CN101447643B - 表面发射激光器和使用表面发射激光器形成的光学设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种表面发射激光器和使用表面发射激光器形成的光学设备。表面发射激光器在第一分布式布拉格反射器和第二分布式布拉格反射器之间具有活性层。形成第一分布式布拉格反射器以便具有被包括在反射阻带中的谐振模和与谐振模不同的第一纵模以及被排除在反射阻带之外的与谐振模和第一纵模不同的第二纵模。在第一纵模和第二纵模下振荡被抑制。结果，表面发射激光器可在单纵模下振荡，从而抑制纵模跳跃。

Description

表面发射激光器和使用表面发射激光器形成的光学设备
技术领域
本发明涉及一种表面发射激光器和通过使用表面发射激光器形成的光学设备。
背景技术
可容易地形成二维阵列的垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。然后，可从它们中的每个沿与其半导体基底的表面垂直的方向取出光。
因而，从这样的二维阵列发射的多束光束可用于为了致密化和高速操作的目的的并行处理。因此，预期表面发射激光器会找到各种工业应用。
例如，当表面发射激光器阵列用作电子照相印刷机的曝光光源时，可通过用于电子照相印刷机的多束光束实现高密度和高速印刷处理。
然而，由于在电子照相印刷机的印刷过程中需要在感光鼓上稳定地形成激光束的微黑子，所以要求表面发射激光器在单横模或单纵模下稳定地操作。
通常，表面发射激光器具有几微米的腔长，如果与边发射激光器的腔长相比，则表面发射激光器的腔长非常短。
因此，需要针对激光振荡来最小化表面发射激光器的镜面损耗。由于这个原因，采用示出高反射率(不低于99％)的反射器。
为了实现这样的高反射率，通常采用分布式布拉格反射器(DBR)，其中，通过交替地布置具有不同折射率和λ/4(λ：振荡波长)的光学厚度的两种不同类型的层而形成所述分布式布拉格反射器。
便于形成分布式布拉格反射器并允许电流注入的半导体材料普遍用于这样的反射器。
另外，最近几年，提出了典型地通过以下方式形成电流限制结构的技术，即，通过在分布式布拉格反射器中布置显示98％的铝成分比的AlGaAs层，并在热蒸汽气氛中选择性地氧化它，从而将电流仅注入到需要的区域中。
然而，因为由于氧化层的存在而导致产生不必要地大的折射率差而使得选择性氧化引起高阶横模，所以从单横模的角度来讲，选择性氧化不是期望的。
作为对策，采用将发光区域的直径减至约3μm的技术，从而高阶横模可不被限制，并可实现单横模振荡。
然而，由于发光区域的尺寸减小，而使得这样的技术的使用引起每个装置的输出的显著降低。
因此，已经讨论了这样的技术，这些技术通过有意地在基横模和高阶横模之间引入损耗差，在保持相对大的发光区域的同时，允许表面发射激光器在单横模下操作。
Photonics Technology Letters，Aug 2000，Volume：12，Issue：8，P939-941；Unold，H.J等人描述了作为在基横模和高阶横模之间产生损耗差的技术，使用具有长腔长的表面发射激光器。
在表面发射激光器中普遍采用的一波长腔具有大约1-2μm的有效腔长。另一方面，为了增加腔长，将2-8μm厚的间隔层插入到在以上引用的文档中描述的表面发射激光器中。结果，在高阶横模下，衍射损耗增加，并且能够以(约8μm)大的发光面积实现单横模振荡。
发明内容
如上所述，如在Photonics Technology Letters，Aug 2000，Volume：12，Issue：8，P939-941；Unold，H.J等人中描述的表面发射激光器能够以(约8μm的)大的发光面积实现单横模振荡。
然而，本发明的发明人发现使用长腔长附带有以下缺点。
即，引起多纵模振荡的问题或者纵模跳跃的问题，所述问题在传统的表面发射激光器中是无关紧要的。
由于纵模间隔大且不少于50nm，所以能够利用具有短腔长的表面发射激光器中一般采用的一波长腔来实现单纵模操作。
另一方面，本发明的发明人发现，当为了增加腔长而将2-10μm的间隔层插入到腔中时，纵模间隔减至约10nm。因此，当增加注入的电流的量来实现期望的光输出电平时，增益的峰移到长波长侧，从而引起纵模跳到在长波长侧的下一纵模的纵模跳跃现象。
附图的图2为示出引起在本发明的发明人进行的研究过程中获得的纵模跳跃现象的表面发射激光器的图。在示出的实例中，2μm厚的间隔层被插入到腔中。
参考图2，表面发射激光器在注入的电流的量小且不大于3mA的区域中以期望的谐振波长振荡。然而，将看到，当为了增加光输出使注入的电流上升到4mA以上时，纵模跳到(685nm处的)下一谐振模。
