JP2005277219A - Photonic crystal laser - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザプリンタやバーコードリーダ等、レーザ光を走査する必要がある各種装置に好適に用いることのできるレーザ素子及びレーザ装置に関する。 The present invention relates to a laser element and a laser apparatus that can be suitably used for various apparatuses that need to scan laser light, such as a laser printer and a barcode reader.
レーザプリンタやバーコードリーダ等においては、印字や読み取りのためにレーザ光の走査を行っている。ここでは、従来のレーザプリンタにおけるレーザ走査装置について、図1を用いて説明する。 Laser printers, barcode readers, and the like scan laser light for printing and reading. Here, a laser scanning device in a conventional laser printer will be described with reference to FIG.
半導体レーザ11から出力されるレーザ光は、回転するポリゴンミラー12の側面において反射され、f-θレンズ13を通過して感光体ドラム14を照射する。ポリゴンミラー12の1つの側面にレーザ光が照射されている間は、ポリゴンミラー12の回転により、レーザ光の照射点(レーザ光スポット)は感光体ドラム14の一方の端151から他方の端152へと連続的に移動する。レーザ光スポットが該他方の端152に達した時、ポリゴンミラー12上でのレーザ光の反射位置は丁度その側面の端となっている。そして、次の瞬間、レーザ光の反射位置は次の側面の始端となり、それにより、感光体ドラム14上でのレーザ光スポットも、前記一方の端151に戻る。このようにして、感光体ドラム14上にレーザ光が繰り返し走査されながら照射され、その間、レーザ光がON/OFFされることにより文字やイメージの印刷が行われる。
Laser light output from the
レーザプリンタの印刷速度を高速化するためには、感光体ドラム上のレーザ光スポットの走査速度を高速化する必要がある。上記の構成によると、感光体ドラム14上を走査するレーザ光スポットの速度はポリゴンミラーの回転速度により定まる。しかし、このような機械的な運動の速度を高めるには限界があるため、図1の構成では印刷速度の高速化が困難であった。
In order to increase the printing speed of the laser printer, it is necessary to increase the scanning speed of the laser beam spot on the photosensitive drum. According to the above configuration, the speed of the laser beam spot that scans on the
特許文献1には、より走査速度を高めるための構成として、複数の面発光垂直共振器半導体レーザ(VCSEL)をアレイ状に配置したレーザ光源を用いたものが記載されている。この構成では、複数のVCSELから同時にレーザ光を照射することにより走査の高速化を図っている。しかし、VCSEL自身にビームを動かす能力を持たせる事が難しく、走査にはポリゴンミラーが必須であり、また、シングルモードVCSELの出力は3mW程度に限られているという問題がある。 Patent Document 1 describes a configuration using a laser light source in which a plurality of surface emitting vertical cavity semiconductor lasers (VCSEL) are arranged in an array as a configuration for further increasing the scanning speed. In this configuration, the scanning speed is increased by simultaneously irradiating laser light from a plurality of VCSELs. However, it is difficult to give the VCSEL itself the ability to move the beam, a polygon mirror is essential for scanning, and the output of the single mode VCSEL is limited to about 3 mW.
一方、近年、新しいタイプのレーザとして、フォトニック結晶を用いたものが開発されている。フォトニック結晶は、誘電体に周期構造を人工的に形成したものである。周期構造は一般に、誘電体本体とは屈折率が異なる領域を本体内に周期的に設けることにより形成される。その周期構造により、結晶内でブラッグ回折が生じ、また、光のエネルギーに関してエネルギーバンドギャップが形成される。
特許文献2には、2次元フォトニック結晶を用いたレーザ光源が記載されている。このレーザ光源は、2枚の電極(導電性半導体層)の間に発光材料を含む活性層を有し、その活性層の上側に2次元フォトニック結晶が形成されている。この2次元フォトニック結晶は、板状の部材(スラブ)に2次元的に周期的な屈折率の分布を設けたものである。電極からのキャリアの注入により活性層から発光が生じ、この光が2次元フォトニック結晶の周期構造による回折により強められ、それによりレーザ発振する。この周期構造の周期が媒質内波長と一致する時、スラブ面に垂直な方向に向けて発光する。このレーザー光源では、VCSELよりも大出力の発光を得ることができる。
On the other hand, in recent years, a new type of laser using a photonic crystal has been developed. A photonic crystal is obtained by artificially forming a periodic structure in a dielectric. The periodic structure is generally formed by periodically providing a region having a refractive index different from that of the dielectric body in the body. Due to the periodic structure, Bragg diffraction occurs in the crystal, and an energy band gap is formed with respect to the energy of light.
