CN110873910A - 基于超材料的反射器、光学腔结构以及垂直腔表面发射激光器 - Google Patents

基于超材料的反射器、光学腔结构以及垂直腔表面发射激光器 Download PDF

Info

Publication number
CN110873910A
CN110873910A CN201910643478.9A CN201910643478A CN110873910A CN 110873910 A CN110873910 A CN 110873910A CN 201910643478 A CN201910643478 A CN 201910643478A CN 110873910 A CN110873910 A CN 110873910A
Authority
CN
China
Prior art keywords
metamaterial
nanostructures
layer
based reflector
reflector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910643478.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110873910B (zh
Inventor
韩承勋
罗炳勋
巴巴克·米尔扎普尔贝内卡拉耶
阿米尔·阿巴比
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung Electronics Co Ltd
University of Massachusetts UMass
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
University of Massachusetts UMass
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020190001926A external-priority patent/KR102623516B1/ko
Application filed by Samsung Electronics Co Ltd, University of Massachusetts UMass filed Critical Samsung Electronics Co Ltd
Publication of CN110873910A publication Critical patent/CN110873910A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110873910B publication Critical patent/CN110873910B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18361—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/30—Polarising elements
    • G02B5/3025—Polarisers, i.e. arrangements capable of producing a definite output polarisation state from an unpolarised input state
    • G02B5/3058—Polarisers, i.e. arrangements capable of producing a definite output polarisation state from an unpolarised input state comprising electrically conductive elements, e.g. wire grids, conductive particles
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/08—Mirrors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/002—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of materials engineered to provide properties not available in nature, e.g. metamaterials
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1809—Diffraction gratings with pitch less than or comparable to the wavelength
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18308—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
    • H01S5/18319—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement comprising a periodical structure in lateral directions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18361—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors
    • H01S5/18369—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors based on dielectric materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18361—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors
    • H01S5/18375—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors based on metal reflectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18361—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors
    • H01S5/18377—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors comprising layers of different kind of materials, e.g. combinations of semiconducting with dielectric or metallic layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18386—Details of the emission surface for influencing the near- or far-field, e.g. a grating on the surface
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/185—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only horizontal cavities, e.g. horizontal cavity surface-emitting lasers [HCSEL]
    • H01S5/187—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only horizontal cavities, e.g. horizontal cavity surface-emitting lasers [HCSEL] using Bragg reflection
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/30—Polarising elements
    • G02B5/3083—Birefringent or phase retarding elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18308—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
    • H01S5/18311—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement using selective oxidation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18341—Intra-cavity contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18355—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a defined polarisation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)

Abstract

提供了一种基于超材料的反射器，包括：第一超材料层，包括第一纳米结构的阵列；以及设置在第一超材料层上的第二超材料层，第二超材料层包括第二纳米结构的阵列，其中，第二纳米结构的布置不同于第一纳米结构的布置。

