JP2020507202A - 集積デジタルレーザ - Google Patents

集積デジタルレーザ Download PDF

Info

Publication number
JP2020507202A
JP2020507202A JP2019535886A JP2019535886A JP2020507202A JP 2020507202 A JP2020507202 A JP 2020507202A JP 2019535886 A JP2019535886 A JP 2019535886A JP 2019535886 A JP2019535886 A JP 2019535886A JP 2020507202 A JP2020507202 A JP 2020507202A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser device
layer
radiation
spatial light
light modulator
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
JP2019535886A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6886520B2 (ja
Inventor
フリードリヒ シューベルト，マーティン
フリードリヒ シューベルト，マーティン
ジェイソン グルントマン，マイケル
ジェイソン グルントマン，マイケル
Original Assignee
エックス デベロップメント エルエルシー
エックス デベロップメント エルエルシー
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 エックス デベロップメント エルエルシー, エックス デベロップメント エルエルシー filed Critical エックス デベロップメント エルエルシー
Publication of JP2020507202A publication Critical patent/JP2020507202A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6886520B2 publication Critical patent/JP6886520B2/ja
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]
    • H01S5/18302—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] comprising an integrated optical modulator
    • 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
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/105—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length
    • H01S3/1055—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length one of the reflectors being constituted by a diffraction grating
    • 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
    • H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H01S5/0265—Intensity modulators
    • 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
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
    • H01S5/0625—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes in multi-section lasers
    • H01S5/06251—Amplitude modulation
    • 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
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
    • 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
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
    • H01S5/06832—Stabilising during amplitude modulation
    • 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
    • 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
    • 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
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
    • H01S5/06233—Controlling other output parameters than intensity or frequency
    • H01S5/06246—Controlling other output parameters than intensity or frequency controlling the phase
    • 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
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/065—Mode locking; Mode suppression; Mode selection ; Self pulsating
    • H01S5/0651—Mode control
    • H01S5/0653—Mode suppression, e.g. specific multimode
    • 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
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/065—Mode locking; Mode suppression; Mode selection ; Self pulsating
    • H01S5/0651—Mode control
    • H01S5/0653—Mode suppression, e.g. specific multimode
    • H01S5/0655—Single transverse or lateral mode emission
    • 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
    • H01S5/14—External cavity lasers
    • H01S5/141—External cavity lasers using a wavelength selective device, e.g. a grating or etalon
    • 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
    • H01S5/14—External cavity lasers
    • H01S5/141—External cavity lasers using a wavelength selective device, e.g. a grating or etalon
    • H01S5/143—Littman-Metcalf configuration, e.g. laser - grating - mirror
    • 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
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

【課題】 プログラム可能な方法で可変横空間モード出力を生成することができる集積レーザデバイスのアーキテクチャを提供することである。【解決手段】 レーザデバイスは、レーザ波長透過性を有する材料から形成された基板と、レーザ波長の少なくとも一部の入射放射線を反射する第１の反射層と、レーザ波長の放射線の誘導放出を発生させるための利得媒質を含み、第１の反射層と基板との間に位置決めされた利得媒質含有層と、レーザ波長の少なくとも一部の入射放射線を反射する、基板を挟んで第１の反射層とは反対側にある第２の反射層と、第１の反射層および第２の反射層を備える光学キャビティ内の空間光変調器であって、各々が光学キャビティ内の異なる放射線経路に対応する素子アレイを備える空間光変調器と、放射線の可変横空間モード出力を生成するために動作中に空間光変調器に光学キャビティ内の放射線の強度または位相を選択的に変化させるコンピュータ制御装置とを含む。【選択図】図１Ａ

