JP2002314194A - Photonic crystal laser - Google Patents

Photonic crystal laser

Info

Publication number
JP2002314194A
JP2002314194A JP2001118634A JP2001118634A JP2002314194A JP 2002314194 A JP2002314194 A JP 2002314194A JP 2001118634 A JP2001118634 A JP 2001118634A JP 2001118634 A JP2001118634 A JP 2001118634A JP 2002314194 A JP2002314194 A JP 2002314194A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
photonic crystal
refractive index
gain medium
laser
lattice
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001118634A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobuhiko Susa
信彦 須佐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP2001118634A priority Critical patent/JP2002314194A/en
Publication of JP2002314194A publication Critical patent/JP2002314194A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the threshold energy and the threshold gain of a defect type photonic crystal laser. SOLUTION: The photonic crystal has materials with different refractive index which are periodically arranged in lattice form. Parts of lattice points comprising cylindrical-shaped air holes (vacancy) 2 corresponding to the materials with low refractive index are removed for forming lattice defects. Gain medium 3 of the laser is arranged in the position of the lattice defects for forming a photonic crystal laser. The cylindrical holes 2 are made in a dielectric material such as silicon corresponding to the material with higher refractive index of the photonic crystal by etching or the like. Since current injection excitation or light excitation is efficiently aroused only in parts of a resonator by arranging the gain medium in it, the threshold energy can be reduced. Also, by optimizing the radius and the refractive index of the gain medium, the threshold gain can be reduced.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ装置に関
し、特にフォトニック結晶中の格子欠陥を光共振器とし
て用いるフォトニック結晶レーザに関する。
The present invention relates to a laser device, and more particularly, to a photonic crystal laser using a lattice defect in a photonic crystal as an optical resonator.

【0002】[0002]

【従来の技術】フォトニック結晶の欠陥による光共振器
を利用したレーザは、その共振器が高性能な(すなわ
ち、Q値が大きい)ため、自然放出光が制御できる。こ
の結果、自然放出光結合係数が大きくとれるため(極限
では、係数1)、ゼロしきい値レーザの実現が期待され
ている。
2. Description of the Related Art A laser utilizing an optical resonator due to a defect in a photonic crystal can control spontaneous emission light because the resonator has a high performance (that is, a large Q value). As a result, since the spontaneous emission light coupling coefficient can be increased (the coefficient is 1 in the limit), the realization of a zero threshold laser is expected.

【0003】従来のこの種の欠陥型レーザを図11を用
いて説明する。図11において、灰色の地の部分101
はレーザの利得媒質(半導体、色素、有機物など)であ
り、丸い白色の部分(白抜き部分)102はエッチング
などにより利得媒質101に円筒状の穴をあけたもので
ある。通常、この利得媒質101が化合物半導体の場合
にはその屈折率は3.5程度であり、格子状に配列した
円筒穴102内の空気とその半導体とで格子状の周期的
屈折率変調を実現し、これによりフォトニック結晶レー
ザが構成される。
A conventional defect type laser of this type will be described with reference to FIG. In FIG. 11, a gray background portion 101
Denotes a gain medium (semiconductor, dye, organic substance, etc.) of the laser, and a round white portion (white portion) 102 is formed by forming a cylindrical hole in the gain medium 101 by etching or the like. Usually, when the gain medium 101 is a compound semiconductor, its refractive index is about 3.5, and a lattice-like periodic refractive index modulation is realized by the air and the semiconductor in the cylindrical holes 102 arranged in a lattice. Thus, a photonic crystal laser is formed.

【0004】このレーザ装置では、周期的に屈折率が変
化する構造のために、特定の範囲の波長の光がフォトニ
ック結晶中を透過できない。すなわち、フォトニックバ
ンドギャップができる。このフォトニックバンドギャッ
プの幅は、利得媒質101の屈折率が大きければ、それ
に応じて大きくなる。そして、図11に示すように、1
個の空気の円筒穴102を取り除くと、欠陥104が形
成される。この欠陥104がレーザ発振の光共振器とし
て働く。
In this laser device, light of a specific range of wavelength cannot pass through the photonic crystal because of the structure in which the refractive index changes periodically. That is, a photonic band gap is formed. The width of the photonic band gap increases as the refractive index of the gain medium 101 increases. Then, as shown in FIG.
When the individual air cylindrical holes 102 are removed, defects 104 are formed. This defect 104 functions as an optical resonator for laser oscillation.

【0005】図12は、図11のような配置構成のフォ
トニック結晶の格子定数(a)が320nm、空気円筒
穴102の半径(r)が128nmの場合の透過率の波
長特性を示し、光共振器の存在(働き)を示す。図12
から波長1000−1800nmに光を透過しない領域
であるフォトニックバンドギャップが存在することが分
かる。そして、波長1287.6nm付近に欠陥共振器
による透過のピーク(共振波長に相当)が見られる。
FIG. 12 shows the wavelength characteristic of the transmittance when the lattice constant (a) of the photonic crystal having the arrangement shown in FIG. 11 is 320 nm and the radius (r) of the air cylindrical hole 102 is 128 nm. Indicates the existence (work) of the resonator. FIG.
It can be seen from FIG. 7 that a photonic band gap, which is a region where light does not pass at a wavelength of 1000 to 1800 nm, exists. Then, a peak of transmission by the defective resonator (corresponding to the resonance wavelength) is seen around a wavelength of 1287.6 nm.

