CN116053927A - 光子晶体面射型激光装置及光学系统 - Google Patents

光子晶体面射型激光装置及光学系统 Download PDF

Info

Publication number
CN116053927A
CN116053927A CN202210881732.0A CN202210881732A CN116053927A CN 116053927 A CN116053927 A CN 116053927A CN 202210881732 A CN202210881732 A CN 202210881732A CN 116053927 A CN116053927 A CN 116053927A
Authority
CN
China
Prior art keywords
photonic crystal
substrate
layer
emitting laser
laser device
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.)
Pending
Application number
CN202210881732.0A
Other languages
English (en)
Inventor
郭浩中
洪国彬
陈仕诚
曾国峰
蓝子翔
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.)
Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Original Assignee
Hon Hai Precision Industry Co Ltd
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
Application filed by Hon Hai Precision Industry Co Ltd filed Critical Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Publication of CN116053927A publication Critical patent/CN116053927A/zh
Pending legal-status Critical Current

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
    • H01S5/11—Comprising a photonic bandgap structure
    • 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
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0225—Out-coupling of light
    • 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
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0425—Electrodes, e.g. characterised by the structure
    • H01S5/04252—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the material
    • H01S5/04253—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the material having specific optical properties, e.g. transparent electrodes
    • 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
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0425—Electrodes, e.g. characterised by the structure
    • H01S5/04254—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the shape
    • 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
    • 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
    • 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
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/42—Arrays of surface emitting lasers
    • 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
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0425—Electrodes, e.g. characterised by the structure
    • H01S5/04256—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the configuration

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

本申请提供一种光子晶体面射型激光装置，包括：基板；发光层，位于基板一表面上，用于在驱动信号驱动下产生光子；光子晶体层，位于发光层远离基板之一侧，光子入射至光子晶体层时在光子晶体层中产生布拉格衍射振荡，以产生激光；以及超颖介面，位于基板远离光子晶体层之一侧，超颖介面包括一基底及形成于基底一表面之间隔设置的多个柱体，至少两个柱体之形状或/和尺寸不同，超颖介面用于接收激光，对激光进行衍射后出射，多个柱体之形状和尺寸用于控制激光之出射角度。本申请还提供一种光学系统。

