CN114447765A - 一种能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片的制备方法及芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片的制备方法及芯片，涉及半导体激光器技术领域。能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片的制备方法包括：采用垂直腔面发射激光器作为激光源；通过控制垂直腔面发射激光器的横向模式分布，制备具有不同激射模式的目标垂直腔面发射激光器作为目标激光源；在目标垂直腔面发射激光器表面集成圆锥透镜，以供圆锥透镜对目标激光源发出的光束进行相位调制，确定不同激射模式对应的贝塞尔光束，得到能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片，可以获得集成度高、体积小、重量轻、结构紧凑、能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片。
Description
技术领域
本发明涉及半导体激光器技术领域，尤其涉及一种能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片的制备方法及芯片。
背景技术
随着半导体激光器技术的发展，无衍射贝塞尔光束因为其自身中心光斑尺寸极小，具备自重建性，且在传播方向上发散性小的优点，在微粒操控、激光加工和涡旋光学等领域具有巨大的应用前景。
目前，已经有诸多方法被用以实现贝塞尔光束，包括圆锥透镜法、全息法、环缝-透镜法和球差透镜法等，这些方法都能够有效地实现内塞尔光束，其中地圆锥透镜法因具备结构简单、转换效率高和损伤阈值高等优点而得到广泛的应用。
然而，上述方法均存在一个共同的问题，激光源与产生贝塞尔光束的装置是空间分离的，激光源产生的空间光需要经过光学元件准直扩束后再入射到贝塞尔光束产生装置中，会导致整体体积大，装置笨重，光路复杂，对振动敏感等缺点，降低了基于贝塞尔光束的发射激光器的稳定性和可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片的制备方法及芯片，以解决目前的激光源与产生贝塞尔光束的装置是空间分离的，会导致整体体积大，装置笨重，光路复杂，对振动敏感等缺点，降低了基于贝塞尔光束的发射激光器的稳定性和可靠性的问题。
第一方面，本发明提供一种能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片的制备方法，所述能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片的制备方法包括：
采用垂直腔面发射激光器作为激光源；
通过控制所述垂直腔面发射激光器的横向模式分布，制备具有不同激射模式的目标垂直腔面发射激光器作为目标激光源；
在所述目标垂直腔面发射激光器表面集成圆锥透镜，以供所述圆锥透镜对所述目标激光源发出的光束进行相位调制，确定不同所述激射模式对应的贝塞尔光束，得到所述能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片。
采用上述技术方案的情况下，本申请实施例提供的能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片的制备方法，采用垂直腔面发射激光器作为激光源；通过控制所述垂直腔面发射激光器的横向模式分布，制备具有不同激射模式的目标垂直腔面发射激光器作为目标激光源，在所述目标垂直腔面发射激光器表面集成圆锥透镜，以供所述圆锥透镜对所述目标激光源发出的光束进行相位调制，确定不同所述激射模式对应的贝塞尔光束，得到所述能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片，其中，可以通过直接入射到集成在其表面的圆锥透镜中受到相位调制而产生不同阶次的贝塞尔光束，从而获得集成度高、体积小、重量轻、结构紧凑、能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片，提高了基于贝塞尔光束的发射激光器的稳定性和可靠性。
在一种可能的实现方式中，所述通过控制所述垂直腔面发射激光器的横向模式分布，制备具有不同激射模式的目标垂直腔面发射激光器作为目标激光源，包括：
通过湿法氧化、光子晶体或表面浮雕技术控制所述垂直腔面发射激光器的横向模式分布；
基于所述横向模式分布制备具有不同所述激射模式的所述垂直腔面发射激光器作为所述目标激光源。
在一种可能的实现方式中，在所述采用垂直腔面发射激光器作为激光源之前，所述方法还包括：
在衬底上依次制备下反射镜、有源区、上反射镜和氧化层，形成所述垂直腔面发射激光器。
在一种可能的实现方式中，所述基于所述横向模式分布制备具有不同所述激射模式的所述垂直腔面发射激光器作为所述目标激光源，包括：
在确定了所述横向模式分布的所述垂直腔面发射激光器表面制备钝化层；
结合光刻和溅射工艺在所述钝化层表面制备正面电极；
在所述衬底远离所述下反射镜的一侧制备背面电极；