【0006】図11の灰色の地の部分101は半導体な
どの利得媒質から構成されているので、この部分を光や
電流注入により励起すると、レーザ発振が起こる。図1
1の構造において、例えば、102の空気円筒穴を9×
9個、104の共振器を5×5の位置に設置した場合に
は、その発振のしきい値は63.3cm−1、その発振
波長は1287.6nmである。
[0006] Since the gray ground portion 101 in FIG. 11 is made of a gain medium such as a semiconductor, when this portion is excited by light or current injection, laser oscillation occurs. FIG.
In the structure of No. 1, for example, 102 air cylinder holes are 9 ×
When nine and 104 resonators are installed at 5 × 5 positions, the oscillation threshold is 63.3 cm −1 and the oscillation wavelength is 1287.6 nm.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レーザ
発振のためには、共振器内にのみ利得媒質があればよい
が、上記の従来例のような欠陥型フォトニック結晶レー
ザでは、図11から明らかなように、共振器104の外
側にも利得媒質101が存在している。このため、光励
起または電流注入のエネルギーが、共振器の外部でも消
費されるために、発振しきい値エネルギー(例えば、発
振しきい値電流)が大きいという解決すべき課題があっ
た。
However, for laser oscillation, it is sufficient to provide a gain medium only in the resonator. However, in the case of the above-described defect type photonic crystal laser as in the conventional example, it is apparent from FIG. As described above, the gain medium 101 exists outside the resonator 104. For this reason, there is a problem to be solved that the oscillation threshold energy (for example, oscillation threshold current) is large because the energy of photoexcitation or current injection is also consumed outside the resonator.

【0008】さらに、その発振しきい値エネルギーを下
げるためには、発振波長をフォトニックバンドギャップ
の中央にする必要がある。なぜなら、この中央付近で、
共振器のQが一番高いからである。そのためには、共振
器内の利得媒質の屈折率を変え、共振波長をシフトさせ
る必要があるが、図11に示すような従来構造では、屈
折率が共振器内外で同じで固定されているため、その最
適化ができなかった。
Further, in order to lower the oscillation threshold energy, it is necessary to set the oscillation wavelength at the center of the photonic band gap. Because around this center,
This is because the Q of the resonator is the highest. For this purpose, it is necessary to change the refractive index of the gain medium in the resonator and shift the resonance wavelength. However, in the conventional structure as shown in FIG. 11, since the refractive index is the same inside and outside the resonator and fixed. , Could not optimize it.

【0009】本発明は、上述のような課題を解決するた
めになされたもので、その目的は、低しきい値エネルギ
ー化(例えば、低しきい値電流化)を図り、さらに、発
振しきい値利得を下げることを可能にしたフォトニック
結晶レーザを提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and has as its object to achieve lower threshold energy (for example, lower threshold current), and furthermore, an oscillation threshold. It is an object of the present invention to provide a photonic crystal laser capable of lowering a value gain.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1の発明のフォトニック結晶レーザは、屈折
率の異なる物質を周期的に格子状に配列したフォトニッ
ク結晶の、屈折率の低い方の物質からなる格子点の一部
を取り除くことにより格子欠陥を作り、該格子欠陥を光
共振器として用いるフォトニック結晶レーザであって、
前記格子欠陥の位置にレーザの利得媒質を配置したこと
を特徴とする。
In order to achieve the above object, a photonic crystal laser according to the first aspect of the present invention comprises a photonic crystal in which substances having different refractive indexes are periodically arranged in a lattice pattern. A photonic crystal laser using a lattice defect as an optical resonator by creating a lattice defect by removing a part of lattice points composed of a lower material,
A gain medium of a laser is arranged at the position of the lattice defect.

【0011】ここで、前記屈折率の低い方の物質に相当
する空孔群の中の一部の空孔にレーザの利得媒質を埋め
込むことで光共振器を構成したことを特徴とすることが
できる。
Here, an optical resonator is characterized in that a gain medium of a laser is buried in some holes in a group of holes corresponding to the substance having a lower refractive index. it can.

【0012】また、前記フォトニック結晶の格子定数を
a、前記屈折率の低い方の物質の半径をr、前記利得媒
質の半径をr、該利得媒質の屈折率をnとすると、
が、次式n≧6.425 −15.814(r/a)+13.0
98(r/a)を満足するように、nの値を設定し
たことを特徴とすることができる。
Further, the lattice constant of the photonic crystal a, the radius of the material of the lower of the refractive index r, radius r d of the gain medium, the refractive index of the gain medium and n d,
n d is, the following equation n d ≧ 6.425 -15.814 (r d /a)+13.0
98 (r d / a) 2 so as to satisfy the can, characterized in that setting the value of n d.

