CN110214400B - 集成数字激光器 - Google Patents

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Abstract

一种激光器件，包括：从在激光波长处透明的材料形成的衬底；第一反射层，以激光波长反射至少一些入射辐射；包括增益介质的层，用于提供以激光波长的辐射的受激发射，并位于第一反射层和衬底之间；第二反射层，在衬底的、与第一反射层相对的一侧上，以激光波长反射至少一些入射辐射；空间光调制器，在包括第一和第二反射层的光学腔中，并包括元件阵列，每个元件阵列对应于光学腔中的辐射的不同路径；以及计算机控制器，在操作期间，使空间光调制器选择性地改变光学腔中的辐射强度或相位，以提供辐射的可变横向空间模式输出。

Description

集成数字激光器
技术领域
本公开一般涉及集成激光器件和制造集成激光器件的方法。
背景技术
通常，可以通过引导激光器的输出通过诸如衍射光学元件、透镜、反射 镜、棱镜等的一个或多个光束成形光学器件来成形激光束。取决于所期望的 特定激光束分布，成形的效果可以包括使光束的强度在光束宽度上均匀化， 或确保光束的特定横截面形状(例如，圆形、矩形、椭圆形)和/或确保光束 横截面内的特定光束强度分布。激光束也可以是主动成形的，例如，使用空 间光调制器(SLM)。例如，由反射或透射特性独立可变的元件阵列组成的反 射或透明SLM可以定位在激光束的路径中，并且被操作为通过控制SLM而 可变地改变光束分布。在许多情况下，光束成形光学器件位于激光器的光学 腔之外。
发明内容
本公开的特征在于用于集成激光器件的架构，其能够以可编程方式产生 可变横向空间模式输出。在某些实现方式中，这些器件在激光器的光学腔内 包含数字可寻址的空间光调制器(SLM)。SLM允许在空间上改变跨光学腔 的辐射损失和/或相位，并相应地改变激光输出的强度分布。使用所公开的激 光器件可获得的独特横向空间模式的数量仅受SLM阵列的尺寸、分辨率和灰 度级限制。
通常，在第一方面，本发明的特征在于一种具有可变横向空间模式输出 的激光器件，包括：从在激光波长处透明的材料形成的衬底；由衬底支撑的 第一反射层，第一反射层被配置为以激光波长反射至少一些入射辐射；包括 增益介质的层，用于以激光波长提供辐射的受激发射，该层包括位于第一反 射层和衬底之间的增益介质；第二反射层，由衬底支撑，在衬底的与第一反 射层相对的一侧上，第二反射层被配置为以激光波长反射至少一些入射辐射； 空间光调制器，由衬底支撑，并位于通过第一和第二反射层包括的光学腔中 的辐射路径中，空间光调制器包括元件阵列，每个元件阵列对应于光学腔中 的辐射的不同路径；以及与空间光调制器通信的计算机控制器。在操作期间， 计算机控制器使空间光调制器选择性地改变光学腔中的每个辐射路径中的辐 射强度或相位，以提供来自激光器件的辐射的可变横向空间模式输出。
激光器件的实施例可以包括以下特征中的一个或多个。
例如，所述空间光调制器可以在所述衬底的、与包括所述增益介质的层 相对的侧上。所述空间光调制器可以是透射空间光调制器。
所述空间光调制器可以在所述衬底的、与包括所述增益介质的层相同的 侧上。所述空间光调制器可以是反射空间光调制器。所述第二反射层可以被 布置成将由所述增益介质发射的入射辐射朝向所述空间光调制器反射，并将 由所述空间光调制器反射的入射辐射朝向所述增益介质反射。
在一些实施例中，所述第一反射层包括用于在所述激光波长进行辐射的 布拉格反射器。
所述第二反射层可以包括反射光栅，诸如啁啾反射光栅。
所述增益介质可以包括量子阱层。
所述激光器件可以包括在包括增益介质的层和衬底之间的第一电极层。 在一些实施例中，所述激光器件还可以包括第二电极层，所述第一和第二电 极层位于包括所述增益介质的所述层的相对侧上。所述第一和第二电极层中 的一个或两者都可以是图案化的电极层。可以从在所述激光波长透明的导电 材料形成所述第一电极层。所述第一电极层可以包括用于激光辐射通过的孔。
所述第一或第二反射层可以是用于在所述激光波长的辐射的部分反射层。
所述激光波长可以在250nm至5,000nm的范围内。
在操作期间，可以使用电子束对所述增益介质进行电泵浦、光学泵浦或 泵浦。
所述激光器件可以是显示器或光学通信系统的一部分。
