表面发光激光器和图像形成装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了表面发光激光器和图像形成装置。被配置为施加反射率差的第一阶梯结构和被配置为改变远视野光强度分布的第二阶梯结构被设置。在其中形成第一阶梯结构的级差的区域与在其中形成第二阶梯结构的级差的区域具有预定的关系。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及表面发光激光器和使用该表面发光激光器的图像形成装置。
技术介绍
垂直空腔表面发光激光器(VCSEL)被用作电子照相图像形成装置中的扫描光学装置的光源。在这种类型的扫描光学装置中，来自光源的出射光通过光阑被整形。出射光通过光偏转器(例如，多面镜)照射到作为扫描表面的感光体上，以形成潜像。当表面发光激光器被用作图像形成装置的光源时，从感光体中的潜像的单模性(monomodality)和稳定性的观点来看,希望表面发光激光器仅在基本横向模式中振荡。日本专利申请公开N0.2001-284722讨论了如下技术，即，通过在表面发光激光器的光出射面上设置阶梯结构(stepped structure)来使表面发光激光器在单一横向模式中振荡。阶梯结构被构造为使得发光区域的中心部分的反射率比周边部分的反射率高。由于与高次横向模式相比，光强度在基本横向模式中分布在中心部分中，因此可通过设置阶梯结构选择性使基本横向模式中的光振荡。日本专利申请公开N0.2001-284722的阶梯结构的特征在于，发光区域的中心部分中的反射率与周边部分中的反射率不同。当设置阶梯结构时，除了反射率以外，光在发光区域的中心部分中的透射率与在其周边部分中的透射率也不同。发光区域的中心部分中的光路长度差与其周边部分中的光路长度差不同。在中心部分的反射率比周边部分的反射率高的阶梯结构中，从周边部分透过的激光的强度高于在不存在阶梯结构的情况下的激光的强度。透过周边部分的光的相位与透过中心部分的光的相位不同。作为结果，近视野光强度分布接近环状。图9示出与近视野光强度分布对应的远视野光强度分布。与不设置阶梯结构时的远视野光强度分布920相比，在设置阶梯结构时的远视野光强度分布910中，发散角度的中心(例如:-5度至+5度)处的远视野光强度分布的半值宽度变细。当使用该表面发光激光器作为图像形成装置的光源时，该表面发光激光器附接到图像形成装置的扫描光学系统的角度(光源的出射表面法线和光学系统的光轴的轴向对准)所需要的精度是更严苛的。因此，不希望使用该表面发光激光器。
技术实现思路
本专利技术针对表面发光激光器和使用该表面发光激光器的图像形成装置，所述表面发光激光器包括被设置来执行用于横向模式控制的反射率控制的阶梯结构，并具有远视野光强度分布的改进的发散角度。根据本专利技术的一方面，表面发光激光器包含叠层结构，叠层结构包含基板以及在基板上形成的下部镜、有源层和上部镜，表面发光激光器被配置为以波长\振荡，表面发光激光器包括:第一阶梯结构，第一阶梯结构被设置在上部镜的上部上的光出射区域中，并包含布置在光出射区域的中心部分中的第一区域与设置在第一区域外的第二区域之间所形成的级差(level difference);以及第二阶梯结构，第二阶梯结构被设置在上部镜的上部上的光出射区域中，并包含设置在第一区域外的第三区域与设置在第三区域外的第四区域之间所形成的级差，其中，第二阶梯结构的级差存在于第二区域中；对于垂直入射到基板并具有波长、的光，包含上部镜、第一阶梯结构和第二阶梯结构的结构的反射率在第一区域中比在第二区域中高；以及第三区域的透射光与第四区域的透射光之间的相位差比第一区域的透射光与第三区域的透射光之间的相位差大。从参照附图对示例性实施例的以下详细描述中，本专利技术的其它特征和方面将变得明显。附图说明包含于说明书中并构成其一部分的附图示出本专利技术的示例性实施例、特征和方面，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。图1是根据第一示例性实施例的表面发光激光器的示意性断面图。图2A、图2B、图2C和图2D是包含于根据第一示例性实施例的表面发光激光器中的第一阶梯结构的示意性断面图。图3A和图3B是包含于根据第一示例性实施例的表面发光激光器中的第二阶梯结构的示意性断面图。图4是根据第二示例性实施例的表面发光激光器的示意性断面图。图5A、图5B、图5C、5E和图5F是包含于根据第二示例性实施例的表面发光激光器中的第一阶梯结构的示意性断面图。图6A和图6B是包含于根据第二示例性实施例的表面发光激光器中的第二阶梯结构的示意性断面图。图7不出根据第一不例性实施例的表面发光激光器的远视野光强度分布。图8A和图8B是根据第三示例性实施例的图像形成装置的示意图。图9示出具有阶梯结构的表面发光激光器和不具有阶梯结构的表面发光激光器的远视野光强度分布。具体实施例方式下面将参照附图详细描述本专利技术的各种示例性实施例、特征和方面。在根据本专利技术的实施例的表面发光激光器中，除了被配置为施加反射率差的阶梯结构(第一阶梯结构)以外，还在第一阶梯结构的低反射率区域中设置被配置为改变远视野光强度分布的阶梯结构(第二阶梯结构)。在第一阶梯结构中，光出射区域通过其级差的边界被分成第一区域和第二区域。例如，第一区域位于光出射区域的中心部分。第二区域被设置在第一区域外侧的周边部分。由于横向模式控制，因此，第一区域的反射率比第二区域的反射率高。包含于第一阶梯结构中的第一材料包含如下材料，具有振荡波长\的光的至少一部分透过该材料。例如，第一阶梯结构的光学厚度在第一区域中为X/2，在第二区域为入/4。当第一区域的光学厚度与第二区域的光学厚度之间的差值为X/4的奇数倍时，这两个区域之间的反射率差增加。当光学厚度之间的差值较小时，从反射率的可控性的观点来看，可以以高精度制成第一阶梯结构。从而，光学厚度之间的差值可以为X/4。在上部镜和第一阶梯结构的上部上布置第二阶梯结构，或者在上部镜与第一阶梯结构之间布置第二阶梯结构。包含于第二阶梯结构中的第二材料包含如下材料，具有振荡波长X的光的至少一部分透过该材料。这是由于需要使透射的具有不同相位的光在远视野中干涉以提高远视野光强度分布的发散角度，所述不同相位通过第二阶梯结构的光路长度差被施加。第二材料被构造为使得振荡波长\中的折射率与包含于第一阶梯结构中的第一材料的振荡波长X中的折射率不同。这是由于第一阶梯结构的功能与第二阶梯结构的功能分离。例如，当第一材料包含半导体时，第二材料包含电介质材料。如上所述，可通过设置第一阶梯结构来控制反射率。然而，视野光强度分布的半值宽度变细。因此，为了补偿视野光强度分布，与第一阶梯结构相比，第二阶梯结构被构造为使得向透射光施加相位差。当使用术语“区域”时，这可被描述为“第三区域的透射光与第四区域的透射光之间的相位差大于第一区域的透射光与第三区域的透射光之间的相位差”。在标量衍射近似下在近视野中由第二阶梯结构施加的相位差(弧度)几乎等于通过将如下值除以X而获得的值，所述值是通过从级差的光学厚度减去级差的实际厚度而获得的。因此，通过从第二阶梯结构的级差的“光路长度差”减去其“实际厚度(不考虑折射率的厚度)差”而获得的值的绝对值大于通过从第一阶梯结构的级差的“光路长度差”减去其“实际厚度差”而获得的值的绝对值。从而，由于第二阶梯结构在近视野中相比于第一阶梯结构可以向透射光施加相位差，因此可以施加具有大的波面的畸变，并且可以极大地使远视野光强度分布变形。当使用术语“区域”时，这可被描述为“通过从第三区域与第四区域之间的光路长度差减去第三区域与第四区域之间的实际厚度差而获得的值的绝对值大于通过从第一区域与第三区域之间的光路长度差减去第一区域与第三区域之间的实际厚度差而获本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面发光激光器，所述表面发光激光器包含叠层结构，所述叠层结构包含基板以及在所述基板上形成的下部镜、有源层和上部镜，所述表面发光激光器被配置为以波长λ振荡，所述表面发光激光器包括：第一阶梯结构，所述第一阶梯结构被设置在所述上部镜的上部上的光出射区域中，并包含布置在所述光出射区域的中心部分中的第一区域与设置在所述第一区域外的第二区域之间所形成的级差；以及第二阶梯结构，所述第二阶梯结构被设置在所述上部镜的上部上的所述光出射区域中，并包含设置在所述第一区域外的第三区域与设置在所述第三区域外的第四区域之间所形成的级差，其中，所述第二阶梯结构的级差存在于所述第二区域中；对于垂直入射到所述基板并具有波长λ的光，包含所述上部镜、所述第一阶梯结构和所述第二阶梯结构的结构的反射率在所述第一区域中比在所述第二区域中高；以及所述第三区域的透射光与所述第四区域的透射光之间的相位差比所述第一区域的透射光与所述第三区域的透射光之间的相位差大。

【技术特征摘要】
2011.09.28 JP 2011-2129691.一种表面发光激光器，所述表面发光激光器包含叠层结构，所述叠层结构包含基板以及在所述基板上形成的下部镜、有源层和上部镜，所述表面发光激光器被配置为以波长入振荡，所述表面发光激光器包括: 第一阶梯结构，所述第一阶梯结构被设置在所述上部镜的上部上的光出射区域中，并包含布置在所述光出射区域的中心部分中的第一区域与设置在所述第一区域外的第二区域之间所形成的级差；以及 第二阶梯结构，所述第二阶梯结构被设置在所述上部镜的上部上的所述光出射区域中，并包含设置在所述第一区域外的第三区域与设置在所述第三区域外的第四区域之间所形成的级差， 其中，所述第二阶梯结构的级差存在于所述第二区域中； 对于垂直入射到所述基板并具有波长\的光，包含所述上部镜、所述第一阶梯结构和所述第二阶梯结构的结构的反射率在所述第一区域中比在所述第二区域中高；以及 所述第三区域的透射光与所述第四区域的透射光之间的相位差比所述第一区域的透射光与所述第三区域的透射光之间的相位差大。2.根据权利要求1所述的表面发光激光器，其中，通过从所述第三区域与所述第四区域之间的光路长度差减去所述第三区域与所述第四区域之间的实际厚度差而获得的值的绝对值比通过从所述第一区域与所述第三区域之间的光路长度差减去所述第一区域与所述第三区域之间的实际厚度差而获得的值的绝对值大。3.根据权利要求1所述的表面发光激光器，其中，所述第一阶梯结构包含第一材料，具有波长、的光的至少一部分透过所述第一材料，以及， 其中，所述第二 阶梯结构包含第二材料，具有波长、的光的至少一部分透过所述第二材料。4.根据权利要求3所述的表面发光激光器，其中，所述第一材料具有与所述第二材料的折射率不同的折射率。5.根据权利要求3所述的表面发光激光器，其中，所述第一材料是半导体，以及， 其中，所述第二材料是电介质材料。6.根据权利要求3所述的表面发光激光器，其中，所述第一材料是电介质材料，以及， 其中，所述第二材料是半导体。7.根据权利要求5所述的表面发光激光器，其中，所述半导体包含AlGaAs。8.根据权利要求5所述的表面发光激光器,其中,所述电介质材料包含娃氧化物或娃氮化物。9.根据权利要求1所述的表面发光激光器，其中，在所述第一阶梯结构中，所述第一区域的光学厚度与所述第二区域的光学厚度之间的差值为X/4的奇数倍。10.根据权利要求9所述的表面发光激光器，其中，在所述第一阶梯结构中，所述第一区域的光学厚度与所述第二区域的光学厚度之间的...

【专利技术属性】
技术研发人员：井久田光弘，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
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