本発明が解決しようとする課題は、機械的な走査機構を用いることなく、高出力のレーザ光のビームを高速で走査することができるレーザ素子及びレーザ装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a laser element and a laser apparatus that can scan a beam of high-power laser light at high speed without using a mechanical scanning mechanism.
上記課題を解決するために成された本発明に係るフォトニック結晶レーザ素子の第1の態様のものは、
a)電荷の注入により所定の波長の光を発生する活性層と、
b)前記活性層の上側に設けた、前記所定波長に対応した周期構造を有する2次元フォトニック結晶と、
c)前記2次元フォトニック結晶の上側に複数個並べた上部電極と、
d)前記活性層の下側に設けた下部電極と、
を有することを特徴とする。
The photonic crystal laser device according to the first aspect of the present invention, which has been made to solve the above problems,
a) an active layer that generates light of a predetermined wavelength by charge injection;
b) a two-dimensional photonic crystal provided above the active layer and having a periodic structure corresponding to the predetermined wavelength;
c) a plurality of upper electrodes arranged above the two-dimensional photonic crystal;
d) a lower electrode provided under the active layer;
It is characterized by having.
本発明に係るフォトニック結晶レーザ素子の第2の態様のものは、
a)電荷の注入により所定の波長の光を発生する活性層と、
b)前記活性層の上側に設けた、前記所定波長に対応した周期構造を有する2次元フォトニック結晶と、
c)前記2次元フォトニック結晶の上側に設けた上部電極と、
d)前記活性層の下側に複数個並べた下部電極と、
を有することを特徴とする。
The photonic crystal laser device according to the second aspect of the present invention is
a) an active layer that generates light of a predetermined wavelength by charge injection;
b) a two-dimensional photonic crystal provided above the active layer and having a periodic structure corresponding to the predetermined wavelength;
c) an upper electrode provided on the upper side of the two-dimensional photonic crystal;
d) a plurality of lower electrodes arranged below the active layer;
It is characterized by having.
本発明に係るフォトニック結晶レーザ装置は、上記フォトニック結晶レーザ素子と、前記上部電極と下部電極間に電圧を印加する電圧印加手段と、前記複数個並べた上部電極又は下部電極毎の印加電圧のON/OFFを制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。 The photonic crystal laser device according to the present invention includes the photonic crystal laser element, voltage applying means for applying a voltage between the upper electrode and the lower electrode, and an applied voltage for each of the upper electrode or the lower electrode arranged in a plurality. And a control means for controlling ON / OFF.
なお、ここでは活性層を下、2次元フォトニック結晶を上とする方向性を用いたが、これはあくまで表現の便宜のために用いたものであり、両者及びそれ以外の層は、その順序が上記の通りとなっていれば任意の方向に配置することが可能である。 Here, the directionality with the active layer down and the two-dimensional photonic crystal up is used, but this is only used for convenience of expression, and both and other layers are in the order. Can be arranged in any direction as long as it is as described above.
