DE102022101668A1 - Laservorrichtung - Google Patents

Laservorrichtung Download PDF

Info

Publication number
DE102022101668A1
DE102022101668A1 DE102022101668.4A DE102022101668A DE102022101668A1 DE 102022101668 A1 DE102022101668 A1 DE 102022101668A1 DE 102022101668 A DE102022101668 A DE 102022101668A DE 102022101668 A1 DE102022101668 A1 DE 102022101668A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
meta
laser
laser device
laser light
layer
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
DE102022101668.4A
Other languages
English (en)
Inventor
Holger Joachim Mönch
Stephan Gronenborn
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.)
Trumpf Photonic Components GmbH
Original Assignee
Trumpf Photonic Components GmbH
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 Trumpf Photonic Components GmbH filed Critical Trumpf Photonic Components GmbH
Priority to DE102022101668.4A priority Critical patent/DE102022101668A1/de
Priority to PCT/EP2023/051357 priority patent/WO2023144033A1/de
Publication of DE102022101668A1 publication Critical patent/DE102022101668A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/005Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction 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
    • H01S5/18Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18386Details of the emission surface for influencing the near- or far-field, e.g. a grating on the surface
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction 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
    • H01S5/18Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18386Details of the emission surface for influencing the near- or far-field, e.g. a grating on the surface
    • H01S5/18391Aperiodic structuring to influence the near- or far-field distribution
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S2301/00Functional characteristics
    • H01S2301/16Semiconductor lasers with special structural design to influence the modes, e.g. specific multimode
    • H01S2301/163Single longitudinal mode
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S2301/00Functional characteristics
    • H01S2301/18Semiconductor lasers with special structural design for influencing the near- or far-field

