CN116897478A - 二维光子晶体激光器 - Google Patents

Abstract

二维光子晶体激光器具备：一对电极(第一电极(171)、第二电极(172))；活性层(11)，其设置在所述一对电极之间，通过被从所述电极注入电流而产生规定波长的光；以及二维光子晶体层(12)，其设置在所述一对电极中的任一方与活性层(11)之间，具有板状的母材(121)以及配置于母材(121)的折射率与母材(121)的折射率不同的多个异折射率区域(122)，其中，所述多个异折射率区域(122)以相对于以与所述规定波长对应的周期周期性地配置于所述母材的二维晶格的各晶格点偏移了各不相同的偏移量的方式配置、和/或以各不相同的面积配置于所述各晶格点，所述多个异折射率区域(122)各自的偏移量和/或面积以由互不相同的多个周期叠加而成的复合调制周期进行调制，使用向量r↑、向量k_n↑、幅度A_n以及相位exp(iα_n)示出的调制相位ψ(r↑)用式(1)来表示，向量r↑表示所述二维晶格的各晶格点的位置，向量k_n↑表示倾斜角和/或方位角互不相同的n(n为2以上的整数)束的激光束各自的该倾斜角和该方位角的组合，幅度A_n和相位exp(iα_n)是针对n的每个值确定的，n的每个值的所述幅度A_n和/或相位exp(iα_n)至少在两个不同的n值下互不相同。

Description

二维光子晶体激光器

技术领域

本发明涉及一种使用二维光子晶体将光进行放大的二维光子晶体激光器(也称为“二维光子晶体面发光激光器”)。

背景技术

二维光子晶体激光器具备活性层、二维光子晶体层以及以夹着它们的方式设置的一对电极(电极对)。活性层通过被从电极对注入载流子(空穴、电子)而进行特定的发光波长范围的发光。二维光子晶体层具有在板状的母材周期性地且二维状地配置有折射率与该母材的折射率不同的异折射率区域的结构。异折射率区域包括形成于母材的空孔(空气)或与母材的材料不同的构件。

在这种二维光子晶体激光器中，在活性层产生的光中的、只有与异折射率区域的配置的周期长度对应的规定波长的光在二维光子晶体层中被放大而进行激光振荡，从二维光子晶体层的表面射出激光束。

在二维光子晶体激光器中，一般来说，异折射率区域的具有相同平面形状的区域被配置在正方晶格、长方晶格或三角晶格之类的二维晶格的晶格点处。在这种普通的二维光子晶体激光器中，激光束向与二维光子晶体层垂直的方向射出。

与此相对地，在专利文献1和专利文献2所记载的二维光子晶体激光器中，在二维晶格的各晶格点处，所述多个异折射率区域的各个异折射率区域以相对于该晶格点偏移各不相同的偏移量的方式配置、和/或所述多个异折射率区域的各个异折射率区域以不同的面积配置。在此，偏移量是与二维光子晶体层平行的面内的向量(即，具有大小和方向的量)，“不同的偏移量”也包括偏移的大小相同而只有偏移的方向不同的情况。这些偏移量和/或面积沿着与二维光子晶体层平行的规定的方向，以规定的(比晶格点的配置周期长的)周期变化。将该偏移量和/或面积的变化的周期称为“调制周期”，将以该调制周期进行了调制的各异折射率区域的偏移量和/或面积称为“调制相位”。具备以像这样进行了调制的偏移量和/或面积配置有异折射率区域的二维光子晶体的二维光子晶体激光器射出如下的2束激光束，这2束激光束具有相对于与二维光子晶体层垂直的方向倾斜了与调制周期相应的角度的角度(倾斜角)，且方位角在所述规定的方向上彼此相差180°。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开WO2014/136607号

专利文献2：美国专利公开公报US2016/0248224号

专利文献3：日本特开2020-148512号公报

非专利文献

非专利文献1：Susumu Noda(野田进)其他四位，“Photonic-Crystal Surface-Emitting Lasers：Review and Introduction of Modulated-Photonic Crystal”，(美国)，美国电气电子学会发行，IEEE Journal of Selected Topics in QuantumElectronics，vol.23(2017)4900107

发明内容

发明要解决的问题

这样，专利文献1和专利文献2所记载的二维光子晶体激光器射出具有相同倾斜角且方位角彼此相差180°的2束激光束。但是，在用于遥感的传感器即LIDAR(Laser ImagingDetection And Ranging：激光成像探测与测距)等领域中，谋求一种射出束数多于2束的激光束的激光光源。

本发明要解决的问题在于提供一种射出多于2束的激光束的二维光子晶体激光器。

用于解决问题的方案

为了解决上述问题而完成的本发明所涉及的二维光子晶体激光器具备：

a)一对电极；

b)活性层，其设置在所述一对电极之间，通过被从所述电极注入电流而产生规定波长的光；以及

c)二维光子晶体层，其设置在所述一对电极中的任一方与所述活性层之间，具有板状的母材以及配置于该母材的折射率与该母材的折射率不同的多个异折射率区域，

其中，所述多个异折射率区域以相对于二维晶格的各晶格点偏移了各不相同的偏移量的方式配置、和/或以各不相同的面积配置于所述各晶格点，所述二维晶格以与所述规定波长对应的周期周期性地配置于所述母材，

所述多个异折射率区域各自的偏移量和/或面积以由互不相同的多个周期叠加而成的复合调制周期进行调制，使用向量r↑、向量k_n↑、振幅A_n以及相位exp(iα_n)示出的调制相位ψ(r↑)用下式表示，

[数1]

其中，所述向量r↑表示所述二维晶格的各晶格点的位置，所述向量k_n↑表示倾斜角和/或方位角互不相同的n(n为2以上的整数)束的激光束各自的该倾斜角和该方位角的组合，所述振幅A_n和所述相位exp(iα_n)是针对n的每个值确定的，

n的每个值的所述振幅A_n和/或相位exp(iα_n)至少在不同的两个n的值下互不相同。

关于“由互不相同的多个周期叠加而成的复合调制周期”，可以是将沿着与二维光子晶体层平行的一个方向(相同方向)以不同的多个周期长度形成的调制进行叠加而得到的调制周期、将沿着与二维光子晶体层平行的互不相同的多个方向分别以一个周期长度(既可以是在各方向上相同的周期长度，也可以是在各方向上不同的周期长度)形成的调制进行叠加而得到的调制周期、以及由这些调制周期组合而成的调制周期(将沿着所述多个方向以各不相同的多个周期长度形成的调制进行叠加而得到的调制周期)。

与上述同样地，“偏移量”是与二维光子晶体层平行的面内的向量(具有大小和方向的量)，“不同的偏移量”还包括偏移的大小相同而只有偏移的方向不同的情况。

在本发明所涉及的二维光子晶体激光器中，所输出的激光束的波长由二维光子晶体层中的晶格点周期决定(作为其前提，在活性层中产生与该晶格点周期对应的规定波长的光)，与此相对地，激光束的倾斜角和方位角由调制相位ψ(r↑)(偏移量和/或面积)的复合调制周期决定。以复合调制周期进行了调制的调制相位ψ(r↑)(r↑是表示晶格点的位置的向量)使用后述的向量k↑、k_n↑，用下式表示。

[数2]

在此，“arg”是复数的偏角。c_n用下式表示。

[数3]

c_n＝A_nexp(iα_n)…(3)

A_n和α_n在后面叙述。若将式(3)代入式(2)，则成为式(1)。δ是δ函数(在δ(x)中，如果x＝0则为1，如果x≠0则为0)。k↑是使用要射出的激光束的倾斜角θ和方位角以及二维光子晶体层的有效折射率(二维光子晶体层内的光所感受到的折射率)n_eff表示的向量，例如在所述二维晶格是周期长度a的正方晶格的情况下，用下式表示(参照非专利文献1。其中，在非专利文献1中，使用了由/>规定的角度θ_x、θ_y。)。

[数4]

k_n↑(n＝1、2、3、···)表示由于n的差异而大小和/或方向互不相同的向量k↑，对应有按n的每个值而不同的倾斜角θ和/或方位角根据式(2)～式(4)，ψ(r↑)对应于将按n的每个值、即按要射出的激光束的倾斜角θ和方位角/>的每个组合/>求出的项a_n求和所得到的值的偏角，各项a_n具有与k_n↑的大小相应的周期。

[数5]

a_n=∫∫c_nexp(lk_n↑·r↑)dk_n↑…(5)

另外，对各项a_n进行了由c_n规定的加权。该加权的系数c_n包含由式(3)规定的A_n和α_n，A_n相当于振幅，α_n相当于相位。此外，在此所说的“相位”不是指调制相位ψ(r↑)本身，而是指用于规定调制相位ψ(r↑)的加权的系数c_n的相位。因而，式(1)的调制相位ψ(r↑)由调制周期(复合调制周期)规定，该调制周期(复合调制周期)是将针对要射出的激光束的倾斜角θ和方位角的每个组合/> (每个k_n↑)决定的周期按每个周期加权之后进行叠加而得到的。

根据本发明所涉及的二维光子晶体激光器，通过按这种以复合调制周期进行了调制的调制相位ψ(r↑)配置了异折射率区域，由此针对一个k_n↑，射出具有与之对应的1组倾斜角和方位角的1束激光束，并且射出只有方位角与该1束激光束相差180°的另一束激光束。但是，在该1束激光束的倾斜角为0°的情况下，不射出另一束激光束。因而，在本发明所涉及的二维光子晶体激光器中，得到倾斜角和/或方位角不同的2n束或(2n-1)束(包括倾斜角为0°的1束激光束的情况)的激光束。

而且，n的每个值的振幅A_n和/或相位exp(iα_n)至少在不同的两个n值下互不相同。换言之，能够通过对要射出的激光束的每个倾斜角和每个方位角(在至少倾斜角与方位角的组合不同的两组之间)附加不同的权重，来调整每束激光束的强度。