本発明に係るフォトニック結晶レーザ素子は、活性層と2次元フォトニック結晶を有する。この点では特許文献2のレーザと同様である。ここで、活性層と2次元フォトニック結晶は直接接している必要はなく、両者の間にスペーサ等の層が介挿されていても十分なフィードバック効果が得られる。このような層を介挿して活性層と2次元フォトニック結晶の間の距離を調節することにより、発光領域の大きさを調節することができる。活性層は電荷の注入により所定の波長の光を発生するものである。活性層の材料には、例えば、従来よりファブリ・ペロー型レーザ光源に用いられているものと同じものを用いることができる。2次元フォトニック結晶は、一般に、スラブ状の母材に、それとは屈折率が異なる同一形状の領域を多数、周期的に配置することにより形成される。この周期には、三角格子状、正方格子状、六角格子状等のものがある。また、周期は活性層における発光の波長に合わせて設定する。周期は、通常は発光波長と一致させるが、それ以外(例えば発光波長の1/2の長さの周期)でもレーザ発振が可能なものもある。
The photonic crystal laser element according to the present invention has an active layer and a two-dimensional photonic crystal. This is the same as the laser disclosed in
これら活性層及び2次元フォトニック結晶を挟むように、下部電極及び上部電極を設ける。活性層と下部電極との間に別の層が介挿されていてもよい。
第1の態様のフォトニック結晶レーザ素子においては、上部電極は、2次元フォトニック結晶の上側に別個のものを複数個並べて配置する。上部電極の並べ方は直線状(1次元状)であってもよいし、あるいは正方格子状や三角格子状等のように2次元状に配置してもよい。なお、2次元フォトニック結晶と上部電極の間には別の層が介挿されていてもよい。例えば、2次元フォトニック結晶の間に層状の部材を配置し、その上に上部電極を載置してもよい。
A lower electrode and an upper electrode are provided so as to sandwich the active layer and the two-dimensional photonic crystal. Another layer may be interposed between the active layer and the lower electrode.
In the photonic crystal laser element of the first aspect, a plurality of separate upper electrodes are arranged on the upper side of the two-dimensional photonic crystal. The arrangement of the upper electrodes may be linear (one-dimensional), or may be two-dimensionally arranged such as a square lattice or a triangular lattice. Note that another layer may be interposed between the two-dimensional photonic crystal and the upper electrode. For example, a layered member may be disposed between two-dimensional photonic crystals, and an upper electrode may be placed thereon.
活性層の下側に設ける下部電極は、上部電極に対応して複数個設けてもよいが、複数の上部電極に対して共通の下部電極を1個設けるようにしてもよい。下部電極と活性層の間にも他の層が介挿されていてもよい。活性層において生成される光が下部電極側から外部に漏出しないように、下部電極又は前記介挿層はこの光を反射するものであることが望ましい。 A plurality of lower electrodes provided on the lower side of the active layer may be provided corresponding to the upper electrode, but one common lower electrode may be provided for the plurality of upper electrodes. Another layer may be interposed between the lower electrode and the active layer. It is desirable that the lower electrode or the intervening layer reflects this light so that light generated in the active layer does not leak outside from the lower electrode side.
以上のように構成される素子に、電圧印加手段と制御手段を設けることにより、フォトニック結晶レーザ装置が構成される。電圧印加手段は、上部電極と下部電極の間に電圧を印加するものであり、通常の直流電源を用いることができる。制御手段は、各上部電極毎に印加電圧のON/OFFを制御するものである。各上部電極のON/OFFのタイミングは、後に示す例のように、このフォトニック結晶レーザの用途に応じて適宜決めればよい。 A photonic crystal laser device is configured by providing a voltage applying unit and a control unit in the element configured as described above. The voltage applying means applies a voltage between the upper electrode and the lower electrode, and a normal DC power supply can be used. The control means controls ON / OFF of the applied voltage for each upper electrode. The ON / OFF timing of each upper electrode may be appropriately determined according to the use of the photonic crystal laser as in the example shown later.