Description

基于超材料的反射器、光学腔结构以及垂直腔表面发射激 光器
相关申请的相交引用
本申请要求于2018年9月4日向美国专利商标局提交的美国临时专利申请No.61/726,529的优先权，并且要求于2019年1月7日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2019-0001926的优先权，这两个申请的公开通过全文引用合并于此。
技术领域
本公开的示例实施例涉及一种反射器(反射镜)、包括反射器的光学腔结构以及垂直腔表面发射激光器。
背景技术
垂直腔表面发射激光器(VCSEL)与边发射激光器(EEL)相比具有较短的光学增益长度，因此可以降低功耗。另外，VCSEL由于垂直发光可以制造成二维阵列，因此有利于高密度集成和大规模生产。虽然根据相关技术的EEL具有不对称的光输出，但是VCSEL提供圆形对称输出模式，使得它们能够高效地连接到光纤并且可以以低噪声进行稳定的高速调制。
VCSEL配备有：分布式布拉格反射器(DBR)，具有约98％或更高的高反射率以构成激光谐振器。由具有不同折射率的两种材料组成的DBR通常需要数十对堆叠结构以便获得高反射率。另外，由于在两种材料之间的边界处发生声子散射，因此DBR具有低导热率(或高热阻)。需要一种能够在补偿DBR的缺点的同时改善光控制和发光特性的技术和方法。
发明内容
一个或多个示例实施例提供了一种使用纳米结构的阵列的基于超材料的反射器。
此外，一个或多个示例实施例提供了一种基于超材料的反射器，其能够容易地控制诸如偏振和会聚/发散之类的光特性。
此外，一个或多个示例实施例提供了一种应用基于超材料的反射器的光学腔结构和垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。
附加方面部分地将在接下来的描述中阐述，且部分地将通过该描述而变得清楚明白，或者可以通过对示例实施例的实践来获知。
根据示例实施例的一方面，提供了一种基于超材料的反射器，包括：第一超材料层，包括第一纳米结构的阵列；以及设置在所述第一超材料层上的第二超材料层，所述第二超材料层包括第二纳米结构的阵列，其中，所述第二纳米结构与所述第一纳米结构不同地布置。
所述第一纳米结构可以沿第一方向并以第一图案布置，并且所述第二纳米结构可以沿与所述第一方向不同的第二方向并且以与所述第一图案不同的第二图案布置。
所述第一纳米结构可以沿第一方向彼此平行布置，并且所述第二纳米结构可以基于所述第二超材料层的区域，沿与所述第一方向不同的第二方向或者沿与所述第一方向不同的多个方向布置。
所述第一超材料层可以包括透射式波片，所述第二超材料层可以包括反射式波片。
所述第一纳米结构可以沿第一方向彼此平行布置，并且所述第二纳米结构可以沿相对于所述第一方向旋转θ的第二方向彼此平行布置，θ小于90度。
所述第一纳米结构可以沿第一方向彼此平行布置，并且所述第二纳米结构可以沿相对于所述第一方向旋转的多个方向布置，并且所述第二纳米结构的旋转角度基于所述第二超材料层的区域而不同。
所述基于超材料的反射器可以被配置为使透射通过所述基于超材料的反射器的光发生圆偏振。
所述第二纳米结构可以被布置为使得所述基于超材料的反射器操作为会聚镜或发散镜。
所述第一超材料层可以包括第一透射式波片，所述第二超材料层包括第二透射式波片，并且所述基于超材料的反射器还可以包括与所述第一超材料层相对地设置在所述第二超材料层上的分布式布拉格反射器。
所述第一纳米结构可以沿第一方向彼此平行布置，并且所述第二纳米结构可以沿相对于所述第一方向旋转θ的第二方向彼此平行布置，θ小于90度。
所述第一纳米结构可以沿第一方向彼此平行布置，并且所述第二纳米结构可以沿相对于所述第一方向旋转的多个方向布置，并且所述第二纳米结构的旋转角度基于所述第二超材料层的区域而不同。
所述基于超材料的反射器可以被配置为使透射通过所述基于超材料的反射器的光发生线偏振。
所述第二纳米结构可以被布置为使得所述基于超材料的反射器被配置为操作为会聚镜或发散镜。
根据示例实施例的另一方面，提供了一种光学器件，包括：至少一个基于超材料的反射器，其中，所述至少一个基于超材料的反射器包括第一超材料层，包括第一纳米结构的阵列；以及设置在所述第一超材料层上的第二超材料层，所述第二超材料层包括第二纳米结构的阵列，其中，所述第二纳米结构与所述第一纳米结构不同地布置。
根据示例实施例的另一方面，提供了一种光学腔结构，包括：增益层，被配置为产生光；第一分布式布拉格反射器，设置在所述增益层的第一表面上；以及基于超材料的反射器，设置在所述增益层的与所述第一分布式布拉格反射器相对的第二表面上，其中，所述基于超材料的反射器包括：第一超材料层，包括第一纳米结构的阵列；以及设置在所述第一超材料层上的第二超材料层，所述第二超材料层包括第二纳米结构的阵列，其中，所述第二纳米结构与所述第一纳米结构不同地布置。
所述第一纳米结构可以沿第一方向彼此平行布置，并且所述第二纳米结构可以基于所述第二超材料层的区域沿与所述第一方向不同的第二方向彼此平行布置，或者沿从所述第一方向旋转的多个方向布置。
所述第一纳米结构可以沿第一方向彼此平行布置，并且所述第二纳米结构可以沿相对于所述第一方向旋转θ的第二方向彼此平行布置，θ小于90度。
所述第一纳米结构可以沿第一方向彼此平行布置，并且所述第二纳米结构可以沿相对于所述第一方向旋转的多个方向布置，并且所述第二纳米结构的旋转角度基于所述第二超材料层的区域而不同。
所述第一超材料层可以包括透射式波片，所述第二超材料层可以包括反射式波片。
所述第一超材料层可以包括第一透射式波片，所述第二超材料层可以包括第二透射式波片，并且所述基于超材料的反射器还可以包括与所述第一超材料层相对地设置在所述第二超材料层上的分布式布拉格反射器。
所述基于超材料的反射器可以被配置为使透射通过所述基于超材料的反射器的光发生圆偏振。
所述基于超材料的反射器可以被配置为使透射通过所述基于超材料的反射器的光发生线偏振。
所述第二纳米结构可以被布置为使得所述基于超材料的反射器被配置为操作为会聚镜或发散镜。
根据示例实施例的另一方面，提供了一种包括光学腔结构的垂直腔表面发射激光器，所述光学腔结构包括：增益层，被配置为产生光；分布式布拉格反射器，设置在所述增益层的第一表面上；以及基于超材料的反射器，设置在所述增益层的与所述分布式布拉格反射器相对的第二表面上，其中，所述基于超材料的反射器包括：第一超材料层，包括第一纳米结构的阵列；以及设置在所述第一超材料层上的第二超材料层，所述第二超材料层包括第二纳米结构的阵列，其中，所述第二纳米结构与所述第一纳米结构不同地设置。
所述光学腔结构还可以包括设置在所述增益层和所述基于超材料的反射器之间的接触层。
所述光学腔结构还可以包括设置在所述增益层上的孔径层，所述孔径层被配置为调节光的大小和光的振荡中的至少一项。
所述光学腔结构还可以包括：第一电极，设置在所述增益层的所述第一表面上；第二电极，设置在所述增益层的所述第二表面上。
附图说明
上述和/或其他方面将从结合附图对示例实施例的以下描述中变得清楚明白并且易于理解，其中：
图1A和图1B是根据示例实施例的基于超材料的反射器的截面图；
图2A是图1A和图1B的第一超材料层中包括的多个第一纳米结构的阵列的平面图，图2B是图1A和图1B的第二超材料层中包括的多个第二纳米结构的阵列的平面图；
图3A和图3B是根据示例实施例的基于超材料的反射器的截面图；
图4A是图3A和图3B的第一超材料层中包括的多个第一纳米结构的阵列的平面图，图4B是图3A和图3B的第二超材料层中包括的多个第二纳米结构的阵列的平面图；
图5A和图5B是根据示例实施例的基于超材料的反射器的截面图；
图6A是图5A和图5B的第一超材料层中包括的多个第一纳米结构的阵列的平面图，图6B是图5A和图5B的第二超材料层中包括的多个第二纳米结构的阵列的平面图；
图7A和图7B是根据示例实施例的基于超材料的反射器的截面图；
图8A是图7A和图7B的第一超材料层中包括的多个第一纳米结构的阵列的平面图，图8B是图7A和图7B的第二超材料层中包括的多个第二纳米结构的阵列的平面图；
图9是根据示例实施例的应用了基于超材料的反射器的光学腔结构的截面图；
图10是根据示例实施例的应用了基于超材料的反射器的光学腔结构的截面图；
图11是根据示例实施例的应用了基于超材料的反射器的光学腔结构的截面图；
图12是根据示例实施例的应用了基于超材料的反射器的光学腔结构的截面图；
图13是根据示例实施例的包括使用基于超材料的反射器的光学腔结构的垂直腔表面发射激光器(VCSEL)的截面图；
图14是根据示例实施例的包括使用基于超材料的反射器的光学腔结构的VCSEL的截面图；
图15A是根据示例实施例的包括使用基于超材料的反射器的光学腔结构的VCSEL的截面图；
图15B是图15A的VCSEL的分解截面图；
图15C是示出了图15B的超材料层中包括的多个纳米结构的阵列的平面图；
图16是示出了图15B的VCSEL的下部子结构的反射率变化和相位变化的图；
图17A和图17B是示出了图15B的VCSEL的上部结构的反射相位的图；以及
图18和图19是示出了根据示例实施例的可以应用于基于超材料的反射器的超材料层的纳米结构的阵列的图像。
具体实施方式
现在详细参考附图中所示的示例实施例，贯穿附图相同的附图标记指代相同的元件。在这点上，示例实施例可以具有不同形式，并且不应当被解释为受限于本文所阐明的描述。因此，下面仅通过参考附图描述示例实施例，以解释各个方面。如本文所用，术语“和/或”包括关联列出的项目中的一个或多个项目的任意和所有组合。诸如“......中的至少一个”之类的表述在元件列表之前时修饰整个元件列表，而不是修饰列表中的单独元件。例如，表述“a、b和c中的至少一个”应该理解为仅包括a、仅包括b、仅包括c、包括a和b两者、包括a和c两者、包括b和c二者、或包括a、b和c的全部。
在下文中，将参照附图描述根据示例实施例的基于超材料的反射器和包括基于超材料的反射器的光学腔结构以及垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。为了说明的清楚和描述的方便起见，附图中所示的层或区域的宽度和厚度可以被夸大。
图1A和图1B是根据示例实施例的基于超材料的反射器100A的截面图。图1A示出了入射光的透射特性，图1B示出了反射光的特性。基于超材料的反射器100A可以被称为超表面反射镜或基于纳米结构的反射镜。
参照图1A和图1B，基于超材料的反射器100A可以包括第一超材料层M10和第二超材料层M20，第一超材料层M10包括多个第一纳米结构n10的阵列，第二超材料层M20位于第一超材料层M10上并且包括多个第二纳米结构n20的阵列。多个第二纳米结构n20可以与多个第一纳米结构n10不同地布置。多个第二纳米结构n20的布置方向和布置方案可以与多个第一纳米结构n10的布置方向和布置方案不同。例如，多个第一纳米结构n10可以沿第一方向彼此平行地布置，并且多个第二纳米结构n20可以沿与第一方向不同的方向布置。第一超材料层M10可以被称为第一纳米结构阵列层，第二超材料层M20可以被称为第二纳米结构阵列层。第一超材料层M10可以包括第一材料层m10，第二超材料层M20可以包括第二材料层m20。第一材料层m10的折射率可以小于第一纳米结构n10的折射率，并且第二材料层m20的折射率可以小于第二纳米结构n20的折射率。第一材料层m10和第二材料层m20可以分别与多个第一纳米结构n10和多个第二纳米结构n20接触，同时覆盖并包封多个第一纳米结构n10和多个第二纳米结构n20。亦即，第一超材料层M10可以包括多个第一纳米结构n10和覆盖并包封多个第一纳米结构n10的第一材料层m10，第二超材料层M20可以包括多个第二纳米结构n20和覆盖并包封多个第二纳米结构n20的第二材料层m20。第一材料层m10和第二材料层m20可以是电介质或绝缘体。