【0013】また、前記フォトニック結晶の、屈折率の
高い方の物質として、シリコン、InGaAsPに格子
整合するInP、あるいはSiC,SiN,GaNの誘
電体を用い、前記利得媒質としてInGaAsP,In
GaN,InGaSb,AlInAs,GaAsSb,
またはInPAsを、あるいは、各種の色素(例えば、
ローダミン6G)やEb(エルビウム)などの希土類を
添加したSi,あるいは希土類を添加したアモルファス
Siを用い、前記フォトニック結晶の、前記屈折率の低
い方の物質として、空気円筒穴、あるいは屈折率1.5
程度のSiO,Alの酸化物を用いたことを特
徴とすることができる。
Further, silicon, InP lattice-matched to InGaAsP, or a dielectric material of SiC, SiN, or GaN is used as a material having a higher refractive index in the photonic crystal, and InGaAsP, In is used as the gain medium.
GaN, InGaSb, AlInAs, GaAsSb,
Or InPAs, or various dyes (for example,
Rhodamine 6G) or Si to which a rare earth such as Eb (erbium) is added, or amorphous Si to which a rare earth is added, is used as the material having the lower refractive index of the photonic crystal. .5
It can be characterized in that oxides of SiO 2 and Al x O y are used to a certain extent.

【0014】(作用)本発明は、利得媒質を共振器内に
のみに配置することで、低しきい値エネルギー化(例え
ば、低発振しきい値電流化)が得られる。また、本発明
は、利得媒質の屈折率と半径を最適化することで、低発
振しきい値利得化が得られる。
(Function) According to the present invention, by disposing the gain medium only in the resonator, a lower threshold energy (for example, a lower oscillation threshold current) can be obtained. In the present invention, a low oscillation threshold gain can be obtained by optimizing the refractive index and radius of the gain medium.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0016】(第1の実施形態)図1は、本発明による
欠陥型フォトニック結晶レーザの実施形態の構成を示
す。本発明の一実施形態として、波長1100−130
0nm付近のレーザを取り上げることとする。
(First Embodiment) FIG. 1 shows a configuration of a defect type photonic crystal laser according to an embodiment of the present invention. In one embodiment of the present invention, wavelengths 1100-130
A laser near 0 nm is taken up.

【0017】この欠陥型フォトニック結晶レーザは、格
子状に配置された空気の円筒穴(空孔)2を取り囲む物
質1として屈折率3.5の例えばシリコンを用い、欠陥
格子の共振器中に例えばInGaAsPからなる利得媒
質3を設けたもので、その利得媒質3の半径をr、屈
折率をnとする。
This defect-type photonic crystal laser uses, for example, silicon having a refractive index of 3.5 as a substance 1 surrounding a cylindrical hole (hole) 2 of air arranged in a lattice shape, and uses a defect lattice resonator in a cavity. for example those in which a gain medium 3 made of InGaAsP, the radius of the gain medium 3 r d, the refractive index n d.

【0018】共振器の共振波長と利得媒質3の発光波長
を合わせるために、InGaAsPの組成比を必要に応
じて変えている。また、利得媒質3の屈折率を変える時
(屈折率1.5−2.0付近で)は、例えばポリメチン
系色素を用い、アルコールなどの溶媒の種類や希釈率を
変えている。
In order to match the resonance wavelength of the resonator with the emission wavelength of the gain medium 3, the composition ratio of InGaAsP is changed as required. When changing the refractive index of the gain medium 3 (in the vicinity of 1.5 to 2.0), for example, a polymethine dye is used, and the type and dilution ratio of a solvent such as alcohol are changed.

【0019】フォトニック結晶の格子定数(a)が32
0nm、空気円筒穴2の半径(r)が128nmの場合
(前述の従来例と同じ)、利得媒質3の半径rと屈折
率n を変えることで、共振器の共振波長を変えられる
ことを、図2および図3の波長対透過率の特性図に示
す。ここで、空気の円筒穴2を囲む1の誘電体物質(ま
たは、シリコンなどの間接バンドギャップ半導体で発光
効率が低く、レーザ媒質にならないもの)の屈折率を
3.5とした。
The lattice constant (a) of the photonic crystal is 32
0 nm, radius (r) of air cylinder hole 2 is 128 nm
(Same as the above conventional example), radius r of gain medium 3dAnd refraction
Rate n dCan change the resonance wavelength of the resonator
This is shown in the characteristic diagrams of wavelength versus transmittance in FIGS. 2 and 3.
You. Here, one dielectric substance surrounding the cylindrical hole 2 of air (or
Or indirect bandgap semiconductor such as silicon
Low efficiency, which does not become a laser medium)
3.5.

【0020】図2は、利得媒質3の屈折率nを、1.
8,2.4,3.4とした場合(半径r=160nm
で一定)の共振波長の変化の様子を示し、図3は利得媒
質3の半径rを100,128,160nmと変化さ
せた場合(屈折率n=3.4で一定)の共振波長の変
化の様子を示している。フォトニックバンドギャップの
中の、共振波長(レーザ発振波長)の位置は、しきい値
利得の大小関係を決める重要なパラメータであるが、図
2および図3に示すように、利得媒質3の屈折率n
半径rを変えることにより、所望の位置(理想的には
バンドギャップの真ん中)に共振波長を設定できる。な
お、レーザ発振はこの共振波長である。
FIG. 2 is a refractive index n d of the gain medium 3, 1.
8, 2.4, 3.4 (radius r d = 160 nm)
In shows how the change in the resonance wavelength constant), 3 if the radius r d of the gain medium 3 is varied with 100,128,160nm the resonant wavelength of (constant refractive index n d = 3.4) The state of change is shown. The position of the resonance wavelength (laser oscillation wavelength) in the photonic band gap is an important parameter that determines the magnitude relation of the threshold gain. As shown in FIGS. by varying the rate n d and radius r d, it can be set the resonance wavelength in a desired position (ideally in the middle of the band gap). The laser oscillation is at this resonance wavelength.

