DE112014001188T5

DE112014001188T5 - Laservorrichtung

Info

Publication number: DE112014001188T5
Application number: DE112014001188.6T
Authority: DE
Inventors: Akiyoshi Watanabe; Kazuyoshi Hirose; Susumu Noda; Yoshitaka Kurosaka; Takahiro Sugiyama
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK; Kyoto University NUC
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK; Kyoto University NUC
Priority date: 2013-03-08
Filing date: 2014-03-07
Publication date: 2015-11-26
Also published as: US20160020576A1; WO2014136943A1; JP2014175488A; CN105191028B; JP6172789B2; CN105191028A; US9698562B2

Abstract

In einer Laservorrichtung wird ein Bereich mit unterschiedlichem Brechungsindex 6B in einer photonischen Kristallschicht an einem Gitterpunktposition eines quadratischen Gitters angeordnet. In dem Fall, in dem eine Ebenenform der unterschiedlichen Brechungsindexbereiche 6B ein annähernd gleichschenkliges, rechtwinkliges Dreieck bildet, erstrecken sich zwei Seiten, die einen rechten Winkel bilden, entlang Längs- und Horizontalseitenlinien des quadratischen Gitters. Eine Richtung parallel oder zu einer schrägen Seite des Dreiecks und eine Polarisationsrichtung in der periodischen Polarisationsumkehrstruktur eines nichtlinearen, optischen Kristalls NL sind gleich.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laservorrichtung, die ein oberflächenemittierendes Element mit einem photonischen Kristall verwendet.
Stand der Technik
Trifft ein Laserstrahl auf einen nichtlinearen, optischen Kristall auf, wird herkömmlicherweise der Laserstrahl mit einer durch einen nichtlinearen, optischen Effekt umgewandelte Wellenlänge emittiert. In dem Fall, in dem ein Unterschied zwischen einer Phase eines an einer Referenzposition erzeugten Laserstrahls und einer Phase eines Laserstrahls, der an einer Position, die durch eine Kohärenzlänge von der Referenzposition getrennt ist, erzeugt wird, aufgrund einer Phasenumwandlung durch den nichtlinearen, optischen Kristall den Wert π annimmt, werden die Laserstrahlen gegeneinander versetzt und deren Intensität verringert. Es ist bekannt, dass ein Quasi-Anpassungsverfahren (QPM), das einen nichtlinearen, optischen Kristall mit einer periodischen Polarisationsumkehrstruktur verwendet, die Abnahme der Laserstrahlintensität unterdrücken kann. Bei diesem Verfahren wird eine Polarisationsumkehrperiode derart eingestellt, dass eine Länge in einer Lichtausbreitungsrichtung in einem positiven oder negativen Polarisationsgebiet zu einer Kohärenzlänge wird (eine Länge, bei der Phase um π abweicht).
Die Patentliteratur 1 offenbart eine Laservorrichtung, die einen Laserstrahl erzeugt, indem ein nichtlinearer, optischer Kristall und ein Halbleiter-Laserelement, das in einem Element davon keine Resonanz erzeugt, kombiniert werden und vollständig in Schwingung versetzt werden.
Zitationsliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: JP 2010-219307 A

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
In der in 7 der PTL 1 dargestellten Laservorrichtung zeigt sich jedoch, dass sich natürlich emittiertes Licht, das von einer Quantentopfschicht einer lichtemittierenden Einheit erzeugt wird, durch Beugung eines photonischen Kristalls in eine Vertikalrichtung bewegt und selten einen externen Spiegel erreicht. Deshalb muss ein sehr großer Strom zur Erzeugung einer externen Schwingung angelegt werden, wodurch sich die Effizienz verringert. Dementsprechend reicht eine Ausgabe eines Wellenlängenumwandlungslichts voraussichtlich nicht aus. Zudem muss zur Erzielung einer stabilen Schwingung eine Eintrittsphase eines von einem externen Spiegel zurückgeworfenen Laserstrahls auf einen photonischen Kristall gleich einer Emissionsphase sein. Jedoch ist ein Abstand zwischen einer lichtemittierenden Einheit und einem externen Spiegel viel länger als eine Laserwellenlänge, und zudem werden ein Raumoszillationsmodus sowie ein Polarisationsmodus leicht gestört, so dass eine Strahlform des erhaltenen Wellenlängenumwandlungslichts instabil wird.
Angesichts der zuvor beschriebenen Probleme ist es somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Laservorrichtung bereitzustellen, die die Intensität eines Wellenlängenumwandlungslichts erheblich verbessern und ein Strahlmuster mit einer Gauß-Punktformverteilung in stabiler Weise erhalten kann.
Lösung des Problems
In einer Laservorrichtung oszilliert ein Laserelement durch sich selbst. Somit ist, verglichen mit einem externen Resonatorlaser, ein Schwellenwert eines Injektionsstroms, der eine Oszillation verursacht, gering, wodurch sich die Oszillationseffizienz erhöht. Da zudem eine in dem Element vorgesehene photonische Kristallstruktur während der Laseroszillation direkt auf einen Oszillationsmodus wirkt, werden eine Strahlform und die Polarisationseigenschaften stabil und können in einfacher Weise gesteuert werden. Indem ein Laserstrahl mit hoher Lichtausgabeeffizienz, stabiler Strahlform und Polarisationseigenschaften auf ein Wellenlängenumwandlungselement aufgebracht wird, kann auf diese Weise ein Wellenlängenumwandlungslicht mit hervorragender Strahlqualität und hoher Lichtintensität erhalten werden. Zudem emittiert in der Vorrichtung ein Laserelement selbst einen Strahl mit einer Gauß-Punktformverteilung.
Zur Lösung des obigen Problems umfasst eine erste Laservorrichtung einen nichtlinearen, optischen Kristall mit einer periodischen Polarisationsumkehrstruktur, auf den ein Laserstrahl einfällt, der von einem oberflächenemittierenden Laserelement, das einen photonischen Kristall aufweist, emittiert wird. Das oberflächenemittierende Laserelement mit dem photonischen Kristall umfasst eine aktive Schicht, eine obere und untere Mantelschicht, zwischen denen die aktive Schicht sandwichartig angeordnet ist, und eine photonische Kristallschicht, die zwischen der oberen oder der unteren Mantelschicht und der aktiven Schicht vorgesehen ist. Die photonische Kristallschicht umfasst eine Basisschicht mit einem ersten Brechungsindexmedium, und mehrere unterschiedliche Brechungsindexbereiche, die ein zweites Brechungsindexmedium, das einen sich von dem ersten Brechungsindexmedium unterscheidenden Brechungsindex aufweist, umfassen und in der Basisschicht angeordnet sind. Die mehreren unterschiedlichen Brechungsindexbereiche sind an einer Gitterpunktposition in einem quadratischen Gitter, das sich auf einer Hauptfläche der photonischen Kristallschicht befindet, angeordnet. Eine Ebenenform jedes der unterschiedlichen Brechungsindexbereiche ist auf ein annähernd gleichschenkliges, rechtwinkliges Dreieck eingestellt. Zwei Seiten, die einen rechten Winkel des annähernd gleichschenkligen, rechtwinkligen Dreiecks bilden, erstrecken sich entlang einer Längsgitterlinie und einer Horizontalgitterlinie, die das quadratische Gitter bilden. Eine Richtung parallel oder senkrecht zu einer schrägen Seite des annähernd gleichschenkligen, rechtwinkligen Dreiecks und eine Polarisationsrichtung in der periodischen Polarisationsumkehrstruktur sind gleich.
Die Ebenenform eines festgelegten, unterschiedlichen Brechungsindexbereichs weist keine im eigentlichen Herstellungsverfahren streng mathematisch festgelegte Form auf. Die Winkel der Form sind abgerundet und jede Seite kann leicht verformt sein. Der Begriff ”annähernd” bedeutet, dass eine festgelegte Form, wie zuvor beschrieben, während der Herstellung leicht verformt werden kann.
Trifft in der ersten Laservorrichtung ein Laserstrahl, der von einem oberflächenemittierenden Laserelement mit einem photonischen Kristall emittiert wird, auf einen nichtlinearen, optischen Kristall mit einer periodischen Polarisationsumkehrstruktur auf, wird eine Wellenlänge des Laserstrahls durch den nichtlinearen, optischen Kristall umgewandelt, und der Laserstrahl wird von dem nichtlinearen, optischen Kristall emittiert. Hierin wird ein Bereich mit unterschiedlichem Brechungsindex in einer photonischen Kristallschicht an einer Gitterpunktposition eines quadratischen Gitters angeordnet. Zudem weist in dem Fall, in dem die obige Bedingung erfüllt ist, ein Wellenlängenumwandlungslicht, das von dem nichtlinearen, optischen Kristall emittiert wird, ein Strahlmuster mit einer Gauß-Punktformverteilung auf, dessen Lichtintensität erheblich verstärkt ist.
Eine zweite Laservorrichtung umfasst einen nichtlinearen, optischen Kristall mit einer periodischen Polarisationsumkehrstruktur, auf den ein Laserstrahl einfällt, der von einem oberflächenemittierenden Laserelement, das einen photonischen Kristall aufweist, emittiert wird. Das oberflächenemittierende Laserelement mit dem photonischen Kristall umfasst eine aktive Schicht, eine obere und untere Mantelschicht, zwischen denen die aktive Schicht sandwichartig angeordnet ist, und eine photonische Kristallschicht, die zwischen der oberen oder der unteren Mantelschicht und der aktiven Schicht vorgesehen ist. Die photonische Kristallschicht umfasst eine Basisschicht mit einem ersten Brechungsindexmedium, und mehrere unterschiedliche Brechungsindexbereiche, die ein zweites Brechungsindexmedium, das einen sich von dem ersten Brechungsindexmedium unterscheidenden Brechungsindex aufweist, umfassen und in der Basisschicht angeordnet sind. Die mehreren unterschiedlichen Brechungsindexbereiche sind an einer Gitterpunktposition in einem quadratischen Gitter, das sich auf einer Hauptfläche der photonischen Kristallschicht befindet, angeordnet. Eine Ebenenform jedes der unterschiedlichen Brechungsindexbereiche ist auf ein annähernd gleichseitiges Dreieck festgelegt. Eine Vertikallinie, die sich zu einer Basis von einer der Spitzen des annähernd gleichseitigen Dreiecks erstreckt, erstreckt sich entlang einer Längsgitterlinie, die das quadratische Gitter bildet. Eine Richtung der Basis des annähernd gleichseitigen Dreiecks und eine Polarisationsrichtung in der periodischen Polarisationsumkehrstruktur sind gleich.
Trifft in der zweiten Laservorrichtung ein Laserstrahl, der von dem oberflächenemittierenden Laserelement mit einem photonischen Kristall emittiert wird, auf einen nichtlinearen, optischen Kristall mit einer periodischen Polarisationsumkehrstruktur auf, wird eine Wellenlänge des Laserstrahls durch den nichtlinearen, optischen Kristall konvertiert, und der Laserstrahl wird von dem nichtlinearen, optischen Kristall emittiert. Hierin ist ein Bereich mit unterschiedlichem Brechungsindex in einer photonischen Kristallschicht an einer Gitterpunktposition eines quadratischen Gitters angeordnet. Zudem weist in dem Fall, in dem die obige Bedingung erfüllt ist, ein Wellenlängenumwandlungslicht, das von dem nichtlinearen, optischen Kristall emittiert wird, ein Strahlmuster mit einer Gauß-Punktformverteilung auf, dessen Lichtintensität erheblich verstärkt ist.
Eine dritte Laservorrichtung umfasst einen nichtlinearen, optischen Kristall mit einer periodischen Polarisationsumkehrstruktur, auf den ein Laserstrahl einfällt, der von einem oberflächenemittierenden Laserelement, das einen photonischen Kristall aufweist, emittiert wird. Das oberflächenemittierende Laserelement mit dem photonischen Kristall umfasst eine aktive Schicht, eine obere und untere Mantelschicht, zwischen denen die aktive Schicht sandwichartig angeordnet ist, und eine photonische Kristallschicht, die zwischen der oberen oder der unteren Mantelschicht und der aktiven Schicht vorgesehen ist. Die photonische Kristallschicht umfasst eine Basisschicht mit einem ersten Brechungsindexmedium, und mehrere unterschiedliche Brechungsindexbereiche, die ein zweites Brechungsindexmedium, das einen sich von dem ersten Brechungsindexmedium unterscheidenden Brechungsindex aufweist, umfassen und in der Basisschicht angeordnet sind. Die mehreren unterschiedlichen Brechungsindexbereiche sind an einer Gitterpunktposition in einem quadratischen Gitter, das sich auf einer Hauptfläche der photonischen Kristallschicht befindet, angeordnet. Eine Ebenenform jedes der unterschiedlichen Brechungsindexbereiche ist auf ein annähernd rechteckiges Trapez festgelegt. Zwei Seiten, die einen der rechten Winkel des annähernd rechteckigen Trapezes bilden, erstrecken sich entlang einer Längsgitterlinie und einer Horizontalgitterlinie, die das quadratische Gitter bilden. Eine Richtung eines unteren Bodens des annähernd rechteckigen Trapezes oder eine Richtung, die einen Winkel von 45° zu dem unteren Boden bildet, und eine Polarisationsrichtung in der periodischen Polarisationsumkehrstruktur sind gleich.