当纵模以这种方式跳跃时，引起发光强度和远场图案都变得不稳定的问题。这是对于要求确保高射束点稳定性的电子照相曝光设备的光源所不期望的现象。
考虑到上述问题，因此，本发明的一个目的是提供一种可抑制纵模跳跃且在单纵模下振荡的表面发射激光器。
本发明的另一目的是提供一种通过使用根据本发明的表面发射激光器而形成的并可产生稳定的射束点的光学设备。
因而，根据本发明的表面发射激光器可在单纵模下振荡，抑制纵模跳跃。
另外，可通过使用根据本发明的表面发射激光器实现产生稳定的射束点的光学设备。
从参考附图的示例性实施例的以下描述，本发明的进一步的特征将变得清楚。
附图说明
图1A、图1B、图1C和图1D是示出根据本发明的示例性实施例的分布式布拉格反射器的反射谱相比于已知的表面发射激光器的分布式布拉格反射器的反射谱的图；
图2是示出作为一种多纵模振荡的表面发射激光器的纵模跳跃的图；
图3是第一实施例的表面发射激光器的示意性截面图，第一实施例的表面发射激光器为红色表面发射激光器，该截面图示出其层结构；
图4是上部分布式布拉格反射器的反射谱、下部分布式布拉格反射器的反射谱和已知的表面发射激光器的整个层结构的反射谱的示意性图示；
图5是上部分布式布拉格反射器的反射谱、下部分布式布拉格反射器的反射谱和第一实施例的表面发射激光器的整个层结构的反射谱的示意性图示；
图6是第二实施例的表面发射激光器的示意性截面图，第二实施例的表面发射激光器为红色表面发射激光器，该截面图示出其层结构；
图7是上部分布式布拉格反射器的反射谱、下部分布式布拉格反射器的反射谱和第二实施例的表面发射激光器的整个层结构的反射谱的示意性图示；和
图8A和图8B是第三实施例的图像形成设备的示意性图示。
具体实施方式
通常，这样设计分布式布拉格反射器，以使其反射阻带的中心波长与谐振模的波长一致。
然而，当谐振模和一些其它纵模彼此接近并且根据相同的设计标准设计上部分布式布拉格反射器和下部分布式布拉格反射器时，它们不仅在期望的谐振模下表现出高反射率，而且还在其它纵模下表现出高反射率。于是，引起它们还在不期望的纵模下振荡的危险。
由于这个原因，根据本发明，通过将分布式布拉格反射器的反射阻带移到长波长侧或短波长侧来抑制任何不期望的纵模下的振荡。
现在，以下将描述根据本发明的表面发射激光器的构造。
根据本发明的表面发射激光器在第一分布式布拉格反射器和第二分布式布拉格反射器之间具有活性层。第一分布式布拉格反射器可以是上部反射器或下部反射器。当第一分布式布拉格反射器为上部反射器时，第二分布式布拉格反射器作为下部反射器操作。另一方面，当第一分布式布拉格反射器为下部反射器时，第二分布式布拉格反射器作为上部反射器操作。
根据本发明的表面发射激光器的第一分布式布拉格反射器具有反射阻带(也称为阻带)，谐振模和不同于谐振模的第一纵模包括在反射阻带中。另一方面，不同于谐振模和第一纵模的第二纵模被排除在反射阻带之外。
第一纵模可以是相对于谐振模在更短波长处或在更长波长处的纵模。当第一纵模为相对于谐振模在更短波长处的纵模时，第二纵模是相对于谐振模在更长波长处的纵模。另一方面，当第一纵模为相对于谐振模在更长波长处的纵模时，第二纵模是相对于谐振模在更短波长处的纵模。
反射阻带为显示高反射率的区域。当表面发射激光器能够以反射阻带的反射率振荡时，该反射率是足够的。例如，反射阻带典型地显示不低于99％的反射率。
现在，以下将描述根据本发明的表面发射激光器的特定实施例。
图1A、图1B、图1C和图1D为示出根据本发明的示例性实施例的分布式布拉格反射器的反射谱相比于已知的表面发射激光器的分布式布拉格反射器的反射谱的图，以描述这个实施例的表面发射激光器的构造。
在图1A至图1D中，水平轴指示波长，垂直轴指示反射率。图1A和图1B为示出已知的表面发射激光器的分布式布拉格反射器的图。
在图1A和图1B中，这样设计上部分布式布拉格反射器和下部分布式布拉格反射器，以使得在上部分布式布拉格反射器的反射谱112中的反射阻带的中心波长处找到期望的谐振模104，而且还在下部分布式布拉格反射器的反射谱114中的反射阻带的中心波长处找到期望的谐振模104。
然而，通过这样的分布式布拉格反射器的设计，当纵模间隔小时，它们在长波长侧的纵模102中和在短波长侧的纵模106中以及在期望的谐振模104中示出高反射率。那么，结果，表面发射激光器极可能在长波长侧的纵模102和短波长侧的纵模106下振荡。
具体地讲，通常以下面描述的方式设计和制备传统的表面发射激光器。
设计和制备上部分布式布拉格反射器和下部分布式布拉格反射器的每个，以使得在其反射阻带的中心找到谐振波长。更具体地讲，具有λ/4光学厚度的低折射率层和高折射率层被成对地一个在另一个之上地布置，直到实现必需的反射率，λ为谐振波长。