本発明のフォトニック結晶レーザ装置の動作について説明する。
まず、このレーザ装置におけるレーザ光の発光の機構について説明する。上部電極のうちの1個と下部電極の間に電圧を印加すると、その上部電極と下部電極の間に挟まれた部分の活性層にキャリアが注入され、活性層から、その材料により定まる所定の波長の光が生成される。この光は2次元フォトニック結晶内にも導入され、その波長に対応した結晶の周期構造により回折する。これにより、この波長の光が増幅され、レーザ発振する。このレーザ光は、上部電極の周囲の一定の範囲内(発光領域)から、上部電極側の外部へ面的に放射される。なお、発生したレーザ光を上下方向に閉じこめることにより、このレーザ光を素子の側面から取り出すようにすることもできる。
The operation of the photonic crystal laser device of the present invention will be described.
First, the mechanism of laser light emission in this laser device will be described. When a voltage is applied between one of the upper electrodes and the lower electrode, carriers are injected into a portion of the active layer sandwiched between the upper electrode and the lower electrode, and a predetermined value determined by the material from the active layer. Wavelength light is generated. This light is also introduced into the two-dimensional photonic crystal and is diffracted by the periodic structure of the crystal corresponding to the wavelength. As a result, light of this wavelength is amplified and laser oscillation occurs. This laser light is emitted in a plane from the inside of a certain range (light emitting region) around the upper electrode to the outside on the upper electrode side. The generated laser beam can be taken out from the side surface of the element by confining the generated laser beam in the vertical direction.
本発明のフォトニック結晶レーザ素子及びレーザ光源では、上部電極が複数個設けられていることにより、従来のレーザにはない動作を実現することができる。まず、制御手段で各上部電極毎の印加電圧のON/OFFを制御することにより発光領域を切り替え、これにより、見かけ上、レーザ光のビームを移動させることができる。 In the photonic crystal laser element and the laser light source of the present invention, since a plurality of upper electrodes are provided, an operation that is not found in a conventional laser can be realized. First, the light emission region is switched by controlling ON / OFF of the applied voltage for each upper electrode by the control means, whereby the laser beam can be apparently moved.
次に、1個の上部電極周囲の発光領域の大きさ(直径)をdとした場合、上部電極間の距離をdよりも小さくして多数配列し、隣接する所定個数の上部電極に同時に電圧を印加する(ONする)と、これら上部電極の全体で1個の発光領域(広域発光領域)が形成される。上部電極のON/OFFを1個ずつ、又は所定個数ずつ順次切り替えてゆくことにより、この広域発光領域を少しずつ又はステップ状に移動させることができる。前者の方法によれば発光領域をスムーズに移動することができ、後者の方法によれば発光領域を速やかに移動させることができる。いずれにせよ、発光領域が広域となるため、高出力のレーザ光を発生することができる。 Next, when the size (diameter) of the light emitting region around one upper electrode is d, a large number of arrays are arranged with the distance between the upper electrodes being smaller than d, and a voltage is applied simultaneously to a predetermined number of adjacent upper electrodes. Is applied (turned on), one light emitting region (wide light emitting region) is formed by the whole upper electrode. By switching ON / OFF of the upper electrode one by one or sequentially by a predetermined number, this wide light emitting region can be moved little by little or stepwise. According to the former method, the light emitting region can be moved smoothly, and according to the latter method, the light emitting region can be moved quickly. In any case, since the light emitting area is wide, high output laser light can be generated.
なお、通常は同時に電流を流している複数の電極には、どれにも同じ値の電流を流すが、電極によって流す電流値を変えることで、ビームの形状を制御することが可能である。 Normally, the same value of current flows through a plurality of electrodes that are simultaneously flowing with current, but the shape of the beam can be controlled by changing the current value that flows through the electrodes.
本発明に係るレーザ素子では上部電極側からレーザ光を取り出すために、上部電極にはその波長の光に対して透明な材料を用いることが望ましい。 In the laser element according to the present invention, in order to extract laser light from the upper electrode side, it is desirable to use a material that is transparent to light of that wavelength for the upper electrode.