Description

本開示は、全般的には、集積レーザデバイスおよび集積レーザデバイスの製造方法に関する。
一般に、レーザビームは、回折光学素子、レンズ、ミラー、プリズムなどの１つまたは複数のビーム成形光学系にレーザの出力を通過させることによって成形され得る。所望の特定のレーザビームプロファイルに応じて、成形の効果は、ビーム幅にわたるビームの強度を均一化すること、またはビームに対する特定の断面形状（例えば、円形、長方形、楕円形）を確保すること、および／またはビーム断面内の特定のビーム強度プロファイルを確保することを含み得る。さらに、レーザビームは、例えば、空間光変調器（ＳＬＭ）を使用して、能動的に成形され得る。例えば、反射特性もしくは透過特性を別個に変化させることができる素子アレイから成る反射型もしくは透過型のＳＬＭは、レーザビームの経路内に位置決めされ、ＳＬＭの制御によってビームプロファイルを可変的に変化させるように操作され得る。多くの場合、ビーム成形光学系は、レーザの光学キャビティの外側に位置決めされる。
本開示は、プログラム可能な方法で可変横空間モード出力を生成することができる集積レーザデバイスのアーキテクチャを特徴とする。特定の実施態様では、デバイスは、レーザの光学キャビティ内にデジタル的にアドレス可能な空間光変調器（ＳＬＭ）を組み込む。ＳＬＭにより、光学キャビティ全体における放射損失および／または位相を空間的に変化させることができ、それに応じて、レーザ出力の強度プロファイルを変化させることができる。開示されているレーザデバイスを使用して得られる固有の横空間モードの数は、ＳＬＭアレイのサイズ、分解能、およびグレース−ケールのレベルによってのみ制限される。
全般的に、第１の態様では、本発明は、可変横空間モード出力を有するレーザデバイスであって、レーザ波長透過性を有する材料から形成された基板と、基板によって支持された第１の反射層であって、レーザ波長の少なくとも一部の入射放射線を反射するように構成された第１の反射層と、レーザ波長の放射線の誘導放出を発生させるための利得媒質含有層であって、第１の反射層と基板との間に位置決めされた利得媒質含有層と、基板を挟んで第１の反射層とは反対側で基板によって支持された第２の反射層であって、レーザ波長の少なくとも一部の入射放射線を反射するように構成された第２の反射層と、基板によって支持され、第１の反射層および第２の反射層を備える光学キャビティ内の放射線経路内に位置決めされた空間光変調器であって、各々が光学キャビティ内の異なる放射線経路に対応する素子アレイを備える空間光変調器と、空間光変調器と通信するコンピュータ制御装置とを含むレーザデバイスを特徴とする。動作中、コンピュータ制御装置は、レーザデバイスからの放射線の可変横空間モード出力を生成するために、空間光変調器に光学キャビティ内の放射線経路の各々における放射線の強度または位相を選択的に変化させる。
レーザデバイスの実施形態は、１つまたは複数の以下の特徴を含み得る。例えば、空間光変調器は、基板を挟んで利得媒質含有層とは反対側に位置し得る。空間光変調器は、透過型空間光変調器であり得る。
空間光変調器は、基板の利得媒質含有層と同じ側に位置し得る。空間光変調器は、反射型空間光変調器であり得る。第２の反射層は、利得媒質によって放出された入射放射線を空間光変調器に向けて反射するように、そして、空間光変調器によって反射された入射放射線を利得媒質に向けて反射するように配置され得る。
いくつかの実施形態では、第１の反射層は、レーザ波長の放射線のためのブラッグ反射器を含む。
第２の反射層は、チャープ反射格子のような反射格子を含み得る。
利得媒質は、量子井戸層を含み得る。
レーザデバイスは、利得媒質含有層と基板との間に第１の電極層を含み得る。いくつかの実施形態では、レーザデバイスはさらに、第２の電極層を含み得、第１の電極層および第２の電極層は、利得媒質含有層の反対側に位置する。第１の電極層および第２の電極層の一方または両方は、パターン電極層であり得る。第１の電極層は、レーザ波長透過性を有する導電性材料から形成され得る。第１の電極層は、レーザ放射線を通過させるためのアパーチャを含み得る。
第１の反射層または第２の反射層は、レーザ波長の放射線のための部分反射層であり得る。
レーザ波長は、２５０ｎｍ〜５，０００ｎｍであり得る。
動作中、利得媒質は、電気的にポンピングされ得る、光学的にポンピングされ得る、または電子ビームを使用してポンピングされ得る。
レーザデバイスは、ディスプレイまたは光通信システムの一部であり得る。
全般的に、別の態様では、本発明は、レーザデバイスの形成方法であり、第１の反射層および利得媒質含有層を含む発光モジュールを形成するステップであって、第１の反射層はレーザ波長の少なくとも一部の入射放射線を反射するように構成され、利得媒質含有層はレーザ波長の放射線の誘導放出を発生させるように構成される、発光モジュール形成ステップと、空間光変調器を形成するステップと、第１の反射層および第２の反射層によって画定された光学キャビティ内の放射線経路内に空間光変調器が位置決めされるように、レーザ波長透過性を有する材料から形成された共通基板に発光モジュールおよび空間光変調器を取り付けることによって、レーザデバイスを組み立てるステップであって、空間光変調器は各々が光学キャビティ内の基板層を通過する異なる放射線経路に対応する素子アレイを含む、レーザシステム組み立てステップと、を含む、上記方法を特徴とする。
該方法の実施態様は、１つまたは複数の以下の特徴および／または他の態様の特徴を含み得る。例えば、発光モジュールを形成するステップは、複数の層を積み重ねて連続的に形成するステップと、少なくともいくつかの層にパターン形成するステップとを含み得る。
レーザデバイスを形成するステップは、共通基板を使用して複数のデバイスを形成するステップと、複数の個々のデバイスを形成するために基板をダイシングするステップとを含み得る。
空間光変調器は、第２の反射器を含み得る。
第２の反射器は、第２の反射層であり得、空間光変調器は、透過型空間光変調器であり、第１の反射層と第２の反射層との間のレーザ放射線の経路であり得る。
空間光変調器および発光モジュールは、共通基板を挟んで共通基板の両側に配置され得る。
空間光変調器および発光モジュールは、共通基板の同じ側に配置され得、追加の反射器は、基板を挟んだ反対側に配置され、発光モジュールから空間光変調器へと光を方向付けし、またその逆に空間光変調器から発光モジュールへと光を方向付けるように構成される。
いくつかある利点の中で特に、集積レーザデバイスの実施態様は、プログラム可能な空間的に変化する出力プロファイルを生成する小型でロバストな発光素子を提供し得る。
有利には、開示されているデバイスのアーキテクチャは、ウエハ加工技術を使用して実現可能であり、小型で集積化されたフォームファクタを可能にし、経済的な方法で大規模な製造を可能にする。
本開示の対象の１つまたは複数の実施態様の詳細は、添付図面および以下の説明の中で示されている。本開示の対象の他の特徴、態様、および利点は、明細書、添付図面、および特許請求の範囲から明らかになるであろう。
集積レーザデバイスの一実施形態の断面図である。 図１Ａの集積レーザデバイスの斜視図である。 集積レーザデバイスの第２の実施形態の断面図である。 集積レーザデバイスの第３の実施形態の断面図である。 集積レーザデバイスの第４の実施形態の断面図である。 集積レーザデバイスを組み込んだ表示装置の概略図である。 集積レーザデバイスを組み込んだ光通信システムの概略図である。 集積レーザデバイスを制御するためのコンピュータシステムの一例を示す図である。
様々な図における同様の参照番号および記号は、同様の要素を示す。
図１Ａおよび図１Ｂには、例示的な集積レーザデバイス１００の断面図および斜視図がそれぞれ示されている。参照しやすくするために、デカルト軸が示されている。これに関して、物体の厚さは、ｚ軸に沿って測定したときの物体の寸法を指す。物体の側面積は、ｘ−ｙ平面における物体の面積を指す。「上部」および「底部」は、＋ｚ方向および−ｚ方向をそれぞれ指す。例えば、デバイス１００の上面は＋ｚ方向を向いた面を指し、底面は反対の面を指す。
デバイス１００は、上面で発光モジュールを支持し、底面で空間光変調器（ＳＬＭ）１４０および反射器１３０を支持する基板層１５０を含む。発光モジュールは、２つの電極で挟まれた利得媒質１１０を含む層１１２と、隣接する反射器１２０とで構成される集積デバイスである。