Abstract

Laservorrichtung (10) mit einem vertikalemittierenden Halbleiterlaserbauteil (12) zum Emittieren von Laserlicht (14) mit einem Grundkörper (16), der einen ersten Spiegelabschnitt, einen zweiten Spiegelabschnitt und eine zwischen den beiden Spiegelabschnitten angeordnete aktive Schicht (18) zur Erzeugung des Laserlichts (14) aufweist, wobei der Grundkörper (16) auf seiner Oberfläche (20) einen für das Emittieren des Laserlichts (14) vorgesehenen Emissionsbereich (22) aufweist, an dem ein optisches Metaelement (24) angeordnet ist, das ein optisches Metamaterial aufweist, das zur Formung des Laserlichts (14) vorgesehen ist, wobei das Metaelement (24) dazu eingerichtet ist, das Laserlicht bei wenigstens einer Lasermode zu emittieren.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Laservorrichtung mit einem vertikalemittierenden Halbleiterlaserbauteil zum Emittieren von Laserlicht.
  • Es wird vorgeschlagen, eine Laservorrichtung mit einem vertikalemittierenden Halbleiterlaserbauteil zum Emittieren von Laserlicht mit einem Grundkörper vorzusehen, der einen ersten Spiegelabschnitt, einen zweiten Spiegelabschnitt und eine zwischen den beiden Spiegelabschnitten angeordnete aktive Schicht zur Erzeugung des Laserlichts aufweist, wobei der Grundkörper auf seiner Oberfläche einen für das Emittieren des Laserlichts vorgesehenen Emissionsbereich aufweist, an dem ein optisches Metaelement angeordnet ist, das zur Formung des Laserlichts vorgesehen ist, wobei das Metaelement dazu eingerichtet ist, das Laserlicht bei wenigstens einer Lasermode zu emittieren.
  • Ein Metamaterial ist eine künstlich hergestellte Struktur, deren Durchlässigkeit für elektrische und magnetische Felder (Permittivität und Permeabilität) von der in der Natur üblichen abweicht. Das wird erreicht durch speziell angefertigte, meist periodische, mikroskopisch feine Strukturen (Zellen, Einzelelemente) aus elektrischen oder magnetisch wirksamen Materialien in ihrem Inneren. Schickt man nun Licht durch eine solche aus Metamaterial bestehende Metaoberfläche, so werden die einzelnen Lichtwellen an diesen Elementen unterschiedlich stark verzögert. Daher kann durch die Wahl der Struktur des Metaelements eine optisch effektive Schichtdicke entworfen werden. Hinter der Metaoberfläche überlagern sich die Lichtwellen dann zu neuen Wellenfronten mit anderen Ausbreitungsrichtungen. Speziell bei Metalinsen sind diese Elemente so konzipiert und verteilt, dass das Licht dahinter in einem Brennpunkt zusammenläuft - wie bei einer herkömmlichen Linse. Generell lassen sich Metaoberflächen aber auch so gestalten, dass sie die Funktionalitäten von anderen optischen Komponenten nachahmen, wie beispielsweise von Strahlteilern, Polarisatoren oder Beugungsgittern. Dies bildet die Grundlage für das Metaelement.
  • Das Laserlicht bildet in einer Kavität, die durch die Spiegelabschnitte gebildet ist, wenigstens eine Lasermode aus. Das Halbleiterlaserbauteil kann ein sogenannter VCSEL (vertical-cavity surface-emitting lasers) sein. Das Metaelement kann unterschiedlich dimensionierte Metastrukturen aufweisen, die Abmessungen im Subwellenlängenbereich bezüglich des Laserlichts aufweisen.
  • Durch das Metaelement kann die Reflexion des aus dem Grundkörper des Halbleiterlaserbauteils auszukoppelnden Laserlichts an der Oberfläche eingestellt werden. Hierbei kann die Reflexion derart eingestellt werden, dass bestimmte Lasermoden bei einer geringeren, in die Laservorrichtung eingespeisten Energie stabilisiert werden. Entsprechend weist das ausgekoppelte Laserlicht das Intensitätsprofil der stabilisierten Lasermode auf.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführung und Weiterbildung der Erfindung möglich.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Metaelement als Metaschicht auf dem Emissionsbereich ausgebildet, deren Schichtdicke entlang der Oberfläche variiert. Hierdurch kann die effektive Reflektivität des Metaelements lokal entlang der Oberfläche variiert werden, sodass erste Orte auf der Oberfläche gebildet werden, an denen das Metaelement das Laserlicht stärker zurück in die Kavität reflektiert als an zweiten Orten. Die Orte können auch durch zwei unterschiedliche Winkel spezifiziert sein.