【0021】通常、利得媒質3の半径rが大きく、発
振波長がフォトニックバンドギャップの中央に位置する
と、しきい値利得は小さくなる。
[0021] Normally, larger radius r d of the gain medium 3 is, the oscillation wavelength is positioned at the center of the photonic band gap, the threshold gain is reduced.

【0022】次に、本発明の欠陥型フォトニック結晶レ
ーザのしきい値利得、発振波長と利得媒質3の半径
,屈折率nの関係を図4〜図8に示す。
Next, the defect type photonic crystal laser threshold gain of the present invention, the radius r d of the oscillation wavelength and the gain medium 3, the relationship between the refractive index n d shown in FIGS. 4-8.

【0023】図4、図5は、発信しきい値利得および発
振波長と利得媒質3の半径rの関係を示し、図4は屈
折率n=1.8、図5は屈折率n=3.4の場合を
示す。ここで、実験データである複数の黒丸または黒四
角のドットを繋いだ曲線は発信しきい値利得の特性を示
し、実験データである複数の白丸または白四角のドット
を繋いだ曲線は発振波長の特性を示すもので、後述の図
6〜図9の場合も同様である。
[0023] 4, 5, originating threshold gain and the oscillation wavelength and shows the relationship between the radius r d of the gain medium 3, 4 is the refractive index n d = 1.8, FIG. 5 is a refractive index n d = 3.4. Here, a curve connecting a plurality of black circles or black square dots as experimental data shows the characteristics of the transmission threshold gain, and a curve connecting a plurality of white circles or white square dots as the experimental data indicates the oscillation wavelength. It shows the characteristics, and is the same in the case of FIGS. 6 to 9 described later.

【0024】フォトニック結晶レーザは、しきい値利得
20−500cm−1程度で発振する。もちろん、この
値が低ければ低いほど望ましい。いずれの場合も、しき
い値利得は利得媒質3の半径rが大きくなると、下が
ることが、図4および図5からわかる。しかし、図5に
示すように、利得媒質3の屈折率n=3.4の場合、
レーザは、利得媒質3の半径rが大きいと、発振波長
が2つ存在し、すなわち、多モードで発振することがわ
かる。単一モード発振が、応用上重要な場合には、この
ように、多モードで発振する条件を避けなければいけな
い。
The photonic crystal laser oscillates with a threshold gain of about 20-500 cm -1 . Of course, the lower the value, the better. In either case, the threshold gain is the radius r d of the gain medium 3 is increased, decrease it, seen from FIGS. However, as shown in FIG. 5, when the refractive index n d of the gain medium 3 is 3.4,
Laser, the radius r d of the gain medium 3 is large, the oscillation wavelength is present two, i.e., it can be seen that oscillates at multimode. If single-mode oscillation is important for application, the conditions for oscillating in multiple modes must be avoided.

【0025】図6〜図8は、発信しきい値利得および発
振波長と利得媒質3の屈折率nの関係を示したもの
で、それぞれ図6は利得媒質3の半径r=80nm,
図7はr=160nm,図8はr=190nmの場
合を示している。この場合も、しきい値利得が最小値に
なる半径rと屈折率nの組み合わせが存在すること
が、図6〜図8から分かる。さらに、図7及び図8に示
すように、屈折率nと半径rがともに大きい場合に
は、図4、図5と同様に、多モードで発振するので注意
を要する。
[0025] 6 to 8, originating threshold gain and the oscillation wavelength and shows the relationship between the refractive index n d of the gain medium 3, respectively 6 radius r d = 80 nm of the gain medium 3,
FIG. 7 shows the case where r d = 160 nm, and FIG. 8 shows the case where r d = 190 nm. Again, that there are combinations of radius r d and a refractive index n d of threshold gain becomes a minimum value, can be seen from Figures 6-8. Furthermore, as shown in FIGS. 7 and 8, when the refractive index n d and radius r d are both large, 4, similarly to FIG. 5, requires careful oscillates in a multimode.