Trifft in der dritten Laservorrichtung ein Laserstrahl, der von einem oberflächenemittierenden Laserelement mit einem photonischen Kristall emittiert wird, auf einen nichtlinearen, optischen Kristall mit einer periodischen Polarisationsumkehrstruktur auf, wird eine Wellenlänge des Laserstrahls durch den nichtlinearen, optischen Kristall umgewandelt, und der Laserstrahl wird von dem nichtlinearen, optischen Kristall emittiert. Hierin ist ein Bereich mit unterschiedlichem Brechungsindex in einer photonischen Kristallschicht an einer Gitterpunktposition eines quadratischen Gitters angeordnet. Zudem weist in dem Fall, in dem die obige Bedingung erfüllt ist, ein Wellenlängenumwandlungslicht, das von dem nichtlinearen, optischen Kristall emittiert wird, ein Strahlmuster mit einer Gauß-Punktformverteilung auf, dessen Lichtintensität erheblich verstärkt ist.
Eine vierte Laservorrichtung umfasst einen nichtlinearen, optischen Kristall mit einer periodischen Polarisationsumkehrstruktur, auf den ein Laserstrahl einfällt, der von einem oberflächenemittierenden Laserelement, das einen photonischen Kristall aufweist, emittiert wird. Das oberflächenemittierende Laserelement mit dem photonischen Kristall umfasst eine aktive Schicht, eine obere und untere Mantelschicht, zwischen denen die aktive Schicht sandwichartig angeordnet ist, und eine photonische Kristallschicht, die zwischen der oberen oder der unteren Mantelschicht und der aktiven Schicht vorgesehen ist. Die photonische Kristallschicht umfasst eine Basisschicht mit einem ersten Brechungsindexmedium, und mehrere unterschiedliche Brechungsindexbereiche, die ein zweites Brechungsindexmedium, das einen sich von dem ersten Brechungsindexmedium unterscheidenden Brechungsindex aufweist, umfassen und in der Basisschicht angeordnet sind. Die mehreren unterschiedlichen Brechungsindexbereiche sind an einer Gitterpunktposition in einem Dreiecksgitter, das sich auf einer Hauptfläche der photonischen Kristallschicht befindet, angeordnet. Die Ebenenform jedes der unterschiedlichen Brechungsindexbereiche ist auf ein annähernd gleichschenkliges, rechtwinkliges Dreieck festgelegt. Eine Polarisationsrichtung des Laserelements und eine Polarisationsrichtung in der periodischen Polarisationsumkehrstruktur sind gleich
Trifft in der vierten Laservorrichtung ein Laserstrahl, der von einem oberflächenemittierenden Laserelement mit einem photonischen Kristall emittiert wird, auf einen nichtlinearen, optischen Kristall mit einer periodischen Polarisationsumkehrstruktur auf, wird eine Wellenlänge des Laserstrahls durch den nichtlinearen, optischen Kristall umgewandelt, und der Laserstrahl wird von dem nichtlinearen, optischen Kristall emittiert. Hierin ist ein Bereich mit unterschiedlichem Brechungsindex in einer photonischen Kristallschicht an einer Gitterpunktposition eines Dreiecksgitters angeordnet. Zudem weist in dem Fall, in dem die obige Bedingung erfüllt ist, ein Wellenlängenumwandlungslicht, das von dem nichtlinearen, optischen Kristall emittiert wird, ein Strahlmuster mit einer Gauß-Punktformverteilung auf, dessen Lichtintensität erheblich verstärkt ist.
Eine fünfte Laservorrichtung umfasst einen nichtlinearen, optischen Kristall mit einer periodischen Polarisationsumkehrstruktur, auf den ein Laserstrahl einfällt, der von einem oberflächenemittierenden Laserelement, das einen photonischen Kristall aufweist, emittiert wird. Das oberflächenemittierende Laserelement mit dem photonischen Kristall umfasst eine aktive Schicht, eine obere und untere Mantelschicht, zwischen denen die aktive Schicht sandwichartig angeordnet ist, und eine photonische Kristallschicht, die zwischen der oberen oder der unteren Mantelschicht und der aktiven Schicht vorgesehen ist. Die photonische Kristallschicht umfasst eine Basisschicht mit einem ersten Brechungsindexmedium, und mehrere unterschiedliche Brechungsindexbereiche, die ein zweites Brechungsindexmedium, das einen sich von dem ersten Brechungsindexmedium unterscheidenden Brechungsindex aufweist, umfassen und in der Basisschicht angeordnet sind. Die mehreren unterschiedlichen Brechungsindexbereiche sind an einer Gitterpunktposition in einem Dreiecksgitter, das sich auf einer Hauptfläche der photonischen Kristallschicht befindet, angeordnet. Eine Ebenenform jedes der unterschiedlichen Brechungsindexbereiche ist annähernd auf ein Quadrat festgelegt. Eine Polarisationsrichtung des oberflächenemittierenden Laserelements mit dem photonischen Kristall und eine Polarisationsrichtung in der periodischen Polarisationsumkehrstruktur sind gleich.
Trifft in der fünften Laservorrichtung ein Laserstrahl, der von einem oberflächenemittierenden Laserelement mit einem photonischen Kristall emittiert wird, auf einen nichtlinearen, optischen Kristall mit einer periodischen Polarisationsumkehrstruktur auf, wird eine Wellenlänge des Laserstrahls durch den nichtlinearen, optischen Kristall umgewandelt, und der Laserstrahl wird von dem nichtlinearen, optischen Kristall emittiert. Hierin ist ein Bereich mit unterschiedlichem Brechungsindex in einer photonischen Kristallschicht an einer Gitterpunktposition eines Dreiecksgitters angeordnet. Zudem weist in dem Fall, in dem die obige Bedingung erfüllt ist, ein Wellenlängenumwandlungslicht, das von dem nichtlinearen, optischen Kristall emittiert wird, ein Strahlmuster mit einer Gauß-Punktformverteilung auf, dessen Lichtintensität erheblich verstärkt ist.
Eine sechste Laservorrichtung umfasst einen nichtlinearen, optischen Kristall mit einer periodischen Polarisationsumkehrstruktur, auf den ein Laserstrahl einfällt, der von einem oberflächenemittierenden Laserelement, das einen photonischen Kristall aufweist, emittiert wird. Das oberflächenemittierende Laserelement mit dem photonischen Kristall umfasst eine aktive Schicht, eine obere und untere Mantelschicht, zwischen denen die aktive Schicht sandwichartig angeordnet ist, und eine photonische Kristallschicht, die zwischen der oberen oder der unteren Mantelschicht und der aktiven Schicht vorgesehen ist. Die photonische Kristallschicht umfasst eine Basisschicht mit einem ersten Brechungsindexmedium, und mehrere unterschiedliche Brechungsindexbereiche, die ein zweites Brechungsindexmedium, das einen sich von dem ersten Brechungsindexmedium unterscheidenden Brechungsindex aufweist, umfassen und in der Basisschicht angeordnet sind. Die mehreren unterschiedlichen Brechungsindexbereiche sind an einer Gitterpunktposition in einem Dreiecksgitter, das sich auf einer Hauptfläche der photonischen Kristallschicht befindet, angeordnet. Die Ebenenform jedes der unterschiedlichen Brechungsindexbereiche ist annähernd auf ein Oval, dessen Abflachung größer als 0 ist, festgelegt. Eine Polarisationsrichtung des Laserelements und eine Polarisationsrichtung in der periodischen Polarisationsumkehrstruktur sind gleich.
Trifft in der sechsten Laservorrichtung ein Laserstrahl, der von einem oberflächenemittierenden Laserelement mit einem photonischen Kristall emittiert wird, auf einen nichtlinearen, optischen Kristall mit einer periodischen Polarisationsumkehrstruktur auf, wird eine Wellenlänge des Laserstrahls durch den nichtlinearen, optischen Kristall umgewandelt, und der Laserstrahl wird von dem nichtlinearen, optischen Kristall emittiert. Hierin ist ein Bereich mit unterschiedlichem Brechungsindex in einer photonischen Kristallschicht an einer Gitterpunktposition eines Dreiecksgitters angeordnet. Zudem weist in dem Fall, in dem die obige Bedingung erfüllt ist, ein Wellenlängenumwandlungslicht, das von dem nichtlinearen, optischen Kristall emittiert wird, ein Strahlmuster mit einer Gauß-Punktformverteilung auf, dessen Lichtintensität erheblich verstärkt ist.
Eine siebte Laservorrichtung umfasst einen nichtlinearen, optischen Kristall mit einer periodischen Polarisationsumkehrstruktur, auf den ein Laserstrahl einfällt, der von einem oberflächenemittierenden Laserelement, das einen photonischen Kristall aufweist, emittiert wird. Das oberflächenemittierende Laserelement mit dem photonischen Kristall umfasst eine aktive Schicht, eine obere und untere Mantelschicht, zwischen denen die aktive Schicht sandwichartig angeordnet ist, und eine photonische Kristallschicht, die zwischen der oberen oder der unteren Mantelschicht und der aktiven Schicht vorgesehen ist. Die photonische Kristallschicht umfasst eine Basisschicht mit einem ersten Brechungsindexmedium, und mehrere unterschiedliche Brechungsindexbereiche, die ein zweites Brechungsindexmedium, das einen sich von dem ersten Brechungsindexmedium unterscheidenden Brechungsindex aufweist, umfassen und in der Basisschicht angeordnet sind. Die mehreren unterschiedlichen Brechungsindexbereiche sind an einer Gitterpunktposition in einem Dreiecksgitter, das sich auf einer Hauptfläche der photonischen Kristallschicht befindet, angeordnet. Die Ebenenform jedes der unterschiedlichen Brechungsindexbereiche ist annähernd auf ein rechteckiges Trapez festgelegt. Eine Polarisationsrichtung des oberflächenemittierenden Laserelements mit dem photonischen Kristall und eine Polarisationsrichtung in der periodischen Polarisationsumkehrstruktur gleich sind.
Trifft in der siebten Laservorrichtung ein Laserstrahl, der von einem oberflächenemittierenden Laserelement mit einem photonischen Kristall emittiert wird, auf einen nichtlinearen, optischen Kristall mit einer periodischen Polarisationsumkehrstruktur auf, wird eine Wellenlänge des Laserstrahls durch den nichtlinearen, optischen Kristall umgewandelt, und der Laserstrahl wird von dem nichtlinearen, optischen Kristall emittiert. Hierin ist ein Bereich mit unterschiedlichem Brechungsindex in einer photonischen Kristallschicht an einer Gitterpunktposition eines Dreiecksgitters angeordnet. Zudem weist in dem Fall, in dem die obige Bedingung erfüllt ist, ein Wellenlängenumwandlungslicht, das von dem nichtlinearen, optischen Kristall emittiert wird, ein Strahlmuster mit einer Gauß-Punktformverteilung auf, dessen Lichtintensität erheblich verstärkt ist.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Gemäß der Laservorrichtung weist ein Laserstrahl mit einer umgewandelten Wellenlänge ein Strahlmuster mit einer Gauß-Punktformverteilung auf, dessen Lichtintensität erheblich verbessert werden kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Ansicht, die eine Längsquerschnittsstruktur der Laservorrichtung darstellt.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht, die eine innere Struktur der Laservorrichtung darstellt.
3 zeigt eine Ansicht, die einen nichtlinearen, optischen Kristall in der Laservorrichtung darstellt.
4 zeigt eine Ansicht, die eine Längsquerschnittsstruktur eines Laserelements in der Laservorrichtung darstellt.
5 zeigt ein Diagramm, das Komponentenmaterialien, Leitfähigkeitstypen und Dicken von Laserelementen darstellt.
