理，相比于传统的内部耦合锁相结构，可以不拘泥于相干激光单元之间的距离、尺寸以及激光器阵列发光点个数，克服了传统内部耦合锁相对发光点个数和距离的限制，理论上可实现无穷多个激光器阵列发光点间的相干锁相，相干性好。当激光器阵列相干器制作在激光器阵列外部的光学系统中时，则利用外部耦合锁相原理，由于其结构简单，可以集成于其他光学元件上，相比于传统的外部耦合锁相结构，锁相单元数量也不受限制，相干效率高，可以实现大功率情况下的激光器阵列中发光单元的光子相互注入和锁相，从而实现光学相干。由公知常识可知，在激光器阵列中，参与相干锁相的激光单元越多，出光功率越高，并且随着参与光学相干的谐振腔增多，激光模式特性越趋于单一化，线宽越窄，出光的光束质量由于时间和空间相干性的提高，容易获得更高光束质量和更小的发散角，从而提高激光器阵列的输出亮度，因而采用本发明所示的激光器阵列相干器，能够更容易的现高功率、高相干性、高光束质量出光的目的。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1为本发明的激光器阵列相干器用于外部耦合锁相实施例的结构图；
[0035]图2为本发明的激光器阵列相干器用于外部耦合锁相实施例的制备流程图；
[0036]图3为本发明的激光器阵列相干器用于外部耦合锁相实施例的局部细节图；
[0037]图4为本发明的激光器阵列相干器用于内部耦合锁相实施例的结构图；
[0038]图5为本发明的激光器阵列相干器用于内部耦合锁相实施例的制备流程图；
[0039]图6为实施例中的VCSEL芯片结构图。
[0040]图7为本发明的激光器阵列相干器的工作原理图；
[0041]其中:1、光子桥，2、出光面，3、二维衍射光子晶体，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衬底，6、下DBR，7、有源层，8、侧氧化层，9、上DBR, KKAla9GaaiAs层，IUGaAs层。
【具体实施方式】
[0042]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步描述。
[0043]本实施例中的激光器阵列相干器包括由光子桥I连接的出光面2阵列，出光面2上制备有二维衍射光子晶体3，以及在二维衍射光子晶体3的外围或整体的外围制备的光子反射器4 ;二维衍射光子晶体3可以对所选波段的激光进行衍射，光子桥I处在截止频率以上，可以实现该波段激光的光学模式传输，光子反射器4可以实现对光子桥I和二维衍射光子晶体3中的光学模式高效反射。
[0044]所述光子桥I可以是在S12衬底上制备,或者集成在光学系统中其他光学兀件表面或内部；所述二维衍射光子晶体3是在出光面上生长得到或刻蚀得到。光子反射器4为光栅、光子晶体、光学槽、反射镜或反射膜系统。
[0045]所述的二维衍射光子晶体3的形状为平行四边形排列、菱形排列、矩形排列、正方型排列、周期性曲线排列、同心圆排列或共焦点曲线排列的各种孔洞或突起；所述的二维衍射光子晶体3的材料为介质、薄膜系统、金属或半导体。所述的光子桥I的材料为介质材料、薄膜系统材料、半导体材料或金属材料；所述的光子桥I的结构为单层结构、内部全反射结构、布拉格分布反馈结构、多层膜结构或表面等离子体波导结构。
[0046]所述的出光面2排列的阵列，与激光器阵列排列一致，可以是平行四边形阵列、菱形阵列、矩形阵列、正方型阵列、周期性曲线阵列、同心圆阵列或共焦点曲线阵列。
[0047]所述的激光器阵列相干器，其应用领域主要是激光器阵列，也可以单独应用于单管激光，以实现单管激光自身内部间的锁相和相干出光。
[0048]所述的激光器阵列相干器，其使用位置可以集成在激光器阵列的芯片内部或出光面，也可以集成在后续光学系统的某个光学元件上或者单独使用。
[0049]参见附图1、附图2和附图3，激光阵列相干器用于激光器外部，实现外部耦合锁相的相干方式时，制备方法包括以下步骤:
[0050]步骤一:制备激光器阵列芯片时，确定光子桥1、出光面2、二维衍射光子晶体3和光子反射器4所在激光器芯片的具体位置；
