JP2002185064A - エバネッセント波微小共振器レーザー - Google Patents

エバネッセント波微小共振器レーザー

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JP2002185064A JP2001311823A JP2001311823A JP2002185064A JP 2002185064 A JP2002185064 A JP 2002185064A JP 2001311823 A JP2001311823 A JP 2001311823A JP 2001311823 A JP2001311823 A JP 2001311823A JP 2002185064 A JP2002185064 A JP 2002185064A
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microcavity
microresonator
laser
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Kyung-Won An
ウォン アン キュン
Hee Jong Moon
ジョン モーン ヒー
Young-Tak Chough
タク チョウグ ヤング
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Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 半径数数十〜数百ミクロン程度の微小共振器
における共振モードのエバネッセント波に存在する利得
を用いてレーザー発振を発生させるエバネッセント波微
小共振器レーザーを提供する。 【解決手段】 微小共振器モードのエバネッセント波が
存在する共振器１１０の外部に半導体、原子、分子また
は量子点のような利得媒質１２０を配置し、電流や外部
可視光を使用して利得物質を興奮させる。利得物質が発
する蛍光と共振器モードのエバネッセント波とが結合し
て利得を得るようになり、共振器モードに該当する光の
増幅が起こる。増幅した光は、微小共振器の内部を全反
射過程を通じてフィードバックしながらエバネッセント
波領域の興奮した利得物質で再び誘導放出が起こり、安
定したレーザー発振が行われる。特に、本発明では、損
失の非常に小さい微小球、集積が可能なディスク状、ま
たはシリンダー状微小共振器を用いるレーザーが全て含
まれる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エバネッセント波
微小共振器レーザーに関する。
【０００２】
【従来の技術】エバネッセント波（Ｅｖａｎｅｓｃｅｎ
ｔ−ｗａｖｅ）とは、屈折率が大きい媒質から屈折率が
小さい媒質に光が全反射角度以上の入射角で入射すると
き、境界面から指数関数的にその強さが減少する電磁界
をいう。キャビティリングダウンスペクトロスコピー
（Ｃａｖｉｔｙ ｒｉｎｇ−ｄｏｗｎ ｓｐｅｃｔｒｏ
ｓｃｏｐｙ）方法での表面吸着過程の研究、またはプリ
ズム表面に原子を捕獲する実験等にエバネッセント波が
用いられており、レーザー共振器内にあるプリズムを全
反射角度をなして配置し、プリズム表面にある液体の吸
収特性をＱ−スイッチング（Ｑ−ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）
動作に用いる方法等のレーザー技術分野にエバネッセン
ト波が活用されてきた。エバネッセント波は、屈折率の
差が存在する平面型導波管（ｐｌａｎａｒ ｗａｖｅｇ
ｕｉｄｅ）、光ファイバーのコアクラッド（ｃｏｒｅ−
ｃｌａｄ）の境界面等に存在するのみならず、大きさが
１０〜５００μｍの円形微小共振器にも存在する。微小
球（ｍｉｃｒｏ−ｓｐｈｅｒｅ）の外部に尖った光ファ
イバーチップ（ｔｉｐ）を近接させたとき、結合して出