在本发明中，更为优选的是，所述相位exp(iα_n)按n的每个值随机(不具有规律性)地设定。由此，能够抑制激光束彼此发生干涉，使激光束彼此的强度接近均匀。

这样，更为优选的是，在按n的每个值随机地设定相位exp(iα_n)之后，进一步将所述振幅A_n的值按n的值不同的每个项设为不同的值。由此，能够进一步调整激光束彼此的强度，使激光束彼此的强度接近均匀。

n的值不同的每个项的振幅A_n的值例如能够用以下方法来确定。首先，根据在按n的每个值随机地设定相位exp(iα_n)并且将振幅A_n设为不依赖于n的值的规定值(例如1)时通过式(1)求出的调制相位ψ(r↑)，来求出各异折射率区域的偏移量和/或面积。将利用在此求出的各异折射率区域的偏移量和/或面积进行了调制的状态称为“基本调制状态”。应用以往的设计二维光子晶体激光器时使用的方法来求出从处于该基本调制状态的二维光子晶体层内的各位置辐射的(这些各位置处的)电场的分布(称为“辐射电场分布”)。并且，通过对该辐射电场分布进行傅立叶变换，得到离开二维光子晶体层的位置(例如激光束向对象物照射的位置)处的电场的分布(称为“远方电场分布”)来作为以向量k↑为变量的函数。此外，所谓求出远方电场分布的情况，如果相反地对远方电场分布进行傅立叶逆变换，则得到辐射电场分布，但式(1)的[]内的计算相当于通过对(用复数表示的)远方电场分布∑_na_nexp(iα_n)δ(k-k_n↑)进行傅立叶逆变换来求出(用复数表示的)辐射电场分布。

在如上述那样得到的、由从具备基本调制状态的二维光子晶体层的二维光子晶体激光器辐射出的多束激光束产生的远方电场分布中，通常会产生每束激光束的(与被应用于作为远方电场分布的变量的向量k↑的、每束激光束的向量k_n↑相应的)强度的差异。因此，基于所求出的远方电场分布，通过式(1)来求出新的调制相位ψ(r↑)，该新的调制相位ψ(r↑)用于使与被判断为强度比其它激光束弱的激光束对应(具有与该激光束的向量k_n↑中的“n”相同的n的值)的振幅A_n的值与基本调制状态下的所述规定值相比增加、使与被判断为强度比其它激光束强的激光束对应的振幅A_n的值与所述规定值相比减少。然后，根据该新的调制相位ψ(r↑)求出各异折射率区域的偏移量和/或面积(新的调制状态)，根据该新的调制状态求出辐射电场分布，进而求出远方电场分布。关于像这样根据新的调制状态求出的远方电场分布，只要相对于基本调制状态而言振幅A_n不过度地增加/减少，就能够使每束激光束的强度的差异与基本调制状态的情况相比变小(如果该差异反而变大，则使用将相对于基本调制状态而言的振幅A_n的增加/减少的程度缩小的调制相位ψ(r↑)，来重新进行在此叙述的操作)，从而使该强度接近均匀。

通过将在此求出的新的调制状态设为基本调制状态并重复进行上述的操作，能够使激光束彼此的强度进一步接近均匀。

在本发明所涉及的二维光子晶体激光器中，

所述二维晶格是正方晶格，

并且，能够采用以下结构：在具有与所述二维晶格相同的周期长度a且相对于该二维晶格发生了偏移的正方晶格的晶格点即第二晶格点处、或者在相对于该第二晶格点偏移了各不相同的偏移量的位置处，配置有折射率与所述母材的折射率不同的第二异折射率区域。

附加有这样的第二异折射率区域的二维光子晶体层具有以下的双重晶格构造：配置有异折射率区域的第一正方晶格(所述二维晶格)以及具有与第一正方晶格相同的周期长度且在晶格点(所述第二晶格点)处配置有第二异折射率区域的第二正方晶格错开地配置。而且，在这样的二维光子晶体层内，第一光与第二光的相位差具有根据上述偏移的方向和大小而不同的值，该第一光是沿相对于这些正方晶格的两个初基平移矢量(日文：基本並進ベクトル)倾斜了45°的方向行进的、波长为2^1/2a的光在异折射率区域发生反射而行进方向变化了180°的光，该第二光是以与该光相同的波长及相位沿相同方向行进的光在第二异折射率区域发生反射而行进方向变化了180°的光。在该相位差(由0～2π的范围规定)处于比(1/2)π大且比(3/2)π小的范围内的情况下，第一光和第二光由于干涉而减弱，在异折射率区域或第二异折射率区域内，行进方向变化为180°以外的方向的光的强度相对地变大，与不存在第二异折射率区域的情况相比，能够在二维光子晶体层内的大面积内获得稳定的激光振荡。另一方面，在所述相位差处于比(1/2)π小或比(3/2)π大的范围内的情况下，第一光和第二光由于干涉而增强，与不存在第二异折射率区域的情况相比，能够在二维光子晶体层内的小面积内获得激光振荡。

例如，能够采用以下结构：所述第二晶格点配置在相对于所述二维晶格的晶格点向与该二维晶格的初基平移矢量中的一个向量相同的方向偏移了比0.25a大且比0.75a小的距离的位置处。在该情况下，所述第二晶格点相对于所述二维晶格的晶格点的偏移量优选为0.4a以上且0.6a以下，最优选为0.5a。根据这样的结构，使所述第一光和所述第二光通过干涉而减弱，能够在二维光子晶体层内的大面积内获得稳定的激光振荡。

到此为止对射出2束以上的光束的光子晶体激光器进行了叙述，但通过应用到此为止叙述过的方法，能够获得如以下所述那样发出具有大的截面积的激光束(大截面积光束)的光子晶体激光器。

即，在本发明所涉及的二维光子晶体激光器中，能够采用以下结构：朝向与所述二维光子晶体层平行的方向，以所述调制相位ψ(r↑)以规定的调制周期周期性地变化的方式进行调制，该调制周期是连续地增加或减少的。

由此，得到发出大截面积光束的激光器。在该情况下，调制相位ψ(r↑)的在式(1)的右侧示出的部分具有上述的调制周期。下面，将具有这种结构的二维光子晶体激光器称为“第一方式的大截面积光束激光器”。

第一方式的大截面积激光器形成为：朝向与二维光子晶体层平行的方向，以多个异折射率区域各自的调制相位ψ(r↑)周期性地变化的方式进行调制，并且，该调制周期是朝向该方向连续地增加或减少的。通过从以夹着像这样形成了调制的二维光子晶体层的方式设置的仅一对电极向活性层注入电流而在活性层中发光，遍及二维光子晶体层的大范围地导入该光。由此，从二维光子晶体层内的各位置，以与该位置处的调制周期对应的倾斜角θ射出相同程度的强度的激光束。因而，从整个光子晶体区域成束地射出倾斜角θ不同而强度为相同程度的激光束，因此能够遍及比由普通的光子晶体激光器生成的激光束的直径大的范围地，以接近均匀的强度向对象物照射激光。

在本发明所涉及的二维光子晶体激光器中，

所述二维晶格是正方晶格，

能够采用以下结构：在所述二维晶格的各晶格点处，所述多个异折射率区域各自以相对于该晶格点向规定的一个方向或与该一个方向相差180°的方向偏移的方式配置，该一个方向是与所述二维光子晶体层平行且相对于以所述晶格点周期排列所述晶格点的两个方向这双方倾斜的方向。

在此规定的二维光子晶体层的构造能够优选地用于第一方式的大截面积激光器，但也可以应用于除此以外的本发明所涉及的二维光子晶体激光器。

这样，在二维晶格的各晶格点处，通过以向相对于以所述晶格点周期排列晶格点的两个方向倾斜的方向或与该一个方向相差180°的方向偏移的方式配置异折射率区域，来将构造设为非对称，由此能够仅在由二维光子晶体形成的多个光子带中的一个带端处进行激光振荡。通过像这样仅在一个带端处进行激光振荡(在其它带端处不发生激光振荡)，能够射出具有单一的谐振模式和单一的偏振光的激光束。

在像这样将异折射率区域的偏移方向确定为所述一个方向或与该一个方向相差180°的方向的情况下，以异折射率区域距晶格点的距离(相当于所述偏移量)和/或异折射率区域的平面形状的面积以所述调制周期周期性地变化的方式来形成所述调制。

另外，在第一方式的大截面积激光器中，也可以构成二维光子晶体激光器阵列(也称为“二维光子晶体面发光激光器阵列”)，其具备：

多个本发明所涉及的二维光子晶体激光器，多个所述二维光子晶体激光器的所述调制互不相同；以及

电流供给部，其向多个所述二维光子晶体激光器的各个二维光子晶体激光器中设置的所述电极同时供给电流。

通过像这样从电流供给部同时向调制互不相同的多个二维光子晶体激光器供给电流，与使用本发明所涉及的一个二维光子晶体激光器的情况相比，能够向更大范围照射激光。

在所述二维光子晶体激光器阵列中，能够采用以下结构：

所述电流供给部具备在具有导电性的板材形成多个孔所得到的网格电极，

在所述多个孔的各个孔分别配置有所述二维光子晶体激光器，

针对所述多个孔的各个孔，该孔的周围的板材与所述第一电极或所述第二电极连接，或者，该孔的周围的板材是所述第一电极或所述第二电极。

由此，能够使用网格电极向各二维光子晶体激光器供给电流，使从二维光子晶体激光器射出的激光从该孔向二维光子晶体激光器阵列的外部发射。

设置于网格电极的多个孔既可以二维状地配置，也可以一维状地排列。在将这些孔一维状地排列的情况下，各孔的形状优选设为在与孔的排列方向垂直的方向上长的线状。另外，既可以针对设置于网格电极的一个孔仅设置一个二维光子晶体激光器，也可以针对设置于网格电极的一个孔设置多个二维光子晶体激光器。