Description

光子晶体面射型激光装置及光学系统
技术领域
本申请涉及激光探测技术领域，尤其涉及一种光子晶体面射型激光装置及光学系统。
背景技术
光子晶体面发射激光(Photonic Crystal Surface-Emitting Laser,PCSEL)装置具备光束品质优良、体积小、能耗低、易整合、可靠性高等优点，被广泛应用于扫描式光达(LiDAR)系统中。
现有LiDAR通常还需搭载机械式马达旋转扫描(motorized spinning scanner)或微机电扫描(MEMS scanner)等结构来实现激光光束之扫描。而机械式马达旋转扫描或微机电扫描等结构不利于控制LiDAR之体积。LiDAR中光子晶体面发射激光装置包括衍射光栅以控制激光之发射角度。但是传统衍射光栅包括周期性重复的、结构相同的多个衍射单元，对激光光束之发射角度控制单一，发射角度范围受光栅制程因素所限，且高阶衍射效应无法消除，以致同时产生对称分布的多个激光光斑，不利于光束扫瞄。
因此，现有PCSEL亟待改进
发明内容
本申请第一方面提供一种光子晶体面射型激光装置，包括：
基板；
发光层，位于所述基板一表面上，用于在驱动信号驱动下产生光子；
光子晶体层，位于所述发光层远离所述基板之一侧，所述光子入射至所述光子晶体层时在所述光子晶体层中产生布拉格衍射振荡，以产生激光；以及
超颖介面，位于所述基板远离所述光子晶体层之一侧，所述超颖介面包括一基底及形成于所述基底一表面之间隔设置的多个柱体，至少两个所述柱体之形状或/和尺寸不同，所述超颖介面用于接收所述激光，对所述激光进行衍射后出射。
本申请第二方面提供一种光学系统，包括：
多个光子晶体面射型激光装置，每一所述光子晶体面射型激光装置如上述；以及
控制装置，与所述多个光子晶体面射型激光装置电连接，用于输出驱动信号控制所述多个光子晶体面射型激光装置开启或关闭。
上述光子晶体面射型激光装置及光学系统包括超颖介面，超颖介面包括一基底形成于所述基底一表面之间隔设置的多个柱体，至少两个所述柱体之形状或/和尺寸不同，超颖介面用于接收所述激光，对所述激光进行衍射后出射，通过设置多个柱体之形状、尺寸和数量，可得到预期之激光之出射角度，从而还可控制激光形成之光斑数量、光斑大小。亦即，本实施例之光子晶体面射型激光装置及光学系统，通过超颖介面，不仅可实现激光之偏转，还可实现激光之整形，有利于实现对激光之多元化控制。
附图说明
图1为本申请实施例中光学系统之模块结构示意图。
图2为图1中光子晶体面射型激光装置之平面结构示意图。
图3为图2中光子晶体面射型激光装置沿Ⅲ-Ⅲ线之剖面结构示意图。
图4为图3中光子晶体层之平面结构示意图。
图5为本申请一变更实施例中光子晶体面射型激光装置的光子晶体层之平面结构示意图。
图6为图3中超颖介面之立体结构示意图。
图7为本申请其他实施例中不同超颖介面中一个衍射单元之立体结构示意图。
图8为激光经过图7中衍射单元衍射后之出射角度分布示意图。
图9为本申请其他实施例的超颖介面中柱体之立体结构示意图。
主要元件符号说明
光学系统                           100
光子晶体面射型激光装置             1
基板                               10
缓冲层                             11
第一披覆层                         12
发光层                             13
量子井发光层                       131
能障层                             132
光子晶体层                         14
欧姆接触层                         141
第二披覆层                         142
第一光子晶体区域                   143
第二光子晶体区域                   144
第一通孔                           145
第二通孔                           146
发光区                             S
超颖介面                           15
衍射单元                           150
基底                               151
柱体                               152
第一介质层                         153
第二介质层                         154
第一透明导电层                     161
第二透明导电层                     162
第一电极                           171
第二电极                           172
绝缘层                             18
控制装置                           2
覆晶基板                           200
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。
具体实施方式
请参阅图1，本申请之光学系统100包括多个光子晶体面射型激光装置1。光学系统100可为脸部识别感测装置、激光雷达等，其可应用于智慧手机、扩增实境(AugmentedReality,AR)眼镜、虚拟现实(Virtual Reality,VR)眼镜等各种消费性电子装置，还可应用于汽车、家居或医疗设备，以及应用于智慧化工厂、自动化仓储之无人载具等。光子晶体面射型激光装置1应用于上述各类光学系统10中时，用于根据驱动信号发射激光以使得光学系统100实现三维影像感测、飞行测距等功能。
光学系统100还包括与每一光子晶体面射型激光装置1电连接之控制装置2，控制装置2用于输出驱动信号至各个光子晶体面射型激光装置1。本实施例中，控制装置2可为晶片、晶片组、控制主板等。多个光子晶体面射型激光装置1排列为一个激光发射阵列，各个光子晶体面射型激光装置1用于相互独立地被控制装置2控制而处于开启状态或关闭状态。每一光子晶体面射型激光装置1处于开启状态时发射激光，处于关闭状态时不发射激光。该激光发射阵列中，至少两个光子晶体面射型激光装置1发射激光之方向不同。
在一个工作时段内，根据需要探测之物体之方向、距离、大小等，控制装置2控制一个或多个光子晶体面射型激光装置1开启。通过改变各个光子晶体面射型激光装置1在不同工作时段之工作状态(开启或关闭)，可改变该激光发射阵列在不同工作时段所发射之激光的方向、形态等。
请一并参阅图2和图3，光子晶体面射型激光装置1包括依次层叠之基板10、缓冲层11、第一披覆层12、发光层13及光子晶体层14。
基板10为绝缘基板，用于承载和生长缓冲层11、第一披覆层12、发光层13及光子晶体层14。基板10之材料可为n型砷化镓。本申请中缓冲层11之材料可为n型砷化镓。
发光层13包括多个量子井发光层131及多个能障层132。多个量子井发光层131与多个能障层132交错层叠。亦即，量子井发光层131与能障层132交替排列。本申请一些实施例中，发光层13包括交错层叠之三至五个量子井发光层131及四至六个能障层132。而本实施例中，发光层13包括交错层叠之三个量子井发光层131及四个能障层132。每一量子井发光层131的材料为砷化铟镓，每一能障层132的材料为砷化镓。于其他实施例中，量子井发光层131还可为砷化铝镓铟或磷化砷铟镓，能障层132还可为砷化铝镓或砷化铝镓铟。
发光层13用于在该驱动信号驱动下产生光子。发光层13产生之光子向四周传播，传播至光子晶体层14中之光子在光子晶体层14中产生布拉格衍射振荡，直至光子晶体面射型激光装置1达到增益与损耗平衡状态时，产生激光。本实施例中，光子晶体面射型激光装置1所发射之激光波长为905至1550nm(包含端点值)。
光子晶体层14包括层叠之欧姆接触层141及第二披覆层142，第二披覆层142位于欧姆接触层141与发光层13之间。本实施例中，欧姆接触层141的材料为p型砷化镓。于其他实施例中，欧姆接触层141还可为磷化铟或磷化砷铟镓。
本实施例中，第一披覆层12材料为n型砷化铝镓，第二披覆层142为p型砷化铝镓。第一披覆层12与第二披覆层142用于配合锁住发光层13发射之光子，减少光子朝向光子晶体层14方向传播。于其他实施例中，第一披覆层12和第二披覆层142材料还可为砷化铝铟、磷化铟或磷砷化镓。
请参阅图4，光子晶体层14包括第一光子晶体区域143及围绕第一光子晶体区域143外围之第二光子晶体区域144。光子入射至第一光子晶体区域143时在第一光子晶体区域143产生布拉格衍射振荡以产生激光。第二光子晶体区域144用于将接收到的光子反射至第一光子晶体区域143，以减少光子损耗，有利于提高光子晶体面射型激光装置1之发光效率。
