光束整形超构表面的制作方法

本公开总体上涉及光学器件，具体涉及包括超构表面(metasurface)的光束整形光学器件。

背景技术：

1、折射透镜通常用于使从光源发出的光聚焦。例如，折射透镜可以具有凸表面或凹表面，以使从光源发出的光束聚焦或使从光源发出的光束散焦。然而，折射透镜相对于光源可能具有显著的厚度、占用空间(footprint)和/或重量，特别是为了实现某些光束整形功能。此外，折射透镜通常需要将折射透镜结合(以及对准)到光源的附加工艺步骤。

技术实现思路

1、根据本公开的第一方面，提供了一种垂直腔面发射激光器(vcsel)，该vcsel包括：第一反射器层；第二反射器层；激光腔，该激光腔设置在该第一反射器层与该第二反射器层之间，其中，该激光腔被配置为发射激光；以及超构表面，该超构表面被配置为响应于接收来自该激光腔的激光，将光束整形型材应用于该激光，以生成整形激光。折射透镜通常用于使从光源发射的光聚焦。

2、在一些实施例中，该超构表面形成在该vcsel的折射半导体层中。

3、在一些实施例中，该超构表面包括第一折射半导体层和第二折射半导体层，其中，该第一折射半导体层设置在该第二折射半导体层与该第二反射器层之间。

4、在一些实施例中，该第一折射半导体层的第一折射率低于该第二折射半导体层的第二折射率。

5、在一些实施例中，该第一折射半导体层具有恒定的厚度，该第二折射半导体层包括该超构表面的纳米结构。

6、在一些实施例中，该第一折射半导体层的第一折射率在近红外波长下高于三，其中，该第二折射半导体层的第二折射率在近红外波长下高于三。

7、在一些实施例中，该第一折射半导体层包括磷酸铟镓，其中，该第二折射半导体层包括砷化镓或砷化铝镓。

8、在一些实施例中，该超构表面对偏振不敏感。

9、在一些实施例中，该光束整形型材包括超构透镜部件，以控制该整形激光的光束发散，其中，该光束整形型材包括超构棱镜部件，以控制该整形激光的偏转角。

10、在一些实施例中，该超构表面形成在该vcsel的折射介电层中。

11、在一些实施例中，该超构表面包括具有不同尺寸的多个纳米柱，该多个纳米柱被配置为将该激光整形为该整形激光。

12、在一些实施例中，该多个纳米柱包括具有第一半径的第一圆柱形(round)纳米柱，其中，该多个纳米柱包括具有第二半径的第二圆柱形纳米柱，该第二半径与该第一半径不同。

13、根据本公开的第二方面，提供了一种制造光源的方法，该方法包括：在晶圆上制造垂直腔面发射激光器(vcsel)，其中，该vcsel被配置为通过该vcsel的孔发射激光；在该vcsel的该孔的上方形成折射半导体层，同时将该vcsel保持位于该晶圆上；以及在该折射半导体层中形成超构表面，其中，该超构表面在该折射半导体层的减成工艺中形成，其中，该超构表面被配置为将光束整形型材应用到该激光，以生成整形激光。

14、在一些实施例中，该减成工艺包括将该超构表面的纳米结构刻蚀到该折射半导体层中。

15、在一些实施例中，该方法还包括：在形成该折射半导体层之前形成折射层，其中，该折射层形成于该vcsel与该折射半导体层之间，其中，该折射层起到刻蚀停止的作用，以将该纳米结构刻蚀到该折射半导体层中。

16、在一些实施例中，该折射层的第一折射率低于该折射半导体层的第二折射率。

17、在一些实施例中，该折射半导体层包括砷化镓，其中，该折射层包括磷酸铟镓。

18、在一些实施例中，该超构表面具有小于500nm的厚度。

19、根据本公开的第三方面，提供了一种近眼光学元件，该近眼光学元件包括折射层、第一光源和第二光源，该第一光源与该折射层耦接，该第一光源包括：第一激光器，该第一激光器被配置为发射第一近红外激光；以及第一超构表面，该第一超构表面被配置为接收该第一近红外激光，并且将第一光束整形型材应用于该第一近红外激光，以生成第一整形激光，从而引导到该近眼光学元件的眼睛侧，该第二光源与该折射层耦接，该第二光源包括：第二激光器，该第二激光器被配置为发射第二近红外激光；以及第二超构表面，该第二超构表面被配置为接收该第二近红外激光，并且将第二光束整形型材应用到该第二近红外激光，以生成第二整形激光，从而引导到该近眼光学元件的该眼睛侧，其中，该第一光束整形型材与该第二光束整形型材不同。

20、在一些实施例中，该第一超构表面由与该第一激光器集成的第一折射半导体层形成，其中，该第二超构表面由与该第二激光器集成的第二折射半导体层形成。

21、应当理解的是，本文中描述为适合于结合到本公开的一个或多个方面、或实施例中的任何特征旨在通用于本公开的任何方面和所有方面和实施例中。本领域技术人员根据本公开的说明书、权利要求书和附图，可以理解本公开的其他方面。上述总体性描述和以下详细描述仅是示例性和说明性的，而不是对权利要求的限制。

1.一种垂直腔面发射激光器(vcsel)，所述vcsel包括：

2.根据权利要求1所述的vcsel，其中，所述超构表面形成在所述vcsel的折射半导体层中。

3.根据权利要求1所述的vcsel，其中，所述超构表面包括第一折射半导体层和第二折射半导体层，其中，所述第一折射半导体层设置在所述第二折射半导体层与所述第二反射器层之间。

4.根据权利要求3所述的vcsel，其中，所述第一折射半导体层的第一折射率低于所述第二折射半导体层的第二折射率；优选地，其中，所述第一折射半导体层具有恒定的厚度，所述第二折射半导体层包括所述超构表面的纳米结构。

5.根据权利要求3所述的vcsel，其中，所述第一折射半导体层的第一折射率在近红外波长下高于三，其中，所述第二折射半导体层的第二折射率在近红外波长下高于三。

6.根据权利要求3所述的vcsel，其中，所述第一折射半导体层包括磷酸铟镓，其中，所述第二折射半导体层包括砷化镓或砷化铝镓。

7.根据任一项前述权利要求所述的vcsel，其中，所述超构表面对偏振不敏感。

8.根据任一项前述权利要求所述的vcsel，其中，所述光束整形型材包括超构透镜部件，以控制所述整形激光的光束发散，其中，所述光束整形型材包括超构棱镜部件，以控制所述整形激光的偏转角。

9.根据权利要求1所述的vcsel，其中，所述超构表面形成在所述vcsel的折射介电层中。

10.根据任一项前述权利要求所述的vcsel，其中，所述超构表面包括具有不同尺寸的多个纳米柱，所述多个纳米柱被配置为将所述激光整形为所述整形激光。

11.根据权利要求10所述的vcsel，其中，所述多个纳米柱包括具有第一半径的第一圆柱形纳米柱，其中，所述多个纳米柱包括具有第二半径的第二圆柱形纳米柱，所述第二半径与所述第一半径不同。

12.一种制造光源的方法，所述方法包括：

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述减成工艺包括将所述超构表面的纳米结构刻蚀到所述折射半导体层中；优选地，所述方法还包括：

14.一种近眼光学元件，所述近眼光学元件包括：

15.根据权利要求14所述的近眼光学元件，其中，所述第一超构表面由与所述第一激光器集成的第一折射半导体层形成，其中，所述第二超构表面由与所述第二激光器集成的第二折射半导体层形成。