通过退火工艺，将制备出具有不同所述激射模式的所述垂直腔面发射激光器作为所述目标激光源。
在一种可能的实现方式中，不同所述激射模式对应的所述目标激光源垂直出射；所述在所述目标垂直腔面发射激光器表面集成圆锥透镜，以供所述圆锥透镜对所述目标激光源发出的光束进行相位调制，确定不同所述激射模式对应的贝塞尔光束，得到所述能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片，包括：
基于所述目标激光源垂直出射的特性，通过等离子体增强化学气相沉积法和聚焦离子束刻蚀工艺，在所述目标垂直腔面发射激光器表面集成所述圆锥透镜，以供所述圆锥透镜对所述目标激光源发出的光束进行相位调制，确定不同所述激射模式对应的贝塞尔光束，将所述垂直腔面发射激光器和所述圆锥透镜集成在同一芯片上，得到所述能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片。
在一种可能的实现方式中，所述基于所述目标激光源垂直出射的特性，通过等离子体增强化学气相沉积法和聚焦离子束刻蚀工艺，在所述目标垂直腔面发射激光器表面集成所述圆锥透镜，包括：
基于所述目标激光源垂直出射的特性，通过等离子体增强化学气相沉积法在所述目标激光源表面沉积一层透明介质膜；
在所述透明介质膜表面利用所述聚焦离子束刻蚀工艺，形成所述圆锥透镜。
在一种可能的实现方式中，所述能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片的波长大于或者等于450纳米，小于或者等于1550纳米。
在一种可能的实现方式中，所述激射模式包括：基横模式和高横模式；
其中，所述基横模式用于产生零阶贝塞尔光束；所述高横模式用于产生高阶贝塞尔光束。
第二方面，本发明还提供一种能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片，所述芯片包括:
目标垂直腔面发射激光器，以及设置在所述目标垂直腔面发射激光器出射端面的圆锥透镜；
其中，所述目标垂直腔面发射激光器为：采用垂直腔面发射激光器作为激光源，以及通过控制所述垂直腔面发射激光器的横向模式分布，制备得到的具有不同激射模式的所述目标垂直腔面发射激光器，所述目标垂直腔面发射激光器作为目标激光源；
所述圆锥透镜为：在所述目标垂直腔面发射激光器表面集成得到的所述圆锥透镜，所述圆锥透镜对所述目标激光源发出的光束进行相位调制，确定不同所述激射模式对应的贝塞尔光束，得到所述能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片。
在一种可能的实现方式中，所述垂直腔面发射激光器包括衬底，以及依次形成在所述衬底上的下反射镜、有源区、上反射镜和氧化层。
第二方面提供的能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片的制备方法的制备方法的有益效果与第一方面或第一方面任一可能的实现方式描述的能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片的制备方法的有益效果相同，此处不做赘述。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本申请实施例提供的一种能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片的结构示意图；
图2示出了本申请实施例提供的一种能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片的制备方法的流程示意图；
图3示出了申请实施例提供的一种能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片的制备方法的流程示意图；
图4示出了本申请实施例提供的一种采用气相外延或分子束外延生长得到的垂直腔面发射激光器的结构示意图；
图5示出了本申请实施例提供的一种光刻并用侧壁钝化技术刻蚀后的垂直腔面发射激光器的结构示意图；
图6示出了本申请实施例提供的一种湿法氧化后的垂直腔面发射激光器的结构示意图；
图7示出了本申请实施例提供的一种钝化后的垂直腔面发射激光器的结构示意图；
图8示出了本申请实施例提供的一种溅射正面电极和背面电极后的垂直腔面发射激光器的结构示意图；
图9示出了本申请实施例提供的一种沉积并刻蚀介质膜后的垂直腔面发射激光器的结构示意图。
附图说明：
A-目标垂直腔面发射激光器；B-圆锥透镜；01-垂直腔面发射激光器；011-衬底；012-下反射镜；013-有源区；014-上反射镜；015-氧化层；016-钝化层；017-正面电极；018-背面电极；019-透明介质膜。
具体实施方式
为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，在本发明的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。例如，第一阈值和第二阈值仅仅是为了区分不同的阈值，并不对其先后顺序进行限定。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。
