JP2006332565A - Laser equipment using sub-wavelength periodic lattice - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the simple laser equipment that employs a sub-wavelength periodic lattice as a resonator to generate a laser beam and continuously varies the wavelength of the generated laser beam in a wide range of wavelength based on a simple principle called "mechanical pitch control". <P>SOLUTION: This equipment has a resonator of sub-wavelength periodic lattices composed of gain materials and arranged at regular pitches, and an excitation light source for emitting an exciting light to the above resonator. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、サブ波長周期格子を用いたレーザ装置に関するものである。   The present invention relates to a laser device using a subwavelength periodic grating.

サブ波長周期格子とは、波長より短い周期を持ち、高次の回折波を発生しない周期構造体である。これを用いた共鳴格子、偏向素子、位相板、反射防止構造などの様々な素子が提案されている。
その一例として、図1に共鳴格子の構造を示す(非特許文献1参照)。図1(a)に示すように、共鳴格子100は、屈折率が異なる2つの物質(屈折率2.1の物質)114,(屈折率2.0の物質)112で、幅314nm,厚さ134nmとして作成し、屈折率1.52の物質130上に載せた構成である。光をこの格子に入力し、その反射波を計測する(図1(b)参照)と、波長550nmのところで、反射率はほぼ1となり、そのところではほぼ全反射していることが分かる。これは、光が格子内部を伝播し、多重反射して共鳴を起こしているのである。この共鳴波長や共鳴帯域は、格子に関するパラメータである周期、屈折率、厚さ、周囲の屈折率等で定まる。
このサブ波長周期格子の共鳴を、レーザの共振器として利用したレーザ装置は未だ提案されていない。
A sub-wavelength periodic grating is a periodic structure that has a period shorter than the wavelength and does not generate higher-order diffracted waves. Various elements such as a resonance grating, a deflection element, a phase plate, and an antireflection structure using the same have been proposed.
As an example, FIG. 1 shows the structure of a resonant grating (see Non-Patent Document 1). As shown in FIG. 1A, the resonant grating 100 is composed of two substances (substances having a refractive index of 2.1) 114 and (substances having a refractive index of 2.0) 112 having different refractive indexes, a width of 314 nm, and a thickness. The structure is such that the thickness is 134 nm and is mounted on the material 130 having a refractive index of 1.52. When light is input to this grating and the reflected wave is measured (see FIG. 1 (b)), it can be seen that the reflectance is approximately 1 at a wavelength of 550 nm, and the light is almost totally reflected there. This is because light propagates inside the grating and undergoes multiple reflections to cause resonance. The resonance wavelength and resonance band are determined by the period, refractive index, thickness, surrounding refractive index, and the like, which are parameters relating to the grating.
A laser device that uses the resonance of the sub-wavelength periodic grating as a laser resonator has not been proposed yet.

S. Tibuleac and R. Magnusson, “Reflection and transmission guided-mode resonancefilters,” J.Opt. Soc. Am. A, Vol.14, No.7, (1997), pp.1617-1626.S. Tibuleac and R. Magnusson, “Reflection and transmission guided-mode resonancefilters,” J. Opt. Soc. Am. A, Vol. 14, No. 7, (1997), pp. 1617-1626. D. Sameoto, T. Hubbard, and M. Kujath, “Operation of electrothermal and electrostatic MUMPs microactuators underwater,” J. Micromech. Microeng. Vol. 14 (2004), pp.1359-1366.D. Sameoto, T. Hubbard, and M. Kujath, “Operation of electrothermal and electrostatic MUMPs microactuators underwater,” J. Micromech. Microeng. Vol. 14 (2004), pp.1359-1366. Young-Hyun Jin, Kyoung-Sun Seo, Young-Ho Cho, Sang-Shin Lee, Ki-Chang Song and Jong-Uk Bu, “An optical microswitch chip integrated with silicon waveguides and touch-down electrostatic micromirrors,” J. Micromech. Microeng., vol.14 (2004) pp.1674-1681.Young-Hyun Jin, Kyoung-Sun Seo, Young-Ho Cho, Sang-Shin Lee, Ki-Chang Song and Jong-Uk Bu, “An optical microswitch chip integrated with silicon waveguides and touch-down electrostatic micromirrors,” J. Micromech Microeng., Vol.14 (2004) pp.1674-1681. 「次世代精密位置決め技術」、フジ・テクノシステム出版、2000年4月25日初版第1刷発行"Next-generation precision positioning technology", Fuji Techno System Publishing, first edition issued on April 25, 2000

本発明は、サブ波長周期格子の共鳴をレーザの共振器として利用した、簡便なレーザ装置を提供することである。また、サブ波長周期格子を利用したレーザ装置を、半導体微細加工技術を用いて作成することも本発明の目的である。さらに、サブ波長周期格子を機械的なピッチ制御という単純な原理に基づき、発生するレーザ光を広範囲な波長に亘って連続的に波長可変とすることも本発明の目的である。   An object of the present invention is to provide a simple laser device using the resonance of a sub-wavelength periodic grating as a laser resonator. It is also an object of the present invention to produce a laser device using a subwavelength periodic grating using a semiconductor microfabrication technique. Another object of the present invention is to make the generated laser light continuously variable over a wide range of wavelengths based on the simple principle of mechanical pitch control of the sub-wavelength periodic grating.

上記目的を達成するために、本発明は、一定のピッチで配列したゲイン材質のサブ波長周期格子で構成された共振器と、前記共振器に励起光を入射する励起光源とを備えることを特徴とするレーザ装置である。
前記共振器は、格子層と導波層を有する2層格子とし、作成が簡単にできる構成とすることが望ましい。
In order to achieve the above object, the present invention comprises a resonator composed of sub-wavelength periodic gratings of gain material arranged at a constant pitch, and a pumping light source that makes pumping light incident on the resonator. This is a laser device.
The resonator is preferably a two-layer grating having a grating layer and a waveguiding layer, and can be easily constructed.

また、前記共振器は、液体又は気体のゲイン材質中に、バネ形状を有する固体の非ゲイン材質の周期構造を有するとともに、前記周期構造は、周期を可変とするアクチュエータに接続されており、前記アクチュエータにより、前記周期構造の周期を変えることで、共振器の共振波長を変えることもできる。
前記共振器は、真空、液体又は気体の非ゲイン材質中に、バネ形状を有する固体のゲイン材質の周期構造を有するとともに、前記周期構造は、周期を可変とするアクチュエータに接続されており、前記アクチュエータにより、前記周期構造の周期を変えることで、共振器の共振波長を変えることもできる。
The resonator has a periodic structure of a solid non-gain material having a spring shape in a liquid or gas gain material, and the periodic structure is connected to an actuator having a variable period, The resonance wavelength of the resonator can be changed by changing the period of the periodic structure with an actuator.
The resonator has a periodic structure of a solid gain material having a spring shape in a non-gain material of vacuum, liquid, or gas, and the periodic structure is connected to an actuator having a variable period, The resonance wavelength of the resonator can be changed by changing the period of the periodic structure with an actuator.

