基于超材料的反射器、光学腔结构以及垂直腔表面发射激光器制造技术

提供了一种基于超材料的反射器，包括：第一超材料层，包括第一纳米结构的阵列；以及设置在第一超材料层上的第二超材料层，第二超材料层包括第二纳米结构的阵列，其中，第二纳米结构的布置不同于第一纳米结构的布置。

Reflector, optical cavity structure and vertical cavity surface emitting laser based on metamaterials

【技术实现步骤摘要】
基于超材料的反射器、光学腔结构以及垂直腔表面发射激光器相关申请的相交引用本申请要求于2018年9月4日向美国专利商标局提交的美国临时专利申请No.61/726,529的优先权，并且要求于2019年1月7日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2019-0001926的优先权，这两个申请的公开通过全文引用合并于此。
本公开的示例实施例涉及一种反射器(反射镜)、包括反射器的光学腔结构以及垂直腔表面发射激光器。
技术介绍
垂直腔表面发射激光器(VCSEL)与边发射激光器(EEL)相比具有较短的光学增益长度，因此可以降低功耗。另外，VCSEL由于垂直发光可以制造成二维阵列，因此有利于高密度集成和大规模生产。虽然根据相关技术的EEL具有不对称的光输出，但是VCSEL提供圆形对称输出模式，使得它们能够高效地连接到光纤并且可以以低噪声进行稳定的高速调制。VCSEL配备有：分布式布拉格反射器(DBR)，具有约98％或更高的高反射率以构成激光谐振器。由具有不同折射率的两种材料组成的DBR通常需要数十对堆叠结构以便获得高反射率。另外，由于在两种材料之间的边界处发生声子散射，因此DBR具有低导热率(或高热阻)。需要一种能够在补偿DBR的缺点的同时改善光控制和发光特性的技术和方法。
技术实现思路
一个或多个示例实施例提供了一种使用纳米结构的阵列的基于超材料的反射器。此外，一个或多个示例实施例提供了一种基于超材料的反射器，其能够容易地控制诸如偏振和会聚/发散之类的光特性。r>此外，一个或多个示例实施例提供了一种应用基于超材料的反射器的光学腔结构和垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。附加方面部分地将在接下来的描述中阐述，且部分地将通过该描述而变得清楚明白，或者可以通过对示例实施例的实践来获知。根据示例实施例的一方面，提供了一种基于超材料的反射器，包括：第一超材料层，包括第一纳米结构的阵列；以及设置在所述第一超材料层上的第二超材料层，所述第二超材料层包括第二纳米结构的阵列，其中，所述第二纳米结构与所述第一纳米结构不同地布置。所述第一纳米结构可以沿第一方向并以第一图案布置，并且所述第二纳米结构可以沿与所述第一方向不同的第二方向并且以与所述第一图案不同的第二图案布置。所述第一纳米结构可以沿第一方向彼此平行布置，并且所述第二纳米结构可以基于所述第二超材料层的区域，沿与所述第一方向不同的第二方向或者沿与所述第一方向不同的多个方向布置。所述第一超材料层可以包括透射式波片，所述第二超材料层可以包括反射式波片。所述第一纳米结构可以沿第一方向彼此平行布置，并且所述第二纳米结构可以沿相对于所述第一方向旋转θ的第二方向彼此平行布置，θ小于90度。所述第一纳米结构可以沿第一方向彼此平行布置，并且所述第二纳米结构可以沿相对于所述第一方向旋转的多个方向布置，并且所述第二纳米结构的旋转角度基于所述第二超材料层的区域而不同。所述基于超材料的反射器可以被配置为使透射通过所述基于超材料的反射器的光发生圆偏振。所述第二纳米结构可以被布置为使得所述基于超材料的反射器操作为会聚镜或发散镜。所述第一超材料层可以包括第一透射式波片，所述第二超材料层包括第二透射式波片，并且所述基于超材料的反射器还可以包括与所述第一超材料层相对地设置在所述第二超材料层上的分布式布拉格反射器。