需要说明的是，本发明中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本发明中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
本发明中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，a和b的结合，a和c的结合，b和c的结合，或a、b和c的结合，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
图1示出了本申请实施例提供的一种能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片的结构示意图，如图1所示，能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片包括：
目标垂直腔面发射激光器A，以及设置在所述目标垂直腔面发射激光器A出射端面的圆锥透镜B；
其中，所述目标垂直腔面发射激光器A为：采用垂直腔面发射激光器01作为激光源，以及通过控制所述垂直腔面发射激光器01的横向模式分布，制备得到的具有不同激射模式的所述目标垂直腔面发射激光器A，所述目标垂直腔面发射激光器A作为目标激光源；
所述圆锥透镜B为：在所述目标垂直腔面发射激光器表面集成得到的所述圆锥透镜，所述圆锥透镜对所述目标激光源发出的光束进行相位调制，确定不同所述激射模式对应的贝塞尔光束，得到所述能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片。
可选的，参见图1，所述垂直腔面发射激光器01包括衬底011，以及依次形成在所述衬底011上的下反射镜012、有源区013、上反射镜014和氧化层015。
可选的，所述目标垂直腔面发射激光器A还包括：设置再所述氧化层015上的钝化层016、以及设置在所述钝化层016表面制备正面电极017、设置在所述衬底011远离所述下反射镜012的一侧的背面电极018。
可选的，所述垂直腔面发射激光器可以包含正面发射结构和底面发射结构。
综上所述，本申请实施例提供的能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片，所述芯片包括:
目标垂直腔面发射激光器，以及设置在所述目标垂直腔面发射激光器出射端面的圆锥透镜；其中，所述目标垂直腔面发射激光器为：采用垂直腔面发射激光器作为激光源，以及通过控制所述垂直腔面发射激光器的横向模式分布，制备得到的具有不同激射模式的所述目标垂直腔面发射激光器，所述目标垂直腔面发射激光器作为目标激光源；所述圆锥透镜为：在所述目标垂直腔面发射激光器表面集成得到的所述圆锥透镜，所述圆锥透镜对所述目标激光源发出的光束进行相位调制，确定不同所述激射模式对应的贝塞尔光束，得到所述能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片。其中，可以通过直接入射到集成在其表面的圆锥透镜中受到相位调制而产生不同阶次的贝塞尔光束，从而获得集成度高、体积小、重量轻、结构紧凑、能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片，提高了基于贝塞尔光束的发射激光器的稳定性和可靠性。
图2示出了本申请实施例提供的一种能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片的制备方法的流程示意图，如图2所示，所述能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片的制备方法包括：
步骤101：采用垂直腔面发射激光器作为激光源。
在本申请中，垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，VCSEL)具有单纵模、低阈值、圆形光斑和易于形成二维阵列等特点，是一种较为理想的激光源。
步骤102：通过控制所述垂直腔面发射激光器的横向模式分布，制备具有不同激射模式的目标垂直腔面发射激光器作为目标激光源。
在本申请中，可以通过湿法氧化、离子注入、光子晶体或表面浮雕等技术来控制VCSEL的激射模式，不同激射模式的光从VCSEL表面垂直出射。
步骤103：在所述目标垂直腔面发射激光器表面集成圆锥透镜，以供所述圆锥透镜对所述目标激光源发出的光束进行相位调制，确定不同所述激射模式对应的贝塞尔光束，得到所述能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片。
其中，垂直腔面发射激光器本身具有平面结构和垂直出射的特点，利用常规工艺便能够较为容易地在垂直腔面发射激光器表面集成圆锥透镜。
在本申请中，可以通过湿法氧化、离子注入、光子晶体或表面浮雕等技术来控制VCSEL的激射模式，不同激射模式的光从VCSEL表面垂直出射，直接入射到集成在其表面的圆锥透镜中受到相位调制而产生不同阶次的贝塞尔光束，从而获得集成度高、体积小、重量轻、结构紧凑、能够产生贝塞尔光束的VCSEL芯片。