  • Vorteilhafterweise wird die Schichtdicke entsprechend wenigstens einer sich im Halbleiterlaserbauteil ausbildenden Lasermode des Laserlichts variiert. Dabei kann die Schichtdicke in Abhängigkeit einer Dichte der Metastrukturen variiert werden, sodass an Orten hoher Dichte der Metastrukturen beispielsweise die Schichtdicke geringer ist als an Orten geringerer Dichte der Metastrukturen. Hierdurch kann eine Reflexion des Laserlichts, die durch die Dichte der Metastrukturen beeinflusst wird, durch die Schichtdicke eingestellt werden. Die Schichtdicke kann als effektive Schichtdicke verstanden werden, die durch eine Variation der Dichte der Metastrukturen erreicht wird. Die physische Schichtdicke (z.B. Türmchenhöhe) kann vorzugsweise konstant sein.
  • Variiert man die Dichte/Größe der Türmchen, ergibt sich dadurch ein entsprechend variierender Brechungsindex und eine entsprechende variierende optische Weglänge.
  • Alternativ oder ergänzend kann die Dichte der Metastrukturen in unterschiedliche Richtungen entlang der Oberfläche unterschiedlich sein. So kann in eine erste Richtung eine erste Dichte und in einer zweiten Richtung eine zweite Dichte bezogen auf die Fläche vorliegen.
  • Eine besondere Weiterbildung beinhaltet, dass das Metamaterial als Metastrukturen Metafortsätze aufweist, die sich von einem Basisabschnitt in die gleiche Richtung in etwa parallel erstrecken. Die Metafortsätze können türmchenartig ausgebildet sein. Die Höhe der einzelnen Metafortsätze kann variieren. Der Basisabschnitt ist eine durchgehende Lage, die mit den Metafortsätzen einstückig ausgebildet ist. Unter Metafortsätzen können auch Furchen, Rippen, unregelmäßige Strukturen, die sich durch eine Variation der Höhe bezüglich einer Oberflächennormale der Oberfläche des Grundkörpers auszeichnen, Kuppen, Vertiefungen wie Dellen, Stege, Pyramiden und/oder sonstige Strukturen, die zu einer Verzögerung der Wellenfronten des Laserlichts führen, das durch das Metaelement propagiert.
  • Vorzugsweise variiert die Dichte der Metafortsätze entlang der Oberfläche. Dabei kann die lokale Dichte der Metafortsätze entsprechend einer beabsichtigten Formung des Laserlichts eingerichtet werden.
  • Ergänzend oder alternativ kann die Dichte der Metafortsätze entsprechend wenigstens einer sich im Halbleiterlaserbauteil ausbildenden Lasermode des Laserlichts variieren. Hierbei kann die lokale Dichte der Metafortsätze entsprechend der Formung und der Lasermode eingerichtet werden.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung können die Metafortsätze durch Oxidation und/oder durch Ätzen des Materials des Metaelements ausgebildet werden. Dabei kann das Metamaterial zwischen den Metafortsätzen und dem Basisabschnitt durch Ätzen gänzlich entfernt werden und insbesondere mit einem Ersatzmaterial gefüllt werden, dass einen im Vergleich mit dem Metamaterial unterschiedlichen Brechungsindex aufweist. Bei einer Oxidation des Metamaterials zwischen den Metafortsätzen und dem Basisabschnitt kann der Brechungsindex des Metamaterials verändert werden. Beispielsweise kann das zwischenliegende Metamaterial zu Siliziumdioxid umgewandelt werden.
  • Insbesondere kann die Schichtdicke und/oder die Dichte der Metafortsätze so variiert werden, dass eine hohe Reflektivität an den zwischen dem Grundkörper und dem Metaelement an Stellen entlang der Oberfläche vorliegt, an denen eine hohe Lichtintensität der Lasermode vorliegt.
  • Besonders vorteilhaft ist, eine erste Metaschicht und eine zweite Metaschicht aufeinanderzustapeln. Dabei kann eine erste Metaschicht auf der Oberfläche des Grundkörpers angeordnet sein und als Reflexionsschicht dienen und die zweite Metaschicht kann zur Formung des Laserlichts dienen. Hierdurch wird eine Funktionstrennung der Reflexionseinstellung und der Formung des Laserlichts erreicht.
  • Weiter vorteilhaft ist es, verschiedenen Lagen aufeinander zu stapeln, wobei manche der Lagen Metastrukturen aufweisen können, während andere keine Metastrukturen aufweisen. Es können durchgängige Lagen aus für das Laserlicht durchlässigem Material bestehen. Es kann eine Lage aus Siliziumdioxid zwischen der ersten Metaschicht und der zweiten Metaschicht angeordnet werden. Die Lage aus Siliziumdioxid ist vorzugsweise nicht strukturiert. Die erste Metaschicht kann eine Schichtdicke weniger als einem Viertel der Wellenlänge des Laserlichts aufweisen. Die zweite Metaschicht kann eine Schichtdicke von in etwa einem Viertel der Wellenlänge des Laserlichts aufweisen.