【0026】図4〜図8から(さらに、図に書かなかっ
た同様のデータから)求めた、利得媒質の半径(横軸:
ここでは、半径(r)を格子定数(a)で、規格化し
た値(r/a)で表している)と利得媒質3の最適屈
折率および最小しきい値利得を図9に示す。ここで、図
11の従来構造と比較のために、縦軸の値(最小発信し
きい値利得)は規格化せず、空気円筒穴2の格子定数a
=320nm、半径r=128nmに対する値を載せ
た。利得媒質3の屈折率nが次式(1)で表される時
(符号の時)、しきい値利得が最小になる。 n≧6.425 −15.814(r/a)+13.098(r/a) …(1)
The radius of the gain medium (horizontal axis: obtained from FIGS. 4 to 8 (and from similar data not shown))
Here, an radius (r d) with a lattice constant (a), a by which) the optimum refractive index and the minimum threshold gain of the gain medium 3 expressed in normalized value (r d / a) in FIG. 9 . Here, for comparison with the conventional structure of FIG. 11, the value on the vertical axis (minimum transmission threshold gain) is not normalized, and the lattice constant a of the air cylindrical hole 2 is
= 320 nm and a value for the radius r = 128 nm. When the refractive index n d of the gain medium 3 is represented by the following formula (1) (when the code), the threshold gain is minimized. n d ≧ 6.425 -15.814 (r d /a)+13.098(r d / a) 2 ... (1)

【0027】図6〜図8から明らかなように、利得媒質
3の屈折率nがこの値よりも小さい場合は、しきい値
利得が急増するため、請求項3ではこの範囲を除外して
いる。なお、最適条件では、発振しきい値利得は、4
4.7cm−1(r=190nm,n=1.6のと
き)であり、従来の欠陥型フォトニック結晶レーザのし
きい値利得の63.3cm−1よりも顕著に改善されて
いる。
As is apparent from FIGS. 6-8, when the refractive index n d of the gain medium 3 is less than this value, because the threshold gain increases rapidly, to the exclusion of the range in claim 3 I have. Note that under optimum conditions, the oscillation threshold gain is 4
4.7cm -1 (r d = 190nm, when n d = 1.6) is, is significantly improved than 63.3Cm -1 of threshold gain of the conventional defect photonic crystal laser .

【0028】(第2の実施形態)図10は、本発明によ
る電流注入型の欠陥型フォトニック結晶レーザの他の実
施形態の断面構造を示す。利得媒質部分3は、多層構造
のもので、バンドギャップの小さいInGaAsP32
とバンドギャップの大きなInP31から構成される量
子井戸を用いている。
(Second Embodiment) FIG. 10 shows a sectional structure of another embodiment of the current injection type defect type photonic crystal laser according to the present invention. The gain medium portion 3 has a multilayer structure, and has a small band gap of InGaAsP32.
And a quantum well composed of InP31 having a large band gap.

【0029】利得媒質部分3とn−InPの基板5の間
にはn−InP層51が形成されている。利得媒質部分
3の上面にはp−InPの電極層(電極部)6が積層さ
れ、この電極層6の上にはバンドギャップが小さく良好
なオーミックを与えるp−InGaAsP層7が積層さ
れている。また、基板5上に形成されたi−InPの誘
電体1の表面を覆って、電流損失を防ぐためのSiO
の絶縁膜8が形成されている。2は上述の実施形態と同
様な貫通した空気円筒穴である。そして、電極層6に電
流が注入されると利得媒質部分3を含む光共振器からレ
ーザ光が発生する。
An n-InP layer 51 is formed between the gain medium portion 3 and the n-InP substrate 5. A p-InP electrode layer (electrode portion) 6 is laminated on the upper surface of the gain medium portion 3, and a p-InGaAsP layer 7 having a small band gap and giving a good ohmic is laminated on the electrode layer 6. . Further, SiO 2 for covering the surface of the i-InP dielectric 1 formed on the substrate 5 to prevent current loss
Of the insulating film 8 is formed. 2 is a penetrated air cylindrical hole similar to that of the above-described embodiment. When a current is injected into the electrode layer 6, laser light is generated from the optical resonator including the gain medium portion 3.

【0030】その他の配置構成や寸法等の設計条件、お
よび作用効果等は上述の本発明の第1の実施形態とほぼ
同様であるので、その詳細な説明は省略する。
The other design conditions such as the arrangement, dimensions and the like, and the operational effects and the like are almost the same as those of the above-described first embodiment of the present invention.

【0031】(他の実施形態)以上説明した本発明の第
1、第2の実施形態では、空気円筒穴(空孔)を取り除
いた格子欠陥の位置にレーザの利得媒質を配置したが、
空気円筒穴を取り除かないで一部の空気円筒穴にレーザ
の利得媒質を埋め込むことで光共振器を構成しても同様
な作用効果が得られる。
(Other Embodiments) In the first and second embodiments of the present invention described above, the gain medium of the laser is arranged at the position of the lattice defect from which the air cylindrical holes (holes) have been removed.
A similar effect can be obtained even if an optical resonator is configured by embedding the gain medium of the laser in some of the air cylinder holes without removing the air cylinder holes.