[0051]步骤二:在步骤一中确定得到的位置上，配合使用光刻以及刻蚀方法，制备光子桥I和出光面2 ;光子桥I和出光面2的尺寸和结构保证二者本身的截止频率小于所选波段；所述出光面2的排布方式与实际应用的激光器阵列的排布方式相同；
[0052]步骤三:在步骤二中得到的出光面2上通过刻蚀技术或生长技术制备二维衍射光子晶体3，在光子反射器4的外围或者整体的外围通过刻蚀方法制作能够反射光子桥I内光学模式的光子反射器4，得到激光器阵列相干器。
[0053]所述制备方法还包括步骤四:在步骤三中制备得到的激光器阵列相干器上进行化学处理、制作保护层。
[0054]根据工艺情况和实际需求可调整步骤二和步骤三的顺序，具体包括以下步骤:
[0055]步骤一:制备激光器阵列芯片时，确定光子桥1、出光面2、二维衍射光子晶体3和光子反射器4所在激光器芯片的具体位置；
[0056]步骤二:在步骤一中确定得到的位置，通过刻蚀技术或生长技术制备二维衍射光子晶体3，通过刻蚀方法制作能够反射光子桥I内光学模式的光子反射器4 ；
[0057]步骤三:在步骤一中确定得到的位置上，配合使用光刻以及刻蚀方法，套刻光子桥I和出光面2 ;得到激光器阵列相干器；光子桥I和出光面2的尺寸和结构保证二者本身的截止频率小于所选波段；所述出光面2的排布方式与实际应用的激光器阵列的排布方式相同。
[0058]所述制备方法还包括步骤四:在步骤三中制备得到的激光器阵列相干器上进行化学处理、制作保护层。
[0059]参见附图4和附图5，激光阵列相干器用于激光器内部，实现内部耦合锁相的相干方式时，制备方法包括以下步骤:
[0060]步骤一:制备激光器阵列芯片时，确定光子桥I和出光面2所在激光器芯片内部所处的介质层以及光子桥1、出光面2、二维衍射光子晶体3和光子反射器4的具体位置；
[0061]步骤二:在步骤一中确定得到的位置上，配合使用光刻以及刻蚀方法，制备光子桥I和出光面2 ;光子桥I和出光面2的尺寸和结构保证二者本身的截止频率小于所选波段；所述出光面2的排布方式与实际应用的激光器阵列的排布方式相同；所述光子桥I所处的激光器芯片部分是电绝缘的；如在顶发射的VCSEL激光器阵列中，该光子桥I所处的半导体激光器芯片部分经过侧氧化工艺后，是电绝缘的；
[0062]步骤三:在步骤二中得到的出光面2上通过刻蚀技术或生长技术制备二维衍射光子晶体3，在二维衍射光子晶体3的外围或整体的外围通过刻蚀方法制作能够反射光子桥I内光学模式的光子反射器4，得到激光器阵列相干器。
[0063]所述制备方法还包括步骤四:在步骤三中制备得到的激光器阵列相干器上进行化学处理、制作保护层、制备电极或者进行二次外延继续制备激光阵列芯片。进行化学处理制作保护层是为了增加使用寿命，制备电极是为了给激光器顶面制作电接触，用于通电；进行二次外延是为了将阵列相干器制备到激光器芯片的内部，增强相干性。
[0064]根据工艺情况和实际需求可调整步骤二、步骤三和步骤四的顺序，具体包括包括以下步骤:
[0065]步骤一:制备激光器阵列芯片时，确定光子桥I和出光面2所在激光器芯片内部所处的介质层以及光子桥1、出光面2、二维衍射光子晶体3和光子反射器4的具体位置；
[0066]步骤二:在步骤一中确定得到的位置上通过刻蚀技术或生长技术制备二维衍射光子晶体3，通过刻蚀方法制作能够反射光子桥I内光学模式的光子反射器4 ；
[0067]步骤三:在步骤二得到的半成品芯片上进行二次外延生长或者薄膜系统制备。
[0068]步骤四:在步骤三得到的半成品芯片上，按照步骤一中确定得到的位置上，配合使用光刻以及刻蚀方法，套刻光子桥I和出光面2 ;光子桥I和出光面2的尺寸和结构保证二者本身的截止频率小于所选波段；出光面2的排布方式与实际应用的激光器阵列的排布方式相同；光子桥I所处的激光器芯片部分是电绝缘的；如在顶发射的VCSEL激光器阵列中，该光子桥I所处的半导体激光器芯片部分经过侧氧化工艺后，是电绝缘的。