  • Vorzugsweis ist das Metaelement aus siliziumhaltigem Material beschaffen. Ferner kann das Metaelement vor oder nach seiner Strukturierung auf dem Halbleiterlaserbauteil angebracht werden. Unstrukturierte Schichten werden vorzugsweise auf dem Laserwafer abgeschieden, z.B. durch PECVD. Eine Strukturierung erfolgt dann auf dem Halbleiter durch Lithographie. Alternativ kann die optische Metastruktur separat in anderen Materialien hergestellt werden (Glas, Dielektrika, Silizium). Dieser Wafer kann dann durch ein Bondingverfahren mit dem Laser-Wafer verbunden werden.
  • Eine Weiterbildung kann beinhalten, dass das Metaelement polarisationsabhängig das Laserlicht formt. Dabei kann das Metaelement für unterschiedliche Polarisationsrichtungen unterschiedliche Formungen des Laserlichts bewirken. Insbesondere kann diese erreicht werden, wenn man die Metafortsätze mit einem elliptischen Querschnitt ausbildet, der parallel zur Oberfläche ausgerichtet ist. Alternativ oder ergänzend kann der Querschnitt auf asymmetrisch sein.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung näher erläutert. Richtungsangaben in der folgenden Erläuterung sind gemäß der Leserichtung der Zeichnung zu verstehen.
  • Es zeigt:
    • 1 ein VCSEL mit einem Metaelement auf dem Emissionsbereich.
  • In 1 ist eine Laservorrichtung 10 gezeigt, die ein vertikalemittierendes Halbleiterlaserbauteil 12 aufweiset, das zum Emittieren von Laserlicht 14 vorgesehen ist. Das Halbleiterlaserbauteil 12 ist ein sogenannter VCSEL (vertical-cavity surface-emitting lasers).
  • Das Halbleiterbauteil 12 weist einen Grundkörper 16 auf, der einen ersten Spiegelabschnitt, einen zweiten Spiegelabschnitt und eine zwischen den beiden Spiegelabschnitten angeordnete aktive Schicht 18 zur Erzeugung des Laserlichts 14 auf. Das Laserlicht 14 bildet in einer Kavität, die zwischen den Spiegelabschnitten positioniert ist, wenigstens eine Lasermode aus.
  • Der Grundkörper 16 ist auf einem Substrat 17 angeordnet. Auf einer gegenüberliegenden Seite des Grundkörpers 16 sind elektrische Kontakte 19 angeordnet, die zum Einspeisen von elektrischer Energie vorgesehen sind. Das Halbleiterlaserbauteil 12 ist stapelartig aufgebaut.
  • Auf seiner Oberfläche 20 des Grundkörpers 16 ist ein Emissionsbereich 22 ausgebildet, aus dem das Laserlicht 14 emittiert wird. Auf dem Emissionsbereich 22 ist ein optisches Metaelement 24 angeordnet, das zur Formung des Laserlichts 14 vorgesehen ist. Dabei wirkt das Metaelement 24 wie eine refraktive Linse, eine diffraktere Beugungsstruktur, ein Diffusor, ein Beamsplitter, ein Strahlablenker und/oder ein Hologramm.
  • Das Metaelement 24 weist unterschiedlich dimensionierte Metastrukturen auf, die Abmessungen im Subwellenlängenbereich bezüglich des Laserlichts 14 aufweisen. Hierbei können die Metastrukturen durch türmchenartige bzw. stäbchenartige optisch aktive Metafortsätze 26 gebildet werden, die von einem Basisabschnitt in senkrecht abstehen. Die Metafortsätze 26 bilden insbesondere eine bürstenartige Struktur. Es können auch alternative sonstige Metastrukturen verwendet werden, die zu einer Verzögerung des Laserlicht führen. Die Höhe der einzelnen Metafortsätze 26 kann bezüglich des Basisabschnitts variieren. Der Basisabschnitt ist eine durchgehende Lage, die mit den Metafortsätzen 26 einstückig ausgebildet ist. Der Basisabschnitt kann auf die Oberfläche 20 angeordnet werden.
  • Durch das Metaelement 24 wird die Reflexion 28 des aus dem Grundkörper 16 des Halbleiterlaserbauteils 12 auszukoppelnden Laserlichts an der Oberfläche 20 eingestellt. Hierbei kann die Reflexion 28 derart eingestellt werden, dass bestimmte Lasermoden bei einer geringeren, in die Laservorrichtung 10 eingespeisten Energie stabilisiert werden. Entsprechend weist das ausgekoppelte Laserlicht 14 das Intensitätsprofil der stabilisierten Lasermode auf. Durch das lasermodenabhängige Ausbilden des Metaelements 24 kann eine Lasermodenselektion erfolgen, bei der nur bestimmte Lasermoden stabilisiert werden.
  • Das Metaelement 24 ist als Metaschicht auf dem Emissionsbereich 22 ausgebildet, deren Schichtdicke entlang der Oberfläche 20 variiert wird. Dabei ist die optisch effektive Schichtdicke ausschlaggebend für die optischen Eigenschaften und die Formung des Laserlichts. Die effektive Schichtdicke kann von der physischen Schichtdicke unterschiedlich sein, da die effektive Schichtdicke von den Metastrukturen beeinflusst wird. Hierdurch kann die effektive Reflektivität des Metaelements 24 lokal entlang der Oberfläche 20 variiert werden. Dabei kann die Variation der Schichtdicke an die Lasermoden des Laserlichts 14 so angepasst werden, dass die Reflektivität an Bereichen der Oberfläche höher ist, an denen die Lasermode eine maximale Lichtintensität aufweist. Dabei kann die effektive Schichtdicke unterschiedlich zu einem Viertel der Wellenlänge sein, sodass keine destruktiv wirkende Phasenverschiebung auftritt.
  • Wenn man die Dichte oder den Querschnitt der Metaforsätze lokal ändert, ändert sich der effektive Berechnungsindex an dieser Stelle. Die physische Schichtdicke kann gleich bleiben. Daher kann die anti-reflektive Eigenschaft für eine Wellenlänge nur an den Orten mit einem bestimmten Füllfaktor gegeben sein und an den anderen mit abweichendem Füllfaktor wird sie mehr und mehr außer Phase sein.
  • Die Dichte der Metafortsätze 26 entlang der Oberfläche 20 variiert lokal entsprechend der beabsichtigten Formung des Laserlichts 14. Ferner kann die Schichtdicke in Abhängigkeit einer auf die Fläche bezogenen Dichte der Metafortsätze 26 variiert werden, sodass an Orten, an denen eine hohe Dichte der Metafortsätze 26 die Schichtdicke geringer ist als an Orten geringerer Dichte der Metafortsätze 26. Die Dichte der Metafortsätze 26 kann entsprechend wenigstens einer sich im Halbleiterlaserbauteil 12 ausbildenden Lasermode des Laserlichts 14 variieren. Die Metafortsätze 26 durch Oxidation und/oder durch Ätzen des Materials des Metaelements 24 ausgebildet werden.
  • Die Metafortsätze 26 können einen runden, vorzugsweise kreisförmigen Querschnitt aufweisen, der parallel zur Oberfläche 20 ausgerichtet ist.
  • Das Metaelement 24 kann durch eine Beschichtung des Emissionsbereichs 22 eines Top- oder Bottomemitters mit einer zumindest teilweise transparenten Schicht erreicht werden, die vorzugsweise Silizium aufweist. Dabei kann die Schichtdicke so gewählt werden, dass ein Gangunterschied von einem Viertel der Wellenlänge erreicht wird, wenn das Laserlicht durch die Schicht hindurchtritt. Die Schicht kann lateral selektiv verändert werden, z.B. durch Ätzung entfernt oder auch lokal chemisch verändert werden (z.B. durch lokale Oxidation). Durch eine UV-Lithografie-Maske können die Strukturen für die Metafortsätze 26 ausgebildet werden. Anschließend kann eine Ätzung und/oder Oxidation des Materials zwischen den Metafortsätzen 26 erfolgen. Schließlich kann das Metaelement 24 mit einer transparenten Deckschicht 30 beschichtet werden.
  • Alternativ kann die Oberfläche mit einem PECVD oder einem Atomic-Layer-Deposition-Coating beschichtet werden. Anschließend kann Siliziumnitrid mit einer Dicke von einem Viertel der Wellenlänge beschichtet werden. Durch eine UV-Lithografie-Maske können die Strukturen für die Metafortsätze 26 ausgebildet werden in Verbindung mit einer selektiven Ätzung des Siliziumdioxids und des Siliziumnitrids.
  • Weiter alternativ könnten Metafortsätze 26 direkt in dem Material des Grundkörpers 16, also z.B. in Galliumarsenid, eingeätzt werden. Anschließens könnte eine Schicht aus Siliziumnitrid, Siliziumdioxid, ein Atomic-Layer-Deposition-Coating, ein Polymer oder eine sonstige Verkapselung aufgebracht werden.
  • Bei einer in 1 nicht abgebildeten Ausführungsform kann eine erste Metaschicht auf einer zweiten Metaschicht angeordnet werden. Dabei kann eine erste Metaschicht auf der Oberfläche 20 des Grundkörpers 16 angeordnet werden und als Reflexionsschicht dienen. Die zweite Metaschicht kann in Verbindung mit der ersten Metaschicht zur Formung des Laserlichts dienen. Damit die beiden Metaschichten voneinander getrennt sind, kann eine Lage aus einem anderen Material, z.B. Siliziumdioxid zwischen der ersten Metaschicht und der zweiten Metaschicht angeordnet werden. Die Lage aus z.B. Siliziumdioxid ist vorzugsweise nicht strukturiert. Strukturierungsverfahren (Ätzung, Oxidation), welche auf die Metaschichten angewandt werden, greifen die Zwischenlage nicht wesentlich an. Die erste Metaschicht kann eine Schichtdicke weniger als einem Viertel der Wellenlänge des Laserlichts 14 aufweisen. Die zweite Metaschicht kann eine Schichtdicke von in etwa einem Viertel der Wellenlänge des Laserlichts 14 aufweisen.
  • Eine Weiterbildung kann beinhalten, dass das Metaelement 24 polarisationsabhängig das Laserlicht 14 formt. Dabei kann das Metaelement 24 für unterschiedliche Polarisationsrichtungen unterschiedliche Formungen des Laserlichts 14 bewirken. Hierzu können die Metafortsätze 26 mit einem elliptischen Querschnitt ausbildet werden, der parallel zur Oberfläche 20 ausgerichtet ist.