【0032】また、本発明の第1の実施形態では、誘電
体としてシリコン、利得媒質としてInGaAsP、さ
らに空気円筒穴を用いたが、誘電体として、InGaA
sPに格子整合するInP、あるいはSiC,SiN,
GaNなどを用い、利得媒質としてInGaN,InG
aSb,AlInAs,GaAsSb,InPAsなど
を、さらに、各種の色素(例えば、ローダミン6G)や
Eb(エルビウム)などの希土類を添加したSi,ある
いは希土類を添加したアモルファスSiを用いても良
い。また、空気円筒穴の代わりに、屈折率1.5程度の
SiO,Alなどの酸化物を用いても良い。
In the first embodiment of the present invention, silicon is used as a dielectric, InGaAsP is used as a gain medium, and an air cylindrical hole is used. However, InGaAs is used as a dielectric.
InP lattice-matched to sP, or SiC, SiN,
InGaN, InG
It is also possible to use aSb, AlInAs, GaAsSb, InPAs and the like, and further use Si containing a rare earth such as various dyes (for example, rhodamine 6G) or Eb (erbium), or amorphous Si containing a rare earth. Further, instead of the air cylindrical hole, an oxide such as SiO 2 or Al x O y having a refractive index of about 1.5 may be used.

【0033】また、上記実施形態での発振波長は、11
00−1300nmとしたが、本発明は、構成材料を変
えれば他の波長領域でも適用できることは勿論である。
The oscillation wavelength in the above embodiment is 11
Although the wavelength is set to 00 to 1300 nm, it goes without saying that the present invention can be applied to other wavelength regions if the constituent materials are changed.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
欠陥型フォトニック結晶レーザの利得媒質を、共振器の
中にのみ配置することにより、この部分のみ効率的に電
流注入励起あるいは光励起が出来ることから、低しきい
値エネルギー(例えば、低しきい値電流)化が実現でき
るという効果を奏する。
As described above, according to the present invention,
By arranging the gain medium of the defect type photonic crystal laser only in the resonator, current injection pumping or optical pumping can be efficiently performed only in this portion. (Current) can be realized.

【0035】さらに、本発明によれば、利得媒質の半径
と屈折率を最適化することにより、低しきい値利得化が
実現できるという効果を奏する。
Further, according to the present invention, by optimizing the radius and the refractive index of the gain medium, there is an effect that a low threshold gain can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の利得媒質が欠陥光共振器内にのみ存在
するフォトニック結晶レーザの構成を示す概略模式図で
ある。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a photonic crystal laser in which a gain medium of the present invention exists only in a defective optical resonator.

【図2】本発明のフォトニック結晶レーザの共振器の透
過率の波長依存性(r=160nm、n=1.8,
2.4,3.4の場合)を示す特性図である。
FIG. 2 shows the wavelength dependence of the transmittance of the resonator of the photonic crystal laser of the present invention (r d = 160 nm, n d = 1.8,
FIG. 4 is a characteristic diagram illustrating the case of (2.4, 3.4).

【図3】本発明のフォトニック結晶レーザの共振器の透
過率の波長依存性(r=100,128,160n
m、n=3.4)の場合を示す特性図である。
FIG. 3 shows the wavelength dependence (r d = 100, 128, 160n) of the transmittance of the resonator of the photonic crystal laser of the present invention.
FIG. 9 is a characteristic diagram showing a case where m, nd = 3.4).

【図4】本発明のフォトニック結晶レーザの発振しきい
値利得および発振波長とrの関係(n=1.8の場
合)を示す特性図である。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relation between the oscillation threshold gain and the oscillation wavelength of the photonic crystal laser of the present invention and r d (when n d = 1.8).

【図5】本発明のフォトニック結晶レーザの発振しきい
値利得および発振波長とrの関係(n=3.4の場
合)を示す特性図である。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relation between the oscillation threshold gain and the oscillation wavelength of the photonic crystal laser of the present invention and r d (when n d = 3.4).

【図6】本発明のフォトニック結晶レーザの発振しきい
値利得および発振波長とnの関係(r=80nm)
の場合を示す特性図である。
FIG. 6 shows the relation between oscillation threshold gain, oscillation wavelength, and n d of the photonic crystal laser of the present invention (r d = 80 nm).
FIG. 9 is a characteristic diagram showing the case of FIG.

【図7】本発明のフォトニック結晶レーザの発振しきい
値利得および発振波長とnの関係(r=160nm
の場合)を示す特性図である。
FIG. 7 shows the relationship between the oscillation threshold gain and oscillation wavelength of the photonic crystal laser of the present invention and n d (r d = 160 nm).
FIG.

【図8】本発明のフォトニック結晶レーザの発振しきい
値利得および発振波長とnの関係(r=190nm
の場合)を示す特性図である。
FIG. 8 shows the relation between the oscillation threshold gain and the oscillation wavelength of the photonic crystal laser of the present invention and n d (r d = 190 nm).
FIG.

【図9】本発明のフォトニック結晶レーザの最小発振し
きい値利得および利得媒質の最適屈折率と利得媒質の規
格化半径(r/a)(ここで、rは利得媒質の半
径、aはフォトニック結晶の格子定数)を示す特性図で
ある。
[9] In the optimum refractive index and the gain medium normalized the radius of the photonic minimum oscillation threshold gain and the gain medium crystal laser according to the present invention (r d / a) (wherein, r d is the radius of the gain medium, (a) is a characteristic diagram showing a photonic crystal lattice constant).

【図10】本発明による電流注入型の欠陥型フォトニッ
ク結晶レーザの他の実施形態の断面構造を示す概略断面
図である。
FIG. 10 is a schematic sectional view showing a sectional structure of another embodiment of the current injection type defect type photonic crystal laser according to the present invention.