第一光子晶体区域143开设有多个间隔设置之第一通孔145，第二光子晶体区域144开设有多个间隔设置之第二通孔146。每一第一通孔145贯穿欧姆接触层141及第二披覆层142，且每一第二通孔146贯穿欧姆接触层141及第二披覆层142。多个第一通孔145及多个第二通孔146皆为圆形通孔。各个第一通孔145之直径相同，各个第二通孔146之直径相同。第一通孔145之直径大于第二通孔146之直径，第一光子晶体区域143之倒空间Γ点上的某选定模态能量位置不对齐第二光子晶体区域144之同样模态的能量位置，因此第一光子晶体区域143之共振波长可落在第二光子晶体区域144之能隙中，进而使第二光子晶体区域144可作为水平方向的反射镜之用，将光子反射至第一光子晶体区域143以在第一光子晶体区域143中振荡产生激光。于其他实施例中，第一通孔145及第二通孔146还可为椭圆形、三角形、四角形、“L”形、“V”形、双孔等(本申请中所述第一通孔145、第二通孔146的形状为一通孔145、第二通孔146在光子晶体层14上之开口形状)。
定义光子晶体面射型激光装置1可发射激光之区域为发光区S。则本实施例中，第一光子晶体区域143所在区域为发光区S。
第一方面，第一光子晶体区域143所占区域越小，驱动信号阈值越小，也即驱动光子晶体面射型激光装置1发射激光所需的电流阈值越小，电流阈值越小，所需达到该电流阈值的时间越短，因此有利于提升光子晶体面射型激光装置1之操作速度。
第二方面，第一光子晶体区域143所占区域越小，则光子晶体面射型激光装置1之发光区面积越小。单个光子晶体面射型激光装置1之发光区面积越小，相同面积之激光发射阵列可容纳之光子晶体面射型激光装置1的数量越多。激光发射阵列中光子晶体面射型激光装置1的数量越多，激光发射阵列所发射之激光的方向、形态更加多样化。
因此本实施例中，通过设置光子晶体层14包括第一光子晶体区域143及第二光子晶体区域144，由第一光子晶体区域143发射激光，有利于减小光子晶体面射型激光装置1之发光区S之面积，从而有利于提升光子晶体面射型激光装置1之操作速度，且有利于使得光子晶体面射型激光装置1所应用之激光发射阵列所发射的激光的方向、形态更加多样化。
由图4可知，本实施例中之第一光子晶体区域143为一矩形，第二光子晶体区域144为围绕第一光子晶体区域143之矩形框。请参阅图5，于本申请一变更实施例中，第一光子晶体区域143之平面结构为一六边形，第二光子晶体区域144之平面结构为围绕第一光子晶体区域143之六边形框。于其他实施例中，第一光子晶体区域143还可为圆形，第二光子晶体区域144对应为圆环形(本申请中所述第一光子晶体区域143和第二光子晶体区域144之形状为第一光子晶体区域143和第二光子晶体区域144在基板10上之正投影的形状)。
第一光子晶体区域143之形状取决于光子晶体层14中光子晶体材料之晶格类型。例如，光子晶体材料之晶格类型为三角晶格或蜂巢晶格时，第一光子晶体区域143为六边形；光子晶体材料之晶格类型为正方晶格时，第一光子晶体区域143为四边形(或称矩形)。
请继续参阅图3，本实施例中，光子晶体面射型激光装置1还包括超颖介面15。超颖介面15位于基板10远离光子晶体层14之表面。光子晶体层14产生之激光经超颖介面15衍射后从超颖介面15远离光子晶体层14之一侧出射。
光子晶体层14与超颖介面15正对设置。也即，光子晶体层14在发光层13上之正投影与超颖介面15在发光层13上之正投影至少部分重合。本实施例中，光子晶体层14在发光层13上之正投影与超颖介面15在发光层13上之正投影完全重合。于其他实施例中，也可超颖介面15在发光层13上之正投影完全覆盖光子晶体层14在发光层13上之正投影。如此，有利于使得光子晶体层13产生之激光能尽量多地入射至超颖介面15，有利于提升激光利用率。
请一并参阅图6，超颖介面15包括一基底151及由基底151一表面突伸出之多个间隔排列之柱体152(图2平面图中之柱体152之结构仅作示例，柱体152之具体结构请以图6为准)。基底151与形成有柱体152之表面相对设置之表面与基板10表面直接接触。基底151与柱体152为相同材料，且基底151与柱体152一体成型。各个柱体152为一包括基底151之基材经过蚀刻形成。本实施例中，超颖介面15材料与基板10相同。
每一柱体152为一圆柱体，于一些实施例中，各个柱体152之间之间距相同，也即每相邻两个柱体152之间间距相同。于另一些实施例中，相邻两个柱体152之间间距不全相同。也即：有的相邻柱体152之间间距不同，有的相邻柱体152之间间距相同；或者相邻柱体152之间间距全都不同。于又一些实施例中，各个柱体152之直径或/和高度不同。基底151上之多个柱体152被划分为多个衍射单元150，每个衍射单元150包括多个相邻排列之柱体152。每个衍射单元150用于衍射接收到的激光。
图7中(a)图-(c)图示出了本申请其他实施例中几种不同衍射单元150之结构，图8示出了激光经图7中各种衍射单元150衍射后的出射方向(或称出射角度，其中以垂直于超颖介面15之方向作为0°方向)。由此可知，通过改变每个衍射单元150中各个柱体之尺寸(包括直径、高度等)、形状、数量，可改变经超颖介面15衍射并出射后的激光之出射方向。
进一步地，由于超颖介面15可改变激光之出射方向，当超颖介面15控制激光集中朝向某一方向出射时，相等于对激光形成汇聚作用，在一些实施例中，通过超颖介面15对激光之汇聚作用，可使得超颖介面15最终出射之激光形成一单一光斑或多个光斑。根据对激光之汇聚程度，还可控制形成之光斑大小。因此，本实施例之超颖介面15还可通过改变每个衍射单元150中各个柱体之尺寸(包括直径、高度等)、形状、数量，改变激光形成的光斑数量、形成的光斑大小等。
于其他实施例中，每一柱体152可为其他形状之柱体。例如为图9中(a)图所示之椭圆柱体、图9中(b)图所示之四棱柱体、图9中(c)和(d)图所示之三棱柱体、图9中(e)图所示之“L”形柱体、图9中(f)图所示之“V”形柱体、“十”字形柱体或“C”形柱等(本申请中所述柱体152之形状为柱体152在基底151上正投影之形状)。
本实施例中，光子晶体面射型激光装置1为覆晶式结构，在基板10一表面上生长完成缓冲层11、第一披覆层12、发光层13及光子晶体层14后，倒置光子晶体面射型激光装置1，将光子晶体面射型激光装置1承载于一覆晶基板200上，在基板10另一相对之表面形成超颖介面15。本实施例中，先对基板10减薄处理后再形成超颖介面15。在一些实施例中，基板10减薄处理后的厚度为减薄处理前的10％至90％，较佳为20％至70％。对基板10作减薄处理，有利于维持散热。且激光需要经过基板10后才出射，减薄基板10还有利于减少基板10对激光之吸收，减小激光损耗。
请再参阅图3，本实施例中，光子晶体面射型激光装置1还包括第一透明导电层161和第二透明导电层162。第一透明导电层161位于超颖介面15远离光子晶体层14之表面，第二透明导电层162位于光子晶体层14远离基板10之表面。第一透明导电层161及第二透明导电层162皆为氧化铟锡(Indium tin oxide,ITO)。第一透明导电层161及第二透明导电层162用于扩散电流，使得电流分布更均匀。
本实施例中，第一透明导电层161覆盖基底151形成有柱体152之表面并填充于超颖介面15中各个柱体152之间之空间。第一透明导电层161之厚度小于各个柱体152之高度，也即，各个柱体152之间之空间并未完全被第一透明导电层161填满。
因此，激光从光子晶体层14入射至超颖介面15中时，需要先后经过两个折射率不同之介质层。本实施例中，两个折射率不同之介质层定义为第一介质层153及第二介质层154。第一介质层153为各个柱体152及第一透明导电层161组成之介质层。激光经过第一介质层153后具有第一偏转角α1。第二介质层154为各个柱体152及空气组成之介质层，激光经过第二介质层154后具有第二偏转角α2。由此可见，激光经过两个折射率不同之介质层共经过两次角度偏转，则光子晶体面发射激光装置1最终出射之激光之角度为两次角度偏转之和，也即为α1+α2。
因此，通过设置第一透明导电层161，且第一透明导电层161部分填充各个柱体152之间之空间，有利于增大光子晶体面发射激光装置1最终出射之激光的偏转角度，使得最终出射之激光具有更大偏转角度范围。进而当光子晶体面发射激光装置1应用于光学系统100时，光学系统100具有更大的探测范围。
本实施例中，光子晶体面射型激光装置1还包括第一电极171和第二电极172。第一电极171位于基板10远离光子晶体层14之一侧且与第一透明导电层161电接触，第二电极172位于第二透明导电层162远离光子晶体层14之表面，与第二透明导电层162电接触。第一电极171及第二电极172用于与控制装置2电连接以接收该驱动信号。第一电极171及第二电极172为金属，例如为钛(Ti)、锗(Ge)、镍(Ni)、金(Au)或铂(Pt)及其合金。本实施例中，第一电极171为n型电极，第二电极172为p型电极。
当第一电极171与第二电极172分别被施加驱动信号时(第一电极171与第二电极172被施加之驱动信号大小不同)，驱动电流由光子晶体层14靠近透光基板10之一侧注入。发光层13在驱动电流之驱动下产生光子。发光层13产生之光子传播至光子晶体层14时在光子晶体层14中产生布拉格衍射振荡，直至光子晶体面射型激光装置1达到增益与损耗平衡时产生激光，激光入射至超颖介面15中经过特定结构之超颖介面15衍射后，被超颖介面15以特定形态、特定角度出射。
本实施例中，光子晶体面射型激光装置1还包括绝缘层18。绝缘层18可为氮化硅(SiNx)、二氧化硅(SiO2)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。绝缘层18位于基板10与第一电极171之间，且位于第二电极172与光子晶体层14之间。绝缘层18主要设置于第一电极171、第二电极172、基板10及光子晶体层14之外围，对光子晶体面射型激光装置1中各层材料起保护作用。
本实施例之光子晶体面射型激光装置1及光学系统100包括超颖介面15，超颖介面包括一基底151及形成于基底151一表面之间隔设置的多个柱体152，至少两个柱体152之形状或/和尺寸不同，超颖介面15用于接收激光，对激光进行衍射后出射，通过设置多个柱体152之形状、尺寸和数量，可得到预期之激光之出射角度，从而还可控制激光形成之光斑数量、光斑大小。亦即，本实施例之光子晶体面射型激光装置1及光学系统100，通过超颖介面15，不仅可实现激光之偏转，还可实现激光之整形，有利于实现对激光之多元化控制。
本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本申请，而并非用作为对本申请的限定，只要在本申请的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本申请要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种光子晶体面射型激光装置，其特征在于，包括：
基板；
发光层，位于所述基板一表面上，用于在驱动信号驱动下产生光子；
光子晶体层，位于所述发光层远离所述基板之一侧，所述光子入射至所述光子晶体层时在所述光子晶体层中产生布拉格衍射振荡，以产生激光；以及
超颖介面，位于所述基板远离所述光子晶体层之一侧，所述超颖介面包括一基底及形成于所述基底一表面之间隔设置的多个柱体，至少两个所述柱体之形状或/和尺寸不同，所述超颖介面用于接收所述激光，对所述激光进行衍射后出射。
2.如权利要求1所述之光子晶体面射型激光装置，其特征在于，所述多个柱体中每相邻柱体之间间距相等；或
所述多个柱体中相邻柱体之间间距不全相等。
3.如权利要求1所述之光子晶体面射型激光装置，其特征在于，所述超颖介面包括多个衍射单元，每一衍射单元包括所述多个柱体中之一个或多个柱体；
每一所述衍射单元中各个所述柱体之形状或/和尺寸不同。
4.如权利要求1所述之光子晶体面射型激光装置，其特征在于，还包括第一透明导电层；
所述第一透明导电层覆盖所述基底形成有所述多个柱体之表面且填充所述多个柱体之间的部分空间。
5.如权利要求1所述之光子晶体面射型激光装置，其特征在于，所述光子晶体层包括第一光子晶体区域及围绕所述第一光子晶体区域之第二光子晶体区域；
所述光子入射至所述光子晶体层时在所述第一光子晶体区域产生布拉格衍射振荡，所述第二光子晶体区域用于将接收到的光子反射至所述第一光子晶体区域。
6.如权利要求5所述之光子晶体面射型激光装置，其特征在于，所述第一光子晶体区域在所述基板上之正投影为矩形，且所述第二光子晶体区域在所述基板上之正投影为围绕所述矩形的矩形框；或
所述第一光子晶体区域在所述基板上之正投影为六边形，且所述第二光子晶体区域在所述基板上之正投影为围绕所述六边形的六边形框；或
所述第一光子晶体区域在所述基板上之正投影为圆形，且所述第二光子晶体区域在所述基板上之正投影为围绕所述圆形的圆环形。
7.如权利要求1所述之光子晶体面射型激光装置，其特征在于，所述第一光子晶体区域开设有多个第一通孔，所述第二光子晶体区域开设有多个第二通孔，所述多个第一通孔与所述多个第二通孔大小不同。
8.如权利要求1所述之光子晶体面射型激光装置，其特征在于，所述超颖介面与所述基板材料相同。
9.如权利要求1至4任一项所述之光子晶体面射型激光装置，其特征在于，还包括第二透明导电层，所述第二透明导电层位于所述光子晶体层远离所述基板之表面，用于扩散电流。
10.一种光学系统，其特征在于，包括：
多个光子晶体面射型激光装置，每一所述光子晶体面射型激光装置如权利要求1至9任一项所述；以及
控制装置，与所述多个光子晶体面射型激光装置电连接，用于输出驱动信号控制所述多个光子晶体面射型激光装置开启或关闭。
CN202210881732.0A 2021-10-28 2022-07-26 光子晶体面射型激光装置及光学系统 Pending CN116053927A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW110140177A TW202318747A (zh) 2021-10-28 2021-10-28 光子晶體面射型雷射裝置及光學系統
TW110140177 2021-10-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116053927A true CN116053927A (zh) 2023-05-02