6 zeigt eine Draufsicht (A) einer photonischen Kristallschicht (ein erstes Beispiel) in einem Laserelement und eine Ansicht (B), die eine Polarisationsrichtung in einem nichtlinearen, optischen Kristall darstellt.
7 zeigt eine Draufsicht (A) der photonischen Kristallschicht (das erste Beispiel) in dem Laserelement und eine Ansicht (B), die eine Polarisationsrichtung eines weiteren Zustands in dem nichtlinearen, optischen Kristall darstellt.
8 zeigt eine Ansicht (A), die ein elektromagnetisches Feld auf einer zweidimensionalen Ebene der photonischen Kristallschicht in dem Laserelement darstellt, und ein Diagramm (B), das eine Polarisationsrichtung in der zweidimensionalen Ebene der photonischen Kristallschicht darstellt.
9 zeigt eine Ansicht (A), die ein elektromagnetisches Feld auf einer zweidimensionalen Ebene der photonischen Kristallschicht in dem Laserelement darstellt, und ein Diagramm (B), das eine Polarisationsrichtung in der zweidimensionalen Ebene der photonischen Kristallschicht darstellt.
10 zeigt eine Draufsicht (A) einer photonischen Kristallschicht (ein zweites Beispiel) in einem Laserelement und eine Ansicht (B), die eine Polarisationsrichtung in einem nichtlinearen, optischen Kristall darstellt.
11 zeigt eine Draufsicht (A) der photonischen Kristallschicht (ein drittes Beispiel) in einem Laserelement und eine Ansicht (B), die eine Polarisationsrichtung in einem nichtlinearen, optischen Kristall darstellt.
12 zeigt eine Draufsicht (A) der photonischen Kristallschicht (das dritte Beispiel) in einem Laserelement und eine Ansicht (B), die eine Polarisationsrichtung in einem weiteren Zustand in dem nichtlinearen, optischen Kristall darstellt.
13 zeigt eine Draufsicht der photonischen Kristallschicht (ein viertes Beispiel) in dem Laserelement.
14 zeigt eine Draufsicht einer photonischen Kristallschicht (ein fünftes Beispiel) in einem Laserelement.
15 zeigt eine Draufsicht einer photonischen Kristallschicht (ein sechstes Beispiel) in einem Laserelement.
16 zeigt eine Draufsicht einer photonischen Kristallschicht (ein siebtes Beispiel) in einem Laserelement.
17 zeigt eine Ansicht, die eine Längsquerschnittsstruktur eines Laserelements in einer Laservorrichtung darstellt.
18 zeigt eine Ansicht, die eine Längsquerschnittsstruktur einer Laservorrichtung darstellt.
19 zeigt Diagramme, die die Beziehung zwischen der Wellenlänge und der Intensität darstellen.
20 zeigt ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Injektionsstrom J (mA), einer Gesamtlichtausgabe It (mW) und einer Wellenlängenumwandlungslichtausgabe Ic (a. u.) darstellt.
21 zeigte Abbildungen, die einen Polarisationszustand eines Laserstrahls darstellen.
Beschreibung der Ausführungsformen
Im Nachfolgenden wird eine Laservorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es werden gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen und deren Beschreibung nicht wiederholend beschrieben.
1 zeigt eine Ansicht, die eine Längsquerschnittsstruktur einer Laservorrichtung darstellt.
Ein Befestigungssubstrat 102 ist auf einem ersten Bereich eines Trägersubstrats 101 befestigt, und ein Halteelement 103 eines Laserelements LD ist auf dem Befestigungssubstrat 102 befestigt. Das Laserelement LD ist ein oberflächenemittierendes Laserelement mit einem photonischen Kristall und emittiert einen Laserstrahl LB in einer Z-Achsenrichtung. Das Laserelement LD ist mit Hilfe eines leitfähigen Klebers 104 an einer Seitenfläche des Halteelements 103 befestigt. Der Kleber 104 umfasst ein Lot oder Gold, und eine untere Fläche des Laserelements LD ist mit einem festen Potential verbunden. Positive/negative Elektroden (nicht dargestellt) zum Anlegen einer Vorspannung an das Laserelement sind auf einer Oberfläche des Halteelements 103 nachgebildet, wobei eine Elektrode durch den Kleber 104 mit einer unteren Fläche des Laserelements LD elektrisch verbunden ist, und eine andere Elektrode mittels Drahtbonden (nicht dargestellt) mit einer oberen Fläche des Laserelements LD elektrisch verbunden ist.
Eine Temperatursteuervorrichtung CL ist auf einem zweiten Bereich des Trägersubstrats 101 befestigt. Eine Wärmesenke 105, die Kupfer enthält, ist an der Temperatursteuervorrichtung CL befestigt. Die Temperatursteuervorrichtung CL umfasst ein Peltier-Element. Ein nichtlinearer, optischer Kristall NL ist über einen Kleber 106 an der Wärmesenke 105 angebracht. Obwohl der Kleber 106 einen leitfähiger Kleber, wie beispielsweise ein stark wärmeleitendes Lot und Gold, umfassen kann, kann auch ein isolierender Kleber, wie beispielsweise Harz, verwendet werden. Eine V-Nut GR ist auf einer Fläche der Wärmesenke 105 ausgebildet, und zwei Seitenflächen benachbart zu dem nichtlinearen, optischen Kristall NL mit einer viereckigen zylindrischen Form sind mit Hilfe des Klebers 106 an einer Innenfläche der V-Nut GR befestigt. Der nichtlineare optische Kristall NL umfasst eine periodische Polarisationsumkehrstruktur mit einer Quasi-Phasenanpassungsstruktur (QPM).
Eine Treiberschaltung 107 zum Zuführen von Strom in die Temperatursteuervorrichtung CL ist an dem Trägersubstrat 101 vorgesehen. Die Treiberschaltung 107 kann in das Trägersubstrat 101 eingebaut, auf einer Oberfläche des Trägersubstrats 101 befestigt oder an einer Position, die von dem Trägersubstrat 101 getrennt ist, angeordnet sein. In dem Fall, in dem die Treiberschaltung 107 in dem Trägersubstrat 101 eingebaut ist, kann die Treiberschaltung 107 beispielsweise in einem vertieften Abschnitt angeordnet sein, indem der vertiefte Abschnitt auf einer unteren Fläche des Trägersubstrats 101 ausgebildet wird. Ein Sensor S für die direkte oder indirekte Messung einer Temperatur des nichtlinearen, optischen Kristalls NL ist an der Wärmesenke 105 vorgesehen. Dieser Sensor S umfasst vorzugsweise einen Temperatursensor zum Messen einer Temperatur der Wärmesenke 105. Eine Ausgabe von dem Sensor S wird in die Treiberschaltung 107 eingegeben. Die Treiberschaltung 107 regelt die Antriebsleistung, die der Temperatursteuervorrichtung CL zugeführt werden soll, auf der Grundlage der Daten, die von den Sensor S eingegeben werden. Insbesondere in dem Fall, in dem die Ausgabe von dem Sensor S größer als ein Einstellwert ist, verringert sich die Antriebsleistung, und in dem Fall, in dem die Ausgabe von dem Sensor S kleiner als der Einstellwert ist, erhöht sich die Antriebsleistung.
Der Sensor S misst direkt oder indirekt eine Temperatur des nichtlinearen, optischen Kristalls NL. Somit kann der Sensor S direkt an dem nichtlinearen, optischen Kristall NL befestigt sein. Obwohl der Sensor S ein Thermoelement umfassen kann, kann dieser auch ein Strahlungsthermometer umfassen. Wird ein Strahlungsthermometer verwendet, wird beispielsweise von dem nichtlinearen, optischen Kristall NL emittiertes Infrarotlicht oder sichtbares Licht gemessen. Photodioden mit einem Filter zum Blockieren einer Laserstrahlwellenlänge können in dem Strahlungsthermometer vorgesehen sein.
Als Intensitätsüberwachungseinrichtung des Laserstrahls LB kann der Sensor S mit einem Nachschlagetabellen-Verfahren ausgebildet sein, das eine Temperatur des nichtlinearen, optischen Kristalls NL, die der gemessenen Intensität entspricht, von der Tabelle ausliest. Insbesondere kann eine Temperatur anhand des Nachschlagetabellen-Verfahrens gemessen werden, wenn Korrelationsdaten der Intensität und/oder der Wellenlänge des Laserstrahls LB, der aus der Laservorrichtung ausgegeben wird, und eine Temperatur des nichtlinearen, optischen Kristalls NL vorläufig erfasst und in einer Speichervorrichtung gespeichert werden.
Eine Abdeckung 108 für die Unterbringung der obigen Elemente ist an dem Trägersubstrat 101 befestigt. Ein Lichtemissionsfenster 109 zum Emittieren des Lichtstrahls LB ist an einer Seitenfläche der Abdeckung 108 vorgesehen. Die Abdeckung 108 dichtet zusammen mit dem Trägersubstrat 101 einen Innenraum ab und unterdrückt Einflüsse von außen, wie beispielsweise eine Außentemperatur, Feuchtigkeit und Staub. Ein aus dem Laserelement LD emittierter Laserstrahl bewegt sich entlang einer positiven Z-Achsenrichtung und wird durch den nichtlinearen, optischen Kristall NL wellenlängenumgewandelt. Der wellenlängenumgewandelte Laserstrahl LB wird durch das Lichtemissionsfenster 109 zur Außenseite abgegeben. Die Treiberschaltung 107 der Temperatursteuervorrichtung CL, die eine Kühlvorrichtung bildet, kann eine Treiberschaltung des Laserelements LD umfassen.
Eine Wärmesenke, die Kupfer enthält, kann in dem Trägersubstrat 101 verwendet werden. In diesem Fall werden das Befestigungssubstrat 102, das Halteelement 103 und das Laserelement LD ebenfalls gekühlt. In dem Fall, in dem eine untere Fläche des Laserelements LD über einen Leiter, wie beispielsweise eine Verdrahtung, elektrisch mit dem Trägersubstrat 101 verbunden ist, kann das Trägersubstrat 101 das Laserelement LD über die Verdrahtung kühlen.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht, die eine innere Struktur der Laservorrichtung darstellt.
Der Laserstrahl, der von einer Lichtemissionsfläche S_LD des Laserelements LD emittiert wird, bewegt sich in einer Z-Achsenrichtung und fällt auf den nichtlinearen, optischen Kristall NL ein, wobei eine Lichteintrittsfläche senkrecht zur Z-Achse verläuft. Der nichtlineare, optische Kristall NL weist eine periodische Polarisationsumkehrstruktur einer Quasi-Phasenanpassungsstruktur (QPM) auf, wobei ein positives Polarisationsgebiet NLP und ein negatives Polarisationsgebiet NLN abwechselnd entlang der Z-Achsenrichtung in dem nichtlinearen, optischen Kristall NL schichtweise angeordnet sind. Eine Polarisationsumkehrperiode ist so eingestellt, dass die Länge einer Lichtausbreitungsrichtung (Z-Achsenrichtung) jedes Polarisationsgebiets zu einer kohärenten Länge wird (eine Länge, in der die Phase des sich ausbreitenden Laserstrahls LB um π abweicht). Eine Polarisationsrichtung D_p in jedem Polarisationsgebiet wird durch abwechselndes Umkehren entlang einer Bewegungsrichtung des Laserstrahls LB, wie in den Figuren gezeigt, gewechselt.
Zur Klarstellung der Beschreibung wird angenommen, dass eine Hauptfläche des Trägersubstrats 101 (ein Oberflächenbestückungselement) eine ac-Fläche ist, und dass eine Achse senkrecht zu sowohl einer a-Achse als auch einer c-Achse eine b-Achse ist. Dann wird ein orthogonales abc-Koordinatensystem eingestellt. Die Z-Achse und die c-Achse decken sich, und ein Koordinatensystem, das durch Drehen des orthogonalen abc-Koordinatensystems um die c-Achse erhalten wird, ist ein orthogonales XYZ-Koordinatensystem. Ein Drehwinkel um die c-Achse von der b-Achse zur Y-Achse wird als θ bezeichnet.
Der nichtlineare, optische Kristall NL ist ein rechteckiges Parallelepiped, bei dem die Z-Achsenrichtung eine Längsrichtung darstellt. Eine Lichteintrittsfläche des Laserstrahls LB bildet eine XY-Ebene. Vier Flächen, die die Lichteintrittsfläche umgeben, weisen eine Form auf, die entweder aus einer XZ-Fläche oder einer YZ-Fläche gebildet ist. Die Lichteintrittsfläche S_LD des Laserelements LD mit einer rechteckigen Parallelepipedform ist eine ab-Fläche (XY-Fläche). Eine Seitenfläche senkrecht zur Lichteintrittsfläche ist eine ac-Fläche. Insbesondere bildet ein orthogonales XYZ-Koordinatensystem ein Koordinatensystem, das in Übereinstimmung mit einer Richtung des nichtlinearen, optischen Kristalls NL festgelegt wird, und das orthogonale abc-Koordinatensystem bildet ein Koordinatensystem, das in Übereinstimmung mit dem Laserelement LD festgelegt wird.