【図11】従来の利得媒質が欠陥による光共振器の外に
も存在するフォトニック結晶レーザの構成を示す概略模
式図である。
FIG. 11 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional photonic crystal laser in which a gain medium exists outside an optical resonator due to a defect.

【図12】従来のフォトニック結晶レーザ中の共振器の
透過率と波長の関係を示す特性図である。
FIG. 12 is a characteristic diagram showing a relationship between the transmittance and the wavelength of a resonator in a conventional photonic crystal laser.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 欠陥型フォトニック結晶レーザを構成する誘電体
(シリコンなど) 2 誘電体に開けた格子状に配置された空気の円筒穴
(または酸化物) 3 欠陥光共振器内にのみ存在するレーザの利得媒質
(InGaAsPなど) 5 n−InPの基板 6 p−InPの電極層(電極部) 7 p−InGaAsP層 8 SiOの絶縁膜 31 InP層 32 InGaAsP層 51 n−InP層 101 従来の欠陥型フォトニック結晶レーザを構成す
る利得媒質 102 利得媒質に開けた格子状に配置された空気の円
筒穴 104 欠陥による光共振器 a 空気円筒穴2の格子定数 b 空気円筒穴2の半径 r 利得媒質3の半径 n 利得媒質3の屈折率 r/a 利得媒質3の最適屈折率と利得媒質の規格化
半径
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Dielectric (silicon etc.) which comprises a defect type photonic crystal laser 2 Cylindrical hole (or oxide) of air arrange | positioned at the lattice shape opened in the dielectric 3 Gain of the laser which exists only in a defect optical resonator Medium (InGaAsP, etc.) 5 n-InP substrate 6 p-InP electrode layer (electrode part) 7 p-InGaAsP layer 8 SiO 2 insulating film 31 InP layer 32 InGaAsP layer 51 n-InP layer 101 Conventional defect type photo Gain medium constituting nick crystal laser 102 Cylinder holes of air arranged in a lattice formed in gain medium 104 Optical resonator due to defects a Lattice constant of air cylinder hole 2 b Radius of air cylinder hole 2 d Gain medium 3 normalized radius of the radius n d optimal refractive index and the gain medium having a refractive index r d / a gain medium 3 of the gain medium 3

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 屈折率の異なる物質を周期的に格子状に
配列したフォトニック結晶の、屈折率の低い方の物質か
らなる格子点の一部を取り除くことにより格子欠陥を作
り、該格子欠陥を光共振器として用いるフォトニック結
晶レーザであって、 前記格子欠陥の位置にレーザの利得媒質を配置したこと
を特徴とするフォトニック結晶レーザ。
1. A photonic crystal in which substances having different refractive indices are periodically arranged in a lattice form, by removing a part of lattice points made of a substance having a lower refractive index to form a lattice defect. 1. A photonic crystal laser, wherein a laser gain medium is arranged at the position of the lattice defect.
【請求項2】 前記屈折率の低い方の物質に相当する空
孔群の中の一部の空孔にレーザの利得媒質を埋め込むこ
とで光共振器を構成したことを特徴とする請求項1に記
載のフォトニック結晶レーザ。
2. The optical resonator according to claim 1, wherein a gain medium of a laser is buried in some holes in a group of holes corresponding to the substance having a lower refractive index. 2. The photonic crystal laser according to 1.
【請求項3】 前記フォトニック結晶の格子定数をa、
前記屈折率の低い方の物質の半径をr、前記利得媒質の
半径をr、該利得媒質の屈折率をnとすると、 nが、次式 n≧6.425 −15.814(r/a)+13.098(r
a) を満足するように、nの値を設定したことを特徴とす
る請求項1または2に記載のフォトニック結晶レーザ。
3. The photonic crystal has a lattice constant of a,
The radius of the material having a lower the refractive index r, radius r d of the gain medium, the refractive index of the gain medium and n d, n d is the formula n d ≧ 6.425 -15.814 (r d / a) +13.098 (r d /
so as to satisfy a) 2, photonic crystal laser according to claim 1 or 2, characterized in that setting the value of n d.
【請求項4】 前記フォトニック結晶の、屈折率の高い
方の物質として、シリコン、InGaAsPに格子整合
するInP、あるいはSiC,SiN,GaNの誘電体
を用い、 前記利得媒質としてInGaAsP,InGaN,In
GaSb,AlInAs,GaAsSb,またはInP
Asを、あるいは、各種の色素(例えば、ローダミン6
G)やEb(エルビウム)などの希土類を添加したS
i,あるいは希土類を添加したアモルファスSiを用
い、 前記フォトニック結晶の、前記屈折率の低い方の物質と
して、空気円筒穴、あるいは屈折率1.5程度のSiO
,Alの酸化物を用いたことを特徴とする請求
項3に記載のフォトニック結晶レーザ。
4. A material having a higher refractive index of the photonic crystal, such as silicon, InP lattice-matched to InGaAsP, or a dielectric material of SiC, SiN, or GaN.
GaSb, AlInAs, GaAsSb, or InP
As or various dyes (for example, rhodamine 6
S) with rare earth elements such as G) and Eb (erbium)
i, or amorphous Si to which rare earth is added, as the material having the lower refractive index of the photonic crystal, an air cylindrical hole or SiO having a refractive index of about 1.5
2, Al x O y the photonic crystal laser according to claim 3, characterized in that an oxide of.
JP2001118634A 2001-04-17 2001-04-17 Photonic crystal laser Pending JP2002314194A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001118634A JP2002314194A (en) 2001-04-17 2001-04-17 Photonic crystal laser