取出光一侧的分布式布拉格反射器(比如，上部分布式布拉格反射器)被制备为显示比不取出光一侧的分布式布拉格反射器(比如，下部分布式布拉格反射器)的反射率低的反射率。换句话说，对于前者的反射器减少层数(所述对的数量)以实现最佳的取光效率。
然而，当以这种方式设计分布式布拉格反射器时，制备的表面发射激光器可在长波长侧的纵模102和在短波长侧的纵模106下振荡，使得难以实现单纵模下的稳定操作。
相反，在这个实施例中区分上部分布式布拉格反射器的反射阻带的中心波长和下部分布式布拉格反射器的反射阻带的中心波长。
例如，这样设计下部分布式布拉格反射器，以使得如从图1D中的下部分布式布拉格反射器的反射谱118所看到的那样，谐振模104和短波长侧的纵模106被包括在下部分布式布拉格反射器的反射阻带中。这个反射阻带中的反射率例如不低于99％。另一方面，长波长侧的纵模102被排除在反射阻带之外。
类似地，这样设计上部分布式布拉格反射器，以使得如从图1C中的上部分布式布拉格反射器的反射谱116所看到的那样，谐振模104和长波长侧的纵模102被包括在上部分布式布拉格反射器的反射阻带中。这个反射阻带中的反射率例如不低于99％。另一方面，短波长侧的纵模106被排除在反射阻带之外。
当以这种方式设计分布式布拉格反射器时，由于在上部分布式布拉格反射器的反射阻带和下部分布式布拉格反射器的反射阻带中找到期望的谐振模104，所以表面发射激光器能够仅在期望的谐振模104下振荡。另一方面，长波长侧的纵模102和短波长侧的纵模106被排除在分布式布拉格反射器的反射阻带之外，从而这些纵模下的振荡被抑制。
在以上实施例中，上部分布式布拉格反射器的反射率和下部分布式布拉格反射器的反射率都通过调整它们各自的反射阻带的中心波长以抑制纵模下的任何振荡来控制。然而，通过调整分布式布拉格反射器的反射阻带的中心波长来抑制纵模中的任何一个下的振荡而通过插入光吸收层来抑制其它纵模下的振荡的布置也是可行的。
例如，设计下部分布式布拉格反射器以显示与反射谱118相同的反射谱，而设计上部分布式布拉格反射器以显示与反射谱112相同的反射谱。然后，通过根据带到带迁移来吸收光的层，使分布式布拉格反射器在短波长侧的纵模106下显示大的损耗。
通过上述布置，由于能够在除期望的谐振模之外的纵模下产生大的损耗，所以能够实现单纵模操作。
需要使得不期望振荡的纵模下的损耗等于期望谐振模下的损耗的不少于五倍，优选地不少于十倍，以实现纵模下的稳定操作。
现在，将描述本发明的实施例。
第一实施例
(总构造)
以下将描述第一实施例的构造，第一实施例为以680nm的谐振模操作的表面发射激光器。
图3是第一实施例的示意性截面图，图中示出其层结构，第一实施例为红色表面发射激光器。
参考图3，红色表面发射激光器具有n型GaAs基底322、下部分布式布拉格反射器302、第一腔部分304、第二腔部分306和上部分布式布拉格反射器308。
更具体地讲，通过将n型AlAs的膜和n型Al0.5Ga0.5As的膜布置成预定厚度来形成下部分布式布拉格反射器302。类似地，通过将p型Al0.9Ga0.1As的膜和p型Al0.5Ga0.5As的膜布置成预定厚度来形成上部分布式布拉格反射器308。
通过使用n型Al0.9Ga0.1As形成第一腔部分304。通过n型Al0.35Ga0.15In0.5P间隔层328、GaInP/Al0.25Ga0.25In0.5P多量子阱330和p型Al0.35Ga0.15In0.5P间隔层332形成第二腔部分306。上部分布式布拉格反射器308的最上层为p型GaAs接触层336。
这样设计由多个AlGaInP层形成的第二腔部分306以示出等于2个期望的振荡波长(在这个实例中680nm)的光学厚度。第二腔部分的实际总厚度将为大约0.4μm。确定n型Al0.35Ga0.15In0.5P间隔层328的膜厚度和p型Al0.35Ga0.15In0.5P间隔层332的膜厚度，以便在内部光分布的驻波的波腹布置GaInP/Al0.25Ga0.25In0.5P多量子阱330。
GaInP/Al0.25Ga0.25In0.5P多量子阱330典型地包括四个6nm厚的GaInP阱层，它自身的光发射的峰处的波长被设置为660nm。对于高输出操作，提供20nm的失谐(谐振波长和活性层的发光波长之间的差)。
设计由n型Al0.9Ga0.1As层形成的第一腔部分304以示出期望的振荡波长(在这个实例中680nm)的20倍的光学厚度。第一腔部分304的实际厚度将为大约4μm。
通过第一腔部分304实现长腔。
(下部分布式布拉格反射器和上部分布式布拉格反射器)