力される信号を測定することで、円形微小共振器の外部
にエバネッセント波が存在することを実際に確認した報
告もある。
【０００３】屈折率が外部より大きい円筒（ｃｙｌｉｎ
ｄｅｒ）、ディスク（ｄｉｓｋ）、或いは球（ｓｐｈｅ
ｒｅ）に存在する共振モードは、偏光によりＴＭモード
（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｍｏｄ
ｅ）とＴＥモード（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｅｌｅｃｔ
ｒｉｃ Ｍｏｄｅ）とに区分され、モード数（ｍｏｄｅ
ｎｕｍｂｅｒ）ｎ、モードオーダー（ｍｏｄｅ ｏｒｄ
ｅｒ）ｌにより記述され、“囁きの回廊モード（ｗｈｉ
ｓｐｅｒｉｎｇ ｇａｌｌｅｒｙ ｍｏｄｅ：ＷＧ
Ｍ）”とも呼ばれる。色素が添加された固体球、液滴、
液体ジェット等の微小共振器でレーザー発振実験が最近
行われており、半導体マイクロディスク（ｍｉｃｒｏ
ｄｉｓｋ）構造において、ＷＧＭレーザー、ポリマーデ
ィスクレーザー（ｐｏｌｙｍｅｒ ｄｉｓｋ ｌａｓｅ
ｒ）等が実用化を目標として盛んに研究されている実情
である。特に、半導体マイクロディスクレーザーは、所
要電力が非常に小さく、狭い空間に高密度の集積が可能
であるため、光コンピュータ（ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｍ
ｐｕｔｅｒ）、光通信等の光情報処理分野においてその
需要が急増するものと見込まれる。しかし、前記の微小
共振器レーザーの場合、ＷＧＭが分布する円形共振器の
内部に利得媒質が存在し、興奮した利得媒質の熱効果に
よりＱ値が減少するという短所がある。
【０００４】エバネッセント波との結合を介して生成さ
れた利得を用いて信号光が増幅できるということは、７
０年代に平面導波管構造において確認された。最近で
は、光ファイバーのクラッディングに利得媒質をドーピ
ング（Ｄｏｐｉｎｇ）して光ファイバーレーザーを発振
させた報告が発表されており、光通信分野において光増
幅器や光源として脚光を浴びている。円形微小共振器の
場合、Ｑ値の非常に大きい共振器モードが存在可能なこ
とが、広く知られている。液滴や液体ジェットのように
熱的摂動に敏感な微小共振器の場合に達成可能なＷＧＭ
の有効Ｑ値は、１０８程度に制約されるが、溶融シリカ
微小球のような固体球をもって達成可能な有効Ｑ値は、
約１０１０程度に非常に大きくなり得る。従って、この
ような高品位微小共振器でのエバネッセント波との結合
特性を用いたレーザーを開発すると、その産業的応用性
が多大なものと推察されている。それにも係わらず、微
小共振器の外部にある利得媒質とＷＧＭのエバネッセン
ト波との結合を介するエバネッセント波微小共振器レー
ザーに関する研究は、未だに初歩段階に留まっている。
【０００５】要約すると、エバネッセント波との結合を
用いた光増幅及び光ファイバーレーザーが開発されては
いるが、これを微小共振器に適用した発明は、未だにな
かった。なお、従来の微小共振器レーザーは、利得媒質
を微小共振器の内部に配置しているため、Ｑ値が制限さ
れ、興奮した利得媒質によりＱ値が減少して、高品位微
小共振器レーザーを実現することができなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明が解決
すべき技術的課題は、従来の微小共振器レーザーと概念
的に相違しているエバネッセント波微小共振器レーザー
を具現できることに注目し、利得媒質を微小共振器の外
部に配置することで、興奮した利得物質が共振器に及ぼ
す影響を最小化し、最高品質のエバネッセント波微小共
振器を用いたレーザーを提供することにある。
【０００７】本発明の更なる技術的課題は、共振器のＱ
値が、１０９〜１０１０である高品位の微小共振器を用
いることにより、利得媒質を興奮させるしきいエネルギ