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001118634A JP2002314194A (en) 2001-04-17 2001-04-17 Photonic crystal laser

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2002314194A true JP2002314194A (en) 2002-10-25

Family

ID=18969000

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001118634A Pending JP2002314194A (en) 2001-04-17 2001-04-17 Photonic crystal laser

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2002314194A (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040013156A1 (en) * 2002-07-18 2004-01-22 Hongyu Deng Edge emitting lasers using photonic crystals
WO2005114281A2 (en) * 2003-07-03 2005-12-01 University Of Delaware Method for fabricating three-dimensional photonic crystals using a single planar etch mask and deep reactive-ion/plasma etching
US7079309B1 (en) * 2003-06-25 2006-07-18 Sandia Corporation Use of a photonic crystal for optical amplifier gain control
JP2007017951A (en) * 2005-06-07 2007-01-25 Canon Inc Resonator and light emitting device using the same
US7560298B2 (en) 2002-09-24 2009-07-14 Finisar Corporation Methods for producing a tunable vertical cavity surface emitting laser
WO2010062085A2 (en) * 2008-11-25 2010-06-03 한국전기연구원 Photonic crystal diode resonator for modulated electric field emission and electromagnetic wave oscillation
CN108028511A (en) * 2015-08-28 2018-05-11 国立大学法人京都大学 Two-dimensional photonic

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040013156A1 (en) * 2002-07-18 2004-01-22 Hongyu Deng Edge emitting lasers using photonic crystals
US7560298B2 (en) 2002-09-24 2009-07-14 Finisar Corporation Methods for producing a tunable vertical cavity surface emitting laser
US7079309B1 (en) * 2003-06-25 2006-07-18 Sandia Corporation Use of a photonic crystal for optical amplifier gain control
WO2005114281A2 (en) * 2003-07-03 2005-12-01 University Of Delaware Method for fabricating three-dimensional photonic crystals using a single planar etch mask and deep reactive-ion/plasma etching
WO2005114281A3 (en) * 2003-07-03 2006-02-23 Univ Delaware Method for fabricating three-dimensional photonic crystals using a single planar etch mask and deep reactive-ion/plasma etching
JP2007017951A (en) * 2005-06-07 2007-01-25 Canon Inc Resonator and light emitting device using the same
WO2010062085A2 (en) * 2008-11-25 2010-06-03 한국전기연구원 Photonic crystal diode resonator for modulated electric field emission and electromagnetic wave oscillation
WO2010062085A3 (en) * 2008-11-25 2010-08-19 한국전기연구원 Photonic crystal diode resonator for modulated electric field emission and electromagnetic wave oscillation
CN108028511A (en) * 2015-08-28 2018-05-11 国立大学法人京都大学 Two-dimensional photonic
CN108028511B (en) * 2015-08-28 2020-10-16 国立大学法人京都大学 Two-dimensional photonic crystal surface emitting laser

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7181120B2 (en) Optical active device
US6711200B1 (en) Tuneable photonic crystal lasers and a method of fabricating the same
KR100759603B1 (en) Vertical cavity surface emitting laser device
US5825799A (en) Microcavity semiconductor laser
US7733936B2 (en) Surface emitting laser
JP4766704B2 (en) Surface emitting laser
US7496127B2 (en) Optical device coupling light propagating in optical waveguide with diffraction grating
US6928097B2 (en) Edge emitting semiconductor laser and semiconductor laser module
JP4968959B2 (en) Photonic crystal and surface emitting laser using the photonic crystal
US6535537B1 (en) Optical amplification and light emitting element
US20090232176A1 (en) Single Mode Vertical Cavity Surface Emitting Laser Using Photonic Crystals With A Central Defect
JP4921038B2 (en) Resonator and light emitting device using the same
US5805627A (en) Laser diode and optical communications system using such laser diode
JP2002314194A (en) Photonic crystal laser
JP4360806B2 (en) Optically pumped surface emitting semiconductor laser device and method for manufacturing the same
US6526087B1 (en) Distributed feedback semiconductor laser
US10283937B2 (en) Optoelectronic device with enhanced lateral leakage of high order transverse optical modes into alloy-intermixed regions and method of making same
JP4603847B2 (en) Resonator, light emitting element, and wavelength conversion element
JPH0730199A (en) Semiconductor laser element
JP5163355B2 (en) Semiconductor laser device
JP2007234721A (en) Vertical resonator type surface-emitting laser
JPH0621578A (en) Semiconductor integrated modulation light source device
KR20060089740A (en) Surface-emitting semiconductor laser comprising a structured waveguide
JP7439902B2 (en) optical device
Takata et al. Non-Hermitian nanophotonics with photonic crystal cavities