在示例实施例中，第一超材料层M10可以是透射式波片，第二超材料层M20可以是反射式波片。例如，第一超材料层M10可以是透射式四分之一波片，第二超材料层M20可以是反射式半波片。在这种情况下，基于超材料的反射器100A可以用作诸如反射镜之类的反射器，而无需单独的反射镜构件。基于超材料的反射器100A可以是双层超表面反射镜。第二超材料层M20可以根据第二纳米结构n20的材料、形状、尺寸、图案间隔等被设计为反射型，并且可以用作反射式半波片。
参照图1A，基于超材料的反射器100A可以被配置为使得透射通过其的光(例如，透射光L30)发生圆偏振。当入射光L10相对于X轴线偏振+45度时，基于超材料的反射器100A可以使透射光L30发生圆偏振。
参照图1B，被基于超材料的反射器100A反射的光(例如，反射光L20)可以保持图1A中的入射光L10的线偏振状态。即，反射光L20可以相对于X轴线偏振+45度。
图2A是图1A和图1B的第一超材料层M10中包括的多个第一纳米结构n10的阵列的平面图，图2B是图1A和图1B的第二超材料层M20中包括的多个第二纳米结构n20的阵列的平面图。
参照图2A，多个第一纳米结构n10可以沿第一方向(例如，X轴方向)彼此平行布置，并且可以二维布置。
参照图2B，多个第二纳米结构n20可以沿相对于第一方向旋转θ的第二方向彼此平行布置。θ可以小于90度。
通过相对于多个第一纳米结构n10的布置方向改变多个第二纳米结构n20的布置方向，包括第一纳米结构n10和第二纳米结构n20的基于超材料的反射器100A可以具有如参考图1A和图1B所述的光学特性。
图3A和图3B是根据示例实施例的基于超材料的反射器100B的截面图。图3A示出了入射光的透射特性，图3B示出了反射光的特性。
参照图3A和图3B，基于超材料的反射器100B可以包括第一超材料层M11和第二超材料层M21，第一超材料层M11包括多个第一纳米结构n11的阵列，第二超材料层M21位于第一超材料层M11上并且包括多个第二纳米结构n21的阵列。多个第二纳米结构n21可以与多个第一纳米结构n11不同地布置。例如，多个第一纳米结构n11可以沿第一方向彼此平行布置，并且多个第二纳米结构n21的布置方向可以根据第二超材料层M21的区域而改变。第一超材料层M11可以包括第一材料层m11，第二超材料层M21可以包括第二材料层m21。即，第一超材料层M11可以包括多个第一纳米结构n11和覆盖并包封多个第一纳米结构n11的第一材料层m11，第二超材料层M21可以包括多个第二纳米结构n21和覆盖并包封多个第二纳米结构n21的第二材料层m21。
在示例实施例中，第一超材料层M11可以是透射式波片，第二超材料层M21可以是反射式波片。例如，第一超材料层M11可以是透射式四分之一波片，第二超材料层M21可以是反射式半波片。
根据示例实施例的基于超材料的反射器100B可以用作会聚镜或发散镜。基于基于超材料的反射器100B是用作会聚镜还是发散镜，可以确定多个第二纳米结构n21的布置。
参照图3A，基于超材料的反射器100A可以被配置为使得透射通过其的光(例如，透射光L31)发生圆偏振。当入射光L11相对于X轴线偏振+45度时，基于超材料的反射器100B可以使透射光L31发生圆偏振。
参照图3B，被基于超材料的反射器100B反射的光(例如，反射光L21)可以保持图3A中的入射光L11的线偏振状态。即，反射光L21可以相对于X轴线偏振+45度。基于超材料的反射器100B可以对于如图3A所示的线偏振+45度的入射光L11用作具有焦距f的会聚镜。为此，多个第二纳米结构n21的布置方向可以根据第二超材料层M21的区域而改变，如下面参考图4B所述。反射光L21可以具有焦距为f的会聚波前。基于超材料的反射器100B可以对于线偏振-45度的入射光用作具有负焦距-f的发散镜。
返回参照图3A，对于线偏振+45度的入射光L11，透射光L31可以是具有与焦距f对应的会聚波前的圆偏振光。
图4A是图3A和图3B的第一超材料层M11中包括的多个第一纳米结构n11的阵列的平面图，图4B是图3A和图3B的第二超材料层M21中包括的多个第二纳米结构n21的阵列的平面图。
参照图4A，多个第一纳米结构n11可以沿第一方向(例如，X轴方向)彼此平行布置。
参照图4B，多个第二纳米结构n21可以被布置为相对于第一方向旋转，并且第二纳米结构n21的旋转角度可以根据第二超材料层M21的区域而变化。第二纳米结构n21的旋转角度可以相对于预定点(例如，第二超材料层M21的中心)朝向第二超材料层M21的外周逐渐增大。以这种方式，通过相对于多个第一纳米结构n11的布置方向改变多个第二纳米结构n21的布置方向并且根据第二超材料层M21的区域改变旋转角度，包括第一纳米结构n11和第二纳米结构n21的基于超材料的反射器100B可以具有如参考图3A和图3B所述的光学特性。
如在以上示例实施例中所述，第一超材料层M10和M11可以是透射式波片，第二超材料层M20和M21可以是反射式波片。然而，示例实施例不限于此。根据示例实施例，第一超材料层可以是第一透射式波片，第二超材料层可以是第二透射式波片。这样，当第一超材料层和第二超材料层是透射式波片时，还可以在第二超材料层上设置单独的反射镜构件，例如分布式布拉格反射器(DBR)，如图5A至图8B所示。
图5A和图5B是根据示例实施例的基于超材料的反射器100C的截面图。图5A示出了入射光的透射特性，图5B示出了反射光的特性。
参照图5A和图5B，基于超材料的反射器100C可以包括第一超材料层M12和第二超材料层M22，第一超材料层M12包括多个第一纳米结构n12的阵列，第二超材料层M21位于第一超材料层M12上并且包括多个第二纳米结构n22的阵列。多个第二纳米结构n22可以与多个第一纳米结构n12不同地布置。例如，多个第一纳米结构n12可以沿第一方向彼此平行地布置，并且多个第二纳米结构n22可以沿与第一方向不同的方向布置。第一超材料层M12可以包括第一材料层m12，第二超材料层M22可以包括第二材料层m22。
在示例实施例中，第一超材料层M12可以是第一透射式波片，第二超材料层M22可以是第二透射式波片。在该示例中，基于超材料的反射器100C还可以包括单独的反射镜构件，例如DBR R12，与第一超材料层M12相对地设置在第二超材料层M22上。第二超材料层M22可以是根据第二纳米结构n22的材料、形状、尺寸、图案间隔等的透射层，并且可以操作为透射式波片。DBR R12可以通过交替地且重复地堆叠具有不同折射率的两个材料层至谐振波长的约1/4的厚度来形成。DBR R12的反射率可以通过控制DBR R12的两个材料层的折射率之间的差异和一对两个材料层重复堆叠的次数来控制。DBR R12可以通过交替地堆叠例如非晶硅(a-Si)和氧化硅(SiO2)来形成。然而，DBR R12的材料不限于此。能够形成折射率差异的各种材料可以用作DBR R12的材料。
参照图5A，基于超材料的反射器100C可以被配置为使得透射通过其的光(例如，透射光L32)线偏振。当入射光L12相对于X轴线偏振+45度时，基于超材料的反射器100C可以使透射光L32线偏振-45度。
参照图5B，被基于超材料的反射器100C反射的光(例如，反射光L22)可以保持图5B中的入射光L12的线偏振状态。即，反射光L22可以相对于X轴线偏振+45度。
图6A是图5A和图5B的第一超材料层M12中包括的多个第一纳米结构n12的阵列的平面图，图6B是图5A和图5B的第二超材料层M22中包括的多个第二纳米结构n22的阵列的平面图。
参照图6A，多个第一纳米结构n12可以沿第一方向(例如，X轴方向)彼此平行布置。
参照图6B，多个第二纳米结构n22可以沿相对于第一方向旋转θ的第二方向彼此平行布置。θ可以小于90度。
通过相对于多个第一纳米结构n12的布置方向改变多个第二纳米结构n22的布置方向，包括第一纳米结构n12和第二纳米结构n22的基于超材料的反射器100C可以具有如参考图5A和图5B所述的光学特性。可以通过调整布置方向，例如相对于第一纳米结构n12的布置方向调整第二纳米结构n22的旋转角度，来控制图5B中的反射光L22的相位。
当入射光根据基于超材料的反射器100C的偏振本征态中的任何偏振本征态而偏振时，入射光的偏振可以在入射光穿过第一超材料层M12时变为椭圆偏振。当椭圆偏振光穿过第二超材料层M22时，椭圆偏振光的偏振可以转换为线偏振。例如，当第一超材料层M12用作四分之一波片时，第一超材料层M12和第二超材料层M22之间的光的偏振状态可以是圆形的。
图7A和图7B是根据示例实施例的基于超材料的反射器100D的截面图。图7A示出了入射光的透射特性，图7B示出了反射光的特性。
参照图7A和图7B，基于超材料的反射器100D可以包括第一超材料层M13和第二超材料层M23，第一超材料层M13包括多个第一纳米结构n13的阵列，第二超材料层M23位于第一超材料层M13上并且包括多个第二纳米结构n23的阵列。多个第二纳米结构n23可以与多个第一纳米结构n13不同地布置。例如，多个第一纳米结构n13可以沿第一方向彼此平行布置，并且多个第二纳米结构n23的布置方向可以根据第二超材料层M23的区域而改变。第一超材料层M13可以包括第一材料层m13，第二超材料层M23可以包括第二材料层m23。
在示例实施例中，第一超材料层M13可以是第一透射式波片，第二超材料层M23可以是第二透射式波片。在该示例中，基于超材料的反射器100D还可以包括单独的反射镜构件，例如DBR R13，设置在第二超材料层M23上。
根据示例实施例的基于超材料的反射器100D可以用作会聚镜或发散镜。基于基于超材料的反射器100B是用作会聚镜还是发散镜，可以确定多个第二纳米结构n23的布置。
参照图7A，基于超材料的反射器100D可以被配置为使得透射通过其的光(例如，透射光L33)发生圆偏振。当入射光L13相对于X轴线偏振+45度时，透射光L33可以保持线偏振+45度的状态。
参照图7B，被基于超材料的反射器100D反射的光(例如，反射光L23)可以保持图7A中的入射光L13的线偏振状态。即，反射光L23可以相对于X轴线偏振+45度。基于超材料的反射器100D可以对于如图7A所示的线偏振+45度的入射光L13用作具有焦距f的会聚镜、聚焦镜。为此，多个第二纳米结构n23的布置方向可以根据第二超材料层M23的区域而改变，如下面参考图8B所述。反射光L23可以具有焦距为f的会聚波前。基于超材料的反射器100D可以对于线偏振-45度的入射光用作具有负焦距-f的发散镜。
返回参照图7A，对于线偏振+45度的入射光L13，透射光L33可以是具有与半焦距(即，f/2)对应的会聚波前的线偏振光。