ー値を大幅に下げることができ、利得媒質の濃度や共振
器の表面粗さの調節を通じて発振周波数の調節と単一周
波数発振を可能にするエバネッセント波微小共振器レー
ザーを提供することにある。
【０００８】本発明のまた更なる技術的課題は、数十〜
数百ミクロン程度の小さい共振器を用いることにより、
高密度集積が可能であり、最高品位の共振器を活用する
ことにより、単一原子、分子または量子点を利得媒質と
して量子的性質を有する微小共振器レーザーを提供する
ことにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記技術的課題を達成す
るための本発明は、円形対称構造を有する微小共振器
と；前記微小共振器の外部に配置し、前記微小共振器の
屈折率より低い屈折率を有する利得媒質と；前記利得媒
質に励起エネルギーを印可し、前記利得媒質を興奮させ
るエネルギー印加手段と；を備えることにより、前記共
振器モードのエバネッセント波との結合による利得から
発振するエバネッセント波微小共振器レーザーを提供す
ることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施例を説明す
るに先立って、本発明の一般の具現例について説明する
ことにする。
【００１１】図１は、本発明の一般の具現例であるエバ
ネッセント波微小共振器レーザーの概略図である。図１
を参照すると、エバネッセント波微小共振器レーザー
は、円形微小共振器１１０、利得媒質部１２０、利得媒
質の外部領域１３０、発振して外部に漏出されるＷＧＭ
レーザー光１４０、及び外部で励起エネルギーを印加し
て利得媒質を興奮させる部分１５０とからなっている。
【００１２】円形微小共振器１１０は、直径が数十〜数
百ミクロン程度の大きさで、表面が滑らかで円形形態を
有しており、Ｑ値が非常に高いＷＧＭが存在する。ここ
で、円形微小共振器とは、共振器が円形対称（ｃｉｒｃ
ｕｌａｒｌｙ ｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ）構造を有する
ものであって、これには、シリンダー状、ディスク状、
球状、または楕円体（ｅｌｌｉｐｓｏｉｄ）状が含まれ
得る。利得媒質部１２０は、円形微小共振器１１０より
小さい屈折率を有しなければならず、利得を出せる蛍光
分子、原子、量子点（ｑｕａｎｔｕｍ ｄｏｔ）または
半導体ｐ−ｎ接合（ｊｕｎｃｔｉｏｎ）が分布されてい
る部分においてＷＧＭのエバネッセント波が存在する部
分１２２でのみ利得を得ることができる。説明しない図
面符号１２４は、エバネッセント波が存在しない利得領
域を示す。エバネッセント波領域１２２は、その厚さが
波長大きさより小さく、０．５ミクロン程度である。利
得媒質の外部領域１３０は、利得媒質部１２０より屈折
率が大きく、利得媒質部１２０と利得媒質の外部領域１
３０との境界面にＷＧＭが存在しないようにしなければ
ならない。従って、屈折率の大きさは、利得媒質部１２
０より円形微小共振器１１０の方が大きく、利得媒質部
１２０より利得媒質の外部領域１３０の方が大きくなけ
ればならず、屈折率の比は、Ｑ値の大きいＷＧＭが円形
微小共振器１１０と利得媒質部１２０との間に存在でき
る条件を満たさなければならない。図１において、利得
媒質の外部領域１３０の屈折率が、利得媒質部１２０の
それより小さいか、同じの場合でも、利得媒質部１２０
と利得媒質の外部領域１３０との境界面の粗さを酷くし
て、利得媒質部１２０と利得媒質の外部領域１３０との
境界面に存在し得るＷＧＭの有効Ｑ値を大幅下げ、レイ
ジング（ｌａｓｉｎｇ）が発生しないようにしてもよ
い。ＷＧＭレーザー光１４０は、微小共振器１１０を全
反射しながら回り、エバネッセント波の漏洩形態で外部
に出力される。従って、漏洩される地点の境界面から該
境界面の接線方向に放出される形態を示す。微小共振器
