输出相干激光的激光器阵列制造技术

本发明专利技术提供了一种输出相干激光的激光器阵列，包括：种子激光器、光波导结构、光学天线阵列、准直透镜阵列和垂直腔面发射激光器VCSEL阵列；光波导结构包括第一波导和第二波导组，第一波导用于传输种子光，并将种子光耦合至第二波导组中每一第二波导；光学天线包括：耦合单元、相位调制单元和发射单元；发射单元用于使调制后的种子光沿对应的准直透镜的光轴方向传输；准直透镜阵列用于将接收到的种子光准直至VCSEL阵列；VCSEL阵列用于对接收到的准直后的种子光进行光放大形成的激光。本发明专利技术提供的一种基于光波导结构传输技术实现对大功率种子光均匀分光注入锁定的二维VCSEL阵列，可以得到高功率、高相干性的多束激光。

Laser array with output coherent laser

The invention provides a laser array for output coherent laser, including: seed laser, optical waveguide structure, optical antenna array, collimating lens array and vertical cavity surface emitting laser VCSEL array. The optical waveguide structure includes the first and second waveguides, the first wave is used to transmit seed light, and the seed optocoupler is used. It is closed to each second waveguide in the second waveguide group; the optical antenna includes the coupling unit, the phase modulation unit and the transmitting unit; the transmitting unit is used to transmit the modulated seed light along the corresponding optical axis direction of the corresponding collimation lens; the collimation lens array is used to collimate the received seed light into the VCSEL array; the VCSEL array is used for the pair. The laser after receiving the collimated seed light is amplified by light. The invention provides a two-dimensional VCSEL array based on optical waveguide structure transmission technology for high power seed light uniformity injection locking, and a high power, high coherence multibeam laser can be obtained.

【技术实现步骤摘要】
输出相干激光的激光器阵列
本专利技术涉及激光应用
，更具体地，涉及输出相干激光的激光器阵列。
技术介绍
目前，大功率垂直腔面发射激光器(VerticalCavitySurfaceEmittingLaser，VCSEL)阵列具有体积小、圆形输出光斑、阈值电流小、价格低廉、易集成阵列等优点，因此广泛运用于激光泵浦，激光雷达，微材料加工，3D测距，激光显示等领域。VCSEL阵列各个发光单元之间发出的光是非相干的，所以整个二维VCSEL阵列发出的激光也是非相干的。但是随着科技的发展，越来越多的领域对高光束质量，窄线宽，高相干度的激光器阵列需求不断增长，非相干激光器阵列由于其输出光束质量差，较宽的线宽影响了二维VCSEL阵列在很多高端领域的使用，比如激光雷达领域或空间光通信领域。因此改善二维Vcsel激光器阵列的相干性是一项十分重要的任务。
技术实现思路
为克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本专利技术提供了一种输出相干激光的激光器阵列。一方面，本专利技术提供了一种输出相干激光的激光器阵列，包括：种子激光器、光波导结构、光学天线阵列、准直透镜阵列和垂直腔面发射激光器VCSEL阵列；所述种子激光器用于为所述激光器阵列提供种子光；所述光波导结构包括第一波导和第二波导组，所述第一波导用于传输种子光，并将种子光耦合至所述第二波导组中每一第二波导；所述光学天线阵列中的光学天线与所述准直透镜阵列中的准直透镜，以及与所述VCSEL阵列中的VCSEL单元的数量相等且一一对应；所述光学天线包括：耦合单元、相位调制单元和发射单元；所述耦合单元、相位调制单元和发射单元依次连接；所述耦合单元用于获取一第二波导内的种子光，所述相位调制单元用于对获取到的种子光的相位进行调制，以使所述第二波导组内的种子光经所述光学天线阵列后变为相位差为定值的种子光；所述发射单元用于改变调制后的种子光的传输方向，使调制后的种子光沿对应的准直透镜的光轴方向；所述准直透镜用于将接收到的种子光准直至对应的VCSEL单元；所述VCSEL单元用于对接收到的准直后的种子光进行光放大，并发射经放大后形成的激光。优选地，输出相干激光的激光器阵列还包括：波导衬底；所述光波导结构、所述准直透镜阵列与所述VCSEL阵列依次层叠至所述波导衬底上。优选地，所述准直透镜的光轴与对应的VCSEL单元的光轴共线，所述光学天线的发光点在对应的准直透镜的光轴上。优选地，所述准直透镜为平凸镜，所述平凸镜的下镜面为平面，所述平凸镜的上镜面为凸面。优选地，所述第二波导组中每一第二波导均为L型结构，所述L型结构的第一边与所述第一波导平行且接触，所述L型结构的第二边与多个光学天线中的耦合单元平行且接触，所述L型结构的第二边与所述第一边垂直。优选地，所述发射单元为光栅。优选地，每一L型结构的第一边长与所述光学天线中的耦合单元的长度可调。优选地，所述定值为所述种子激光器提供的种子光波长的整数倍。优选地，所述种子激光器提供的种子光波长范围为红外波段。优选地，所述光波导结构的尺寸和所述光学天线的尺寸均与所述种子激光器提供的种子光波长在同一数量级上。本专利技术提供的一种基于光波导结构传输技术实现对大功率种子光均匀分光注入锁定的二维VCSEL阵列，可以得到高功率、高相干性的多束激光。本专利技术中，通过设置一一对应的光学天线、准直透镜和VCSEL单元，形成激光器阵列，该激光器阵列可以实现多束相干激光的输出，使VCSEL阵列的应用更加广泛。附图说明图1为本专利技术一实施例提供的输出相干激光的激光器阵列的结构示意图；图2为本专利技术另一实施例提供的输出相干激光的激光器阵列中的光波导结构的示意图；图3为图1中输出相干激光的激光器阵列结构的侧视图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。如图1和图2所示，本专利技术一实施例提供了一种输出相干激光的激光器阵列，包括：种子激光器11、光波导结构、光学天线阵列、准直透镜阵列14和垂直腔面发射激光器VCSEL阵列15；所述种子激光器11用于为所述激光器阵列提供种子光；所述光波导结构包括第一波导12和第二波导组，所述第一波导12用于传输种子光，并将种子光耦合至所述第二波导组中每一第二波导13；所述光学天线阵列中的光学天线16与所述准直透镜阵列14中的准直透镜，以及与所述VCSEL阵列15中的VCSEL单元150的数量相等且一一对应；每一光学天线16包括：耦合单元161、相位调制单元162和发射单元163；所述耦合单元161、相位调制单元162和发射单元163依次连接；所述耦合单元161用于获取一第二波导13内的种子光，所述相位调制单元162用于对获取到的种子光的相位进行调制，以使所述第二波导组内的种子光经所述光学天线阵列后变为相位差为定值的种子光；所述发射单元163用于改变调制后的种子光的传输方向，使调制后的种子光的传输方向沿对应的准直透镜的光轴方向；每一准直透镜140用于将接收到的种子光准直至对应的VCSEL单元；图1中的第二波导组中有5个第二波导13。每一VCSEL单元150用于对接收到的准直后的种子光进行光放大，并发射经放大后形成的激光。具体地，由于实现多束激光相干需要满足三个条件，即：频率相同、相位差恒定和振动方向不垂直。由于本专利技术中采用同一种子激光器11发出的激光作为种子光，所以经过VCSEL阵列后的光频率相同，振动方向也不垂直。而经过本专利技术中的光波导结构，将一束种子光分为多束种子光，并经过光学天线阵列，可以实现各束种子光之间的相位差为定值，最后由准直透镜阵列将相位差为定值的多束种子光准直至VCSEL阵列上的对应位置，实现光注入锁定，得到输出相干激光的激光器阵列。本专利技术中的每一发射单元、对应的准直透镜和对应的VCSEL单元可看做是构成一个激光器单元，所以本专利技术提供的激光器阵列可以看做是多个激光器单元形成的VCSEL阵列。为便于后续描述方便、清楚，后续所说的激光器阵列均为输出相干激光的激光器阵列，VCSEL阵列为垂直腔面发射激光器阵列，VCSEL单元为垂直腔面发射激光器阵列中的垂直腔面发射激光器单元。本专利技术提出了一种基于光波导结构传输技术实现对大功率种子光均匀分光注入锁定的二维VCSEL阵列，可以得到高功率、高相干性的多束激光。本专利技术中，通过设置一一对应的光学天线、准直透镜和VCSEL单元，形成激光器阵列，该激光器阵列可以实现多束相干激光的输出，使VCSEL阵列的应用更加广泛。在上述实施例的基础上，本专利技术中采用的种子激光器可以为单频激光器，输出单纵模、窄线宽的种子光。作为优选方案，可以选择单频光纤激光器。可以将种子光的波长范围设定为红外波段。种子激光器与第一波导12的一端连接，使种子激光器发出的种子光进入第一波导12内。如图2所示，光波导结构包括第一波导12和第二波导组，第一波导12为直线型结构，与种子激光器11同平面放置。第二波导组中每一第二波导13均为L型结构，所述L型结构的第一边131与所述第一波导12平行且接触，以实现将第一波导12内的种子光耦合至每一第二波导13中。所述L型结构的第二边与多个光学天线中的耦合单元平行且接触，以实现将第二波导13内的种子光耦合至多个耦合单元161中。所述L型结构的第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种输出相干激光的激光器阵列，其特征在于，包括：种子激光器、光波导结构、光学天线阵列、准直透镜阵列和垂直腔面发射激光器VCSEL阵列；所述种子激光器用于为所述激光器阵列提供种子光；所述光波导结构包括第一波导和第二波导组，所述第一波导用于传输种子光，并将种子光耦合至所述第二波导组中每一第二波导；所述光学天线阵列中的光学天线与所述准直透镜阵列中的准直透镜，以及与所述VCSEL阵列中的VCSEL单元的数量相等且一一对应；所述光学天线包括：耦合单元、相位调制单元和发射单元；所述耦合单元、相位调制单元和发射单元依次连接；所述耦合单元用于获取一第二波导内的种子光，所述相位调制单元用于对获取到的种子光的相位进行调制，以使所述第二波导组内的种子光经所述光学天线阵列后变为相位差为定值的种子光；所述发射单元用于改变调制后的种子光的传输方向，使调制后的种子光的传输方向沿对应的准直透镜的光轴方向；所述准直透镜用于将接收到的种子光准直至对应的VCSEL单元；所述VCSEL单元用于对接收到的准直后的种子光进行光放大，并发射经放大后形成的激光。