当Al0.9Ga0.1As和Al0.5Ga0.5As用于在以680nm振荡的表面发射激光器中取出光的一侧的上部分布式布拉格反射器308时，Al0.9Ga0.1As和Al0.5Ga0.5As的对的数量优选约为40。
当AlAs和Al0.5Ga0.5As用于这样的表面发射激光器中的下部分布式布拉格反射器302时，AlAs和Al0.5Ga0.5As的对的数量优选约为60。
然而，为了获得需要的特性，可适当地调整所述对的数量。
为了有效率的电流注入，可在上部分布式布拉格反射器中布置可作为选择性氧化层操作的Al0.98Ga0.02As层。
与普通的分布式布拉格反射器不同，如下列出的设计标准可应用于这个实施例的上部分布式布拉格反射器和下部分布式布拉格反射器。
(1)以等于696nm的设计波长(反射阻带的中心波长)设计和制备下部分布式布拉格反射器302，696nm的设计波长比680nm的谐振波长长。
(2)以等于672nm的设计波长设计和制备上部分布式布拉格反射器308，672nm的设计波长比680nm的谐振波长短。
(3)增加上部分布式布拉格反射器308的对的数量以使得设计波长为672nm的本实施例的分布式布拉格反射器在680nm的反射率基本上等于设计波长为680nm的分布式布拉格反射器在680nm的反射率。更具体地讲，尽管传统方法的对的数量为40，但是为了本发明的目的，将它增加至45。
可通过遵循上述标准(1)、(2)和(3)来适当地获得本发明的预期效果。
图4是上部分布式布拉格反射器的反射谱402、下部分布式布拉格反射器的反射谱404、和包括活性层和通过已知技术设计的表面发射激光器的腔部分的装置的整个结构的反射谱406的示意图。
在这个表面发射激光器中通过插入约4μm厚的Al0.5Ga0.5As层来实现长腔长，从而使得纵模下的波长间隔降至约9nm，如从装置的整个结构的反射谱406所看到的那样，并被包括在上部分布式布拉格反射器和下部分布式布拉格反射器的(约35nm的)反射阻带中。因而，结果，如从装置的整个结构的反射谱406所看到的那样，表面发射激光器可能在三种纵模下振荡。
下表1示出期望的谐振模下的反射率和镜面损耗以及在(约671nm和689nm的)相邻波长处的纵模下的反射率和镜面损耗。由于反射率和镜面损耗在三种纵模下没有示出任何显著的差异，所以如图2所示的纵模跳跃可能发生。
表1
Figure G2008101786707D00101
另一方面，图5是上部分布式布拉格反射器的反射谱502、下部分布式布拉格反射器的反射谱504、和通过这个实施例的技术设计的表面发射激光器的装置的整个结构的反射谱506的示意图。如从下部分布式布拉格反射器的反射谱504所看到的，根据设计的目的，将反射阻带移到长波长侧。那么，结果，在期望的谐振模(在680nm处)下实现不低于99％的反射率。另一方面，在相对于纵模的短波长侧(比约671nm短的波长处)找到的纵模下的反射率显著地低于99％。
另外，如从上部分布式布拉格反射器的反射谱502所看到的，根据设计的目的，将反射阻带移到短波长侧。然后，结果，在相对于谐振模的长波长侧(比约689nm长的波长处)找到的纵模下的反射率比99％低。
下面的表2示出这个实施例的反射率和镜面损耗的特定值。
表2
Figure G2008101786707D00111
如从表2所看到的，有这样的纵模，在该纵模下，对于上部分布式布拉格反射器和下部分布式布拉格反射器，仅在680nm处找到不低于99％的高反射率，且大的镜面损耗在短波长侧和长波长侧的相邻纵模下发生。因而，结果，由于表面发射激光器几乎不在短波长侧的纵模和长波长侧的纵模中的任一模式下振荡，所以可实现单纵模操作。
通常，当分布式布拉格反射器的高反射阻带的中心波长移动时，整个装置的谐振波长也相应地移动。然而，在这个实施例中采用波长20倍长的长腔结构。
因此，结构的设计波长占主导，不受这样的移动影响。换句话说，可仅通过适当地设计第一腔部分304和第二腔部分306来实现期望的谐振波长。
根据上述设计标准形成外延晶片，通过包括光刻法、绝缘膜和金属膜的气相沉积以及湿法和干法蚀刻工艺的已知技术来形成表面发射激光器的装置，以最终生成完整的表面发射激光器。
通过适当地设计阵列掩模，不仅可制备单个装置，而且还可制备二维布置多个装置的阵列。表面发射激光器提供这样的优点，即，仅通过选择性地使用掩模，可相对容易地生成阵列结构。
根据本发明，可使得表面发射激光器在单纵模下操作。这样的表面发射激光器可在要求射束点稳定性的设备中找到应用。
第二实施例
第二实施例与上述第一实施例的区别在于，它提供有光吸收层。