上記構成のフォトニック結晶レーザ素子では、レーザ光は発光領域からほぼ垂直に外部に放射されるため、レーザ光の放射範囲は素子の全長(又は全幅)の範囲内でしかない。従って、より広い範囲に放射したい場合には、上部電極上に、各上部電極付近から出力されるレーザ光の向きを変える手段(偏向手段)を設けることが望ましい。偏向手段としては、素子全体を覆うレンズや、各素子毎に設けられたプリズム等を挙げることができる。 In the photonic crystal laser element configured as described above, since the laser light is radiated to the outside almost perpendicularly from the light emitting region, the emission range of the laser light is only within the full length (or full width) of the element. Therefore, when it is desired to radiate to a wider range, it is desirable to provide means (deflecting means) for changing the direction of the laser light output from the vicinity of each upper electrode on the upper electrode. Examples of the deflecting means include a lens that covers the entire element, a prism provided for each element, and the like.
ここまでは、上部電極を複数個並べて配置した第1の態様のフォトニック結晶レーザ素子及びレーザ装置について説明したが、上部電極の代わりに下部電極を複数個並べて配置してもよい。これが第2の態様のフォトニック結晶レーザ素子及びレーザ装置である。この場合、上部電極は複数あるいは全ての下部電極に共通して1個設ければ足りる。各下部電極毎に上部電極との間に電圧を印加すると、レーザ光は、その下部電極の周囲の一定の範囲内の直上において、上部電極から外部へ面的に放射される。第2の態様のフォトニック結晶レーザ素子及びレーザ装置の動作は、第1の態様のものと同様である。 Up to this point, the photonic crystal laser element and laser device of the first aspect in which a plurality of upper electrodes are arranged side by side have been described, but a plurality of lower electrodes may be arranged in place of the upper electrode. This is the photonic crystal laser element and laser device of the second embodiment. In this case, it is sufficient to provide one upper electrode in common for a plurality of or all lower electrodes. When a voltage is applied between each lower electrode and the upper electrode, the laser beam is emitted from the upper electrode to the outside just above a certain range around the lower electrode. The operations of the photonic crystal laser element and laser device of the second aspect are the same as those of the first aspect.
フォトニック結晶内においては、フォトニック結晶の周期構造に対応した波長の光が増幅されるため、フォトニック結晶内の周期構造をその結晶内の位置により異なるものとすることにより、レーザ光の波長をチューニングすることができる。 In the photonic crystal, light having a wavelength corresponding to the periodic structure of the photonic crystal is amplified. Therefore, by changing the periodic structure in the photonic crystal depending on the position in the crystal, the wavelength of the laser light is increased. Can be tuned.
本発明のフォトニック結晶レーザ装置では、機械的な走査機構を用いることなく、複数個並べた上部電極又は下部電極に印加する電圧のON/OFFによりレーザ光を走査することができる。レーザ光の走査速度は、上記機械的走査機構による速度の制約を受けることがないため、従来よりも速くすることができる。また、大出力での発光が可能なフォトニック結晶レーザを用いるため、得られるレーザ光の強度も十分大きくすることができる。 In the photonic crystal laser device of the present invention, laser light can be scanned by ON / OFF of a voltage applied to a plurality of upper electrodes or lower electrodes arranged without using a mechanical scanning mechanism. Since the scanning speed of the laser beam is not limited by the speed of the mechanical scanning mechanism, it can be made faster than before. In addition, since a photonic crystal laser capable of emitting light with high output is used, the intensity of the obtained laser light can be sufficiently increased.
本発明のフォトニック結晶レーザはこのような特長を有するため、レーザプリンタやバーコードリーダ等におけるレーザ光の走査装置に好適に用いることができる。また、本発明の構成は様々な波長のフォトニック結晶レーザに適用可能なので、例えば、青・緑・赤の三原色にそれぞれ2次元的な電極を付け、それぞれの光をスクリーン等に走査させることで、フルカラーのディスプレイへの応用も可能である。 Since the photonic crystal laser of the present invention has such a feature, it can be suitably used for a laser beam scanning device in a laser printer, a barcode reader, or the like. In addition, since the configuration of the present invention can be applied to photonic crystal lasers of various wavelengths, for example, by attaching two-dimensional electrodes to the three primary colors of blue, green, and red, and scanning each light on a screen or the like. Application to full-color displays is also possible.
本発明に係るフォトニック結晶レーザ素子の一実施例を、図2を用いて説明する。
インジウム・ガリウム砒素(InGaAs)/ガリウム砒素(GaAs)から成り多重量子井戸(multiple-quantum well:MQW)を有する活性層21の上に、下部スペーサ22を介して、2次元フォトニック結晶23を設ける。2次元フォトニック結晶23はGaAsから成る板材に空孔24を正方格子状に周期的に配置したものである。なお、本実施例では下部スペーサ22と2次元フォトニック結晶23は1枚の層として形成され、上側の部分にのみ空孔24が形成されて2次元フォトニック結晶23として機能し、その下の部分が下部スペーサ22として機能するようになっている。活性層21の下側には、この層に近い方から順に、GaAsから成る閉じ込め層25、n型アルミニウム・ガリウム砒素(AlGaAs)から成る下部クラッド層26、及びn型GaAsから成る下部基板を設ける。この下部基板を50から100ミクロン程度の厚さに機械的に研磨した後、金、ゲルマニウム、ニッケルを蒸着して、400℃程度に加熱して合金化することで、下部電極27となる。2次元フォトニック結晶23の上側には、この層に近い方から順に、GaAsから成る上部スペーサ28、p型AlGaAsから成る上部クラッド層29、p型GaAsから成るコンタクト層30を設ける。これらの各層は、特許文献2に記載の方法と同様の方法により製造することができる。
An embodiment of the photonic crystal laser element according to the present invention will be described with reference to FIG.
A two-
コンタクト層30上に、多数の上部電極33を直線状に並べて配置する。本実施例では、上部電極33の平面形状を、その配列方向に垂直な方向に長い長方形とする。上部電極33の材料には、例えば金を用いることができる。金を用いた電極は、電流のロスを最小限に抑えることができると共に、例えば蒸着法により容易に作製することができる。あるいは、この上部電極33として、キャリアをドープした酸化亜鉛(ZnO)等から成る透明電極を用いてもよい。このような透明電極を用いることにより、より大きな光量を外部に取り出すことができるようになる。
A large number of
下部電極27及び各上部電極33を図3に示すように並列に直流電源に接続し、各上部電極33毎にトランジスタ等から成るスイッチ34を設ける。そして、これらのスイッチ34のON/OFFを制御するための制御部35を設ける。以上のように、フォトニック結晶レーザ装置が構成される
As shown in FIG. 3, the
本実施例のフォトニック結晶レーザ装置の動作を、図4を用いて説明する。まず、多数配列された上部電極33のうち、一方の端にある4個の電極331〜334を1組として、これらと下部電極との間に電圧を印加して電流を導入する。これにより、活性層21のうち、これら4個の上部電極331〜334の直下及びその周辺にキャリアが注入され、その領域において光が生成される。この光は2次元フォトニック結晶23内にも導入され、そこで回折され、増幅されることにより、レーザ発振する。なお、2次元フォトニック結晶23は領域42の内部に形成されている。このレーザ光はフォトニック結晶23の面に垂直な方向に放射され、コンタクト層30から外部へ放出される。この時、図4(a)に示すように、電流を導入した4個の上部電極331〜334の周囲が発光領域411となるが、本実施例では各上部電極331〜334をその配列方向に垂直な方向に長い長方形とし、電流を導入した領域を正方形に近い形にしたため、発光領域411は正方形に近い形となる。
The operation of the photonic crystal laser device of this example will be described with reference to FIG. First, among the many arranged
次に、上記4個の電極のうち最も左側にある上部電極331への電流の導入をOFFにし、それと同時に、それらの右側に隣接する上部電極335に電流を導入する(図4(b))。これにより、発光領域は411から412に移動する。このように、制御部35により各上部電極のスイッチを制御し、電流を導入する上部電極を順次切り換えていくことにより、発光領域を上部電極33の配列方向に移動してゆくことができる。
Next, the current introduction to the leftmost
発光領域は、素子の左端から右端に向けてほぼ連続的に移動し、素子の右端に達すると素子の左端に戻って再びその左端から右端に向けてほぼ連続的に移動する、という動作を繰り返す。この動作は、図1に示したレーザプリンタにおけるレーザ光の走査と同じものとなる。 The light emitting region repeats the operation of moving substantially continuously from the left end of the element toward the right end, returning to the left end of the element when reaching the right end of the element, and moving substantially continuously from the left end toward the right end again. . This operation is the same as the laser beam scanning in the laser printer shown in FIG.
同時に電流を導入する上部電極の個数は、上に示した4個の場合には限られない。例えば、一度に1個の上部電極にのみ電流を導入してもよい。但し、より滑らかにレーザ光を走査するためには、上記のように同時に複数の上部電極に電流を導入してその一部ずつON/OFFしてゆくようにすることが望ましい。また、上記の例では発光領域が右端に達した時、発光領域がすぐに素子の左端に戻るように制御しているが、用途によっては、発光領域が右端に達した後、右端から左端に向けて逆方向に戻るように移動させてもよい。 The number of upper electrodes that simultaneously introduce current is not limited to the four shown above. For example, the current may be introduced only to one upper electrode at a time. However, in order to scan the laser beam more smoothly, it is desirable to introduce current into a plurality of upper electrodes at the same time as described above and turn them on / off part by part. In the above example, when the light emitting area reaches the right end, the light emitting area is controlled so that it immediately returns to the left end of the device.However, depending on the application, the light emitting area reaches the right end and then changes from the right end to the left end. You may make it move so that it may return and reverse.
更に、図5に示すように、上記のように1個の発光領域511を形成すると同時に、その発光領域511から離れた位置に発光領域512を形成してもよい。同様に、3つ以上の発光領域を同時に形成してもよい。これら複数の発光領域を同時に走査することにより、1個の発光領域を走査する場合よりも短時間で所定の領域内を走査することができる。
Further, as shown in FIG. 5, the
上部電極33の形状は上記のように配列方向に垂直な方向に長い長方形には限られず、例えば正方形等であってもよい。また、電極を2次元状に配置して、様々な方向へ1個、もしくは同時に複数個のビームを走査してもよい。
The shape of the
図6に、各上部電極33毎にレーザ光の向きを変える(偏向する)手段を設けた例を示す。図6の例では、フォトニック結晶レーザ素子の上側に、全上部電極33を覆うように1個のレンズ61を設けたものである。これにより、レーザ光の放射範囲が上部電極33の配列方向に拡がり、フォトニック結晶レーザ素子を小型化しつつ、レーザ光の照射範囲(走査範囲)を広くすることができるようになる。
FIG. 6 shows an example in which means for changing (deflecting) the direction of the laser beam is provided for each
本発明のフォトニック結晶レーザ素子及びフォトニック結晶レーザ装置は上記の例に限られない。例えば、図7に示すように、上部電極33を2次元状に配置してもよい。この場合、図8(a)に矢印で示す順に電流を注入する上部電極33を切り換えることにより、発光領域を2次元的に走査することができる。また、図8(b)に示すように、上部電極33の列毎に電流を注入する上部電極33を切り換えることにより、複数のレーザ光を同時に走査することができる。
The photonic crystal laser element and the photonic crystal laser device of the present invention are not limited to the above examples. For example, as shown in FIG. 7, the
また、図9に示すように、上部電極33は1枚のものとして形成し、下部電極32を基板31上に複数個形成してもよい。このフォトニック結晶レーザ素子も、上記実施例のものと同様に動作する。
Further, as shown in FIG. 9, the
本発明に係るフォトニック結晶レーザ素子をレーザプリンタの光源部に用いる例を図10に示す。図10(a)の構成では、感光体ドラム73の印刷有効幅と同じ長さのフォトニック結晶レーザ素子71を製作し、感光体ドラム73に対向して配置する。この構成では、感光体ドラム73の印刷有効幅のドット数(例えば、1200dpiで感光体ドラム73の有効印刷幅が10インチ=25.4cmの場合、12000個)に対応する数の上部電極をその印刷有効幅内に配置する必要があるが、本発明に係るフォトニック結晶レーザ素子では上部電極を十分小さくすることができ(前記例の場合、ピッチは約20μm)、なおかつレーザ発振を行うことができるため、このような構成をとることが可能である。