图8A是图7A和图7B的第一超材料层M13中包括的多个第一纳米结构n13的阵列的平面图，图8B是图7A和图7B的第二超材料层M23中包括的多个第二纳米结构n23的阵列的平面图。
参照图8A，多个第一纳米结构n13可以沿第一方向(例如，X轴方向)彼此平行布置。
参照图8B，多个第二纳米结构n23可以被布置为相对于第一方向旋转，并且第二纳米结构n23的旋转角度可以根据第二超材料层M23的区域而变化。第二纳米结构n23的旋转角度可以相对于预定点(例如，第二超材料层M23的中心)朝向第二超材料层M23的外周逐渐增加。通过相对于多个第一纳米结构n13的布置方向改变多个第二纳米结构n23的布置方向并且根据第二超材料层M23的区域改变旋转角度，包括第一纳米结构n13和第二纳米结构n23的基于超材料的反射器100D可以具有如参考图7A和图7B所述的光学特性。
示例实施例可以实现基于超材料的反射器，可以更容易地控制诸如偏振和会聚/发散之类的光特性。在包括两个超材料层的双层超表面反射镜中，双层超表面反射镜的反射相位可以通过相对于纳米结构(例如，两个超材料层中的一个的超原子)的布置方向旋转纳米结构(例如，两个超材料层中的另一个的超原子)的布置方向来改变。双层超表面反射镜可以用于形成法布里-珀罗谐振腔，并且法布里-珀罗谐振腔的谐振波长可以通过纳米结构(例如，两个超材料层中的一个的超原子)的旋转角度来调节。此外，通过根据区域相对于纳米结构(例如，两个超材料层中的一个的超原子)的布置方向改变纳米结构(例如，两个超材料层中的另一个的超原子)的旋转角度，可以产生会聚镜或发散镜。
参考图5A至图6B描述的基于超材料的反射器100C中的第一超材料层M12和第二超材料层M22中的每个可以是透射型并且具有双折射特性，因此可以至少部分地用作诸如相位延迟器之类的波片。还可以在第二超材料层M22上设置单独的反射镜构件，例如DBR R12。当第二超材料层M20被设计为反射式时，如图1A至图2B的基于超材料的反射器100A的情况，可以不包括诸如DBR R12之类的单独的反射镜构件。
当X轴是第一超材料层M12的快轴并且第一超材料层M12与第二超材料层M22的快轴之间的角度是θ时，整个层的琼斯矩阵由下面的方程1给出。
[方程1]
T＝W(Γ1)R(θ)W(2Γ2)R(-θ)W(Γ1)
在方程1中，Γ1表示由第一超材料层M12引起的延迟，Γ2表示由第二超材料层M22引起的延迟，W(Γ)表示具有相位延迟的波片的琼斯矩阵，并且R(θ)表示旋转矩阵。入射光可以依次穿过第一超材料层M12和第二超材料层M22，然后沿相反方向穿过第二超材料层M22，然后再次穿过第一超材料层M12。W(Γ)可以用下面的方程2表示。
[方程2]
Figure BDA0002131696450000141
方程2是具有延迟Γ的波片的琼斯矩阵。另外，R(θ)可以用下面的方程3表示。
[方程3]
Figure BDA0002131696450000142
方程3是旋转矩阵。当第一超材料层M12和第二超材料层M22都用作四分之一波片时，即当Γ1＝Γ2＝π/2时，T矩阵可以用下面的方程4表示。
[方程4]
Figure BDA0002131696450000143
T的两个偏振本征态可以相对于X轴以+/-45度线偏振。这两个偏振的反射相位可以等于+/-2θ，并且可以通过相对于第一超材料层M12的光轴旋转第二超材料层M22的光轴来调整。当第一超材料层M12不是四分之一波片时，即当Γ1≠π/2时，偏振本征态可以是线偏振的，但是可以通过改变θ实现小于2π的相移。
相对于图5A和图5B中的基于超材料的反射器100C的X轴线偏振+45度的入射光L12的反射系数可以是e-j2θ。例如，当入射光L12是1时，反射光L22可以是e-j2θ。另外，相对于基于超材料的反射器100C的X轴线偏振-45度的入射光的反射系数也可以是e-j2θ。相对于图1A和图1B中的基于超材料的反射器100A的X轴线偏振+45度或-45度的入射光L10的反射系数也可以是e-j2θ。
在以上示例实施例中，第一纳米结构n10至n13和第二纳米结构n20至n23中的每个可以具有亚波长形状尺寸。亚波长形状尺寸表示作为限定第一纳米结构n10至n13和第二纳米结构n20至n23的形状的尺寸的厚度或宽度小于基于超材料的反射器100A至100D的工作波长。基于超材料的反射器100A至100D的工作波长可以表示振荡波长或谐振波长。第一纳米结构n10至n13和第二纳米结构n20至n23中的每个的厚度、宽度和布置间隔(即，间距)中的至少一个可以小于或等于振荡波长或谐振波长的1/2。
第一纳米结构n10至n13和第二纳米结构n20至n23可以包括电介质材料或半导体材料。例如，第一纳米结构n10至n13和第二纳米结构n20至n23可以包括从单晶硅、多晶硅、非晶硅、氮化硅(Si3N4)、磷化镓(GaP)、氧化钛(TiO2)、锑化铝(AlSb)、砷化铝(AlAs)、砷化铝镓(AlGaAs)、磷化铝镓铟(AlGaInP)、磷化硼(BP)和磷化锌锗(ZnGeP2)中选择的任何一种。第一纳米结构n10至n13和第二纳米结构n20至n23可以包括导电材料。作为导电材料，可以采用能够引起表面等离子体激发的高导电金属材料。从铜(Cu)、铝(A1)、镍(Ni)、铁(Fe)、钴(Co)、锌(Zn)、钛(Ti)、钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、铂(Pt)、银(Ag)、锇(Os)、铱(Ir)和金(Au)中选择的至少一种可以用作导电材料，或者包括它们中的任何一种的合金可以用作导电材料。此外，诸如石墨烯或导电氧化物之类的具有良好导电性的二维材料可以用作导电材料。第一纳米结构n10至n13和第二纳米结构n20至n23可以包括III-V族半导体化合物。根据示例实施例，第一纳米结构n10至n13和第二纳米结构n20至n23中的一些可以包括具有相对高折射率的电介质材料，并且第一纳米结构n10至n13和第二纳米结构n20至n23中的一些可以包括导电材料。
第一纳米结构n10至n13和第二纳米结构n20至n23可以是各向异性纳米元件或者可以包括各向异性纳米元件。第一纳米结构n10至n13和第二纳米结构n20至n23可以在XY平面上具有长轴和短轴。沿长轴方向的尺寸可以被称为长度(L)，并且沿短轴方向的尺寸可以被称为宽度(W)。沿Z轴方向的尺寸可以被称为厚度(T)或高度(H)。长度(L)可以大于宽度(W)，并且XY平面上的第一纳米结构n10至n13和
第二纳米结构n20至n23可以具有矩形形状或类似形状。第一纳米结构n10至n13和第二纳米结构n20至n23可以具有带有倒圆边缘的大致矩形形状。然而，实施例不限于此。例如，第一纳米结构n10至n13和第二纳米结构n20至n23可以具有椭圆形状或类似形状。第一纳米结构n10至n13和第二纳米结构n20至n23可以具有十字形状或类似形状。
根据示例实施例的基于超材料的反射器可以应用于光学法布里-珀罗腔结构。具有不同波长和/或不同光束轮廓的多个法布里-珀罗腔结构可以布置在同一芯片上以形成光学窄带滤波器、激光腔或传感器。
图9是根据示例实施例的应用了基于超材料的反射器的光学腔结构的截面图。根据示例实施例的光学腔结构包括参考图1A和图1B描述的基于超材料的反射器100A。
参照图9，光学腔结构可以包括：有源层70；位于有源层70的第一表面(例如下表面)上的DBR 50；以及位于有源层70的第二表面(例如上表面)上的基于超材料的反射器100A。在该示例中，基于超材料的反射器100A可以与参考图1A和图1B描述的基于超材料的反射器100A相同。有源层70可以位于DBR 50与基于超材料的反射器100A之间。有源层70可以是包括增益介质的增益层，并且可以产生光。有源层70可以包括例如量子阱或量子点，并且可以具有单层或多层结构。
基于超材料的反射器100A可以包括：第一超材料层M10，包括多个第一纳米结构n10的阵列；以及在第一超材料层M10上的第二超材料层M20，包括多个第二纳米结构n20的阵列。多个第二纳米结构n20可以与多个第一纳米结构n10不同地布置。图9中的基于超材料的反射器100A的结构和操作与参考图1A至图2B描述的相同。
图9中的有源层70中所示的箭头L10a和L20a指示在DBR50与超材料反射器100A之间谐振的光，并且在作为光学器件的光学腔结构上方示出的箭头L30a指示发射光，例如发射激光。在某些条件下，在DBR 50与基于超材料的反射器100A之间谐振并被放大的诸如激光之类的光可以发射到诸如光学腔结构之类的光学器件外部。发射光L30a可以是圆偏振光。光学腔结构的谐振波长可以通过多个第二纳米结构n20的布置相对于多个第一纳米结构n10的布置的旋转角度而改变。
图10是根据示例实施例的应用基于超材料的反射器的光学腔结构的截面图。根据示例实施例的光学腔结构包括参考图3A和图3B描述的基于超材料的反射器100B。
参照图10，光学腔结构可以包括：有源层70；位于有源层70的第一表面(例如下表面)上的DBR 50；以及位于有源层70的第二表面(例如上表面)上的基于超材料的反射器100B。在该示例中，基于超材料的反射器100B可以与参考图3A和图3B描述的基于超材料的反射器100B相同。
基于超材料的反射器100B可以包括：第一超材料层M11，包括多个第一纳米结构n11的阵列；以及在第一超材料层M11上的第二超材料层M21，包括多个第二纳米结构n21的阵列。多个第二纳米结构n21可以与多个第一纳米结构n11不同地布置。图10中的基于超材料的反射器100B的结构和操作可以与参考图3A至图4B描述的相同。
图10中的有源层70中所示的箭头L11a和L21a指示在DBR50与超材料反射器100B之间谐振的光，并且在作为光学器件的光学腔结构上方示出的箭头L31a指示发射光，例如激光。被基于超材料的反射器100B反射的反射光L21a可以具有会聚波前。发射光L31a可以是具有会聚波前的圆偏振光。
图11是根据示例实施例的应用了基于超材料的反射器的光学腔结构的截面图。根据示例实施例的光学腔结构包括参考图5A和图5B描述的基于超材料的反射器100C。
参照图11，光学腔结构可以包括DBR 50、有源层70和基于超材料的反射器100C。在该示例中，基于超材料的反射器100C可以与参考图5A和图5B描述的基于超材料的反射器100C相同。基于超材料的反射器100C可以包括：第一超材料层M12，包括多个第一纳米结构n12的阵列；以及在第一超材料层M12上的第二超材料层M22，包括多个第二纳米结构n22的阵列。另外，基于超材料的反射器100C还可以包括设置在第二超材料层M22上的DBR R12。图11中的基于超材料的反射器100C的结构和操作可以与参考图5A至图6B描述的相同。
图11中的有源层70中所示的箭头L12a和L22a指示在DBR50与超材料反射器100C之间谐振的光，并且在作为光学器件的光学腔结构上方示出的箭头L32a指示发射光，例如激光。发射光L32a可以是线偏振光。
图12是根据示例实施例的应用了基于超材料的反射器的光学腔结构的截面图。根据示例实施例的光学腔结构包括参考图7A和图7B描述的基于超材料的反射器100D。
