Ausführungsformen der Erfindung betreffen die Umwandlung von akustischen Signalen, wie beispielsweise Geräuschen, Sprache und Musik in elektrische Signale .

Elektroakustische Wandler oder Mikrofone sind geeignet , Schallwellen in elektrische Signale umzuwandeln . Generell kann dies beispielsweise durch Messen der Verschiebung eines beweglichen Elements , beispielsweise einer Membran, die durch die Schallwellen auslenkbar ist , erfolgen . Die Auslenkung dabei kann durch unterschiedliche Verfahren ermittelt werden, beispielsweise kapazitive oder optische Verfahren, die auf Interferenz beruhen . Andere Messverfahren basieren auf piezoelektrischen Effekten .

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , einen verbesserten elektroakustischen Wandler und ein verbessertes Verfahren zur Erfassung von Schallwellen oder zur Umwandlung von Schallwellen in elektrische Signale bereitzustellen .

Gemäß Ausführungsformen wird die Aufgabe durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst . Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert .

Ein elektroakustischer Wandler weist einen oberflächenemittierenden Halbleiterlaser mit einem vertikalen Resonator , einer aktiven Zone zur Emission elektromagnetischer Strahlung , einem ersten und einem zweiten Resonatorspiegel sowie eine durch ein Schallwellenfeld auslenkbare Membran auf , an der der erste Resonatorspiegel angeordnet ist . Der elektroakustische Wandler umfasst weiterhin eine Detektorvorrichtung , die geeignet ist , die von dem oberflächenemittierenden Halbleiterlaser emittierte elektromagnetische Strahlung nachzuweisen .

Beispielsweise kann der erste Resonatorspiegel auf einer von der aktiven Zone abgewandten Seite der Membran angeordnet sein . Gemäß Ausführungsformen ist der zweite Resonatorspiegel geeignet , die emittierte elektromagnetische Strahlung mindestens teilweise aus zukoppeln .

Der elektroakustische Wandler kann ferner einen Wellenleiter aufweisen, der geeignet ist , die emittierte elektromagnetische Strahlung zur Detektorvorrichtung zu leiten .

Beispielsweise ist der oberflächenemittierende Halbleiterlaser mit vertikalem Resonator über einem Lasersubstrat angeordnet , und der Wellenleiter ist über einem Wellenleitersubstrat angeordnet . Das Lasersubstrat und das Wellenleitersubstrat sind übereinander angeordnet .

Gemäß Ausführungsformen weist die Detektorvorrichtung eine Vielzahl von wellenlängenselektiven Strahlteilern und j eweils zugehörigen Detektorelementen auf .

Mindestens eines der Detektorelemente kann eine aktive Zone aufweisen, die Komponenten der aktiven Zone des oberflächenemittierenden Halbleiterlasers enthalten .

Gemäß Ausführungsformen weist der elektroakustischer Wandler eine Vielzahl von oberflächenemittierenden Halbleiterlasern und eine Vielzahl von Membranen auf , wobei die Detektorvorrichtung geeignet ist , von der Vielzahl von oberflächenemittierenden Halbleiterlasern emittierte elektromagnetische Strahlung nachzuweisen .

Beispielsweise haben mindestens zwei der Membranen eine verschiedene Größe .

Eine elektronische Vorrichtung umfasst den elektroakustischen Wandler wie vorstehend beschrieben . Die elektronische Vorrichtung kann beispielsweise aus einem Telefon, einem Smartphone , einer Unterhaltungselektronikvorrichtung , einem Kopfhörer mit eingebautem Mikro- phon, einem Computer und einer tragbaren elektronischen Vorrichtung ausgewählt sein .

Ein Verfahren zur Erfassung von Schallwellen umfasst das Zuführen der Schallwellen zu einer Laservorrichtung, deren Resonatorlänge durch Einwirkung von Schallwellen veränderbar ist , und das Ermitteln einer Intensität von von der Laservorrichtung emittierter elektromagnetischer Strahlung in Abhängigkeit von Wellenlänge und Zeit .