具体的には、第１の電極１７０が層１１２の上面に位置決めされ、第２の電極１７２が基板層１５０の上面と層１１０の底面との間に位置決めされる。第１の電極１７０および第２の電極１７２は、レーザ波長の放射線を実質的に透過する導電性材料から形成される。例えば、酸化インジウムスズは、可視波長用に使用され得る。他の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）、導電性ポリマー、金属グリッド、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン、ナノワイヤメッシュ、および極薄金属膜も使用され得る。電気接点１６０、１６２はそれぞれ、電極１７０、１７２との電気的接続を発生させる。電気接点１６０は、反射器１２０の上面に位置決めされ、ビア１６１によって電極１６０に電気的に接続される。
より一般的には、他の電極構造も可能である。例えば、いくつかの実施形態では、第１の電極および／または第２の電極は、動作波長で不透明になる導電性材料から形成され得る。例えば、可視の特定のＩＲ波長で不透明になり得る金属導体（例えば、アルミニウム、銅、金）が使用され得る。このような実施形態では、電極層は、放射線を透過するためのアパーチャを含み得る。
電流源１８０は、電気接点１６０、１６２に接続される。電流源は、コンピュータ制御装置１９０と通信しており、コンピュータ制御装置１９０の制御下にあり、コンピュータ制御装置１９０はさらにＳＬＭ１４０と通信している。
この場合、基板層１５０の両側にある反射器１２０、１４０は、光学キャビティを画定し、その内部にＳＬＭ１４０が配置される。動作中、電流源１８０は、電極１７０、１７２全体に電圧を印加することによって電荷担体を層１１２に注入する。層内の電子およびホールの再結合が、レーザ波長の放射線を放出する。放出された光子の少なくとも一部は、光学キャビティを複数回通過して、反射器１２０、１４０によって反射される。このキャビティ放射線の複数の放射線経路 は、図１Ａに両頭矢印で示されている。この放射線は、利得媒質を通過するときに誘導放出によって増幅され、発光モジュールを出て基板層１５０に入るときに発散し、ＳＬＭ１４０を覆うように拡散する。
反射器１２０は、部分反射器である、すなわち、実質的に全てのレーザ波長の入射放射線が反射されるのではなく、光の一部はレーザ出力１９９として透過される。例えば、反射器１２０は、レーザ波長で入射する約１％以上の放射線を透過し得る。反射器１２０は、金属化面（例えば、銀もしくはアルミニウム）のような平面反射板または分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）のような多層反射器であり得る。
ＳＬＭ１４０は、ｘ−ｙ平面に配置され、各々が独立してアドレス可能な複数の素子（ピクセル）を有する。これらの素子のうちの４つが、図１Ａに１４２ａ、１４２ｂ、１４２ｃ、および１４２ｄで示されている。一般に、アレイは、ｘ方向およびｙ方向の両方向に数百もしくは数千もの素子を含み得、各々が１０２〜１０４μｍ２のオーダーの面積を有し得る。典型的には、素子は、周期的アレイ構造に関連する回折効果を低減するために動作波長より大きい寸法（例えば、５Ｘ、１０Ｘ、またはそれ以上）を有する。
対応するＳＬＭ素子の状態に応じて、ＳＬＭ１４０は、レーザ波長の入射放射線の一部を反射器１３０に向けて透過させ、反射器１３０は、入射放射線が通った経路に沿って入射放射線を跳ね返す。すなわち、この構成では、反射器１３０は、平面鏡面反射板ではない。むしろ、反射器１３０は、入射キャビティ放射線のリトロー（Ｌｉｔｔｒｏｗ）条件を満たすように構成された構造を有するチャープ格子であり得る。代替的に、または追加的に、反射器１３０は、各々が局所キャビティ放射線の入射面に対して垂直な周期的構造で配向された複数のタイル状格子から形成され得る。例えば、各々のミラーが局所キャビティ放射線に対して垂直になるように配置されたミラーアレイで構成された構造化界面のような他の反射器も可能である。再帰反射シートが使用されてもよい。
動作中、コンピュータ制御装置１９０は、各々のＳＬＭ素子によって透過されるキャビティ放射線量を変化させるために、制御信号によってＳＬＭ１４０を駆動する。結果として、キャビティ放射線の強度はキャビティの横方向に変化し、比較的低い放射線強度領域が比較的少ない量の入射キャビティ放射線を透過するように設定されたＳＬＭ素子に対応すると同時に、これらの領域は比較的高い強度を有する高透過率ＳＬＭ素子に対応する。中間強度レベルは、ＳＬＭにおける中間透過率によって得られる。結果として生じたデバイス１００の上面からの放出１９９は、キャビティ放射線と同じ強度プロファイルを共有する。したがって、システムは、ＳＬＭの分解能および透過レベル数に対応する分解能および強度グレーレベルを有するデバイスから放出されたレーザ放射線の強度プロファイルを制御し、変化させることができる。さらに、プロファイルは、ＳＬＭの変調速度（例えば、１００Ｈｚ以上、最大で１ｋＨｚ以上）で変化し得る。
様々な透過型ＳＬＭ技術がＳＬＭ１４０に使用され得る。例えば、液晶（ＬＣ）ＳＬＭが使用され得る。ＬＣ ＳＬＭの例は、ネマチック相ＬＣ ＳＬＭおよび強誘電性ＬＣ ＳＬＭを含む。典型的には、ＬＣ ＳＬＭは、ＳＬＭによって透過される量を制御することによって、または透過される偏光の位相を制御することによって、光を変調する。特定の偏光状態の光を吸収するのに直線偏光子が使用され得、その状態を有する光のほとんどがＬＣセルによって制御される。より一般的には、電気光学的応答を生成する他の材料ベースのＳＬＭが使用され得る。カー（Ｋｅｒｒ）効果を使用して選択的に放射線の位相変化をもたらすＳＬＭが使用されてもよい。例えば、ポッケルス（Ｐｏｃｋｅｌｓ）効果を使用する結晶性物質ベースのＳＬＭが使用されてもよい。例えば、ニオブ酸リチウムは、一般的に使用される電気光学結晶である。いくつかの実施形態では、ＳＬＭ内の電気光学的効果を生成するのに、ポリマー系の電気光学材料、例えば、ポリマー格子内に非線形光学発色団が配置された材料が使用される。
さらに、層１１２は、通常、光学利得を生成する様々な成分層を有し得る。例えば、いくつかの実施形態では、利得媒質１１０は、量子井戸または複数の量子井戸構造の形態である。一般に、量子井戸は、層表面に対して垂直な次元に（準）粒子（典型的には、電子またはホール）を閉じ込めることができるが、他の次元の動きは制限されない薄層である。
量子井戸は、例えば、半導体媒質の薄層から形成され、バンドギャップが大きい他の半導体層間に埋め込まれ得る（例えば、ＡｌＧａＡｓに埋め込まれたＧａＡｓ量子井戸、またはＧａＡｓに埋め込まれたＩｎＧａＡｓ量子井戸）。このような量子井戸の厚さは、典型的には、およそ２〜２０ｎｍである。このような薄層は、分子線エピタキシ法（ＭＢＥ）または有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＤ）によって製造され得る。いくつかの実施形態では、量子井戸層を形成するのに、例えば、より厚い量子井戸層（例えば、２０ｎｍ以上の厚さ）が望ましい場合に、液層エピタキシが使用され得る。電子およびホールは共に、半導体量子井戸内に閉じ込められ得る。
特定の実施形態では、層１１２は、ホモ接合構造またはヘテロ接合構造のような放出面積を形成するｐｎ接合を含む。ホモ接合は、ｐ型半導体の１つの層と隣接するｎ型半導体の層との間に形成された接合を指す。ヘテロ構造は、ｐｎ接合が２つ以上の型の半導体から形成され、通常は、バンドギャップが大きい別の半導体材料の層の間にバンドギャップが小さい隣接するｐ型、ｎ型半導体が存在する。
いくつかの実施形態では、層１１２は、放射線の誘導放出を容易にするために、量子ドット構造または量子ダッシュ構造を含み得る。典型的には、量子ドットは、非常に小さい半導体微粒子（例えば、数ナノメートルのオーダーの寸法を有する）である。量子ドットの放射線放出特性は、ドットのサイズおよび組成に応じて変化し得る。量子ダッシュは、細長いナノ構造（例えば、２つの寸法は量子ドットのサイズであるが、第３の寸法は数百ｎｍのようにはるかに長い）を指す。