１１０の外部に配置されている利得媒質部１２０を興奮
させるために、外部からエネルギーを印加しなければな
らない。外部エネルギーは、利得媒質が蛍光分子、或い
は原子である場合、光エネルギー形態で入力し、量子点
である場合、電圧を印可するか、光エネルギーを入射す
ることができ、半導体ｐ−ｎ接合、または量子井戸（ｑ
ｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ）である場合、電流形態でエネ
ルギーを供給するようにする。Ｑ値が非常に大きい円形
微小共振器では、しきいエネルギーが非常に小さくなる
ことがあるため、消費電力が非常に小さい微小共振器レ
ーザーを具現することができるという長所がある。
【００１３】図２は、エバネッセント波微小共振器レー
ザーに用いられた１２５ミクロン大きさの円筒状微小共
振器に存在するＷＧＭ（ｗｈｉｓｐｅｒｉｎｇ ｇａｌ
ｌｅｒｙ ｍｏｄｅ）のエバネッセント波の空間的分布
を示すグラフである。即ち、図２に半径ａが１２５ミク
ロンの光ファイバー（屈折率：１．４５５）に存在する
複数のＷＧＭの放射方向ｒに沿う空間的分布を示した。
モードオーダーがｌのＷＧＭは、放射方向にｌ個の強さ
ピーク（ｐｅａｋ）を有することが分かり、シリンダー
微小共振器の外部に指数関数的に減少するエバネッセン
ト波が存在することを示す。ＷＧＭの体積の中でエバネ
ッセント波領域が占める体積の比をηとすると、ηは、
約１／１５〜１／３０の値を有する。ηが１より非常に
小さいということは、発振した大部分のレーザー光が共
振器の内部に閉ざされ、エバネッセント波領域の利得媒
質に及ぼす影響を最小化できるということを意味する。
エバネッセント波微小共振器レーザーにおいてＷＧＭの
発振周波数、または発振波長は、下記の式１に示された
γ（λ）曲線の最小点の近傍で決められる。
【００１４】
【数１】
【００１５】式中、λは、光の波長、σａ（λ）、σｅ
（λ）は、それぞれ波長λでの利得媒質の吸収及び放出
断面積、ｎｔは、利得媒質分子、原子、または量子点の
単位体積当りの個数、ｍは、利得媒質に対する円形微小
共振器の相対屈折率を示す。このように、与えられた波
長を中心にしてＷＧＭが群（ｇｒｏｕｐ）形態で発振す
ることが、微小共振器レーザーの特徴である。従って、
ＷＧＭのＱ値を異にすると、発振波長が移動し、利得媒
質の濃度ｎｔを変化させると、発振波長も同じく変化さ
せることができる。
【００１６】以下に、添付図面を参照して、本発明の好
ましい実施例を更に詳細に説明する。
【００１７】図３は、本発明の一実施例によるエバネッ
セント波シリンダー状微小共振器レーザーの概略図であ
る。図３を参照すると、シリンダー状微小共振器３１０
の外部を屈折率が小さい利得媒質部３２０が取り囲み、
またこの外部を利得媒質部３２０より大きい屈折率を有
する保護層３２５が取り囲んでいる。保護層３２５の厚
さは、外部領域３３０の屈折率が保護層３２５のそれよ
り大きい場合には問題ないが、保護層３２５の屈折率よ
り小さい場合には、保護層３２５と外部領域３３０との
間の境界面に存在するＷＧＭが利得媒質部３２０まで分
布していない厚さでなければならない。具体的に、外部
領域３３０に対する保護層３２５の相対屈折率がｍ’で
あれば、保護層３２５の厚さは、約ａ８（１−１／
ｍ’）以上でなければならない。ここで、ａ８は、保護
層３２５の半径である。仮に、保護層３２５と外部領域
３３０との屈折率が同一であるようにすると、保護層３
２５の屈折率が利得媒質部３２０のそれより大きくする
必要があり、その逆の場合には、利得媒質部３２０と保
護層３２５との境界面の粗さを酷くし、利得媒質部３２
０と保護層３２５との間のＷＧＭの発振を抑えなければ
ならない。本実施例において、シリンダー状微小共振器
３１０として、直径が１２５ミクロンの光ファイバーを
使用し、利得媒質部３２０として、レーザー色素ロダミ