3 zeigt eine Ansicht, die einen nichtlinearen, optischen Kristall in der Laservorrichtung darstellt.
Es wird angenommen, dass ein Abstand von der Lichteintrittsfläche S_LD des Laserstrahls LB zu der Lichteintrittsfläche des nichtlinearen, optischen Kristalls NL als L1, ein Abstand von der Lichteintrittsfläche zu der Lichtaustrittsfläche des nichtlinearen, optischen Kristalls NL als L2 und der Gesamtabstand als LR bezeichnet werden. Zudem wird angenommen, dass eine Länge entlang der Z-Achse eines Paars, umfassend das positive Polarisationsgebiet NLP und das negative Polarisationsgebiet NLN, als L3 bezeichnet wird. In der QPM-Struktur sind in Hinblick auf eine Wellenlänge λ einer Grundwelle des Laserstrahls LB, der von dem Laserelement LD emittiert wird, ein Brechungsindex n_ω bezogen auf die Grundwelle, ein Brechungsindex n_2ω bezogen auf eine zweite Harmonische hoher Ordnung, die von dem nichtlinearen, optischen Kristall NL emittiert wird, und einen Grad m (im Allgemeinen 1) auf eine Polarisationsumkehrperiode L3 = mλ/(2(n_2ω – n_ω) festgelegt.
Als ferroelektrischer Kristall, der jedes der Polarisationsgebiete bildet, kann unter Verwendung von LiNbO₃, das einen geeigneten Zusatzstoff wie Mg enthält, und LiTaO₃, das einen geeigneten Zusatzstoff wie Mg enthält, eine periodisch Polarisationsumkehrstruktur gebildet werden.
Ein Durchmesser des Laserstrahls LB auf der Lichteintrittsfläche des Laserelements LD (X-Achsenrichtungslänge) wird als W1, eine Y-Achsenrichtungslänge des nichtlinearen, optischen Kristalls NL als W2, und ein Durchmesser (Y-Achsenrichtungslänge) des Laserstrahls LB auf die Lichteintrittsfläche des nichtlinearen, optischen Kristalls NL als W3 bezeichnet. Ein Streuwinkel des Laserstrahls LB, der von der Lichteintrittsfläche S_LD emittiert wird, wird als 2 × β festgelegt. β ist ein Winkel, der durch eine Normale, bezogen auf eine Lichteintrittsfläche des nichtlinearen, optischen Kristalls NL, und einen Strahl auf der äußersten Seite des Laserstrahls LB, gebildet wird. β weist die folgende Beziehung auf: (2β = 2arctan{(W3 – W1)/2LR}).
Darüberhinaus erfüllt ein Laserelement die Formel 2β = 1,22 × λ/W1 (rad), während es beugungsbegrenztes Licht emittiert, und in dem Fall, in dem β klein ist, ändert sich durch eine paraxiale Näherungsberechnung die Formel zu W3 = W1 + (2 × β × (LR + L1)). Um einen Laserstrahl derart auszubilden, dass er sich innerhalb des nichtlinearen, optischen Kristalls NL befindet, muss W3 kleiner als W2 sein. Beispielsweise sind die Formeln β = 3,05 × 10^–3 rad, W3 = 0,2 + 6,1 × 10^–3 × (LR + L1) (mm) in dem Fall erfüllt, in dem W3 = 200 μm und λ = 1 μm. Bei der Versuchsherstellung ist (LR + L1) gleich 40 mm, und somit ist W3 gleich 0,0,444 mm. Eine Größe W2 des nichtlinearen, optischen Kristalls NL ist gleich 0,5 mm, so dass die Formel W3 < W2 in diesem optischen System erfüllt ist.
Wie zuvor beschrieben, umfasst die obige Laservorrichtung den nichtlinearen, optischen Kristall NL mit einer periodischen Polarisationsumkehrstruktur, auf den ein Laserstrahl LB einfällt, der von einem oberflächenemittierenden Laserelement, das einen photonischen Kristall aufweist, emittiert wird. Im Nachfolgenden wird eine detaillierte Struktur des oberflächenemittierenden Laserelements mit dem photonischen Kristall beschrieben.
4 zeigt eine Ansicht, die eine Längsquerschnittsstruktur eines Laserelements in einer Laservorrichtung darstellt. 5 zeigt ein Diagramm, das Komponentenmaterialien, Leitfähigkeitstypen und Dicken des Laserelements darstellt.
Das Laserelement LD umfasst eine aktive Schicht 4, eine obere Mantelschicht 7 und eine untere Mantelschicht 2, zwischen denen die aktive Schicht 4 sandwichartig angeordnet ist, eine photonische Kristallschicht 6 (Brechungsindex-Modulationsschicht), die zwischen der oberen Mantelschicht 7 (oder der Mantelschicht 2, wie in 17 gezeigt) und der aktiven Schicht 4 angeordnet ist. Eine Lichtleiterschicht ist zwischen der Mantelschicht und der aktiven Schicht 4 angeordnet, und eine Kontaktschicht 8 ist auf der oberen Mantelschicht 7 ausgebildet.
Insbesondere sind ein Halbleitersubstrat 1, die untere Mantelschicht 2, eine untere Lichtleiterschicht 3, die aktive Schicht 4, eine obere Lichtleiterschicht 5, die photonische Kristallschicht 6, die obere Mantelschicht 7 und die Kontaktschicht 8 der Reihe nach in dem Laserelement LD laminiert angeordnet. Eine erste Elektrode ist auf einer Rückfläche des Halbleitersubstrats 1 vorgesehen, und eine zweite Elektrode E2 ist derart ausgebildet, dass sie in Kontakt mit der oberen Fläche der Kontaktschicht 8 tritt. Wird eine Vorwärtsvorspannung zwischen der ersten Elektrode E1 und der zweiten Elektrode E2 angelegt, wird Licht in der aktiven Schicht 4, die zwischen den Mantelschichten angeordnet ist, emittiert. Das Licht wird durch die photonische Kristallschicht 6 moduliert, und der Laserstrahl LB wird in eine Richtung (X-Achse und Z-Achse) senkrecht zur Substratfläche emittiert.
Jedes der Elementmaterialien ist in 5 dargestellt. Das Halbleitersubstrat umfasst GaAs. Die untere Mantelschicht 2 umfasst AlGaAs. Die untere Lichtleiterschicht 3 umfasst AlGaAs. Die aktive Schicht 4 umfasst eine Mehrquantentopfstruktur MQW (eine Barriereschicht: AlGaAs, eine Topfschicht: InGaAs). Die obere Lichtleiterschicht 5 umfasst AlGaAs auf einer unteren Schicht und GaAs auf einer oberen Schicht. In der photonischen Kristallschicht 6 umfasst eine Basisschicht 6A GaAs, und ein Gebiet mit unterschiedlichem Brechungsindex 6B, das in der Basisschicht 6A vergraben ist (vergrabene Schicht) umfasst AlGaAs. Die obere Mantelschicht 7 umfasst AlGaAs. Die Kontaktschicht 8 umfasst GaAs. Wie in 5 gezeigt, werden jeder Schicht Verunreinigungen eines ersten Leitfähigkeitstyps (n-Typ) und Verunreinigungen eines zweiten Leitfähigkeitstyps (p-Typ) hinzugefügt (Verunreinigungskonzentration beträgt 1 × 10¹⁷ bis 1 × 10²¹/cm³), und ein Gebiet, dem absichtlich keine Verunreinigungen hinzugefügt werden, wird intrinsisch (I-Typ). Die Verunreinigungskonzentration des I-Typs beträgt weniger als 1 × 10¹⁵/cm³.
Ferner ist eine Energiebandlücke der Mantelschicht größer als die Energiebandlücke der Lichtleiterschicht eingestellt. Die Energiebandlücke der Lichtleiterschicht ist größer als die Energiebandlücke einer Topfschicht der aktiven Schicht 4 eingestellt. In AlGaAs können die Energiebandlücke und ein Brechungsindex auf einfache Weise durch Ändern eines Al-Zusammensetzungsverhältnisses geändert werden. In Al_xGa_1-xAs wird eine Energiebandlücke, die eindeutig dem Zusammensetzungsverhältnis zugerechnet wird, klein (groß), wenn ein Zusammensetzungsverhältnis von Al mit einem relativ kleinen Atomradius verringert (erhöht) wird, und die Energiebandlücke wird klein, wenn zur Bildung von InGaAs In mit einem großen Atomradius in GaAs gemischt wird. Insbesondere ist ein Al-Zusammensetzungsverhältnis einer Mantelschicht größer als ein Al-Zusammensetzungsverhältnis einer Lichtleiterschicht, und das Al-Zusammensetzungsverhältnis der Lichtleiterschicht ist größer als ein Al-Zusammensetzungsverhältnis einer Barriereschicht (AlGaAs) einer aktiven Schicht. Das Al-Zusammensetzungsverhältnis der Mantelschicht ist auf 0,2 bis 0,5 eingestellt und beträgt in dem vorliegenden Beispiel 0,4. Das Al-Zusammensetzungsverhältnis der Barriereschicht in der Lichtleiterschicht und der aktiven Schicht ist auf 0,1 bis 0,15 eingestellt und beträgt in dem vorliegenden Beispiel 0,1.
Zudem ist in der 5 die Dicke einer jeden Schicht dargestellt. Die Zahlenbereiche in der Figur geben die bevorzugten Werte an. Die Werte in Klammern geben die optimalen Werte in der Versuchsherstellung an.
21 zeigt eine Fernfeldaufnahme, die einen Polarisationszustand eines typischen Strahlmusters, das von dem Laserelement erhalten wurde, darstellt.
21(A) zeigt eine Fernfeldaufnahme, die direkt von einem Laserelement erhalten wurde, und gibt an, dass eine Fernfeldaufnahme mit einer Gauß-Punktformverteilung erhalten wurde. 21(B) und (C) zeigen Fernfeldaufnahmen, die durch einen polarisierten Filter aufgenommen wurden. In dem Fall, in dem ein relativer Winkel zwischen einem Polarisationswinkel des Laserelements und einem Polarisationswinkel des Polarisationsfilters 0° beträgt (B), sowie in dem Fall, in dem der polarisierte Filter nicht verwendet wurde (A), wird ein Strahlmuster mit einer Gauß-Punktformverteilung beobachtet. Andererseits bildet in dem Fall, in dem der relative Winkel mit dem Polarisationswinkel 90° beträgt (C), das Strahlmuster Streifen und die übertragene Lichtintensität wird im Vergleich zu dem Fall, bei dem der relative Winkel 0° beträgt (B), auf einen Bruchteil verringert. Ein nichtlinearer, optischer Kristall wandelt eine Wellenlänge der Grundwelle, die in eine periodische Polarisationsumkehrrichtung polarisiert ist, um und arbeitet ähnlich wie der polarisierte Filter. Wird somit eine Polarisationsrichtung eines Laserstrahls des nichtlinearen, optischen Kristalls entsprechend der periodischen Polarisationsumkehrrichtung angeordnet, weist ein Wellenlängenumwandlungslicht, das von dem nichtlinearen, optischen Kristall erhalten wird, ein Strahlmuster mit einer Gauß-Punktformverteilung entsprechend dem Fall, bei dem eine Polarisationsrichtung des Laserelements und ein Phasenwinkel des polarisierten Filters 0° betragen, auf.
Hier umfasst die photonische Kristallschicht 6 die Basisschicht 6A mit einem ersten Brechungsindexmedium, und mehrere unterschiedliche Brechungsindexbereiche, die ein zweites Brechungsindexmedium, das eine sich von dem ersten Brechungsindexmedium unterscheidenden Brechungsindex aufweist, umfassen und in der Basisschicht 6A angeordnet sind. Darüberhinaus ist ein Gitterabstand eines photonischen Kristalls in dem Laserelement derart angeordnet, dass ein Gitterabstand eines quadratischen Gitters mit einer effektiven Laserwellenlänge einer Laseremissionswellenlänge, dividiert durch einen effektiven Brechungsindex des innenliegenden Elements, übereinstimmt. Ein Gitterabstand eines Dreiecksgitters ist derart angeordnet, dass eine Laseremissionswellenlänge einen Wert annimmt, der durch einen effektiven Brechungsindex des innenliegenden Elements dividiert und mit (2/√3) multipliziert wird. Im Nachfolgenden werden die Einzelheiten beschrieben.