综上所述，本申请实施例提供的能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片的制备方法，采用垂直腔面发射激光器作为激光源；通过控制所述垂直腔面发射激光器的横向模式分布，制备具有不同激射模式的目标垂直腔面发射激光器作为目标激光源；
在所述目标垂直腔面发射激光器表面集成圆锥透镜，以供所述圆锥透镜对所述目标激光源发出的光束进行相位调制，确定不同所述激射模式对应的贝塞尔光束，得到所述能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片，其中，可以通过直接入射到集成在其表面的圆锥透镜中受到相位调制而产生不同阶次的贝塞尔光束，从而获得集成度高、体积小、重量轻、结构紧凑、能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片，提高了基于贝塞尔光束的发射激光器的稳定性和可靠性。
图3示出了申请实施例提供的一种能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片的制备方法的流程示意图，如图3所示，所述能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片的制备方法包括：
步骤201：在衬底上依次制备下反射镜、有源区、上反射镜和氧化层，形成所述垂直腔面发射激光器。
在本申请中，图4示出了本申请实施例提供的一种采用气相外延(MOCVD)或分子束外延(MBE)生长得到的垂直腔面发射激光器的结构示意图，如图4所示，首先利用MOCVD或MBE生长垂直腔面发射激光器的外延结构，包括衬底011、下反射镜012、有源区013和上反射镜014。
具体的，可以采用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)在N-GaAs上依次外延生长34对n-Al(0.12-0.9)GaAs与n-Al0.9GaAs构成下反射镜，Al(0.12-0.9)GaAs/Al0.9GaAs下限制层，3对Al0.3GaAs/GaAs量子阱结构有源区，Al0.9GaAs/Al(0.12-0.9)GaAs上限制层，22.5对p-Al0.12GaAs与p-Al(0.9-0.12)GaAs构成上反射镜，p-Al0.12GaAs与p-GaAs重掺杂接触层。
在本申请中，图5示出了本申请实施例提供的一种光刻并用侧壁钝化技术(ICP)刻蚀后的垂直腔面发射激光器的结构示意图，得到包含图5结构的垂直腔面发射激光器。
步骤202：采用垂直腔面发射激光器作为激光源。
在本申请中，垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，VCSEL)具有单纵模、低阈值、圆形光斑和易于形成二维阵列等特点，是一种较为理想的激光源。
步骤203：通过湿法氧化、光子晶体或表面浮雕技术控制所述垂直腔面发射激光器的横向模式分布。
在本申请中，图6示出了本申请实施例提供的一种湿法氧化后的垂直腔面发射激光器的结构示意图，如图6所示，形成了氧化层015。
具体的，可以用光刻胶做掩模，用ICP刻蚀VCSEL外延片至有源区，形成氧化台面(氧化层)。
步骤204：基于所述横向模式分布制备具有不同所述激射模式的所述垂直腔面发射激光器作为所述目标激光源。
在本申请中，上述步骤204的具体实现过程可以包括以下子步骤：
子步骤S1：在确定了所述横向模式分布的所述垂直腔面发射激光器表面制备钝化层。
在本申请中，图7示出了本申请实施例提供的一种钝化后的垂直腔面发射激光器的结构示意图，如图7所示，在所述垂直腔面发射激光器表面制备钝化层016。
子步骤S2：结合光刻和溅射工艺在所述钝化层表面制备正面电极。
子步骤S3：在所述衬底远离所述下反射镜的一侧制备背面电极。
在本申请中，图8示出了本申请实施例提供的一种溅射正面电极和背面电极后的垂直腔面发射激光器的结构示意图，如图8所示，结合光刻和溅射工艺在所述钝化层016表面制备正面电极017，在所述衬底011远离所述下反射镜012的一侧制备背面电极018。
子步骤S4：通过退火工艺，将制备出具有不同所述激射模式的所述垂直腔面发射激光器作为所述目标激光源。
具体的，可以利用湿法氧化法对VCSEL外延结构中的高铝层进行氧化，通过控制氧化时间来调节氧化孔大小，从而获得不同的激射模式；
进一步的，可以利用PECVD在氧化后的VCSEL表面沉积一层300nm厚的SiO2作为钝化层，利用光刻结合湿法刻蚀的方法将台面上的出光面上的钝化层去掉；
然后，利用反转胶做光刻和溅射工艺在VCSEL出射面溅射厚度为
的Ti/Au正面电极，用丙酮结合超声剥离掉出光孔区域的金属，即除光孔区域无Ti/Au外，其他区域均覆盖有Ti/Au；使用磨片机将衬底磨薄到400μm左右，溅射
的AuGeNi/Au背面电极并退火。