上述の構成により、サブ波長周期格子の共鳴をレーザの共振器として利用して、簡便なレーザ装置を提供できる。また、サブ波長周期格子を利用したレーザ装置は、半導体微細加工技術を用いて作成することもできる。さらに、サブ波長周期格子をアクチュエータによる機械的なピッチ制御という単純な原理に基づき、発生するレーザ光を広範囲な波長に亘って連続的に波長可変とすることもできる。   With the above configuration, a simple laser device can be provided by utilizing the resonance of the sub-wavelength periodic grating as a laser resonator. A laser device using a sub-wavelength periodic grating can also be produced using a semiconductor microfabrication technique. Further, based on the simple principle of mechanical pitch control of the sub-wavelength periodic grating by an actuator, the generated laser light can be continuously tunable over a wide range of wavelengths.

図面を用いて、本発明の実施形態を説明する。
まず、レーザ装置に使用したサブ波長周期格子(共鳴格子)の実施形態を図2に示す。図2(a)は、図1(a)に示したような、屈折率が異なる2つの物質112,114で構成した単層格子である。図2(b)は、共鳴格子の実施形態であり、2層格子の例である。この2層格子は、格子層と導波層の2つの分かれた構成である。図2(a)の単層格子は、複数の材料112,114で周期構造を形成し、格子層が導波層も兼ねているのである。以下で説明する本発明の実施形態は、2層格子を用いてレーザを構成しているが、単層格子でも当然に構成することができる。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, an embodiment of a sub-wavelength periodic grating (resonant grating) used in the laser apparatus is shown in FIG. FIG. 2A shows a single-layer lattice composed of two materials 112 and 114 having different refractive indexes as shown in FIG. FIG. 2B shows an embodiment of a resonant grating, which is an example of a two-layer grating. This two-layer grating has two separate configurations of a grating layer and a waveguide layer. The single-layer grating of FIG. 2A forms a periodic structure with a plurality of materials 112 and 114, and the grating layer also serves as a waveguiding layer. In the embodiment of the present invention described below, a laser is configured using a two-layer grating, but a single-layer grating can also be configured.

図3で2層格子を詳しく説明する。図3(a)に示す2層格子の格子層,導波層は、図3(b)に示すように、周囲より屈折率が高い必要がある。屈折率の高い導波層内部では、回析波が発生する。そして、図3(a)において、入射波iが入射すると、透過波t,sの波の位相が互いに打ち消しあう条件の時に共鳴が発生する。以下に、図3に示した2層格子の解析を説明する。その中でも共鳴格子の基本原理モデルについて以下に詳しく説明する。   The two-layer lattice will be described in detail with reference to FIG. The lattice layer and waveguide layer of the two-layer lattice shown in FIG. 3A need to have a higher refractive index than the surroundings, as shown in FIG. A diffraction wave is generated inside the waveguide layer having a high refractive index. In FIG. 3A, when an incident wave i is incident, resonance occurs when the phases of the transmitted waves t and s cancel each other. The analysis of the two-layer lattice shown in FIG. 3 will be described below. Among them, the basic principle model of the resonant grating will be described in detail below.

<基本原理モデル>
ここでは格子層は非常に薄いと仮定し、図3(a)に示すように入射波iが格子に角度θで入射している状態であるとする。また、入射光の電界ベクトルは格子の溝に平行(TE偏光)であるとする。共鳴現象には、図中における透過波tと回折波sの二つの波が180度位相のずれた状態で干渉を起こし、この干渉により下層へ抜ける波のエネルギーが互いに打ち消しあって0になる事が必要である。打ち消し合い下層へ抜けるエネルギーが0であるので、このとき光は下層へは透過しないことになる。つまり入射光はすべて反射される。
<Basic principle model>
Here, it is assumed that the grating layer is very thin, and it is assumed that the incident wave i is incident on the grating at an angle θ as shown in FIG. Further, it is assumed that the electric field vector of the incident light is parallel to the grating grooves (TE polarized light). In the resonance phenomenon, the two waves of the transmitted wave t and the diffracted wave s in the figure cause an interference in a state where the phase is 180 degrees out of phase, and the energy of the waves passing through to the lower layer due to this interference cancels each other and becomes zero. is required. Since the energy that cancels out and goes to the lower layer is zero, light does not pass through to the lower layer. That is, all incident light is reflected.

まず、入射波iに対する回折波の関係は次式で表される。
ここで、kは波数ベクトルでk=2π/λ、K=2π/Λ、mは任意の整数である。この式(1)は一般的な回折波の式である。ここで、透過波tと回折波sの位相差をΦとすると、ΦはΦ=Φ+Φ+2Φの式で表すことができる。ここでΦは光路差による位相のずれ。Φは導波層下面での全反射による位相のずれ。Φは格子による回折の影響で受ける位相のずれを表している。
一つ目の光路差による位相の違いは次式で表される。
ここで、kは導波層における伝搬定数でk=nksin(φ)で表され、vは導波層の厚さ、pは任意の整数である。
First, the relationship of the diffracted wave with respect to the incident wave i is expressed by the following equation.
Here, k is a wave vector, k = 2π / λ, K = 2π / Λ, and m is an arbitrary integer. This equation (1) is a general diffracted wave equation. Here, if the phase difference between the transmitted wave t and the diffracted wave s is Φ, Φ can be expressed by the equation Φ = Φ p + Φ r + 2Φ d . Where Φ p is the phase shift due to the optical path difference. [Phi r is the phase shift due to total reflection at the waveguide layer lower surface. [Phi d represents the deviation of the phase to undergo the influence of diffraction by grating.
The phase difference due to the first optical path difference is expressed by the following equation.
Here, k 3 is represented by k 3 = n 3 ksin the propagation constant in the waveguide layer (φ), v is the thickness of the waveguide layer, p is an arbitrary integer.

