JP2007258657A - 面発光レーザ装置、受光装置及びそれを用いた光通信システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】面発光レーザ装置は、1枚の基板に形成された発光部11A、発光部11B、発光部11C及び発光部11Dの4つの発光部からなる。各発光部はそれぞれ、独立した上部電極を備えており、互いに独立して駆動することができる。発光部11Aにおける開口部45の配列方向に対して、発光部11B、発光部11C及び発光部11Dのそれぞれにおける開口部45の配列方向は、時計回り方向に45度、90度及び135度回転した方向となっている。これにより、発光部11Aからの出射光に対して発光部11Bでは45度、発光部11Cでは90度及び発光部11Dでは135度回転した直線偏光方向を有する光をそれぞれ得ることができる。
【選択図】図2
Description
本発明の第1の実施形態について図面を参照しながら説明する。図1は第1の実施形態に係る面発光レーザ装置の平面構成を示し、図2は図1の2点差線枠内を拡大して示している。なお、図2における両矢印は各発光部から出射されるレーザ光の直線偏光の方向を示している。
0.9×P≦λ×(i2+j2)1/2/(ε1ε2/(ε1+ε2))1/2≦1.1×P・・式(1)
ここで、λはレーザ光の波長、i及びjは負でない整数(0、1、2、・・・)、ε1は金属層42の誘電率、ε2は金属層42の上面又は下面と接する媒質の誘電率である。
図7は本発明の第1の実施形態の第1変形例に係る面発光レーザ装置の金属層部分を拡大して示している。図7に示すように本変形例の面発光レーザ装置は、各金属層に設けられた開口部45が六方格子状に配置されている。
図8は本発明の第1の実施形態の第2変形例に係る面発光レーザ装置の金属層部分を拡大して示している。図8に示すように本変形例の面発光レーザ装置は、各金属層に設けられた開口部45の開口形状が円形状であり、開口部の径は発光波長よりも短い。また、開口部45が長方格子状に配置されており、開口部45の格子間隔P1及びP2のうち、一方の格子間隔P1は式(1)に示す表面プラズモン共鳴条件を満たすが、他方の格子間隔P2は表面プラズモン共鳴条件を満たさないように配置されている。
図9は本発明の第1の実施形態の第3変形例に係る面発光レーザ装置の金属層部分を拡大して示している。図9に示すように本変形例の面発光レーザ装置は、各金属層にストライプ状の開口部46が周期的に形成されている。
図10(a)及び(b)は本発明の第1の実施形態の第4変形例に係る面発光レーザ装置であり、(a)は平面構成を示し、(b)は(a)のXb−Xb線における断面構成を示している。図10において図4と同一の構成要素については同一の符号を附すことにより説明を省略する。
以下に、本発明の第1の実施形態の第5変形例について図面を参照して説明する。本変形例に係る面発光レーザ装置は、図8に示す開口部45の開口面の形状が円形状の金属層42を備えている。第1の実施形態及び他の変形例と同様に本変形例の面発光レーザ装置の発光波長は850nmであり、金属ホールアレイ13は、SiNからなるキャップ層43と、Agからなる金属層42と、SiO2からなる中間層41とにより形成されている。
以下に本発明の第2の実施形態について図面を参照しながら説明する。図15は第2の実施形態に係る受光装置の平面構成を示し、図16は図15のXVI−XVI線における断面構成を示している。
以下に、本発明の第3の実施形態について図面を参照して説明する。図17は第3の実施形態に係る光通信システムを示している。図17に示すように本実施形態の光通信システムは、第1の実施形態に係る面発光レーザ装置を有する送信機91と、第2の実施形態に係る受光装置を有する受信機92と、送信機91と受信機92とを接続する信号伝送経路である偏波保持光ファイバ93とを備えている。