ン（Ｒｈｏｄａｍｉｎｅ）６Ｇが２ｍＭ／Ｌの濃度で溶
解されたエタノール溶液を使用した。利得媒質部３２０
の外部保護層３２５は、屈折率が１．４５８の溶融シリ
カキャピラリ（ｃａｐｉｌｌａｒｙ）として、利得媒質
部３２０より大きい屈折率を有する。この場合、エタノ
ールの屈折率は、１．３６１で光ファイバーの屈折率
（１．４５５）より小さく、エタノール−光ファイバー
との境界面にＱ値が大きいＷＧＭが存在する。このと
き、Ｑ−スイッチングＮｄ：ＹＡＧレーザー（５３２ｎ
ｍ）パルス（パルス幅：１０ｎｓ）を励起光として使用
した。
【００１８】図４は、シリンダー状微小共振器の外部に
レーザー色素が存在するとき、エバネッセント波との結
合により発振するＷＧＭのスペクトルを示すグラフであ
る。図４を参照すると、発生した信号光がレイジング
（ｌａｓｉｎｇ）過程により発振した光ファイバーＷＧ
Ｍであることを確実に表わしている。励起光の強さが
０．２ｍＪであるときには、約３つのピーク（ｐｅａ
ｋ）のみがスペクトル上に表れるが、励起光の強さが１
ｍＪ、３ｍＪに増加するに伴って表れるピークの数が増
加する。これは、発生する信号光が典型的な多重モード
発振レーザーの出力光のようにしきい特性があることを
示す。図４において、ピーク間の間隔は、約０．６ｎｍ
と測定され、これは１２５ミクロン直径のシリンダー共
振器で計算されたモード間隔と一致する。従って、測定
されたスペクトルが、光ファイバーの境界面より放出さ
れたエバネッセント波レーザーの出力光のスペクトルで
あることを確認することができる。６００ｎｍ波長の近
傍で発振したモードは、Ｑ値が約３×１０７程度のＷＧ
Ｍであることを式１を使用して確認することができる。
【００１９】再び図４を参照すると、励起光の強さが少
ないときには、殆ど単一モード発振が起こることが分か
る。特殊な光ファイバー位置では、励起光の強さが増加
しても単一周波数発振が起こることが確認できる。かか
る単一周波数発振は、光ファイバーの表面粗さと関連が
ある。表面粗さを適当に調節し、単一周波数発振を起こ
す微小共振器レーザーを実現すると、その用途が多様な
ものと見込まれる。光情報通信用光源は、大概単一周波
数動作を必要とするという点を考慮すると、単一周波数
エバネッセント波微小共振器レーザーの必要性が強く感
じられる。これを実現するために、本発明では、微小共
振器の表面粗さを周期的に調節して、一種の回折格子
（ｇｒａｔｉｎｇ）を形成し、これを達成する。発振し
ようとするＷＧＭのモード数がｎの場合、円形共振器周
囲に数十ｎｍ程度の表面粗さを周期的に２ｎ回印加す
る。そうすると、ＷＧＭの補強及び消滅干渉効果による
Ｑ値の変調が起こって、モード数ｎのＷＧＭのみが補強
干渉し、レイジング過程において主導的に発振するよう
になり、単一周波数発振を達成することができる。
【００２０】図５は、本発明の更なる実施例によるエバ
ネッセント波球状微小共振器レーザーの概略図である。
本実施例では、Ｑ値が非常に大きい球状微小共振器が用
いられる。図５を参照すると、その大きさが数十〜数百
ミクロンになる球状微小共振器５１０の外部に屈折率の
小さい利得媒質部５２０を設け、球状微小共振器５１０
と利得媒質部５２０の近傍のＷＧＭ５４５をレーザー発
振に用いる。利得媒質部の外部領域５３０は、前記のよ
うに、利得媒質部５２０よりその屈折率を大きくする
か、利得媒質部５２０と利得媒質部の外部領域５３０と
の境界面の粗さを酷くする。発振するＷＧＭの出力５４
０は、境界面の接線方向に放出される。球状微小共振器
の場合、その対称性によってどこが極でどの地点が赤道
なのか決まらないため、ａを球の半径にする如何なる円
形軌道も発振することができ、レーザー光は四方から測
定される。かかる点を補完するために、利得媒質部を特
定領域のみに局限するか、或いは球状微小共振器を楕円
形態に潰し、主導的に発振する円形軌道を設定すること