通常，在另一方面，本发明的特征在于一种形成激光器件的方法，包括： 形成包括第一反射层和包括增益介质的层的发光模块，所述第一反射层被配 置为以激光波长反射至少一些入射辐射，并且所述包括增益介质的层被配置 为以激光波长提供辐射的受激发射；形成空间光调制器；以及通过将发光模 块和空间光调制器附接到从在激光波长处透明的材料形成的公共衬底层来组 装激光器件，使得空间光调制器位于由第一反射层和第二反射器限定的光学 腔中的辐射路径中，所述空间光调制器包括元件阵列，每个元件阵列对应于 通过光学腔中的衬底层的辐射的不同路径。
所述方法的实现方式可以包括以下特征和/或其他方面的特征中的一个 或多个。例如，形成所述发光模块可以包括在彼此的顶部上顺序地形成多个 层并且图案化所述层中的至少一些。
形成所述激光器件可以包括使用公共衬底形成多个器件，并切割所述衬 底以提供多个单独器件。
所述空间光调制器可以包括第二反射器。
所述第二反射器可以是第二反射器层，并且所述空间光调制器可以是透 射空间光调制器以及所述第一和第二反射层之间的激光辐射的路径。
所述空间光调制器和发光模块可以设置在所述公共衬底的相对侧上。
所述空间光调制器和发光模块可以设置在所述公共衬底的相同侧上，并 且额外的反射器设置在所述衬底的相对侧上，并且被布置为引导来自所述发 光模块的光到空间光调制器，反之亦然。
除了其他优点之外，集成激光器件的实现可以提供紧凑、稳健的发光器 件，其提供可编程的空间变化的输出分布。
有利地，所公开的器件架构可使用晶片处理技术实现，从而以经济的方 式实现紧凑的、集成的形状因子和大规模制造。
在附图和以下描述中阐述了本公开的主题的一个或多个实现的细节。从 说明书、附图和权利要求，本主题的其他特征、方面和优点将变得明显。
附图说明
图1A示出了集成激光器件的实施例的剖视图；
图1B示出了图1A中所示的集成激光器件的透视图；
图2示出了集成激光器件的第二实施例的剖视图；
图3示出了集成激光器件的第三实施例的剖视图；
图4示出了集成激光器件的第四实施例的剖视图；
图5示出了包含集成激光器件的显示装置的示意图；
图6示出了包含集成激光器件的光通信系统的示意图；以及
图7示出了用于控制集成激光器件的示例计算机系统。
各附图中相同的附图标记和名称指示相同的元件。
具体实施方式
参考图1A和图1B，分别以横截面和透视图示出了示例性集成激光器件 100。显示笛卡尔坐标轴以便于参考。在这方面，对象的厚度是指沿z轴测量 的对象尺寸。对象的横向区域是指x-y平面中对象的区域。“顶部”和“底部” 分别指的是+z和-z方向。例如，器件100的顶表面指的是面向+z方向的表 面，而底表面指的是相对的表面。
器件100包括衬底层150，衬底层150在其顶表面上支撑发光模块，并 且在其底表面上支撑空间光调制器(SLM)140和反射器130。发光模块是由 层112构成的集成器件，所述层112包括夹在两个电极之间并与反射器120 相邻的增益介质110。
具体地，第一电极170位于层112的顶表面上，而第二电极172位于衬 底层150的顶表面和层112的底表面之间。第一电极170和第二电极172从 对在激光波长处的辐射基本透明的导电材料形成。例如，氧化铟锡可以用于 可见波长。也可以使用其他透明导电氧化物(TCO)、导电聚合物、金属栅格、 碳纳米管(CNT)、石墨烯、纳米线网和超薄金属膜。电触头160和162分别 提供与电极170和172的电连接。电触头160位于反射器120的上表面上并 通过通孔161电连接到电极160。
更一般地，其他电极结构也是可能的。例如，在一些实施例中，第一和/ 或第二电极可以从在操作波长不透明的导电材料形成。例如，可以使用在可 见光和某些IR波长下可以是不透明的金属导体(例如，铝、铜、金)。在这 样的实施例中，电极层可以包括用于传输辐射的孔。
电流源180连接到电触头160和162。电流源与计算机控制器190通信 并且在计算机控制器190的控制下，计算机控制器190也与SLM 140通信。
这里，在衬底层150的相对侧上的反射器120和140限定光学腔，SLM 140布置在该光学腔内。在操作期间，电流源180通过跨电极170和172施 加电压将电荷载流子注入层112。层中电子和空穴的重新组合以激光波长发 射辐射。至少一些发射的光子多次穿过光学腔，被反射器120和140反射。 图1A中通过双头箭头描绘了用于该腔辐射的若干辐射路径。当辐射穿过增 益介质时，该辐射被激发的发射放大，并且当它从发光模块退出进入衬底层150时发散，散开以覆盖SLM 140。