第一方式的大截面积激光器也能够如以下那样规定。即，第一方式的大截面积激光器具备：

a)仅一对电极；

b)活性层，其设置在所述一对电极之间，通过被从所述电极注入电流而产生包含规定波长λ_L的光；以及

c)二维光子晶体层，其设置在所述一对电极中的任一方与所述活性层之间，具有板状的母材以及配置于该母材的折射率与该母材的折射率不同的多个异折射率区域，

其中，在以与所述规定波长λ_L对应的晶格点周期周期性地配置有晶格点的二维晶格的各晶格点处，所述多个异折射率区域各自以相对于该晶格点偏移了各不相同的偏移量的方式配置、和/或所述多个异折射率区域各自以各不相同的平面形状的面积进行配置，

朝向与所述二维光子晶体层平行的方向，以所述多个异折射率区域各自的偏移量和/或平面形状的面积以规定的调制周期周期性地变化的方式进行调制，该调制周期是连续地增加或减少的。

在第一方式的大截面积激光器中，通过如上述那样将异折射率区域的偏移方向限定为所述一个方向或与该一个方向相差180°的方向来射出具有单一的谐振模式和单一的偏振光的激光束这一技术不仅能够用于如上述那样成束地射出倾斜角θ不同而强度为相同程度的激光束的情况，还能够用于如专利文献1所记载的那样通过使要注入电流的位置变化来射出倾斜角θ不同的(1束)激光束的情况。这样的二维光子晶体激光器具备：

a)一对电极组，所述一对电极组由至少一方具备多个局部电极的电极组构成；

b)活性层，其设置在所述一对电极组之间，通过被从所述多个局部电极中的一部分局部电极注入电流而在与被注入该电流的局部电极对应的位置处产生包含规定波长λ_L的光；以及

c)二维光子晶体层，其设置在所述一对电极组中的任一方与所述活性层之间，具有板状的母材以及配置于该母材的折射率与该母材的折射率不同的多个异折射率区域，

其中，在以与所述规定波长λ_L对应的晶格点周期周期性地配置有晶格点的正方晶格的各晶格点处，所述多个异折射率区域各自以相对于该晶格点向规定的一个方向或与该一个方向相差180°的方向偏移的方式配置，该一个方向是与所述二维光子晶体层平行且相对于以所述晶格点周期排列所述晶格点的两个方向这双方倾斜的方向，

朝向与所述二维光子晶体层平行的方向，以所述多个异折射率区域的各个异折射率区域的距该晶格点的距离和/或平面形状的面积以规定的调制周期周期性地变化的方式进行调制，该调制周期根据所述二维光子晶体层内的位置而不同。

在该情况下，调制周期不需要朝向与二维光子晶体层平行的方向连续地增加或减少，例如也可以随机地变化。即使在调制周期不是连续地增加或减少的情况下，也能够通过使要注入电流的位置移动(使要注入电流的局部电极变更)，来使激光束的倾斜角θ变化。

在第一方式的大截面积激光器中，由于发生光的干涉，可能在截面内产生强度的不均。因此，进一步研究用于抑制产生这种不均的结构。首先，如第一方式那样，将以下状态设为本例中的“基本调制状态”：朝向与二维光子晶体层平行的方向，以多个异折射率区域各自的调制相位ψ(r↑)以规定的调制周期周期性地变化的方式进行调制，并且该调制周期是连续地增加或减少的。例如，在二维晶格是正方晶格的情况下，将从晶格点的各位置(x，y)射出的激光的倾斜角规定为θ(x，y)，将方位角规定为在此基础上定义由和/>规定的角度θ_x(x)、θ_y(y)。该情况下的每个位置(x，y)的调制相位ψ(x，y)根据式(1)而成为下式。

[数6]

像这样在晶格点的各位置(x，y)处以调制相位ψ(x，y)进行调制来配置异折射率区域，由此从各位置(x，y)向各不相同的方向各射出2束激光(在这2束激光之间，方位角彼此相差180°)，通过将它们汇集起来，得到2束大截面积光束。

针对像这样表示的调制相位ψ(x，y)，如以下那样应用使用了上述c_n＝A_nexp(iα_n)的调整。首先，不考虑c_n＝A_nexp(iα_n)的项，在如式(6)那样求出每个位置r↑＝(x，y)的调制相位ψ(r↑)(即，求出基本调制状态)之后，通过计算来求出表示从二维光子晶体层内的各位置辐射的(这些各位置处的)电场的分布的辐射电场分布E_rad(r↑)。能够通过以往的设计二维光子晶体激光器时使用的方法来执行这样的电场分布的计算。通过对该辐射电场分布E_rad(r↑)进行傅立叶变换，来利用以下的式(7)求出表示离开二维光子晶体层的位置(例如向对象物照射激光束的位置)处的电场的分布的远方电场分布E_far(K↑)。

[数7]

E_far(K↑)＝C∫∫E_rad(r↑)exp(iK↑·r↑)dr↑…(7)

在此，K↑是波数。

另一方面，将要在离开二维光子晶体层的位置处形成的电场分布(称为“目标远方电场分布”)任意地规定为E_{far_iFFT}(K↑)。目标远方电场分布E_{far_iFFT}(K↑)例如能够通过在用式(7)得到的远方电场分布E_farT(K↑)中使电场的相位分布保持不变而将强度分布更新为均匀的分布来获得。通过对目标远方电场分布E_{far_iFFT}(K↑)进行傅立叶逆变换，来用以下的式(8)求出为了获得这样的目标远方电场分布E_{far_iFFT}(K↑)而应该从二维光子晶体层辐射的电场的分布即目标辐射电场分布E_{rad_iFFT}(r↑)。

[数8]

g_{rad_iFFT}(r↑)＝C∫∫E_{far_iFFT}(K↑)exp(iK↑·r↑)dK↑…(8)

因此，调整每个位置r↑＝(x，y)的调制相位ψ(r↑)，使得根据每个位置r↑＝(x，y)的调制相位ψ(r↑)求出的辐射电场分布E_rad(r↑)接近用式(8)求出的目标辐射电场分布E_{rad_iFFT}(r↑)。例如，通过将式(8)应用于以下的式(9)，能够确定调整后的调制相位ψ(r↑)。

[数9]

此外，在式(9)中，“Real”是指复数中的实部。另外，“Max{Real[E_{rad_iFFT}(r↑)]}”是与r↑对应的多个位置中的各个位置处的{Real[E_{rad_iFFT}(r↑)]中的最大值，具有将各位置处的Real[E_{rad_iFFT}(r↑)进行标准化的作用。然后，使用该调整后的调制相位ψ(r↑)来求出辐射电场分布E_rad(r↑)，使用该辐射电场分布E_rad(r↑)，根据式(9)来求出远方电场分布E_far(K↑)。像这样第二次得到的远方电场分布E_far(K↑)通常比第一次得到的远方电场分布E_far(K↑)更接近目标辐射电场分布E_{rad_iFFT}(r↑)。

通过针对各波数将目标辐射电场分布E_{rad_iFFT}(r↑)进行离散化，能够将各点表示为δ函数，因此进行了这种调整后的调制相位ψ(r↑)等同于对式(1)示出的原始的调制相位ψ(r↑)附加校正系数(常数)而得到的值。换言之，上述的调整相当于通过对原始的调制相位ψ(r↑)附加适当的校正系数而进行了调整。调整后的调制相位ψ(r↑)使用校正系数Δψ表示为下式。

[数10]

校正系数Δψ例如能够使用π/2。

使用像这样第二次得到的远方电场分布E_far(K↑)，通过例如上述例子那样将相位分布保持不变而将强度分布更新为均匀的分布，来确定新的目标远方电场分布E_{far_iFFT}(K↑)。下面，重复进行以下操作：通过与第二次获得远方电场分布E_far(K↑)的操作同样的操作来获得下一个远方电场分布E_far(K↑)。在重复进行了任意次数的该操作之后，确定最终的目标远方电场分布E_{far_iFFT}(K↑)，通过将最新(例如使用式(9))调整得到的每个位置r↑＝(x，y)的调制相位ψ(r↑)决定为用于确定最终的多个异折射率区域各自的偏移量和/或面积的参数，能够得到在接近最终的目标远方电场分布E_{far_iFFT}(K↑)的截面内的强度的均匀性高的大截面积光束。

综上所述，第二方式的大截面积激光器是在本发明所涉及的二维光子晶体激光器中，从基本调制状态起对所述调制相位ψ(r↑)进行了调整，使得与表示在所述基本调制状态下从所述二维光子晶体层辐射的电场的分布的辐射电场分布相比，更接近通过对要在离开该二维光子晶体层的位置处形成的规定的目标远方电场分布进行傅立叶逆变换而求出的目标辐射电场分布，其中，所述基本调制状态是以下状态：朝向与所述二维光子晶体层平行的方向，以所述多个异折射率区域各自的所述调制相位ψ(r↑)以规定的调制周期周期性地变化的方式进行调制，该调制周期是连续增加或减少的。

第二方式的大截面积激光器也能够如以下那样规定。即，第二方式的大截面积激光器具备：

a)一对电极；

b)活性层，其设置在所述一对电极之间，通过被从所述电极注入电流而产生规定波长的光；以及

c)二维光子晶体层，其设置在所述一对电极中的任一方与所述活性层之间，具有板状的母材以及配置于该母材的折射率与该母材的折射率不同的多个异折射率区域，

其中，所述多个异折射率区域以相对于二维晶格的各晶格点偏移了各不相同的偏移量的方式配置、和/或以各不相同的面积配置于所述各晶格点，所述二维晶格以与所述规定波长对应的周期周期性地配置于所述母材，

从基本调制状态起对所述偏移量和/或所述面积进行了调整，使得与表示在所述基本调制状态下从所述二维光子晶体层辐射的电场的分布的辐射电场分布相比，更接近通过对要在离开该二维光子晶体层的位置处形成的规定的目标远方电场分布进行傅立叶逆变换而求出的目标辐射电场分布，其中，所述基本调制状态是以下状态：朝向与所述二维光子晶体层平行的方向，以所述多个异折射率区域各自的偏移量和/或面积以规定的调制周期周期性地变化的方式进行调制，该调制周期是连续地增加或减少的。