ができる。特に、電流を印加して利得媒質を興奮させる
場合には、２つの電極の位置を極地点にし、赤道付近で
主導的にレーザー発振が起こるようにすると、様々な分
野に応用できる。
【００２１】図６は、また更なる実施例によるエバネッ
セント波ディスク状微小共振器レーザーの概略図であ
る。ＡｌＧａＡｓ，ＩｎＧａＰ等の半導体量子井戸円形
微小共振器レーザーでは、微小共振器そのものが利得媒
質になる特徴があるが、本発明では、Ｑ値が大きいディ
スク状微小共振器が作製された後、その外部に前記の利
得媒質が配置されるという特徴がある。一般に、半導体
構造物でドーピング（ｄｏｐｉｎｇ）濃度を異にする
と、屈折率が変わる。図６の実施例では、ディスク状微
小共振器６１０と利得媒質６２０を作製するとき、ドー
ピング濃度を異にし、ディスク状微小共振器６１０の屈
折率が利得媒質６２０の屈折率より高くする。同様に、
利得媒質の外部領域６３０のドーピング濃度を調節して
その屈折率が利得媒質６２０のそれより高く設定し、外
部で電流や光エネルギーを印加すると、ディスク状微小
共振器６１０と利得媒質６２０との境界面の付近に存在
するＷＧＭの発振が起こる。利得媒質の保護層６２５の
屈折率が、利得媒質の外部領域６３０のそれと同じであ
ることもあり、利得媒質の外部領域６３０の屈折率が利
得媒質の保護層６２５のそれより小さい場合には、利得
媒質の保護層６２５と利得媒質の外部領域６３０との境
界面上のＷＧＭの分布が、利得媒質６２０に浸透しない
ようにしなければならない。
【００２２】図７は、高品位微小球のエバネッセント波
領域に単一量子点、原子、または分子を配置し、量子的
性質を有する量子光レーザーを具現する概略図である。
図７を参照すると、Ｑ値の非常に大きいシリカ微小球
（ｓｉｌｉｃａ ｍｉｃｒｏ−ｓｐｈｅｒｅ）７１０の
外部に単一原子、分子または量子点７１２がＷＧＭ７４
５のエバネッセント波領域７２０内にあるとき発振して
レーザー光７４０を放出する単一量子光微小共振器レー
ザーの概略図である。図７では、エバネッセント波領域
７２０を微小球７１０の半径方向増加に伴って強度が減
少するエバネッセント波として示した。約５０〜５００
ミクロン大きさのシリカ微小球７１０は、光ファイバー
７００をＣＯ２レーザーや水素−酸素炎で溶かして作製
する。光ファイバーの長さ方向を重力方向に平行するよ
うにし、重力下において光ファイバーの一端を溶かして
作製したシリカ微小球は、赤道の半径が極の半径より小
さい潰れた楕円形となる。従って、赤道の付近を中心に
して発振するＷＧＭが、レーザー光７４０の方向と同様
に、境界面の接線方向に放出される。この場合、溶融シ
リカの吸収係数が、可視光または赤外線領域において非
常に小さいため、有効Ｑ値が１０９〜１０１０程度の非
常に大きい高品位微小共振器の具現が可能となる。この
ような高品位微小共振器は、損失が非常に少ないため、
僅かな利得のみでもレーザーの発振が可能となり、利得
の極端に大きい単一原子、分子または量子点のみでもレ
ーザーの発振が起こり得る。この場合、発振したレーザ
ー光は、単一原子と共振器との相互作用で発生するた
め、光の量子的性質が反映された新しい形態の光を作り
出せる。かかる量子光レーザーは、量子光学、近接場光
学等の分野に適用できる根本的な光源を提供することが
できる。
【００２３】
【発明の効果】上述のように本発明によると、円形微小
共振器のエバネッセント波との結合を通じて形成された
利得を介して発振する微小共振器レーザーを具現するこ
とができる。本発明により超低しきい半導体レーザーが
実現すると、光情報処理に必要なエネルギーを最小化す
ることができる。そして、大きさが非常に小さい微小共
振器の特徴を利用することで、光情報処理用高集積光源
アレイ（ａｒｒａｙ）の作製にも応用できる。また本発
明は、利得媒質の濃度や微小共振器の表面粗さを調節
し、発振波長を調節することができるため、光源素子に