基板層１５０は、レーザ波長に対して実質的に透過性を有し、デバイス１００の他の構成要素を支持するのに十分な機械的強度を有し、デバイス１００を製造するのに使用される技術に適合する機械的特性および化学的特性を有する材料から形成される。いくつかの実施形態では、基板層１５０は、シリコン（例えば、結晶シリコン、多結晶シリコン、またはアモルファスシリコン）から形成される。シリコンは、実質的に、例えば、約１．１ミクロンを超える波長を有する赤外光を透過する。いくつかの実施態様では、基板層１５０は、液晶ディスプレイに一般的に使用されるガラスまたはプラスティックのような、光学波長に対して実質的に透過性を有する材料から形成される。
基板層１５０の厚さは、発光モジュールから出るキャビティ放射線の発散およびＳＬＭ１４０のサイズに基づいて選択される。一般に、基板層１５０は、実質的にＳＬＭの全面積が照らされるように（または少なくとも、円形ビーム断面に対して、ＳＬＭにおけるビーム直径がＳＬＭの横方向寸法とほぼ等しくなるように）十分な厚さを有する。例えば、約１５°の発散円錐角を有する円錐ビームに対して１ｃｍ×１ｃｍのＳＬＭを覆うのに十分なビーム発散を生成するためには、約２ｃｍの基板層厚さが必要である。小さいＳＬＭおよび／または大きいビーム発散には、薄い基板層が使用され得る。逆に、大きいＳＬＭおよび／または小さいビーム発散には、厚い基板層が必要になり得る。
概して、集積レーザデバイス１００は、様々な異なる波長に対して実装され得る。ＵＶ（例えば、２００ｎｍ〜３８０ｎｍ）、可視光（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）、およびＩＲ（７８０ｎｍ〜２，０００ｎｍ以上）の波長での実装も可能である。いずれの場合にも、デバイスの構成要素の材料は、選択された動作波長で必要な機能性を有するように選択される。例えば、ＩｎＧａＡｓＰは、約１，５５０ｎｍの動作波長に使用され得る。別の実施例として、約２００ｎｍ〜５５０ｎｍの動作波長にＡｌＧａＩｎＮが使用され得、約５５０ｎｍ〜７００ｎｍの動作波長にＡｌＩｎＧａＰが使用され得る。
デバイス１００は、図１Ａおよび図１Ｂでは、基板層１５０の底側に透過型ＳＬＭ１４０および反射器１３０を有するものとして示されているが、他の構成も可能である。例えば、いくつかの実施形態では、ＳＬＭ１４０および反射器１３０の機能は、反射型ＳＬＭのような単一層の中で組み合わされ得る。反射型ＳＬＭの例として、マイクロミラーアレイ（ＭＭＡ）のような微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ＳＬＭが挙げられる。エルコス（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ ｓｉｌｉｃｏｎ：ＬＣｏＳ）ＳＬＭのような反射型ＬＣ ＳＬＭも可能である。
さらに、反射器１２０は、デバイス１００内の部分反射器として構成され、ｚ方向の放出１９９、−ｚ方向の放出も可能になる。例えば、いくつかの実施態様では、デバイス１００は、ＳＬＭ１４０および反射器１３０が部分的にレーザ放射線を透過するように構成され得る。このような場合、反射器１２０は、実質的に全ての入射レーザ放射線を反射し、デバイス１００の側からの放出を削減し得る。
さらに、ＳＬＭ１４０および発光モジュールはデバイス１００の基板層１５０の両側に配置されるが、ＳＬＭが基板の発光モジュールと同じ側に配置されるアーキテクチャも可能である。例えば、図２を参照すると、集積レーザデバイス２００は、発光モジュールおよびＳＬＭ２３０を同じ側で支持する基板層２５０を含む。
この場合、発光モジュールは、電極層２７０、２７２に挟まれた利得媒質２１０を有する層２１２を含む。電極層２７２は、基板層２５０の上面に隣接して位置決めされる。電極層２７０は、層２１２と上部反射器２２０との間に位置決めされる。上部反射器２２０は、レーザ波長の放射線のための部分反射器であり、デバイス２００の出力カプラとしての機能を果たす。電極層２７０の電気接点２６０は、反射器２２０の上面に位置決めされ、ビア（図示せず）によって電極２７０に電気的に接続される。電極層２７２は、発光モジュールを越えて基板層２５０の上面で横方向に延在して露出領域を形成し、その上に電気接点２６２が形成される。発光モジュールは、上記のレーザデバイス１００の発光モジュールに関して説明したのと同様に動作する。
第２の反射器２４０は、基板層２５０の底面に形成され、反射型ＳＬＭ２３０（例えば、ＭＭＡもしくはＬＣｏＳ ＳＬＭ）は上面にある発光モジュールに隣接して位置決めされる。動作中、発光モジュールからのキャビティ光は基板層２５０を下方へ通過し、第２の反射器２４０から反射され、再びＳＬＭ２３０に向かって基板層２５０を通過する。この基板層２５０を通過するダブルパス経路は、ＳＬＭ２３０から発光モジュールへと戻る逆コースを辿る。図２における光線２０１、２０２は、この状態を示している。
様々なタイプの反射器が反射器２４０に使用され得る。例えば、反射器２４０は、低次（例えば、ゼロ次、一次）回折極大がＳＬＭ２３０上の対応する位置に向けられるように、入射キャビティ放射線を回折させるように設計された格子を含み得る。あるいは、反射器２４０は、入射キャビティ放射線がＳＬＭ２３０上の対応する位置に向けて反射されるように、反射材料（例えば、反射金属）で被覆されたファセットを含むブレーズド面を含み得る。
ＳＬＭ２３０は反射型ＳＬＭとして示されているが、いくつかの実施形態では、図１に示されているレーザデバイス１００に関して説明したように、別の反射器と組み合わせた透過型ＳＬＭが使用されてもよい。
基板層の１つの面に発光モジュールおよびＳＬＭの両方を支持させることは、このような配置は基板層の両側に複雑な構成要素を有するデバイスに比べて製造しやすくなり得るので、有利であり得る。代替的に、または追加的に、デバイス２００のアーキテクチャは、基板層２５０を通過するキャビティ放射線のダブルパスの形にすることにより、より薄い基板層を使用することができると同時に、それでもＳＬＭから反射する前のキャビティ放射線の十分な発散を可能にするので、デバイス１００に比べて薄いデバイスの使用を容易にし得る。
一般に、レーザデバイスは、構造体に組み込まれる追加の構成要素を含み得る。例えば、図３を参照すると、集積レーザデバイス３００は、発光モジュールと基板層３５０との間に発散光学層３０１を含む。残りの構造は、デバイス１００の構造と同様である。具体的には、デバイス３００の発光モジュールは、電極３７０、３７２に挟まれた利得媒質３１０を含む層３１２と、反射器３２０とを含む。電気接点３６０、３６２はそれぞれ、電極３７０、３７２と電気的に接続される。ＳＬＭ３４０および反射器３３０は、発光モジュールおよび発散光学層３０１の反対側の基板層３５０の底面に位置決めされる。
発散光学層３０１は、発光モジュールを出て基板層３５０に入るレーザ波長の放射線の角度発散を増加させ、逆に、基板層３５０を出て発光モジュールに入るレーザ波長の放射線の角度発散を低減するように動作する。発散光学層３０１は、例えば、回折層または屈折層であり得る。例えば、発散光学層３０１は、放射線が層を通過するときに放射線を回折させるように設計された回折構造（例えば、１次元もしくは２次元格子）を含み得る。例えば、チャープ格子が使用され得る。あるいは、いくつかの実施形態では、発散光学層３０１は、発散を増加／減少させるために入射放射線を屈折させる屈折構造（例えば、レーザ波長で異なる屈折率を有する２つの媒質間の曲面またはファセット界面）を含み得る。
デバイス３００の一部として発散光学層を使用することは、比較的薄い基板層と共に比較的大きな側面積を有するＳＬＭの使用を容易にし得る。
発散光学層の代わりに、または発散光学層に加えて、他の構成要素が含まれてもよい。例えば、利得媒質３１０の基板側に（例えば、発散光学層３０１がデバイス３００内で位置決めされる場所に）別の部分反射器（例えば、部分ＤＢＲ）が含まれてもよい。利得媒質の両側に（少なくとも部分）反射器を含むことは、制御されたＳＬＭの影響を受けずに少なくとも一部の光フィードバックおよびデバイスの横方向の放出を確実にし得る。
発光モジュールよりも大きい側面積を有するＳＬＭを使用するために基板層の厚さを低減して発光モジュールからの光の十分な発散を維持するのに発散光学層が使用され得るが、デバイスの厚さを低減するための他の技術も可能である。例えば、いくつかの実施形態では、非常に薄い基板層を使用してＳＬＭの側面積全体を照らすのに適切な経路長を確保するために基板層内の放射線の光路を折り曲げることが可能である。図４を参照すると、例えば、集積レーザデバイス４００は、基板層の上面で発光モジュール４１０および反射型ＳＬＭ４２０（例えば、ＭＭＡもしくはＬＣｏＳ ＳＬＭ）を両方ともに支持する薄い基板層４３０を含む。反射層４４０、４５０（例えば、金属化反射器）は、基板層４３０の底面および上面それぞれに配置される。