Ein Verfahren zur Umwandlung von Schallwellen in elektrische Signale umfasst das Zuführen der Schallwellen zu einer Laservorrichtung , deren Resonatorlänge durch Einwirkung von Schallwellen veränderbar ist , und das Erzeugen von elektrischen Signalen aus von der Laservorrichtung emittierter elektromagnetischer Strahlung .

Das Verfahren kann weiterhin das Aufteilen der emittierten elektromagnetischen Strahlung in Teilstrahlen mit j eweils unterschiedlichen Wellenlängen und das Nachweisen einer Intensität der j eweiligen Teilstrahlen umfassen .

Beispielsweise umfasst die Laservorrichtung einen Halbleiterlaser mit zwei Resonatorspiegeln, wobei einer der Resonatorspiegel an einer durch ein Schallfeld auslenkbaren Membran angebracht ist .

Die begleitenden Zeichnungen dienen dem Verständnis von Ausführungsbeispielen der Erfindung . Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsbeispiele und dienen zusammen mit der Beschreibung deren Erläuterung . Weitere Ausführungsbeispiele und zahlreiche der beabsichtigten Vorteile ergeben sich unmittelbar aus der nachfolgenden Detailbeschreibung . Die in den Zeichnungen gezeigten Elemente und Strukturen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander dargestellt . Gleiche Bezugszeichen verweisen auf gleiche oder einander entsprechende Elemente und Strukturen .

Fig . 1A zeigt eine schematische Ansicht eines elektroakustischen Wandlers gemäß Ausführungsformen . Fig . IB zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines oberflächenemittierenden Halbleiterlasers mit einer Membran .

Fig . IC veranschaulicht Komponenten einer Detektorvorrichtung .

Fig . 2 zeigt eine Ansicht eines elektroakustischen Wandlers gemäß weiteren Ausführungsformen .

Fig . 3 zeigt eine schematische Ansicht einer elektronischen Vorrichtung gemäß Ausführungsformen .

Fig . 4A fasst ein Verfahren gemäß Ausführungsformen zusammen .

Fig . 4B fasst ein weiteres Verfahren gemäß Ausführungsformen zusammen .

In der folgenden Detailbeschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen zu Veranschaulichungszwecken spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind . In diesem Zusammenhang wird eine Richtungsterminologie wie "Oberseite" , "Boden" , "Vorderseite" , "Rückseite" , "über" , "auf" , "vor" , "hinter" , "vorne" , "hinten" usw . auf die Ausrichtung der gerade beschriebenen Figuren bezogen . Da die Komponenten der Ausführungsbeispiele in unterschiedlichen Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie nur der Erläuterung und ist in keiner Weise einschränkend .

Die Beschreibung der Ausführungsbeispiele ist nicht einschränkend, da auch andere Ausführungsbeispiele existieren und strukturelle oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne dass dabei vom durch die Patentansprüche definierten Bereich abgewichen wird . Insbesondere können Elemente von im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen mit Elementen von anderen der beschriebenen Ausführungsbeispiele kombiniert werden, sofern sich aus dem Kontext nichts anderes ergibt . Die Begriffe "Wafer" oder "Halbleitersubstrat" , die in der folgenden Beschreibung verwendet sind, können j egliche auf Halbleiter beruhende Struktur umfassen, die eine Halbleiteroberfläche hat . Wafer und Struktur sind so zu verstehen, dass sie dotierte und undotierte Halbleiter, epitaktische Halbleiterschichten, gegebenenfalls getragen durch eine Basisunterlage , und weitere Halbleiterstrukturen einschließen . Beispielsweise kann eine Schicht aus einem ersten Halbleitermaterial auf einem Wachstumssubstrat aus einem zweiten Halbleitermaterial , beispielsweise einem GaAs-Substrat , einem GaN- Substrat oder einem Si-Substrat oder aus einem isolierenden Material , beispielsweise auf einem Saphirsubstrat , gewachsen sein .