柔軟性を与え、適用分野の拡大を図ることができる。本
発明は、また超高品位の微小共振器を利用することがで
きるため、単一原子、分子、または量子点を用いた量子
光レーザーを実現することができ、量子光学、近接場光
学等の分野に有用な光源素子の開発を可能にする。
【００２４】本発明は、前記実施例に限定されることで
はなく、本発明の技術的思想内で当該分野における通常
の知識を有する者により様々な変形が可能であることは
明らかである。従って、本発明によるエバネッセント波
微小共振器レーザーを集積してアレイ（ａｒｒａｙ）形
態で使用しても本発明の応用に該当することは自明であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一般の具現例であるエバネッ
セント波微小共振器レーザーの概略図である。
【図２】図２は、エバネッセント波微小共振器レーザー
に用いられた１２５ミクロン大きさの円筒状微小共振器
に存在するＷＧＭ（ｗｈｉｓｐｅｒｉｎｇ ｇａｌｌｅ
ｒｙ ｍｏｄｅ）のエバネッセント波の空間的分布を示
すグラフである。
【図３】図３は、本発明の一実施の形態によるエバネッ
セント波シリンダー状微小共振器レーザーの概略図であ
る。
【図４】図４は、シリンダー状微小共振器の外部にレー
ザー色素が存在するとき、エバネッセント波との結合に
より発振するＷＧＭのスペクトルを示すグラフである。
【図５】図５は、本発明の他の実施の形態によるエバネ
ッセント波球状微小共振器レーザーの概略図である。
【図６】図６は、本発明の他の実施の形態によるエバネ
ッセント波ディスク状微小共振器レーザーの概略図であ
る。
【図７】図７は、高品位微小球のエバネッセント波領域
に単一量子点、原子、または分子を配置して量子的性質
を有する量子光レーザーを具現する概略図である。
【符号の説明】
１１０ 円形対称構造の微小共振器 １２０ 利得媒質部 １２２ エバネッセント波領域 １２４ エバネッセント波が存在しない利得領域 １３０ 利得媒質の外部領域 １４０ 共振器の境界面から接線方向に出射するレーザ
ー光 １５０ 励起光または励起エネルギー ３１０ シリンダー状微小共振器 ３２０ 利得媒質部 ３２５ 利得媒質部の保護領域 ３３０ 外部領域 ５１０ 球状微小共振器 ５２０ 利得媒質部 ５３０ 利得媒質部の外部領域 ５４０ 放出されるＷＧＭ光 ５４５ ＷＧＭ軌道 ６１０ ディスク状微小共振器 ６２０ 利得媒質 ６２５ 利得媒質の保護層 ６３０ 外部領域 ７００ 光ファイバー筋 ７１０ 高品位シリカ微小球 ７１２ 単一原子、分子または量子点 ７２０ エバネッセント波の強さ分布 ７４０ 放出されるＷＧＭ光 ７４５ ＷＧＭ
フロントページの続き (72)発明者 キュン ウォン アン 大韓民国 305−701 タエジョン，ユサン −ク，クサン−ドン 373−１，コリア アドバンスト インスティテュート オブ サイエンス アンド テクノロジー，デ パ−トメント オブ フィジクス内 (72)発明者 ヒー ジョン モーン 大韓民国 305−701 タエジョン，ユサン −ク，クサン−ドン 373−１，コリア アドバンスト インスティテュート オブ サイエンス アンド テクノロジー，ナ チュラル サイエンス リサーチ インス ティテュート内 (72)発明者 ヤング タク チョウグ 大韓民国 305−701 タエジョン，ユサン −ク，クサン−ドン 373−１，コリア アドバンスト インスティテュート オブ サイエンス アンド テクノロジー，ナ チュラル サイエンス リサーチ インス ティテュート内 Ｆターム(参考） 5F072 AB13 AB20 AK01 AK03 5F073 AA62 AA72 AA89

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 円形対称構造を有する微小共振器と；前
    記微小共振器の外部に配置し、前記微小共振器の屈折率
