【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于半導體激光器，具體地說涉及一種雙電源驅動垂直腔面發射激光器及其使用方法。
技術介紹
1、半導體激光器分邊發射型和垂直發射型兩種，即激光的發射方向是沿著平行于襯底的方向還是垂直于襯底的方向。垂直腔面發射激光器（vcsel）屬于垂直發射型的一種，它將兩個分布式布拉格反射鏡（dbr）分別置于激光有源層的上下兩側，通過外延材料生長的方法調節dbr的反射率，使得激光腔體諧振處于垂直方向，從而達到垂直發射的目的。vcsel因具有同光纖的連接效率高、其制造工藝同傳統半導體工藝匹配、功耗低和輸出功率調節速度快等諸多優點被廣泛應用于光纖通信領域。
2、傳統的vcsel包括依次堆疊的n型接觸電極、襯底、n型dbr、有源區、p型dbr及p型接觸電極，由于采用環形電極，導致有源區的注入電流分布不均勻，邊緣電流大，中間電流小，產生電流擁擠效應，特別是在大口徑下，電流擁擠效應顯著，輸出光斑質量差。為了解決上述問題，在環形電極基礎上，通常在通光口徑內設計一些分布式的金屬細絲電極，可以大大降低電流擁擠效應，但是，由于金屬細絲電極置于通光口徑內，會對輸出的激光產生衍射作用，同時，金屬細絲電極存在損傷閾值，其在大功率激光出射時會損壞，限制了大功率激光的輸出。氣體放電產生的低溫等離子體對通過的激光幾乎無影響，具有較高的損傷閾值，等離子體電極可以擴散至任意口徑，是非常理想的透明電極。但是，等離子體在擴散過程中接觸到半導體時，等離子體內的電子會通過半導體進行傳輸，而不與氣體發生碰撞，導致等離子體不能繼續在空間擴散，無法形成全口徑的等離子體電極，
技術實現思路
1、針對現有技術的種種不足，現提出一種雙電源驅動垂直腔面發射激光器及其使用方法，以解決現有技術無法實現大口徑vcsel，從而輸出功率受限的技術問題。
2、為實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：
3、一種雙電源驅動垂直腔面發射激光器，依次包括第一面電極、襯底、n型dbr、有源區、p型dbr以及第二面電極，所述第二面電極或所述第一面電極為等離子體電極，所述等離子體電極包括陰極、陽極以及放電腔，所述等離子體電極以陰極放電擊穿放電腔內放電氣體產生的低溫等離子體作為電極，所述等離子體電極位于垂直腔面發射激光器的出光側，所述等離子體電極靠近襯底的側面設置有絕緣層，所述絕緣層上均布有漏流孔，所述陰極與所述陽極分別與放電電源電連接，所述等離子體電極與所述第一面電極，或所述等離子體電極與所述第二面電極分別與驅動電源電連接。
4、本技術方案進一步設置為，所述等離子體電極遠離所述襯底的側面設置有出光窗口。
5、本技術方案進一步設置為，所述出光窗口與所述絕緣層之間形成所述放電腔，所述陰極以及所述陽極均位于所述放電腔內部，且所述放電腔內部填充有放電氣體。
6、本技術方案進一步設置為，所述陰極與所述陽極相鄰近的側面均設置為鋸齒狀。
7、本技術方案進一步設置為，所述有源區為量子點有源區或者量子阱有源區。
8、本技術方案進一步設置為，所述襯底為gaas或gan襯底。
9、本技術方案進一步設置為，所述第二面電極為等離子體電極，所述第一面電極為n面電極，所述n面電極為au/ge/ni、augeni/au、au/ge或pt/au/ge結構。
10、本技術方案進一步設置為，所述第一面電極為等離子體電極，所述第二面電極為p面電極，所述p面電極為ti/au或ti/pt/au結構。
11、第二方面，本專利技術提供一種雙電源驅動垂直腔面發射激光器的使用方法，包括：
12、s100、在陰極與陽極之間加載放電電源，陰極附近產生強電場，陰極材料中的電子在強電場作用下從材料表面射出并被加速，在電子朝向陽極運動過程中與放電氣體的分子/原子碰撞，發生雪崩效應，產生大量離子和電子，經過漏流孔時，極少部分電子通過漏流孔注入有源區，絕大多數電子繼續向陽極運動，形成全口徑的等離子體電極；