参照图12，光学腔结构可以包括DBR 50、有源层70和基于超材料的反射器100D。在该示例中，基于超材料的反射器100D可以与参考图7A和图7B描述的基于超材料的反射器100D相同。基于超材料的反射器100D可以包括：第一超材料层M13，其包括多个第一纳米结构n13的阵列；以及在第一超材料层M13上的第二超材料层M23，包括多个第二纳米结构n23的阵列。另外，基于超材料的反射器100D还可以包括设置在第二超材料层M23上的DBR R13。图12中的基于超材料的反射器100D的结构和操作可以与参考图7A至图8B描述的相同。
图12中的有源层70中所示的箭头L13a和L23a指示在DBR 50与超材料反射器100D之间谐振的光，并且在作为光学器件的光学腔结构上方示出的箭头L33a指示发射光，例如激光。被基于超材料的反射器100D反射的反射光L23a可以具有会聚波前。发射光L33a可以是线偏振光并且可以具有平波前。由于光学腔结构中的谐振特性，发射光L33a可以具有平波前而不是会聚的波前。
图9至图12示出了通过将DBR 50应用于腔结构的下部并且将基于超材料的反射器100A至100D应用于腔结构的上部来形成腔结构的情况。然而，实施例不限于此。根据示例实施例，可以通过将第一基于超材料的反射器应用于腔结构的下部并将第二基于超材料的反射器应用于腔结构的上部来形成腔结构。例如，可以通过在有源层70、基于超材料的反射器上方和下方布置基于超材料的反射器来形成腔结构。
图13是根据示例实施例的包括使用基于超材料的反射器的光学腔结构的垂直腔表面发射激光器(VCSEL)的截面图。
参考图13，VCSEL可以包括用于产生光的增益层270、位于增益层270下方的DBR250以及位于增益层270上的基于超材料的反射器150。
增益层270可以包括包含半导体材料的有源层。有源层可以包括例如III-V半导体材料或II-VI半导体材料。作为具体示例，有源层可以包括多量子阱(MQW)结构，包括砷化铟镓(InGaAs)、砷化铝镓(AlGaAs)、氮化铝镓(AlGaN)、磷化铟镓砷(InGaAsP)、磷化铟镓(InGaP)或磷化铝镓铟(AlGaInP)。另外，有源层可以包括量子点。有源层的材料或配置不限于此，并且可以变化。增益层270还可以包括分别设置在有源层下方和上方的第一包层和第二包层。第一包层和第二包层可以各自包括n型、p型或本征半导体材料。第一包层和第二包层可以包括与有源层的半导体材料相同的半导体材料，并且还可以包括n型掺杂剂或p型掺杂剂。
分别位于增益层270上方和下方的基于超材料的反射器150和DBR 250可以使在增益层270中产生的光振荡，以放大和输出特定波段的光。DBR 250和基于超材料的反射器150的反射率可以被设置为约90％或更高。DBR 250的反射率可以高于基于超材料的反射器150的反射率。例如，DBR 250的反射率可以等于或大于约98％，使得光通过基于超材料的反射器150被发射。在一些情况下，可以调节DBR 250和基于超材料的反射器150的反射率以反转光发射的方向。
可以通过交替地且重复地将具有不同折射率的第一材料层251和第二材料层252堆叠到期望的谐振波长的约1/4的厚度来形成DBR 250。DBR 250可以形成在半导体衬底200上。可以调整DBR 250的第一材料层251和第二材料层252的折射率之间的差异以及重复堆叠一对第一材料层251和第二材料层252的次数，以将DBR 250的反射率设置为期望值。DBR250可以包括与增益层270的半导体材料相同或相似的材料。例如，第一材料层251可以是AlxGa(1-x)As层，其中0≤x≤1，第二材料层252可以是AlyGa(1-y)As层，其中0≤y≤1(x≠y)。然而，第一材料层251和第二材料层252不限于此。DBR 250可以被n型掺杂或p型掺杂。DBR 250的材料不限于上述材料，并且能够形成折射率差异的各种材料可以用于第一材料层251和第二材料层252。
VCSEL还可以包括孔径层275，用于调节振荡光的模式或调节光束尺寸。孔径层275可以包括某种氧化物。虽然孔径层275被示出为形成在增益层270上，但是实施例不限于此。例如，孔径层275可以位于DBR 250内。此外，孔径层275可以包括多个孔径层或者可以省略。还可以在孔径层275上设置与增益层270接触的接触层280。接触层280可以包括属于与增益层270的族相同或相似的族的半导体材料。接触层280可以掺杂有某些杂质。
VCSEL还可以包括彼此分开布置的第一电极210和第二电极290，在第一电极210和第二电极290之间具有增益层270，以便将电流注入增益层270。第一电极210可以电连接到增益层270的第一侧，第二电极290可以电连接到增益层270的第二侧。第一电极210可以位于向DBR 250侧面暴露的衬底200上。第二电极290可以位于接触层280的边缘部分上，并且可以通过接触层280电连接到增益层270。然而，第一电极210和第二电极290的布置不限于此。例如，第一电极210可以布置在DBR 250的下表面上或者布置在衬底200的下表面上。
基于超材料的反射器150可以包括第一超材料层M15和第二超材料层M25，第一超材料层M15包括多个第一纳米结构n15的阵列，第二超材料层M25位于第一超材料层M15上并且包括多个第二纳米结构n25的阵列。多个第二纳米结构n25可以与多个第一纳米结构n15不同地布置。基于超材料的反射器150的结构和操作可以与参考图1A至图2B描述的相同。基于超材料的反射器150可以用参考图3A至图4B描述的基于超材料的反射器100B代替。
图13中的增益层270中示出的箭头指示在DBR 250与基于超材料的反射器150之间谐振的光，并且在光学器件(VCSEL)上方示出的箭头指示发射光，例如激光。在DBR 250和基于超材料的反射器150之间谐振并被放大的诸如激光之类的光可以发射到光学器件外部。发射光可以是圆偏振光。
图14是根据示例实施例的包括使用基于超材料的反射器170的光学腔结构的VCSEL的截面图。
参照图14，基于超材料的反射器170可以包括第一超材料层M17和第二超材料层M27，第一超材料层M17包括多个第一纳米结构n17的阵列，第二超材料层M27位于第一超材料层M17上并且包括多个第二纳米结构n27的阵列。另外，基于超材料的反射器170还可以包括设置在第二超材料层M17上的DBR R17。基于超材料的反射器150的结构和操作可以与参考图5A至图6B描述的相同。基于超材料的反射器170可以用参考图7A至图8B描述的基于超材料的反射器100D代替。除了基于超材料的反射器170之外的元件可以与参照图13描述的元件相同或相似。
图14中的增益层270中示出的箭头指示在DBR 250与基于超材料的反射器170之间谐振的光，并且在光学器件(VCSEL)上方示出的箭头指示发射光，例如激光。发射光可以是线偏振的。
在以上示例实施例中，基于超材料的反射器包括两个超材料层。然而，基于超材料的反射器可以包括沿光的行进方向(竖直方向)布置的三个或更多个超材料层。根据示例实施例，基于超材料的反射器可以包括超材料层和反射镜构件(例如DBR)。这将参考图15A至图15C更详细地描述。
图15A是根据示例实施例的包括使用基于超材料的反射器190的光学腔结构的VCSEL的截面图。
参照图15A，基于超材料的反射器190可以包括：超材料层M19，包括多个第一纳米结构n19的阵列；以及设置在超材料层M19上的DBR R19。还可以将插入层N19设置在超材料层M19与接触层280之间以及超材料层M19与第二电极290之间。可以认为插入层N19包括在基于超材料的反射器190中。在一些情况下，可以不设置插入层N19。除了基于超材料的反射器190之外的元件可以与参照图13描述的元件相同或相似。基于超材料的反射器190包括一个超材料层M19和一般反射镜构件(例如DBR R19)。在该示例中，超材料层M19可以是透射式双折射超表面层。DBR R19可以具有其中例如交替地堆叠非晶硅(a-Si)层和SiO2层的结构，但是可以改变DBR R19的构成材料。
图15A中的增益层270中示出的箭头指示在DBR 250与基于超材料的反射器190之间谐振的光，并且在光学器件(VCSEL)上方示出的箭头指示发射光，例如激光。发射光可以是线偏振光。可以通过对基于超材料的反射器190的设计来调整发射光的波长。
图15B是图15A的VCSEL的分解截面图。
参考图15B，VCSEL可以具有其中DBR 250和基于超材料的反射器190被添加到核心的增益层270的结构。在该示例中，DBR 250可以具有与R1对应的反射率，并且基于超材料的反射器190可以具有与R2对应的反射率。反射率R1可以大于反射率R2。
图15C是示出了图15B的超材料层M19中包括的多个纳米结构n19的阵列的平面图。
参考图15C，可以沿某个方向布置多个纳米结构n19。多个纳米结构n19中的每一个可以具有矩形形状，沿X轴方向具有宽度Wx并且沿Y轴方向具有宽度Wy。例如，多个纳米结构n19中的每一个可以具有包括a-Si的列的形状。然而，多个纳米结构n19的构成材料和形状可以进行各种改变。例如，在多个纳米结构n19中的每一个中，XY平面上的平面结构可以形成为矩形或椭圆形结构等各向异性结构。
图16是示出了图15B的VCSEL的下部子结构的反射率变化和相位变化的图。亦即，示出了由DBR 250引起的反射率变化和相位变化。参考图16，DBR 250在约900nm至约1000nm的波长范围内表现出高反射率。
图17A和图17B是示出了图15B的VCSEL的上部结构(即，基于超材料的反射器190)的反射相位的图。图17A的图示出了X偏振光的结果，图17B的图示出了Y偏振光的结果。
参照图17A和图17B，可以通过改变宽度Wx，在约900nm至约1000nm的波长处将X偏振光的反射相位改变2π或更多。因此，可以通过改变宽度Wx来调整基于超材料的反射器190对X偏振光的谐振波长。通过在感兴趣的波长范围内移除Y偏振谐振的条件下改变宽度Wx，可以将Y偏振光的反射相位改变为小于2弧度。在该示例中，纳米结构n19是a-Si纳米柱并且具有约420nm的高度，纳米结构n19的宽度Wy约为100nm，并且纳米结构n19的晶格常数是400nm。DBR R19具有4对a-Si/SiO2。
图18和图19是示出了根据示例实施例的可以应用于基于超材料的反射器的超材料层的纳米结构的阵列的图像。
参照图18和图19，超材料层可以包括圆柱形纳米结构，例如具有高折射率的超原子。在该实施例中，诸如超原子之类的纳米结构可以具有矩形或椭圆形截面。图18和图19的超材料层可以是透射式双折射超表面层。
应该理解的是，本文所述的示例实施例应该仅被认为是描述性的而不是为了限制的目的。本领域技术人员将理解，可以对参考图1A至图15C描述的基于超材料的反射器、光学腔结构、VCSEL和光学器件进行各种修改。例如，可以对第一超材料层和第二超材料层的阵列进行各种修改，可以组合三个或更多个超材料层，并且可以对VCSEL进行各种修改。
尽管已参考附图描述了示例实施例，但本领域普通技术人员将理解，在不脱离由权利要求限定的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的多种改变。