光線４０１、４０２で例示されたキャビティ放射線は、発光モジュール４１０から基板層４３０へと放出される。キャビティ光は、上部反射層および底部反射層から複数回反射して、基板層内でＳＬＭ４２０へと案内されるときに発散する。ＳＬＭ４２０は、ビームを変調して、同じ経路に沿って発光モジュール４１０へと戻すようにビームを方向付ける。いくつかの実施形態では、反射型ＳＬＭ４２０は、透過型ＳＬＭおよび反射器に置き換えられ得る。
発光モジュール４１０から基板層４３０への方向性結合を行うために結合層（例えば、格子）が使用され得る。
いくつかの実施態様では、キャビティ放射線を基板層４３０内に閉じ込めて案内するのに、反射層ではなく、全内部反射が使用され得る。
このようなアーキテクチャを使用することで、特に薄い基板層が比較的大きなＳＬＭと共に使用され得る。例えば、０．２５ｃｍ以下（例えば、０．１ｃｍ以下、０．０５ｃｍ以下）の基板層が、１ｃｍ２以上（例えば、２ｃｍ２以上、３ｃｍ２以上、４ｃｍ２以上）の面積を有するＳＬＭと共に使用され得る。
一般に、別の代替形態も可能である。例えば、上述の例はＳＬＭ上のピクセル化を特徴とするが、デバイスにさらなる変動性レベルを付与するために追加の構成要素もピクセル化され得る。例えば、いくつかの実施態様では、担体を利得媒質に注入するための電極の一方または両方がピクセル化され、利得媒質における空間的利得を変化させるために局所電流密度変化をもたらす。このような実施態様は、デバイスのレーザ出力における追加の強度制御レベルを実現し得るので、有利であり得る。
いくつかの実施形態では、発光モジュール全体がピクセルアレイとして構成され得る。
他の構成も可能である。いくつかの実施態様では、発光モジュールは、リッジレーザ（例えば、ｙ方向に光学キャビティを画定する）として構成され得、ＳＬＭはｚ方向のデバイスからの二次放出を空間的に変化させるように構成され得る。例えば、リッジレーザは、二次格子（例えば、導波路表面に実質的に垂直な方向に基板層へと光を分散させる格子構造）と共に使用され得る。二次格子は、例えば、上部または下部リッジ表面に誘電体周期構造から、または波形リッジ側壁もしくは上面から形成され得る。
さらに、上記実施態様は利得媒質の反転分布を実現するために電気ポンピングを使用するが、他の実施形態では、異なるポンピング方式が利用され得る。例えば、光ポンピングまたは電子ビームポンピングが使用され得る。
一般に、上述の集積レーザデバイスは、半導体デバイスの製造で一般的に使用される技術、具体的には、ウエハもしくはＬＣＤ加工技術を使用して製造され得る。例えば、集積レーザデバイスの構成要素部分は、基板層上に材料の層を連続的に蒸着させて、必要に応じて各々の層にパターン形成することによって形成され得る。層蒸着は、形成される層の性質（例えば、材料、厚さ、結晶化度など）および層が形成される支持面の性質に基づいて、様々な技術を使用して実行され得る。蒸着技術の例として、物理気相成長法（ＰＶＤ）、化学気相成長法（ＣＶＤ）、電気化学析出法（ＥＣＤ）、分子線エピタキシ法（ＭＢＥ）、および原子層堆積法（ＡＬＤ）が挙げられる。
層パターン形成は、一般に、リソグラフィー技術を使用して行われる。リソグラフィー技術では、レジスト層にパターンが転写され、次のエッチングステップでレジスト層から材料の上位層または下位層にパターンが転写される。レジスト層の最初のパターン形成は、例えば、フォトリソグラフィーまたはインプリントリソグラフィーを使用して行われ得る。材料を除去するのに、ウェットエッチング、ドライエッチング、および／またはプラズマエッチングが使用され得る。露出面を平らにするのに、研磨プロセス（例えば、化学機械研磨）が使用され得る。
場合によっては、発光モジュールは１つの基板上に形成され、ＳＬＭは第２の基板上に形成され得る。２つの基板は、その後、接合されて、集積レーザデバイスが形成される。
いくつかの実施形態では、発光モジュールは１つの製造プロセス内で形成され得るが、ＳＬＭは第２の別個のプロセスで製造される。２つの構成要素は、その後、共通の基板層に接合されて、集積レーザデバイスが形成される。このようなアプローチは、特に厚い基板層が必要な場合に（例えば、基板層が、２ｃｍ以上、最大で約５ｃｍのような１ｃｍ以上の厚さである場合に）、望ましいことがある。また、このようなアプローチは、２つの構成要素が共通基板層の同じ側で接合される場合に、および／または異なる構成要素が異なる業者によって製造される場合に、望ましいことがある。
さらに、単一ウエハ上に複数のデバイスを形成するのに、ウエハ加工技術が使用され得、ウエハは、その後、ダイシングされて、個々のレーザデバイスが作成される。
集積レーザデバイスは、例えば、プリント基板上に統合することによって、容易に大型のシステムに組み込まれ得るロバストな構成要素を形成するために、さらにパッケージングされ得る。従来、集積回路、ＬＥＤ、およびダイオードレーザをパッケージングするのに使用されていたチップパッケージング技術が使用され得る。
一般に、上述の集積レーザデバイスは、空間的に変化する強度プロファイルを有する放射線が望まれるような様々な用途で使用され得る。例えば、集積レーザデバイスは、ディスプレイ用途で使用され得る。図５を参照すると、例示的な表示システム５００は、集積レーザデバイスモジュール５１０と、制御モジュールと、光学投影モジュール５３０とを含む。レーザデバイスモジュール５１０は、上述の集積レーザデバイスのような１つまたは複数の集積レーザデバイスを含む。例えば、レーザデバイスモジュール５１０は、各々が異なる色を有する変調光を放出するように構成された複数のレーザデバイス（例えば、赤、緑、青、および／またはシアン、マゼンタ、ターコイズのエミッタ）を含み得る。代替的に、または追加的に、レーザデバイスモジュールは、各々が同じ色を有する複数の集積レーザデバイスを含み得、これらは一緒にタイル状に並べられることにより、個々のレーザデバイス（この分解能はＳＬＭの分解能に対応する）よりも高い分解能を有するディスプレイが作成される。
動作中、ディスプレイドライバを含む制御モジュール５２０は、レーザデバイスモジュール５１０に信号を送り、レーザデバイスに画像情報を含む変調光５９９を光学投影モジュール５３０へ放出させる。光学投影モジュール５３０は、スクリーン５４０上に変調光５９９から画像を形成する投影光学系（例えば、レンズ、ミラー、および／または回折光学素子）を含む。
別の実施例として、集積レーザデバイスは、光通信用途で使用され得る。図６を参照すると、例えば、光通信システム６００は、集積レーザデバイスモジュール６１０と、制御モジュール６２０と、リレー光学モジュール６３０と、検出モジュール６４０と、信号受信モジュール６５０とを含む。
動作中、制御モジュール６２０は、レーザデバイスモジュール６１０に信号を送り、モジュール６１０内のレーザデバイスに情報が符号化された変調光６９９を放出させる。リレー光学モジュール６３０は、変調光を受け取って、検出モジュール６４０へと方向付ける。検出モジュール６４０内のピクセルセンサ（単数または複数）は、光の変調パターンを監視し、符号化情報を含む対応信号を信号受信モジュール６５０に送信する。信号受信モジュール６５０は、その後、情報を復号する。
一般に、通信システム６００は、自由空間光学系、導波路光学系、および／または集積光学素子を含み得る。例えば、リレー光学モジュール６３０は、検出モジュール６４０内のセンサ（または複数のセンサ）上でレーザデバイスモジュール６１０内の１つまたは複数のレーザデバイスからの変調放出プロファイルの遠視野画像を形成する自由空間素子を含み得る。
変調光６９９のプロファイルへの情報の空間符号化により、通信システム６００は、変調光６９９の比較的遅い変調速度であっても、膨大な情報を同時に検出モジュール６４０に伝達することができる。
本明細書に記載されている集積レーザデバイスおよびこれらのデバイスを含むシステムのいくつかの態様は、本明細書で開示されている構造およびその構造的均等物を含む、デジタル電子回路内で、またはコンピュータソフトウェア、ファームウェア、もしくはハードウェア内で、またはこれらの１つまたは複数の組み合わせにおいて実装され得る。例えば、いくつかの実施態様では、コンピュータ制御装置１９０は、デジタル電子回路を使用して、またはコンピュータソフトウェア、ファームウェア、もしくはハードウェアにおいて、またはこれらの１つまたは複数の組み合わせにおいて実装され得る。