发明的效果

根据本发明，能够获得射出多于2束的激光束的二维光子晶体激光器。

另外，根据本发明中的第一方式的大截面积激光器，能够遍及大范围地向对象物照射激光。并且，根据第二方式的大截面积激光器，能够遍及大范围地以接近均匀的强度向对象物照射激光。

附图说明

图1是示出本发明所涉及的二维光子晶体激光器的第一实施方式的立体图(a)、以及该二维光子晶体激光器所具备的二维光子晶体层的局部俯视图(b)。

图2是示出电极的形状不同的二维光子晶体激光器的例子的立体图。

图3是示出第一实施方式的二维光子晶体激光器的二维光子晶体层所具有的异折射率区域的重心位置的设定例的局部俯视图。

图4是示出第一实施方式的二维光子晶体激光器的二维光子晶体层所具有的异折射率区域的重心位置的另一个设定例的局部俯视图。

图5是示出第一实施方式的二维光子晶体激光器的二维光子晶体层所具有的异折射率区域的面积的设定例的局部俯视图。

图6是示出通过计算来求取从二维光子晶体激光器射出的激光束的远场像所得到的结果的图，该二维光子晶体激光器被设计为通过与偏移量及面积相关地形成由互不相同的50个调制周期叠加而成的复合调制周期来射出100束激光束。

图7是示出通过计算来求取从第一实施方式的二维光子晶体激光器射出的激光束的远场像所得到的结果的图。

图8是示出通过计算来求取从对进行了图7的计算的二维光子晶体激光器实施改良后的二维光子晶体激光器射出的激光束的远场像所得到的结果的图。

图9是第二实施方式的二维光子晶体激光器所具备的二维光子晶体层的局部俯视图。

图10是示意性地示出在第二实施方式的二维光子晶体激光器中沿相对于正方晶格的初基平移矢量倾斜了45°的方向行进的、在位于第一晶格点的异折射率区域发生了反射的光与在位于第二晶格点的第二异折射率区域发生了反射的光的光路差的例子的图。

图11是示出在第二实施方式的二维光子晶体激光器中通过计算来求取一维耦合系数(a)和二维耦合系数(b)所得到的结果的图表。

图12是示出在第二实施方式的二维光子晶体激光器中通过计算来求取辐射系数所得到的结果的图表。

图13是示出在第二实施方式的二维光子晶体激光器(a)以及从该实施方式中去除第二异折射率区域后的二维光子晶体激光器(b)中通过计算来求取二维光子晶体层内的电场分布所得到的结果的图。

图14是第三实施方式的二维光子晶体激光器所具备的二维光子晶体层的局部俯视图。

图15是示出第三实施方式的二维光子晶体激光器的二维光子晶体层所具有的异折射率区域的重心位置的局部俯视图。

图16是示出在第三实施方式中二维光子晶体层所具有的异折射率区域的重心位置的变形例的局部俯视图。

图17是示出在第三实施方式中二维光子晶体层所具有的异折射率区域的平面形状的变形例的局部俯视图。

图18是对从第三实施方式的二维光子晶体激光器射出的激光束的截面进行摄影而得到的照片(a)、(b)以及通过计算来求出的图(c)。

图19是对从比较例的二维光子晶体激光器射出的激光束的截面进行摄影而得到的照片。

图20是示出在第三实施方式的变形例中针对每个带计算由角度ξ引起的辐射系数的差异所得到的结果的图表。

图21是从第一集合电极侧(a)和第二集合电极侧(b)分别观察第四实施方式的二维光子晶体激光器阵列而得到的俯视图。

图22是对从第四实施方式的二维光子晶体激光器阵列射出的激光束的截面进行摄影而得到的照片。

图23是示出第四实施方式的二维光子晶体激光器阵列中的第二集合电极的两个变形例的图。

图24是示出第四实施方式的二维光子晶体激光器阵列的其它变形例的概要立体图(a)、局部放大截面图(b)以及电路图(c)。

图25是示出通过实验来求取从图24所示的变形例的二维光子晶体激光器阵列射出的激光束的远场像所得到的结果的图。

图26是示出从图24所示的变形例的二维光子晶体激光器阵列射出的激光束的电流-输出特性的图表。

图27是示出从图24所示的变形例的二维光子晶体激光器阵列射出的激光束的振荡谱的图表。

图28是示出通过计算来求取从对第三实施方式的二维光子晶体激光器实施改良后的第五实施方式的二维光子晶体激光器射出的激光束的远场像所得到的结果的图。

图29是图28所示的激光束的远场像的局部放大图。

图30是示出通过计算来求取从对进行了图28的计算的二维光子晶体激光器实施改良后的二维光子晶体激光器射出的激光束的远场像所得到的结果的图。

图31是示出使用应用第一实施方式制作出的二维光子晶体激光器显示了文字和图形的例子的照片。

具体实施方式

使用图1～图31来说明本发明所涉及的二维光子晶体激光器的实施方式。

(1)第一实施方式

如图1的(a)所示，第一实施方式的二维光子晶体激光器10具有将第一电极171、第一包覆层141、二维光子晶体层12、间隔层13、活性层11、第二包覆层142、基板16以及第二电极172按该顺序层叠而成的结构。但是，活性层11和二维光子晶体层12的顺序也可以与上述顺序相反。在图1的(a)中，为了方便，以将第一电极171设为下侧、将第二电极172设为上侧的方式示出，但使用时的二维光子晶体激光器10的方向不限定于该图所示的方向。下面，对各层以及电极的结构进行说明。

活性层11通过被从第一电极171和第二电极172注入电荷来发出具有规定的波长范围的光。在活性层11的材料中能够使用例如InGaAs/AlGaAs多量子阱(发光波长范围：935nm～945nm)。

如图1的(b)所示，二维光子晶体层12是在板状的母材121将折射率与该母材121的折射率不同的异折射率区域122一个一个地配置于二维晶格的各晶格点而形成的。在图1的(b)中，仅将二维光子晶体层12的一部分放大地示出，在实际的二维光子晶体层12中，在与第二电极172的平面形状(后述)的外缘相同程度的整个范围内配置有多个二维光子晶体层12。在第一实施方式中，二维晶格设为正方晶格，但也可以使用长方晶格、三角晶格等其它二维晶格。正方晶格的晶格点周期(的长度)a根据母材121的材料和活性层11中的发光波长范围来适当确定。母材121的材料能够使用例如p型GaAs(p型半导体)。异折射率区域122典型地使用了空孔，但也可以使用折射率与母材121的折射率不同的构件来代替空孔。关于配置异折射率区域122的位置及平面形状，在后面详细叙述。

第一包覆层141和第二包覆层142具有从第一电极171和第二电极172注入电荷的作用，并且具有抑制在二维光子晶体层12内与该层平行地进行导波的面内导波光从该层泄漏的作用。为了发挥前者的作用，第一包覆层141使用p型半导体(例如p型Al_0.37Ga_0.63As)，第二包覆层142使用n型半导体(例如n型Al_0.37Ga_0.63As)(此外，将二维光子晶体层12的母材121的材料设为p型半导体的理由也与此相同)。

间隔层13是为了抑制以下情况而设置的：使从第一电极171注入的空穴穿过而向活性层11导入，并且从第二电极172注入的电子穿过活性层11(由此，在与活性层11相比靠第一电极171侧的位置与空穴耦合)。间隔层13的材料能够使用例如p型Al_0.45Ga_0.55As。

基板16使用与其它层相比足够厚的构件，以维持整个二维光子晶体激光器10的机械强度。由于与第二包覆层142相同的理由，基板16的材料使用n型半导体。

第一电极171在第一实施方式中是正方形。第二电极172具有以下结构：与第一电极171相比边长足够长的正方形的金属制板状构件的中央被挖空成正方形。将板状部件的被挖空的部分称为窗部1722，将板状构件的残留部分称为框部1721。窗部1722是为了使如后述那样从二维光子晶体层12振荡出的激光束穿过而设置的。在图1的(a)中，为了表示第一电极171的形状，将第一电极171和第一包覆层141分离地示出，但实际上第一电极171与第一包覆层141接合。

此外，到此为止叙述过的各层的材料是一例，也可以使用其它材料。另外，第一电极171和第二电极172的形状不限定于上述形状，也可以使用其它形状。例如，能够如图2所示那样使用圆形的第一电极171A以及具有圆形的框部1721A和窗部1722A的第二电极172A。

下面，详细地说明在二维光子晶体层12中配置异折射率区域122的位置以及平面形状。

在图1的(b)示出的例子中，使用了平面形状(包括其面积在内)彼此相等的异折射率区域122。平面形状在图1的(b)的例子中是正三角形，但也可以是等腰三角形或其它三角形、除三角形以外的多边形、圆形、椭圆形等。另外，也可以通过将两个或两个以上的个数的异折射率区域(局部异折射率区域)进行组合来形成一个异折射率区域。各异折射率区域122被配置在其平面形状的重心相对于具有周期长度a的正方晶格的晶格点(在该图中为纵单点划线与横单点划线交叉的点)发生了偏移的位置。在图3和图4中示出该偏移量的例子。无论在哪一个图中，都在示出正方晶格(单点划线)的同时用黑圆示出了异折射率区域122的平面形状中的重心G的位置。在图3的例子中，各重心G相对于晶格点向相同方向(相对于x方向偏移了角度ξ(在该例中为常数)的方向)偏移，针对每个晶格点设定了该偏移的大小d。在此，以包含正负的方式规定了偏移的大小(在仅用正值规定偏移的大小的情况下，偏移的方向为彼此相差180°的两个方向)。另一方面，在图4的例子中，除了针对每个晶格点设定了偏移的大小以外，还针对每个晶格点设定了偏移的方向(方向相对于x方向偏移的角度ξ(在该例子中为变量))。即，针对每个晶格点设定了偏移的向量。

在第一实施方式中，各晶格点处的偏移的向量被以具有由互不相同的多个周期叠加而成的复合调制周期的方式进行了调制。

在此，将用坐标(x，y)表示的各晶格点处的偏移的大小d(x，y)设为下式：

d(x,y)＝C₁·sin(k₁x)+C₂·sin(k₂x)+C₃·sin(k₃x)+...+C_n·sin(k_nx)+B·y…(11)

