權(quán)利要求

1.波長(zhǎng)大范圍可調(diào)節(jié)的VCSEL激光器陣列，其特征在于，包括若干個(gè)VCSEL激光器，各VCSEL激光器圓周上設(shè)有一個(gè)環(huán)形的加熱器，各加熱器的分別連接到獨(dú)立可控電流，通過(guò)控制輸入到各加熱器的電流大小來(lái)調(diào)整各VCSEL激光器的溫度，各VCSEL激光器的出射激光波長(zhǎng)依次連續(xù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長(zhǎng)大范圍可調(diào)節(jié)的VCSEL激光器陣列，其特征在于，各VCSEL激光器具有不同的固有熱阻，并根據(jù)固有熱阻大小依次排列。 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長(zhǎng)大范圍可調(diào)節(jié)的VCSEL激光器陣列，其特征在于，各VCSEL激光器的驅(qū)動(dòng)電源相互獨(dú)立，通過(guò)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電流大小來(lái)調(diào)整出射激光波長(zhǎng)。 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長(zhǎng)大范圍可調(diào)節(jié)的VCSEL激光器陣列，其特征在于，所述加熱器為采用半導(dǎo)體材料制備。

說(shuō)明書(shū)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種波長(zhǎng)大范圍可調(diào)節(jié)的VCSEL激光器陣列。

背景技術(shù)

垂直腔面發(fā)射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser, VCSEL)具有體積小、相應(yīng)頻帶寬、溫度漂移小、閾值電流低、單縱模出射、發(fā)散角小、調(diào)制速率高、出射激光為圓形光斑易與光纖耦合、封裝簡(jiǎn)單易于二維集成、工作壽命長(zhǎng)等優(yōu)越性能，在光纖通信、原子鐘、3D傳感、汽車(chē)?yán)走_(dá)等領(lǐng)域的應(yīng)用前景被十分看好。垂直腔面發(fā)射激光器的激光垂直于芯片表面從頂面或底面射出，出射方向由激光波長(zhǎng)決定。

VCSEL的結(jié)構(gòu)中有上、下兩個(gè)分布式布拉格反射鏡（DBR），分成反射區(qū)和出射區(qū)，反射區(qū)具有99.9%以上的反射率，出射區(qū)具有99%以上的反射率，這種差異決定最終波長(zhǎng)的出射位置。上、下分布式布拉格反射鏡將有源層包裹在中間，構(gòu)成的激光諧振腔使得在與腔體相垂直的方向上讓往復(fù)運(yùn)動(dòng)的光產(chǎn)生諧振放大，最終達(dá)到閾值出射激光。DBR由多種折射率差別很大且晶格常數(shù)匹配的材料層疊而得，常用的是將GaAs和AlAs交替層疊。在這種DBR中，最好使得能量帶隙大于諧振波長(zhǎng)，以避免光被吸收。

伴隨著VCSEL在密集波分復(fù)用(Dense wavelength division multiplexing,DWDM)光纖通信系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用，業(yè)界對(duì)波長(zhǎng)可調(diào)諧VCSEL的需求日益增強(qiáng)。

一般的VCSEL激光器的波長(zhǎng)基本上不可調(diào)諧，在一定的中心波長(zhǎng)范圍之內(nèi)，有一定的左右區(qū)間，比如850nm或是940nm的VCSEL激光器芯片等等。但是這種VCSEL激光器在數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候，如果要同時(shí)傳輸幾個(gè)波長(zhǎng)的數(shù)據(jù)，比如在一根光纖里面同時(shí)傳輸850nm、870nm、890nm波長(zhǎng)的情況，此時(shí)就必須使用3個(gè)光纖進(jìn)行傳輸。或者還有一種情況，如果用激光器進(jìn)行氣體檢測(cè)，比如氣體傳感器，如果是需要檢測(cè)某一個(gè)波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的某一個(gè)氣體被吸收，這個(gè)時(shí)候就必須采用一個(gè)激光器對(duì)氣體進(jìn)行發(fā)射，通過(guò)探測(cè)器檢測(cè)對(duì)應(yīng)哪一種波長(zhǎng)的被這個(gè)氣體吸收，從而就知道這里是不是有這種氣體的存在。但是如果無(wú)法做到一種寬范圍的波長(zhǎng)可調(diào)節(jié)的激光器，此時(shí)就需要使用多個(gè)激光器，效率很低下。

傳統(tǒng)的波長(zhǎng)可調(diào)節(jié)激光器，其實(shí)質(zhì)是更改激光的諧振腔，可采用MEMS的微震鏡實(shí)現(xiàn)，這種結(jié)構(gòu)雖然微小，但是是一種復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，制備難度大，良品率低。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，提出一種VCSEL激光器陣列，實(shí)現(xiàn)出射激光的波長(zhǎng)的大范圍可調(diào)節(jié)。

技術(shù)方案：一種波長(zhǎng)大范圍可調(diào)節(jié)的VCSEL激光器陣列，包括若干個(gè)VCSEL激光器，各VCSEL激光器圓周上設(shè)有一個(gè)環(huán)形的加熱器，各加熱器的分別連接到獨(dú)立可控電流，通過(guò)控制輸入到各加熱器的電流大小來(lái)調(diào)整各VCSEL激光器的溫度，各VCSEL激光器的出射激光波長(zhǎng)依次連續(xù)。

進(jìn)一步的，各VCSEL激光器具有不同的固有熱阻，并根據(jù)固有熱阻大小依次排列。

進(jìn)一步的，各VCSEL激光器的驅(qū)動(dòng)電源相互獨(dú)立，通過(guò)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電流大小來(lái)調(diào)整出射激光波長(zhǎng)。