6 zeigt eine Draufsicht (A) der photonischen Kristallschicht (ein erstes Beispiel) in dem Laserelement und eine Ansicht (B), die eine Polarisationsrichtung des nichtlinearen, optischen Kristalls darstellt.
In den 6 wird der Fall beschrieben, bei dem ein elektromagnetisches Feld in einem photonischen Kristall den Modus A (8) aufweist. Die mehreren unterschiedlichen Brechungsindexgebiete 6B sind an einer Gitterpunktposition in einem quadratischen Gitter angeordnet (durch Punktlinien dargestellt), das auf einer Hauptfläche der photonischen Kristallschicht 6 angeordnet ist. Eine Ebenenform eines jeden der unterschiedlichen Brechungsindexgebiete 6B ist auf ein annähernd gleichschenkliges, rechtwinkliges Dreieck eingestellt. Zwei Seiten, die einen rechten Winkel des annähernd gleichschenkligen, rechtwinkligen Dreiecks bilden, erstrecken sich entlang einer Längsgitterlinie LV und einer Horizontalgitterlinie LH, die das quadratische Gitter bilden.
Hierin sind eine Richtung parallel zu einer schrägen Seite des annähernd gleichschenkligen, rechtwinkligen Dreiecks (Y-Achse: eine Achse, in der die b-Achse um θ gedreht ist: = 45°) und eine Polarisationsrichtung D_P (Y-Achse) in einer periodischen Polarisationsumkehrstruktur des nichtlinearen, optischen Kristalls NL gleich.
Eine Ebenenform des festgelegten Gebiets mit unterschiedlichem Brechungsindex 6B weist rein mathematisch nicht die im eigentlichen Herstellungsprozess festgelegte Form auf. Die Winkel der Form sind abgerundet und jede Seite kann leicht verzerrt sein. Der Begriff ”annähernd” bedeutet, dass die festgelegte Form, wie zuvor beschrieben, während der Herstellung leicht verformt werden kann.
Trifft in der Laservorrichtung gemäß dem ersten Beispiel ein Laserstrahl, der von einem oberflächenemittierenden Laserelement, das einen photonischen Kristall aufweist, emittiert wird, auf einen nichtlinearen, optischen Kristall NL mit einer periodischen Polarisationsumkehrstruktur auf, wird eine Wellenlänge des Laserstrahls durch den nichtlinearen, optischen Kristall NL umgewandelt und der Laserstrahl von dem nichtlinearen, optischen Kristall NL emittiert. Das Gebiet mit unterschiedlichem Brechungsindex 6B in der photonischen Kristallschicht 6 ist an einer Gitterpunktposition des quadratischen Gitters angeordnet. Zudem weist in dem Fall, in dem eine Form und eine Richtung die obige Bedingung erfüllen, ein Wellenlängenumwandlungslicht, das von einem nichtlinearen, optischen Kristall erhalten wird, ein Strahlenmuster mit einer Gauß-Punktformverteilung auf, dessen Lichtintensität erheblich verbessert ist. Dies liegt daran, dass eine in dem unterschiedlichen Brechungsindexgebiet 6B erzeugte Polarisationsrichtung mit der Polarisationsrichtung D_P in dem Modus A zusammenfällt.
7 zeigen eine Draufsicht (A) der photonischen Kristallschicht (das erste Beispiel) in dem Laserelement und eine Ansicht (B), die eine Polarisationsrichtung eines anderen Zustands in dem nichtlinearen, optischen Kristall darstellt.
In den 6 ist der Fall, bei dem ein elektromagnetisches Feld in einem photonischen Kristall den Modus A umfasst (8), beschrieben. Der Fall, der den Modus B (9) umfasst, ist in den 7 beschrieben.
Wie im Falle der 6, sind die mehreren unterschiedlichen Brechungsindexgebiete 6B an einer Gitterpunktposition in einem quadratischen Gitter angeordnet (durch Punktlinien dargestellt), das auf einer Hauptfläche der photonischen Kristallschicht 6 angeordnet ist. Eine Ebenenform eines jeden der unterschiedlichen Brechungsindexgebiete 6B ist auf ein annähernd gleichschenkliges, rechtwinkliges Dreieck festgelegt. Eine Polarisationsrichtung des Laserelements und eine Polarisationsrichtung der periodischen Polarisationsumkehrstruktur sind gleich. Zwei Seiten, die einen rechten Winkel des annähernd gleichschenkligen, rechtwinkligen Dreiecks bilden, erstrecken sich entlang einer Längsgitterlinie LV und einer Horizontalgitterlinie LH, die das quadratische Gitter bilden.
Hierin sind eine Richtung senkrecht zu einer schrägen Seite des annähernd gleichschenkligen, rechtwinkligen Dreiecks (Y-Achse: eine Achse, in der die b-Achse um θ gedreht ist: θ = 45°) und eine Polarisationsrichtung D_P (Y-Achse) in einer periodischen Polarisationsumkehrstruktur des nichtlinearen, optischen Kristalls NL gleich.
Trifft in der Laservorrichtung gemäß dem ersten Beispiel ein Laserstrahl, der von einem oberflächenemittierenden Laserelement, das einen photonischen Kristall aufweist, emittiert wird, auf einen nichtlinearen, optischen Kristall NL mit einer periodischen Polarisationsumkehrstruktur auf, wird auch in diesem Fall eine Wellenlänge des Laserstrahls durch den nichtlinearen, optischen Kristall NL umgewandelt, und der Laserstrahl von dem nichtlinearen, optischen Kristall NL emittiert. Das Gebiet mit unterschiedlichem Brechungsindex 6B in der photonischen Kristallschicht 6 ist an einer Gitterpunktposition eines quadratischen Gitters angeordnet. In dem Fall, in dem eine Form und eine Richtung die obige Bedingung erfüllen, weist auch hier ein Wellenlängenumwandlungslicht, das von einem nichtlinearen, optischen Kristall erhalten wird, ein Strahlenmuster mit einer Gauß-Punktformverteilung auf, dessen Lichtintensität erheblich verbessert ist. Dies liegt daran, dass eine durch das unterschiedliche Brechungsindexgebiet 6B erzeugte Polarisationsrichtung mit der Polarisationsrichtung D_P des Modus B übereinstimmt.
Der Modus A und der Modus B können durch Ändern einer photonischen Kristallform eines Laserelements und einer Verstärkungswellenlänge einer Halbleiterquantentopfschicht gewechselt werden.
8 zeigen eine Ansicht (A), die ein elektromagnetisches Feld auf einer zweidimensionalen Ebene der photonischen Kristallschicht in dem Laserelement darstellt, und ein Diagram (B), das eine Polarisationsrichtung in einer zweidimensionalen Ebene der photonischen Kristallschicht darstellt, in dem Modus A, der in der Nicht-Patentliteratur Opt. Exp. Bd. 19 (24), S. 24672 beschrieben ist.
Die Pfeile entlang einer Umfangsrichtung in 8(A) geben eine Richtung und Intensität eines elektrischen Feldes an. Ein in dem unterschiedlichen Brechungsindexgebiet 6B erzeugtes elektrisches Feld mit einem kleinen Brechungsindex in einer photonischen Kristallschicht trägt zu einer Polarisationsrichtung eines Elements bei, und somit erhöht sich die Polarisation in der Richtung parallel zu einer schrägen Seite eines Dreiecks.
8(B) zeigt die obige Polarisationsrichtung (mit einem großen Pfeil dargestellt). Rx, Ry, Sx, and Sy in dem Koordinatensystem stellen Achsenvorwärtsrichtungen der vier direktionalen stehenden Grundwellen, die in einer photonischen Kristallfläche erzeugt werden, dar. Zudem gibt jeder Vektor eine Polarisationsrichtung einer jeder stehenden Welle und deren Intensität an. Trägt die obige stehende Welle zur Lichtemission in einer Richtung senkrecht zu einer Oberfläche bei, wird eine Polarisationsrichtung, wie in der Figur dargestellt, erzeugt.
9 zeigen eine Ansicht (A), die ein elektromagnetisches Feld auf einer zweidimensionalen Ebene einer photonischen Kristallschicht in dem Laserelement darstellt, und ein Diagram (B), das eine Polarisationsrichtung in einer zweidimensionalen Ebene der photonischen Kristallschicht darstellt, in dem Modus B, der in der Nicht-Patentliteratur Opt. Exp. Bd. 19 (24), S. 24672 beschrieben ist.
Die Pfeile entlang einer Umfangsrichtung in 9(A) geben eine Richtung und Intensität eines elektrischen Feldes an. Ein elektrisches Feld, das in dem unterschiedlichen Brechungsindexgebiet 6B mit einem kleinen Brechungsindex in einer photonischen Kristallschicht erzeugt wird, trägt zu einer Polarisationsrichtung eines Elements bei, und somit erhöht sich die Polarisation in der Richtung senkrecht zu einer schrägen Seite eines Dreiecks.
9(B) stellt die obige Polarisationsrichtung dar (durch einen großen Pfeil dargestellt). Rx, Ry, Sx, and Sy in dem Koordinatensystem geben Achsenvorwärtsrichtungen der vier direktionalen stehenden Grundwellen, die in einer photonischen Kristallfläche erzeugt werden, an. Zudem gibt jeder Vektor eine Polarisationsrichtung jeder stehenden Welle und deren Intensität an. Trägt die obige stehende Welle zur Lichtemission in einer Richtung senkrecht zu einer Oberfläche bei, wird eine Polarisationsrichtung, wie in der Figur dargestellt, erzeugt.
10 zeigen eine Draufsicht (A) der photonischen Kristallschicht (das zweite Beispiel) in dem Laserelement und eine Ansicht (B), die eine Polarisationsrichtung in dem nichtlinearen, optischen Kristall darstellt.
Die photonische Kristallschicht 6 umfasst die Basisschicht 6A mit dem ersten Brechungsindexmedium und die mehreren unterschiedlichen Brechungsindexgebiete 6B, deren zweites Brechungsindexmedium, das einen sich von dem ersten Brechungsindexmedium unterscheidenden Brechungsindex aufweist, umfassen und in der Basisschicht 6A angeordnet sind. Die mehreren unterschiedlichen Brechungsindexgebiete 6B sind an einer Gitterpunktposition in einem quadratischen Gitter angeordnet (durch Punktlinien dargestellt), das auf einer Hauptfläche der photonischen Kristallschicht angeordnet ist. Eine Ebenenform eines jeden unterschiedlichen Brechungsindexgebiets 6B ist annähernd auf ein gleichseitiges Dreieck festgelegt. Eine Vertikallinie, die sich zu einer Basis von einer der Spitzen des annähernd gleichseitigen Dreiecks erstreckt, erstreckt sich entlang einer Längsgitterlinie LV, die das quadratische Gitter bildet. Eine Richtung der Basis des annähernd gleichseitigen Dreiecks (Y-Achse = c-Achse: θ = 0°) und eine Polarisationsrichtung D_P (Y-Achse) in der periodischen Polarisationsumkehrstruktur sind gleich.
Trifft in der Laservorrichtung gemäß dem zweiten Beispiel ein Laserstrahl, der von einem oberflächenemittierenden Laserelement, das einen photonischen Kristall aufweist, emittiert wird, auf einen nichtlinearen, optischen Kristall mit einer periodischen Polarisationsumkehrstruktur auf, wird die Wellenlänge des Laserstrahls durch den nichtlinearen, optischen Kristall umgewandelt und der Laserstrahl von dem nichtlinearen, optischen Kristall emittiert. Hierin ist das Gebiet 6B mit unterschiedlichem Brechungsindex in einer photonischen Kristallschicht an einer Gitterpunktposition eines quadratischen Gitters angeordnet. In dem Fall, in dem eine Form und eine Richtung die obige Bedingung erfüllen, weist auch ein Wellenlängenumwandlungslicht, das von einem nichtlinearen, optischen Kristall erhalten wird, ein Strahlenmuster mit einer Gauß-Punktformverteilung auf, dessen Lichtintensität erheblich verstärkt ist. Dies liegt daran, dass eine in dem unterschiedlichen Brechungsindexgebiet 6B erzeugte Polarisationsrichtung mit der Polarisationsrichtung D_P zusammenfällt.
11 zeigen eine Draufsicht (A) der photonischen Kristallschicht (das dritte Beispiel) in dem Laserelement und eine Ansicht (B), die eine Polarisationsrichtung des nichtlinearen, optischen Kristalls darstellt.
