本專利涉及一種用于激光器系統(tǒng)，尤其涉及一種基于球形多路雙異質結量子點的人工復眼激光器系統(tǒng)。

背景技術：

人工復眼(ACE)是一種模擬自然界昆蟲復眼結構的光學系統(tǒng)，其將目前廣泛使用的單孔徑光學系統(tǒng)用多孔徑光學系統(tǒng)所代替,從而達到使整個系統(tǒng)小型化、輕量化、以及視場增大的目的。近年來國外研究人員已成功制作了各種不同結構及用途的人工復眼系統(tǒng)。如美國伯克利加州大學Luke P.Lee等采用高分子微透鏡、高分子錐管及自排列波導實現(xiàn)了半球型ACE；俄亥俄州立大學L.Li等采用光學微棱鏡陣列制成了半球ACE，通過精確計算各小眼微棱鏡剖面形狀，實現(xiàn)了廣視野景物在平面探測器上的成像。

基于ACE系統(tǒng)的優(yōu)點，其可廣泛應用于各種不同的領域。再加之復眼系統(tǒng)大視場的特點，其光電檢測的潛在能力在國內外航空等領域都得到了廣泛的重視。目前的人工復眼大都屬于被動復眼，即被動地接收外部各波段的電磁波信息，然后進行分析處理，易受環(huán)境因素的制約，影響探測的信噪比、靈敏度，進而使探測的效果惡化。

主動型人工復眼可在復眼內部構建與各小眼通道相匹配的主動發(fā)射源，通過對波長及強度的選擇，使復眼能適應不同的環(huán)境。同時，由于發(fā)射源的特性，可實現(xiàn)對目標的各種受激發(fā)射、散射等特性的探測。主動型人工復眼最主要最核心的關鍵部件在于內部小型復眼發(fā)射源，對其的要求非常高，即必須滿足多通道、小型化的要求。

針對該問題，本發(fā)明提出一種基于球形多路雙異質結量子點的人工復眼激光器，實現(xiàn)多路小眼激光器共用電極、襯底、阻斷層、諧振腔及電流注入，解決多通道并行復眼激光器的高效小型化關鍵問題。

技術實現(xiàn)要素：

本專利的目的在于提供一種基于球形多路雙異質結量子點的人工復眼激光器，可滿足空間主動復眼探測的激光源要求。

本專利的技術方案是這樣來實現(xiàn)的，基于球形多路雙異質結量子點的人工復眼激光器系統(tǒng)主要由主控制器、恒流驅動源及多個結構相同的量子點小眼激光單元組成。其中每個量子點小眼激光單元均由小眼激光發(fā)射窗口、外電極、上層P-DBR、上阻斷層、有源區(qū)、量子點、下阻斷層、下層N-DBR、N⁺型襯底及內電極組成。

激光器系統(tǒng)外形為半球形，半球形底部圓形平面為復眼底面，復眼中軸為通過復眼底面圓心o的垂直于復眼底面的直線，與半球面相交于點o'，即復眼中軸為直線oo'。通過復眼中軸作一系列垂直于復眼底面的剖面，即為復眼子午面，量子點小眼激光單元均位于復眼子午面內，各量子點小眼激光單元呈等間角排列，即各小眼光軸之間的小眼光軸夾角均為β；各相鄰復眼子午面夾角均為α，人工復眼激光器共包含

N＝(180°/β-1)×(180°/α)-[(180°/α)-1]

個量子點小眼激光單元。

基于球形多路雙異質結量子點的人工復眼激光器系統(tǒng)按以下步驟工作：

主控制器開啟恒流驅動源，使其產生恒定電流輸出。該恒定電流由各量子點小眼激光單元的外電極注入，然后分別經過上層P-DBR、上阻斷層、有源區(qū)、量子點、下阻斷層、下層N-DBR、N⁺型襯底，然后經內電極流出。

上層P-DBR與下層N-DBR提供沿小眼光軸方向的受激輻射的高反射，形成量子點小眼激光單元的激光諧振腔。上阻斷層與下阻斷層提供電光限制，降低閾值電流。當恒流驅動源提供的注入電流大于閾值電流時，激光湝振腔的增益大于損耗，即有源區(qū)中的量子點的受激輻射在激光諧振腔中經過多次反射將產生光放大，最終滿足激光出射的條件，沿小眼光軸方向發(fā)射出波長為λ的連續(xù)激光，并經小眼激光發(fā)射窗口發(fā)射出去。波長λ與有源區(qū)的厚度、量子點的位置、諧振腔材料的平均折射率有關，即可通過改變以上三個參數選擇得到不同的激光波長λ。

