基于超表面的单片集成面发射半导体激光器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于超表面微纳结构的单片集成面发射半导体激光器，将超表面微纳结构与半导体激光器有源介质相结合，当有源区有源物质发光时能够激发介质超表面内部谐振单元的集群性相干振荡，这种局域振荡具有高的光场束缚能力，能为有源层提供正反馈实现激射。同时通过对超表面微纳的结构进行优化设计，可以控制出射光束的远场分布特征，如方向角度、相位、偏振、模式等。该激光器结构包括衬底、低折射率层、有源层和超表面微纳结构，其制备方法包括光场限制层、增益介质及基于超表面结构的设计与制备。通过本发明专利技术能够将光场强烈局域在近场，通过结构单元的排布方式等调控其远场分布，并可以直接调控光场。

【技术实现步骤摘要】
基于超表面的单片集成面发射半导体激光器及其制备方法
本专利技术属于半导体激光器领域，更具体地，涉及一种基于超表面微结构的单片集成垂直面发射半导体激光器及其制备方法。
技术介绍
半导体激光器工作波长范围宽、体积小、加工制备工艺成熟、器件性能稳定、应用场合多样、价格低廉，广泛应用于光通信、光盘、激光打印、激光扫描等领域，具有庞大的应用需求。并且，可以通过简单的电极结构，用电注入的方式来泵浦发光，电注入工作电压和电流与集成电路兼容，可以与电学器件和系统进行单片集成。其调制速率可以达到GHz量级，在光电通信系统中广泛应用。因此，半导体激光器是光电子集成、光通信、传感等领域的核心器件，如果能够对其出射光束进行特定的调控，如产生特定偏振、特定光场图案、矢量光束等等，将极大地扩展其在相关领域的应用。超表面(metasurface)是由具有特殊电磁特性的由一系列亚波长谐振单元组成的人工二维结构，能在远小于波长尺度范围内有效地限制光场、调控光束的振幅、相位、偏振等特性，具有强大的光场操控能力。基于介质超表面的聚焦透镜、全息透镜、倍频产生等已经得到了广泛的研究和应用。相比于三维结构的超材料，二维结构的超本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于超表面的单片集成面发射半导体激光器，其特征在于，包括：衬底、位于所述衬底上方的光场限制层、位于所述光场限制层上的有源层及与所述有源层结合的超表面微结构；其中，所述超表面微结构为亚波长周期性结构，所述超表面微结构上制备有若干个拼接的微纳图形阵列，每个所述微纳图形阵列为多个相同的微纳图形周期排布构成。

【技术特征摘要】
1.一种基于超表面的单片集成面发射半导体激光器，其特征在于，包括：衬底、位于所述衬底上方的光场限制层、位于所述光场限制层上的有源层及与所述有源层结合的超表面微结构；其中，所述超表面微结构为亚波长周期性结构，所述超表面微结构上制备有若干个拼接的微纳图形阵列，每个所述微纳图形阵列为多个相同的微纳图形周期排布构成。2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，通过调控所述微纳图形阵列中微纳图形的尺寸和周期改变单个微纳图形阵列的反射波长，通过一个或拼接多个微纳图形阵列实现所述超表面微结构反射一个或多个波长，从而实现面发射激光器单或多波长激光的可控输出。3.根据权利要求2所述的激光器，其特征在于，在工作时，所述有源层介质发光时能够激发所述超表面微结构内部光场的集群性相干振荡，所述内部光场的局域振荡具有高的光场束缚能力，能为所述有源层提供正反馈实现激射，同时通过改变所述超表面微结构中的微纳图形的尺寸和周期排布，能够控制出射光束的远场分布特征。4.根据权利要求1至3任意一项所述的激光器，其特征在于，所述超表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏金松，崔成聪，曾成，袁帅，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42