以下に、本発明の第3の実施形態の一変形例について図面を参照して説明する。図18は第3の実施形態の一変形例に係る光通信システムを示している。図18に示すように本変形例の光通信システムは、第1の実施形態に係る面発光レーザ装置を有する送信機91と、回転可能に配置された検光子95を有する受信機94とを備えている。本変形例の光通信システムは、送信機91と受信機94とを対向して配置し、送信機91から出射された互いに直線偏光方向が異なるレーザ光からなる偏波多重光信号を受信機94の受光部に直接照射する空間伝送方式の光通信システムである。本変形例においては、偏波多重光信号を集光するためのレンズ96を設けているが、送信機91と受信機94との距離が近い場合にはレンズ96を設けなくてもよい。
11A 発光部
11B 発光部
11C 発光部
11D 発光部
12 上部電極
12A 上部電極
12B 上部電極
12C 上部電極
12D 上部電極
13 金属ホールアレイ
26 光ファイバ
31 n型下部多層膜反射鏡
32 下部スペーサ層
33 量子井戸層
34 上部スペーサ層
35 電流狭窄層
35a p型Al0.98Ga0.02As層
35b AlGaAs酸化物層
36 p型上部多層膜反射鏡
37 p型コンタクト層
38 第1の保護層
39 BCB樹脂膜
40 第2の保護層
41 中間層
42 金属層
42A 金属層
42B 金属層
42C 金属層
42D 金属層
43 キャップ層
44 下部電極
45 開口部
46 開口部
50 基板
51 溝部
52A 領域
52B 領域
52C 領域
52D 領域
54 n側電極
55 GaAs層
56 保護層
60 基板
61A 受光部
61B 受光部
61C 受光部
61D 受光部
62 第1電極
71 フォトダイオード
72 半導体層
73 光吸収層
74 窓層
75 コンタクト層
76 第2電極
77 第1の保護層
78 BCB樹脂膜
79 第2の保護層
81 金属ホールアレイ
82 中間層
83 金属層
84 キャップ層
86 開口部
91 送信機
92 受信機
93 光ファイバ
94 受信機
95 検光子
Claims (36)
- 基板に互いに近接して形成され且つ直線偏光方向が互いに異なるレーザ光を出射する複数の発光部を備えていることを特徴とする面発光レーザ装置。
- 前記複数の発光部は、径が100μmの領域内に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の面発光レーザ装置。
- 前記各発光部はそれぞれ、該各発光部の前記レーザ光の出射面側に設けられ且つ金属層を含む金属ホールアレイを有し、
前記各金属層は、それぞれが長手方向と直交する方向の幅が前記レーザ光の発振波長以下である開口形状を有し且つ前記長手方向と直交する方向を所定の方向にそろえて周期的に形成された複数の開口部を有し、
前記各金属ホールアレイ同士は、前記長手方向と直交する方向が互いに異なっていることを特徴とする請求項1又は2に記載の面発光レーザ装置。 - 前記各開口部の開口形状は楕円形状又は方形状であることを特徴とする請求項3に記載の面発光レーザ装置。
- 前記複数の開口部は正方格子状に配置され、
前記開口部の格子間隔をP、前記金属層の誘電率をε1、前記金属層の上面又は下面と接する媒質の誘電率をε2、前記レーザ光の発振波長をλ、i及びjを負でない整数としたときに、Pが
0.9×P≦λ×(i2+j2)1/2/(ε1ε2/(ε1+ε2))1/2≦1.1×P
の関係を満たすことを特徴とする請求項3又は4に記載の面発光レーザ装置。 - 前記複数の開口部は前記金属層ごとに格子状に配置されており、
前記格子の方向は、前記長手方向と一致していることを特徴とする請求項3に記載の面発光レーザ装置。 - 前記複数の開口部は前記金属層ごとに格子状に配置されており、
前記格子の方向は、前記長手方向と直交する方向と一致していることを特徴とする請求項3に記載の面発光レーザ装置。 - 前記各開口部の開口形状は楕円形状又は方形状であり、
前記格子は六方格子であることを特徴とする請求項6又は7に記載の面発光レーザ装置。 - 前記各発光部はそれぞれ、該各発光部の前記レーザ光の出射面側に設けられ且つ前記レーザ光の発振波長以下の径を有する複数の開口部が周期的に形成された金属層を含む金属ホールアレイを有し、
前記複数の開口部の配置は、互いに長さが異なる2つの格子間隔を有する長方格子状であり、
前記長方格子の格子方向は、前記金属ホールアレイごとに異なっていることを特徴とする請求項1又は2に記載の面発光レーザ装置。 - 前記2つの格子間隔のうちのいずれか一方の長さは、前記レーザ光に対して表面プラズモン共鳴条件を満たしていることを特徴とする請求項9に記載の面発光レーザ装置。
- 前記2つの格子間隔のうちのいずれか一方の長さをP、前記金属層の誘電率をε1、前記金属層の上面又は下面と接する媒質の誘電率をε2、前記レーザ光の発振波長をλ、i及びjを負でない整数としたときに、Pが
0.9×P≦λ×(i2+j2)1/2/(ε1ε2/(ε1+ε2))1/2≦1.1×P
の関係を満たすことを特徴とする請求項9又は10に記載の面発光レーザ装置。 - 前記各発光部はそれぞれ、各発光部の前記レーザ光の出射面側に設けられ且つ前記レーザ光の発振波長以下の開口幅を有するストライプ状の複数の開口部が周期的に形成された金属層を含む金属ホールアレイを有し、
前記ストライプが延びる方向は、前記金属ホールアレイごとに互いに異なっていることを特徴とする請求項1又は2に記載の面発光レーザ装置。 - 前記基板は半絶縁性であり、
前記各発光部は前記基板に形成された溝部によって互いに電気的に分離された領域にそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項1から12のいずれか1項に記載の面発光レーザ装置。 - 前記各発光部は、それぞれ前記基板の上に形成された複数の半導体層からなる半導体層積層体と、前記半導体層積層体に電圧を印加する2つの電極とを有し、
前記2つの電極は、前記基板の一の面の側にいずれも形成されていることを特徴とする請求項13に記載の面発光レーザ装置。 - 基板に互いに近接して形成され、受光面に入射した光のうちの互いに異なる直線偏光方向を有する光を検出光としてそれぞれ検出する複数の受光部を備えていることを特徴とする受光装置。
- 前記複数の受光部は、径が100μmの領域内に形成されていることを特徴とする請求項15に記載の受光装置。
- 前記各受光部はそれぞれ、該各受光部の前記受光面側に設けられ且つ金属層を含む金属ホールアレイを有し、
前記各金属層は、それぞれが長手方向と直交する方向の幅が前記レーザ光の発振波長以下である開口形状を有し且つ前記長手方向と直交する方向を所定の方向にそろえて周期的に形成された複数の開口部を有し、
前記各金属ホールアレイ同士は、前記長手方向と直交する方向が互いに異なっていることを特徴とする請求項15又は16に記載の受光装置。 - 前記各開口部の開口形状は楕円形状又は方形状であることを特徴とする請求項17に記載の受光装置。
- 前記複数の開口部は正方格子状に配置され、
前記開口部の格子間隔をP、前記金属層の誘電率をε1、前記金属層の上面又は下面と接する媒質の誘電率をε2、前記検出光の波長をλ、i及びjを負でない整数としたときに、Pが
0.9×P≦λ×(i2+j2)1/2/(ε1ε2/(ε1+ε2))1/2≦1.1×P
の関係を満たすことを特徴とする請求項17又は18に記載の受光装置。 - 前記複数の開口部は前記金属層ごとに格子状に配置されており、
前記格子の方向は、前記長手方向と一致していることを特徴とする請求項17に記載の受光装置。 - 前記複数の開口部は前記金属層ごとに格子状に配置されており、
前記格子の方向は、前記長手方向と直交する方向と一致していることを特徴とする請求項17に記載の受光装置。 - 前記各開口部の開口形状は楕円形状又は方形状であり、
前記格子は六方格子であることを特徴とする請求項20又は21に記載の受光装置。 - 前記各受光部はそれぞれ、各受光部の前記受光面側に設けられ且つ前記レーザ光の発振波長以下の径を有する複数の開口部が周期的に形成された金属層を含む金属ホールアレイを有し、
前記複数の開口部の配置は、互いに長さが異なる2つの格子間隔を有する長方格子状であり、
前記長方格子の格子方向は、前記金属ホールアレイごとに異なっていることを特徴とする請求項15又は16に記載の受光装置。 - 前記2つの格子間隔のうちのいずれか一方の長さは、前記検出光に対して表面プラズモン共鳴条件を満たしていることを特徴とする請求項23に記載の受光装置。
- 前記2つの格子間隔のうちのいずれか一方の長さをP、前記金属層の誘電率をε1、前記金属層の上面又は下面と接する媒質の誘電率をε2、前記レーザ光の発振波長をλ、i及びjを負でない整数としたときに、Pが
0.9×P≦λ×(i2+j2)1/2/(ε1ε2/(ε1+ε2))1/2≦1.1×P
の関係を満たすことを特徴とする請求項23又は24に記載の面発光レーザ装置。 - 前記各受光部はそれぞれ、前記受光面側に設けられ且つ前記検出光の波長以下の開口幅を有するストライプ状の複数の開口部が周期的に形成された金属層を含む金属ホールアレイを有し、
前記ストライプが延びる方向は、前記金属ホールアレイごとに互いに異なっていること
ことを特徴とする請求項15又は16に記載の受光装置。 - 前記基板は半絶縁性であり、
前記各受光部は前記基板に形成された溝部によって互いに電気的に分離された領域にそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項15から26のいずれか1項に記載の受光装置。 - 前記各受光部は、前記基板の上に形成され、2つの電極を有するフォトダイオードであり、前記2つの電極は、前記基板の一の面の側にいずれも形成されていることを特徴とする請求項27に記載の受光装置。
- 請求項1から14のいずれか1項に記載の面発光レーザ装置を含み、前記面発光レーザ装置の各発光部から出射された互いに直線偏光方向が異なる複数のレーザ光からなる多チャネルの偏波多重光信号を出力する送信機と、
前記多チャネルの偏波多重光信号を、各チャネルに分離して検出する受信機とを備えていることを特徴とする光通信システム。 - 前記受信機は、請求項15から28のいずれか1項に記載の受光装置を含むことを特徴とする請求項29に記載の光通信システム。
- 前記受信機は、
回転可能に設けられ回転角度に応じて所定の直線偏光方向を有するの光のみを透過させる検光子と、
前記検光子を透過した光を検出する受光部とを含むことを特徴とする請求項29に記載の光通信システム。 - 前記検光子は、長手方向と直交する方向の幅が前記偏波多重光信号の波長以下であり、前記長手方向と直交する方向を一方向にそろえて形成された複数の開口部を有する金属膜を含む金属ホールアレイを含むことを特徴とする請求項31に記載の光通信システム。
- 前記偏波多重光信号の直線偏光方向を保持して前記受信機に伝送する光ファイバをさらに備えていることを特徴とする請求項29に記載の光通信システム。
- 前記光ファイバは、前記各発光部から出射された複数のレーザ光が直接結合されることを特徴とする請求項33に記載の光通信システム。
- 前記偏波多重光信号は、空間伝送方式により前記受信機に伝送することを特徴とする請求項29に記載の光通信システム。
- 前記送信機から出力された前記偏波多重光信号を集光するレンズをさらに備えていることを特徴とする請求項35に記載の光通信システム。
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