所述第一纳米结构可以沿第一方向彼此平行布置，并且所述第二纳米结构可以沿相对于所述第一方向旋转θ的第二方向彼此平行布置，θ小于90度。所述第一纳米结构可以沿第一方向彼此平行布置，并且所述第二纳米结构可以沿相对于所述第一方向旋转的多个方向布置，并且所述第二纳米结构的旋转角度基于所述第二超材料层的区域而不同。所述基于超材料的反射器可以被配置为使透射通过所述基于超材料的反射器的光发生线偏振。所述第二纳米结构可以被布置为使得所述基于超材料的反射器被配置为操作为会聚镜或发散镜。根据示例实施例的另一方面，提供了一种光学器件，包括：至少一个基于超材料的反射器，其中，所述至少一个基于超材料的反射器包括第一超材料层，包括第一纳米结构的阵列；以及设置在所述第一超材料层上的第二超材料层，所述第二超材料层包括第二纳米结构的阵列，其中，所述第二纳米结构与所述第一纳米结构不同地布置。根据示例实施例的另一方面，提供了一种光学腔结构，包括：增益层，被配置为产生光；第一分布式布拉格反射器，设置在所述增益层的第一表面上；以及基于超材料的反射器，设置在所述增益层的与所述第一分布式布拉格反射器相对的第二表面上，其中，所述基于超材料的反射器包括：第一超材料层，包括第一纳米结构的阵列；以及设置在所述第一超材料层上的第二超材料层，所述第二超材料层包括第二纳米结构的阵列，其中，所述第二纳米结构与所述第一纳米结构不同地布置。所述第一纳米结构可以沿第一方向彼此平行布置，并且所述第二纳米结构可以基于所述第二超材料层的区域沿与所述第一方向不同的第二方向彼此平行布置，或者沿从所述第一方向旋转的多个方向布置。所述第一纳米结构可以沿第一方向彼此平行布置，并且所述第二纳米结构可以沿相对于所述第一方向旋转θ的第二方向彼此平行布置，θ小于90度。所述第一纳米结构可以沿第一方向彼此平行布置，并且所述第二纳米结构可以沿相对于所述第一方向旋转的多个方向布置，并且所述第二纳米结构的旋转角度基于所述第二超材料层的区域而不同。所述第一超材料层可以包括透射式波片，所述第二超材料层可以包括反射式波片。所述第一超材料层可以包括第一透射式波片，所述第二超材料层可以包括第二透射式波片，并且所述基于超材料的反射器还可以包括与所述第一超材料层相对地设置在所述第二超材料层上的分布式布拉格反射器。所述基于超材料的反射器可以被配置为使透射通过所述基于超材料的反射器的光发生圆偏振。所述基于超材料的反射器可以被配置为使透射通过所述基于超材料的反射器的光发生线偏振。所述第二纳米结构可以被布置为使得所述基于超材料的反射器被配置为操作为会聚镜或发散镜。根据示例实施例的另一方面，提供了一种包括光学腔结构的垂直腔表面发射激光器，所述光学腔结构包括：增益层，被配置为产生光；分布式布拉格反射器，设置在所述增益层的第一表面上；以及基于超材料的反射器，设置在所述增益层的与所述分布式布拉格反射器相对的第二表面上，其中，所述基于超材料的反射器包括：第一超材料层，包括第一纳米结构的阵列；以及设置在所述第一超材料层上的第二超材料层，所述第二超材料层包括第二纳米结构的阵列，其中，所述第二纳米结构与所述第一纳米结构不同地设置。所述光学腔结构还可以包括设置在所述增益层和所述基于超材料的反射器之间的接触层。所述光学腔结构还可以包括设置在所述增益层上的孔径层，所述孔径层被配置为调节光的大小和光的振荡中的至少一项。所述光学腔结构还可以包括：第一电极，设置在所述增益层的所述第一表面上；第二电极，设置在所述增本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于超材料的反射器，包括：/n第一超材料层，包括第一纳米结构的阵列；以及/n设置在所述第一超材料层上的第二超材料层，所述第二超材料层包括第二纳米结构的阵列，/n其中，所述第二纳米结构与所述第一纳米结构不同地布置。/n

【技术特征摘要】
20190107 KR 10-2019-0001926;20180904 US 62/726,5291.一种基于超材料的反射器，包括：
第一超材料层，包括第一纳米结构的阵列；以及
设置在所述第一超材料层上的第二超材料层，所述第二超材料层包括第二纳米结构的阵列，
其中，所述第二纳米结构与所述第一纳米结构不同地布置。


2.根据权利要求1所述的基于超材料的反射器，其中，所述第一纳米结构沿第一方向并以第一图案布置，并且所述第二纳米结构沿与所述第一方向不同的第二方向并且以与所述第一图案不同的第二图案布置。


3.根据权利要求1所述的基于超材料的反射器，其中，所述第一纳米结构沿第一方向彼此平行布置，并且
其中，所述第二纳米结构基于所述第二超材料层的区域，沿与所述第一方向不同的第二方向或者沿与所述第一方向不同的多个方向布置。


4.根据权利要求1所述的基于超材料的反射器，其中，所述第一超材料层包括透射式波片，并且
所述第二超材料层包括反射式波片。


5.根据权利要求4所述的基于超材料的反射器，其中，所述第一纳米结构沿第一方向彼此平行布置，并且
其中，所述第二纳米结构沿相对于所述第一方向旋转θ的第二方向彼此平行布置，θ小于90度。


6.根据权利要求4所述的基于超材料的反射器，其中，所述第一纳米结构沿第一方向彼此平行布置，并且
其中，所述第二纳米结构沿相对于所述第一方向旋转的多个方向布置，并且所述第二纳米结构的旋转角度基于所述第二超材料层的区域而不同。


7.根据权利要求4所述的基于超材料的反射器，其中，所述基于超材料的反射器被配置为使透射通过所述基于超材料的反射器的光发生圆偏振。


8.根据权利要求4所述的基于超材料的反射器，其中，所述第二纳米结构被布置为使得所述基于超材料的反射器操作为会聚镜或发散镜。


9.根据权利要求1所述的基于超材料的反射器，其中，所述第一超材料层包括第一透射式波片，所述第二超材料层包括第二透射式波片，并且
其中，所述基于超材料的反射器还包括被与所述第一超材料层相对地设置在所述第二超材料层上的分布式布拉格反射器。


10.根据权利要求9所述的基于超材料的反射器，其中，所述第一纳米结构沿第一方向彼此平行布置，并且
其中，所述第二纳米结构沿相对于所述第一方向旋转θ的第二方向彼此平行布置，并且θ小于90度。


11.根据权利要求9所述的基于超材料的反射器，其中，所述第一纳米结构沿第一方向彼此平行布置，并且
其中，所述第二纳米结构沿相对于所述第一方向旋转的多个方向布置，并且所述第二纳米结构的旋转角度基于所述第二超材料层的区域而不同。


12.根据权利要求9所述的基于超材料的反射器，其中，所述基于超材料的反射器被配置为使透射通过所述基于超材料的反射器的光发生线偏振。


13.根据权利要求9所述的基于超材料的反射器，其中，所述第二纳米结构被布置为使得所述基于超材料的反射器被配置为操作为会聚镜或发散镜。


14.一种光学器件，包括至少一个基于超材料的反射器，所述至少一个基于超材料的反射器包括：
第一超材料层，包括第一纳米结构的阵列；以及
设置在所述第一超材料层上的第二超材料层，所述第二超材料层包括第二纳米结构的阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩承勋，罗炳勋，巴巴克·米尔扎普尔贝内卡拉耶，阿米尔·阿巴比，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，马萨诸塞大学，
类型：发明
国别省市：韩国;KR