Die photonische Kristallschicht 6 umfasst die Basisschicht 6A mit einem ersten Brechungsindexmedium und mehrere unterschiedliche Brechungsindexgebiete 6B, die ein zweites Brechungsindexmedium, das einen sich von dem ersten Brechungsindexmedium unterscheidenden Brechungsindex aufweist, umfassen und in der Basisschicht 6A angeordnet sind. Die mehreren unterschiedlichen Brechungsindexgebiete 6B sind an einer Gitterpunktposition in einem quadratischen Gitter (durch Punktlinien dargestellt) angeordnet, das auf einer Hauptfläche der photonischen Kristallschicht vorgesehen ist.
Eine Ebenenform eines jeden der unterschiedlichen Brechungsindexbereiche 6B ist auf ein annähernd rechteckiges Trapez festgelegt. Zwei Seiten, die einen der rechten Winkel des annähernd rechteckigen Trapezes bilden, erstrecken sich entlang einer Längsgitterlinie LV und einer Horizontalgitterlinie LH, die ein quadratisches Gitter bilden. Eine Richtung (Y-Richtung = c-Achse: θ = 0°) eines unteren Bodens (eine lange Seite bildet einen unteren Boden) des annähernd rechteckigen Trapezes und eine Polarisationsrichtung D_P (Y-Achse) in der periodischen Polarisationsumkehrstruktur sind gleich.
Trifft in der dritten Laservorrichtung ein Laserstrahl, der von einem oberflächenemittierenden Laserelement, das einen photonischen Kristall aufweist, emittiert wird, auf einen nichtlinearen, optischen Kristall mit einer periodischen Polarisationsumkehrstruktur auf, wird die Wellenlänge des Laserstrahls durch den nichtlinearen, optischen Kristall umgewandelt und der Laserstrahl von dem nichtlinearen, optischen Kristall emittiert. Hierin ist das Gebiet mit unterschiedlichem Brechungsindex 6B in der photonischen Kristallschicht an einer Gitterpunktposition eines quadratischen Gitters angeordnet. In dem Fall, in dem eine Form und eine Richtung die obige Bedingung erfüllen, weist auch ein Wellenlängenumwandlungslicht, das von einem nichtlinearen, optischen Kristall erhalten wird, ein Strahlenmuster mit einer Gauß-Punktformverteilung auf, dessen Lichtintensität erheblich erhöht ist. Dies liegt daran, dass eine in dem unterschiedlichen Brechungsindexbereich 6B erzeugte Polarisationsrichtung mit der Polarisationsrichtung D_P zusammenfällt.
12 zeigen eine Draufsicht (A) der photonischen Kristallschicht (das dritte Beispiel) in dem Laserelement und eine Ansicht (B), die eine Polarisationsrichtung eines weiteren Zustands in dem nichtlinearen, optischen Kristall darstellt.
Die photonische Kristallschicht 6 umfasst die Basisschicht 6A mit einem ersten Brechungsindexmedium und mehrere unterschiedliche Brechungsindexbereiche 6B, die ein zweites Brechungsindexmedium, das einen sich von dem ersten Brechungsindexmedium unterscheidenden Brechungsindex aufweist, umfassen und in der Basisschicht 6A angeordnet sind. Die mehreren unterschiedlichen Brechungsindexgebiete 6B sind an einer Gitterpunktposition in einem quadratischen Gitter (durch Punktlinien dargestellt) angeordnet, das auf einer Hauptfläche der photonischen Kristallschicht vorgesehen ist.
Eine Ebenenform eines jeden unterschiedlichen Brechungsindexbereichs 6B ist auf ein annähernd rechteckiges Trapez festgelegt. Zwei Seiten, die einen der rechten Winkel des annähernd rechteckigen Trapezes bilden, erstrecken sich entlang einer Längsgitterlinie LV und einer Horizontalgitterlinie LH, die ein quadratisches Gitter bilden. Eine Richtung (Y-Achse = c-Achse: θ = 45°), die einen Winkel von 45° zu dem unteren Boden des annähernd rechteckigen Trapezes bildet, und eine Polarisationsrichtung D_P (Y-Achse) in der periodischen Polarisationsumkehrstruktur sind gleich. Aus den gleichen Gründen, wie zuvor beschrieben, weist ein Wellenlängenumwandlungslicht, das von einem nichtlinearen, optischen Kristall erhalten wird, ein Strahlmuster mit einer Gauß-Punktformverteilung auf, dessen Lichtintensität erheblich verstärkt ist.
Die Moden der 11 und 12 können durch Ändern einer photonischen Kristallform eines Laserelements und einer Verstärkungswellenlänge einer Halbleiterquantentopfschicht gewechselt werden.
13 zeigt eine Draufsicht (XY-Ebene) der photonischen Kristallschicht (das vierte Beispiel) in dem Laserelement.
Die photonische Kristallschicht 6 umfasst eine Basisschicht 6A mit einem ersten Brechungsindexmedium und mehrere unterschiedliche Brechungsindexgebiete 6B, die ein zweites Brechungsindexmedium, das einen sich von dem ersten Brechungsindexmedium unterscheidenden Brechungsindex aufweist, umfassen und in der Basisschicht angeordnet sind. Die mehreren unterschiedlichen Brechungsindexbereiche 6B sind an einer Gitterpunktposition in einem Dreiecksgitter (durch Punktlinien dargestellt) angeordnet, das auf einer Hauptfläche der photonischen Kristallschicht vorgesehen ist.
Eine Ebenenform eines jeden der unterschiedlichen Brechungsindexbereiche 6B ist auf ein annähernd gleichschenkliges, rechtwinkliges Dreieck festgelegt. Eine Seite, die einen rechten Winkel des annähernd gleichschenkligen, rechtwinkligen Dreiecks bildet, erstreckt sich entlang einer Gitterlinie LH, um ein Dreiecksgitter zu bilden. Eine Gitterlinie LV1, die sich von rechts oben nach links unten erstreckt, ist als eine Gitterlinie LV2, die sich von oben links nach unten rechts erstreckt, gekennzeichnet. Jedes Gitter bildet ein gleichseitiges Dreieck.
Trifft in der vierten Laservorrichtung ein Laserstrahl, der von einem oberflächenemittierenden Laserelement, das einen photonischen Kristall aufweist, emittiert wird, auf einen nichtlinearen, optischen Kristall mit einer periodischen Polarisationsumkehrstruktur auf, wird eine Wellenlänge des Laserstrahls durch den nichtlinearen, optischen Kristall umgewandelt und ein Laserstrahl von dem nichtlinearen, optischen Kristall emittiert. Hierin ist ein Gebiet mit unterschiedlichem Brechungsindex in einer photonischen Kristallschicht an einer Gitterpunktposition eines Dreiecksgitters angeordnet. In dem Fall, in dem eine Polarisationsrichtung des Laserelements mit einer periodischen Polarisationsumkehrrichtung eines nichtlinearen, optischen Kristalls übereinstimmt, weist ein Wellenlängenumwandlungslicht ein Strahlmuster mit einer Gauß-Punktformverteilung auf, dessen Lichtintensität erheblich erhöht ist.
14 zeigt eine Draufsicht (XY-Ebene) der photonischen Kristallschicht (das fünfte Beispiel) in dem Laserelement.
Die photonische Kristallschicht 6 umfasst die Basisschicht 6A mit einem ersten Brechungsindexmedium und die mehreren unterschiedlichen Brechungsindexbereiche 6B, die ein zweites Brechungsindexmedium, das einen sich von dem ersten Brechungsindexmedium unterscheidenden Brechungsindex aufweist, umfassen und in der Basisschicht 6A angeordnet sind. Die mehreren unterschiedlichen Brechungsindexbereiche 6B sind an einer Gitterpunktposition in einem Dreiecksgitter (durch Punktlinien dargestellt) angeordnet, das auf einer Hauptfläche der photonischen Kristallschicht vorgesehen ist.
Eine Ebenenform eines jeden der unterschiedlichen Brechungsindexbereiche 6B ist annähernd auf ein Quadrat festgelegt. Eine Seite des Quadrats erstreckt sich entlang einer Horizontallinie LH, das ein Dreiecksgitter bildet. Eine Gitterlinie LV1, die sich von oben rechts nach unten links erstreckt, ist als eine Gitterlinie LV2, die sich von oben links nach unten rechts erstreckt, gekennzeichnet. Jedes Gitter bildet ein gleichseitiges Dreieck.
Trifft in der Laservorrichtung gemäß dem fünften Beispiel ein Laserstrahl, der von einem oberflächenemittierenden Laserelement, das einen photonischen Kristall aufweist, emittiert wird, auf einen nichtlinearen, optischen Kristall mit einer periodischen Polarisationsumkehrstruktur auf, wird eine Wellenlänge des Laserstrahls durch den nichtlinearen, optischen Kristall umgewandelt und ein Laserstrahl von dem nichtlinearen, optischen Kristall emittiert. Hierin ist ein Gebiet mit unterschiedlichem Brechungsindex in einer photonischen Kristallschicht an einer Gitterpunktposition eines Dreiecksgitters angeordnet. In dem Fall, in dem eine Polarisationsrichtung eines Laserelements mit einer periodischen Polarisationsumkehrrichtung eines nichtlinearen, optischen Kristalls übereinstimmt, weist ein Wellenlängenumwandlungslicht ein Strahlmuster mit einer Gauß-Punktformverteilung auf, dessen Lichtintensität erheblich verstärkt ist.
15 zeigt eine Draufsicht (XY-Ebene) der photonischen Kristallschicht (das sechste Beispiel) in dem Laserelement.
Die photonische Kristallschicht 6 umfasst die Basisschicht 6A mit einem ersten Brechungsindexmedium und mehrere unterschiedliche Brechungsindexbereiche 6B, die ein zweites Brechungsindexmedium, das einen sich von dem ersten Brechungsindexmedium unterscheidenden Brechungsindex aufweist, umfassen und in der Basisschicht 6A angeordnet sind. Die mehreren unterschiedlichen Brechungsindexbereiche 6B sind an einer Gitterpunktposition in einem Dreiecksgitter (durch Punktlinien dargestellt) angeordnet, das auf einer Hauptfläche der photonischen Kristallschicht vorgesehen ist.
Eine Ebenenform eines jeden der unterschiedlichen Brechungsindexbereiche 6B ist annähernd auf ein Oval (kein vollständiger Kreis) festgelegt, dessen Abflachung größer als 0 ist.
Eine Längsachse des annähernden Ovals erstreckt sich entlang einer Horizontalgitterlinie LH, das ein Dreiecksgitter bildet. Eine Gitterlinie LV1, die sich von oben rechts nach unten links erstreckt, ist als eine Gitterlinie LV2, die sich von oben links nach unten rechts erstreckt, gekennzeichnet. Jedes Gitter bildet ein gleichseitiges Dreieck.
Trifft in der Laservorrichtung gemäß dem sechsten Beispiel ein Laserstrahl, der von einem oberflächenemittierenden Laserelement, das einen photonischen Kristall aufweist, emittiert wird, auf einen nichtlinearen, optischen Kristall mit einer periodischen Polarisationsumkehrstruktur auf, wird eine Wellenlänge des Laserstrahls durch den nichtlinearen, optischen Kristall umgewandelt und ein Laserstrahl von dem nichtlinearen, optischen Kristall emittiert. Hierin ist ein Bereich mit unterschiedlichem Brechungsindex 6B in einer photonischen Kristallschicht an einer Gitterpunktposition eines Dreiecksgitters angeordnet. In dem Fall, in dem eine Polarisationsrichtung eines Laserelements mit einer periodischen Polarisationsumkehrrichtung eines nichtlinearen, optischen Kristalls übereinstimmt, weist ein Wellenlängenumwandlungslicht ein Strahlmuster mit einer Gauß-Punktformverteilung auf, dessen Lichtintensität erheblich erhöht ist.
16 zeigt eine Draufsicht (XY-Ebene) der photonischen Kristallschicht (das siebte Beispiel) in dem Laserelement.
Die photonische Kristallschicht 6 umfasst die Basisschicht 6A mit einem ersten Brechungsindexmedium und die mehreren unterschiedlichen Brechungsindexbereiche 6B, die ein zweites Brechungsindexmedium, das einen sich von dem ersten Brechungsindexmedium unterscheidenden Brechungsindex aufweist, umfassen und in der Basisschicht 6A angeordnet sind. Die mehreren unterschiedlichen Brechungsindexbereiche 6B sind an einer Gitterpunktposition in einem Dreiecksgitter (durch Punktlinien dargestellt) angeordnet, das auf einer Hauptfläche der photonischen Kristallschicht vorgesehen ist.