Je nach Verwendungs zweck kann der Halbleiter auf einem direkten oder einem indirekten Halbleitermaterial basieren . Beispiele für zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung besonders geeignete Halbleitermaterialien umfassen insbesondere NitridHalbleiterverbindungen, durch die beispielsweise ultraviolettes , blaues oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaN, InGaN, AIN, AlGaN, AlGalnN, AlGalnBN, Phosphid- Halbleiterverbindungen, durch die beispielsweise grünes oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaAsP , Al- GalnP , GaP, AlGaP , sowie weitere Halbleitermaterialien wie GaAs , Al- GaAs , InGaAs , AlInGaAs , SiC, ZnSe , ZnO , Ga2O3 , Diamant , hexagonales BN und Kombinationen der genannten Materialien . Das stöchiometrische Verhältnis der Verbindungshalbleitermaterialien kann variieren . Weitere Beispiele für Halbleitermaterialien können Silizium, Silizium- Germanium und Germanium umfassen . Im Kontext der vorliegenden Beschreibung schließt der Begriff „Halbleiter" auch organische Halbleitermaterialien ein .

Der Begriff „Substrat" umfasst generell isolierende , leitende oder Halbleitersubstrate .

Die Begriffe "lateral" und "horizontal" , wie in dieser Beschreibung verwendet , sollen eine Orientierung oder Ausrichtung beschreiben, die im Wesentlichen parallel zu einer Hauptoberfläche eines Sub- strats oder Halbleiterkörpers verläuft . Dies kann beispielsweise die Oberfläche eines Wafers oder eines Chips ( Die ) sein .

Die horizontale Richtung kann beispielsweise in einer Ebene senkrecht zu einer Wachstumsrichtung beim Aufwachsen von Schichten liegen .

Der Begriff "vertikal" , wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, soll eine Orientierung beschreiben, die im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Oberfläche eines Substrats oder Halbleiterkörpers verläuft . Die vertikale Richtung kann beispielsweise einer Wachstumsrichtung beim Aufwachsen von Schichten entsprechen .

Fig . 1A zeigt eine schematische Ansicht eines elektroakustischen Wandlers 10 gemäß Ausführungsformen . Der elektroakustische Wandler 10 umfasst einen oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 150 mit vertikalem Resonator (VCSEL, "Vertical Cavity Surface Emitting Laser" ) , mit einer aktiven Zone ( nicht gezeigt in Fig . 1A) zur Emission elektromagnetischen Strahlung, einem ersten Resonatorspiegel 120 und einem zweiten Resonatorspiegel . Der elektroakustische Wandler 10 umfasst ferner eine durch ein Schallwellenfeld auslenkbare Membran 135 , an der der erste Resonatorspiegel 120 angeordnet ist . Der elektroakustische Wandler umfasst weiterhin eine Detektorvorrichtung 152 , die geeignet ist , die von dem oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 150 emittierte elektromagnetische Strahlung nachzuweisen .

Einzelheiten des oberflächenemittierenden Halbleiterlasers 150 werden später unter Bezugnahme auf Fig . 1B erläutert werden . Die Detektorvorrichtung kann beispielsweise eine Vielzahl von wellenselektiven Strahlteilern 153i ... 153 _n und j eweils zugehörige Detektorelemente 155i, — 155 _n aufweisen . Auf diese Weise ist es möglich, ein Signal , welches elektromagnetische Strahlung mit j eweils unterschiedlichen Wellenlängen und unterschiedlicher Intensität aufweist , nach Wellenlängen auf zuspalten . Die entsprechenden Teilstrahlen 156i, ...156 _n können dann durch die zugehörigen Detektorelemente 155i, ... 155 _n nachgewiesen werden . Als Ergebnis ist es möglich, ein Signal , das die Schallfeldinformation trägt , zu ermitteln . Das Signal gibt die Intensität der emittierten elektromagnetischen Strahlung in Abhängigkeit der Wellenlänge und der Zeit wieder . Komponenten der wellenlängenselektiven Strahlteiler 153i, ... 153 _n und der zugehörigen Detektorelemente 155i, — , 155 _n werden unter Bezugnahme auf Fig . IC erläutert werden .