[0069]参见附图6，公知的VCSEL芯片结构包括自下至上排列的GaAs衬底5、下DBR6、有源层7、侧氧化层8和上DBR9。在本实施例中，我们在公知的VCSEL芯片顶层引入Al。.9Ga0.层10和GaAs层11 ；A10 9Ga0 层10和GaAs层11为激光器阵列相干镜所在膜层。在其他实施例中，激光器阵列相干镜所在膜层不限于此结构，并且其位置也可以调整到紧邻有源层7或侧氧化层8。
[0070]参见附图7，本发明的工作原理为:二维衍射光子晶体3的将入射到激光器阵列相干器的入射光(a)进行衍射，使之一部分返回成为反射光(b)，一部分透射成为透射光(C)，一部分衍射进入光子桥I中成为衍射光(d)。衍射光(d)经过光子桥I传递到其它二维衍射光子晶体3时，衍射光(d)将重新被二维衍射光子晶体3调制，一部分成为注入到激光器阵列其它出光单元的注入光(b’)，一部分成为其它二维衍射光子晶体上3的出射光(c’)，实现不同的激光器阵列出光单元之间的光注入和锁相。
[0071]光子桥I将不同的二维衍射光子晶体产生的衍射光(d)向其它二维衍射光子晶体3传递。
[0072]光子反射器4的可以对光子桥I内的衍射光(d)进行反射使之成为重新返回光学系统的返回光(d’)，从而进一步实现光子的相互注入和锁相相干，还可以尽可能减小没有激射在外界的衍射光形成的不必要损耗。
[0073]实施例一:
[0074]本实施例中，实际情况为间隔500 μ m,底脚成60°菱形排列的980nm波长激光器阵列的外部耦合锁相的激光器阵列相干器制备方法，包括以下步骤:
[0075]步骤一:由气相沉积法在S12衬底上制备400nm厚的Si3N4薄膜，作为光子桥I和出光面2所在的膜层，利用光刻和刻蚀方法，按照同样间隔为500 μ m，底脚60°菱形尺寸制作出光面2以及连接出光面2的光子桥I。该尺寸的Si3N4薄膜作为光子桥1，可以支持980nm波段的激光光子沿着光子桥I传播而不会被截止，光子能够在该结构中传输，并能够收集二维衍射光子晶体3衍射的光子转化成为光子桥2内传输的光学模式，光子在光子桥I中传输时无衍射损耗和散射损耗，传输损耗也几乎为零；
[0076]步骤二:在步骤一中制备得到的出光面2上采用电子束或全息曝光技术刻蚀周期为570nm、深度为80nm，菱形排列的等边三角形孔为二维衍射光子晶体3，等边三角形的边长为300nm ；
[0077]二维衍射光子晶体3能够提供一定方向传播透射的光和返回激光器的返回光(d’)，能够对入射光子进行衍射使得部分入射光子耦合成为光子桥I中的光学模式，还能够对光子桥I中传播的光学模式进行衍射，使之成为光学系统中的相干光，进行相干出射或者重新注入激光器阵列内的其他激光单元中；
[0078]步骤三:在最外侧的光子桥I上通过电子束刻蚀方法制作正方形阵列的光子晶体结构，作为光子反射器4，打孔周期为367nm，孔的直径为245nm，孔的深度为250nm，进而得到激光器阵列相干器。
[0079]步骤四:根据所选激光器功率和实际应用需求，可以在步骤三中所述的激光器阵列相干器上进行化学处理或者制作保护层，以起到保护激光器阵列相干器的作用，延长其使用寿命。
[0080]步骤一中所述的由气相沉积法制备278nm厚的Si3N4薄膜的光子桥I可以是在S12衬底上制备,或者集成在光学系统中激光器阵列以及其他光学兀件表面或内部。
[0081]在光子桥I上通过刻蚀技术制备得到的二维衍射光子晶体3的深度小于等于光子桥I的厚度。
[0082]实施例二:
[0083]本实施例中，根据实际情况制备为间隔500 μ m，顶发射的正方形阵列排列的980nm波长内部I禹合锁相的相干激光器阵列，激光器阵列相干器集成在激光器芯片内部，包括以下步骤:
[0084]步骤一:在本实施例中，我们在公知的VCSEL芯片顶层引入Ala9GaaiAs层10和GaAs层11，通过MOCVD方法制备，Ala9Gaa As层10的厚度500nm，GaAs层11的厚度278nm，其中VCSEL的芯片结构如图6所示，278nm厚GaAs层11和500nm厚Altl 9Gaa !As层10作为光子桥I和出光面2所在的晶体层，500nm厚高铝组分的Ala9GaaiAs层10和GaAs层11的折射率对比较大，可以将光子限制在GaAs层11内传输，该尺寸的GaAs层11作为光子桥1，可以支持980nm波段的激光光子沿着光子桥I传播而不会被截止，光子能够在该结构中传输，并能够收集二维衍射光子晶体3衍射的光子转化成为光子桥I内传输的光学模式，光子在光子桥I中传输时无衍射损耗和散射损耗，为了减小掺杂引入的传输损耗，可以降低GaAs层11中的掺杂浓度小于到lel7cm_3。；
[0085]步骤二:经历通常VCSEL的工艺步骤之后，利用常规光刻和刻蚀方法，制备为间隔500 μ m,正方形阵列排列的出光面2和光子桥I。通常VCSEL的侧氧化工艺可以将光子桥I所在芯片部分的氧化层彻底氧化，使得光子桥只允许光子传输，对电子是绝缘的。
[0086]步骤三:在经过步骤二中，通常VCSEL的侧氧化工艺后，出光面上只有没有被侧氧化的部分芯片才能注入电子发射激光，在该位置上采用电子束或全息曝光技术刻蚀周期为280nm、深度为78nm，正方形排列的正方形孔为二维衍射光子晶体3，正方形孔的边长为140nm ；
[0087]二维衍射光子晶体3能够提供一定方向传播透射的光和返回激光器的返回光(d’)，能够对入射光子进行衍射使得部分入射光子耦合成为光子桥I中的光学模式，还能够对光子桥I中传播的光学模式进行衍射，使之成为光学系统中的相干光，进行相干出射或者重新注入激光器阵列内的其他激光单元中；
[0088]步骤四:在最外侧的二维衍射光子晶体3距离70nm处通过电子束刻蚀方法制作两条宽490nm，深270nm，间距70nm的光学槽，作为光子反射器4，进而得到激光器阵列相干器。
[0089]步骤五:根据所选激光器功率和实际应用需求，可以在步骤四中所述的激光器阵列相干器上进行化学处理或者制作保护层，以起到保护激光器阵列相干器的作用，延长其使用寿命，也可以继续进行二次外延或者制备电极。
【权利要求】
1.激光器阵列相干器，其特征在于，包括由光子桥⑴连接的出光面⑵阵列，所述出光面(2)上制备有二维衍射光子晶体(3),所述激光器阵列相干器在二维衍射光子晶体(3)的外围或整体的外围制备有光子反射器(4)。
2.根据权利要求1所述的激光器阵列相干器，其特征在于，所述光子桥(1)可以是在3102衬底上制备，或者集成在光学系统中其他光学元件表面或内部；所述二维衍射光子晶体(3)是在出光面(2)上生长得到或刻蚀得到；所述光子反射器(4)为光栅、光子晶体、光学槽、反射镜或反射膜系统。
3.根据权利要求1所述的激光器阵列相干器，其特征在于，所述光子桥(1)的材料为介质材料、薄膜系统材料、半导体材料或金属材料；所述光子桥(1)的结构为单层结构、内部全反射结构、布拉格分布反馈结构、多层膜结构或表面等离子体波导结构；所述二维衍射光子晶体(3)的形状为平行四边形排列、菱形排列、矩形排列、正方型排列、周期性曲线排列、同心圆排列或共焦点曲线排列的各种孔洞或突起；所述二维衍射光子晶体(3)的材料为介质、薄膜系统、金属或半导体。
4.根据权利要求1所述的激光器阵列相干器，其特征在于，所述出光面(2)阵列与激光器阵列排列一致，可以是平行四边形阵列、菱形阵列、矩形阵列、正方型阵列、周期性曲线阵列、同心圆阵列或共焦点曲线阵列。
5.根据权利要求1所述的激光器阵列相干器的制备方法，其特征在于，激光阵列相干器用于激光器内部，实现内部耦合锁相的相干方式时，制备方法包括以下步骤: 步骤一:制备激光器阵列芯片时，确定光子桥(1)和出光面(2)所在激光器芯片内部所处的介质层以及光子桥(11出光面(2)、二维衍射光子晶体(3)和光子反射器(4)的具体位置； 步骤二:在步骤一中确定得到的位置上，配合使用光刻以及刻蚀方法，制备光子桥(1)和出光面(2)；光子桥(1)和出光面(2)的尺寸和结构保证二者本身的截止频率小于所选波段；所述出光面(2)的排布方式与实际应用的激光器阵列的排布方式相同；所述光子桥(1)所处的激光器芯片部分是电绝缘的； 步骤三:在步骤二中得到的出光面(2)上通过刻蚀技术或生长技术制备二维衍射光子晶体(3),在二维衍射光子晶体(3)的外围或整体的外围通过刻蚀方法制作能够反射光子桥(1)内光学模式的光子反射器(4),得到激光器阵列相干器。
