在一些实施方式中，垂直腔表面发射激光器(VCSEL)装置包括衬底层和设置在衬底层上的外延层集合。VCSEL装置可以包括形成在外延层集合中的有源VCSEL，其中有源VCSEL被配置为使得在有源VCSEL中存在为激光发射提供光学增益的电泵浦。VCSEL装置可以包括形成在外延层集合中的至少一个无源VCSEL，其中无源VCSEL被配置为使得在至少一个无源VCSEL中不存在为激光发射提供光学增益的电泵浦。所述至少一个无源VCSEL可以相对于所述有源VCSEL定位，以使所述有源VCSEL的一个或多个模式与所述至少一个无源VCSEL的一个或多个模式耦合。源VCSEL的一个或多个模式耦合。源VCSEL的一个或多个模式耦合。
【技术实现步骤摘要】
具有有源发射器和无源发射器的模式鉴别发射器装置
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本专利申请要求于2022年1月24日提交的美国临时专利申请No.63/302,369的优先权，其标题为“垂直腔表面发射激光装置中的增加的模式鉴别(INCREASED MODAL DISCRIMINATION IN VERTICAL CAVITY SURFACE EMITTING LASER DEVICES)”，该在先申请的公开内容被认为是本专利申请的一部分，并通过引用并入本专利申请中。
[0003]本公开总体上涉及垂直腔表面发射激光器(VCSEL)，并且涉及具有有源发射器和无源发射器的模式鉴别发射器装置。
技术介绍
[0004]比如VCSEL的垂直发射装置可以包括激光器、光发射器等，其中光束在垂直于基板表面的方向上(例如，垂直于半导体晶片的表面)发射。多个垂直发射装置可以布置在公共基板上的一个或多个发射器阵列(例如，VCSEL阵列)中。
技术实现思路
[0005]在一些实施方式中，VCSEL装置包括衬底层和设置在衬底层上的外延层集合。VCSEL装置可以包括形成在外延层组中的有源VCSEL，其中有源VCSEL被配置为使得在有源VCSEL中存在为激光发射提供光学增益的电泵浦。VCSEL装置可以包括形成在外延层集合中的至少一个无源VCSEL，其中无源VCSEL被配置为使得在至少一个无源VCSEL中不存在为激光发射提供光学增益的电泵浦。所述至少一个无源VCSEL可以相对于所述有源VCSEL定位，以使所述有源VCSEL的一个或多个模式与所述至少一个无源VCSEL的一个或多个模式耦合。
[0006]在一些实施方式中，发射器装置包括衬底层和设置在衬底层上的外延层集合。发射器装置可以包括形成在外延层集合中的有源发射器，其中有源发射器被配置为使得在有源发射器中存在为激光发射提供光学增益的电泵浦。发射器装置可以包括形成在外延层集合中的至少一个无源发射器，其中无源发射器被配置为使得在至少一个无源发射器中不存在为激光发射提供光学增益的电泵浦。至少一个无源发射器可以使得源发射器的一个或多个模式与至少一个无源发射器的一个或多个模式耦合。
[0007]在一些实施方式中，一种方法包括：将发射器装置连接到电源，所述发射器装置包括衬底层、设置在所述衬底层上的外延层集合、形成在所述外延层集合中的有源发射器和形成在所述外延层集合中的至少一个无源发射器；以及向所述发射器装置注入电流以引起所述有源发射器的为激光发射提供光学增益的电泵浦，而不引起所述至少一个无源发射器的为激光发射提供光学增益的电泵浦。
附图说明
[0008]图1A和图1B是分别示出示例发射器的顶视图和示例发射器沿线X
‑
X的剖视图的示
意图。
[0009]图1C是示出由图1A和图1B的示例发射器支持的模式的示例的示意图。
[0010]图2是示例发射器装置的示意图。
[0011]图3是图2的发射器装置的有源发射器和无源发射器的配置的示例的示意图。
[0012]图4是图2的发射器装置的有源发射器和多个无源发射器的配置的示例的示意图。
[0013]图5是与发射器装置的模式鉴别相关联的示例过程的流程图。
具体实施方式
[0014]以下对实施例的详细说明参考了附图。不同附图中的相同参考标记可以标识相同或相似的元件。
[0015]垂直腔表面发射激光器(VCSEL)装置内的模式竞争影响VCSEL装置的强度噪声、相位噪声、光束质量和/或边模抑制比(SMSR)等。在一些情况下，VCSEL装置可以采用小的氧化孔来减少VCSEL装置的模式数量，但是这可能导致VCSEL装置的高阈值电流密度和/或高功率密度，从而引起较低的差分增益和/或影响VCSEL装置的性能可靠性。此外，为了减少具有大氧化孔(OA)的VCSEL装置中的模式数量以实现可接受的激光性能，应当增加不同模式之间的模式鉴别(即，不同模式之间的模式损耗差异)，使得可以激发相对较少的模式。
[0016]当前的VCSEL装置不能实现如此高的模式鉴别。相反，VCSEL装置中支持的模式之间的模式区别通常很小。因此，VCSEL装置支持的相对大量的模式(例如，所有模式)可以达到激光发射阈值，从而导致多模激光发射。如上所述，VCSEL装置的多模操作导致强模竞争和其他不稳定性。此外，应当减小VCSEL装置中的模体积以增加激光调制带宽。因此，VCSEL装置的多模操作影响信号调制性能。
[0017]本文描述的一些实施方式提供了一种发射器装置，其包括有源发射器和邻近(例如，紧邻或围绕)有源发射器定位的一个或多个无源发射器(例如，发射器装置是复合发射器装置)。例如，有源发射器和一个或多个无源发射器可以形成在相同的外延层集合中，并且一个或多个无源发射器可以相对于有源发射器定位，使得有源发射器的一个或多个模式与一个或多个无源发射器的一个或多个模式耦合。
[0018]泵浦电流可以被注入到有源发射器中以提供光学增益，而光学损耗由一个或多个无源发射器引入(例如，一个或多个无源发射器不被电泵浦)。因此，一个或多个无源发射器提供耗散(例如，有损)模式，其可以与有源发射器的高阶模式相位匹配(phase match)并耦合，从而吸收重叠的光能。以这种方式，有效地滤除有源发射器的高阶模式。此外，通过操纵有源发射器的泵浦电流以及发射器的模式之间的耦合强度(例如，基于发射器之间的距离)，可以抑制不期望的高阶模式而不影响低阶模式。因此，VCSEL装置提供了增加的模式鉴别。以这种方式，有源发射器的不期望的高阶模式被抑制在激光发射阈值以下，并且有源发射器的激光发射与低阶模式一起发生。此外，由于抑制高阶模式，可以增加有源发射器的发射孔。因此，可以优化发射器装置的强度噪声、相位噪声、光束质量和/或SMSR等。
[0019]图1A和图1B是分别示出示例发射器100的俯视图和示例发射器100沿线X
‑
X的剖视图150的示意图。如图1A所示，发射器100可以包括以发射器架构构造的发射器层集合。在一些实施方式中，发射器100可以对应于本文所述的一个或多个垂直发射装置。
[0020]如图1A所示，在该示例中，发射器100可以包括形状为圆形的注入保护层102。在一
些实施方式中，注入保护层102可以具有其他形状，比如椭圆形、多边形等。注入保护层102是基于包含在发射器100中的注入材料(未示出)的区段之间的空间来限定的。
[0021]如图1A中的中灰色和深灰色区域所示，发射器100包括以部分环形(例如，具有内半径和外半径)构造的欧姆金属层104(例如，P
‑
欧姆金属层或N
‑
欧姆金属层)。中灰色区域示出了由发射器100的保护层(例如，介电层或钝化层)覆盖的欧姆金属层104的区域，深灰色区域示出了由过孔106暴露的欧姆金属层104的区域，如下所述。如图所示，欧姆金属层104与注入保护层102重叠。例如，在P
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种垂直腔表面发射激光器(VCSEL)装置，包括：衬底层；外延层集合，设置在所述衬底层上；有源VCSEL，形成在所述外延层集合中，其中，所述有源VCSEL被配置为使得在所述有源VCSEL中存在为激光发射提供光学增益的电泵浦；以及至少一个无源VCSEL，形成在所述外延层集合中，其中，所述无源VCSEL被配置为使得在所述至少一个无源VCSEL中不存在为激光发射提供光学增益的电泵浦，并且其中，所述至少一个无源VCSEL相对于所述有源VCSEL定位，以使所述有源VCSEL的一个或多个模式与所述至少一个无源VCSEL的一个或多个模式耦合。2.根据权利要求1所述的VCSEL装置，其特征在于，所述有源VCSEL的一个或多个模式包括所述有源VCSEL的至少一个高阶模式，并且不包括所述有源VCSEL的基模。3.根据权利要求2所述的VCSEL装置，其特征在于，所述至少一个无源VCSEL被定位在距所述有源VCSEL一定距离处，所述距离使得所述至少一个高阶模式与所述无源VCSEL的一个或多个模式耦合，而不使所述有源VCSEL的基模与所述无源VCSEL的一个或多个模式耦合。4.根据权利要求2所述的VCSEL装置，其特征在于，所述至少一个无源VCSEL的发射区的形状相对于所述有源VCSEL的发射区的形状使得所述至少一个高阶模式与所述无源VCSEL的一个或多个模式耦合，而不使所述有源VCSEL的基模与所述无源VCSEL的一个或多个模式耦合。5.根据权利要求1所述的VCSEL装置，其特征在于，所述至少一个无源VCSEL的多个模式与传播常数值相关联，所述传播常数值匹配于与所述有源VCSEL的多个模式相关联的传播常数值。6.根据权利要求1所述的VCSEL装置，其特征在于，所述有源VCSEL的发射区与所述至少一个无源VCSEL的发射区具有相同的形状。7.根据权利要求1所述的VCSEL装置，其特征在于，所述有源VCSEL的发射区与所述至少一个无源VCSEL的发射区具有不同的形状。8.根据权利要求1所述的VCSEL装置，其特征在于，所述至少一个无源VCSEL包括多个无源VCSEL。9.根据权利要求8所述的VCSEL装置，其特征在于，所述有源VCSEL位于所述多个无源VCSEL中的第一无源VCSEL和所述多个无源VCSEL中的第二无源VCSEL之间。10.一种发射器装置，包括：衬底层；外延层集合，设置在所述衬底层上；有源发射器，形成在所述外延层集合中，其中，所述有源发射器被配置为使得在所...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱叶雨，CY卢，
申请(专利权)人：朗美通经营有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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