反射器120是部分反射器，意味着基本上并非所有以激光波长的入射辐 射都被反射，并且一些光作为激光输出199而透射。例如，反射器120可以 透射大约1％或更多的以激光波长入射的辐射。反射器120可以是诸如金属 化表面(例如，银或铝)的平面反射器或诸如分布式布拉格反射器(DBR) 的多层反射器。
SLM 140具有在x-y平面中排列的多个元件(像素)，每个元件可独立地 寻址。这些元件中的四个在图1A中标记为142a、142b、142c和142d。通常， 阵列可以在x方向和y方向上都包括数百或数千个元件，并且每个可以具有 102-104μm2的量级的面积。通常，元件具有比操作波长更大(例如，5倍、 10倍或更大)的尺寸，以减小与周期性阵列结构相关联的衍射效应。
取决于相应的SLM元件的状态，SLM 140将以激光波长的入射辐射的 一部分透射到反射器130，反射器130沿着它所来自的路径反射回入射辐射。 换句话说，在这种配置中，反射器130不是平面镜面反射器。而是，反射器 130可以是啁啾光栅，其结构被配置为满足入射腔辐射的利特罗条件。可替代 地或另外地，反射器130可以从多个平铺光栅形成，每个平铺光栅以其垂直 于局部腔辐射的入射平面的周期性结构定向。其他反射器也是可能的，诸如 例如由反射镜阵列组成的结构化界面，每个反射面布置成垂直于局部腔辐射。 也可以使用逆向反射片。
在操作期间，计算机控制器190利用控制信号驱动SLM 140，以改变由 每个SLM元件透射的腔辐射量。结果，腔辐射的强度跨腔横向变化，其中相 对低的辐射强度区域对应于设置为透射相对少量的入射腔辐射的SLM元件， 而那些对应于高透射SLM元件的区域具有相对高强度。中间强度水平来自 SLM的中间透射。从器件100的顶表面产生的发射199与腔辐射共享相同的 强度分布。因此，系统可以控制和改变从器件发射的激光辐射的强度分布， 其分辨率和强度灰度级对应于SLM的分辨率和透射级数。而且，分布可以以 SLM的调制速率(例如，100Hz或更高、高达1kHz或更高)变化。
各种透射SLM技术可用于SLM 140。例如，可使用液晶(LC)SLM。 LC SLM的示例包括向列相LC SLM和铁电LC SLM。典型地，LC SLM通过 控制SLM透射的量或通过控制透射的偏振光的相位来调制光。线性偏振器可 用于吸收特定偏振状态的光，并且具有该状态的大致的光由LC单元控制。
更一般地，可以使用基于提供电光响应的其他材料的SLM。也可以使用利用 克尔效应选择性地将相变引入辐射的SLM。也可以使用例如使用普克尔斯效 应基于结晶材料的SLM。例如，铌酸锂是常用的电光晶体。在一些实施例中， 基于聚合物的电光材料用于在SLM中提供电光效应，所述电光材料诸如在聚 合物晶格中布置非线性光学发色团的材料。
此外，层112通常可具有提供光学增益的各种组件层。例如，在一些实 施例中，增益介质110采用量子阱或多量子阱结构的形式。通常，量子阱是 薄层，其可以在垂直于层表面的维度上限制(准)粒子(典型地，电子或空 穴)，而其他维度的移动不受限制。
量子阱可以例如由半导体介质的薄层形成，嵌入在较宽带隙的其他半导 体层(例如，嵌入AlGaAs中的GaAs量子阱或GaAs中的InGaAs)之间。这 种量子阱的厚度典型地≈2-20nm。这种薄层可以用分子束外延(MBE)或金 属有机化学气相沉积(MOCVD)制造。在一些实施例中，例如在诸如期望更 厚的量子阱层(例如，20nm或更厚)时，液相外延可用于形成量子阱层。电 子和空穴都可以被限制在半导体量子阱中。
在某些实施例中，层112包括形成发射区域的p-n结，诸如同质结或异 质结结构。同质结是指在与n型半导体层相邻的p型半导体的一层之间形成 的结。形成异质结构，其中p-n结从多于一种类型的半导体形成，通常其中在 具有高带隙的另一半导体材料的层之间为具有低带隙的相邻p-n型半导体。
在一些实施例中，层112可以包括量子点或量子虚线结构，用于促进受 激辐射发射。典型地，量子点是非常小的半导体颗粒(例如，具有几纳米量级 的维度)。量子点的辐射发射性质可以取决于点的大小和组成而变化。量子虚 线指的是细长的纳米结构(例如，二维中的量子点的大小，但是在第三维中 更长，诸如100的nm)。
衬底层150从对激光波长基本透明的材料形成，具有足够的机械强度以 支撑器件100的其他组件，并且具有与用于制造器件100的技术兼容的机械 和化学性质。在一些实施例中，衬底层150从硅(例如，晶体、多晶或非晶 硅)形成。例如，硅对波长大于约1.1微米的红外光基本透明。在一些实现方 式中，衬底层150从对光学波长基本透明的材料形成，所述材料诸如通常用 于液晶显示器的玻璃或塑料。