    より低い屈折率を有する利得媒質と；前記利得媒質に励
    起エネルギーを印可し、前記利得媒質を興奮させるエネ
    ルギー印加手段と；を備えることにより、前記共振器モ
    ードのエバネッセント波との結合による利得から発振す
    るエバネッセント波微小共振器レーザー。
  2. 【請求項２】 前記微小共振器が、シリンダー状、ディ
    スク状、球状、または楕円体状であることを特徴とする
    請求項１に記載のエバネッセント波微小共振器レーザ
    ー。
  3. 【請求項３】 前記利得媒質が、蛍光分子または蛍光原
    子であることを特徴とする請求項１に記載のエバネッセ
    ント波微小共振器レーザー。
  4. 【請求項４】 前記エネルギー印加手段が、前記利得媒
    質に対する光エネルギー印加手段であることを特徴とす
    るエバネッセント波微小共振器レーザー。
  5. 【請求項５】 前記利得媒質が、量子点であることを特
    徴とする請求項１に記載のエバネッセント波微小共振器
    レーザー。
  6. 【請求項６】 前記エネルギー印加手段が、前記利得媒
    質に対する電圧、または光エネルギー印加手段であるこ
    とを特徴とする請求項５に記載のエバネッセント波微小
    共振器レーザー。
  7. 【請求項７】 前記利得媒質が、半導体ｐ−ｎ接合、ま
    たは半導体量子井戸であることを特徴とする請求項１に
    記載のエバネッセント波微小共振器レーザー。
  8. 【請求項８】 前記エネルギー印加手段が、前記利得媒
    質に対する電流印加手段であることを特徴とする請求項
    ７に記載のエバネッセント波微小共振器レーザー。
  9. 【請求項９】 前記微小共振器が、シリカ溶融過程を経
    て作製されたことを特徴とする請求項１に記載のエバネ
    ッセント波微小共振器レーザー。
  10. 【請求項１０】 前記微小共振器の円形対称部分の単面
    直径が、１０〜２００ミクロン範囲内にあることを特徴
    とする請求項１に記載のエバネッセント波微小共振器レ
    ーザー。
  11. 【請求項１１】 前記微小共振器のＱ値が、１０９〜１
    ０１０範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の
    エバネッセント波微小共振器レーザー。
  12. 【請求項１２】 前記微小共振器より出射する光の発振
    波長が、下記の式、 （式中、λは光の波長、ηは、ＷＧＭの体積中において
    エバネッセント波領域が占める体積の比、σａ（λ）、
    σｅ（λ）はそれぞれ波長λでの利得媒質の吸収及び放
    出断面積、ｎｔは、利得媒質分子、原子、または量子点
    の単位体積当りの個数、ｍは利得媒質に対する円形微小
    共振器の相対屈折率である）に示されたγ（λ）曲線の
    最小点の近傍で決められることを特徴とする請求項１に
    記載のエバネッセント波微小共振器レーザー。
  13. 【請求項１３】 前記利得媒質とその外部領域との境界
    面が、粗さを有することを特徴とする請求項１２に記載
    のエバネッセント波微小共振器レーザー。
  14. 【請求項１４】 円形微小共振器の表面粗さが周期的に
    調節されて回折格子の役割をすることにより、単一周波
    数で発振することを特徴とする請求項１２に記載のエバ
    ネッセント波微小共振器レーザー。
  15. 【請求項１５】 前記微小共振器の外部に単一原子、分
    子または量子点を配置し、量子的性質を有することを特
    徴とする請求項３、５及び７のいずれかに記載のエバネ
    ッセント波微小共振器レーザー。
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