图6是第二实施例的表面发射激光器的示意性截面图，图中示出其层结构，第二实施例的表面发射激光器为红色表面发射激光器。
分别用相同的参考符号表示这个实施例中与图3中示出的第一实施例相同的组件，这里将不再进一步对其进行描述。
这个实施例的表面发射激光器和第一实施例的表面发射激光器(图3)之间的差异在于第一腔部分704的结构。
参考图6，这个实施例的第一腔部分704由包括2μm厚的n型Al0.35Ga0.65As层724和2μm厚的n型Al0.9Ga0.1As层726的两层形成。通过适当地控制Al成分比和这些层的膜厚度来引入这样的层，所述层主要基于在相对于(在这个实例中为680nm的)期望的谐振波长的短波长侧找到的(671nm和662nm处的)谐振模下的带到带迁移来产生吸收。
适当地选择Al成分比，以使吸收可不影响期望的谐振模。
在这个实施例中，通过以0.35的Al成分比将AlGaAs用于吸收层来实现以上目的。
现在，以下将描述这个实施例的下部分布式布拉格反射器702和上部分布式布拉格反射器780。以下列出这个实施例的上部分布式布拉格反射器和下部分布式布拉格反射器的设计标准。
(1)以等于664nm的设计波长设计和制备下部分布式布拉格反射器702，664nm的设计波长比680nm的谐振波长短。更具体地讲，n型AlAs层和Al0.5Ga0.5As层一个在另一个之上地被布置。
(2)将上部分布式布拉格反射器708的设计波长限定为680nm，680nm等于谐振波长。更具体地讲，p型Al0.9Ga0.1As层和p型Al0.5Ga0.5As层一个在另一个之上地被布置。如通过传统技术确定的那样，对的数量为40。
可通过遵循上述标准(1)和(2)来适当地获得本发明的预期效果。
如图7所示，根据设计目的，如果与传统的表面发射激光器的分布式布拉格反射器的反射谱的反射阻带相比，将下部分布式布拉格反射器的反射谱804的反射阻带移到短波长侧。
结果，尽管下部分布式布拉格反射器的期望的(680nm处的)谐振模下的反射率不低于99％，但是在相对于它的长波长侧(比约690nm更长的波长处)找到的纵模中的任一纵模下的反射率明显低于99％。
另外，根据设计目的，使上部分布式布拉格反射器的反射谱802的反射阻带中的中心波长与谐振波长(680nm)一致。因此，期望的(680nm处的)谐振模下的反射率不低于99％。
尽管在短波长侧找到的纵模下(670nm附近)反射率不低于99％，但是作为第一腔部分704中的间隔层的n型Al0.35Ga0.65As层724在比约670nm短的波长处产生带到带吸收。
通过这个吸收层的存在，使内部损耗在这种模式下充分大，以抑制在短波长侧的任何纵模振荡。
吸收层产生可抑制除了期望的谐振模之外的任何模式下的任何纵模振荡的吸收，这就足够了。例如，鉴于可被引入到装置中的吸收层的实际厚度约为活性层的厚度的1-10倍的事实，优选地使用这样的吸收材料，其具有不低于在振荡中生成的活性层的增益(500cm-1-1,000cm-1)水平的吸收系数。更具体地讲，带到带吸收或自由载流子吸收可应用于本发明的目的。
在带到带吸收的情况下，由于半导体受具有与不低于其带间隙的能量水平对应的波长的光照射，所以光被半导体吸收。因此，可通过使用下述材料适当地抑制短波长侧的纵模下的任何振荡，所述材料吸收比振荡波长短的波长的光(显示出比振荡波长的光高的能量水平的光)，而不吸收用于吸收层(比如，腔中的间隔层)的振荡波长的光。
当期望允许表面发射激光器在红色区域中(比如，在680nm处)振荡并抑制在短波长侧的纵模下的任何振荡时，具有不低于35％的Al成分比的AlGaAs可用于吸收层。
当期望允许表面发射激光器在红外区域中(比如，在780nm处)振荡并抑制在短波长侧的纵模下的任何振荡时，具有不低于15％的Al成分比的AlGaAs可用于吸收层。
尽管在以上描述中选择单层膜用于吸收层，但是如果在期望的谐振波长没有发生吸收而是在相对于它的短波长侧的谐振波长处发生吸收，则可选择诸如量子阱结构的多层结构。
制作表面发射激光器，并通过如在第一实施例中那样使用如上所述的晶片来形成其装置。
通过适当地应用本发明，可使表面发射激光器在单纵模下操作。这样的表面发射激光器可在要求射束点稳定性的设备中找到应用。
第三实施例
第三实施例为通过应用根据本发明的表面发射激光器而形成的光学设备，以下将描述该光学设备的构造。
更具体地讲，将通过使用根据本发明的红色表面发射激光器的阵列而形成的图像形成设备描述为光学设备。
图8A和图8B示意性地示出安装这个实施例的红色表面发射激光器阵列的电子照相记录类型的图像形成设备。
图8A是图像形成设备的示意性平面图，图8B是该设备的示意性侧视图。
图8A和图8B示出感光件900、静电充电器902、显影器904、转印充电器906、定影器908、旋转多面镜910和马达912以及红色表面发射激光器阵列914、反射器916、准直透镜920和f-θ透镜922。
设计这个实施例的图像形成设备以通过使从通过应用根据本发明的表面发射激光器而形成的光源发射的光入射到(strike)感光件的表面来形成图像。
更具体地讲，设计图8A和图8B中示出的马达912来驱动旋转多面镜910旋转。
这个实施例的旋转多面镜910具有六个反射面。参考符号914表示作为记录光源操作的红色表面发射激光器阵列。
激光器驱动器(未示出)根据图像信号开启和关闭红色表面发射激光器阵列914，以这种方式调制的激光束被从红色表面发射激光器阵列914经由准直透镜920照射到旋转多面镜910上。
驱动旋转多面镜910按图8A中的箭头所指示的方向旋转，从红色表面发射激光器阵列914输出的激光束被旋转多面镜910反射为通过其反射面的旋转而连续改变发射角的偏转光束。
f-θ透镜922对反射光束进行失真校正，这些反射光束通过反射器916照射到感光件900上以在主扫描方向上对感光件900进行扫描。然后，通过被旋转多面镜910的平面反射的光束，针对在与红色表面发射激光器阵列914对应的主扫描方向上行进的多条线形成图像。
在这个实施例中采用4×8红色表面发射激光器阵列914，从而每次形成四条线的图像。
静电充电器902预先对感光鼓900进行充电，并当激光束对它进行扫描时，感光鼓900被曝光，以形成静电潜像。
驱动感光件900按图8B中的箭头所指示的方式旋转，显影器904对形成的静电潜像进行显影。然后，转印充电器906将显影的可见图像转印到一张转印纸(未示出)上。
可见图像被转印到的那张转印纸然后被传递到定影器908，然后，在定影器908处进行定影处理之后，被从所述设备排放。
尽管在这个实施例中采用4×8红色表面发射激光器，但是本发明决不限于此，任何m×n红色表面发射激光器阵列(m和n：自然数)可用于本发明的目的。
如上所述，可通过将这个实施例的红色表面发射激光器阵列应用于电子照相记录类型的图像形成设备来实现适于高速度和高清晰度印刷的图像形成设备。
尽管以上按照图像形成设备描述了根据本发明的光学设备，但是本发明决不限于此。例如，可通过使用通过使用根据本发明的表面发射激光器而形成的光源，使从光源发射的激光束入射到图像显示构件的表面以显示图像，而实现投影显示器。
尽管已参考示例性实施例描述了本发明，但是应理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。将给予以下权利要求的范围最广泛的解释，以包括所有这样的修改和等同的结构和功能。

Claims (8)

1.一种在第一分布式布拉格反射器和第二分布式布拉格反射器之间具有活性层的表面发射激光器，其中，
第一分布式布拉格反射器被设计成具有被包括在所述第一分布式布拉格反射器的第一反射阻带中的谐振模和与谐振模不同的第一纵模，以及具有被排除在所述第一反射阻带之外的第二纵模；
第二分布式布拉格反射器被设计成具有被包括在所述第二分布式布拉格反射器的第二反射阻带中的谐振模；
所述第一分布式布拉格反射器和所述第二分布式布拉格反射器均由多个具有光学厚度的层构成，构成所述第一分布式布拉格反射器的层的光学厚度与构成所述第二分布式布拉格反射器的层的光学厚度不同，从而具有彼此不同的中心波长；
所述谐振模、第一纵模和第二纵模分别具有不同的波长；以及
由此，在第一纵模和第二纵模下激射振荡被抑制。
2.根据权利要求1所述的表面发射激光器，其中，
第二分布式布拉格反射器被设计成具有被包括在所述第二反射阻带中的第二纵模和被排除在所述第二反射阻带之外的第一纵模。
3.根据权利要求1所述的表面发射激光器，还具有：
第一分布式布拉格反射器和第二分布式布拉格反射器之间的间隔层，以及
该间隔层适于吸收第一纵模下的光。
4.根据权利要求3所述的表面发射激光器，其中，
第一纵模具有比谐振模的波长短的波长。
5.根据权利要求1所述的表面发射激光器，其中，
反射阻带具有不低于99％的反射率。
6.根据权利要求1所述的表面发射激光器，其中，
第一分布式布拉格反射器为下部分布式布拉格反射器；以及
第二分布式布拉格反射器为上部分布式布拉格反射器；而
第一纵模的波长比谐振模的波长短；以及
第二纵模的波长比谐振模的波长长。
7.根据权利要求1所述的表面发射激光器，其中，
活性层由GaInP制成。
8.一种被设计为使来自光源的光入射到感光件或图像显示构件的表面以形成或显示图像的光学设备，其中，
光源由根据权利要求1所述的表面发射激光器形成。
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Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5274038B2 (ja) * 2008-02-06 2013-08-28 キヤノン株式会社 垂直共振器型面発光レーザの製造方法とレーザアレイの製造方法
JP5084540B2 (ja) * 2008-02-06 2012-11-28 キヤノン株式会社 垂直共振器型面発光レーザ
JP4621263B2 (ja) * 2008-02-22 2011-01-26 キヤノン株式会社 面発光レーザおよび画像形成装置
JP5388666B2 (ja) * 2008-04-21 2014-01-15 キヤノン株式会社 面発光レーザ
JP5279392B2 (ja) * 2008-07-31 2013-09-04 キヤノン株式会社 面発光レーザおよびその製造方法、面発光レーザアレイの製造方法、および面発光レーザアレイを備えている光学機器
JP5106487B2 (ja) * 2008-07-31 2012-12-26 キヤノン株式会社 面発光レーザの製造方法及び面発光レーザアレイの製造方法、該製造方法による面発光レーザアレイを備えている光学機器
JP5279393B2 (ja) * 2008-07-31 2013-09-04 キヤノン株式会社 面発光レーザおよびその製造方法、面発光レーザアレイの製造方法、および面発光レーザアレイを備えている光学機器
JP4975130B2 (ja) * 2009-05-07 2012-07-11 キヤノン株式会社 フォトニック結晶面発光レーザ
JP5355276B2 (ja) 2009-07-28 2013-11-27 キヤノン株式会社 面発光レーザ
JP5659476B2 (ja) * 2009-09-25 2015-01-28 ソニー株式会社 補正回路、駆動回路および発光装置
JP5593700B2 (ja) * 2010-01-08 2014-09-24 富士ゼロックス株式会社 面発光型半導体レーザ、面発光型半導体レーザ装置、光伝送装置および情報処理装置
JP2011155143A (ja) * 2010-01-27 2011-08-11 Fuji Xerox Co Ltd 面発光型半導体レーザ、面発光型半導体レーザ装置、光伝送装置および情報処理装置
JP5471569B2 (ja) * 2010-02-18 2014-04-16 株式会社リコー レーザ駆動装置、光走査装置、画像形成装置及びレーザ駆動方法
JP5651983B2 (ja) * 2010-03-31 2015-01-14 ソニー株式会社 補正回路、駆動回路、発光装置、および電流パルス波形の補正方法
JP5335819B2 (ja) * 2010-09-14 2013-11-06 キヤノン株式会社 フォトニック結晶面発光レーザ、該レーザを用いたレーザアレイ、該レーザアレイを用いた画像形成装置
JP5871458B2 (ja) 2010-11-02 2016-03-01 キヤノン株式会社 垂直共振器型面発光レーザ、画像形成装置
JP5824802B2 (ja) 2010-12-10 2015-12-02 富士ゼロックス株式会社 面発光型半導体レーザ、面発光型半導体レーザ装置、光伝送装置および情報処理装置
US9166370B2 (en) 2011-10-04 2015-10-20 Fuji Xerox Co., Ltd. Vertical cavity surface emitting laser, vertical cavity surface emitting laser apparatus, optical transmission apparatus, and information processing apparatus
JP5978669B2 (ja) 2012-03-15 2016-08-24 富士ゼロックス株式会社 面発光型半導体レーザ、面発光型半導体レーザ装置、光伝送装置および情報処理装置
JP5998701B2 (ja) 2012-07-23 2016-09-28 富士ゼロックス株式会社 面発光型半導体レーザ、面発光型半導体レーザ装置、光伝送装置および情報処理装置
JP2014086565A (ja) 2012-10-24 2014-05-12 Fuji Xerox Co Ltd 面発光型半導体レーザ、面発光型半導体レーザ装置、光伝送装置および情報処理装置
GB2519773C (en) * 2013-10-29 2018-01-03 Solus Tech Limited Mode-locking semiconductor disk laser (SDL)
US9502863B2 (en) * 2014-08-26 2016-11-22 Fuji Xerox Co., Ltd. Surface-emitting semiconductor laser, surface-emitting semiconductor laser device, optical transmission device, and information processing device
JP2021025964A (ja) * 2019-08-08 2021-02-22 富士ゼロックス株式会社 発光装置、光学装置及び情報処理装置
US11728619B2 (en) * 2020-07-07 2023-08-15 Marvell Asia Pte Ltd Side mode suppression for extended c-band tunable laser

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5784674A (en) * 1980-11-14 1982-05-27 Konishiroku Photo Ind Co Ltd Recorder
JPH0774426A (ja) * 1993-09-02 1995-03-17 Canon Inc 波長可変レーザ、波長可変フィルタおよび波長選択検出素子
US5363398A (en) * 1993-09-30 1994-11-08 At&T Bell Laboratories Absorption resonant rare earth-doped micro-cavities
US5568499A (en) * 1995-04-07 1996-10-22 Sandia Corporation Optical device with low electrical and thermal resistance bragg reflectors
GB2310316A (en) * 1996-02-15 1997-08-20 Sharp Kk Semiconductor laser
US6810067B2 (en) * 2002-09-26 2004-10-26 Photodigm, Inc. Single mode grating-outcoupled surface emitting laser with broadband and narrow-band DBR reflectors
JP4292786B2 (ja) * 2002-11-13 2009-07-08 ソニー株式会社 半導体レーザ装置
KR20080049705A (ko) * 2005-06-08 2008-06-04 파이어콤스 리미티드 면방출 광학 장치
JP2007208062A (ja) * 2006-02-02 2007-08-16 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体レーザ素子
JP2007234824A (ja) 2006-02-28 2007-09-13 Canon Inc 垂直共振器型面発光レーザ
JP4743867B2 (ja) 2006-02-28 2011-08-10 キヤノン株式会社 面発光レーザ
JP4110181B2 (ja) 2006-09-01 2008-07-02 キヤノン株式会社 半導体レーザ装置
JP5214140B2 (ja) * 2006-12-12 2013-06-19 浜松ホトニクス株式会社 半導体発光素子
JP5159363B2 (ja) 2007-03-01 2013-03-06 キヤノン株式会社 面発光レーザ、面発光レーザアレイおよびそれを用いた画像形成装置

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Publication number Publication date
JP2009152553A (ja) 2009-07-09
JP5058939B2 (ja) 2012-10-24
CN101447643A (zh) 2009-06-03
US7830944B2 (en) 2010-11-09
US20090135876A1 (en) 2009-05-28

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