基于退出发光模块的腔辐射的散射和SLM 140的大小来选择衬底层150 的厚度。通常，衬底层150足够厚，使得SLM的基本上整个区域被照射(或 者至少，对于圆形光束横截面，SLM处的光束直径近似等于SLM的横向尺 寸)。例如，对于具有约15°的发散锥角的锥形光束，需要约2cm的衬底层 厚度来提供足够的光束发散以覆盖1cm×1cm的SLM。较薄的衬底层可用于 较小的SLM和/或较高的光束发散。相反，对于较大的SLM和/或较低的光束 发散，可能需要较厚的衬底层。
通常，集成激光器件100可以被实现用于各种不同的波长。在UV(例 如，200nm至380nm)、可见(380nm至780nm)和IR(780nm至2,000nm或 更多)波长的实现是可能的。在每种情况下，选择器件的组件材料以在所选 择的操作波长具有必要的功能性。例如，InGaAsP可用于约1,550nm的操作 波长。作为另一示例，AlGaInN可以用于约200nm至550nm范围内的操作波 长，并且AlInGaP可以用于约550nm至700nm范围内的操作波长。
尽管图1A和1B中描绘了器件100在衬底层150的底侧上具有透射SLM 140和反射器130，但是其他配置也是可能的。例如，在一些实施例中，SLM 140和反射器130的功能可以组合在单个层中，诸如在反射SLM中。反射 SLM的示例包括微机电系统(MEMS)SLM，诸如微镜阵列(MMA)。诸如 硅上液晶(LCoS)SLM的反射LC SLM也是可能的。
此外，虽然反射器120被配置为器件100中的部分反射器，导致z方向 上的发射199，但是沿负z方向的发射也是可能的。例如，在一些实现方式 中，可以配置器件100，使得SLM 140和反射器130部分地透射激光辐射。 在这种情况下，反射器120可以基本上反射所有入射的激光辐射，从而消除 了从器件100的那一侧的发射。
此外，虽然SLM 140和发光模块位于器件100中的衬底层150的相对侧 上，但是SLM布置在衬底的与发光模块相同的一侧的架构也是可能的。例如， 参考图2，集成激光器件200包括支撑发光模块的衬底层250和位于同一侧 的SLM 230。
这里，发光模块包括层212，其中增益介质210夹在电极层270和272 之间。电极层272位于与衬底层250的顶表面相邻。电极层270位于层212 和顶部反射器220之间。顶部反射器220是用于激光波长的辐射的部分反射 器，用作器件200的输出耦合器。用于电极层270的电触头260位于反射器 220的顶表面上，通过通孔(未示出)电连接到电极层270。电极层272在衬 底层250的顶表面上横向延伸超出发光模块，提供其上形成电触头262的暴 露区域。发光模块以与上述激光器件100的发光模块所述相同的方式操作。
第二反射器240形成在衬底层250的底表面上，并且反射SLM 230(例 如，MMA或LCoS SLM)位于与顶表面上的发光模块相邻。在操作期间，来 自发光模块的腔光向下穿过衬底层250，从第二反射器240反射，并且第二 次穿过衬底层250到达SLM 230。通过衬底层250的该双通路径从SLM 230 回溯到发光模块。图2中示出了射线201和202。
各种类型的反射器可以用于反射器240。例如，反射器240可以包括设 计成衍射入射腔辐射的光栅，使得低阶(例如，零级、一阶)衍射最大值被引 导到SLM 230上的相应的位置上。替代地，反射器240可以包括闪耀表面， 其包括涂覆有反射材料(例如，反射金属)的刻面，使得入射腔辐射被反射朝 向SLM 230上的对应位置。
虽然SLM 230被描绘为反射SLM，但是在一些实施例中，可以使用透 射SLM与另外的反射器的组合，如图1所示的激光器件100所示。
具有衬底层的一个表面支撑发光模块和SLM可能是有利的，因为与在 衬底层的相对侧上具有复杂组件的器件相比，这种布置可以更容易制造。替 代地或另外地，与器件100相比，器件200的架构可以便于使用更薄的器件， 因为通过衬底层250的腔辐射的双通道可以允许使用更薄的衬底层，同时仍 然允许在从SLM反射之前腔辐射的充分发散。
通常，激光器件可以包括集成到结构中的附加部件。例如，参考图3，集 成激光器件300包括在发光模块和衬底层350之间的发散光学层301。其余 结构类似于器件100的结构。具体地，器件300的发光模块包括含有夹在电 极370和372之间的增益介质310的层312、以及反射器320。电触头360和 362分别电连接到电极370和372。SLM 340和反射器330位于衬底层350的 底表面上，与发光模块和发散光学层301相对。