步骤205：基于所述目标激光源垂直出射的特性，通过等离子体增强化学气相沉积法和聚焦离子束刻蚀工艺，在所述目标垂直腔面发射激光器表面集成所述圆锥透镜，以供所述圆锥透镜对所述目标激光源发出的光束进行相位调制，确定不同所述激射模式对应的贝塞尔光束，将所述垂直腔面发射激光器和所述圆锥透镜集成在同一芯片上，得到所述能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片。
其中，不同所述激射模式对应的所述目标激光源垂直出射。
可选的，圆锥透镜集成在所述目标垂直腔面发射激光器出射端面。
可选的，上述步骤205的具体实现过程可以包括以下子步骤：
子步骤X1：可以基于所述目标激光源垂直出射的特性，通过等离子体增强化学气相沉积法在所述目标激光源表面沉积一层透明介质膜。
在本申请中，图9示出了本申请实施例提供的一种沉积并刻蚀介质膜后的垂直腔面发射激光器的结构示意图，如图9所示，可以在所述目标激光源表面沉积一层透明介质膜019。
具体的，可以利用PECVD在VCSEL出光面长一层3微米厚的SiNx介质膜，利用光刻结合ICP刻蚀将出光孔区域外的介质膜去掉。
子步骤X2：在所述透明介质膜表面利用所述聚焦离子束(FIB)刻蚀工艺，形成所述圆锥透镜。
在本申请中，结合图9和图1，可以对透明介质膜019进行刻蚀，得到圆锥透镜B。
具体的，可以采用聚焦离子束(FIB)结合灰度位图刻蚀介质膜，形成能够产生无衍射贝塞尔光束的VCSEL芯片。
其中，透明介质膜可以包括但不限于SiO2或SiNx，厚度可以大于或者等于0.5μm，小于或者等于20μm。
可选的，可以通过一次或多次等离子体增强化学气相沉积(PECVD)制备得到上述透明介质膜。
可选的，圆锥透镜还可以采用侧壁钝化技术(ICP)刻蚀、激光打工或3D打印制备得到。
在本申请中，不同激射模式的目标激光源发射出来的光束入射到集成在目标垂直腔面发射激光器表面的圆锥透镜，通过圆锥透镜对光束相位进行调制，从而在圆锥透镜出射端面获得不同阶次的贝塞尔光束。
可选的，所述能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片的波长大于或者等于450纳米，小于或者等于1550纳米。
可选的，所述激射模式包括：基横模式和高横模式；
其中，所述基横模式用于产生零阶贝塞尔光束；所述高横模式用于产生高阶贝塞尔光束。
垂直腔面发射激光器具有平面结构和垂直出射的特点，通过常规的半导体工艺，能够容易地将VCSEL和圆锥透镜通过片上集成的方式结合为可以实现贝塞尔光束的VCSEL芯片，解决传统方法中激光源与贝塞尔光束产生装置空间上分离的不足，减少安装支架及其他安装构件，具有体积小、重量轻、可靠性高、便于安装等优势。在微粒操控、激光加工、涡旋光学等领域具有巨大的应用前景。
综上所述，本申请实施例提供的能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片的制备方法，采用垂直腔面发射激光器作为激光源；通过控制所述垂直腔面发射激光器的横向模式分布，制备具有不同激射模式的目标垂直腔面发射激光器作为目标激光源；
在所述目标垂直腔面发射激光器表面集成圆锥透镜，以供所述圆锥透镜对所述目标激光源发出的光束进行相位调制，确定不同所述激射模式对应的贝塞尔光束，得到所述能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片，其中，可以通过直接入射到集成在其表面的圆锥透镜中受到相位调制而产生不同阶次的贝塞尔光束，从而获得集成度高、体积小、重量轻、结构紧凑、能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片，提高了基于贝塞尔光束的发射激光器的稳定性和可靠性。
尽管在此结合各实施例对本发明进行了描述，然而，在实施所要求保护的本发明过程中，本领域技术人员通过查看附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
尽管结合具体特征及其实施例对本发明进行了描述，显而易见的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本发明的示例性说明，且视为已覆盖本发明范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
采用垂直腔面发射激光器作为激光源；
通过控制所述垂直腔面发射激光器的横向模式分布，制备具有不同激射模式的目标垂直腔面发射激光器作为目标激光源；
在所述目标垂直腔面发射激光器表面集成圆锥透镜，以供所述圆锥透镜对所述目标激光源发出的光束进行相位调制，确定不同所述激射模式对应的贝塞尔光束，得到所述能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片。
2.根据权利要求1所述的能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片的制备方法，其特征在于，所述通过控制所述垂直腔面发射激光器的横向模式分布，制备具有不同激射模式的目标垂直腔面发射激光器作为目标激光源，包括：
通过湿法氧化、光子晶体或表面浮雕技术控制所述垂直腔面发射激光器的横向模式分布；