次に導波層での全反射による位相変化は、TE偏光におけるフレネルの式から
で表される。ここで、Φは導波層と基板面の屈折率差で生じるフレネルの位相変化で表される。
最後に回折による位相変化である。ここではまず、回折でπ/2の位相変化が生じる。さらに格子と周囲媒質との屈折率差から生じるフレネルの位相変化(Φとする)を考慮すると
で表される。以上より、tとsの波の総位相変化は式(2)(3)(4)から
で表される。この位相変化がちょうどπとなる時、tとsは互いに打ち消しあう干渉を起こし、共鳴反射する基本条件となる。
Next, the phase change due to total reflection at the waveguiding layer is obtained from the Fresnel equation for TE polarized light.
It is represented by Here, Φ 4 is expressed by the Fresnel phase change caused by the difference in refractive index between the waveguide layer and the substrate surface.
Finally, the phase change due to diffraction. Here, first, a phase change of π / 2 occurs by diffraction. Furthermore, considering the Fresnel phase change (assumed to be Φ 1 ) resulting from the refractive index difference between the grating and the surrounding medium
It is represented by From the above, the total phase change of the waves of t and s
It is represented by When this phase change is exactly π, t and s cause interference that cancels each other, which is a basic condition for resonant reflection.

上述した2層の共鳴格子をレーザの共振器として利用する。そのために、例えば、図4に示すように、レーザ色素(Rhodamine 6G)を溶かしたメタクリル酸メチル樹脂(Polymethylmethacrylate:PMMA,屈折率1.49)で、格子層222,導波層224を有する共鳴格子200を作成する。このような共鳴格子200に励起光が入射すると、入射した光が導波層224で多重反射するときに、光が増幅されてレーザ光が発振する。   The two-layer resonant grating described above is used as a laser resonator. For this purpose, for example, as shown in FIG. 4, a resonance grating having a grating layer 222 and a waveguide layer 224 made of a methyl methacrylate resin (Polymethylmethacrylate: PMMA, refractive index 1.49) in which a laser dye (Rhodamine 6G) is dissolved. 200 is created. When excitation light enters such a resonant grating 200, when the incident light is multiple-reflected by the waveguide layer 224, the light is amplified and laser light oscillates.

<共振器構造>
図5に、実際に作成した共振器200を示す。図5に示した格子は、レーザ色素を格子に加工するのはなく、屈折率の低いSiO基板(屈折率1.45)230に格子形状を加工し、その後、レーザ色素を溶かしたPMMA220を塗布するだけで、格子層222,導波層224を形成できる。これは、構造が簡単で、1度のエッチング過程で加工が完了するからである。また、仮に色素が劣化しても、レーザ色素を再塗布することで、共振器の再形成が容易にできる。
<Resonator structure>
FIG. 5 shows a resonator 200 actually created. The grating shown in FIG. 5 does not process a laser dye into a grating, but processes a grating shape on a low refractive index SiO 2 substrate (refractive index 1.45) 230, and then converts PMMA 220 into which the laser dye is dissolved. The lattice layer 222 and the waveguide layer 224 can be formed simply by coating. This is because the structure is simple and the processing is completed in one etching process. Further, even if the dye is deteriorated, the resonator can be easily re-formed by re-applying the laser dye.

図6は、図5のように作成した共鳴格子(図6(a)参照)としての反射率を計測した結果を示している。図6(b)に示すように、単一波長591.3nmで、ほぼ全反射をしている。そして、図6(c)に示すように、格子周期とピーク波長は比例関係となっている。これで明らかなように、周期が変わるとピーク波長が変化している。そこで、ここで用いている色素(Rhodamine 6G)の蛍光帯域(560〜650nm)を考えて、ピーク波長がこの帯域内にあるように格子周期を決定した。具体的には360,380,390,400,410,420,440,460nmの格子周期のものを作成した。   FIG. 6 shows the result of measuring the reflectivity of the resonant grating (see FIG. 6A) created as shown in FIG. As shown in FIG. 6B, almost total reflection is performed at a single wavelength of 591.3 nm. As shown in FIG. 6C, the grating period and the peak wavelength have a proportional relationship. As is clear from this, the peak wavelength changes as the period changes. Therefore, considering the fluorescence band (560 to 650 nm) of the dye (Rhodamine 6G) used here, the grating period was determined so that the peak wavelength was in this band. Specifically, those having a grating period of 360, 380, 390, 400, 410, 420, 440, and 460 nm were prepared.

<作製プロセス>
図7に製作プロセスの概略を示す。
図7(a)は、パターン作成で、電子線レジスト(EB resist)240を石英ガラス230上に、格子を作成するために塗布して、電子描画(EB描画)を行う。ガラス230とレジスト240の密着性を上げるために、レジスト塗布前に、Hexamethyldisilazane (HMDS)を塗布した。また、ガラス230は非伝導体であるのでチャージアップなどの現象が起き、基本的にEB描画をしてもきれいにパターニングできない。そこで今回はレジストの上に導電性ポリマーを塗布した。これにより非伝導体材料にもEB描画が可能となる。
<Production process>
FIG. 7 shows an outline of the manufacturing process.
In FIG. 7A, an electron beam resist (EB resist) 240 is applied on the quartz glass 230 to create a lattice, and electron drawing (EB drawing) is performed. In order to improve the adhesion between the glass 230 and the resist 240, Hexamethyldisilazane (HMDS) was applied before applying the resist. In addition, since the glass 230 is a non-conductor, a phenomenon such as charge-up occurs, and basically, even if EB drawing is performed, clean patterning cannot be performed. Therefore, this time, a conductive polymer was applied on the resist. This makes it possible to perform EB drawing even on non-conductive materials.

次に、FAB(Fast Atom Beam)エッチングを行い、石英ガラス230に格子を作成する(図7(b)参照)。
そして、格子が作成された石英ガラス上に、Rhodamine6G-PMMA溶液220を基板に滴下し、スピンコートにより均一に広げる。およそ2000rpm 20sで、厚さ700nm程度になった。スピンコート後、はじめに50℃で1時間、続いて80℃で3時間ベークして有機溶剤を揮発させて固化する。はじめに1時間ベークするのは急な温度上昇により内部に気泡が発生するのを防ぐためである(図7(c)参照)。
上述では、スピンコートにより、ゲイン材質である溶液を塗布したが、エピタキシャル成長法、スパッタ法、蒸着法、堆積法等によりゲイン材質を形成することもできる。
Next, FAB (Fast Atom Beam) etching is performed to create a lattice in the quartz glass 230 (see FIG. 7B).
Then, the Rhodamine 6G-PMMA solution 220 is dropped on the substrate on the quartz glass on which the lattice is formed, and is spread uniformly by spin coating. The thickness was about 700 nm at about 2000 rpm for 20 s. After spin coating, the organic solvent is volatilized and solidified by baking at 50 ° C. for 1 hour and then at 80 ° C. for 3 hours. First, baking is performed for 1 hour in order to prevent bubbles from being generated inside due to a sudden temperature rise (see FIG. 7C).
In the above description, the solution that is the gain material is applied by spin coating, but the gain material can also be formed by an epitaxial growth method, a sputtering method, a vapor deposition method, a deposition method, or the like.