Eine Ebenenform eines jeden der unterschiedlichen Brechungsindexbereiche 6B ist auf ein annähernd rechteckiges Trapez festgelegt. Eine Seite, die die Höhe des annähernd rechteckigen Trapezes bestimmt, erstreckt sich entlang einer Horizontalgitterlinie LH das ein Dreiecksgitter bildet. Eine Gitterlinie LV1, die sich von oben rechts nach unten links erstreckt, ist als eine Gitterlinie LV2, die sich von oben links nach unten rechts erstreckt, gekennzeichnet. Jedes Gitter bildet ein gleichseitiges Dreieck.
Trifft in der Laservorrichtung gemäß dem siebten Beispiel ein Laserstrahl, der von einem oberflächenemittierenden Laserelement, das einen photonischen Kristall aufweist, emittiert wird, auf einen nichtlinearen, optischen Kristall mit einer periodischen Polarisationsumkehrstruktur auf, wird eine Wellenlänge des Laserstrahls durch den nichtlinearen, optischen Kristall umgewandelt und ein Laserstrahl von dem nichtlinearen, optischen Kristall emittiert. Hierin ist ein Bereich mit unterschiedlichem Brechungsindex in einer photonischen Kristallschicht an einer Gitterpunktposition eines Dreiecksgitters angeordnet. In dem Fall, in dem eine Polarisationsrichtung eines Laserelements mit einer periodischen Polarisationsumkehrrichtung eines nichtlinearen, optischen Kristalls übereinstimmt, weist ein Wellenlängenumwandlungslicht ein Strahlmuster mit einer Gauß-Punktformverteilung auf, dessen Lichtintensität erheblich erhöht ist.
17 zeigt eine Ansicht, die eine Längsquerschnittsstruktur des Laserelements in der Laservorrichtung darstellt.
Das Halbleitersubstrat 1, die untere Mantelschicht 2, die untere Lichtleiterschicht 3, die photonische Kristallschicht 6, die aktive Schicht 4, die obere Lichtleiterschicht 5, die obere Mantelschicht 7 und Kontaktschicht 8 sind der Reihe nach in dem Laserelement LD laminiert. Eine erste Elektrode ist auf einer Rückfläche des Halbleitersubstrats 1 vorgesehen, und eine zweite Elektrode E2 ist derart angeordnet, dass sie mit einer oberen Fläche der Kontaktschicht 8 in Kontakt ist. Eine Position der photonischen Kristallschicht 6 unterscheidet sich von der in 4 gezeigten Position. Ein Material, eine Struktur und eine Funktion entsprechen jenen, die in 4 dargestellt sind. Wird eine Vorwärtsvorspannung zwischen der ersten Elektrode E1 und der zweiten Elektrode E2 angelegt, wird auch in dem Laserelement Licht in der aktiven Schicht 4, die zwischen den Mantelschichten angeordnet ist, emittiert. Das Licht wird durch die photonische Kristallschicht 6 moduliert, und der Laserstrahl LB wird in eine Richtung (c-Achse und Z-Achse) senkrecht zu einer Substratoberfläche emittiert.
18 zeigt eine Ansicht, die eine Längsquerschnittsstruktur der Laservorrichtung darstellt.
Im Vergleich zu der in 1 dargestellten Laservorrichtung unterscheidet sich diese Laservorrichtung dahingehend, dass eine Wärmesenke 105 keine V-Nut aufweist, das Halteelement 103 drehbar eine Drehachse 110 in einer Z-Achsenrichtung hält, ein Kugellager B zwischen der Drehachse 110 und dem Halteelement 103 angeordnet ist, ein Teilhalteelement 111 an einer Spitze der Drehachse 110 befestigt ist und das Laserelement LD auf dem Teilhalteelement 111 mit Hilfe des Klebers 104 befestigt ist. Ein Stiftmechanismus zur Verhinderung einer Drehung 112 ist an dem Halteelement 103 vorgesehen. Wird der Stiftmechanismus 112 eingeführt, kommt dieser mit einer Rückfläche des Teilhalteelements 111 in Kontakt und fixiert eine Drehposition des Laserelements LD. Der restliche Aufbau entspricht dem in 1 gezeigten Aufbau.
Gemäß de Aufbau kann ein relativer Drehwinkel θ zwischen dem Laserelement LD und dem nichtlinearen, optischen Kristall NL eingestellt werden.
19 zeigen Diagramme, die die Beziehung zwischen einer Wellenlänge und der Intensität in der Laservorrichtung darstellen.
Eine Mittelwellenlänge eines von dem Laserelement LD emittierten Laserstrahls beträgt 1068 nm (19(A)). In diesem Fall beträgt die Mittelwellenlänge eines von dem nichtlinearen, optischen Kristall NL emittierten Laserstrahls 534 nm 19(B)). Es kann eine Harmonische hoher Ordnung mit doppelter Frequenz (eine Wellenlänge beträgt 1/2) erhalten werden.
20 zeigt ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Injektionsstrom J (mA) zu einem Laserelement, einer Gesamtlichtausgabe It (mW) nach Durchlaufen des nichtlinearen, optischen Kristalls NL und einer Wellenlängenumwandlungslichtausgabe Ic (a. u.) darstellt.
Wird der Injektionsstrom J erhöht, erhöht sich die Gesamtlichtausgabe It, während eine hohe Linearität durch Reflektieren der Lichtausgabe des Laserelements beibehalten wird. Andererseits wurde bestätigt, dass eine Wellenlängenumwandlungslichtausgabe Ic, die von dem nichtlinearen, optischen Kristall ausgegeben wird, bezogen auf den Injektionsstrom J nichtlinear zugenommen hat. Es zeigt sich, dass die Wellenlängenumwandlungseffizienz des nichtlinearen, optischen Kristalls NL proportional zu dem Quadrat einer Lichtdichte eines Grundwellen-Eintrittslaserstrahls ist.
Die in dem obigen Experiment verwendeten Abmessungen sind wie folgt: ein nichtlinearer optischer Kristall: MgO-dotiertes LiNbO₃ (PPLN), L2 = 35 mm, L3 = 7 μm, W2 = 0,5 mm,
eine Abmessung eines gleichschenkligen, rechtwinkligen Dreiecks, das ein Gebiet mit unterschiedlichem Brechungsindex bildet: 240 nm (eine Länge von gleichseitigen Seiten),
ein Abstand einer Gitterlinie eines quadratischen Gitters: 320 nm.
In der vorliegenden Erfindung kann eine Kondensorlinse bzw. eine Sammellinse zwischen einem Laserelement und einem nichtlinearen, optischen Kristall vorgesehen sein. Eine photonische Kristalleinheit 6B des Laserelements kann vollständig in einem Halbleitermaterial eingebettet sein oder einen Zwischenraum aufweisen. Obwohl ein nichtlinearer, optischer Kristall mit einer Polarisationsumkehrstruktur dargestellt wurde, können nichtlineare, optische Kristalle ohne Polarisationsumkehrstruktur, wie beispielsweise KTiOPO₄ (KTP), β-Ba₂B₂O₃ (BBO) oder LiB₂O₅ (LBO), verwendet werden. Dabei wird eine Polarisationsrichtung eines Laserelements auf eine Kristallfläche mit der höchsten Wellenlängenumwandlungseffizienz des nichtlinearen, optischen Kristalls abgestimmt. Das obige Laserelement emittiert einen Laserstrahl durch unabhängiges Oszillieren ohne nichtlinearen, optischen Kristall.
In der obigen Struktur, sind Materialien, Filmdicken und Schichten frei konfigurierbar, wenn der obige Aufbau die aktive Schicht 4 und die photonische Kristallschicht 6 umfasst. Bei der Herstellung des Laserelements wird in jeder Halbleiterverbindung ein metallorganisches Dampfphasenabscheidungsverfahren (MOCVD) verwendet. Ein Kristallwachstum wird auf einer Oberfläche (001) Halbleitersubstrats 1 durchgeführt, wobei dieses jedoch nicht darauf beschränkt ist. Wird zudem das Laserelement, das das zuvor AlGaAs verwendet, hergestellt, beträgt eine Wachstumstemperatur von AlGaAs 500 bis 850°C, wobei in dem Experiment die Temperatur auf 550 bis 700°C eingestellt wurde. Die nachfolgenden Materialien werden während des Wachstums verwendet: Trimethylaluminium (TMA) als Al-Material, Trimethylgallium (TMG) and Triethylgallium (TEG) als Gallium-Material, Arsen (AsH₃) als Arsen-Material, Disilan (Si₂H₆) als n-Verunreinigungsmaterial und Diethylzink (DEZn) als p-Verunreinigungsmaterial. Es werden TMG und Arsen, jedoch nicht TMA, für das Wachstum von GaAs verwendet. (GaAs wird unter Verwendung von TMG, Trimethylindium (TMI) und Arsen hergestellt. Je nach Bedarf kann ein Isolierfilm, der eine Substratfläche bedeckt, unter Verwendung eines Plasma-CVD-Verfahrens (PCVD) gebildet werden.
Insbesondere wird auf dem n-Halbleitersubstrat (GaAs) 1 das zuvor beschriebene Laserelement gebildet, indem der Reihe nach ein epitaktisches Wachstum unter Verwendung des MOCVD(metallorganisches Dampfphasenabscheidungs-)Verfahren für die N-Mantelschicht (AlGaAs) 2, die Lichtleiterschicht (AlGaAs) 3, die Mehrfachquantentopfstruktur (InGaAs/AlGaAs) 4, die Lichtleiterschicht (GaAs/AaGaAs) 5 und die Basisschicht (GaAs) 6A zur Bildung einer Photonischen Kristallschicht durchgeführt wird. Anschließend wird unter Verwendung des PCVD-Verfahrens (Plasma-CVD-Verfahren) eine SiN-Schicht auf der Basisschicht 6A sowie ein Resist auf der SiN-Schicht gebildet.
Anschließend wird eine zweidimensionale Makrostruktur auf dem Resist mittels Elektronenstrahl-Abbildungsvorrichtung nachgebildet und durch Entwickeln der Struktur auf dem Resist gestaltet. Dann wird unter Verwendung des Resists als Maske das zweidimensionale Makromuster mit einer Tiefe von annähernd 100 bis 300 nm mittels Trockenätzen auf die Basisschicht 6A übertragen, eine Öffnung gebildet und das Resist und die SiN-Schicht entfernt. Anschließend werden die obere Mantelschicht (AlGaAs) 7 und die Kontaktschicht (GaAs) 8 der Reihe nach mittels MOCVD-Verfahren gebildet, um die erste und zweite Elektrode durch Bilden eines entsprechenden Elektrodenmaterials auf der oberen und unteren Fläche des Substrats mittels Verdampfungsverfahren zu bilden. Je nach Bedarf kann ein Isolierfilm mittels PCVD-Verfahren (Plasma-CVD-Verfahren) auf der oberen und unteren Fläche des Substrats gebildet werden.
In dem Fall, in dem eine photonische Kristallschicht an einem Bodenabschnitt einer aktiven Schicht vorgesehen wird, kann die photonische Kristallschicht auf einer unteren Mantelschicht vor der Bildung der aktiven Schicht 4 und der unteren Lichtleiterschicht gebildet werden.
Im Falle eines quadratischen Gitters mit einem Gitterabstand a sind die parallelen Basisvektoren a1 = ax, a2 = ay, wenn die Einheitsvektoren orthogonaler Koordinaten x und y sind. Reziproke Gitterbasisvektoren sind bezogen auf die parallelen Vektoren a₁, a₂ b₁ = (2π/a)y, b₂ = (2π/a)x. In dem Fall, in dem ein Wellenvektor in einer Energiebandlücke eines photonischen Kristalls k = nb₁ + mb₂ ist (n und m sind irgendeine ganze Zahl), wird eine Wellenzahl k zu einem T Punkt und somit ein Resonanzmodus (stehende Welle in einer XY-Ebene), dessen Gitterabstand a gleich der Wellenlänge λ ist, erhalten. Eine Frequenz des Modus A ist die niedrigste in dem Resonanzmodus. Eine Frequenz des Modus B ist die nächstniedrigste.
Eine Form, die durch Durchführen einer Fourier-Transformation auf ein elektrisches Feld auf gleicher Ebene (in-plane) (Phasenverteilung einer Punktlichtquelle auf gleicher Ebene) einer stehenden Welle in der zuvor beschriebenen photonischen Kristallschicht (Phasenmodulationsschicht) erhalten wird, weist eine Gauß-Punktformverteilung auf (Punkt). Ein Brechungsindex der Basisschicht 6A beträgt vorzugsweise 3,0 bis 3,5. Ein Brechungsindex des Gebiets mit unterschiedlichem Brechungsindex 6B beträgt vorzugsweise 1,0 bis 3,4. Eine Polarisationsrichtung eines Laserstrahls verläuft voraussichtlich entlang einer Richtung parallel oder senkrecht zu einer Längsrichtung einer Lochform in Draufsicht.
Bezugszeichenliste

6A ... Basisschicht, 6B ... Bereich mit unterschiedlichem Brechungsindex, NL ... nichtlinearer, optischer Kristall

Claims

Laservorrichtung, die einen nichtlinearen, optischen Kristall mit einer periodischen Polarisationsumkehrstruktur aufweist, auf den ein Laserstrahl einfällt, der von einem oberflächenemittierenden Laserelement, das einen photonischen Kristall aufweist, emittiert wird, wobei das oberflächenemittierende Laserelement mit dem photonischen Kristall umfasst: eine aktive Schicht, eine obere und untere Mantelschicht, zwischen denen die aktive Schicht sandwichartig angeordnet ist, und eine photonische Kristallschicht, die zwischen der oberen oder der unteren Mantelschicht und der aktiven Schicht vorgesehen ist, wobei die photonische Kristallschicht umfasst: eine Basisschicht mit einem ersten Brechungsindexmedium, und mehrere unterschiedliche Brechungsindexbereiche, die ein zweites Brechungsindexmedium, das einen sich von dem ersten Brechungsindexmedium unterscheidenden Brechungsindex aufweist, umfassen und in der Basisschicht angeordnet sind, und wobei die mehreren unterschiedlichen Brechungsindexbereiche an einer Gitterpunktposition in einem quadratischen Gitter, das sich auf einer Hauptfläche der photonischen Kristallschicht befindet, angeordnet sind, wobei eine Ebenenform jedes der unterschiedlichen Brechungsindexbereiche auf ein annähernd gleichschenkliges, rechtwinkliges Dreieck festgelegt ist, wobei sich zwei Seiten, die einen rechten Winkel des annähernd gleichschenkligen, rechtwinkligen Dreiecks bilden, entlang einer Längsgitterlinie und einer Horizontalgitterlinie, die das quadratische Gitter bilden, erstrecken, und wobei eine Richtung parallel oder senkrecht zu einer schrägen Seite des annähernd gleichschenkligen, rechtwinkligen Dreiecks und eine Polarisationsrichtung in der periodischen Polarisationsumkehrstruktur gleich sind.
Laservorrichtung, die einen nichtlinearen, optischen Kristall mit einer periodischen Polarisationsumkehrstruktur aufweist, auf den ein Laserstrahl einfällt, der von einem oberflächenemittierenden Laserelement, das einen photonischen Kristall aufweist, emittiert wird, wobei das oberflächenemittierende Laserelement mit dem photonischen Kristall umfasst: eine aktive Schicht, eine obere und untere Mantelschicht, zwischen denen die aktive Schicht sandwichartig angeordnet ist, und eine photonische Kristallschicht, die zwischen der oberen oder der unteren Mantelschicht und der aktiven Schicht vorgesehen ist, wobei die photonische Kristallschicht umfasst: eine Basisschicht mit einem ersten Brechungsindexmedium, und mehrere unterschiedliche Brechungsindexbereiche, die ein zweites Brechungsindexmedium, das einen sich von dem ersten Brechungsindexmedium unterscheidenden Brechungsindex aufweist, umfassen und in der Basisschicht angeordnet sind, und wobei die mehreren unterschiedlichen Brechungsindexbereiche an einer Gitterpunktposition in einem quadratischen Gitter, das sich auf einer Hauptfläche der photonischen Kristallschicht befindet, angeordnet sind, wobei eine Ebenenform jedes der unterschiedlichen Brechungsindexbereiche auf ein annähernd gleichseitiges Dreieck festgelegt ist, wobei sich eine Vertikallinie, die sich zu einer Basis von einer der Spitzen des annähernd gleichseitiges Dreieck erstreckt, entlang einer Längsgitterlinie, die das quadratische Gitter bildet, erstreckt, und wobei eine Richtung der Basis des annähernd gleichseitigen Dreiecks und eine Polarisationsrichtung in der periodischen Polarisationsumkehrstruktur gleich sind.
Laservorrichtung, die einen nichtlinearen, optischen Kristall mit einer periodischen Polarisationsumkehrstruktur aufweist, auf den ein Laserstrahl einfällt, der von einem oberflächenemittierenden Laserelement, das einen photonischen Kristall aufweist, emittiert wird, wobei das oberflächenemittierende Laserelement mit dem photonischen Kristall umfasst: eine aktive Schicht, eine obere und untere Mantelschicht, zwischen denen die aktive Schicht sandwichartig angeordnet ist, und eine photonische Kristallschicht, die zwischen der oberen oder der unteren Mantelschicht und der aktiven Schicht vorgesehen ist, wobei die photonische Kristallschicht umfasst: eine Basisschicht mit einem ersten Brechungsindexmedium, und mehrere unterschiedliche Brechungsindexbereiche, die ein zweites Brechungsindexmedium, das einen sich von dem ersten Brechungsindexmedium unterscheidenden Brechungsindex aufweist, umfassen und in der Basisschicht angeordnet sind, und wobei die mehreren unterschiedlichen Brechungsindexbereiche an einer Gitterpunktposition in einem quadratischen Gitter, das sich auf einer Hauptfläche der photonischen Kristallschicht befindet, angeordnet sind, wobei eine Ebenenform jedes der unterschiedlichen Brechungsindexbereiche auf ein annähernd rechteckiges Trapez festgelegt ist, wobei sich zwei Seiten, die einen der rechten Winkel des annähernd rechteckigen Trapezes bilden, entlang einer Längsgitterlinie und einer Horizontalgitterlinie, die das quadratische Gitter bilden, erstrecken, und wobei eine Richtung eines unteren Bodens des annähernd rechteckigen Trapezes oder eine Richtung, die einen Winkel von 45° zu dem unteren Boden bildet, und eine Polarisationsrichtung in der periodischen Polarisationsumkehrstruktur gleich sind.
Laservorrichtung, die einen nichtlinearen, optischen Kristall mit einer periodischen Polarisationsumkehrstruktur aufweist, auf den ein Laserstrahl einfällt, der von einem oberflächenemittierenden Laserelement, das einen photonischen Kristall aufweist, emittiert wird, wobei das oberflächenemittierende Laserelement mit dem photonischen Kristall umfasst: eine aktive Schicht, eine obere und untere Mantelschicht, zwischen denen die aktive Schicht sandwichartig angeordnet ist, und eine photonische Kristallschicht, die zwischen der oberen oder der unteren Mantelschicht und der aktiven Schicht vorgesehen ist, wobei die photonische Kristallschicht umfasst: eine Basisschicht mit einem ersten Brechungsindexmedium, und mehrere unterschiedliche Brechungsindexbereiche, die ein zweites Brechungsindexmedium, das einen sich von dem ersten Brechungsindexmedium unterscheidenden Brechungsindex aufweist, umfassen und in der Basisschicht angeordnet sind, und wobei die mehreren unterschiedlichen Brechungsindexbereiche an einer Gitterpunktposition in einem Dreiecksgitter, das sich auf einer Hauptfläche der photonischen Kristallschicht befindet, angeordnet sind, wobei eine Ebenenform jedes der unterschiedlichen Brechungsindexbereiche auf ein annähernd gleichschenkliges, rechtwinkliges Dreieck festgelegt ist, und eine Polarisationsrichtung des oberflächenemittierenden Laserelements mit dem photonischen Kristall und eine Polarisationsrichtung in der periodischen Polarisationsumkehrstruktur gleich sind.
Laservorrichtung, die einen nichtlinearen, optischen Kristall mit einer periodischen Polarisationsumkehrstruktur aufweist, auf den ein Laserstrahl einfällt, der von einem oberflächenemittierenden Laserelement, das einen photonischen Kristall aufweist, emittiert wird, wobei das oberflächenemittierende Laserelement mit dem photonischen Kristall umfasst: eine aktive Schicht, eine obere und untere Mantelschicht, zwischen denen die aktive Schicht sandwichartig angeordnet ist, und eine photonische Kristallschicht, die zwischen der oberen oder der unteren Mantelschicht und der aktiven Schicht vorgesehen ist, wobei die photonische Kristallschicht umfasst: eine Basisschicht mit einem ersten Brechungsindexmedium, und mehrere unterschiedliche Brechungsindexbereiche, die ein zweites Brechungsindexmedium, das einen sich von dem ersten Brechungsindexmedium unterscheidenden Brechungsindex aufweist, umfassen und in der Basisschicht angeordnet sind, und wobei die mehreren unterschiedlichen Brechungsindexbereiche an einer Gitterpunktposition in einem Dreiecksgitter, das sich auf einer Hauptfläche der photonischen Kristallschicht befindet, angeordnet sind, wobei eine Ebenenform jedes der unterschiedlichen Brechungsindexbereiche annähernd auf ein Quadrat festgelegt ist, und eine Polarisationsrichtung des oberflächenemittierenden Laserelements mit dem photonischen Kristall und eine Polarisationsrichtung in der periodischen Polarisationsumkehrstruktur gleich sind.
Laservorrichtung, die einen nichtlinearen, optischen Kristall mit einer periodischen Polarisationsumkehrstruktur aufweist, auf den ein Laserstrahl einfällt, der von einem oberflächenemittierenden Laserelement, das einen photonischen Kristall aufweist, emittiert wird, wobei das oberflächenemittierende Laserelement mit dem photonischen Kristall umfasst: eine aktive Schicht, eine obere und untere Mantelschicht, zwischen denen die aktive Schicht sandwichartig angeordnet ist, und eine photonische Kristallschicht, die zwischen der oberen oder der unteren Mantelschicht und der aktiven Schicht vorgesehen ist, wobei die photonische Kristallschicht umfasst: eine Basisschicht mit einem ersten Brechungsindexmedium, und mehrere unterschiedliche Brechungsindexbereiche, die ein zweites Brechungsindexmedium, das einen sich von dem ersten Brechungsindexmedium unterscheidenden Brechungsindex aufweist, umfassen und in der Basisschicht angeordnet sind, und wobei die mehreren unterschiedlichen Brechungsindexbereiche an einer Gitterpunktposition in einem Dreiecksgitter, das sich auf einer Hauptfläche der photonischen Kristallschicht befindet, angeordnet sind, wobei eine Ebenenform jedes der unterschiedlichen Brechungsindexbereiche annähernd auf ein Oval, dessen Abflachung größer als 0 ist, festgelegt ist, und eine Polarisationsrichtung des oberflächenemittierenden Laserelements mit dem photonischen Kristall und eine Polarisationsrichtung in der periodischen Polarisationsumkehrstruktur gleich sind.
Laservorrichtung, die einen nichtlinearen, optischen Kristall mit einer periodischen Polarisationsumkehrstruktur aufweist, auf den ein Laserstrahl einfällt, der von einem oberflächenemittierenden Laserelement, das einen photonischen Kristall aufweist, emittiert wird, wobei das oberflächenemittierende Laserelement mit dem photonischen Kristall umfasst: eine aktive Schicht, eine obere und untere Mantelschicht, zwischen denen die aktive Schicht sandwichartig angeordnet ist, und eine photonische Kristallschicht, die zwischen der oberen oder der unteren Mantelschicht und der aktiven Schicht vorgesehen ist, wobei die photonische Kristallschicht umfasst: eine Basisschicht mit einem ersten Brechungsindexmedium, und mehrere unterschiedliche Brechungsindexbereiche, die ein zweites Brechungsindexmedium, das einen sich von dem ersten Brechungsindexmedium unterscheidenden Brechungsindex aufweist, umfassen und in der Basisschicht angeordnet sind, und wobei die mehreren unterschiedlichen Brechungsindexbereiche an einer Gitterpunktposition in einem Dreiecksgitter, das sich auf einer Hauptfläche der photonischen Kristallschicht befindet, angeordnet sind, wobei eine Ebenenform jedes der unterschiedlichen Brechungsindexbereiche annähernd auf ein rechteckiges Trapez festgelegt ist, und eine Polarisationsrichtung des oberflächenemittierenden Laserelements mit dem photonischen Kristall und eine Polarisationsrichtung in der periodischen Polarisationsumkehrstruktur gleich sind.