(C₁、C₂、C₃、…C_n，k₁、k₂、k₃、…k_n、B分别是常数)。此外，在此没有考虑式(1)中的振幅An和相位αn。若如式(11)那样设定偏移，则得到2n束(或包括倾斜角θ为0°的1束在内的(2n-1)束)激光束，该2n束激光束是由向根据k₁、k₂、k₃、…k_n的值而具有各不相同的倾斜角θ/方位角的方向射出的n束激光束以及方位角与这些n束激光束的各激光束的方位角相差180°的n束激光束合在一起的激光束。

在由式(11)规定的例子中，仅对x方向赋予了复合调制周期，但也可以仅对y方向、或对x方向和y方向这双方赋予复合调制周期。作为后者的例子，将d(x，y)设为下式：

d(x，y)＝C₁·sin(k₁x)+C₂·sin(k₂x)+C₃·sin(k₃x)+…+C_n·sin(k_nx)+C_n+1·sin(k_n+1y)+C_n+2·sin(k_n+2y)+C_n+3·sin(k_n+3y)+…+C_n+m·sin(k_n+my)…(12)

(C₁、C₂、C₃、…C_n、C_n+1、C_n+2、C_n+3、…C_n+m，k₁、k₂、k₃、…k_n、k_n+1、k_n+2、k_n+3…k_n+m分别是常数)，由此，得到向具有各不相同的倾斜角θ/方位角的方向射出的2(n+m)束激光束。

在图4的例子中，能够除了由式(11)、式(12)等规定的偏移的大小之外，还对偏移的方向赋予周期性。例如，将表示各晶格点(x，y)处的偏移方向的角度ξ(x，y)设为下式：

ξ(x，y)＝C_n+m+1·sin(k_n+m+1x)+C_n+m+2·sin(k_n+m+2x)…(13)

(在与式(11)组合的情况下，m＝0)，由此得到2(n+m+2)束激光束。在仅在x方向和y方向中的一个方向上对偏移的方向赋予周期性(在式(13)中，C_n+m+1或+C_n+m+2为0)的情况下，得到2(n+m+1)束激光束。或者，如果不对偏移的大小施加调制(n＝0，m＝0)、与偏移的方向相关地对x方向和y方向分别施加不同的调制，则得到2×2＝4束激光束。

到此为止说明了对偏移量进行调制的情况，但也能够代替偏移量而对异折射率区域122的面积进行调制(图5)。与式(11)、式(12)同样地，将用坐标(x，y)表示的各晶格点处的异折射率区域122的面积S(x，y)设为下式：

S(x，y)＝S₁·sin(k₁x)+S₂·sin(k₂x)+S₃·sin(k₃x)+…+S_n·sin(k_nx)+D·y…(14)

或者设为下式：

S(x，y)＝S₁·sin(k₁x)+S₂·sin(k₂x)+S₃·sin(k₃x)+…+S_n·sin(k_nx)+S_n+1·sin(k_n+1y)+S_n+2·sin(k_n+2y)+S_n+3·sin(k_n+3y)+…+S_n+m·sin(k_n+my)…(15)

(S₁、S₂、S₃、…S_n、S_n+1、S_n+2、S_n+3、…S_+m，k₁、k₂、k₃、…k_n、k_n+1、k_n+2、k_n+3…、k_n+m、D分别是常数)，由此得到向具有各不相同的倾斜角θ/方位角的方向射出的2n束或(2n-1)束(式(14)的情况)、或者2(n+m)束或(2(n+m)-1)束(式(15)的情况)的激光束。

并且，还能够通过将偏移量(大小和方向)与面积进行组合来获得更多的激光束。

在图6中示出从二维光子晶体激光器10射出的激光束的远场像的计算结果的一例，该二维光子晶体激光器10被设计为通过与偏移量及面积相关地形成由互不相同的50个调制周期叠加而成的复合调制周期来射出2×50＝100束的激光束。关于射出范围，针对x方向、y方向设定了与各调制周期对应的k_n↑，使得倾斜角θ处于±25°的范围内。能够确认的是在图6中出现了排列为10行10列的100个光斑，如设计的那样射出100束激光束。

但是，图6中用两个粗箭头分别指示的、相互隔开5行的2行(20个)光斑的强度比其它光斑的强度弱。另外，用两个细箭头分别指示的、相互隔开5列的2列中的不包含于所述2行的16个光斑的强度比所述2行的光斑的强度强，但与其它光斑相比强度弱。这被认为是由于在从二维光子晶体层辐射激光束时发生了光的干涉。

因此，在第一实施方式中，利用上述式(1)，针对具有如下的二维光子晶体层12的二维光子晶体激光器10计算出激光束的远场像，该二维光子晶体层12针对每个k_n↑随机地(以针对一个k_n↑赋予一个相位，在不同的k_n↑之间进行对比时相位为随机的方式)赋予了相位exp(iα_n)。在图7中示出其结果。激光束的光斑的位置与图6的情况相同。没有发现每个光斑的强度如图6那样在特定的行或列中变弱的情形，与图6的情况相比更接近均匀。但是，一部分光斑的强度看起来比其它光斑的强度弱。

因此，进一步重复执行在上述式(1)中针对每个k_n↑调整振幅A_n的大小的操作，将所有的光斑的强度调整为尽可能地均匀。在图8中示出像这样调整后的激光束的远场像的一例。根据图8获知得到了强度大致均匀的100束激光束。

(2)第二实施方式(使用了具有双重晶格构造的二维光子晶体的例子)

第二实施方式的二维光子晶体激光器二维光子晶体层除二维光子晶体层的结构之外，其余具有与第一实施方式的二维光子晶体激光器10相同的结构。下面，对第二实施方式的二维光子晶体激光器的二维光子晶体层12A的结构进行说明。

如图9所示，二维光子晶体层12A是在母材121A配置折射率与母材121A的折射率不同的异折射率区域122A、并且配置折射率与母材121A的折射率不同的第二异折射率区域123而得到的。在本实施方式中，异折射率区域122A和第二异折射率区域123均为空孔。异折射率区域122A和第二异折射率区域123中的任一方或双方也可以使用包括折射率与母材121A的折射率不同的(空气以外的)构件的区域。在该情况下，异折射率区域122A的构件和第二异折射率区域123的构件既可以由相同的材料构成，也可以由互不相同的材料构成。

异折射率区域122A的周期长度为a，且以相对于具有在图9中用黑圆标记示出的第一晶格点1251的第一正方晶格的该第一晶格点1251偏移了规定的偏移量(向量值)的方式配置，其面积也按第一晶格点1251而不同。这些异折射率区域122A的偏移量及面积能够与第一实施方式同样地设定。异折射率区域122A的形状在本实施方式中设为椭圆形，但也可以设为在第一实施方式中例示的正三角形等其它形状。

第二异折射率区域123的周期长度为a，配置于具有在图9中用白圆标记示出的第二晶格点1252的第二正方晶格的该第二晶格点1252上。第二晶格点1252被配置在相对于第一晶格点1251向与第一及第二正方晶格的初基平移矢量a₁↑及a₂↑中的a₂↑平行的方向偏移了0.5a的位置处。在本实施方式中，第二异折射率区域123的形状设为椭圆形，全部具有相同的面积。此外，第二异折射率区域123的形状也可以设为正三角形等其它形状。

像这样将异折射率区域122A配置于第一晶格点1251、将第二异折射率区域123配置于第二晶格点1252，由此沿相对于初基平移矢量a₁↑和a₂↑为45°的方向行进的光中的波长λ为2^0.5a的光被放大。在该情况下，沿上述方向行进的波长λ的光中的第一光(图10中的粗实线的箭头)与第二光(图10中的粗虚线的箭头)的光路长度之差为2^-0.5a，其中，该第一光是在位于某个第一晶格点1251或相对于该晶格点1251偏移了规定距离的位置的异折射率区域122A发生了反射而行进方向变化了180°的光，该第二光是在位于第二晶格点1252的第二异折射率区域123发生了反射而行进方向变化了180°的光，该第二晶格点1252配置在相对于该第一晶格点1251向初基平移矢量a₂↑的方向偏移了0.5a的位置处。此外，在图10中示出的单点划线的线上，沿相对于a₁↑和a₂↑为45°的方向行进的光为相同相位，因此在此以该单点划线的位置为基准来确定光路长度。由于像这样光路长度之差为2^-0.5a，因此这些第一光和第二光因干涉而被减弱(在该例中消失)。因此，在异折射率区域和第二异折射率区域内，在行进方向变化为180°以外的方向的光的强度相对地变大，能够在二维光子晶体层12A内的大面积内获得稳定的激光振荡。

接着，针对第二实施方式的二维光子晶体激光器，通过计算来求出一维耦合系数κ_1D和二维耦合系数κ_2D。一维耦合系数κ_1D是表示在二维光子晶体层12A内沿特定的方向行进的光之间的相互作用的大小的系数，与此相对地，二维耦合系数κ_2D是表示在二维光子晶体层12A内沿互不相同的方向行进的光之间的相互作用的大小的系数。一维耦合系数κ_1D越小，另外二维耦合系数κ_2D越大，意味着在二维光子晶体层内光越易于二维状地扩散，越易于在大面积内得到稳定的激光振荡。在此，利用第二异折射率区域123的面积不同的多个例子进行了计算。第二异折射率区域123的面积越大，意味着第二异折射率区域123对一维耦合系数κ_1D和二维耦合系数κ_2D造成的影响越显著地显现。

在图11的(a)的图表中示出一维耦合系数κ_1D的计算结果，在图11的(b)的图表中示出二维耦合系数κ_2D的计算结果。在这些图表中，横轴表示将第二异折射率区域123的面积除以正方晶格的周期长度a的平方而得到的值。根据这些计算结果获知，第二异折射率区域123的面积越大，一维耦合系数κ_1D越显著地减少，然而二维耦合系数κ_2D虽然逐渐地减少，但与一维耦合系数κ_1D相比更缓慢地减少。该结果表明，在二维光子晶体层内易于在大面积内得到稳定的激光振荡。另外，认为该结果反映出以下情况：沿相对于初基平移矢量a₁↑和a₂↑为45°的方向行进的波长λ为2^0.5a的光由于在异折射率区域122A和第二异折射率区域123内发生了180°反射而发生干涉，从而光被减弱。