发散光学层301操作以增加从发射模块出射到衬底层350的以激光波长 的辐射的光的角度发散，并且相反地，减小出射衬底层350并进入发光模块 的以激光波长的辐射的角度发散。例如，发散光学层301可以是衍射层或折 射层。例如，发散光学层301可以包括衍射结构(例如，一维或二维光栅)， 其设计为在辐射穿过层时衍射辐射。例如，可以使用啁啾光栅。替代地，在一 些实施例中，发散光学层301可以包括折射结构(例如，在激光波长处具有 不同折射率的两种介质之间的弯曲或刻面界面)，其折射入射辐射以增加/减 小发散。
使用发散光学层作为器件300的一部分可以有助于使用具有相对较大横 向区域的SLM和相对薄的衬底层。
替代地，或者除了发散光学层之外，还可以包括其他组件。例如，另一 个部分反射器(例如，部分DBR)可以包括在增益介质310的衬底侧(例如， 其中发散光学层301位于器件300中)。在增益介质的两侧包括(至少部分) 反射器可以独立于受控SLM的影响确保横跨器件的发射和至少一些光学反 馈。
虽然可以使用发散光学层来减小衬底层的厚度并维持来自发光模块的足 够的光发散以使用具有比发光模块更大的横向面积的SLM，但是用于减小器 件厚度的其他技术也是可能的。例如，在一些实施例中，可以折叠衬底层中 的辐射光路以确保足够的路径长度，以使用非常薄的衬底层照射SLM的整个 横向区域。参考图4，例如，集成激光器件400包括薄衬底层430，其在衬底 层的顶表面上支撑发光模块410和反射SLM 420(例如，MMA或LCoSSLM)。 反射层440和450(例如，金属化反射器)分别设置在衬底层430的底表面和 顶表面上。
以射线401和402例示的腔辐射从发光模块410发射到衬底层430中。 当在衬底层中将其引导到SLM 420时，腔光从顶部和底部反射层反射多次， 发散。SLM 420调制光束并沿着相同的路径将光束引导回发光模块410。在 一些实施例中，反射SLM 420可以由透射SLM和反射器代替。
耦合层(例如，光栅)可用于提供从发光模块410到衬底层430的定向 耦合。
在一些实现方式中，全内反射而非反射层可用于限制和引导衬底层430 中的腔辐射。
使用这种架构，特别薄的衬底层可以与相对大的SLM一起使用。例如， 0.25cm或更小(例如，0.1cm或更小、0.05cm或更小)的衬底层可以与面积 为1cm2或更大(例如，2cm2或更大、3cm2或更大、4cm2或更大)的SLM结 合使用。
通常，其他替代方案也是可能的。例如，虽然前述示例在SLM上具有像 素化，但是还可以对额外组件进行像素化以向器件提供进一步的可变性水平。 例如，在一些实现方式中，用于将载流子注入到增益介质中的电极中的一个 或两个可以被像素化，从而产生局部电流密度变化以改变增益介质中的空间 增益。这样的实现方式可以是有利的，因为它可以在器件的激光输出中提供 额外水平的强度控制。
在一些实施例中，整个发光模块可以构造为像素化阵列。
其他配置也是可能的。在一些实现方式中，发光模块可以被配置为脊形 激光器(例如，在y方向上限定光学腔)，并且SLM可以被配置为在z方向 上在空间上改变来自器件的二阶发射。例如，脊形激光器可以与二阶光栅一 起使用(例如，在基本垂直于波导表面的方向上出耦光并进入衬底层的光栅 结构)。例如，二阶光栅可以从上脊或下脊表面上的周期性介电结构或从波纹 脊侧壁或顶表面形成。
此外，虽然前述实现方式使用电泵浦来实现增益介质中的粒子数反转， 但是在其他实现方式中，可以使用不同的泵浦方案。例如，可以使用光泵浦 或电子束泵浦。
通常，可以使用半导体器件制造中常用的技术，特别是晶片或LCD处理 技术来制造上述集成激光器件。例如，集成激光器件的组成部分可以通过顺 序地将材料层沉积到衬底层上并根据需要图案化每个层来形成。可以使用各 种技术进行层沉积，这取决于所形成的层的性质(例如，材料、厚度、结晶度 等)和形成该层的下层表面的性质。示例性沉积技术包括物理气相沉积(PVD)、 化学气相沉积(CVD)、电化学沉积(ECD)、分子束外延(MBE)和原子层 沉积(ALD)。
通常使用光刻技术执行层图案化，在光刻技术中，图案被转移到抗蚀层， 并且随后的蚀刻步骤将图案从抗蚀层转移到上面或下面的材料层。例如，可 以使用光刻或压印光刻来执行抗蚀层的初始图案化。可以使用湿法、干法和/ 或等离子体蚀刻来去除材料。抛光工艺(例如，化学机械抛光)可用于平坦化 暴露的表面。