進(jìn)一步的，所述加熱器為采用半導(dǎo)體材料制備。

有益效果：本發(fā)明的種波長(zhǎng)大范圍可調(diào)節(jié)的VCSEL激光器陣列，對(duì)于陣列設(shè)置的各VCSEL激光器，獨(dú)立在其外部增加一個(gè)環(huán)形加熱器，來(lái)對(duì)VCSEL激光器進(jìn)行分別進(jìn)行加熱。通過(guò)控制各加熱器的電流大小，使得半導(dǎo)體材料制備的環(huán)形加熱器發(fā)熱后產(chǎn)生不同的熱量，該熱量傳導(dǎo)給中心的VCSEL激光器，通過(guò)對(duì)VCSEL激光器的加熱來(lái)使其產(chǎn)生紅移現(xiàn)象，即該VCSEL激光器的出射波長(zhǎng)即發(fā)生增加，通過(guò)對(duì)VCSEL激光器由于紅移現(xiàn)象導(dǎo)致固有波長(zhǎng)變長(zhǎng)范圍的設(shè)計(jì)以及對(duì)加熱器加熱電流的控制，實(shí)現(xiàn)陣列最終出射激光波長(zhǎng)超過(guò)20nm的連續(xù)可調(diào)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明VCSEL激光器陣列的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。

實(shí)施例1：

一種波長(zhǎng)大范圍可調(diào)節(jié)的VCSEL激光器陣列，包括若干個(gè)VCSEL激光器2，各VCSEL激光器圓周上設(shè)有一個(gè)環(huán)形的加熱器3，加熱器3為采用半導(dǎo)體材料制備，并與VCSEL激光器2同心設(shè)置。各加熱器3的分別連接到獨(dú)立可控電流，通過(guò)控制輸入到各加熱器3的電流大小來(lái)調(diào)整各VCSEL激光器2的溫度，各VCSEL激光器2的出射激光波長(zhǎng)依次連續(xù)。

具體的，在襯底1上同時(shí)設(shè)計(jì)多個(gè)VCSEL激光器2，外延生長(zhǎng)的時(shí)候，按照如圖1并排結(jié)構(gòu)進(jìn)行制備。本實(shí)施例中，各VCSEL激光器2的熱阻均一致，且各VCSEL激光器2的驅(qū)動(dòng)電流也保持一致，各VCSEL激光器2對(duì)應(yīng)的加熱器3獨(dú)立給予電流。通過(guò)控制各加熱器3的電流大小，使得半導(dǎo)體材料制備的環(huán)形加熱器3發(fā)熱后產(chǎn)生不同的熱量，該熱量傳導(dǎo)給中心的VCSEL激光器2，通過(guò)對(duì)VCSEL激光器2的加熱來(lái)使其產(chǎn)生紅移現(xiàn)象，即該VCSEL激光器2的出射波長(zhǎng)即發(fā)生增加。通過(guò)預(yù)先的標(biāo)定，使得各VCSEL激光器2的出射激光波長(zhǎng)依次連續(xù)，陣列最終實(shí)現(xiàn)20nm或是更大范圍的波長(zhǎng)調(diào)節(jié)。

本實(shí)施例中，陣列包括4個(gè)VCSEL激光器，每一個(gè)VCSEL激光器在加熱升溫之后，由于紅移現(xiàn)象導(dǎo)致波長(zhǎng)可以變長(zhǎng)一定的范圍，本實(shí)施例設(shè)定變化范圍為5nm，各VCSEL激光器的中心波長(zhǎng)在初始即可設(shè)計(jì)，每個(gè)VCSEL激光器的出射激光波長(zhǎng)調(diào)諧范圍為850-855、855-860、860-865、865-870，最終實(shí)現(xiàn)可以連續(xù)變化20nm的波長(zhǎng)可調(diào)節(jié)的激光器。

實(shí)施例2：

與實(shí)施例1的區(qū)別在于：各VCSEL激光器具有不同的固有熱阻，并根據(jù)固有熱阻大小依次排列。

具體的，在外延工藝一開(kāi)始設(shè)計(jì)激光器芯片的時(shí)候，通過(guò)給陣列中的4個(gè)VCSEL激光器采用不同的化合物半導(dǎo)體材料，使得他們都熱阻都不一樣，4個(gè)VCSEL激光器的熱阻是滿(mǎn)足R1<R2<R3<R4；若4個(gè)VCSEL激光器的驅(qū)動(dòng)電流相等，對(duì)于不同熱阻的VCSEL激光器，此時(shí)四個(gè)芯片發(fā)熱不一樣，即4個(gè)VCSEL激光器的出射激光的波長(zhǎng)調(diào)節(jié)可以鏈接起來(lái)，進(jìn)一步帶來(lái)更大范圍的波長(zhǎng)可調(diào)節(jié)。

實(shí)施例3：

與實(shí)施例1的區(qū)別在于：各VCSEL激光器的驅(qū)動(dòng)電源相互獨(dú)立，通過(guò)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電流大小來(lái)調(diào)整出射激光波長(zhǎng)。

具體的，通過(guò)增加各VCSEL激光器的驅(qū)動(dòng)電流來(lái)進(jìn)一步調(diào)整各VCSEL激光器出射激光的波長(zhǎng)，一步帶來(lái)更大范圍的波長(zhǎng)可調(diào)節(jié)。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。

波長(zhǎng)大范圍可調(diào)節(jié)的VCSEL激光器陣列.pdf