注入電流均勻地流入N個量子點小眼激光單元，由于這N個量子點小眼激光單元具有相同的幾何結構與物質分布，因此其發(fā)出的激光具有相同的波長特性，最終得到N束分別沿各小眼光軸方向，由小眼激光發(fā)射窗口發(fā)出的波長為λ的連續(xù)激光。

本專利的有益效果是，提供一種基于球形多路雙異質結量子點的人工復眼激光器，通過各路小眼激光單元共用電極、襯底、阻斷層、諧振腔及電流注入，解決多通道并行復眼激光器的高效小型化關鍵問題。該人工復眼激光器可在復眼內部構建與各小眼通道相匹配的主動發(fā)射源，通過對波長及強度的選擇，使復眼能適應不同的環(huán)境，實現(xiàn)對目標的各種受激發(fā)射、散射等特性的探測。

附圖說明

圖1和圖2為本發(fā)明的原理圖，圖中：1——主控制器；2——恒流驅動源；3——復眼底面；4——小眼光軸；5——外電極；6——小眼激光發(fā)射窗口；7——上層P-DBR(注：空穴摻雜型分布式布喇格反射器)；8——上阻斷層；9——有源區(qū)；10——量子點；11——復眼中軸；12——下阻斷層；13——下層N-DBR(注：電子摻雜型分布式布喇格反射器)；14——N⁺型襯底(注：高濃度電子摻雜半導體)；15——內電極；16——小眼光軸夾角；17——量子點小眼激光單元；18——復眼子午面；19——子午面夾角。

具體實施方式

基于球形多路雙異質結量子點的人工復眼激光器系統(tǒng)結構如圖1(子午面視圖)和圖2(俯視圖)所示,激光器系統(tǒng)主要由主控制器1、恒流驅動源2及多個結構相同的量子點小眼激光單元17組成。其中每個量子點小眼激光單元17均由小眼激光發(fā)射窗口6、外電極5、上層P-DBR7、上阻斷層8、有源區(qū)9、量子點10、下阻斷層12、下層N-DBR13、N⁺型襯底14及內電極15組成。在本實施例中所有的襯底材料均為砷化鎵(GaAs)。

激光器系統(tǒng)外形為半球形，半球形底部圓形平面為復眼底面3，復眼中軸11為通過復眼底面3圓心o的垂直于復眼底面3的直線，與半球面相交于點o'，即復眼中軸11為直線oo'。通過復眼中軸11作一系列垂直于復眼底面3的剖面，即為復眼子午面18，量子點小眼激光單元17均位于復眼子午面18內，各量子點小眼激光單元17呈等間角排列，即各小眼光軸4之間的小眼光軸夾角16均為β，在本實施例中β為10°，見圖1的子午面視圖；各相鄰復眼子午面18夾角均為α，在本實施例中α為18°，人工復眼激光器共包含

N＝(180°/β-1)×(180°/α)-[(180°/α)-1]

個量子點小眼激光單元17(在本實施例中N＝161)，見圖2的俯視圖。

在本實施例有源區(qū)材料也為砷化鎵(GaAs)，其費米波長為40nm，因此量子點的尺寸須小于40nm，才能滿足電子波共振的要求。本實施例量子點的尺寸為直徑為20nm的納米球，材料為砷化鎵銦(InGaAs)。

基于球形多路雙異質結量子點的人工復眼激光器系統(tǒng)按以下步驟工作：

主控制器1開啟恒流驅動源2，使其產生恒定電流輸出。該恒定電流由各量子點小眼激光單元17的外電極5注入，然后分別經過上層P-DBR7、上阻斷層8、有源區(qū)9、量子點10、下阻斷層12、下層N-DBR13、N⁺型襯底14，然后經內電極15流出。

上層P-DBR7與下層N-DBR13提供沿小眼光軸4方向的受激輻射的高反射，形成量子點小眼激光單元17的激光諧振腔。上阻斷層8與下阻斷層12提供電光限制，降低閾值電流。當恒流驅動源2提供的注入電流大于閾值電流時，激光湝振腔的增益大于損耗，即有源區(qū)9中的量子點10的受激輻射在激光諧振腔中經過多次反射將產生光放大，最終滿足激光出射的條件，沿小眼光軸4方向發(fā)射出波長為λ的連續(xù)激光，并經小眼激光發(fā)射窗口6發(fā)射出去。波長λ與有源區(qū)9的厚度、量子點10的位置、諧振腔材料的平均折射率有關，即可通過改變以上三個參數選擇得到不同的激光波長λ。

注入電流均勻地流入N個量子點小眼激光單元17，由于這N個量子點小眼激光單元17具有相同的幾何結構與物質分布，因此其發(fā)出的激光具有相同的波長特性，最終得到N束分別沿各小眼光軸4方向，由小眼激光發(fā)射窗口6發(fā)出的波長為λ的連續(xù)激光。