用語「コンピュータ制御装置」は、データ処理および／または信号生成制御のためのあらゆる種類の装置、デバイス、およびマシン、例として、プログラマブルプロセッサ、コンピュータ、システム・オン・チップ、または、上述したもののうちの複数のもの、もしくは組み合わせを含む。該装置は、専用の論理回路、例えば、ＦＰＧＡ（フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ）またはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）を含み得る。該装置はさらに、ハードウェアの他に、当該コンピュータプログラムのための実行環境を作成するコード、例えば、プロセッサファームウェアを構成するコード、プロトコルスタック、データベース管理システム、オペレーティングシステム、クロスプラットフォームランタイム環境、仮想マシン、またはこれらの１つまたは複数の組み合わせを含み得る。該装置および実行環境は、ウェブサービス、分散コンピューティングインフラストラクチャおよびグリッド・コンピューティング・インフラストラクチャのような様々な異なるコンピューティングモデルのインフラストラクチャを実現し得る。
コンピュータプログラム（プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、スクリプト、またはコードとしても周知である）は、コンパイラ型言語もしくはインタープリタ型言語、宣言型言語もしくは手続き型言語を含む任意の形式のプログラミング言語で書き込まれ得る。コンピュータプログラムは、ファイルシステム内のファイルに対応し得るが、対応しなくてもよい。プログラムは、他のプログラムまたはデータ（例えば、マークアップ言語文書内に記憶されている１つまたは複数のスクリプト）を保持するファイルの一部、当該プログラム専用の単一ファイル、または複数の協調ファイル（例えば、１つまたは複数のモジュール、サブプログラム、もしくはコードの一部を記憶するファイル）内に記憶され得る。コンピュータプログラムは、１つのコンピュータ上で、または、１つの場所にある、もしくは複数の場所に分散されて通信ネットワークによって相互接続された複数のコンピュータ上で実行されるように展開され得る。
上述したプロセスのいくつかは、入力データ上で操作して出力を生成することによって動作を実行するために、１つまたは複数のコンピュータプログラムを実行する１つまたは複数のプログラマブルプロセッサによって実行され得る。さらに、プロセスおよび論理の流れは、専用の論理回路、例えば、ＦＰＧＡ（フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ）またはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）によって実行され得、装置は、専用の論理回路、例えば、ＦＰＧＡ（フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ）またはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）として実装され得る。
コンピュータプログラムの実行に適したプロセッサは、例として、汎用および専用のマイクロプロセッサの両方、および任意の種類のデジタルコンピュータのプロセッサを含む。一般に、プロセッサは、リード・オンリ・メモリまたはランダム・アクセス・メモリまたはその両方から命令およびデータを受信する。コンピュータは、命令に従って動作を実行するためのプロセッサと、命令およびデータを記憶するための１つまたは複数のメモリデバイスとを含む。コンピュータはさらに、データを記憶するための１つまたは複数の大容量記憶装置（例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、または光ディスク）を含み得る、または大容量記憶装置からデータを受信するもしくは大容量記憶装置にデータを転送する、またはその両方のために大容量記憶装置に動作可能に結合され得る。しかしながら、コンピュータはこのようなデバイスを有さなくてもよい。コンピュータプログラム命令およびデータを記憶するのに適したデバイスは、例として、半導体メモリデバイス（例えば、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリデバイスなど）、磁気ディスク（例えば、内蔵ハードディスク、取り外し可能なディスクなど）、光磁気ディスク、およびＣＤ ＲＯＭディスクならびにＤＶＤ−ＲＯＭディスクを含む、あらゆる形態の不揮発性メモリ、媒体およびメモリデバイスを含む。プロセッサおよびメモリは、専用論理回路によって補完され得る、またが専用論理回路に組み込まれ得る。
ユーザとの対話を提供するために、動作は、情報をユーザに表示するための表示装置（例えば、モニタ、もしくは別のタイプの表示装置）と、ユーザがコンピュータに入力するための手段であるキーボードならびにポインティングデバイス（例えば、マウス、トラックボール、タブレット、タッチスクリーン、もしくは別のタイプのポインティングデバイス）とを有するコンピュータ上に実装され得る。ユーザとの対話を提供するのに他の種類のデバイスも使用され得る。例えば、ユーザへのフィードバックは、任意の形態の感覚フィードバック例えば、視覚フィードバック、聴覚フィードバック、触覚フィードバックで行われ、ユーザからの入力は、音響入力、音声入力、もしくは触覚入力を含む任意の形態で受信され得る。さらに、コンピュータは、ユーザによって使用されているデバイスに対する文書の送受信によって、例えば、ウェブブラウザから受信された要求に応答してウェブページをユーザのクライアントデバイス上のウェブブラウザに送信することによって、ユーザと対話し得る。
コンピューティングシステムは、単一コンピューティングデバイス、または互いに接近して動作する、もしくは通常は互いに遠隔にあり、一般に通信ネットワークを介して対話する複数のコンピュータを含み得る。通信ネットワークの例としては、ローカルエリア・ネットワーク（ＬＡＮ）および広域ネットワーク（ＷＡＮ）、インターネットワーク（例えば、インターネット）、衛星リンクを備えるネットワーク、ピアツーピア・ネットワーク（例えば、アドホック・ピアツーピア・ネットワーク）が挙げられる。クライアントとサーバとの関係は、個々のコンピュータ上で実行し、互いのクライアント・サーバ関係を有するコンピュータプログラムによって生じ得る。
図７は、プロセッサ７１０と、メモリ７２０と、記憶装置７３０と、入出力装置７４０とを含むコンピューティングシステム７００の一例を示している。構成要素７１０、７２０、７３０、７４０の各々は、例えば、システムバス７５０によって、相互接続され得る。プロセッサ７１０は、システム７００内の実行のための命令を処理することができる。いくつかの実施態様では、プロセッサ７１０は、シングルスレッドプロセッサ、マルチスレッドプロセッサ、または別のタイプのプロセッサである。プロセッサ７１０は、メモリ７２０内または記憶装置７３０に記憶されている命令を処理することができる。メモリ７２０および記憶装置７３０は、システム７００内の情報を記憶し得る。
入出力装置７４０は、システム７００に対する入出力動作を行う。いくつかの実施態様では、入出力装置７４０は、ネットワーク・インターフェース・デバイス（例えば、イーサネットカード）、シリアル通信デバイス（例えば、ＲＳ−２３２ポート）、および／またはワイヤレス・インターフェース・デバイス（例えば、８０２．１１カード、３Ｇワイヤレスモデム、４Ｇワイヤレスモデムなど）のうちの１つまたは複数を含み得る。いくつかの実施態様では、入出力装置は、入力データを受信し、出力データを他の入出力装置（例えば、キーボード、プリンタ、および表示装置７６０）に送信するように構成されたドライバ装置を含み得る。いくつかの実施態様では、モバイル・コンピューティング・デバイス、モバイル通信デバイス、および他のデバイスも使用され得る。
多くの実施形態について説明してきた。しかし、本発明の精神および範囲から逸脱せずに、様々な修正を行うことができることは理解できるであろう。したがって、他の実施形態も特許請求の範囲内に含まれる。