6.根据权利要求5所述的激光器阵列相干器的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括步骤四:在步骤三中制备得到的激光器阵列相干器上进行化学处理、制作保护层、制备电极或者进行二次外延继续制备激光阵列芯片。
7.根据权利要求1所述的激光器阵列相干器的制备方法，其特征在于，激光阵列相干器用于激光器内部，实现内部耦合锁相的相干方式时，制备方法包括以下步骤: 步骤一:制备激光器阵列芯片时，确定光子桥(1)和出光面(2)所在激光器芯片内部所处的介质层以及光子桥(11出光面(2)、二维衍射光子晶体(3)和光子反射器(4)的具体位置； 步骤二:在步骤一中确定得到的位置上通过刻蚀技术或生长技术制备二维衍射光子晶体(3),通过刻蚀方法制作能够反射光子桥(1)内光学模式的光子反射器(4)； 步骤三:在步骤二得到的半成品芯片上进行二次外延生长或者薄膜系统制备； 步骤四:在步骤三得到的半成品芯片上，按照步骤一中确定得到的位置上，配合使用光刻以及刻蚀方法，套刻光子桥⑴和出光面⑵；光子桥⑴和出光面(2)的尺寸和结构保证二者本身的截止频率小于所选波段；出光面(2)的排布方式与实际应用的激光器阵列的排布方式相同；光子桥(I)所处的激光器芯片部分是电绝缘的。
8.根据权利要求1所述的激光器阵列相干器的制备方法，其特征在于，激光阵列相干器用于激光器外部，实现外部耦合锁相的相干方式时，其制备方法包括以下步骤: 步骤一:制备激光器阵列芯片时，确定光子桥(I)、出光面(2)、二维衍射光子晶体(3)和光子反射器(4)所在激光器芯片的具体位置； 步骤二:在步骤一中确定得到的位置上，配合使用光刻以及刻蚀方法，制备光子桥(I)和出光面(2);光子桥(I)和出光面(2)的尺寸和结构保证二者本身的截止频率小于所选波段；所述出光面(2)的排布方式与实际应用的激光器阵列的排布方式相同； 步骤三:在步骤二中得到的出光面(2)上通过刻蚀技术或生长技术制备二维衍射光子晶体(3)，在光子反射器(4)的外围或者整体的外围通过刻蚀方法制作能够反射光子桥(I)内光学模式的光子反射器(4)，得到激光器阵列相干器。
9.根据权利要求8所述的激光器阵列相干器的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括步骤四:在步骤三中制备得到的激光器阵列相干器上进行化学处理、制作保护层。
10.根据权利要求1所述的激光器阵列相干器的制备方法，其特征在于，激光阵列相干器用于激光器外部，实现外部耦合锁相的相干方式时，其制备方法包括以下步骤: 步骤一:制备激光器阵列芯片时，确定光子桥(I)、出光面(2)、二维衍射光子晶体(3)和光子反射器(4)所在激光器芯片的具体位置； 步骤二:在步骤一中确定得到的位置，通过刻蚀技术或生长技术制备二维衍射光子晶体(3)，通过刻蚀方法制作能够反射光子桥(I)内光学模式的光子反射器(4)； 步骤三:在步骤一中确定得到的位置上，配合使用光刻以及刻蚀方法，套刻光子桥(I)和出光面(2);得到激光器阵列相干器；光子桥(I)和出光面(2)的尺寸和结构保证二者本身的截止频率小于所选波段；所述出光面(2)的排布方式与实际应用的激光器阵列的排布方式相同； 步骤四:在步骤三中制备得到的激光器阵列相干器上进行化学处理、制作保护层。
【文档编号】H01S5/40GK104393485SQ201410508727
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年9月26日 优先权日:2014年9月26日
【发明者】陈泳屹, 秦莉, 王立军, 宁永强, 刘云, 佟存柱 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所