一种量子高反射率VCSEL激光器件的制作方法

一种量子高反射率vcsel激光器件
技术领域
1.本实用新型涉及激光发射装置，特别是一种量子高反射率vcsel激光器件。


背景技术：

2.激光器的种类有很多，半导体激光器是最实用最重要的一类激光器，半导体激光器是以一定的半导体材料做工作物质而产生激光的器件，其工作原理是通过一定的激励方式，在半导体物质的能带之间，或者半导体物质的能带与杂质能级之间，实现非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时，便产生受激发射作用，半导体激光器的激励方式主要有三种，即电注入式，光泵式和高能电子束激励式，电注入式半导体激光器，一般是由砷化镓、硫化镉、磷化铟、硫化锌等材料制成的半导体面结型二极管，沿正向偏压注入电流进行激励，在结平面区域产生受激发射，光泵式半导体激光器，一般用n型或p型半导体单晶做工作物质，以其他激光器发出的激光作光泵激励，高能电子束激励式半导体激光器，一般也是用n型或者p型半导体单晶做工作物质，通过由外部注入高能电子束进行激励，但是现有的半导体激光器存在以下缺点：1、温度特性差：半导体激光器工作特性与温度有显著的关系，环境温度变化可以引起激射频率、阈值电流、输出光功率等变化；2、容易产生噪声：因为是利用高浓度的载流子，所以载流子的起伏会影响有源区的折射率;谐振器的长度短，还采用了低反射率的端面镜子，所以激光振荡容易受到外部回光的影响；3、输出光发散：输出光由端面以放射形式发出成为发散光，要获得平行光束必须要有外部透镜。


技术实现要素：

3.针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本实用新型提供了一种量子高反射率vcsel激光器件，vcsel激光器的波长和阈值对温度变化相对不太敏感，采用反射率极高的半导体dbr结构可以得到足够高的增益，可以做到极低的损耗，出射光束为圆形，发散角小，很容易与光纤及其他光学元件耦合且效率高，集高输出功率和高转换效率和高质量光束等优点于一身。
4.其解决的技术方案是，包括壳体，其特征在于，所述壳体内部底端设有固定装置，通过固定装置连接有激光模块,激光模块上方从下往上依次设有位于壳体内部腔体的准直镜头和doe扩散片，所述激光模块内部从下到上依次设有衬底、n型接触层、n型dbr，量子阱有源区、氧化限制层、p型dbr和p型接触层，n型dbr和p型dbr中间区域构成谐振腔。
5.作为优选，所述n型接触层设有n型欧姆电极，所述p型接触层设有p型欧姆电极。
6.作为优选，所述n型dbr由多个反射镜构成，反射镜由折射率不同且厚度为光波长的四分之一的两种材料交替生长而成，n型dbr的反射率接近100%，作为谐振腔的全反射镜。
7.作为优选，所述p型dbr由多个反射镜构成，反射镜由折射率不同且厚度为光波长的四分之一的两种材料交替生长而成，p型dbr反射率低，作为谐振腔的出射镜。
8.作为优选，所述氧化限制层位于p型dbr中，氧化限制层由一层或多层高铝组分
algaas层组成。
9.作为优选，所述量子阱有源区位于p型dbr和n型dbr之间，量子阱有源区产生的光子在p型dbr和n型dbr中来回反射产生谐振效应，最终放大并形成激光。
10.作为优选，所述准直镜头下端面为平面，上端面为弧面，准直镜头用于将激光器发出的激光束转变成准直平行光。
11.作为优选，所述doe扩散片下端面固定连接有多个三棱柱结构体，doe扩散片用于将经准直镜头转换后的准直平行激光进行扩散，激光经过doe扩散片后形成均匀的面光源向外发射。
12.作为优选，所述固定装置包括激光模块下端面左右两侧固定连接的向下伸出的弹性金属扣，还包括壳体下端内部固定连接的定位块，定位块左右两侧开设有与弹性金属扣相配合的卡槽。
13.本实用新型有益效果是：
14.1.vcsel激光器采用反射率极高的半导体dbr结构可以得到足够高的增益，可以做到极低的损耗；
15.2.vcsel激光器的波长和阈值对温度变化相对不太敏感；
16.3.激光器出射光束为圆形，发散角小，很容易与光纤及其他光学元件耦合且效率高，能够产生高质量光束。
17.4.通过设置固定装置使得激光器件定位简单方便拆装检修，而且采用金属结构利于激光器散热。
附图说明
18.图1为本实用新型整体示意图第一视角。
19.图2为本实用新型激光模块示意图。
20.图3为本实用新型激光模块内部结构示意图。
21.图4为本实用新型壳体内部固定装置示意图。
22.附图标记
23.1.壳体，2.激光模块，3.准直镜头，4.doe扩散片，5.衬底，6.n型接触层，7.n型dbr，8.量子阱有源区，9.氧化限制层，10.p型dbr，11.p型接触层，12.谐振腔，13.弹性金属扣，14.定位块，15.卡槽。
具体实施方式
24.以下结合附图1-4对本实用新型的具体实施方式做出进一步详细说明。
25.本实用新型在使用时，先通过壳体1内部底端的固定装置将激光模块2固定在壳体1内部底端，激光模块2、衬底5、n型接触层6、量子阱有源区8、氧化限制层9和p型接触层11均与控制器电性连接，固定装置包括激光模块2下端面左右两侧固定连接的向下伸出的弹性金属扣13，还包括壳体1下端内部固定连接的定位块14，定位块14左右两侧开设有与弹性金属扣13相配合的卡槽15，固定激光模块2时将激光模块2下端面的弹性金属扣13沿着定位块14左右两侧开设的与弹性金属扣13相配合的卡槽15向下压，弹性金属扣13可以略微变形张开使激光模块2继续向下运动直至弹性金属扣13完全嵌入卡槽15内部实现激光模块2在壳
体1内部底端的定位，弹性金属扣13由金属材料制成可以帮助激光模块2进行散热。
26.随后通过控制器对激光模块2内部通入电流，激光模块2内部从下到上依次设有衬底5、n型接触层6、n型dbr7，量子阱有源区8、氧化限制层9、p型dbr10和p型接触层11，n型dbr7和p型dbr10中间区域构成谐振腔12，n型接触层6设有n型欧姆电极，所述p型接触层11设有p型欧姆电极，电流通过n型欧姆电极和p型欧姆电极注入激光模块2内部，量子阱有源区8位于p型dbr10和n型dbr7之间，然后量子阱有源区8受到电流激发产生光子，建立起实现内部载流子反转分布的基础，n型dbr7由多个反射镜构成，反射镜由折射率不同且厚度为光波长的四分之一的两种材料交替生长而成，n型dbr7的反射率接近100%，作为谐振腔12的全反射镜，p型dbr10由多个反射镜构成，反射镜由折射率不同且厚度为光波长的四分之一的两种材料交替生长而成，p型dbr10反射率低，作为谐振腔12的出射镜，通过使用合适的n型dbr7和p型dbr10来设计合适的反射率的谐振腔12使辐射出的光子形成相干振荡，合适的谐振腔12使受激辐射在其中得到多次反馈形成激光振荡，量子阱有源区8产生的光子在n型dbr7和p型dbr10中的谐振腔12内来回反射产生谐振效应，最终通过控制器提供足够强的注入电流使得光子的光增益大于或者等于各种损耗之和，满足一定的电流阈值条件形成激射，最终形成激光。
27.氧化限制层9用以限制电流流入量子阱有源区8区域，氧化限制层9位于p型dbr10中，氧化限制层9由一层或多层高铝组分algaas层组成，采用多氧化层结构可以降低vcsel器件的结电容，提高其调制带宽，algaas层被部分氧化以在孔径周围形成非导电区域，这种限制电流流动的方法能够降低阈值电流，以产生激光发射，并控制光束宽度。
28.激光模块2上方从下往上依次设有位于壳体1内部腔体的准直镜头3和doe扩散片4，激光模块2发出的激光向上运动经过准直镜头3，准直镜头3下端面为平面，上端面为弧面，准直镜头3用于将激光器发出的激光束转变成准直平行光，激光经过准直镜头3的转换后形成准直平行激光继续向上运动到达doe扩散片4，doe扩散片4下端面固定连接有多个三棱柱结构体，doe扩散片4用于将经准直镜头3转换后的准直平行激光进行扩散，激光经过doe扩散片4后形成均匀的面光源向外发射，由此可以提供高精度的投射结构光，这种激光器可以应用于手机人脸解锁、人脸支付等各种生活应用中。