Claims (27)

  1. 可変横空間モード出力を有するレーザデバイスであって、
    レーザ波長透過性を有する材料から形成された基板と、
    前記基板によって支持された第１の反射層であって、前記レーザ波長の少なくとも一部の入射放射線を反射するように構成された第１の反射層と、
    前記レーザ波長の放射線の誘導放出を発生させるための利得媒質含有層であって、前記第１の反射層と前記基板との間に位置決めされた利得媒質含有層と、
    前記基板を挟んで前記第１の反射層とは反対側で前記基板によって支持された第２の反射層であって、前記レーザ波長の少なくとも一部の入射放射線を反射するように構成された第２の反射層と、
    前記基板によって支持され、前記第１の反射層および前記第２の反射層を備える光学キャビティ内の放射線経路内に位置決めされた空間光変調器であって、各々が前記光学キャビティ内の異なる放射線経路に対応する素子アレイを備える空間光変調器と、
    前記空間光変調器と通信するコンピュータ制御装置と
    を備え、
    動作中、前記コンピュータ制御装置は、前記レーザデバイスからの放射線の可変横空間モード出力を生成するために、前記空間光変調器に前記光学キャビティ内の前記放射線経路の各々における放射線の強度または位相を選択的に変化させる、レーザデバイス、
  2. 前記空間光変調器は、前記基板を挟んで前記利得媒質含有層とは反対側に位置する、請求項１に記載のレーザデバイス。
  3. 前記空間光変調器は、透過型空間光変調器である、請求項２に記載のレーザデバイス。
  4. 前記空間光変調器は、前記基板の前記利得媒質含有層と同じ側に位置する、請求項１に記載のレーザデバイス。
  5. 前記空間光変調器は、反射型空間光変調器である、請求項４に記載のレーザデバイス。
  6. 前記第２の反射層は、前記利得媒質によって放出された入射放射線を前記空間光変調器に向けて反射するように、そして、前記空間光変調器によって反射された入射放射線を前記利得媒質に向けて反射するように配置される、請求項４に記載のレーザデバイス。
  7. 前記第１の反射層は、前記レーザ波長の放射線のためのブラッグ反射器を備える、請求項１に記載のレーザデバイス。
  8. 前記第２の反射層は、反射格子を備える、請求項１に記載のレーザデバイス。
  9. 前記反射格子は、チャープ格子である、請求項８に記載のレーザデバイス。
  10. 前記利得媒質は、量子井戸層を備える、請求項１に記載のレーザデバイス。
  11. 前記利得媒質含有層と前記基板との間に第１の電極層をさらに備える、請求項１に記載のレーザデバイス。
  12. 第２の電極層をさらに備え、前記第１の電極層および前記第２の電極層は、前記利得媒質含有層の反対側に位置する、請求項１１に記載のレーザデバイス。
  13. 前記第１の電極層および前記第２の電極層の一方または両方は、パターン電極層である、請求項１１に記載のレーザデバイス。
  14. 前記第１の電極層は、前記レーザ波長透過性を有する導電性材料から形成される、請求項１１に記載のレーザデバイス。
  15. 前記第１の電極層は、レーザ放射線を通過させるためのアパーチャを備える、請求項１１に記載のレーザデバイス。
  16. 前記第１の反射層または前記第２の反射層は、前記レーザ波長の放射線のための部分反射層である、請求項１に記載のレーザデバイス。
  17. 前記レーザ波長は、２５０ｎｍ〜５，０００ｎｍである、請求項１に記載のレーザデバイス。
  18. 動作中、前記利得媒質は、電気的にポンピングされる、光学的にポンピングされる、または電子ビームを使用してポンピングされる、請求項１に記載のレーザデバイス。
  19. 請求項１に記載のレーザデバイスを備えるディスプレイ。
  20. 請求項１に記載のレーザデバイスを備える光通信システム。
  21. レーザデバイスの形成方法であって、
    第１の反射層と利得媒質含有層とを備える発光モジュールを形成するステップであって、前記第１の反射層はレーザ波長の少なくとも一部の入射放射線を反射するように構成され、前記利得媒質含有層は前記レーザ波長の放射線の誘導放出を発生させるように構成される、発光モジュール形成ステップと、
    空間光変調器を形成するステップと、
    前記第１の反射層および第２の反射器によって画定された光学キャビティ内の放射線経路内に前記空間光変調器が位置決めされるように、前記レーザ波長透過性を有する材料から形成された共通基板に前記発光モジュールおよび前記空間光変調器を取り付けることによって前記レーザデバイスを組み立てるステップであって、前記空間光変調器は各々が前記光学キャビティ内の前記基板層を通過する異なる放射線経路に対応する素子アレイを備える、レーザデバイス組み立てステップと
    を含む、方法。
  22. 前記発光モジュールを形成するステップは、複数の層を積み重ねて連続的に形成するステップと、前記層の少なくともいくつかにパターン形成するステップとを含む、請求項２１に記載の方法。
  23. 前記レーザデバイスを形成するステップは、共通基板を使用して複数のデバイスを形成するステップと、複数の個々のデバイスを形成するために前記基板をダイシングするステップとを含む、請求項２１に記載の方法。
  24. 前記空間光変調器は、前記第２の反射器を備える、請求項２１に記載の方法。
  25. 前記第２の反射器は、第２の反射層であり、前記空間光変調器は、透過型空間光変調器であり、前記第１の反射層と前記第２の反射層との間のレーザ放射線の経路である、請求項２１に記載の方法。
  26. 前記空間光変調器および前記発光モジュールは、前記共通基板を挟んで前記共通基板の両側に配置される、請求項２１に記載の方法。
  27. 前記空間光変調器および前記発光モジュールは、前記共通基板の同じ側に配置され、追加の反射器は、前記基板を挟んだ反対側に配置され、前記発光モジュールから前記空間光変調器へと光を方向付けし、またその逆に前記空間光変調器から前記発光モジュールへと光を方向付けるように構成される、請求項２１に記載の方法。
JP2019535886A 2016-12-29 2017-11-02 集積デジタルレーザ Active JP6886520B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/394,164 2016-12-29
US15/394,164 US9843160B1 (en) 2016-12-29 2016-12-29 Integrated digital laser
PCT/US2017/059793 WO2018125380A1 (en) 2016-12-29 2017-11-02 Integrated digital laser

