JP2008243834A

JP2008243834A - 光源装置

Info

Publication number: JP2008243834A
Application number: JP2007077579A
Authority: JP
Inventors: Taro Ando; 太郎安藤; Yoshiyuki Otake; 良幸大竹; Naoya Matsumoto; 直也松本; Taku Inoue; 卓井上; Haruyoshi Toyoda; 晴義豊田; Norio Fukuchi; 昇央福智
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2007-03-23
Filing date: 2007-03-23
Publication date: 2008-10-09
Anticipated expiration: 2027-03-23
Also published as: JP5191678B2

Abstract

【課題】上記問題点を解消する為になされたものであり、小型化可能な光源装置を提供する。
【解決手段】光源装置１は、面発光レーザ素子10および光位相変調部20を備える。面発光レーザ素子10は、基板11上にＤＢＲ層12、活性層15およびＤＢＲ層18等が形成されたものであり、レーザ発振させるための共振器がＤＢＲ層12，18により構成されている。光位相変調部20は、面発光レーザ素子10の出射面上に設けられ、入力する光のビーム断面上の位置に応じて該光を位相変調して透過させ、その位相変調後の光を出力する。光位相変調部20に入力される光のビーム断面上において、所定位置を中心とするｐ個の円周によって区分される(p+1)個の領域を設定したときに、(p+1)個の領域それぞれの径方向の幅が外側の領域ほど広く、(p+1)個の領域それぞれにおいて位相変調量が一定であり、(p+1)個の領域のうち隣り合う２つの領域の間で位相変調量がπだけ異なる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光のビーム断面上において所定の位相分布を有する光を発生する光源装置に関するものである。

被観察物を観察する場合や被加工物を加工する場合に、レーザ光源等の光源から出力される光は、レンズ等を含む照射光学系を経て被観察物または被加工物に集光照射される。このように光を集光する場合、その集光径の大きさの目安であるビームウエスト径は、光の波長の半分程度までしか小さくすることができないことが知られている。これは回折限界と呼ばれる。ただし、この回折限界は、ガウシアンモード（あるいは基本モード）の光についてのことである。一方、回折限界より微細な空間構造を持つ高次モード光の存在が知られている。

このような性質をもつ光ビームとしてベッセル（Bessel）ビームやラゲール・ガウス・モード（Laguerre-Gaussian Mode）光（以下「ＬＧモード光」という。）および偏波モード光などが知られている。このような光ビームを用いれば、実効的に回折限界以下の微小領域に光のエネルギーを集中させることが可能となる。この原理にもとづき、これまでに、ベッセルビームを用いた回折限界以下の解像度を持つピックアップ装置や微細加工技術および顕微鏡などの発明が提案されている。

また、ＬＧモード光を出力する光源装置については、例えば非特許文献１〜６に記載されている。これらの文献に記載された光源装置は、光ビーム断面において円周方向に沿って位相が変化するＬＧモード光を発生するものである。このようなＬＧモード光は、光ピンセット、量子計算および量子通信などへの応用が期待され、目下、光学・物理の分野で注目されている。
J. Arlt, et al., Journal ofModern Optics, Vol.45, No.6, pp.1231-1237 (1998). D. G. Grier, Nature, Vol.424,pp.810-816 (2003). M. W. Beijersbergen, et al., Optics Communications, Vol.112,pp.321-327 (1994). K. Sueda, et al., OpticsExpress, Vol.12, No.15, pp.3548-3553 (2004). N. R. Heckenberg, et al., Optics Letters, Vol.17, No.3, pp.221-223 (1992). N. R. Heckenberg, et al., Optical and Quantum Electronics, Vol.24, No.24, pp.155-166 (1992). K. S. Youngworth and T. G. Brown, Optics Express, Vol.7,No.2, pp.77-87 (2000). R. Oron, et al., Applied Physics Letters, Vol.77, No.21,pp.3322-3324 (2000).