Family

ID=86115155

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210881732.0A Pending CN116053927A (zh) 2021-10-28 2022-07-26 光子晶体面射型激光装置及光学系统

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20230139244A1 (zh)
CN (1) CN116053927A (zh)
TW (1) TW202318747A (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023016164A (ja) * 2021-07-21 2023-02-02 株式会社東芝 面発光型半導体発光装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20230139244A1 (en) 2023-05-04
TW202318747A (zh) 2023-05-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210293965A1 (en) Devices with ultra-small vertical cavity surface emitting laser emitters incorporating beam steering
US11652334B2 (en) Back side emitting light source array device and electronic apparatus having the same
US9054489B2 (en) Hybrid vertical cavity laser for photonic integrated circuit
US10938179B2 (en) Addressable laser array device including vertical cavity surface emitting lasers adopting nanostructure reflector disposed at intersections of plural wiring patterns
US11131754B2 (en) Beam steering device including a waveguide, a cladding layer, and an electrode layer, and system including the same
KR102319348B1 (ko) 메타 구조 리플렉터를 구비하는 수직 공진형 표면 발광 레이저 및 이를 포함하는 광학 장치
US11664642B2 (en) Vertical cavity surface emitting laser including meta structure reflector and optical device including the vertical cavity surface emitting laser
CN216903719U (zh) 垂直腔面发射激光器、发光阵列、投射装置及成像系统
CN116053927A (zh) 光子晶体面射型激光装置及光学系统
CN109581330B (zh) 一种集成光学相控阵芯片
EP3579276B1 (en) Multi-wavelength light source device, multi-function projector including the same, and electronic device including the multi-function projector
US6687282B2 (en) Micro-lens built-in vertical cavity surface emitting laser
US11686956B2 (en) Light-emitting device
US20180204974A1 (en) Source of collimated light, the method for producing same and use of same for the emission of single photons
TWM627209U (zh) 光子晶體面射型雷射裝置及光學系統
JPH07226535A (ja) 半導体発光素子、光学検知装置、光学的情報検知装置、投光器及び光ファイバーモジュール
KR20200022312A (ko) 배면 발광 광원 어레이 소자 및 이를 포함한 전자 장치
US10082684B2 (en) Optical modulation employing high contrast grating lens
US20230207606A1 (en) Light emitting diode with angle-dependent optical filter
JP2006032787A (ja) 光電変換素子
CN117949926A (zh) 一种激光雷达系统及其感兴趣区域分辨率提升方法
CN111142271A (zh) 一种消散斑纳米光学器件
JPS62268177A (ja) 半導体レ−ザ装置
JPS62281387A (ja) 光パルス発生装置
JPH0555700A (ja) 半導体レーザ

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