中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
日前，法國蔚藍海岸大學(xué)應用研究中心（CRHEA）Patrice Genevet領(lǐng)導的研究小組與北京工業(yè)大學(xué)光電子技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗室合作使用超透鏡的平面超薄光學(xué)結構，在垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）中實(shí)現單軸控制。
圖為超表面(MS)-VCSEL的光束偏轉性能。a）用于光束轉向設計的超表面光學(xué)圖像；b）光束半徑以不同角度偏轉，作為傳播距離的函數，用高斯函數擬合；c）在Z = 10 cm處具有不同偏轉角的MS-VCSEL的測得的光斑模式圖。
VCSEL由東京工業(yè)大學(xué)的Kenicha Iga于1977年首次提出，目前已成為一種通用且高效的光源。日前，來(lái)自法國與中國的合作研究團隊在晶片級處理過(guò)程中將納米圖案的光束整形結構集成到每個(gè)激光器中，從而增強了VCSEL的性能。該研究團隊認為，這種方法可以創(chuàng )建按需設計的光波陣面，從而構建具有所需光束輪廓的超緊湊型、可編程的片上激光陣列等設備。
VCSEL與其他激光器一樣，包含一個(gè)腔體，可在腔體中產(chǎn)生并發(fā)射光以實(shí)現受激發(fā)射。超透鏡也可產(chǎn)生相似的效果，但機制不同。在CRHEA團隊的研究中，金屬材料由砷化鎵（GaAs）半導體膜制成，該膜上刻有納米尺寸的圓柱。這些“納米柱”之間的距離比光的波長(cháng)短，其作用好比光學(xué)天線(xiàn)，可在穿梭的光線(xiàn)中引入空間變化的相位延遲，并根據需要模制光束輪廓。該研究結果為，可通過(guò)改變納米天線(xiàn)間的大小、直徑和間距，針對特定波長(cháng)的光調整超表面。
為了使激光準直，Genevet與同事針對不同形狀和尺寸的天線(xiàn)使用了金屬化設計。這些天線(xiàn)使相位延遲沿透鏡徑向分布，從而使光線(xiàn)遠離中心折射，并使入射光的波陣面成形且聚焦。Genevet說(shuō)：“我們使用的方法本質(zhì)上是非侵入性的，可以直接在芯片尺寸上進(jìn)行光學(xué)透鏡的單片集成?！?/p>
研究人員將研究成果發(fā)表于Nature Nanotechnology，研究實(shí)驗以“反向發(fā)射”制造了VCSEL。研究人員通過(guò)將激光器的底部（襯底）表面雕刻到激光器中，使超表面直接集成到激光器中，該技術(shù)被稱(chēng)為超表面集成（MS）VSCEL。這意味著(zhù)，金屬鏡僅用作無(wú)源光束整形元件，因此不會(huì )以任何方式改變或損害激光器的性能。
Genevet表示，研究團隊正在開(kāi)發(fā)潛在的其他有意義的應用，例如用于計算機鼠標的基本激光器、實(shí)現緊湊型激光雷達系統等。該技術(shù)還可在超緊湊晶圓級別對激光發(fā)射進(jìn)行任意波前整形，從而簡(jiǎn)化了以往繁瑣的光學(xué)元件組裝過(guò)程。