Claims (14)

  1. Laservorrichtung (10) mit einem vertikalemittierenden Halbleiterlaserbauteil (12) zum Emittieren von Laserlicht (14) mit einem Grundkörper (16), der einen ersten Spiegelabschnitt, einen zweiten Spiegelabschnitt und eine zwischen den beiden Spiegelabschnitten angeordnete aktive Schicht (18) zur Erzeugung des Laserlichts (14) aufweist, wobei der Grundkörper (16) auf seiner Oberfläche (20) einen für das Emittieren des Laserlichts (14) vorgesehenen Emissionsbereich (22) aufweist, an dem ein optisches Metaelement (24) angeordnet ist, das ein optisches Metamaterial aufweist, das zur Formung des Laserlichts (14) vorgesehen ist, wobei das Metaelement (24) dazu eingerichtet ist, das Laserlicht bei wenigstens einer Lasermode zu emittieren.
  2. Laservorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Emissionsbereich (26) und dem Metaelement (28) eine Reflexionsschicht angeordnet ist.
  3. Laservorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Metaelement (24) als Metaschicht auf dem Emissionsbereich (22) ausgebildet ist, deren optisch effektiven Schichtdicke entlang der Oberfläche (20) variiert.
  4. Laservorrichtung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke entsprechend wenigstens einer sich im Halbleiterlaserbauteil (12) ausbildenden Lasermode des Laserlichts variiert.
  5. Laservorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metamaterial Metafortsätze (26) aufweist, die sich von einem Basisabschnitt in die gleiche Richtung in etwa parallel erstrecken.
  6. Laservorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte der Metafortsätze (26) entlang der Oberfläche (20) variiert.
  7. Laservorrichtung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte der Metafortsätze (26) entsprechend wenigstens einer sich im Halbleiterlaserbauteil (12) ausbildenden Lasermode des Laserlichts (14) variiert.
  8. Laservorrichtung (10) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte der Metafortsätze (26) durch Oxidation und/oder durch Ätzen des Materials des Metaelements (24) ausgebildet wird.
  9. Laservorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke und/oder die Dichte der Metafortsätze (26) so variiert, dass eine hohe Reflektivität an den zwischen dem Grundkörper (16) und dem Metaelement (24) an Stellen entlang der Oberfläche vorliegt, an denen eine hohe Lichtintensität der Lasermode vorliegt.
  10. Laservorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Metaschicht und eine zweite Metaschicht aufeinander gestapelt sind und auf dem Emissionsbereich (22) angeordnet sind.
  11. Laservorrichtung (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lage, die das Material wenigstens eines der Metaschichten aufweist, insbesondere Siliziumdioxid aufweist, zwischen der ersten Metaschicht und der zweiten Metaschicht angeordnet ist.
  12. Laservorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metaelement (24) siliziumhaltiges Material beinhaltet.
  13. Laservorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metaelement (24) polarisationsabhängig das Laserlicht formt.
  14. Laservorrichtung (10) nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Metafortsätze (26) mit einem asymmetrischen oder elliptischen Querschnitt, der parallel zur Oberfläche ausgerichtet ist.
DE102022101668.4A 2022-01-25 2022-01-25 Laservorrichtung Pending DE102022101668A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022101668.4A DE102022101668A1 (de) 2022-01-25 2022-01-25 Laservorrichtung
PCT/EP2023/051357 WO2023144033A1 (de) 2022-01-25 2023-01-20 Halbleiterlaser mit einem metaelement

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022101668.4A DE102022101668A1 (de) 2022-01-25 2022-01-25 Laservorrichtung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102022101668A1 true DE102022101668A1 (de) 2023-07-27

Family

ID=85076087

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102022101668.4A Pending DE102022101668A1 (de) 2022-01-25 2022-01-25 Laservorrichtung

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102022101668A1 (de)
WO (1) WO2023144033A1 (de)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180278023A1 (en) 2017-03-23 2018-09-27 Samsung Electronics Co., Ltd. Vertical cavity surface emitting laser including meta structure reflector and optical device including the vertical cavity surface emitting laser
DE102017112235A1 (de) 2017-06-02 2018-12-06 Osram Opto Semiconductors Gmbh Laserdiode und Verfahren zum Herstellen einer Laserdiode
US20190041660A1 (en) 2018-09-12 2019-02-07 Intel Corporation Vertical-cavity surface emitting laser (vcsel) illuminator for reducing speckle
US20200025888A1 (en) 2018-05-14 2020-01-23 SOS Lab co., Ltd Lidar device
US20200366067A1 (en) 2019-04-30 2020-11-19 Aurelien David Optical Devices and Methods of Manufacture and Operation

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2434914A (en) * 2006-02-03 2007-08-08 Univ College Cork Nat Univ Ie Vertical cavity surface emitting laser device
US20180129866A1 (en) * 2016-11-10 2018-05-10 Intel Corporation Meta illuminator
CN109038214B (zh) * 2018-07-26 2020-01-03 华中科技大学 基于超表面的垂直腔面发射激光器及其制作方法
US20210167580A1 (en) * 2019-11-29 2021-06-03 Pinnacle Photonics (Us), Inc. Top emitting vcsel array with integrated gratings