13、s200、在等離子體電極與第一面電極之間，或在等離子體電極與第二面電極之間加載驅動電源，電流通過漏流孔注入有源區，有源區發生受激輻射，并在n型dbr與p型dbr的多次反射下從等離子體電極一側輸出激光；
14、s300、激光輸出完畢后，放電電源下電。
15、本專利技術的有益效果是：
16、采用雙電源驅動模式，通過設置絕緣層，實現陽極和陰極之間放電產生全口徑等離子體電極；通過在絕緣層上設置漏流孔，實現有源區注入電流的均勻性；等離子體電極可以擴散至任意口徑，因此，可實現大口徑vcsel，在提升vcsel輸出功率的同時，可以保證輸出激光的光斑質量。
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1.一種雙電源驅動垂直腔面發射激光器，其特征在于，依次包括第一面電極、襯底、N型DBR、有源區、P型DBR以及第二面電極，所述第二面電極或所述第一面電極為等離子體電極，所述等離子體電極包括陰極、陽極以及放電腔，所述等離子體電極以陰極放電擊穿放電腔內放電氣體產生的低溫等離子體作為電極，所述等離子體電極位于垂直腔面發射激光器的出光側，所述等離子體電極靠近襯底的側面設置有絕緣層，所述絕緣層上均布有漏流孔，所述陰極與所述陽極分別與放電電源電連接，所述等離子體電極與所述第一面電極，或所述等離子體電極與所述第二面電極分別與驅動電源電連接。
2.根據權利要求1所述的一種雙電源驅動垂直腔面發射激光器，其特征在于，所述等離子體電極遠離所述襯底的側面設置有出光窗口。
3.根據權利要求2所述的一種雙電源驅動垂直腔面發射激光器，其特征在于，所述出光窗口與所述絕緣層之間形成所述放電腔，所述陰極以及所述陽極均位于所述放電腔內部，且所述放電腔內部填充有放電氣體。
4.根據權利要求1或3所述的一種雙電源驅動垂直腔面發射激光器，其特征在于，所述陰極與所述陽極相鄰近的側面均設置為
5.根據權利要求1所述的一種雙電源驅動垂直腔面發射激光器，其特征在于，所述有源區為量子點有源區或者量子阱有源區。
6.根據權利要求1所述的一種雙電源驅動垂直腔面發射激光器，其特征在于，所述襯底為GaAs或GaN襯底。
7.根據權利要求1所述的一種雙電源驅動垂直腔面發射激光器，其特征在于，所述第二面電極為等離子體電極，所述第一面電極為N面電極，所述N面電極為Au/Ge/Ni、AuGeNi/Au、Au/Ge或Pt/Au/Ge結構。
8.根據權利要求1所述的一種雙電源驅動垂直腔面發射激光器，其特征在于，所述第一面電極為等離子體電極，所述第二面電極為P面電極，所述P面電極為Ti/Au或Ti/Pt/Au結構。
9.一種采用如權利要求1-8任一所述雙電源驅動垂直腔面發射激光器的使用方法，其特征在于，包括：
...【技術特征摘要】
1.一種雙電源驅動垂直腔面發射激光器，其特征在于，依次包括第一面電極、襯底、n型dbr、有源區、p型dbr以及第二面電極，所述第二面電極或所述第一面電極為等離子體電極，所述等離子體電極包括陰極、陽極以及放電腔，所述等離子體電極以陰極放電擊穿放電腔內放電氣體產生的低溫等離子體作為電極，所述等離子體電極位于垂直腔面發射激光器的出光側，所述等離子體電極靠近襯底的側面設置有絕緣層，所述絕緣層上均布有漏流孔，所述陰極與所述陽極分別與放電電源電連接，所述等離子體電極與所述第一面電極，或所述等離子體電極與所述第二面電極分別與驅動電源電連接。
2.根據權利要求1所述的一種雙電源驅動垂直腔面發射激光器，其特征在于，所述等離子體電極遠離所述襯底的側面設置有出光窗口。
3.根據權利要求2所述的一種雙電源驅動垂直腔面發射激光器，其特征在于，所述出光窗口與所述絕緣層之間形成所述放電腔，所述陰極以及所述陽極均位于所述放電腔內部，且所述放電腔內部填充有放電氣體。
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【專利技術屬性】
技術研發人員：吳振海，胡東霞，張君，龍蛟，李平，高松，田曉琳，孫喜博，
申請(專利權)人：中國工程物理研究院激光聚變研究中心，
類型：發明
國別省市：
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