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020507202A true JP2020507202A (ja) 2020-03-05
JP6886520B2 JP6886520B2 (ja) 2021-06-16

Family

ID=60516538

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019535886A Active JP6886520B2 (ja) 2016-12-29 2017-11-02 集積デジタルレーザ

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9843160B1 (ja)
EP (1) EP3563455A4 (ja)
JP (1) JP6886520B2 (ja)
CN (1) CN110214400B (ja)
TW (1) TWI666838B (ja)
WO (1) WO2018125380A1 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3496216A1 (en) * 2017-12-08 2019-06-12 Koninklijke Philips N.V. Segmented vertical cavity surface emitting laser
JP7219552B2 (ja) * 2018-05-15 2023-02-08 浜松ホトニクス株式会社 発光デバイス
CN113381297B (zh) * 2020-03-09 2022-07-01 济南晶正电子科技有限公司 一种集成光学复合基板
US11355899B2 (en) * 2020-08-27 2022-06-07 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Semiconductor laser diode integrated with memristor

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0346286A (ja) * 1989-07-14 1991-02-27 Hamamatsu Photonics Kk レーザ発振器
JPH03150526A (ja) * 1989-11-08 1991-06-26 Mitsubishi Electric Corp 面発光素子
US5291502A (en) * 1992-09-04 1994-03-01 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford, Jr. University Electrostatically tunable optical device and optical interconnect for processors
JPH06318765A (ja) * 1993-03-01 1994-11-15 American Teleph & Telegr Co <Att> チューナブル半導体レーザを含む製品
JPH10270799A (ja) * 1997-03-21 1998-10-09 Sanyo Electric Co Ltd 発光素子
JP2002261400A (ja) * 2001-02-27 2002-09-13 Ricoh Co Ltd レーザ、レーザ装置および光通信システム
WO2006011370A1 (ja) * 2004-07-30 2006-02-02 Nec Corporation 偏光変調レーザ装置
JP2009289990A (ja) * 2008-05-29 2009-12-10 Hamamatsu Photonics Kk レーザ光源
JP2011512681A (ja) * 2008-02-14 2011-04-21 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 電気的にポンプされる空洞がジグザグに延長された半導体表面放出レーザ及びスーパールミネセントｌｅｄ
JP2013149980A (ja) * 2012-01-20 2013-08-01 Samsung Electronics Co Ltd 光集積回路用ハイブリッドレーザー光源
WO2014175447A1 (ja) * 2013-04-26 2014-10-30 浜松ホトニクス株式会社 半導体レーザ装置
WO2015008627A1 (ja) * 2013-07-16 2015-01-22 浜松ホトニクス株式会社 半導体レーザ装置
WO2016104610A1 (ja) * 2014-12-24 2016-06-30 浜松ホトニクス株式会社 半導体レーザ装置
WO2016111332A1 (ja) * 2015-01-09 2016-07-14 浜松ホトニクス株式会社 半導体レーザ装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6317251B1 (en) * 1996-02-05 2001-11-13 Corning Applied Technologies Corporation Thin film electro-optic beam steering device
US6553053B2 (en) * 2001-07-25 2003-04-22 Luxnet Corporation Vertical cavity surface emitting laser having improved light output function
US6947459B2 (en) * 2002-11-25 2005-09-20 Eastman Kodak Company Organic vertical cavity laser and imaging system
CN101203802B (zh) * 2005-06-20 2010-05-19 松下电器产业株式会社 二维图像显示装置、照明光源及曝光照明装置
JP5309485B2 (ja) * 2006-08-30 2013-10-09 株式会社リコー 面発光レーザ、面発光レーザアレイ、光走査装置及び画像形成装置
CN105191029B (zh) * 2013-03-08 2018-01-09 国立研究开发法人科学技术振兴机构 二维光子晶体面发光激光器

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0346286A (ja) * 1989-07-14 1991-02-27 Hamamatsu Photonics Kk レーザ発振器
JPH03150526A (ja) * 1989-11-08 1991-06-26 Mitsubishi Electric Corp 面発光素子
US5291502A (en) * 1992-09-04 1994-03-01 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford, Jr. University Electrostatically tunable optical device and optical interconnect for processors
JPH06318765A (ja) * 1993-03-01 1994-11-15 American Teleph & Telegr Co <Att> チューナブル半導体レーザを含む製品
JPH10270799A (ja) * 1997-03-21 1998-10-09 Sanyo Electric Co Ltd 発光素子
JP2002261400A (ja) * 2001-02-27 2002-09-13 Ricoh Co Ltd レーザ、レーザ装置および光通信システム
WO2006011370A1 (ja) * 2004-07-30 2006-02-02 Nec Corporation 偏光変調レーザ装置
JP2011512681A (ja) * 2008-02-14 2011-04-21 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 電気的にポンプされる空洞がジグザグに延長された半導体表面放出レーザ及びスーパールミネセントｌｅｄ
JP2009289990A (ja) * 2008-05-29 2009-12-10 Hamamatsu Photonics Kk レーザ光源
JP2013149980A (ja) * 2012-01-20 2013-08-01 Samsung Electronics Co Ltd 光集積回路用ハイブリッドレーザー光源
WO2014175447A1 (ja) * 2013-04-26 2014-10-30 浜松ホトニクス株式会社 半導体レーザ装置
WO2015008627A1 (ja) * 2013-07-16 2015-01-22 浜松ホトニクス株式会社 半導体レーザ装置
WO2016104610A1 (ja) * 2014-12-24 2016-06-30 浜松ホトニクス株式会社 半導体レーザ装置
WO2016111332A1 (ja) * 2015-01-09 2016-07-14 浜松ホトニクス株式会社 半導体レーザ装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LOUSBERG G.P. ET AL.: ""Space-domain lock-in amplifier based on a liquid-crystal spatial light modulator"", OPTICS LETTERS, vol. Vol. 31, Issue 7, JPN6020037975, 2006, pages 990 - 992, ISSN: 0004361485 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110214400B (zh) 2021-06-01
TW201841443A (zh) 2018-11-16
CN110214400A (zh) 2019-09-06
EP3563455A1 (en) 2019-11-06
JP6886520B2 (ja) 2021-06-16
US9843160B1 (en) 2017-12-12
TWI666838B (zh) 2019-07-21
WO2018125380A1 (en) 2018-07-05
EP3563455A4 (en) 2020-08-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wu et al. Dynamic beam steering with all-dielectric electro-optic III–V multiple-quantum-well metasurfaces
JP6886520B2 (ja) 集積デジタルレーザ
JP6401701B2 (ja) 半導体レーザ装置
JP6309947B2 (ja) 半導体レーザ装置
JP7219552B2 (ja) 発光デバイス
JP6329893B2 (ja) 半導体レーザ装置
Berini Optical beam steering using tunable metasurfaces
Lin et al. High-performance optical beam steering with nanophotonics
WO2021241701A1 (ja) 光学デバイスおよび発光デバイス
EP3579276B1 (en) Multi-wavelength light source device, multi-function projector including the same, and electronic device including the multi-function projector
Li et al. Fundamentals of Optical Computing Technology
JP6959042B2 (ja) 発光装置
Larson Microelectromechanical wavelength-tunable vertical-cavity light-emitters and lasers
WO2022085455A1 (ja) 光変調器及び光変調器アレイ
US20230054271A1 (en) Light modulator and light modulator array
KR102262216B1 (ko) 광변조기 및 이를 적용한 디지털 노광 장치
JP2022023003A (ja) 光変調素子、ビームステアリング装置、及び電子装置
US20230053851A1 (en) High speed spatial light modulator
KR20220006451A (ko) 광 변조 소자, 이를 포함하는 빔 편향 장치, 및 빔 편향 장치를 포함하는 전자 장치
JP3218111B2 (ja) 光偏向素子
DePaulis Fabrication of spatial light modulators for photonic switching

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190826

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200928

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20201006

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201218

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210507

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210514

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6886520

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150