在一些情况下，发光模块可以形成在一个衬底上，并且SLM形成在第二 衬底上。然后将两个衬底结合在一起以提供集成的激光器件。
在一些实施例中，发光模块可以在一个制造工艺中形成，而SLM在第二 个单独的工艺中产生。然后将两个组件结合到公共衬底层以提供集成的激光 器件。在需要特别厚的衬底层的情况下(例如，衬底层为1cm或更厚，例如2cm或更厚，最多约5cm)，可能需要这样的方法。当两个组件结合在公共衬 底层的同一侧上和/或不同组件由不同供应商制造时，这些方法也可能是期望 的。
晶片处理技术也可用于在单个晶片上形成多个器件，然后将其切割以产 生单独的激光器件。
可以进一步封装集成激光器件以提供坚固的组件，该组件可以容易地集 成到更大的系统中，例如通过集成到印刷电路板上。可以使用通常用于封装 集成电路、LED和二极管激光器的芯片封装技术。
通常，上述集成激光器件可以用于期望具有空间变化的强度分布的辐射 的各种应用。例如，集成激光器件可用于显示应用。参考图5，示例性显示系 统500包括集成激光器件模块510、控制模块和光学投影模块530。激光器件 模块510包括一个或多个集成激光器件，诸如上述那些。例如，激光器件模 块510可以包括多个激光器件，每个激光器件被配置为发射具有不同颜色的 调制光(例如，红色、绿色、蓝色和/或青色、品红色、绿松色发射器)。替代 地或另外地，激光器件模块可以包括多个集成的激光器件，每个激光器件具 有相同的颜色，这些激光器件被平铺在一起以产生比每个单独的激光器件具 有更高分辨率的显示(其中分辨率对应于SLM的分辨率)。
在操作期间，包括显示驱动器的控制模块520将信号传递到激光器件模 块510，使得激光器件将包含图像信息的调制光599发射到光学投影模块530。 光学投影模块530包括投影光学器件(例如，透镜、反射镜和/或衍射光学元 件，其在屏幕540上形成来自调制光599的图像。
作为另一示例，集成激光器件可以用在光通信应用中。参考图6，例如， 光通信系统600包括集成激光器件模块610、控制模块620、中继光学模块 630、检测模块640和信号接收模块650。
在操作期间，控制模块620将信号传递到激光器件模块610，使得模块 610中的激光器件发射用信息编码的调制光699。中继光学模块630接收调制 光并将其引导至检测模块640。检测模块640中的像素化传感器监视光的调 制模式，并将包含编码信息的相应信号发送至信号接收模块650。信号接收模 块650然后对信息进行解码。
通常，通信系统600可以包括自由空间光学器件、波导光学器件和/或集 成光学组件。例如，中继光学模块630可以包括自由空间组件，其在检测模 块640中的传感器(或多个传感器)上形成来自激光器件模块610中的一个 或多个激光器件的调制发射分布的远场图像。
由于信息到调制光699的分布中的空间编码，通信系统600可以同时向 检测模块640传送大量信息，即使调制光699的调制速率相对低也是如此。
集成激光器件和包含这些器件的系统的一些方面可以在数字电子电路中 实现，或者在计算机软件、固件或硬件中实现，包括本说明书中公开的结构 及其结构等同物，或者在其一个或多个的组合中实现。例如，在一些实现方 式中，计算机控制器190可以使用数字电子电路来实现，或者在计算机软件、 固件或硬件中实现，或者在其一个或多个的组合中实现。
术语“计算机控制器”包括用于处理数据和/或控制信号生成的所有类型 的装置、设备和机器，包括例如可编程处理器、计算机、片上系统、或前述的 多个或组合。该装置可以包括专用逻辑电路，例如FPGA(现场可编程门阵 列)或ASIC(专用集成电路)。除了硬件之外，该装置还可以包括为所讨论 的计算机程序创建执行环境的代码，例如，构成处理器固件、协议栈、数据库 管理系统、操作系统，跨平台运行时环境、虚拟机或其一个或多个的组合的 代码。装置和执行环境可以实现各种不同的计算模型基础结构，诸如web服 务、分布式计算和网格计算基础结构。
计算机程序(也称为程序、软件、软件应用、脚本或代码)可以用任何 形式的编程语言编写，包括编译或解释语言、声明或过程语言。计算机程序 可以但不必对应于文件系统中的文件。程序可以存储在保存其他程序或数据 文件的一部分(例如，存储在标记语言文档中的一个或多个脚本)中，存储在 专用于所讨论的程序的单个文件中，或存储在多个协调文件(例如，存储一 个或多个模块、子程序或代码部分的文件)中。可以部署计算机程序以在一 个计算机上、或在位于一个站点上或跨多个站点分布并通过通信网络互连的 多个计算机上执行。
上述一些处理可以由运行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程处 理器执行，以通过对输入数据进行操作并生成输出来执行动作。处理和逻辑 流程也可以由专用逻辑电路执行，并且装置也可以实现为专用逻辑电路，例 如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。
作为示例，适合于执行计算机程序的处理器包括通用和专用微处理器、 以及任何类型的数字计算机的处理器。通常，处理器将从只读存储器或随机 存取存储器或两者接收指令和数据。计算机包括用于根据指令执行动作的处 理器和用于存储指令和数据的一个或多个存储器设备。计算机还可以包括或 可操作地耦合以从一个或多个大容量存储设备接收数据或将数据传输到一个 或多个大容量存储设备或两者，所述大容量存储设备用于存储数据，例如磁 盘、磁光盘或光盘。但是，计算机不必具有这样的设备。适用于存储计算机程 序指令和数据的设备包括所有形式的非易失性存储器、介质和存储器设备， 包括例如半导体存储器设备(例如，EPROM、EEPROM、闪存设备等)、磁盘 (例如，内部硬盘、可移动盘等)、磁光盘、以及CD ROM和DVD-ROM盘。 处理器和存储器可以由专用逻辑电路补充或并入专用逻辑电路中。
为了提供与用户的交互，可以在计算机上实现操作，所述计算机具有用 于向用户显示信息的显示设备(例如，监视器或其他类型的显示设备)、以及 键盘和指示设备(例如，鼠标、轨迹球、平板电脑、触敏屏幕或其他类型的指 示设备)。用户可以通过其向计算机提供输入。其他类型的设备也可用于提供 与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的感觉反馈，例如 视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈；并且可以以包括声学、语音或触觉输入的 任何形式接收来自用户的输入。另外，计算机可以通过向用户使用的设备发 送文档和从用户使用的设备接收文档，例如通过响应于从web浏览器接收的 请求将网页发送到用户的客户端设备上的web浏览器，与用户交互。
计算系统可以包括单个计算设备，或者在彼此附近或通常彼此远离地操 作并且典型地通过通信网络交互的多个计算机。通信网络的示例包括局域网 (“LAN”)和广域网(“WAN”)、网络间(例如，因特网)、包括卫星链路的 网络和对等网络。(例如，自组织对等网络)。客户端和服务器的关系可以通 过在各个计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序而产 生。
图7示出了示例计算系统700，其包括处理器710、存储器720、存储设 备件730和输入/输出设备740。组件710、720、730和740中的每一个可以 例如通过系统总线750互连。处理器710能够处理在系统700内执行的指令。 在一些实现方式中，处理器710是单线程处理器、多线程处理器或其他类型 的处理器。处理器710能够处理存储在存储器720中或存储设备730上的指 令。存储器720和存储设备730可以在系统700内存储信息。
输入/输出设备740为系统700提供输入/输出操作。在一些实现方式中， 输入/输出设备740可以包括一个或多个网络接口设备，例如以太网卡、串行 通信设备(例如，RS-232端口)和/或无线接口设备，例如802.11卡、3G无 线调制解调器、4G无线调制解调器等。在一些实现方式中，输入/输出设备可 以包括驱动设备，被配置为接收输入数据，并且将输出数据发送到其他输入/ 输出设备，例如键盘、打印机和显示设备760。在一些实现方式中，可以使用 移动计算设备、移动通信设备和其他设备。
已经描述了许多实施例。然而，应该理解，在不脱离本发明的精神和范 围的情况下，可以进行各种修改。因此，其他实施例在权利要求的范围内。

Claims (27)

1.一种具有可变横向空间模式输出的激光器件，包括：
从在激光波长处透明的材料形成的衬底；
由所述衬底支撑的第一反射层，所述第一反射层被配置为以所述激光波长反射至少一些入射辐射；
包括增益介质的层，用于提供以所述激光波长的辐射的受激发射，该层包括位于所述第一反射层和所述衬底之间的所述增益介质；
由所述衬底支撑的第二反射层，在所述衬底的、与所述第一反射层相对的一侧上，所述第二反射层被配置为以所述激光波长反射至少一些入射辐射；
由所述衬底支撑的空间光调制器，位于通过所述第一反射层和所述第二反射层包括的光学腔中的辐射路径中，所述空间光调制器包括元件阵列，每个元件阵列对应于用于所述光学腔中的辐射的不同路径；以及
与所述空间光调制器通信的计算机控制器，
其中，在操作期间，所述计算机控制器使所述空间光调制器选择性地改变所述光学腔中的每个辐射路径中的辐射强度或相位，以提供来自所述激光器件的所述辐射的可变横向空间模式输出。
2.根据权利要求1所述的激光器件，其中，所述空间光调制器在所述衬底的、与包括所述增益介质的层相对的侧上。
3.根据权利要求2所述的激光器件，其中，所述空间光调制器是透射空间光调制器。
4.根据权利要求1所述的激光器件，其中，所述空间光调制器在所述衬底的、与包括所述增益介质的层相同的侧上。
5.根据权利要求4所述的激光器件，其中，所述空间光调制器是反射空间光调制器。
6.根据权利要求4所述的激光器件，其中，所述第二反射层被布置成将由所述增益介质发射的入射辐射朝向所述空间光调制器反射，并将由所述空间光调制器反射的入射辐射朝向所述增益介质反射。
7.根据权利要求1所述的激光器件，其中，所述第一反射层包括用于以所述激光波长进行辐射的布拉格反射器。
8.根据权利要求1所述的激光器件，其中，所述第二反射层包括反射光栅。
9.根据权利要求8所述的激光器件，其中，所述反射光栅是啁啾光栅。
10.根据权利要求1所述的激光器件，其中，所述增益介质包括量子阱层。
11.如权利要求1所述的激光器件，还包括在包括所述增益介质的层和所述衬底之间的第一电极层。
12.根据权利要求11所述的激光器件，还包括第二电极层，所述第一电极层和所述第二电极层位于包括所述增益介质的层的相对侧上。
13.根据权利要求12所述的激光器件，其中，所述第一电极层和所述第二电极层中的一个或两者都是图案化的电极层。
14.根据权利要求11所述的激光器件，其中，所述第一电极层从在所述激光波长处透明的导电材料形成。
15.根据权利要求11所述的激光器件，其中，所述第一电极层包括用于激光辐射通过的孔。
16.根据权利要求1所述的激光器件，其中，所述第一反射层或所述第二反射层是用于以所述激光波长辐射的部分反射层。
17.根据权利要求1所述的激光器件，其中，所述激光波长在250nm至5,000nm的范围内。
18.根据权利要求1所述的激光器件，其中，在操作期间，使用电子束对所述增益介质进行电泵浦、光学泵浦或泵浦。
19.一种显示器，包括权利要求1的激光器件。
20.一种光通信系统，包括权利要求1的激光器件。
21.一种形成激光器件的方法，包括：
形成包括第一反射层和包括增益介质的层的发光模块，所述第一反射层被配置为以激光波长反射至少一些入射辐射，并且所述包括所述增益介质的层被配置为提供以所述激光波长的辐射的受激发射；
形成空间光调制器；以及
通过将所述发光模块和所述空间光调制器附接到从在所述激光波长处透明的材料形成的公共衬底层来组装所述激光器件，使得所述空间光调制器位于由所述第一反射层和第二反射器限定的光学腔中的辐射路径中，所述空间光调制器包括元件阵列，每个元件阵列对应于通过所述光学腔中的所述衬底层的辐射的不同路径。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，形成所述发光模块包括在彼此的顶部上顺序地形成多个层并且图案化所述层中的至少一些。
23.根据权利要求21所述的方法，其中，形成所述激光器件包括使用公共衬底形成多个器件，并且切割所述衬底以提供多个单独器件。
24.如权利要求21所述的方法，其中，所述空间光调制器包括所述第二反射器。
25.根据权利要求21所述的方法，其中，所述第二反射器是第二反射器层，并且所述空间光调制器是透射空间光调制器以及所述第一反射层和所述第二反射层之间的激光辐射的路径。
26.根据权利要求21所述的方法，其中，所述空间光调制器和发光模块被设置在所述公共衬底的相对侧上。
27.根据权利要求21所述的方法，其中，所述空间光调制器和发光模块被设置在所述公共衬底的相同侧上，并且额外的反射器被设置在所述衬底的相对侧上，并且被布置为引导来自所述发光模块的光到空间光调制器，以及将光从所述空间光调制器引导到发光模块。
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