接着，针对第二实施方式的二维光子晶体激光器，通过计算来求出辐射系数。辐射系数是用{exp(α_vL)-1}表示在二维光子晶体层中以导波模式存在的光中的在进行长度L的导波的期间因衍射而向与二维光子晶体层垂直或相对于垂直而言倾斜的方向辐射的光的比例时的系数α_v。辐射系数α_v越小，越容易将光封闭在二维光子晶体层12A内，由此容易发生激光振荡。在图12中示出计算结果。在二维光子晶体层12A内，在光子带的带边缘附近可能产生模式A～D这4种振荡模式。无论第二异折射率区域123的面积如何，与模式A及B的辐射系数α_v相比，模式C和D的辐射系数α_v都足够大。因此，不易发生由模式C和D引起的激光振荡，能够抑制由不需要的高阶模式引起的激光振荡。

接着，针对第二实施方式的二维光子晶体激光器，通过计算来求出二维光子晶体层12A内的电场分布。在该计算中，将第二异折射率区域123的面积设为0.03a²。为了比较，对于具有从二维光子晶体层12A中去除第二异折射率区域123后的结构的二维光子晶体层的情况，也进行了同样的计算。在图13的(a)中示出前者的计算结果，在图13的(b)中示出后者的计算结果。在图13中，用箭头的方向示出电场的方向，用箭头的长度示出电场的大小。根据图13获知，在(a)与(b)之间未发现显著的差异，有无第二异折射率区域123对电场没有太大影响。

在到此为止叙述过的第二实施方式中，将第一晶格点1251与最接近该第一晶格点1251的第二晶格点1252的距离设为0.5a，但该距离大于0.25a且小于0.75a即可。通过像这样设定第一晶格点1251与第二晶格点1252的距离，能够使波长λ为2^0.5a且沿相对于初基平移矢量a₁↑和a₂↑为45°的方向行进的光中的、在位于第一晶格点1251或相对于该第一晶格点1251偏离了规定距离的位置的异折射率区域122A处发生了180°反射的光以及在位于第二晶格点1252的第二异折射率区域123处发生了180°反射的光因干涉(即使没有完全消失)而减弱。

另外，在到此为止叙述过的第二实施方式中，将第二异折射率区域123配置于第二晶格点1252，但第二异折射率区域123也可以以按第二晶格点1252而不同的偏移量(向量值)相对于该第二晶格点1252偏移的方式配置，其面积也可以按第二晶格点1252而不同。

(3)第三实施方式(第一方式的大截面积激光器)

第三实施方式的二维光子晶体激光器除二维光子晶体层的结构之外，其余具有与第一实施方式的二维光子晶体激光器10相同的结构。下面，对第三实施方式的二维光子晶体激光器的二维光子晶体层12B的结构进行说明。

关于二维光子晶体层12B，如图14所示，平面形状(包括其面积在内)彼此相同的多个异折射率区域122B配置在相对于晶格点周期a的正方晶格的晶格点(该图中为纵单点划线与横单点划线交叉的点)偏移的位置处。为了明示该偏移，在图15中，在示出正方晶格(单点划线)的同时，用黑圆示出异折射率区域122B的平面形状中的重心G的位置。各重心G均相对于正方晶格的晶格点偏移了相等的距离d。另一方面，将重心G与晶格点连结的线段(图15中的粗实线)按晶格点而朝向不同的方向。该方向由相对于以下基准线的角度ψ规定，将沿着以晶格点周期a排列晶格点的两个方向中的一个方向(设为图15中示出的x方向)延伸的直线设为该基准线。在该例中，由于仅对角度ψ进行调制(距离d和异折射率区域122B的面积没有调制)，因此角度ψ相当于调制相位。如果观察每个晶格点的角度ψ的差异，则角度ψ朝向x方向以规定的调制周期周期性地变化，并且其调制周期是逐渐地变短的。由此，相邻的晶格点间的相位差(角度ψ的差)朝向x方向按ψ₀+δ、ψ₀+2δ、ψ₀+3δ···增加。对于y方向(所述两个方向中的与x方向不同的方向)，角度ψ也同样朝向y方向以规定的调制周期周期性地变化，并且其调制周期也是逐渐地变短的。

此外，在图14中示出平面形状为正三角形的异折射率区域122，但异折射率区域122的平面形状不限定于此。

在图16中示出异折射率区域122B的重心G相对于正方晶格的晶格点的偏移与图15不同的例子。该例中的异折射率区域122B的平面形状与图14示出的形状相同。在该例中，无论在哪一个晶格点处，重心G相对于晶格点偏移的方向均为相对于x方向偏移了相同的角度ξ(0°<ξ<90°)(相对于y方向偏移了(ξ-90)°)的方向，重心G相对于晶格点偏移的距离d朝向x方向以规定的调制周期周期性地变化，并且其调制周期是逐渐地变短的。在图16的例子中，各晶格点处的距离d朝向x方向按d_maxsinψ₀、d_maxsin(2ψ₀+δ)、d_maxsin(3ψ₀+3δ)、d_maxsin(4ψ₀+6δ)···变化。相邻的晶格点间的距离的变化的相位差按ψ₀+δ、ψ₀+2δ、ψ₀+3δ···增加。对于y方向，每个晶格点的距离d的变化也同样。

此外，角度ξ也可以设为-90°<ξ<0°的范围内。在-90°<ξ<0°以及0°<ξ<90°的情况下，重心G相对于晶格点偏移的方向为与x方向及y方向不同的方向，由此发挥后述的附加效果。在不考虑该附加效果的情况下，重心G相对于晶格点偏移的方向也可以设为x方向或y方向。

在图17中示出二维光子晶体层12B的另一例。在该二维光子晶体层12B中，异折射率区域122B的重心均配置于正方晶格上。各异折射率区域122的平面形状为相似形状且具有互不相同的面积S。该面积S朝向x方向以规定的调制周期周期性地变化，并且其调制周期是逐渐地变短的。在图4的例子中，各晶格点处的各异折射率区域122的平面形状的面积S用S＝S₀+S’Sinψ表示，ψ朝向x方向按ψ₀、2ψ₀+δ、3ψ₀+3δ、4ψ₀+6δ变化。相邻的晶格点间的距离的变化的相位差按ψ₀+δ、ψ₀+2δ、ψ₀+3δ···增加。y方向也同样。

在到此为止示出的3个例子中，使异折射率区域122B的重心相对于正方晶格的晶格点的位置偏移的方向、位置偏移的距离、以及异折射率区域122B的面积中的任一方朝向x方向和y方向分别缩短调制周期，但也可以将这3个中的2个和3个进行组合来形成同样的变化。

设定第一电极171和第二电极172的面积，使得遍及二维光子晶体层12B中的存在位置偏移的方向、位置偏移的距离或面积互不相同的多个异折射率区域122B的范围地注入电流。

接着，对第三实施方式的二维光子晶体激光器的动作进行说明。通过向第一电极171与第二电极172之间施加规定的电压，来从两电极向活性层11注入电流。由此，从活性层11产生具有与活性层11的材料相应的规定的波长范围内的波长的光。与被注入了电流的区域的大小相对应地，遍及二维光子晶体层12B中的存在位置偏移的方向、位置偏移的距离或面积互不相同的多个异折射率区域122B的范围地导入像这样产生的光。然后，在二维光子晶体层12内，与正方晶格的晶格点周期a对应的谐振波长的光通过谐振而被选择性地放大，从而进行激光振荡。

振荡出的激光从二维光子晶体层12B的两表面分别向二维光子晶体层12B外射出。其中，向第一电极171侧射出的激光被第一电极171反射，从第二电极172的窗部1722向二维光子晶体激光器10外射出。向第二电极172侧射出的激光直接从第二电极172的窗部1722向二维光子晶体激光器外射出。

从二维光子晶体层12B上的各点(x，y)射出的激光束与二维光子晶体层12B的法线所成的角度即出射角θ(x，y)、以及该激光束向二维光子晶体层12B表面的投影与平行于该表面的基准线所成的角度即方位角依赖于二维光子晶体层12B上的射出该激光束的位置处的调制。这些出射角θ和方位角/>如以下那样求出(参照专利文献1)。

首先，求出各晶格点处的调制相位ψ。在对相对于晶格点的偏移的距离d进行调制的情况下，调制相位ψ相当于满足d＝d_maxsinψ(d_max是偏移的最大值)的关系的ψ，在对异折射率区域的面积S进行调制的情况下，调制相位ψ相当于满足S＝S₀+S’sinψ(S₀是面积的平均值，S’是面积的调制的振幅)的关系的ψ。当应用专利文献1所记载的调制相位ψ时，使用倒晶格向量 和各晶格点的位置向量r↑，用Ψ＝r↑·G’↑来表示该调制相位ψ，其中，该倒晶格向量G’↑使用二维光子晶体层内的波长λ_L的光的波数向量k↑＝(k_x，k_y)、二维光子晶体层的有效折射率n_eff以及二维晶格的相对于规定基准线的方位角/>来表示。

在第三实施方式的二维光子晶体激光器的二维光子晶体层12B中，异折射率区域122被配置成正方晶格状。正方晶格的情况下的位置向量r↑使用整数m_x、m_y而表示为r↑＝(m_xa，m_ya)，波数向量k↑表示为k_x＝(π/a，π/a)，倒晶格向量G’＝(g’_x，g’_y)表示为下式：

[数11]

因此，各晶格点的调制相位ψ为下式：

[数12]