Fig . 1B zeigt einen oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 150 , der eine Komponente des elektroakustischen Wandlers 10 ist , der in Fig . 1A dargestellt ist . Der oberflächenemittierende Halbleiterlaser 150 weist einen ersten Resonatorspiegel 120 , einen zweiten Resonatorspiegel 130 sowie eine aktive Zone 133 zur Emission elektromagnetischer Strahlung auf . Ein optischer Resonator 125 ist zwischen dem ersten und dem zweiten Resonatorspiegel 120 , 130 ausgebildet . Beispielsweise kann der zweite Resonatorspiegel 130 über einem Lasersubstrat 100 ausgebildet sein . Das Lasersubstrat 100 kann ein Wachstumssubstrat zum Aufwachsen der Schichten des oberflächenemittierenden Halbleiterlasers 150 sein . Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Lasersubstrat 100 j edoch auch nach Aufwachsen der Schichten des oberflächenemittierenden Halbleiterlasers 150 aufgebracht werden . Das Lasersubstrat 100 kann für die von dem oberflächenemittierenden Halblaser 150 emittierte Strahlung transparent sein . Der zweite Resonatorspiegel 130 weist ein geringeres Reflexionsvermögen als der erste Resonatorspiegel 120 auf und dient daher als Aus koppelspiegel . Der erste und der zweite Resonatorspiegel 120 , 130 können beispielsweise als dielektrischer Spiegel oder DBR- Spiegel ( „distributed Bragg reflector" ) realisiert sein .

Generell umfasst der Begriff „dielektrischer Spiegel" j egliche Anordnung , die einfallende elektromagnetische Strahlung zu einem hohen Grad (beispielsweise >90% ) reflektiert und nicht leitend ist . Beispielsweise kann eine dielektrische Spiegelschicht durch eine Abfolge von sehr dünnen dielektrischen Schichten mit j eweils unterschiedlichen Brechungsindizes ausgebildet werden . Beispielsweise können die Schichten abwechselnd einen hohen Brechungsindex (beispielsweise n>l , 7 ) und einen niedrigen Brechungsindex (beispielsweise n<l , 7 ) haben und als Bragg-Ref lektor ausgebildet sein . Beispielsweise kann die Schichtdicke Ä,/ 4 betragen, wobei Ä, die Wellenlänge des zu reflektierenden Lichts in dem j eweiligen Medium angibt . Die vom einfallenden Licht her gesehene Schicht kann eine größere Schichtdicke , beispielsweise 3X/4 haben . Aufgrund der geringen Schichtdicke und des Unterschieds der j eweiligen Brechungsindizes stellt die dielektrische Spiegelschicht ein hohes Reflexionsvermögen bereit und ist gleichzeitig nicht leitend . Die dielektrische Spiegelschicht ist somit geeignet , Komponenten des Halbleiterbauelements voneinander zu isolieren . Eine dielektrische Spiegelschicht kann beispielsweise 2 bis 50 dielektrische Schichten aufweisen . Eine typische Schichtdicke der einzelnen Schichten kann etwa 30 bis 90 nm, beispielsweise etwa 50 nm betragen . Der Schichtstapel kann weiterhin eine oder zwei oder mehrere Schichten enthalten, die dicker als etwa 180 nm, beispielsweise dicker als 200 nm sind .

Gemäß weiteren Ausführungsformen können der erste und/oder der zweite Resonatorspiegel Halbleiterschichten aufweisen .

Der erste Resonatorspiegel 120 ist an einer Membran 135 angebracht . Beispielsweise kann der erste Resonatorspiegel 120 auf einer von der aktiven Zone 133 abgewandten Seite der Membran 135 angeordnet sein . Auf diese Weise ist die Anordnung aus oberflächenemittierendem Halbleiterlaser und Membran 135 besonders einfach herstellbar . Gemäß Ausführungsformen kann die Anordnung von erstem Resonatorspiegel 120 und Membran 135 durch ein Gehäuse 127 von der aktiven Zone 133 beab- standet sein . Der optische Resonator 125 kann als Ergebnis einen Luftspalt 124 aufweisen .

Gemäß weiteren Ausführungsformen kann der erste Resonatorspiegel 120 auch auf einer der aktiven Zone 133 zugewandten Seite der Membran 135 angeordnet sein .