FIG. 10 shows an example in which the photonic crystal laser element according to the present invention is used in a light source unit of a laser printer. In the configuration of FIG. 10A, a photonic
図10(b)の構成では、感光体ドラム73の印刷有効幅よりも短い、しかし、同じ数の上部電極を備えたフォトニック結晶レーザ素子72を製作し、感光体ドラム73に対向して配置する。例えば、フォトニック結晶レーザ素子72の大きさ(長さ)を感光体ドラム73の印刷有効幅の1/10(上記例では、2.54cm)とした場合、上部電極の配置ピッチは約2μmとなるが、短波長レーザを用いればこのピッチは十分可能である。この構成の場合、フォトニック結晶レーザ素子からレーザ光を広範囲に出射するため、図6に示したようにフォトニック結晶レーザ素子上にレンズ61を配置するか、或いはフォトニック結晶レーザ素子とは別にフォトニック結晶レーザ素子光源と感光体ドラム73の間にレンズ74を設ける。
In the configuration of FIG. 10B, a photonic
いずれの構成にせよ、フォトニック結晶レーザ素子光源の各上部電極への電圧の印加のON/OFFの制御によりレーザ光の発光を上記のように制御し、感光体ドラム73上において従来のレーザプリンタと同様にレーザ光の走査を行う。このように、ポリゴンミラーを用いることなく、電子的に走査を行うことができるため、非常に高速な印刷を行うことができるようになる。
Regardless of the configuration, the laser light emission is controlled as described above by ON / OFF control of voltage application to each upper electrode of the photonic crystal laser element light source, and a conventional laser printer is formed on the
11…半導体レーザ
12…ポリゴンミラー
13、74…レンズ
14、73…感光体ドラム
21…活性層
22…下部スペーサ
23…2次元フォトニック結晶層
24…空孔
25…閉じ込め層
26…下部クラッド層
27、32…下部電極
28…上部スペーサ
29…上部クラッド層
30…コンタクト層
33、331、332、333、334、335…上部電極
34…スイッチ
35…制御部
411、412、511、512…発光領域
42…2次元フォトニック結晶が形成されている領域
61…マイクロレンズ
71、72…フォトニック結晶レーザ素子
DESCRIPTION OF
Claims (10)
b)前記活性層の上側に設けた、前記所定波長に対応した周期構造を有する2次元フォトニック結晶と、
c)前記2次元フォトニック結晶の上側に複数個並べた上部電極と、
d)前記活性層の下側に設けた下部電極と、
を有することを特徴とするフォトニック結晶レーザ素子。 a) an active layer that generates light of a predetermined wavelength by charge injection;
b) a two-dimensional photonic crystal provided above the active layer and having a periodic structure corresponding to the predetermined wavelength;
c) a plurality of upper electrodes arranged above the two-dimensional photonic crystal;
d) a lower electrode provided under the active layer;
A photonic crystal laser element comprising:
b)前記活性層の上側に設けた、前記所定波長に対応した周期構造を有する2次元フォトニック結晶と、
c)前記2次元フォトニック結晶の上側に設けた上部電極と、
d)前記活性層の下側に複数個並べた下部電極と、
を有することを特徴とするフォトニック結晶レーザ素子。 a) an active layer that generates light of a predetermined wavelength by charge injection;
b) a two-dimensional photonic crystal provided above the active layer and having a periodic structure corresponding to the predetermined wavelength;
c) an upper electrode provided on the upper side of the two-dimensional photonic crystal;
d) a plurality of lower electrodes arranged below the active layer;
A photonic crystal laser element comprising:
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