基于所述横向模式分布制备具有不同所述激射模式的所述垂直腔面发射激光器作为所述目标激光源。
3.根据权利要求2所述的能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片的制备方法，其特征在于，在所述采用垂直腔面发射激光器作为激光源之前，所述方法还包括：
在衬底上依次制备下反射镜、有源区、上反射镜和氧化层，形成所述垂直腔面发射激光器。
4.根据权利要求3所述的能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片的制备方法，其特征在于，所述基于所述横向模式分布制备具有不同所述激射模式的所述垂直腔面发射激光器作为所述目标激光源，包括：
在确定了所述横向模式分布的所述垂直腔面发射激光器表面制备钝化层；
结合光刻和溅射工艺在所述钝化层表面制备正面电极；
在所述衬底远离所述下反射镜的一侧制备背面电极；
通过退火工艺，将制备出具有不同所述激射模式的所述垂直腔面发射激光器作为所述目标激光源。
5.根据权利要求1所述的能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片的制备方法，其特征在于，不同所述激射模式对应的所述目标激光源垂直出射；所述在所述目标垂直腔面发射激光器表面集成圆锥透镜，以供所述圆锥透镜对所述目标激光源发出的光束进行相位调制，确定不同所述激射模式对应的贝塞尔光束，得到所述能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片，包括：
基于所述目标激光源垂直出射的特性，通过等离子体增强化学气相沉积法和聚焦离子束刻蚀工艺，在所述目标垂直腔面发射激光器表面集成所述圆锥透镜，以供所述圆锥透镜对所述目标激光源发出的光束进行相位调制，确定不同所述激射模式对应的贝塞尔光束，将所述垂直腔面发射激光器和所述圆锥透镜集成在同一芯片上，得到所述能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片。
6.根据权利要求5所述的能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片的制备方法，其特征在于，所述基于所述目标激光源垂直出射的特性，通过等离子体增强化学气相沉积法和聚焦离子束刻蚀工艺，在所述目标垂直腔面发射激光器表面集成所述圆锥透镜，包括：
基于所述目标激光源垂直出射的特性，通过等离子体增强化学气相沉积法在所述目标激光源表面沉积一层透明介质膜；
在所述透明介质膜表面利用所述聚焦离子束刻蚀工艺，形成所述圆锥透镜。
7.根据权利要求1-6任一所述的能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片的制备方法，其特征在于，所述能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片的波长大于或者等于450纳米，小于或者等于1550纳米。
8.根据权利要求1-6任一所述的能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片的制备方法，其特征在于，所述激射模式包括：基横模式和高横模式；
其中，所述基横模式用于产生零阶贝塞尔光束；所述高横模式用于产生高阶贝塞尔光束。
9.一种能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片，其特征在于，所述芯片包括:
目标垂直腔面发射激光器，以及设置在所述目标垂直腔面发射激光器出射端面的圆锥透镜；
其中，所述目标垂直腔面发射激光器为：采用垂直腔面发射激光器作为激光源，以及通过控制所述垂直腔面发射激光器的横向模式分布，制备得到的具有不同激射模式的所述目标垂直腔面发射激光器，所述目标垂直腔面发射激光器作为目标激光源；
所述圆锥透镜为：在所述目标垂直腔面发射激光器表面集成得到的所述圆锥透镜，所述圆锥透镜对所述目标激光源发出的光束进行相位调制，确定不同所述激射模式对应的贝塞尔光束，得到所述能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片。
10.根据权利要求9所述的能够产生贝塞尔光束的集成式垂直腔面发射激光器芯片，其特征在于，所述垂直腔面发射激光器包括衬底，以及依次形成在所述衬底上的下反射镜、有源区、上反射镜和氧化层。
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| CN107621701A (zh) * | 2017-09-07 | 2018-01-23 | 苏州大学 | 产生双指数贝塞尔高斯光束的方法及*** |
| CN113381293A (zh) * | 2021-04-26 | 2021-09-10 | 北京邮电大学 | 贝塞尔光束发射器及贝塞尔光束发射器的制作方法 |
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2022
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