Die aktive Zone 133 kann beispielsweise einen pn-Übergang , eine Doppelheterostruktur , eine Einf ach-Quantentopf-Struktur ( SQW, single quantum well ) oder eine Mehrfach-Quantentopf-Struktur (MQW, multi quantum well ) zur Strahlungserzeugung aufweisen . Die Bezeichnung „Quantentopf-Struktur" entfaltet hierbei keine Bedeutung hinsicht- lieh der Dimensionalität der Quantisierung . Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge , Quantendrähte und Quantenpunkte sowie j ede Kombination dieser Schichten .

Der oberflächenemittierende Halbleiterlaser kann auf beliebigen Materialsystemen beruhen, beispielsweise auf dem GaAs /AlGaAs- Materialsystem, dem Phosphid- oder dem Nitrid-Materialsystem. Beispielsweise kann ein geeignetes schallwellentransparentes mechanisches Schutzelement über dem ersten Resonatorspiegel 120 angeordnet sein .

Der oberflächenemittierende Halbleiterlaser 150 umfasst weiterhin eine erste Halbleiterschicht 110 von einem ersten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise p-leitend und eine zweite Halbleiterschicht 115 von einem zweiten Leitfähigkeitstyp , beispielsweise n-leitend . Die erste Halbleiterschicht 110 und die zweite Halbleiterschicht sind in elektrischem Kontakt mit der aktiven Zone 133 angeordnet , wobei die aktive Zone 133 zwischen der ersten und der zweiten Halbleiterschicht angeordnet ist . Ein erstes Kontaktelement 139 ist beispielsweise mit der ersten Halbleiterschicht 110 elektrisch verbunden . Ein zweites Kontaktelement 141 ist beispielsweise mit der zweiten Halbleiterschicht 115 elektrisch verbunden . Die zweite Halbleiterschicht 115 und das zweite Kontaktelement 141 können beispielsweise auf einer der aktiven Zone 133 zugewandten Seite des zweiten Resonatorspiegels 130 angeordnet sein . Das zweite Kontaktelement 141 kann über eine Kontaktöffnung in der Halbleiterschichtanordnung mit einer Verdrahtungsebene 143 , die an der von der aktiven Zone 133 abgewandten Seite des zweiten Resonatorspiegel 130 angeordnet ist , verbunden sein .

Wenn eine geeignete elektrische Spannung an das erste Kontaktelement 139 , beispielsweise über den ersten Anschluss 140 , sowie an das zweite Kontaktelement 141 , beispielsweise über den zweiten Anschluss 142 , angelegt wird, wird elektromagnetische Strahlung in der Zone 133 erzeugt . Der in die aktive Zone eingeprägte Strom kann durch die Apertur 137 beschränkt werden . Eine Membran 135 , die durch ein einfallendes Schallwellenfeld 105 auslenkbar ist , ist beispielsweise über dem Gehäuse 127 derartig aufgebracht , dass sie bei Einwirken eines Schallwellenfeldes schwingt und somit die Resonatorlänge des Resonators 125 verändert . Die Resonatorlänge bestimmt die Wellenlänge , die von dem oberflächenemittierenden Halbleiterlaser emittiert wird . Entsprechend wird durch das Schallwellenfeld zeitlich modulierte elektromagnetische Strahlung erzeugt .

Das zweite Kontaktelement 141 weist beispielsweise eine Öffnung auf , durch die die elektromagnetische Strahlung in den darunterliegenden Wellenleiter 149 gekoppelt werden kann . Beispielsweise kann der Wellenleiter 149 über einem Wellenleitersubstrat 147 ausgebildet sein und über eine Verbindungsschicht 145 mit dem Lasersubstrat 100 verbunden sein . Beispielsweise kann der Wellenleiter 149 in einem SOI ( "Silicon-on-Insulator" ) -Substrat ausgebildet sein . Entsprechend ist die Schicht , in der der Wellenleiter 149 ausgebildet ist , über eine Isolatorschicht 151 mit dem darunterliegenden Wellenleitersubstrat 147 mechanisch verbunden . Beispielsweise kann die Verbindungsschicht 145 an Seitenwände des Wellenleiters angrenzen und somit eine Mantelschicht darstellen . Gemäß weiteren Ausführungsformen kann der Bereich, der an die Seitenwände des Wellenleiters 149 angrenzt , auch ein Hohlraum sein, so dass sich eine optische Führung ergibt . Das Material des Wellenleiters kann j edes geeignete Wellenleitermaterial sein und beispielsweise weitere Halbleitermaterialien, beispielsweise II I-V-Halbleiter umfassen . Entsprechend kann auch das Wellenleitersubstrat 147 in beliebig anderer Weise ausgeführt sein .