<実施形態に使用したレーザ色素>
さて、上述したように、本実施形態では、レーザ色素としてキサンチン系の色素であるRhodamine6G・Perchlorateを使用した。Rhodamine6Gの吸収波長域はおよそ450nm〜550nmであり、蛍光帯域は550nm〜650nmである。
レーザ色素を固体化するための高分子としてPMMAを使用した。PMMAは可視領域において透過率90%と非常に透明な物質であり、低複屈折率であるためにプラスチック光学部品として広く使われている材料である。キサンチン系の色素は周囲の環境によって蛍光強度が変化する。一般的な性質として、極性溶液中では分子レベルで溶解し量子効率が高いが、無極性溶液中では溶解せずに沈殿し消光状態となる。よってPMMA溶液にRhodamine6Gを溶かすには極性を持ちPMMAに可溶な溶剤が必要となる。
<Laser dye used in the embodiment>
As described above, in this embodiment, Rhodamine 6G • Perchlorate, which is a xanthine dye, is used as the laser dye. Rhodamine 6G has an absorption wavelength range of about 450 nm to 550 nm, and a fluorescence band of 550 nm to 650 nm.
PMMA was used as a polymer for solidifying the laser dye. PMMA is a very transparent substance with a transmittance of 90% in the visible region, and is a material widely used as a plastic optical component because of its low birefringence. The fluorescence intensity of xanthine dyes varies depending on the surrounding environment. As a general property, it dissolves at a molecular level in a polar solution and has a high quantum efficiency, but in a nonpolar solution, it precipitates without being dissolved and enters a quenching state. Therefore, in order to dissolve Rhodamine 6G in the PMMA solution, a solvent having polarity and soluble in PMMA is required.

実施形態で使用したRhodamine6G-PMMA溶液の組成は、表1の通りである。まず、エタノール(Ethanol)にRhodamine6Gを溶かしよく攪拌する。攪拌はホットスターラ(45℃程度)上で丸1日程行った。その後、メチルイソブチルケトン(Methyl Isobutyl Ketone)を加えて再び同条件で攪拌する。また、別の容器で、クロロベンゼン(Chlorobenzene)にPMMAをよく溶かす(攪拌条件は上記に同じ)。最後にこれら2種類の溶液を混合、再び(同条件で)十分攪拌することでRhodamine6G-PMMA溶液の完成となる。色素からの十分な蛍光を得るためには混合する薬品の順番がとても重要である。
The composition of the Rhodamine 6G-PMMA solution used in the embodiment is as shown in Table 1. First, Rhodamine 6G is dissolved in ethanol and stirred well. Stirring was carried out for about a day on a hot stirrer (about 45 ° C.). Then, methyl isobutyl ketone is added and stirred again under the same conditions. In a separate container, PMMA is well dissolved in chlorobenzene (the stirring conditions are the same as above). Finally, these two types of solutions are mixed and thoroughly stirred again (under the same conditions) to complete the Rhodamine 6G-PMMA solution. In order to obtain sufficient fluorescence from the dye, the order of the chemicals to be mixed is very important.

<レーザ発振>
このようにして作成した、2層格子を用いたレーザ発振について、以下に説明する。図8に示すように、励起光をサブ波長周期格子200に入射して、発光したレーザ光をレンズ340を介して、CCDカメラ320と分光器310で観察した。
実際には、励起光として、Nd:YAGレーザの第二高調波(532nm)パルス光(パルス幅約10nm)(強度:19.1mJ/cm)を印加したときの発光を観測した。励起光の入射角はおよそ45度である。その結果、図9(a)に示すように、格子周期390,400,410,420nmの共振器から、シングルモードのレーザ光の発振スペクトルを観測した。発振波長は、格子周期と対応しており、それぞれ、577.5、591.3、605.2、619.2nmでピークが観察された。また、周期440nmの格子からは三つのピークが観察され、マルチモード発振しているのが分かる。この時の周期とピーク波長の関係を計算値と共に図9(b)に示す。各格子周期と発振波長には比例関係があるのが分かる。ここでの計算値は、R6G−PMMAの屈折率を1.5とした。この時、計算値と測定値のピーク波長がよく一致しているのが確認できる。測定したピークの半値幅(Full Width Half Maximum :FWHM)はいずれも似た値を取っており、およそ〜0.6nm程度であった。
<Laser oscillation>
The laser oscillation using the two-layer grating created as described above will be described below. As shown in FIG. 8, excitation light was incident on the sub-wavelength periodic grating 200, and the emitted laser light was observed with a CCD camera 320 and a spectroscope 310 via a lens 340.
Actually, emission was observed when second harmonic (532 nm) pulsed light (pulse width: about 10 nm) (intensity: 19.1 mJ / cm 2 ) of an Nd: YAG laser was applied as excitation light. The incident angle of the excitation light is about 45 degrees. As a result, as shown in FIG. 9A, the oscillation spectrum of single-mode laser light was observed from a resonator having a grating period of 390, 400, 410, and 420 nm. The oscillation wavelength corresponds to the grating period, and peaks were observed at 577.5, 591.3, 605.2, and 619.2 nm, respectively. In addition, three peaks are observed from the lattice having a period of 440 nm, and it can be seen that multimode oscillation occurs. The relationship between the period and the peak wavelength at this time is shown in FIG. It can be seen that there is a proportional relationship between each grating period and the oscillation wavelength. In this calculation, the refractive index of R6G-PMMA is 1.5. At this time, it can be confirmed that the peak wavelength of the calculated value and the measured value are in good agreement. The measured peak half width (Full Width Half Maximum: FWHM) is a similar value and is about ˜0.6 nm.

<波長可変レーザ>
上述のように、サブ波長周期格子(共鳴格子)を用いて、レーザ発振を行うことができるので、このサブ波長周期格子の周期を変化させることで、波長可変レーザを構成することができる。
その構成の概念図を図10に示す。図10(a)において、例えば、基板420に対して自立的にレーザ色素を含んでいるようなゲイン材質の共鳴格子410を設けて、その共鳴格子の格子周期を、アクチュエータを用いて変化させることで波長可変レーザを実現する。なお、周囲は空気等の非ゲイン材質である。
図10(b)は非ゲイン材質で作製した共鳴格子410をゲイン材質430の中に設けた構成である。この構成でも波長可変レーザとすることができる。ゲイン材質は気体や液体で、非ゲイン材質は固体とし、非ゲイン材質で作製した格子をアクチュエータで動かしている。なお、ゲイン材質と非ゲイン材質や、格子構造(周期構造)とアクチュエータとの関係は、後で説明する。
<Wavelength tunable laser>
As described above, laser oscillation can be performed using the sub-wavelength periodic grating (resonant grating), and thus the wavelength-tunable laser can be configured by changing the period of the sub-wavelength periodic grating.
A conceptual diagram of the configuration is shown in FIG. In FIG. 10A, for example, a resonant grating 410 made of a gain material that contains a laser dye autonomously with respect to the substrate 420 is provided, and the grating period of the resonant grating is changed using an actuator. A wavelength tunable laser is realized. The surrounding is made of non-gain material such as air.
FIG. 10B shows a configuration in which a resonant grating 410 made of a non-gain material is provided in the gain material 430. This configuration can also be a wavelength tunable laser. The gain material is gas or liquid, the non-gain material is solid, and the grating made of the non-gain material is moved by the actuator. The relationship between the gain material and the non-gain material, and the lattice structure (periodic structure) and the actuator will be described later.

<波長可変レーザの構成例>
波長可変レーザの構成例を図11に示す。図11において、波長可変レーザ400の構成は、シリコンで構成したサブ波長周期格子410,それを可動とするための櫛型静電型アクチュエータ440、そして、アクチュエータ440と共鳴格子410との間のアクチュエータ支持バネ442から構成されている。共鳴格子も両端は三又バネで支えられている(図11(b)参照)。
この波長可変レーザの可動の様子を図12で示す。図12(a)に示すように、電極451,452の間に電圧を印加することで、櫛型静電アクチュエータ440の間でプラス・マイナスの間の電圧により、アクチュエータが引き合い、サブ波長周期格子410の周期が変化する(図12(b)参照)。電圧−変位特性を図13(a)に示す。このように、格子周期が変化する場合、石英を格子材質とする非ゲイン格子型構造の格子周期とレーザ発振波長との関係を図13(b)に示す。この図により、格子周期の増加に伴い、発振波長が連続的かつ線形に増加することが分かる。
<Configuration example of wavelength tunable laser>
FIG. 11 shows a configuration example of the wavelength tunable laser. In FIG. 11, the wavelength tunable laser 400 includes a sub-wavelength periodic grating 410 made of silicon, a comb electrostatic actuator 440 for making it movable, and an actuator between the actuator 440 and the resonant grating 410. The support spring 442 is configured. Both ends of the resonance grating are also supported by trifurcated springs (see FIG. 11B).
FIG. 12 shows how the wavelength tunable laser moves. As shown in FIG. 12A, by applying a voltage between the electrodes 451 and 452, the actuator is attracted by a voltage between plus and minus between the comb electrostatic actuators 440, and the sub-wavelength periodic grating The period of 410 changes (see FIG. 12B). The voltage-displacement characteristics are shown in FIG. Thus, when the grating period changes, the relationship between the grating period of the non-gain grating type structure using quartz as the grating material and the laser oscillation wavelength is shown in FIG. This figure shows that the oscillation wavelength increases continuously and linearly as the grating period increases.

<格子形状>
格子の形状としては、各格子が等間隔で変形する構造であればよい。例えば、図14(a),図14(b)に示した形状の格子を形成した。図14(a)に示す形状1では、各格子の梁を同形状のバネで両端を接続する形を取った。この構造の利点は格子周期が均一に変化できるという点である。パターン密度の集中は制作上避けたいので、形状1では三又バネ(図11(b)参照)とした。こうすることでバネ部分の周期を格子周期の2/3程度(400nm)に軽減することができる。
図14(b)に示す形状2では、格子内部にバネが組み込まれ蛇腹状に形成されている。MEMSデバイスでよく問題に挙がることの1つとして、可動部リリース後のStictionがある。これは例えば予期せぬ力がプロセスの最中、または完成後のデバイスに加わり、可動部分が基板や別の構造体に接触して固着してしまう現象である。Stictionの原因は空気中に含まれる水分と言われており、その表面張力が構造体同士を吸い寄せ固定してしまう。このStictionは空気中にデバイスがある限り避けられない問題であるが、構造設計を工夫することでその症状を小さくすることができる。自立構造にある細長い格子の梁は横方向の力に弱くたわみやすい。形状2の格子の梁の間に支柱を入れて蛇腹状にすることで格子の各梁同士のStictionを防ごうと考えた。格子をバネと一体化することでパターン密度の集中も避けることができる。
<Lattice shape>
The shape of the lattice may be a structure in which each lattice is deformed at equal intervals. For example, a lattice having the shape shown in FIGS. 14A and 14B was formed. In the shape 1 shown in FIG. 14A, the beams of each lattice are connected to each other with springs of the same shape. The advantage of this structure is that the grating period can be changed uniformly. In order to avoid the concentration of pattern density in production, the shape 1 is a trifurcated spring (see FIG. 11B). By doing so, the period of the spring portion can be reduced to about 2/3 (400 nm) of the grating period.
In shape 2 shown in FIG. 14B, a spring is incorporated in the lattice to form a bellows shape. One common problem with MEMS devices is Stiction after the release of moving parts. This is, for example, a phenomenon in which an unexpected force is applied to the device during or after the process, and the movable part comes into contact with and adheres to the substrate or another structure. The cause of Stiction is said to be moisture contained in the air, and the surface tension sucks and fixes the structures together. Stiction is an unavoidable problem as long as there are devices in the air, but the symptoms can be reduced by devising the structural design. The elongated lattice beams in a self-supporting structure are vulnerable to lateral forces and are flexible. We thought to prevent the stiction of each beam of the lattice by inserting a support between the beams of the lattice of the shape 2 and making it bellows. By integrating the lattice with the spring, pattern density concentration can be avoided.

<可変サブ波長周期格子による波長可変レーザの構造>
図15,図16に、可変サブ波長周期格子による波長可変レーザ400の構造例を示す。ここで示した構成は、ゲイン材質,非ゲイン材質による格子とアクチュエータとの構造を示した模式図である。ゲイン材質が固体のときは、非ゲイン材質は真空、液体又は気体を使い、ゲイン材質が気体又は液体のときは、非ゲイン材質は固体を使う。なお、図15,図16で示した各型の可変サブ波長周期格子による波長可変レーザ400の最上部は、カバー470で覆われている。
<Structure of tunable laser with tunable subwavelength periodic grating>
15 and 16 show structural examples of a wavelength tunable laser 400 using a variable subwavelength periodic grating. The configuration shown here is a schematic diagram showing the structure of a grating and an actuator made of gain material and non-gain material. When the gain material is solid, vacuum, liquid or gas is used as the non-gain material, and when the gain material is gas or liquid, solid is used as the non-gain material. The uppermost part of the wavelength tunable laser 400 using each type of variable sub-wavelength periodic grating shown in FIGS. 15 and 16 is covered with a cover 470.

図15(a)は、ゲイン格子上部アクチュエータ型を示している。この構成は、固体のゲイン材質から構成されるバネ状の可変サブ波長周期格子(周期構造)410が、同じ層に形成されたアクチュエータ440に接続されている。アクチュエータ440を駆動させることにより、バネ状の周期構造(格子)410の周期が可変する。周期構造410は、非ゲイン材質480から成る真空、気体あるいは液体で満たされている。アクチュエータ440および、周期構造410を支えているもう一方の片端は、基板420の上に形成された犠牲層材質460で支持されている。   FIG. 15A shows a gain grating upper actuator type. In this configuration, a spring-like variable sub-wavelength periodic grating (periodic structure) 410 made of a solid gain material is connected to an actuator 440 formed in the same layer. By driving the actuator 440, the period of the spring-like periodic structure (lattice) 410 is variable. The periodic structure 410 is filled with a vacuum, gas or liquid made of the non-gain material 480. The other end supporting the actuator 440 and the periodic structure 410 is supported by a sacrificial layer material 460 formed on the substrate 420.

図15(b)は、非ゲイン格子上部アクチュエータ型を示している。この構成は、固体の非ゲイン材質から構成されるバネ状の可変サブ波長周期格子(周期構造)410が、同じ層に形成されたアクチュエータ440に接続されている。アクチュエータ440を駆動させることにより、周期構造(格子)410の周期が可変する。周期構造410は、ゲイン材質から成る気体あるいは液体430で満たされている。アクチュエータ440および周期構造410を支えているもう一方の片端は、基板420の上に形成された犠牲層材質460で支持されている。   FIG. 15B shows a non-gain grating upper actuator type. In this configuration, a spring-like variable sub-wavelength periodic grating (periodic structure) 410 made of a solid non-gain material is connected to an actuator 440 formed in the same layer. By driving the actuator 440, the period of the periodic structure (lattice) 410 is variable. The periodic structure 410 is filled with a gas or liquid 430 made of a gain material. The other end supporting the actuator 440 and the periodic structure 410 is supported by a sacrificial layer material 460 formed on the substrate 420.

図16(a)は、ゲイン格子下部アクチュエータ型を示している。この構成は、固体のゲイン材質から構成されるバネ状の可変サブ波長周期格子(周期構造)410が、基板層420に形成されたアクチュエータ440に、犠牲層材質460を介して接続されており、アクチュエータ440を駆動させることにより、周期構造(格子)410の周期が可変する。周期構造410は、非ゲイン材質から成る真空、気体あるいは液体480で満たされている。周期構造410を支えているもう一方の片端は基板420の上に形成された犠牲層材質460で支持されている。   FIG. 16A shows a gain grating lower actuator type. In this configuration, a spring-like variable sub-wavelength periodic grating (periodic structure) 410 made of a solid gain material is connected to an actuator 440 formed on the substrate layer 420 via a sacrificial layer material 460. By driving the actuator 440, the period of the periodic structure (lattice) 410 is variable. The periodic structure 410 is filled with a vacuum, gas or liquid 480 made of a non-gain material. The other end supporting the periodic structure 410 is supported by a sacrificial layer material 460 formed on the substrate 420.

図16(b)は、非ゲイン格子下部アクチュエータ型を示している。この構成は、固体の非ゲイン材質から構成されるバネ状の可変サブ波長周期格子(周期構造)410が、基板層420に形成されたアクチュエータ440に、犠牲層材質460を介して接続されている。アクチュエータ440を駆動させることにより、周期構造(格子)410の周期が可変する。周期構造410は、ゲイン材質から成る気体あるいは液体430で満たされている。周期構造410を支えているもう一方の片端は、基板420の上に形成された犠牲層材質460で支持されている。   FIG. 16B shows a non-gain grating lower actuator type. In this configuration, a spring-like variable sub-wavelength periodic grating (periodic structure) 410 made of a solid non-gain material is connected to an actuator 440 formed on the substrate layer 420 via a sacrificial layer material 460. . By driving the actuator 440, the period of the periodic structure (lattice) 410 is variable. The periodic structure 410 is filled with a gas or liquid 430 made of a gain material. The other end supporting the periodic structure 410 is supported by a sacrificial layer material 460 formed on the substrate 420.

<可変サブ波長周期格子による波長可変レーザの作製>
作製プロセスを図17,図18の(a)〜(i)に示す。図17に示した格子は、Siによる非ゲイン格子(周期構造)である。大まかな流れとして、初めに静電アクチュエータを作りその後回折格子を形成する。最後にこれらを支えている犠牲層を除去して可動部のリリースを行い完成である。
<Fabrication of a tunable laser using a variable sub-wavelength periodic grating>
The manufacturing process is shown in FIGS. 17 and 18 (a) to (i). The grating shown in FIG. 17 is a non-gain grating (periodic structure) made of Si. As a rough flow, an electrostatic actuator is first formed and then a diffraction grating is formed. Finally, the sacrificial layer that supports them is removed and the movable part is released to complete.

(1) 製作には図17(a)に示すように、silicon on insulator(SOI)基板を使用した。SOI基板は、Siからなる支持基板層の上にSiOからなる絶縁層があり、さらにその上にSi層が形成された3層からなる基板である。SOIは半導体の製作で広く使われているが、近年SiOを犠牲層とするMEMS用のデバイス製作にも用いられている。デバイスを形成する上層は単結晶Siからなるため内部応力が少なく、可動部のリリースを行っても構造が歪まないという利点がある。 (1) For production, a silicon on insulator (SOI) substrate was used as shown in FIG. The SOI substrate is a three-layer substrate in which an insulating layer made of SiO 2 is provided on a support substrate layer made of Si, and an Si layer is further formed thereon. SOI is widely used in the manufacture of semiconductors, but in recent years it has also been used in the manufacture of devices for MEMS using SiO 2 as a sacrificial layer. Since the upper layer forming the device is made of single-crystal Si, there is an advantage that the internal stress is small and the structure is not distorted even when the movable part is released.

(2) つぎに、図17(b)に示すように、EBレジスト上で、電子線による櫛型静電アクチュエータのパターニングを行う。μmスケールのアクチュエータなのでフォトリソグラフィでもパターニングは可能であるが、アクチュエータを支持するバネの幅を〜1μm程度まで細く形成したかった為、描画精度の高い電子線(Electron Beam:EB)露光装置を使用した。 (2) Next, as shown in FIG. 17B, a comb electrostatic actuator is patterned by an electron beam on the EB resist. Since it is a μm-scale actuator, patterning is possible even by photolithography, but since the width of the spring supporting the actuator was narrowed to about 1 μm, an electron beam (EB) exposure device with high drawing accuracy was used. did.

(3) アクチュエータを形成するために、図17(c)に示すように、ICP−RIEによりSiを垂直にエッチングする。今回使用したICP−RIEは高アスペクト比の加工を実現するためにBoschプロセスを用いている。SFとCの二つのガスを交互に流すことで、構造体側壁に保護膜を形成しながら深くエッチングすることが可能である。このプロセスの段階では、アクチュエータを完全に加工しない。エッチングは回折格子を形成するためにデバイスSiの厚さが300nmになった時点で止める。またこの時、パターン密度の高いアクチュエータ部分はエッチング・ガスが入りにくいので全体よりもエッチング速度が遅くなっている。 (3) In order to form an actuator, as shown in FIG. 17C, Si is etched vertically by ICP-RIE. The ICP-RIE used this time uses the Bosch process to realize high aspect ratio processing. By alternately flowing two gases of SF 6 and C 4 F 8 , it is possible to perform deep etching while forming a protective film on the side wall of the structure. At this stage of the process, the actuator is not completely machined. Etching is stopped when the thickness of the device Si reaches 300 nm in order to form a diffraction grating. At this time, the etching rate is slower than the entire actuator portion having a high pattern density because etching gas is difficult to enter.

(4) ここでは前プロセスで残したデバイスSi(300nm厚)をレジストで保護して、EBリソグラフィを用いている(図17(d)参照)。なお、フォトリソグラフィでもよい。
(5) 上述のプロセス(3)と同様に、エッチングを行い、アクチュエータを完成する。(図17(e)参照)
(6) 図18(f)に示すように、塗布したレジストを除去する。
(4) Here, the device Si (300 nm thickness) left in the previous process is protected with a resist, and EB lithography is used (see FIG. 17D). Photolithography may be used.
(5) Etching is performed in the same manner as in the above process (3) to complete the actuator. (See FIG. 17 (e))
(6) As shown in FIG. 18F, the applied resist is removed.

(7) レジストを塗布して、回折格子の描画を電子線(EB)により行う(図18(g)参照)。事前に加工してあった各アクチュエータへ、EBを用いて一つ一つピンポイントでアライメントを行い描画する。これにはEBのアライメント機能を使用した。X、Y、θ軸のアライメントが可能である。
(8) 図18(h)に示すように、エッチングによる回折格子の形成には、高速原子線(FAB:Fast Atom Beam)加工装置を用いた。RIEと異なり、粒子が中性なので加工時のチャージアップの影響を受けずにエッチングできる。そのため垂直性に優れていて微細パターンのエッチングに向いている。反応性エッチングではなく粒子の衝突による物理的な加工要素の方が大きいため、エッチングレートが遅くレジストとの選択比が悪いことが欠点である。
(7) A resist is applied, and a diffraction grating is drawn by an electron beam (EB) (see FIG. 18G). Each actuator that has been processed in advance is drawn by performing pinpoint alignment one by one using EB. For this, the alignment function of EB was used. Alignment of X, Y, and θ axes is possible.
(8) As shown in FIG. 18 (h), a fast atom beam (FAB) processing apparatus was used to form a diffraction grating by etching. Unlike RIE, the particles are neutral and can be etched without being affected by charge-up during processing. Therefore, it is excellent in perpendicularity and suitable for etching a fine pattern. The disadvantage is that the etching rate is slow and the selectivity to the resist is poor because the physical processing elements by particle collision are larger than the reactive etching.

(9) 最後に、犠牲層エッチングを行った(図18(i)参照)。ウェットエッチングでは、乾燥時に液体の表面張力の影響で、形成した回折格子がStictionを起こし壊れてしまう。そのため、ここでは、気相のHF蒸気でエッチングする方法を採用した。
以上のようにして、非ゲイン格子を有する波長可変レーザの基本構成を作製することができる。
(9) Finally, sacrificial layer etching was performed (see FIG. 18 (i)). In wet etching, the formed diffraction grating is stictioned and broken due to the surface tension of the liquid during drying. Therefore, here, a method of etching with vapor phase HF vapor was adopted.
As described above, a basic configuration of a wavelength tunable laser having a non-gain grating can be manufactured.

<アクチュエータについて>
上述では、静電型アクチュエータを用いた例を示した。しかしながら、いろいろなアクチュエータを使用して、格子周期を変更することができる。
本発明で利用できるアクチュエータとして、櫛歯型静電アクチュエータ(非特許文献2参照)、熱膨張アクチュエータ(非特許文献2参照)、ホット・コールド・アーム 熱アクチュエータ(非特許文献2参照)、静電アクチュエータ(非特許文献3参照)、ピエゾアクチュエータ(非特許文献4参照)、形状記憶合金アクチュエータなどがある。
アクチュエータで使用する材質は、熱アクチュエータの場合、ヒータで使われているような材質であり、例えばシリコン、Niなどを使う。静電アクチュエータの場合、シリコンやNiなどを使う。ピエゾアクチュエータの場合、PZTなどの圧電材質を使う。
<About the actuator>
In the above description, an example using an electrostatic actuator has been shown. However, the grating period can be changed using various actuators.
As an actuator that can be used in the present invention, a comb-type electrostatic actuator (see Non-Patent Document 2), a thermal expansion actuator (see Non-Patent Document 2), a hot cold arm thermal actuator (see Non-Patent Document 2), an electrostatic There are actuators (see Non-Patent Document 3), piezoelectric actuators (see Non-Patent Document 4), shape memory alloy actuators, and the like.
The material used for the actuator is the material used for the heater in the case of a thermal actuator, and for example, silicon, Ni or the like is used. For electrostatic actuators, use silicon or Ni. For piezoelectric actuators, use piezoelectric materials such as PZT.

<使用するゲイン材質について>
上述では、ゲイン材質を構成するのに、レーザ色素を溶かしたプラスチック(PMMA)を用いている。しかし、他のゲイン材質の例として、色素レーザで使われている色素(表2参照)、半導体レーザで使われる活性層物質(GaN、GaAlAsなど)、りん光発光体、蛍光発光体(有機ELディスプレイなどで使われている有機EL材料もその一つ)などがある。
上述の色素およびりん光発光体、蛍光発光体は、PMMAなどのプラスチック材料にドープすることにより固体のゲイン材質になり、溶剤で溶かすことにより液体のゲイン材質になる。半導体レーザで使われる活性層物質は固体として使う。
<About gain material to be used>
In the above description, a plastic (PMMA) in which a laser dye is dissolved is used to constitute the gain material. However, examples of other gain materials include dyes used in dye lasers (see Table 2), active layer materials (GaN, GaAlAs, etc.) used in semiconductor lasers, phosphorescent emitters, fluorescent emitters (organic EL) One example is the organic EL material used in displays and the like.
The above-mentioned dye, phosphorescent luminescent material, and fluorescent luminescent material become a solid gain material by doping a plastic material such as PMMA, and become a liquid gain material by dissolving with a solvent. The active layer material used in semiconductor lasers is used as a solid.

<使用する非ゲイン材質について>
使用する非ゲイン材質としては、レーザ発振波長に対して透明な物質ならば良い。例えば、可視光の波長可変レーザの場合、非ゲイン材質として、固体ならば、石英、ガラス、プラスチック、セラミックスなどがあり、液体ならば、水、メタノール、エタノール、IPA、フロリナートなどがあり、気体ならば、空気、真空、窒素、希ガスなどが実用上、有力な候補の材質となる。
なお、図15、図16で説明したように、ゲイン材質が固体のときは、非ゲイン材質は、真空、液体又は気体を使い、ゲイン材質が気体又は液体のときは、非ゲイン材質は固体を使う。
<Non-gain material used>
As the non-gain material to be used, any material transparent to the laser oscillation wavelength may be used. For example, in the case of a tunable laser for visible light, non-gain materials include quartz, glass, plastic, ceramics, etc., if solid, water, methanol, ethanol, IPA, fluorinate, etc., if liquid, For example, air, vacuum, nitrogen, noble gas, etc. are practical candidate materials.
15 and 16, when the gain material is solid, the non-gain material is vacuum, liquid, or gas. When the gain material is gas or liquid, the non-gain material is solid. use.

従来のサブ波長周期格子(共鳴格子)を示す図である。It is a figure which shows the conventional subwavelength period grating (resonance grating). 単層格子と2層格子の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a single layer grating | lattice and a two-layer grating | lattice. 2層格子の働きを示すモデルの図である。It is a figure of the model which shows the function of a two-layer lattice. 2層の共鳴格子をレーザの共振器として使用できることを示す図である。It is a figure which shows that a two-layer resonance grating can be used as a resonator of a laser. 作製した2層格子の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the produced 2 layer grating | lattice. 図5の2層格子の反射率を計測した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having measured the reflectance of the two-layer grating | lattice of FIG. 2層格子の共振器作成法を示す図である。It is a figure which shows the resonator preparation method of a two-layer grating. 作製した2層格子のレーザ光観測を行う構成を示す図である。It is a figure which shows the structure which observes the laser beam of the produced 2 layer grating | lattice. 観測したレーザ光を示す図である。It is a figure which shows the observed laser beam. 可変サブ波長周期格子を用いた波長可変レーザの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the wavelength tunable laser using a variable subwavelength periodic grating. 作製した可変サブ波長周期格子を用いた波長可変レーザの基本構成を示す図である。It is a figure which shows the basic composition of the wavelength tunable laser using the produced variable subwavelength periodic grating. 作製した波長可変レーザの周期を可変できることを示す図である。It is a figure which shows that the period of the produced wavelength variable laser can be varied. 変位と電圧、発生するレーザ光の波長を示す図である。It is a figure which shows a displacement, a voltage, and the wavelength of the laser beam to generate | occur | produce. 格子の形状の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the shape of a grating | lattice. 波長可変レーザ装置のゲイン材質、非ゲイン材質やアクチュエータの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the gain material of a wavelength variable laser apparatus, a non-gain material, and an actuator. 波長可変レーザ装置のゲイン材質、非ゲイン材質やアクチュエータの他の構成を示す図である。It is a figure which shows the gain material of a wavelength variable laser apparatus, a non-gain material, and another structure of an actuator. 波長可変レーザ装置の基本構成の作製法を示す図である。It is a figure which shows the preparation methods of the basic composition of a wavelength tunable laser apparatus. 波長可変レーザ装置の基本構成の作製法の続きを示す図である。It is a figure which shows the continuation of the manufacturing method of the basic composition of a wavelength tunable laser apparatus.

Claims (4)

一定のピッチで配列したゲイン材質のサブ波長周期格子で構成された共振器と、
前記共振器に励起光を入射する励起光源と
を備えることを特徴とするレーザ装置。
A resonator composed of sub-wavelength periodic gratings of gain material arranged at a constant pitch;
A laser apparatus comprising: an excitation light source that makes excitation light incident on the resonator.
請求項1に記載のレーザ装置において、
前記共振器は、格子層と導波層を有する2層格子であることを特徴とするレーザ装置。
The laser device according to claim 1,
The laser device is a two-layer grating having a grating layer and a waveguide layer.
請求項1に記載のレーザ装置において、
前記共振器は、液体又は気体のゲイン材質中に、バネ形状を有する固体の非ゲイン材質の周期構造を有するとともに、前記周期構造は、周期を可変とするアクチュエータに接続されており、
前記アクチュエータにより、前記周期構造の周期を変えることで、共振器の共振波長を変えることを特徴とするレーザ装置。
The laser device according to claim 1,
The resonator has a periodic structure of a solid non-gain material having a spring shape in a liquid or gas gain material, and the periodic structure is connected to an actuator having a variable period,
A laser device, wherein the resonance wavelength of the resonator is changed by changing the period of the periodic structure by the actuator.
請求項1に記載のレーザ装置において、
前記共振器は、真空、液体又は気体の非ゲイン材質中に、バネ形状を有する固体のゲイン材質の周期構造を有するとともに、前記周期構造は、周期を可変とするアクチュエータに接続されており、
前記アクチュエータにより、前記周期構造の周期を変えることで、共振器の共振波長を変えることを特徴とするレーザ装置。
The laser device according to claim 1,
The resonator has a periodic structure of a solid gain material having a spring shape in a non-gain material of vacuum, liquid or gas, and the periodic structure is connected to an actuator having a variable period,
A laser device, wherein the resonance wavelength of the resonator is changed by changing the period of the periodic structure by the actuator.
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