【技术特征摘要】
1.一种输出相干激光的激光器阵列，其特征在于，包括：种子激光器、光波导结构、光学天线阵列、准直透镜阵列和垂直腔面发射激光器VCSEL阵列；所述种子激光器用于为所述激光器阵列提供种子光；所述光波导结构包括第一波导和第二波导组，所述第一波导用于传输种子光，并将种子光耦合至所述第二波导组中每一第二波导；所述光学天线阵列中的光学天线与所述准直透镜阵列中的准直透镜，以及与所述VCSEL阵列中的VCSEL单元的数量相等且一一对应；所述光学天线包括：耦合单元、相位调制单元和发射单元；所述耦合单元、相位调制单元和发射单元依次连接；所述耦合单元用于获取一第二波导内的种子光，所述相位调制单元用于对获取到的种子光的相位进行调制，以使所述第二波导组内的种子光经所述光学天线阵列后变为相位差为定值的种子光；所述发射单元用于改变调制后的种子光的传输方向，使调制后的种子光的传输方向沿对应的准直透镜的光轴方向；所述准直透镜用于将接收到的种子光准直至对应的VCSEL单元；所述VCSEL单元用于对接收到的准直后的种子光进行光放大，并发射经放大后形成的激光。2.根据权利要求1所述的激光器阵列，其特征在于，还包括：波导衬底；所述光波导结构、所述准直透镜阵列与所述VCSEL阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹银花，邢正锟，邱运涛，李景，王智勇，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11