Die Membran 135 kann in einer Weise aufgebaut sein, dass sie durch ein Schallwellenfeld auslenkbar ist .

Beispielsweise kann ein Material der Membran 135 AIN, SiN oder eine Kombination aus diesen Materialien umfassen . Beispielsweise kann eine Schichtdicke der Membran kleiner als eine Emissionswellenlänge der emittierten elektromagnetischen Strahlung sein . Ein Luftspalt 124 kann zwischen der Membran 135 und dem darunterliegenden Halbleitermaterial , beispielsweise der aktiven Zone 133 angeordnet sein . Die Länge des Luftspalts 124 kann entsprechend den zu erzielenden optischen Eigenschaften eingestellt werden.

Beispielsweise kann die Membran 135 unter Verwendung einer geeigneten Opferschicht, die nach Herstellung der Schichten für die Membran geätzt wird, hergestellt werden. Ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung einer geeigneten Membran ist beispielsweise in G. D. Cole "Short-Wavelength MEMS-Tunable VCSELs", Optics Express 16103, 29 September 2008, Vol. 16, No. 20 beschrieben. Weitere Verfahren zur Herstellung von geeigneten Membranen oder entsprechend aufgehängten Spiegeln sind beispielsweise in Connie J. Chang-Hasnain "Tunable VCSEL" IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics, Vol. 6, No. 6, November/Dezember 2000 und D. D. John et al., "White Band Electrically-Pumped 1050 nm MEMS-Tunable VCSELs for Ophthalmie Imaging" J. Lightwave Technol. 2015, August 15, 33 (16) : 3461-3468 beschrieben. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann der erste Resonatorspiegel auch in die Membran integriert sein. D.h. die auslenkbare Membran selbst bildet einen Teil des ersten Resonatorspiegels.

Fig. IC veranschaulicht Komponenten der Detektorvorrichtung 152. Generell kann jede Detektorvorrichtung verwendet werden, die geeignet ist, die Intensität von elektromagnetischer Strahlung in Abhängigkeit der Wellenlänge und der Zeit zu ermitteln. Beispielsweise kann die Detektorvorrichtung 152 eine Vielzahl von wellenselektiven Strahlteilern 153i, ... 153 _n aufweisen. Entsprechend kann ein Signal, das beispielsweise eine Vielzahl von Teilstrahlen 156i,...156 _n mit jeweils unterschiedlichen Wellenlängen Xi, ... X _n aufweist, durch die wellenlängenselektiven Strahlteiler 153 aufgespalten werden, so dass Teilstrahlen 156i,...156 _n mit jeweils unterschiedlicher Wellenlänge zu einem zugehörigen Detektorelement 155i, ... 155 _n geleitet wird. Beispielsweise kann jedes der Detektorelemente 155 eine erste Halbleiterschicht 161 von einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine zweite Halbleiterschicht 152 von einem zweiten Leitfähigkeitstyp sowie eine aktive Zone 163 aufweisen. Beispielsweise kann die aktive Zone 163 dieselben Schichten wie die aktive Zone 133 des oberflächenemittierenden Halbleiterlasers aufweisen. Auf diese Weise wird eine hohe Sensitivität bezüglich der nachzuweisenden Wellenlänge sicherge- stellt . Gemäß Ausführungsformen können Komponenten der Detektorvorrichtung 152 als photonischer Schaltkreis realisiert sein .

Bei einfallender elektromagnetischer Strahlung kann in dem j eweiligen Detektorelement 155i, ...155 _n ein elektrisches Signal erzeugt werden, das über die zugehörige Messeinrichtung 166 nachgewiesen werden kann . Das zugehörige Signal kann anschließend einer Verarbeitungseinrichtung 170 zugeleitet werden, wo aus den Ausgangssignalen der einzelnen Detektorelemente 155i, ...155 _n ein Signal ermittelt wird, das die Schallfeldinformation wiedergibt . Beispielsweise können die Detektorelemente 155i, — 155 _n j eweils identisch ausgeführt sein .

Die wellenlängenselektiven Strahlteiler 153i, ... 153 _n können in beliebiger Weise ausgeführt sein und beispielsweise passive wellenlängenselektive Strahlteiler wie Mach-Zehnder-Interferometer, dielektrische Interferenz-Dünnschichtfilter , Wellenleiter-Gitterrouter , passive Ringfilter oder Mikroringresonatoren und andere , wie sie allgemein bekannt sein, umfassen .

Die Anzahl der zu verwendenden wellenlängenselektiven Strahlteiler 153i, — 153 _n und Detektorelemente 155i, ...155 _n wird anhand der zu erzielenden Auflösung bestimmt . Die Spannbreite der nachzuweisenden Wellenlängen ist durch den Abstimmbereich des verwendeten VCSELs bestimmt . Jeder bestimmten Laserwellenlänge entspricht dabei ein eindeutiges Intensitätsprofil an den einzelnen Detektorelementen 155i, ... 155 _n .

Der beschriebene elektroakustische Wandler beruht damit auf einem Wandlerkonzept , bei dem durch ein einfallendes Schallfeld die Länge des optischen Resonators eines Lasers und damit die Emissionswellenlänge des Lasers moduliert wird . Da es erprobte Konzepte zur Messung der Intensität in Abhängigkeit der Wellenlänge gibt , weist der elektroakustische Wandler verbesserte Eigenschaften im Vergleich zu herkömmlichen Konzepten auf . Der elektroakustische Wandler lässt ein hohes Signal-to-Noise-Verhältnis ( SNR) erwarten und zeichnet sich durch eine größere mechanische Robustheit aus . Insbesondere liegt kein offener Resonator vor, sondern der Wandler kann mechanisch, beispielsweise durch ein Gitter, geschützt werden . Es gibt eine große Auswahl an möglichen Materialsystemen, insbesondere können II I-V- Halbleitermaterialien verwendet werden . Der elektroakustische Wandler wird gar nicht oder nur in geringem Maße durch elektromagnetische Störstrahlung beeinflusst . Der beschriebene elektroakustische Wandler kann leicht s kaliert und modularisiert werden .

Durch eine Kombination unterschiedlich designter und unterschiedlich empfindlicher Elemente ist es möglich, einen noch größeren Dynamikoder Sensitivitätsbereich zu erhalten . Dies wird nachstehend näher ausgeführt .

Fig . 2 zeigt einen elektroakustischen Wandler gemäß weiteren Ausführungsformen . Wie in Fig . 2 dargestellt , weist der elektroakustische Wandler eine Vielzahl von oberflächenemittierenden Halbleiterlasern 150i, — 1501 sowie eine Vielzahl von Membranen 135i, ... 1354 auf . Beispielsweise können die Antworteigenschaften der j eweiligen Membranen auf unterschiedliche Schalldrücke optimiert sein . Auf diese Weise lässt sich die Empfindlichkeit und/oder der Dynamikbereich erweitern . Die Membranen 135i, ... 1354 können j eweils unterschiedliche Größen haben . Die Antworteigenschaften der Membranen 135i, ... 1354 können auch in anderer Weise auf unterschiedliche Schalldrücke unterschiedlich optimiert sein . Beispielsweise können sie j eweils eine unterschiedliche Dicke oder einen unterschiedlichen Elastizitäts koeffizienten haben .

Die Komponenten der j eweiligen oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 150i, — 1501 können identisch sein . Die Wellenleiter, die von den j eweiligen oberflächenemittierenden Halbleiterlasern 150 emittierte elektromagnetische Strahlung zu der Detektorvorrichtung 152 leiten, können wie in Fig . 2 gezeigt miteinander verbunden sein . Beispielsweise kann eine gemeinsame Detektorvorrichtung 152 für die Vielzahl von oberflächenemittierenden Halbleiterlasern 150 vorgesehen sein . Beispielsweise können die einzelnen oberflächenemittierenden Halbleiterlaser sequentiell betrieben und ausgelesen werden . Auf diese Weise lässt sich auf kleinem Bauraum die Empfindlichkeit und/oder der Dynamikbereich erweitern . Fig . 3 zeigt ein Beispiel für eine elektronische Vorrichtung 20 . Die elektronische Vorrichtung weist den zuvor beschriebenen elektroakus- tischen Wandler 10 auf . Die elektronische Vorrichtung 20 kann beispielsweise ein beliebiges elektronisches Gerät , das ein Mikrofon enthält , sein . Beispiele umfassen unter anderem Telefone , Smartphone , allgemeine Einrichtungen zur Unterhaltungselektronik, Kopfhörer mit integriertem Mikrophon, Computer, tragbare elektronische Vorrichtungen wie beispielsweise Smart Watches , Fitnessarmbänder , digitale Brillen und weitere .

Fig . 4A fasst ein Verfahren zur Erfassung von Schallwellen zusammen . Ein Verfahren zur Erfassung von Schallwellen umfasst das Zuführen ( S100 ) der Schallwellen zu einer Laservorrichtung, deren Resonatorlänge durch Einwirkung von Schallwellen veränderbar ist . Das Verfahren umfasst weiterhin das Ermitteln ( S110 ) einer Intensität von von der Laservorrichtung emittierter elektromagnetischer Strahlung in Abhängigkeit von Wellenlänge und Zeit . Gemäß Ausführungsformen kann das Ermitteln der Intensität das Aufteilen ( S120 ) der emittierten elektromagnetischen Strahlung in Teilstrahlen 156i, ...156 _n mit j eweils unterschiedlichen Wellenlängen und das Nachweisen einer Intensität der j eweiligen Teilstrahlen 156i, ...156 _n umfassen .

Fig . 4B fasst ein Verfahren zur Umwandlung von Schallwellen in elektrische Signale zusammen . Ein Verfahren zur Umwandlung von Schallwellen in elektrische Signale umfasst das Zuführen ( S100 ) der Schallwellen zu einer Laservorrichtung, deren Resonatorlänge durch Einwirkung von Schallwellen veränderbar ist . Das Verfahren umfasst weiterhin das Erzeugen ( S130 ) von elektrischen Signalen aus von der Laservorrichtung emittierter elektromagnetischer Strahlung . Das Verfahren kann weiterhin das Aufteilen ( S120 ) der emittierten elektromagnetischen Strahlung in Teilstrahlen 156i, ...156 _n mit j eweils unterschiedlichen Wellenlängen und das Nachweisen einer Intensität der j eweiligen Teilstrahlen 156i, ...156 _n umfassen . Beispielsweise kann das Auf teilen ( S120 ) der emittierten elektromagnetischen Strahlung vor dem Erzeugen ( S130 ) von elektrischen Signalen durchgeführt werden . Obwohl hierin spezifische Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben worden sind, werden Fachleute erkennen, dass die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen durch eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Ausgestaltungen ersetzt werden können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen . Die Anmeldung soll j egliche Anpassungen oder Variationen der hierin diskutierten spezifischen Ausführungsformen abdecken . Daher wird die Erfindung nur durch die Ansprüche und deren Äquivalente beschränkt .

BEZUGSZEICHENLISTE elektroakustischer Wandler elektronische Vorrichtung Lasersubstrat Schallwellenfeld erste Halbleiterschicht zweite Halbleiterschicht erster Resonatorspiegel Luftspalt optischer Resonator Gehäuse zweiter Resonatorspiegel aktive Zone , 135i, 1352 , 135s, 135i Membran Apertur erstes Kontaktelement erster Anschluss zweites Kontaktelement zweiter Anschluss Verdrahtungsebene Verbindungsschicht Wellenleitersubstrat Wellenleiter , 150i, 1502 , 150ß, 1501 oberflächenemittierender Halbleiterlaser Isolatorschicht Detektorvorrichtung i, ...153 _n wellenlängenselektiver Strahlteiler i, ...155 _n Detektorelement i, ...156 _n Teilstrahl erste Halbleiterschicht zweite Halbleiterschicht aktive Zone , ...166 _n Messeinrichtung Verarbeitungseinrichtung