根据式(17)，在x方向上相邻的两个晶格点(na，m_ya)和((n+1)a，m_ya)(m_y只要在两个晶格点处为相同的值则是任意值)之间的调制相位ψ之差依赖于sinθ。在y方向上相邻的两个晶格点间的调制相位ψ之差也同样。因而，如果设定调制相位ψ使得在二维光子晶体层12B内随着在x方向和y方向各方向上向正和负中的某一个方向移动而θ的值在0°～90°的范围内增加，则相邻晶格点间的调制相位ψ之差增加。这相当于调制周期变短。由此，将激光束的出射角θ设定为随着从二维光子晶体层12B射出的位置沿所述一个方向移动而变大。由于这种出射角θ不同的激光束成束地向二维光子晶体激光器外发射，因此能够遍及大范围地向对象物照射激光。

在此，以正方晶格的情况为例进行了说明，但长方晶格或三角晶格的情况也同样。

到此为止使用专利文献1所记载的调制相位ψ进行了说明，但能够通过使用专利文献2所记载的方法来获得更精密的调制相位ψ。根据该方法，在二维晶格是正方晶格的情况下，倒晶格向量G’(x，y)↑的各分量成为下式：

[数13]

/>

每个位置(x，y)的调制相位ψ(x，y)用上述式(6)表示。在第三实施方式中，也可以使用式(6)来求出各晶格点处的调制相位ψ(x，y)。

在图18的(a)和(b)中图示从第三实施方式的二维光子晶体激光器射出的激光束的截面。在(a)和(b)中，制作了如下的二维光子晶体激光器，并拍摄了所射出的激光束的截面，该二维光子晶体激光器以在二维光子晶体层12B内出射角θ在10°±2°(整体为4°、(a)的情况)或10°±4°(整体为8°、(b)的情况)的范围内变化的方式设定了调制。在(c)的情况下，针对如下的二维光子晶体激光器，通过计算来求出激光束的截面，该二维光子晶体激光器以在二维光子晶体层12B内出射角θ在25°±15°(整体为30°)的范围内变化的方式设定了调制。为了比较，在图19中示出对从与专利文献2所记载的二维光子晶体激光器相同的二维光子晶体激光器的整个二维光子晶体层12以10°的出射角θ射出的激光束的截面进行摄影而得到的照片。均射出了方位角彼此相差180°的2束激光束。可知与图19示出的比较例相比，图18的(a)～(c)示出的第三实施方式的光束所射出的范围扩大。

到此为止，对通过使调制周期根据二维光子晶体层12B内的位置发生变化来扩大激光束的直径的例子进行了说明，但在使异折射率区域的重心的位置相对于晶格点偏移的方向相对于以规定的晶格点周期排列晶格点的方向发生了倾斜的情况下，无论是否使调制周期变化(在图16示出的例子中使调制周期变化)，都能够射出具有单一的谐振模式和单一的偏振光的激光束。

在图20中示出针对如下的多个例子计算二维光子晶体所具有的多个光子带各自的辐射系数所得到的结果，在多个例子中，在各晶格点处，对正方晶格的晶格点与异折射率区域的重心之间的距离以及异折射率区域的面积进行调制(不引入调制周期的变化)，且将晶格点与重心连结的直线相对于以晶格点周期a排列晶格点的方向中的一个方向倾斜的角度ξ不同。在此，辐射系数是指在二维光子晶体层中以导波模式存在的光中的在进行单位长度的导波的期间因衍射而辐射的光的比例。辐射系数越小，越容易将光封闭在二维光子晶体层内，因此越容易发生激光振荡。

由图20可知，在角度ξ为0°以外的度数时，多个光子带中的带端A的辐射系数最小。另外，随着使角度ξ从0°起增加，带端A的辐射系数与辐射系数第二小的带端B的辐射系数之差变大。根据这些结果获知，使角度ξ越大，越易于在带端A单独发生激光振荡。由此，能够射出具有单一的谐振模式和单一的偏振光的激光束。

(4)第四实施方式(二维光子晶体激光器阵列)

接着，作为第四实施方式，对二维光子晶体激光器阵列的一个实施方式进行说明。该二维光子晶体激光器阵列20具有多个第三实施方式的二维光子晶体激光器。但是，如后述那样，第一电极171及第二电极172的形状与第三实施方式的电极形状不同。在图21的(a)和(b)的俯视图中，用虚线示出各二维光子晶体激光器(在该图中标注附图标记“10B”)。二维光子晶体层12B中的调制按二维光子晶体激光器10B而不同，由此，从各二维光子晶体激光器10B射出的激光束的出射角的范围也不同。

二维光子晶体激光器阵列20还具有由正方形的导电体制的平板构成的第一集合电极21以及在正方形的导电体制的平板221形成有多个孔222所得到的网格电极即第二集合电极22。通过这些第一集合电极21、第二集合电极22以及未图示的电源来构成所述电流供给部。各个二维光子晶体激光器10B被设置为将第二集合电极22的孔222中的一个孔堵塞，基板16与孔222的周围的平板221的部分接触。另外，各二维光子晶体激光器10B的第一包覆层141与第一集合电极21接触。因而，在各二维光子晶体激光器10B中，第一集合电极21和第二集合电极22具有第一电极和第二电极的作用。此外，也可以在各二维光子晶体激光器10B中另外设置第一电极和第二电极的基础上将各第一电极与第一集合电极21连接、将各第二电极与第二集合电极22连接。

在第四实施方式的二维光子晶体激光器阵列20中，当使电流从未图示的电源流向第一集合电极21与第二集合电极22之间时，向各二维光子晶体激光器10B供给电流，由此，生成以按二维光子晶体激光器10B而不同的出射角扩散的激光束。所生成的激光束通过第一集合电极21的孔222向外部发射。由此，与使用一个二维光子晶体激光器10B的情况相比，能够以接近均匀的强度向更大的范围照射激光。

在图22中示出对从本实施方式的二维光子晶体激光器阵列20射出的激光束的截面进行摄影而得到的照片。得到了在出射角θ为10°±15°(整体为30°)的范围内扩散的激光束。与从单独的二维光子晶体激光器10B射出的激光束相比该激光束的扩散更大。

第一集合电极21和第二集合电极22的形状不限定于上述形状。例如，也可以将第一集合电极21设为圆形的平板，将第二集合电极22设为在圆形的平板设置有多个孔所得到的电极。另外，在图21的(b)示出的例子中，针对第二集合电极22的一个孔222配置了一个二维光子晶体激光器10B，但也可以如图23的(a)所示的第二集合电极22A那样，针对一个孔222A配置了多个(在该图的例子中为4个)二维光子晶体激光器10B。并且，在图21的(b)示出的例子中，虽然在第二集合电极22中二维状地配置有孔222，但也可以如图23的(b)所示的第二集合电极22B那样，一维状地排列孔222B。在该情况下，孔222A的形状优选设为在与孔222A的排列方向垂直的方向上长的线状(狭缝状)。

在图24中示出变形例的二维光子晶体激光器阵列20A。在该二维光子晶体激光器阵列20A中，将100个二维光子晶体激光器10B排列配置成10行×10列，并通过由作为本征半导体的i型GaAs构成的绝缘层24将二维光子晶体激光器10B彼此之间进行绝缘。在各二维光子晶体激光器10B的第二电极172B的外侧设置有由作为n型半导体的n型GaAs构成的覆盖层23，在该覆盖层23的外侧，所述绝缘层24与二维光子晶体激光器10B彼此之间的部分形成为一体。n型GaAs或i型GaAs是能够使由二维光子晶体激光器10B生成的激光透过的材料。

二维光子晶体激光器10B中的沿行方向排列的10个二维光子晶体激光器10B的第一电极171通过导电性的连接构件173与在一侧相邻的二维光子晶体激光器10B的第二电极172B电连接，并且第二电极172B通过导电性的连接构件173与在另一侧相邻的二维光子晶体激光器10B的第一电极171连接。由此，如图24的(c)所示，沿行方向排列的10个二维光子晶体激光器10B串联连接。另一方面，关于列方向，无论哪一个二维光子晶体激光器10B都与相邻的二维光子晶体激光器10B电绝缘。此外，在图24的(a)中省略了连接构件173的图示。另外，为了确保与连接构件173的连接部，第二电极172B形成为与图1示出的第二电极172相比向二维面的外部扩展。

在图25中示出对从变形例的二维光子晶体激光器阵列20A射出的激光束的截面进行摄影而得到的照片。此外，从二维光子晶体激光器阵列20A射出方位角彼此相差180°的2束激光束，在图25中仅示出了其中的1束激光束。根据该图，可以说与从上述二维光子晶体激光器阵列20射出的激光束(图22)相比强度大且每个位置的强度的均匀性高。在图26和图27中分别示出从变形例的二维光子晶体激光器阵列20A射出的激光束的电流-输出特性以及振荡谱。均得到了作为激光器而言的足够的特性。

(5)第五实施方式(第二方式的大截面积激光器)

接着，对第二方式的二维光子晶体激光器的实施方式进行说明。作为其前提，对二维光子晶体层具有基本调制状态(从基本调制状态起没有进行本发明的偏移量和/或面积的调整)且具有图16示出的构造的二维光子晶体层12B的第三实施方式的二维光子晶体激光器的例子进行研究。在该例子中，重心G相对于晶格点偏移的距离d朝向x方向以规定的调制周期周期性地变化，并且其调制周期是逐渐地变短的。具体地说，各晶格点处的距离d在x方向和y方向上分别朝向正方向以d_maxsinψ₀、d_maxsin(2ψ₀+δ)、d_maxsin(3ψ₀+3δ)、d_maxsin(4ψ₀+6δ)···的方式变化。相邻的晶格点间的距离的变化的相位差按ψ₀+δ、ψ₀+2δ、ψ₀+3δ···增加。该调制相位处于朝向x的正方向和y的正方向连续地增加的基本调制状态。

如图18的远场像的计算结果所示，具有处于这样的基本调制状态的二维光子晶体层的二维光子晶体激光器射出方位角彼此相差180°的2束大截面积激光束。在图18的(c)示出的例子中，大截面积激光束在倾斜角为30°(±15°)的范围内扩散。得到的大截面积激光束的截面为圆形，随着远离该圆的中心，强度变弱。

因此，作为具有更均匀的强度分布的大截面积激光束，考虑如下的虚拟的大截面积激光束：具有倾斜角在x方向上扩展30°、在y方向上扩展30°这样的正方形的截面，在该截面内，强度均匀地分布，且具有从处于所述基本调制状态的第三实施方式的二维光子晶体层得到的远方处的相位分布。然后，将该虚拟的大截面积激光束中的充分地离开二维光子晶体层12B的位置处的电场分布即目标远方电场分布E_{far_iFFT}(K↑)确立为模型。使用上述式(8)对该目标远方电场分布E_{far_iFFT}(K↑)进行傅立叶逆变换，由此通过计算来求出从二维光子晶体层12内的各位置辐射的(这些各位置处的)电场分布即目标辐射电场分布E_{rad_iFFT}(r↑)。在此基础上，对各晶格点处的调制相位ψ(r↑)进行调整，使得从二维光子晶体层12辐射的辐射电场分布E_rad(r↑)接近目标辐射电场分布E_{rad_iFFT}(r↑)。在本实施方式中，使用上述式(9)确定了各晶格点r↑＝(x，y)处的调制相位ψ(r↑)。

然后，在求出从调整后的二维光子晶体层12内的各位置辐射的辐射电场分布E_rad(r↑)之后，重复执行了以下操作：使用该辐射电场分布E_rad(r↑)，通过上述式(7)求出远方电场分布E_far(r↑)，通过应用所得到的远方电场分布E_far(r↑)中的电场的相位分布来更新目标远方电场分布E_{far_iFFT}(K↑)中的电场的相位分布，调整调制相位ψ(r↑)使得辐射电场分布E_rad(r↑)接近目标辐射电场分布E_{rad_iFFT}(r↑)。

在图28中示出从进行了1次调制相位ψ(r↑)的调整(直到前一段的末尾为止的操作)之后的二维光子晶体层12射出的大截面积光束的远场像的计算结果。另外，在图29中示出将图28所示的2束大截面积光束中的下侧的光束的右下部分进行了放大的图。根据图28获知，大截面积光束的截面形状为与上述虚拟的大截面积光束相同的正方形。但是，由图29示出的放大图可知，在强度分布中能够观察到被认为由干涉引起的周期性的图案。在图30中示出执行了20次上述的重复操作之后的大截面积光束的远场像的计算结果。在图30中获知，与图28及图29时相比得到了改善，在正方形的截面内激光的强度变得大致均匀。

本发明不限定于上述实施方式，能够进行各种变形。

例如，在图6～图8示出的例子中，由100束激光束形成的光斑形成为以大致均等的间隔纵横地排列，但通过对叠加的调制周期的个数和各调制周期的大小适当变更，能够适当变更激光束的束数、光斑的配置。另外，在图29、图30示出的例子中，形成了倾斜角在x方向上在30°的角度范围内扩展且在y方向上在30°的角度范围内扩展的、强度均匀的正方形的大截面积光束，但能够通过适当变更二维光子晶体的调制相位来适当变更大截面积光束的形状和束数。能够通过应用这些方法变更光斑的配置来显示文字、标记等。在图31的(a)～(c)中示出显示有这样的文字、标记等的例子。

在第四实施方式的二维光子晶体激光器阵列中，使用了多个第三实施方式的二维光子晶体激光器，但也可以取而代之地使用多个第一、第二或第五实施方式的二维光子晶体激光器。另外，也可以将第一～第三实施方式以及第五实施方式中的多个实施方式的二维光子晶体激光器同时使用多个，来构成二维光子晶体激光器阵列。

附图标记说明

10、10B：二维光子晶体激光器；11：活性层；12、12A、12B：二维光子晶体层；121、121A：母材；122、122A、122B；异折射率区域；123：第二异折射率区域；1251：第一晶格点；1252：第二晶格点；13：间隔层；141：第一包覆层；142：第二包覆层；16：基板；171、171A：第一电极；172、172A、172B：第二电极；1721、1721A：第二电极的框部；1722、1722A：第二电极的窗部；173：连接构件；20、20A：二维光子晶体激光器阵列；21：第一集合电极；22、22A、22B：第二集合电极；221：第二集合电极的平板；222、222A、222B：第二集合电极的孔；23：覆盖层；24：绝缘层。

Claims (12)

1.一种二维光子晶体激光器，其特征在于，具备：

a)一对电极；

b)活性层，其设置在所述一对电极之间，通过被从所述电极注入电流而产生规定波长的光；以及

c)二维光子晶体层，其设置在所述一对电极中的任一方与所述活性层之间，具有板状的母材以及配置于该母材的折射率与该母材的折射率不同的多个异折射率区域，

其中，所述多个异折射率区域以相对于二维晶格的各晶格点偏移了各不相同的偏移量的方式配置、和/或以各不相同的面积配置于所述各晶格点，所述二维晶格以与所述规定波长对应的周期周期性地配置于所述母材，

所述多个异折射率区域各自的偏移量和/或面积以由互不相同的多个周期叠加而成的复合调制周期进行调制，使用向量r↑、向量k_n↑、振幅A_n以及相位exp(iα_n)示出的调制相位ψ(r↑)用下式表示，

[数1]

其中，所述向量r↑表示所述二维晶格的各晶格点的位置，所述向量k_n↑表示倾斜角和/或方位角互不相同的n束的激光束各自的该倾斜角和该方位角的组合，所述振幅A_n和所述相位exp(iα_n)是针对n的每个值确定的，n为2以上的整数，

n的每个值的所述振幅A_n和/或所述相位exp(iα_n)至少在不同的两个n的值下互不相同。

2.根据权利要求1所述的二维光子晶体激光器，其特征在于，

对所述调制相位ψ(r↑)附加了校正系数。

3.根据权利要求1或2所述的二维光子晶体激光器，其特征在于，

所述相位exp(iα_n)按n的每个值随机地设定。

4.根据权利要求3所述的二维光子晶体激光器，其特征在于，

所述振幅A_n按n的值不同的每个项而具有不同的值。

5.根据权利要求1～4中的任一项所述的二维光子晶体激光器，其特征在于，

所述二维晶格是正方晶格，

并且，在第二晶格点处、或者在相对于该第二晶格点偏移了各不相同的偏移量的位置处，配置有折射率与所述母材的折射率不同的第二异折射率区域，所述第二晶格点是具有与所述二维晶格相同的周期长度a且相对于该二维晶格发生了偏移的正方晶格的晶格点。

6.根据权利要求5所述的二维光子晶体激光器，其特征在于，

所述第二晶格点配置在相对于所述二维晶格的晶格点向与该二维晶格的初基平移矢量中的一个向量相同的方向偏移了比0.25a大且比0.75a小的距离的位置处。

7.根据权利要求1～6中的任一项所述的二维光子晶体激光器，其特征在于，

所述二维晶格是正方晶格，

在所述二维晶格的各晶格点处，所述多个异折射率区域各自以相对于该晶格点向规定的一个方向或与该一个方向相差180°的方向偏移的方式配置，该一个方向是与所述二维光子晶体层平行且相对于以所述周期的长度排列所述晶格点的两个方向这双方倾斜的方向。

8.根据权利要求1～7中的任一项所述的二维光子晶体激光器，其特征在于，

朝向与所述二维光子晶体层平行的方向，以所述多个异折射率区域各自的所述调制相位ψ(r↑)周期性地变化的方式进行调制，该调制周期是连续地增加或减少的。

9.根据权利要求1～5中的任一项所述的二维光子晶体激光器，其特征在于，

从基本调制状态起对所述调制相位ψ(r↑)进行了调整，使得与表示在所述基本调制状态下从所述二维光子晶体层辐射的电场的分布的辐射电场分布相比，更接近通过对要在离开该二维光子晶体层的位置处形成的规定的目标远方电场分布进行傅立叶逆变换而求出的目标辐射电场分布，其中，所述基本调制状态是以下状态：朝向与所述二维光子晶体层平行的方向，以所述多个异折射率区域各自的所述调制相位ψ(r↑)以规定的调制周期周期性地变化的方式进行调制，该调制周期是连续地增加或减少的。

10.一种二维光子晶体激光器阵列，其特征在于，具备：

多个根据权利要求1～9中的任一项所述的二维光子晶体激光器，多个所述二维光子晶体激光器的所述调制互不相同；以及

电流供给部，其向多个所述二维光子晶体激光器的各个二维光子晶体激光器中设置的所述一对电极同时供给电流。

11.根据权利要求10所述的二维光子晶体激光器阵列，其特征在于，

所述电流供给部具备在具有导电性的板材形成多个孔而得到的网格电极，

在所述多个孔的各个孔配置有所述二维光子晶体激光器，

针对所述多个孔的各个孔，该孔的周围的板材与所述第一电极或所述第二电极连接，或者，该孔的周围的板材是所述第一电极或所述第二电极。

12.一种二维光子晶体激光器阵列，其特征在于，具备：

a)一对电极组，所述一对电极组由至少一方具备多个局部电极的电极组构成；

b)活性层，其设置在所述一对电极组之间，通过被从所述多个局部电极中的一部分局部电极注入电流而在与被注入该电流的局部电极对应的位置处产生包含规定波长λ_L的光；以及

c)二维光子晶体层，其设置在所述一对电极组中的任一方与所述活性层之间，具有板状的母材以及配置于该母材的折射率与该母材的折射率不同的多个异折射率区域，

其中，在以与所述规定波长λ_L对应的晶格点周期周期性地配置有晶格点的正方晶格的各晶格点处，所述多个异折射率区域各自以相对于该晶格点向规定的一个方向或与该一个方向相差180°的方向偏移的方式配置，该一个方向是与所述二维光子晶体层平行且相对于以所述晶格点周期排列所述晶格点的两个方向这双方倾斜的方向，

朝向与所述二维光子晶体层平行的方向，以所述多个异折射率区域的各个异折射率区域的距该晶格点的距离和/或平面形状的面积以规定的调制周期周期性地变化的方式进行调制，该调制周期根据所述二维光子晶体层内的位置而不同。