Claims (27)

1.一种基于超材料的反射器，包括：
第一超材料层，包括第一纳米结构的阵列；以及
设置在所述第一超材料层上的第二超材料层，所述第二超材料层包括第二纳米结构的阵列，
其中，所述第二纳米结构与所述第一纳米结构不同地布置。
2.根据权利要求1所述的基于超材料的反射器，其中，所述第一纳米结构沿第一方向并以第一图案布置，并且所述第二纳米结构沿与所述第一方向不同的第二方向并且以与所述第一图案不同的第二图案布置。
3.根据权利要求1所述的基于超材料的反射器，其中，所述第一纳米结构沿第一方向彼此平行布置，并且
其中，所述第二纳米结构基于所述第二超材料层的区域，沿与所述第一方向不同的第二方向或者沿与所述第一方向不同的多个方向布置。
4.根据权利要求1所述的基于超材料的反射器，其中，所述第一超材料层包括透射式波片，并且
所述第二超材料层包括反射式波片。
5.根据权利要求4所述的基于超材料的反射器，其中，所述第一纳米结构沿第一方向彼此平行布置，并且
其中，所述第二纳米结构沿相对于所述第一方向旋转θ的第二方向彼此平行布置，θ小于90度。
6.根据权利要求4所述的基于超材料的反射器，其中，所述第一纳米结构沿第一方向彼此平行布置，并且
其中，所述第二纳米结构沿相对于所述第一方向旋转的多个方向布置，并且所述第二纳米结构的旋转角度基于所述第二超材料层的区域而不同。
7.根据权利要求4所述的基于超材料的反射器，其中，所述基于超材料的反射器被配置为使透射通过所述基于超材料的反射器的光发生圆偏振。
8.根据权利要求4所述的基于超材料的反射器，其中，所述第二纳米结构被布置为使得所述基于超材料的反射器操作为会聚镜或发散镜。
9.根据权利要求1所述的基于超材料的反射器，其中，所述第一超材料层包括第一透射式波片，所述第二超材料层包括第二透射式波片，并且
其中，所述基于超材料的反射器还包括被与所述第一超材料层相对地设置在所述第二超材料层上的分布式布拉格反射器。
10.根据权利要求9所述的基于超材料的反射器，其中，所述第一纳米结构沿第一方向彼此平行布置，并且
其中，所述第二纳米结构沿相对于所述第一方向旋转θ的第二方向彼此平行布置，并且θ小于90度。
11.根据权利要求9所述的基于超材料的反射器，其中，所述第一纳米结构沿第一方向彼此平行布置，并且
其中，所述第二纳米结构沿相对于所述第一方向旋转的多个方向布置，并且所述第二纳米结构的旋转角度基于所述第二超材料层的区域而不同。
12.根据权利要求9所述的基于超材料的反射器，其中，所述基于超材料的反射器被配置为使透射通过所述基于超材料的反射器的光发生线偏振。
13.根据权利要求9所述的基于超材料的反射器，其中，所述第二纳米结构被布置为使得所述基于超材料的反射器被配置为操作为会聚镜或发散镜。
14.一种光学器件，包括至少一个基于超材料的反射器，所述至少一个基于超材料的反射器包括：
第一超材料层，包括第一纳米结构的阵列；以及
设置在所述第一超材料层上的第二超材料层，所述第二超材料层包括第二纳米结构的阵列，
其中，第二纳米结构与第一纳米结构不同地布置。
15.一种光学腔结构，包括：
增益层，被配置为产生光；
第一分布式布拉格反射器，设置在所述增益层的第一表面上；以及
基于超材料的反射器，设置在所述增益层的与所述第一分布式布拉格反射器相对的第二表面上，
其中，所述基于超材料的反射器包括：
第一超材料层，包括第一纳米结构的阵列；以及
设置在所述第一超材料层上的第二超材料层，所述第二超材料层包括第二纳米结构的阵列，
其中，所述第二纳米结构与所述第一纳米结构不同地布置。
16.根据权利要求15所述的光学腔结构，其中，所述第一纳米结构沿第一方向彼此平行布置，并且
其中，所述第二纳米结构基于所述第二超材料层的区域沿与所述第一方向不同的第二方向彼此平行布置，或者沿从所述第一方向旋转的多个方向布置。
17.根据权利要求15所述的光学腔结构，其中，所述第一纳米结构沿第一方向彼此平行布置，并且
其中，所述第二纳米结构沿相对于所述第一方向旋转θ的第二方向彼此平行布置，并且θ小于90度。
18.根据权利要求15所述的光学腔结构，其中，所述第一纳米结构沿第一方向彼此平行布置，
其中，所述第二纳米结构沿相对于所述第一方向旋转的多个方向布置，并且所述第二纳米结构的旋转角度基于所述第二超材料层的区域而不同。
19.根据权利要求15所述的光学腔结构，其中，所述第一超材料层包括透射式波片，并且
所述第二超材料层包括反射式波片。
20.根据权利要求15所述的光学腔结构，其中，所述第一超材料层包括第一透射式波片，所述第二超材料层包括第二透射式波片，并且
其中，所述基于超材料的反射器还包括与所述第一超材料层相对地设置在所述第二超材料层上的第二分布式布拉格反射器。
21.根据权利要求15所述的光学腔结构，其中，所述基于超材料的反射器被配置为使透射通过所述基于超材料的反射器的光发生圆偏振。
22.根据权利要求15所述的光学腔结构，其中，所述基于超材料的反射器被配置为使透射通过所述基于超材料的反射器的光发生线偏振。
23.根据权利要求15所述的光学腔结构，其中，所述第二纳米结构被布置为使得所述基于超材料的反射器被配置为操作为会聚镜或发散镜。
24.一种垂直腔面发射激光器，包括光学腔结构，所述光学腔结构包括：
增益层，被配置为产生光；
分布式布拉格反射器，设置在所述增益层的第一表面上；以及
基于超材料的反射器，设置在所述增益层的与所述分布式布拉格反射器相对的第二表面上，
其中，所述基于超材料的反射器包括：
第一超材料层，包括第一纳米结构的阵列；以及
设置在所述第一超材料层上的第二超材料层，所述第二超材料层包括第二纳米结构的阵列，
其中，所述第二纳米结构与所述第一纳米结构不同地布置。
25.根据权利要求24所述的垂直腔面发射激光器，还包括：
接触层，设置在所述增益层与所述基于超材料的反射器之间。
26.根据权利要求25所述的垂直腔面发射激光器，还包括：设置在所述增益层上的孔径层，所述孔径层被配置为调节光的大小和光的振荡中的至少一项。
27.根据权利要求24所述的垂直腔面发射激光器，还包括：第一电极，设置在所述增益层的所述第一表面上；以及第二电极，设置在所述增益层的所述第二表面上。
CN201910643478.9A 2018-09-04 2019-07-16 基于超材料的反射器、光学腔结构以及垂直腔表面发射激光器 Active CN110873910B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862726529P 2018-09-04 2018-09-04
US62/726,529 2018-09-04
KR10-2019-0001926 2019-01-07
KR1020190001926A KR102623516B1 (ko) 2018-09-04 2019-01-07 메타물질 기반의 반사체와 이를 포함한 광학적 캐비티 구조체 및 수직 공진형 표면 발광 레이저