このような回折限界以下の集光径を実現できる光ビームを発生する光源装置は、高密度にデータを記録することができる光ディスクに対してデータの書き込み又は読み取りを行う光ピックアップ装置に応用することも考えられる。

従来、回折限界以下の集光径を実現できるビームとして、主に０次ベッセルビームが注目されてきた。０次ベッセルビームは、アキシコンを用いて集光することにより発生されることが知られており、その中央スポット径が回折限界以下となるものである。あわせて集光の焦点深度が非常に深いことが特徴で、通常のビームの焦点深度と比較して非常に広い範囲において、同一の光強度パターンを有している。ベッセルビームのこの特徴は無回折伝播ともよばれ、高アスペクト比加工などに用いられる場合には望ましい特性となるが、多層記録媒体を読み取るなどの場合には、深度方向の集光制御を難しくし、好ましくない特性となる。

さらに近年では、高ＮＡ集光時に回折限界以下の集光径を実現する光ビームとして、特殊な偏光状態に伴う光モードのひとつである動径方向偏波モード光（radially polarized mode: R-TEM^* モードとも表記）も注目されている（非特許文献７）。しかしながら、このような光ビームでは偏波方向がビーム内の位置に依存して変化しており、光磁気効果を利用した記録媒質の読み取りには適さない。何故なら、直線偏光または楕円偏光の光源が望ましいからである。さらに、このようなビームを生成するための従来技術では、レーザ媒質中に複屈折媒質を挿入するなどの構成が必要とされ、装置として大型となることは避けられない（非特許文献８）。

以上より、光ピックアップ装置への応用を考えたとき、集光による伝播特性および偏光特性の両面において、偏角指数０のＬＧモード光は他の光ビームよりもより望ましい特性を持つと言える。しかし、ＬＧモード光を発生する従来の光源装置はいずれも大型であることから、小型化が要求される光ピックアップ装置に応用することは困難である。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、小型化可能な光源装置を提供することを目的とする。

本発明に係る光源装置は、(1) レーザ発振させるための共振器を有しレーザ光を出射面から出力する面発光レーザ素子と、(2) 面発光レーザ素子の出射面または共振器内に設けられ、入力する光のビーム断面上の位置に応じて該光を位相変調して、その位相変調後の光を出力する光位相変調部と、を備えることを特徴とする。さらに、本発明に係る光源装置では、光位相変調部に入力される光のビーム断面上において、所定位置を中心とするｐ個の円周によって区分される(ｐ＋１)個の領域を設定したときに、(ｐ＋１)個の領域それぞれの径方向の幅が外側の領域ほど広く、(ｐ＋１)個の領域それぞれにおいて位相変調量が一定であり、(ｐ＋１)個の領域のうち隣り合う２つの領域の間で位相変調量がπだけ異なることを特徴とする。ただし、ｐは自然数である。

本発明に係る光源装置では、面発光レーザ素子の出射面が加工されて光位相変調部が形成されているのが好適であり、別途に形成された光位相変調部が面発光レーザ素子の出射面に固定されているのも好適である。

なお、ｎを整数としたときに任意の位相αと位相(α＋２ｎπ)とは互いに等価であり、また、位相調整量の分布はオフセット値を無視して相対値のみを問題とすればよい。これらのことを考慮して、光位相変調部における位相変調量は、位相αから位相(α＋２π)までの範囲に制限することが可能であり、また、αを値０としてもよい。

本発明に係る光源装置は、小型化可能であり、例えば光ピックアップ装置に応用するのに好適なものである。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）

先ず、本発明に係る光源装置の第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る光源装置１の断面図である。図２は、第１実施形態に係る光源装置１の斜視図である。この図に示される光源装置１は、面発光レーザ素子１０および透過型の光位相変調部２０を備える。

面発光レーザ素子１０は、基板１１上に順にＤＢＲ層１２、クラッド層１３、コア層１４、活性層１５、コア層１６、クラッド層１７およびＤＢＲ層１８が形成されたものであり、レーザ発振させるための共振器がＤＢＲ層１２およびＤＢＲ層１８により構成されている。基板１１側にあるＤＢＲ層１２は発振波長において高反射率とされ、他方のＤＢＲ層１８は発振波長において低反射率とされている。

この面発光レーザ素子１０では、駆動電流が供給されると活性層１５で光が放出され、その光がＤＢＲ層１２とＤＢＲ層１８との間を往復することにより活性層１５で誘導放出が生じて、レーザ発振する。そして、共振器において発振した光の一部は、ＤＢＲ層１８を透過して、上部の出射面からレーザ光として出力される。

光位相変調部２０は、面発光レーザ素子１０の出射面上に設けられ、入力する光のビーム断面上の位置に応じて該光を位相変調して透過させ、その位相変調後の光を出力する。光位相変調部２０は、一般に屈折率が異なる複数種類の媒質が積層された構造として実現されるが、最も簡単な構成としては屈折率が異なる２種類の媒質が積層された構造として実現される。

図３は光位相変調部２０の断面図であり、図４は光位相変調部２０の斜視図であり、また、図５は光位相変調部２０の平面図である。光位相変調部２０は、互い異なる屈折率を有する第１媒質２１および第２媒質２２からなる。第１媒質２１の上面および第２媒質２２の下面は互いに平行である。第２媒質２２の下面は面発光レーザ素子１０の出射面に接している。第１媒質２１および第２媒質２２は、例えば透明なガラスまたは半導体等の材料からなり、図４および図５に示されるように、何れか一方が気体または真空であってもよい。なお、図５においてハッチング領域は、第１部材２１において凹部となっている領域である。

光位相変調部２０において、第１媒質２１と第２媒質２２との境界は段差ｘの凹凸形状を有していて、この境界における各凹部および各凸部は、複数の同心円で区分される円または円環の形状を有している。光位相変調部２０における段差ｘおよび複数の同心円それぞれの半径ｒ_１，ｒ_２，ｒ_３，…は、透過光に与えられるべき位相変調量分布から、以下のように決定される。また、便宜上「ｒ_０＝０」と定義する。

図３〜図５に示されるように、光位相変調部２０に入力される光のビーム断面上において、所定位置を中心とするｐ個の半径ｒ_１〜ｒ_ｐの各円周によって区分される(ｐ＋１)個の領域Ａ_０〜Ａ_ｐを設定する。内側から順に領域Ａ_０，Ａ_１，Ａ_２，…，Ａ_ｐとする。領域Ａ_０は、半径ｒ_１の円周の内側の領域であり、領域Ａ_ｉは、半径ｒ_ｉの円周と半径ｒ_ｉ+1の円周との間の領域である（ｉ＝０，１，２，３，…，ｐ）。

このとき、(ｐ＋１)個の領域Ａ_０〜Ａ_ｐそれぞれの径方向の幅は、外側の領域ほど広い。すなわち、半径ｒ_１〜ｒ_ｐの間に以下の関係式が成り立つ。なお、最も内側にある領域Ａ_０については、半径ｒ_１を径方向の幅とする。

さらに、(ｐ＋１)個の領域Ａ_０〜Ａ_ｐそれぞれにおいて位相変調量は一定であり、(ｐ＋１)個の領域Ａ_０〜Ａ_ｐのうち隣り合う２つの領域の間で位相変調量はπだけ異なる。すなわち、偶数番目の領域Ａ_０，Ａ_２，Ａ_４，…それぞれの領域内における位相変調量φ_０は一定である。また、奇数番目の領域Ａ_１，Ａ_３，Ａ_５，…それぞれの領域内における位相変調量φ_１は一定である。そして、これら位相変調量φ_０と位相変調量φ_１とは互いにπだけ異なる。

動径方向ｒについて設定されるべきｐ個の半径ｒ_１〜ｒ_ｐの円周で表される位相不連続線は以下のように設定される。位相不連続線は、光強度が０となる部分（「節」）に存在する。ＬＧモードの場合、光強度分布の節はSonine多項式の零点から求めることができる。つまり、下記（２）式で定義されるSonine多項式Ｓ_p ^q(ｚ)が値０となる変数ｚの値を求める。なお、ｐは、動径指数と呼ばれ、自然数である。また、ｑは、偏角指数と呼ばれ、任意の整数である。

特に、本実施形態では偏角指数ｑは値０とされる。このとき、上記（２）式は、下記（３）式で表されるLaguerre多項式となる。Laguerre多項式は、ｐ次の多項式であり、ｐ個の異なる正の実数根ａ_１〜ａ_ｐを持つ。これらの根ａ_ｉと光ビームウェスト半径ｗとを用いれば、位相不連続線の半径ｒ_iは、下記（４）式で表される（ｉ＝１，２，３，…，ｐ）。

このような位相変調φ(ｒ)を光位相変調部２０により受けて透過された光は、動径指数がｐで偏角指数が０であるＬＧモード光となる。このＬＧモード光は、位相分布面上に設定した極座標系における偏角θを固定したとき、位相不連続線を境界線として接する二つの領域に属する点における位相値がπの差を持つ。また、(ｐ＋１)個の領域Ａ_０〜Ａ_ｐそれぞれの径方向の幅は、外側の領域ほど広い。

偶数番目の領域Ａ_０，Ａ_２，Ａ_４，… それぞれの領域内における位相変調量φ_０と、奇数番目の領域Ａ_１，Ａ_３，Ａ_５，…それぞれの領域内における位相変調量φ_１とを、互いに一定値Δφだけ異ならせる為に、光位相変調部２０における第１媒質２１と第２媒質２２との境界での凹凸形状の段差ｘは、下記（５）式で表される値に設定される。ここで、ｎ_１は第１媒質２１の屈折率であり、ｎ_２は第２媒質２２の屈折率であり、λは真空中での光の波長である。なお、本実施形態では、「Δφ＝π」として、段差ｘが決定される。

以上のように構成される光源装置１から出力される光は、動径指数ｐで偏角指数０のＬＧモード光となる。このような高次動径指数を有するＬＧモード光をレンズにより集光させた場合、全体のビーム径を波長の半分程度よりも小さくすることは不可能である（回折限界）。しかし、ＬＧモード光の内部構造は保存されるので、集光点上において高次動径指数ＬＧモード光の中央スポット（領域Ａ_０）は回折限界以下の大きさを有することになる。

なお、中央スポット（領域Ａ_０）の周囲に存在するリング（サイドローブ、すなわち、領域Ａ_１，Ａ_２，Ａ_３，…）は、ベッセルビームと同様の挙動を示し、ベッセルビームに関して確立されている技術を用いることにより、それらの影響を低減させることも可能である。高次動径指数ＬＧモード光に特有の性質としては、動径指数ｐを大きくするほど、中央スポット（領域Ａ_０）の大きさを小さくすることが可能である点が挙げられる。

また、サイドローブ（領域Ａ_１，Ａ_２，Ａ_３，…）の広がりは、ベッセルビームでは理論的に無限であるのに対し、高次動径指数ＬＧモード光では有限である。このことから、光学系の径をサイドローブ全体が完全に含まれるように設定しておくことにより、より理想的に条件のもとで高次動径指数ＬＧモード光の特性を利用することができる。

したがって、この光源装置１は、高解像度で被観察物を観察する観察装置や、高解像度で被加工物を加工する加工装置において、好適に用いられ得る。また、この光源装置１は、面発光レーザ素子１０および光位相変調部２０から構成されるので小型化可能であり、それ故、高解像度および小型化が要求される光ピックアップ装置においても好適に用いられ得る。

なお、これまでに説明してきた第１実施形態に係る光源装置１は、面発光レーザ素子１０および光位相変調部２０を備えるものであって、面発光レーザ素子１０の出射面上に光位相変調部２０が設けられていた。ここで、面発光レーザ素子１０の出射面が加工されて光位相変調部２０が形成されていてもよいし、或いは、図６に示されるように別途に形成された光位相変調部２０が面発光レーザ素子１０の出射面に固定されていてもよい。後者の場合、光位相変調部２０は例えば接着剤により面発光レーザ素子１０の出射面に接着固定される。

（第２実施形態）

次に、本発明に係る光源装置の第２実施形態について説明する。図７は、第２実施形態に係る光源装置２の断面図である。この図に示される光源装置２は、面発光レーザ素子３０の共振器の内部に光位相変調部４０が設けられている。

面発光レーザ素子３０は、基板３１上に順にＤＢＲ層３２、クラッド層３３、コア層３４、活性層３５、コア層３６、クラッド層３７およびＤＢＲ層３８が形成されたものであり、レーザ発振させるための共振器がＤＢＲ層３２およびＤＢＲ層３８により構成されている。基板３１側にあるＤＢＲ層３２は発振波長において高反射率とされ、他方のＤＢＲ層３８は発振波長において低反射率とされている。

光位相変調部４０は、面発光レーザ素子３０のクラッド層３７とＤＢＲ層３８との間に設けられている。この光位相変調部４０は、面発光レーザ素子３０の共振器内に設けられており、共振器内を伝播する光のビーム断面上の位置に応じて該光を位相変調して透過させ、その位相変調後の光を出力する。光位相変調部４０は、一般に屈折率が異なる複数種類の媒質が積層された構造として実現されるが、最も簡単な構成としては屈折率が異なる２種類の媒質が積層された構造として実現される。

第２実施形態における光位相変調部４０は、第１実施形態において図３〜図５を用いて説明した光位相変調部２０と同様のものであるが、面発光レーザ素子３０の内部に形成されることから、面発光レーザ素子３０の材料と同様の材料である半導体からなるのが好ましい。

この光源装置２では、駆動電流が供給されると活性層３５で光が放出され、その光がＤＢＲ層３２とＤＢＲ層３８との間を往復することにより活性層３５で誘導放出が生じて、レーザ発振する。また、共振器において光が往復する間に光位相変調部４０を透過する光は、その透過の際にビーム断面上の位置に応じて位相変調を受ける。そして、共振器において発振した光の一部は、ＤＢＲ層３８を透過して、上部の出射面からレーザ光として出力される。

光位相変調部４０が上記（１）〜（５）式の如く設定されていることにより、光源装置２から出力される光は、動径指数ｐで偏角指数０のＬＧモード光となる。したがって、この光源装置２も、高解像度で被観察物を観察する観察装置や、高解像度で被加工物を加工する加工装置において、好適に用いられ得る。また、この光源装置２も、面発光レーザ素子３０および光位相変調部４０から構成されるので小型化可能であり、それ故、高解像度および小型化が要求される光ピックアップ装置においても好適に用いられ得る。

なお、これまでに説明してきた第２実施形態に係る光源装置２は、面発光レーザ素子３０の共振器内に光位相変調部４０を備えるものであった。ここで、面発光レーザ素子３０の製造工程の途中に光位相変調部４０が一体に形成されていてもよいし、或いは、図８に示されるように別途に形成された光位相変調部４０およびＤＢＲ層３８が面発光レーザ素子３０（ただし、ＤＢＲ層３８を除く。）に固定されていてもよい。後者の場合、光位相変調部４０は例えば接着剤により面発光レーザ素子３０のクラッド層３７に接着固定される。

（第３実施形態）

次に、本発明に係る光源装置の第３実施形態について説明する。図９は、第３実施形態に係る光源装置３の断面図である。この図に示される光源装置３は、面発光レーザ素子５０の共振器の内部に光位相変調部６０が設けられている。

面発光レーザ素子５０は、基板５１上に順にＤＢＲ層５２、クラッド層５３、コア層５４、活性層５５、コア層５６、クラッド層５７およびＤＢＲ層５８が形成されたものであり、レーザ発振させるための共振器がＤＢＲ層５２およびＤＢＲ層５８により構成されている。基板５１側にあるＤＢＲ層５２は発振波長において高反射率とされ、他方のＤＢＲ層５８は発振波長において低反射率とされている。

光位相変調部６０は、面発光レーザ素子５０のＤＢＲ層５２とクラッド層５３との間に設けられている。この光位相変調部６０は、面発光レーザ素子５０の共振器内に設けられており、共振器内を伝播する光のビーム断面上の位置に応じて該光を位相変調して透過させ、その位相変調後の光を出力する。光位相変調部６０は、一般に屈折率が異なる複数種類の媒質が積層された構造として実現されるが、最も簡単な構成としては屈折率が異なる２種類の媒質が積層された構造として実現される。

第３実施形態における光位相変調部６０は、第１実施形態において図３〜図５を用いて説明した光位相変調部２０と同様のものであるが、面発光レーザ素子５０の内部に形成されることから、面発光レーザ素子５０の材料と同様の材料である半導体からなるのが好ましい。

この光源装置３では、駆動電流が供給されると活性層５５で光が放出され、その光がＤＢＲ層５２とＤＢＲ層５８との間を往復することにより活性層５５で誘導放出が生じて、レーザ発振する。また、共振器において光が往復する間に光位相変調部６０を透過する光は、その透過の際にビーム断面上の位置に応じて位相変調を受ける。そして、共振器において発振した光の一部は、ＤＢＲ層５８を透過して、上部の出射面からレーザ光として出力される。

光位相変調部６０が上記（１）〜（５）式の如く設定されていることにより、光源装置３から出力される光は、動径指数ｐで偏角指数０のＬＧモード光となる。したがって、この光源装置３も、高解像度で被観察物を観察する観察装置や、高解像度で被加工物を加工する加工装置において、好適に用いられ得る。また、この光源装置３も、面発光レーザ素子５０および光位相変調部６０から構成されるので小型化可能であり、それ故、高解像度および小型化が要求される光ピックアップ装置においても好適に用いられ得る。

なお、これまでに説明してきた第３実施形態に係る光源装置３は、面発光レーザ素子５０の共振器内に光位相変調部６０を備えるものであった。ここで、面発光レーザ素子５０の製造工程の途中に光位相変調部６０が一体に形成されていてもよいし、或いは、図１０に示されるように別途に形成された光位相変調部６０およびＤＢＲ層５２が面発光レーザ素子５０（ただし、ＤＢＲ層５２を除く。）に固定されていてもよい。後者の場合、光位相変調部６０は例えば接着剤により面発光レーザ素子５０のクラッド層５３または基板５１に接着固定される。また、後者の場合、基板５１を研削して薄肉化し又は基板５１の一部に開口を設けてもよい。

（変形例）

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、光位相変調部は、上記実施形態では透過光に対して位相変調を与えるものであったが、反射光に対して位相変調を与えるものであってもよい。このような反射型の光位相変調部は、面発光レーザ素子の共振器を構成するＤＢＲ層において用いられ得る。

図１１は、反射型の光位相変調部７０の断面図である。光位相変調部７０は、第１媒質７１および第２媒質７２からなり、第１媒質７１と第２媒質７２との境界が反射面となっている。第１媒質７１と第２媒質７２との境界は段差ｘの凹凸形状を有していて、この境界における各凹部および各凸部は、複数の同心円で区分される円または円環の形状を有している。光位相変調部７０における複数の同心円それぞれの半径ｒ_１，ｒ_２，ｒ_３，…は、上記（１）〜（４）式の如く設定されている。第１媒質７１の側から入射した光が境界で反射する場合を考えると、隣あう領域の間で位相変調量を互いに一定値Δφだけ異ならせる為に、光位相変調部７０における第１媒質７１と第２媒質７２との境界での凹凸形状の段差ｘは、下記（６）式で表される値に設定される。ここで、ｎ_１は第１媒質７１の屈折率であり、ｎ_２は第２媒質７２の屈折率であり、λは真空中での光の波長である。なお、「Δφ＝π」として、段差ｘが決定される。

図１２は、反射型の光位相変調部８０の断面図である。光位相変調部８０は、第１媒質８１および第２媒質８２からなり、第２媒質８２の下面が反射面となっている。第２媒質８２の下面に反射コーティングが施されているのが好ましい。第１媒質８１と第２媒質８２との境界は段差ｘの凹凸形状を有していて、この境界における各凹部および各凸部は、複数の同心円で区分される円または円環の形状を有している。光位相変調部８０における複数の同心円それぞれの半径ｒ_１，ｒ_２，ｒ_３，…は、上記（１）〜（４）式の如く設定されている。第１媒質８１の側から入射した光が境界で反射する場合を考えると、隣あう領域の間で位相変調量を互いに一定値Δφだけ異ならせる為に、光位相変調部８０における第１媒質８１と第２媒質８２との境界での凹凸形状の段差ｘは、下記（７）式で表される値に設定される。ここで、ｎ_１は第１媒質８１の屈折率であり、ｎ_２は第２媒質８２の屈折率であり、λは真空中での光の波長である。なお、「Δφ＝π」として、段差ｘが決定される。

次に、実施例の光源装置の構成について説明する。図１３は、本実施例の光源装置の断面図である。本実施例の光源装置は、上記の第１実施形態の構成の変形例に相当するものである。本実施例の光源装置では、光位相変調部２０の第１媒質２１が空気とされ、光位相変調部２０の第２媒質２２の上にｐ電極９１が設けられ、基板１１の裏面にｎ電極９２が設けられている。また、コア領域１４，１６は設けられていない。

基板１１は、ｎ^＋-ＧａＡｓからなる。ＤＢＲ層１２は、ｎ⁻-ＧａＡｓ（６８ｎｍ厚）とｎ⁻-ＡｌＡｓ（８２ｎｍ厚）とが交互に積層されたものであり、各々の層数が２０である。クラッド層１３は、ｎ⁻-Ａｌ_0.45Ｇａ_0.55Ａｓ（７１.５ｎｍ厚）からなる。活性層１５は、Ｉｎ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ（８ｎｍ厚）からなる。クラッド層１７は、ｐ⁻-Ａｌ_0.45Ｇａ_0.55Ａｓ（７１.５ｎｍ厚）からなる。ＤＢＲ層１８は、ｐ⁻-ＧａＡｓ（６８ｎｍ厚）とｐ⁻-ＡｌＡｓ（８２ｎｍ厚）とが交互に積層されたものであり、各々の層数が２０である。第２媒質２２は、ｐ^＋-ＧａＡｓ（４００ｎｍ厚）からなる。

ｐ電極９１は、Ｃｒ（５０ｎｍ厚）／Ａｕ（１５０ｎｍ厚）の多層金属層からなり、光位相変調部２０の第２媒質２２の表面に設けられ、特に、凹凸形状とされている第２媒質２２の表面のうちでも最外領域にリング状に設けられている。ｎ電極９２は、Ａｕ（１００ｎｍ厚）／ＡｕＧｅ（１５０ｎｍ厚）／Ｎｉ（５０ｎｍ厚）の多層金属層からなり、基板１１の裏面の略全体に設けられている。

光位相変調部２０の第２媒質２２の表面は、段差ｘの凹凸形状を有していて、この境界における各凹部および各凸部は、複数の同心円で区分される円または円環の形状を有している。これら複数の同心円それぞれの半径および段差ｘは、前述したように決定される。光位相変調部２０の第２媒質２２の屈折率は３.５であり、段差ｘは１９６ｎｍとされる。

ＤＢＲ層１２とＤＢＲ層１８との間の間隔（すなわち、共振器の共振器長）ｙは、この間の屈折率および発振波長に基づいて決定される。クラッド層１３，１７それぞれの屈折率は３.２５であり、間隔ｙは１５１ｎｍとされる。また、ＤＢＲ層１２およびＤＢＲ層１８それぞれにおいて、ＧａＡｓ層およびＡｌＡｓ層それぞれの厚みは、ブラッグ反射波長が発振波長となるように設定される。

このように構成される本実施例の光源装置では、電極９１と電極９２との間に駆動電流が供給されると、活性層１５で光が放出され、その光がＤＢＲ層１２とＤＢＲ層１８との間を往復することにより活性層１５で誘導放出が生じてレーザ光発振する。そして、共振器において発振した光の一部は、ＤＢＲ層１８を透過して、上部の出射面から波長８９０ｎｍのレーザ光として出力される。そのレーザ光は、光位相変調部２０の第２媒質２２により、ビーム断面上の位置に応じて位相変調を受けて、偏角指数０のＬＧモード光として出力される。

第１実施形態に係る光源装置１の断面図である。第１実施形態に係る光源装置１の斜視図である。透過型の光位相変調部２０の断面図である。透過型の光位相変調部２０の斜視図である。透過型の光位相変調部２０の平面図である。第１実施形態の変形例に係る光源装置の断面図である。第２実施形態に係る光源装置２の断面図である。第２実施形態の変形例に係る光源装置の断面図である。第３実施形態に係る光源装置３の断面図である。第３実施形態の変形例に係る光源装置の断面図である。反射型の光位相変調部７０の断面図である。反射型の光位相変調部８０の断面図である。本実施例の光源装置の断面図である。

符号の説明

１〜３…光源装置、１０…面発光レーザ素子、１１…基板、１２…ＤＢＲ層、１３…クラッド層、１４…コア層、１５…活性層、１６…コア層、１７…クラッド層、１８…ＤＢＲ層、２０…光位相変調部、２１…第１媒質、２２…第２媒質、３０…面発光レーザ素子、３１…基板、３２…ＤＢＲ層、３３…クラッド層、３４…コア層、３５…活性層、３６…コア層、３７…クラッド層、３８…ＤＢＲ層、４０…光位相変調部、４１…第１媒質、４２…第２媒質、５０…面発光レーザ素子、５１…基板、５２…ＤＢＲ層、５３…クラッド層、５４…コア層、５５…活性層、５６…コア層、５７…クラッド層、５８…ＤＢＲ層、６０…光位相変調部、６１…第１媒質、６２…第２媒質、７０…反射型光位相変調部、７１…第１媒質、７２…第２媒質、８０…反射型光位相変調部、８１…第１媒質、８２…第２媒質、９１…ｐ電極、９２…ｎ電極。

Claims

レーザ発振させるための共振器を有しレーザ光を出射面から出力する面発光レーザ素子と、
前記面発光レーザ素子の出射面または共振器内に設けられ、入力する光のビーム断面上の位置に応じて該光を位相変調して、その位相変調後の光を出力する光位相変調部と、
を備え、
前記光位相変調部に入力される光のビーム断面上において、所定位置を中心とするｐ個の円周によって区分される(ｐ＋１)個の領域を設定したときに、前記(ｐ＋１)個の領域それぞれの径方向の幅が外側の領域ほど広く、前記(ｐ＋１)個の領域それぞれにおいて位相変調量が一定であり、前記(ｐ＋１)個の領域のうち隣り合う２つの領域の間で位相変調量がπだけ異なる、
ことを特徴とする光源装置（ただし、ｐは自然数）。
前記面発光レーザ素子の出射面が加工されて前記光位相変調部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
別途に形成された前記光位相変調部が前記面発光レーザ素子の出射面に固定されていることを特徴とする請求項１記載の光源装置。