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180278023A1 (en) 2017-03-23 2018-09-27 Samsung Electronics Co., Ltd. Vertical cavity surface emitting laser including meta structure reflector and optical device including the vertical cavity surface emitting laser
DE102017112235A1 (de) 2017-06-02 2018-12-06 Osram Opto Semiconductors Gmbh Laserdiode und Verfahren zum Herstellen einer Laserdiode
US20200025888A1 (en) 2018-05-14 2020-01-23 SOS Lab co., Ltd Lidar device
US20190041660A1 (en) 2018-09-12 2019-02-07 Intel Corporation Vertical-cavity surface emitting laser (vcsel) illuminator for reducing speckle
US20200366067A1 (en) 2019-04-30 2020-11-19 Aurelien David Optical Devices and Methods of Manufacture and Operation

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023144033A1 (de) 2023-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69827604T2 (de) Reflektierender überzug für wiederholtes beugungsgitter
DE19709228B4 (de) Geordnete Grenzflächentexturierung für ein lichtemittierendes Bauelement
DE60222290T2 (de) Optisches bauelement mit gradierter dicke und verfahren zu dessen herstellung
DE60313403T2 (de) Design einer Sondenspitze für ein optisches Nahfeldmikroskop
DE112015002819T5 (de) Organisches, elektrolumineszierendes Element, Grundmaterial und Licht-emittierende Vorrichtung
DE60222085T2 (de) Lichtleitplatte mit einer Antireflexionsschicht, Verfahren zu deren Herstellung, Beleuchtungsvorrichtung und Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung
EP0629592B1 (de) Verfahren zur Herstellung anorganischer diffraktiver Elemente und Verwendung derselben
DE4438368A1 (de) Anordnung zur Führung und Formung von Strahlen eines geradlinigen Laserdiodenarrays
EP0423513B1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Laserwafers
DE102004042748B4 (de) Konzentrisches oder spiralförmiges Beugungsgitter für einen Laserresonator
DE112019002367T5 (de) Metaflächen-Struktur und Verfahren zum Herstellen einer Metaflächen-Struktur
DE102007033567A1 (de) Phasenschiebe-Einrichtung und Laserresonator zur Erzeugung radial oder azimutal polarisierter Laserstrahlung
DE60133765T2 (de) Strahlformer
DE10025694C2 (de) Verwendung eines Beugungsgitters
DE102010012044A1 (de) Strukturierte Siliziumschicht für ein optoelektronisches Bauelement und optoelektronisches Bauelement
DE10229231A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Strahlung emittierenden und/oder empfangenden Halbleiterchips mit einer Strahlungsein- und/oder -auskoppel-Mikrostruktur
DE102022101668A1 (de) Laservorrichtung
DE10025214C2 (de) Littrow-Gitter sowie Verwendungen eines Littrow-Gitters
WO2023280793A2 (de) Vorrichtung und verfahren zur laserinterferenzstrukturierung von substraten mit periodischen punktstrukturen für antireflexionseigenschaften
DE202005021868U1 (de) Diffraktive Elemente mit Antireflex-Eigenschaften
DE60122482T2 (de) Selektive abscheidung eines materials auf ein substrat gemaess eines interferenzmusters
WO2006058749A1 (de) Pinhole mit einem refraktiven oder diffraktiven optischen element zur ortsfrequenzfilterung von laserstrahlen
LU102920B1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Laserinterferenzstrukturierung von Substraten mit periodischen Punktstrukturen für Antireflexionseigenschaften
DE60013534T2 (de) Optisches Filter und Resonanzhohlraum-LED mit diesem Filter
DE102012025565A1 (de) Optisches Kopplungssystem mit einem optischen Koppler und einem lichtdurchlässigen äußeren Medium sowie Herstellung und Verwendung eines solchen Systems

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified