JP2013518430A - 非周期的回折格子を有する垂直共振器面発光レーザ - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1A
Description
図1Aは、本発明の1つ又は複数の実施形態に従って構成される一例のVCSEL100の等角図を示す。VCSEL100は、分布ブラッグ反射体(「DBR」)104上に配置される発光層102を含む。DBR104は更に基板106上に配置され、基板106は第1の電極108上に配置される。VCSEL100は、発光層102上に配置される絶縁層110、層110上に配置される回折格子層112、及び回折格子層112上に配置される第2の電極114も含む。図1Aの例において示されるように、第2の電極114は、回折格子層112の一部を露出させる長方形の開口部116を有するように構成される。矢印118によって示されるように、開口部116によって、発光層102から放射される光が、層のxy平面に対して実質的に垂直にVCSELから出られるようになる(すなわち、光はz方向において開口部を通ってVCSEL100から放射される)。図1Bは、本発明の1つ又は複数の実施形態に従って構成されるVCSEL100の組立分解等角図を示す。その等角図は、絶縁層110内の開口部120、及び回折格子層112内のSWG122を明らかにする。開口部120によって、発光層102から放射される光が、SWG122に達することができるようになる。本発明の実施形態は、長方形の形状を有する開口部116及び120には限定されないことに留意されたい。他の実施形態では、第2の電極及び絶縁層内の開口部は正方形、円形、楕円形又は任意の他の適切な形状とすることができる。
上記のように、回折格子層112のSWG122は、発光層102の上方に浮いた状態で支持される平面膜として実装される。本発明の1つ又は複数の実施形態に従って構成されるSWG122は、VCSEL100の共振器の中に反射して戻される光の波面の形状の制御、及び図1Aに示されるように、第2の電極114内の開口部116を通って放射される光の波面の形状の制御を含む、反射機能を提供する。これは、SWG122の高い反射比率に実質的に影響を及ぼすことなく、SWG122から反射される光の位相を制御する非周期的回折格子パターンを有するようにSWG122を構成することによって成し遂げることができる。後に示されるように、或る実施形態では、SWG122が円筒鏡又は球面鏡として動作できるようにする回折格子パターンを有するように、SWG122を構成することができる。
本発明の実施形態は、SWGを、該SWGから反射された光の波面を所望の形状に導く鏡として動作するように構成することができるいくつかの方法を含む。所望の波面で反射するようにSWGを構成する第1の方法は、SWGの回折格子層のための反射係数プロファイルを求めることを含む。反射係数は、以下の式によって表される複素数値関数である。
図11A及び図11Bは、本発明の1つ又は複数の実施形態に従って動作するVCSEL100の1つの空洞共振器の断面図を示す。図11Aに示されるように、電極114及び108が、発光層102を電子的にポンピングするために用いられる電圧源1102に結合される。図11Aは、SWG122の一部、空隙216、発光層102の一部及びDBR104の一部の拡大図1104を含む。VCSEL100にバイアスがかけられないとき、QW210は、対応する伝導帯内に相対的に低い濃度の電子、及び対応する価電子帯内に相対的に低い濃度の空電子状態、すなわち、正孔を有し、発光層102から光はほとんど放射されない。一方、VCSELアレイ100の層に順方向バイアスがかけられるとき、QW210の伝導帯内に電子が注入され、一方、QW210の価電子帯内に正孔が注入され、反転分布と呼ばれるプロセスにおいて、過剰な伝導帯電子及び過剰な価電子帯正孔を生成する。「電子−正孔再結合」又は「再結合」と呼ばれる放射プロセスにおいて、伝導帯内の電子は価電子帯内の正孔と自発的に再結合する。電子及び正孔が再結合するとき、最初に、或る波長範囲にわたって全ての方向において光が放射される。順バイアス方向において、適切な動作電圧が印加される限り、QW210において電子及び正孔反転分布が保持され、電子が正孔と自発的に再結合し、ほぼ全ての方向において光を放射することができる。
Claims (15)
- 面発光レーザであって、
非周期的サブ波長回折格子(122)を用いて構成される回折格子層(112)と、
反射層と、
前記回折格子層と反射体との間に配置される発光層(102)とを備え、前記サブ波長回折格子及び前記反射体は空洞共振器を形成し、前記回折格子は1つ又は複数の内部共振器モードを実現し、かつ前記面発光レーザから放射される1つ又は複数の外部横モードを実現する回折格子パターンを有するように構成される、面発光レーザ。 - 前記反射層上に配置される基板(106)と、
前記基板上に配置される第1の電極(108)と、
前記回折格子層上に配置される第2の電極(114)であって、該第2の電極は、前記サブ波長回折格子を露出させる開口部を有するように構成される、第2の電極と、
を更に備える、請求項1に記載の面発光レーザ。 - 前記反射層は分布ブラッグ反射体(104)を更に備える、請求項1に記載の面発光レーザ。
- 前記反射層は、第2の非周期的サブ波長回折格子(1704)を用いて構成される第2の回折格子層(1702)を更に備える、請求項1に記載の面発光レーザ。
- 前記回折格子パターンは溝(300)によって分離されるラインの1次元パターンを更に備える、請求項1又は4に記載の面発光レーザ。
- 前記ラインの1次元パターンは、ラインの1つ又は複数のサブ領域(301〜303)を更に備え、各サブ領域内の前記ラインは、選択された周期及びデューティサイクルを有する、請求項5に記載の面発光レーザ。
- 前記回折格子パターンは2次元回折格子パターンを備える、請求項1又は4に記載の面発光レーザ。
- 前記サブ波長回折格子は、該サブ波長回折格子と前記発光層との間に空隙(216)を形成する、浮いた状態で支持される膜(122)を更に備える、請求項1又は4に記載の面発光レーザ。
- 前記発光層と前記回折格子層との間に配置される絶縁層(110)を更に備え、該絶縁層は、電流及び光を閉じ込めるための開口部(120)を含む、請求項1に記載の面発光レーザ。
- 前記空洞共振器内で増幅され、該空洞共振器から放射される光は、前記サブ波長回折格子(1404)の回折格子パターンに基づいて偏光される、請求項1に記載の面発光レーザ。
- 前記サブ波長回折格子及び前記反射体は、単一モードの光を放射するための単一モード空洞共振器を形成するように構成される、請求項1に記載の面発光レーザ。
- 光を生成するための方法であって、
発光層を電子的にポンピングするステップ(1901)であって、1つ又は複数の非周期的サブ波長回折格子を含む空洞共振器内に形成される空洞共振器内に光を放射する、ポンピングするステップと、
前記共振器によってサポートされる軸モード及び横モードに光を結合するステップ(1903)と、
前記1つ又は複数の回折格子層の構成に基づいて、前記共振器によってサポートされる最も損失の低い軸モード及び横モードに結合された光を優先的に増幅するステップ(1905)と、
前記共振器によってサポートされる前記軸モード及び前記横モードに一致するコヒーレント光ビームのモードを放射するステップ(1907)と、
を含む、光を生成するための方法。 - コヒーレント光ビームのモードを放射するステップは、前記共振器によってサポートされる単一光モードを放射するステップを含む、請求項12に記載の方法。
- 前記共振器によってサポートされる特定の偏光を有する光モードを優先的に増幅するステップを更に含む、請求項12に記載の方法。
- 特定の偏光を有する光を反射するように構成される前記1つ又は複数の回折格子を更に備える、請求項14に記載の方法。
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