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110873910A true CN110873910A (zh) 2020-03-10
CN110873910B CN110873910B (zh) 2023-07-21

Family

ID=67220719

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910643478.9A Active CN110873910B (zh) 2018-09-04 2019-07-16 基于超材料的反射器、光学腔结构以及垂直腔表面发射激光器

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10777970B2 (zh)
EP (1) EP3620833A1 (zh)
CN (1) CN110873910B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111856622A (zh) * 2020-07-15 2020-10-30 华南师范大学 一种基于叉型结构实现高效率宽波带消色差超透镜的方法
CN112130231A (zh) * 2020-09-11 2020-12-25 武汉大学 产生偏振阶数可调的柱矢量光束的超表面系统及构造方法
CN113281918A (zh) * 2021-07-22 2021-08-20 武汉理工大学 基于磷化硼材料的全电介质偏振调控器及其制作方法
CN113381277A (zh) * 2021-05-27 2021-09-10 哈尔滨工程大学 手性超材料的圆偏振激光器
CN113533214A (zh) * 2021-07-14 2021-10-22 广东工业大学 一种基于双层硅棒阵列结构的高效率宽波段圆检偏器
CN114994809A (zh) * 2022-08-04 2022-09-02 中山大学 一种透射式动态超构表面器件

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210333575A1 (en) * 2020-04-23 2021-10-28 Massachusetts Institute Of Technology Optical Devices with Phase-Change Materials
WO2022036314A1 (en) * 2020-08-14 2022-02-17 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Self-isolated nanoscale laser
US20220352693A1 (en) * 2021-04-30 2022-11-03 Lumentum Operations Llc Methods for incorporating a control structure within a vertical cavity surface emitting laser device cavity
RU2761318C1 (ru) * 2021-06-02 2021-12-07 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Излучающее видимый свет полупроводниковое лазерное устройство и способ его изготовления
CN114509838B (zh) * 2022-01-05 2023-11-14 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 氮化镓基激光器及其内氮化镓纳米超结构的制备方法

Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040047039A1 (en) * 2002-06-17 2004-03-11 Jian Wang Wide angle optical device and method for making same
US20110116168A1 (en) * 2009-11-13 2011-05-19 Nikoobakht Babak Nanoengineered devices based on electro-optical modulation of the electrical and optical properties of plasmonic nanoparticles
US20110181958A1 (en) * 2010-01-27 2011-07-28 Tien-Tsai Lin Photon-alignment optical film
US20110261856A1 (en) * 2010-04-26 2011-10-27 Fattal David A Vertical-cavity surface-emitting laser
JP2013065833A (ja) * 2011-08-24 2013-04-11 Commissariat A L'energie Atomique & Aux Energies Alternatives 半導体ナノ結晶を有する光学反射器の製造方法
CN104253307A (zh) * 2014-08-22 2014-12-31 深圳光启创新技术有限公司 超材料复合结构及其制造方法
WO2015051722A1 (zh) * 2013-10-12 2015-04-16 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 基于超颖材料结构的空间光调制器及其制备方法
CN104755909A (zh) * 2012-08-30 2015-07-01 科磊股份有限公司 Euv掩模检验系统的光学器件的波前像差度量
DE102017213172A1 (de) * 2017-07-31 2017-09-14 Carl Zeiss Smt Gmbh Verfahren zum Aufbringen einer Deckschicht und reflektives optisches Element
CN107209436A (zh) * 2015-02-03 2017-09-26 三星电子株式会社 具有栅结构的光学调制装置
CN107238885A (zh) * 2017-08-01 2017-10-10 中国科学院半导体研究所 金属超材料波片
WO2017176921A1 (en) * 2016-04-05 2017-10-12 President And Fellows Of Harvard College Meta-lenses for sub-wavelength resolution imaging
CN107272216A (zh) * 2017-08-01 2017-10-20 中国科学院半导体研究所 透射式金属超材料光束偏振分布变换器件
US20180054041A1 (en) * 2015-03-02 2018-02-22 Lancaster University Business Enterprises Limited Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser
CN107884865A (zh) * 2017-11-23 2018-04-06 武汉大学 基于硅纳米砖超材料的圆偏振起偏器及制备方法
CN107991768A (zh) * 2017-11-28 2018-05-04 中国科学院微电子研究所 Mems光学器件、光吸收纳米结构及其制备方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2589452C (en) * 2004-11-29 2015-01-27 Alight Technologies A/S Single-mode photonic-crystal vcsels
GB2434914A (en) 2006-02-03 2007-08-08 Univ College Cork Nat Univ Ie Vertical cavity surface emitting laser device
WO2013126152A2 (en) * 2012-01-04 2013-08-29 Triton Systems, Inc. Switchable optical elements
CN105161857B (zh) * 2015-08-03 2018-10-12 欧阳征标 一种左旋圆偏振转换的超材料薄膜
US9728930B2 (en) 2015-09-14 2017-08-08 The Regents Of The University Of California Quantum cascade external cavity laser with metasurfaces
WO2018067837A1 (en) 2016-10-06 2018-04-12 The Regents Of The University Of California Inhomogeneous focusing and broadband metasurface quantum-cascade lasers
TWI649259B (zh) 2016-12-05 2019-02-01 中央研究院 寬頻超穎光學裝置
KR102155425B1 (ko) * 2018-05-14 2020-09-11 주식회사 에스오에스랩 라이다 장치

Patent Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040047039A1 (en) * 2002-06-17 2004-03-11 Jian Wang Wide angle optical device and method for making same
US20110116168A1 (en) * 2009-11-13 2011-05-19 Nikoobakht Babak Nanoengineered devices based on electro-optical modulation of the electrical and optical properties of plasmonic nanoparticles
US20110181958A1 (en) * 2010-01-27 2011-07-28 Tien-Tsai Lin Photon-alignment optical film
US20110261856A1 (en) * 2010-04-26 2011-10-27 Fattal David A Vertical-cavity surface-emitting laser
JP2013065833A (ja) * 2011-08-24 2013-04-11 Commissariat A L'energie Atomique & Aux Energies Alternatives 半導体ナノ結晶を有する光学反射器の製造方法
CN104755909A (zh) * 2012-08-30 2015-07-01 科磊股份有限公司 Euv掩模检验系统的光学器件的波前像差度量
WO2015051722A1 (zh) * 2013-10-12 2015-04-16 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 基于超颖材料结构的空间光调制器及其制备方法
CN104253307A (zh) * 2014-08-22 2014-12-31 深圳光启创新技术有限公司 超材料复合结构及其制造方法
CN107209436A (zh) * 2015-02-03 2017-09-26 三星电子株式会社 具有栅结构的光学调制装置
US20180054041A1 (en) * 2015-03-02 2018-02-22 Lancaster University Business Enterprises Limited Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser
WO2017176921A1 (en) * 2016-04-05 2017-10-12 President And Fellows Of Harvard College Meta-lenses for sub-wavelength resolution imaging
DE102017213172A1 (de) * 2017-07-31 2017-09-14 Carl Zeiss Smt Gmbh Verfahren zum Aufbringen einer Deckschicht und reflektives optisches Element
CN107272216A (zh) * 2017-08-01 2017-10-20 中国科学院半导体研究所 透射式金属超材料光束偏振分布变换器件
CN107238885A (zh) * 2017-08-01 2017-10-10 中国科学院半导体研究所 金属超材料波片
CN107884865A (zh) * 2017-11-23 2018-04-06 武汉大学 基于硅纳米砖超材料的圆偏振起偏器及制备方法
CN107991768A (zh) * 2017-11-28 2018-05-04 中国科学院微电子研究所 Mems光学器件、光吸收纳米结构及其制备方法

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111856622A (zh) * 2020-07-15 2020-10-30 华南师范大学 一种基于叉型结构实现高效率宽波带消色差超透镜的方法
CN112130231A (zh) * 2020-09-11 2020-12-25 武汉大学 产生偏振阶数可调的柱矢量光束的超表面系统及构造方法
CN112130231B (zh) * 2020-09-11 2022-03-04 武汉大学 产生偏振阶数可调的柱矢量光束的超表面系统及构造方法
CN113381277A (zh) * 2021-05-27 2021-09-10 哈尔滨工程大学 手性超材料的圆偏振激光器
CN113533214A (zh) * 2021-07-14 2021-10-22 广东工业大学 一种基于双层硅棒阵列结构的高效率宽波段圆检偏器
CN113281918A (zh) * 2021-07-22 2021-08-20 武汉理工大学 基于磷化硼材料的全电介质偏振调控器及其制作方法
CN113281918B (zh) * 2021-07-22 2021-11-12 武汉理工大学 基于磷化硼材料的全电介质偏振调控器及其制作方法
CN114994809A (zh) * 2022-08-04 2022-09-02 中山大学 一种透射式动态超构表面器件
CN114994809B (zh) * 2022-08-04 2022-10-28 中山大学 一种透射式动态超构表面器件

Also Published As

Publication number Publication date
US10777970B2 (en) 2020-09-15
CN110873910B (zh) 2023-07-21
EP3620833A1 (en) 2020-03-11
US20200073029A1 (en) 2020-03-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110873910B (zh) 基于超材料的反射器、光学腔结构以及垂直腔表面发射激光器
JP4237828B2 (ja) 光電子デバイスの性能を改善し、可用性を高めた共振反射器
US5903590A (en) Vertical-cavity surface-emitting laser device
EP2063504B1 (en) Surface emitting laser, surface emitting laser array, and image forming apparatus including surface emitting laser
US20080107145A1 (en) Structure having photonic crystal and surface-emitting laser using the same
JPH04229688A (ja) 半導体垂直キャビティ面発光レーザ
US11276987B2 (en) Vertical cavity surface-emitting laser including nanostructure reflector and optical apparatus using the vertical cavity surface-emitting laser
JP2005340779A (ja) 面発光レーザおよびその製造方法および面発光レーザアレイおよび画像形成装置および光ピックアップシステムおよび光送信モジュールおよび光送受信モジュールおよび光通信システム
US20040066821A1 (en) Vertical cavity surface emitting laser that uses intracavity degenerate four-wave mixing to produce phase-conjugated and distortion free collimated laser light
JP2003504880A (ja) 垂直空洞表面発光性レーザーの偏光制御
JP2007294789A (ja) 半導体レーザ素子
JP5093480B2 (ja) 面発光型半導体レーザおよびその製造方法
TWI227799B (en) Resonant reflector for increased wavelength and polarization control
KR102623516B1 (ko) 메타물질 기반의 반사체와 이를 포함한 광학적 캐비티 구조체 및 수직 공진형 표면 발광 레이저
CN103222136B (zh) 偏振稳定的表面发射激光二极管
Wen et al. Semiconductor lasers with integrated metasurfaces for direct output beam modulation, enabled by innovative fabrication methods
TW202308247A (zh) 用於垂直腔面發射雷射器（ｖｃｓｅｌ）之反射器
JPH11204875A (ja) 面発光レーザとそれを用いたレーザ光送信モジュール及び応用システム
JP2007227861A (ja) 半導体発光素子
Jikutani et al. 780nm-range VCSEL array for laser printer system and other applications at Ricoh
JPH104240A (ja) 半導体光素子、ウエハ及びその製造方法
JPH0567838A (ja) 面発光レ―ザ
US20220311213A1 (en) Tunable VCSEL polarization control with intracavity subwavelength grating
US6930376B2 (en) Semiconductor device having a folded layer structure
JPH04263482A (ja) 面型半導体レーザおよび面型半導体レーザ型光機能素子

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant