JP2016149532A - Wavelength variable laser device and optical coherence tomography - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wavelength variable laser device capable of improving a wavelength variation width, and an optical coherence tomography employing the wavelength variable laser device.SOLUTION: The wavelength variable laser device comprises: a first reflector; a second reflector; an active layer that is formed between the first reflector and the second reflector; a quantum well structure layer to which a reverse bias voltage is applied to generate quantum confined Stark effects; and an electrode for applying the reverse bias voltage to the quantum well structure layer. A gap is formed between the active layer and the second reflector, and a resonance wavelength is swept by changing a length of the gap. When sweeping the resonance wavelength, the electrode changes the application of the reverse bias voltage to be applied to the quantum well structure layer in accordance with the length of the gap.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、波長可変レーザ装置及びその波長可変レーザ装置を用いた光干渉断層計に関する。   The present invention relates to a wavelength tunable laser device and an optical coherence tomometer using the wavelength tunable laser device.

近時では、出射するレーザ光の波長を変化させ得る波長可変レーザ装置が注目を集めている。波長可変レーザ装置の1つとして、垂直共振器型面発光レーザ(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting LASER)装置が提案されている。垂直共振器型面発光レーザ装置では、2つの反射鏡のうちの一方を変位させることにより、2つの反射鏡の間隔を変化させ、これにより、レーザ光の発振波長、即ち、共振波長を変化させる。反射鏡を変位させるための可動部(可動機構)としては、微小電気機械システム(MEMS:Micro Electro Mechanical Systems)技術を応用したものが提案されている。MEMS技術を応用した垂直共振器型面発光レーザ装置は、MEMS−VCSELと称される。   Recently, a tunable laser apparatus that can change the wavelength of the emitted laser light has attracted attention. As one of the wavelength tunable laser devices, a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) device has been proposed. In the vertical cavity surface emitting laser device, the distance between the two reflecting mirrors is changed by displacing one of the two reflecting mirrors, thereby changing the oscillation wavelength of the laser beam, that is, the resonance wavelength. . As a movable part (movable mechanism) for displacing the reflecting mirror, one applying a micro electro mechanical system (MEMS) technology has been proposed. A vertical cavity surface emitting laser device to which MEMS technology is applied is referred to as a MEMS-VCSEL.

MEMS−VCSELは、波長を連続的に変化させることが可能である。また、MEMS−VCSELは、可動部が微細であるため、可動部を高速で変位させることができ、従って、波長を高速で変化させることが可能である。また、MEMS−VCSELは、消費電力も低い。このような特徴を有しているため、MEMS−VCSELは大きな注目を集めている。   The MEMS-VCSEL can change the wavelength continuously. In addition, since the movable part of the MEMS-VCSEL is fine, the movable part can be displaced at high speed, and therefore the wavelength can be changed at high speed. Further, the MEMS-VCSEL has low power consumption. Due to such characteristics, MEMS-VCSEL has attracted much attention.

Connie J. Chang-Hasnain, Fellow, IEEE, “Tunable VCSEL”, IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics, Vol. 6, No. 6, pp.978-987, 2000Connie J. Chang-Hasnain, Fellow, IEEE, “Tunable VCSEL”, IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics, Vol. 6, No. 6, pp.978-987, 2000

しかしながら、従来の垂直共振器型面発光レーザ装置は、必ずしも十分に広い波長可変幅が得られなかった。   However, the conventional vertical cavity surface emitting laser device cannot always provide a sufficiently wide wavelength variable width.

本発明の目的は、波長可変幅を向上し得る波長可変レーザ装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a wavelength tunable laser device capable of improving the wavelength tunable width.

本発明の一観点によれば、第1の反射鏡と、第2の反射鏡と、前記第1の反射鏡と前記第2の反射鏡との間に形成された活性層と、逆バイアス電圧が印加されることにより量子閉じ込めシュタルク効果が生ずる量子井戸構造層と、前記量子井戸構造層に逆バイアス電圧を印加するための電極とを有し、前記活性層と前記第2の反射鏡との間に間隙が形成され、前記間隙の長さが変化することで共振波長が掃引され、前記共振波長の掃引時において、前記電極は、前記間隙の長さに応じて、前記量子井戸構造層に印加する前記逆バイアス電圧を変えることを特徴とする波長可変レーザ装置が提供される。   According to one aspect of the present invention, a first reflecting mirror, a second reflecting mirror, an active layer formed between the first reflecting mirror and the second reflecting mirror, and a reverse bias voltage are provided. A quantum well structure layer in which a quantum confined Stark effect is generated by applying a voltage, and an electrode for applying a reverse bias voltage to the quantum well structure layer, the active layer and the second reflector A gap is formed between them, and the resonance wavelength is swept by changing the length of the gap, and at the time of sweeping the resonance wavelength, the electrode is placed in the quantum well structure layer according to the length of the gap. A wavelength tunable laser device is provided that changes the reverse bias voltage to be applied.

本発明によれば、可変波長幅の広い波長可変レーザ装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a wavelength tunable laser device having a wide variable wavelength width.

本発明の第1実施形態による波長可変レーザ装置を示す断面図及び平面図である。It is sectional drawing and a top view which show the wavelength tunable laser apparatus by 1st Embodiment of this invention. 本実施形態による波長可変レーザ装置の上部反射鏡の断面図である。It is sectional drawing of the upper reflective mirror of the wavelength tunable laser apparatus by this embodiment. 間隙の長さと発振波長とモードとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the length of a gap | gap, an oscillation wavelength, and a mode. 本発明の第1実施形態による波長可変レーザ装置における初期の間隙の長さと波長可変幅との関係を示すグラフである。4 is a graph showing a relationship between an initial gap length and a wavelength tunable width in the wavelength tunable laser device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態による測定装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the measuring apparatus by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態による波長可変レーザ装置を示す断面図及び平面図である。It is sectional drawing and a top view which show the wavelength tunable laser apparatus by 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態による波長可変レーザ装置の駆動方法を示す図である。It is a figure which shows the drive method of the wavelength tunable laser apparatus by 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態による波長可変レーザ装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the wavelength tunable laser apparatus by 4th Embodiment of this invention. 参考例による垂直共振型面発光レーザ装置におけるシミュレーション結果を示すグラフである。It is a graph which shows the simulation result in the vertical cavity surface emitting laser apparatus by a reference example. 比較例による波長可変レーザ装置における間隙の長さと発振波長とモードとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the length of a gap | interval, an oscillation wavelength, and a mode in the wavelength tunable laser apparatus by a comparative example.

従来の垂直共振器型面発光レーザ装置では、必ずしも十分に広い波長可変幅が得られなかった。従来の垂直共振器型面発光レーザ装置において必ずしも十分に広い波長可変幅が得られなかったのは、以下のような理由によるものである。   In the conventional vertical cavity surface emitting laser device, a sufficiently wide wavelength tunable width cannot always be obtained. The reason why a sufficiently wide wavelength tunable width is not necessarily obtained in the conventional vertical cavity surface emitting laser device is as follows.

即ち、垂直共振器型面発光レーザ装置においては、例えば上部反射鏡を支持する梁状の支持部に電圧を印加することにより、梁状の支持部を変位させる。梁状の支持部に電圧が印加されると、静電引力が生じ、上部反射鏡と下部反射鏡との間に存在している間隙の長さが小さくなる方向に梁状の支持部が変位する。梁状の支持部におけるばねの反発力と静電引力とがつりあった状態で、梁状の支持部が保持される。梁状の支持部に印加する電圧がある電圧を超えると、梁状の支持部におけるばねの反発力と静電引力とのつりあいがとれなくなり、梁状の支持部の下方に存在する部材に梁状の支持部が接触してしまう。一般的には、初期の間隙の長さの3分の1程度の変位が梁状の支持部に生じると、梁状の支持部におけるばねの反発力と静電引力とのつりあいがとれなくなり、梁状の支持部の下方に存在する部材に梁状の支持部が接触してしまう。このように、梁状の支持部の変位は、初期の間隙の長さの3分の1程度に制限される。このような制限は、3分の1制限と称される。初期の間隙の長さの3分の1程度に梁状の支持部の変位量が制限されるため、3分の1制限の観点からは、初期の間隙の長さは大きい方が好ましい。   That is, in the vertical cavity surface emitting laser device, the beam-like support portion is displaced by applying a voltage to the beam-like support portion that supports the upper reflecting mirror, for example. When a voltage is applied to the beam-shaped support, electrostatic attraction occurs, and the beam-shaped support is displaced in a direction that reduces the length of the gap existing between the upper and lower reflectors. To do. The beam-shaped support portion is held in a state where the repulsive force of the spring and the electrostatic attractive force are balanced on the beam-shaped support portion. If the voltage applied to the beam-shaped support exceeds a certain voltage, the balance between the spring repulsive force and the electrostatic attraction in the beam-shaped support cannot be obtained, and the beam existing on the member below the beam-shaped support The shaped support part comes into contact. Generally, when a displacement of about one third of the length of the initial gap occurs in the beam-shaped support portion, the balance between the repulsive force of the spring and the electrostatic attractive force in the beam-shaped support portion cannot be obtained, A beam-shaped support part will contact the member which exists under the beam-shaped support part. In this way, the displacement of the beam-like support portion is limited to about one third of the initial gap length. Such a restriction is referred to as a third restriction. Since the amount of displacement of the beam-like support portion is limited to about one third of the initial gap length, it is preferable that the initial gap length is larger from the viewpoint of one third limitation.

一方、単に下部反射鏡と上部反射鏡との間隔を変化させた場合には、あるモードから他のモードへの移行、即ち、モードホッピングが生じてしまう。モードホッピングは、レーザ発振が可能な波長域内に複数の縦モードが存在するために生ずる。レーザ発振が可能な波長域よりも縦モード間隔の方が広ければ、モードホッピングは生じない。即ち、レーザ発振が可能な波長域内に他の縦モードが存在しなければ、ホッピング先のモードが存在しないため、モードホッピングは生じない。レーザ発振が可能な波長域内に他の縦モードが存在しなければ、レーザ発振が可能な波長域の全体において発振波長、即ち、共振波長を変化させることができる。縦モード間隔を広げるための手法としては、下部反射鏡と上部反射鏡との間隔を狭めることが挙げられる。下部反射鏡と上部反射鏡との間隔を狭めれば、間隙の長さも狭まる。従って、モードホッピングを抑制するという観点からは、間隙の長さは小さくする方が好ましい。   On the other hand, when the interval between the lower reflecting mirror and the upper reflecting mirror is simply changed, a transition from one mode to another mode, that is, mode hopping occurs. Mode hopping occurs because there are a plurality of longitudinal modes in a wavelength range where laser oscillation is possible. If the longitudinal mode interval is wider than the wavelength range in which laser oscillation is possible, mode hopping will not occur. That is, if there is no other longitudinal mode within the wavelength range where laser oscillation is possible, there is no hopping destination mode, and mode hopping does not occur. If there is no other longitudinal mode in the wavelength range where laser oscillation is possible, the oscillation wavelength, that is, the resonance wavelength can be changed over the entire wavelength range where laser oscillation is possible. As a method for widening the longitudinal mode interval, it is possible to narrow the interval between the lower reflecting mirror and the upper reflecting mirror. If the distance between the lower reflecting mirror and the upper reflecting mirror is reduced, the length of the gap is also reduced. Therefore, it is preferable to reduce the length of the gap from the viewpoint of suppressing mode hopping.

このように、垂直共振器型面発光レーザ装置においては、3分の1制限の観点からは、初期の間隙の長さは大きくする方がよく、モードホッピングを抑制するという観点からは、初期の間隙の長さは小さくする方がよい。即ち、垂直共振器型面発光レーザ装置においては、初期の間隙の長さに関してトレードオフの関係が存在している。   As described above, in the vertical cavity surface emitting laser device, it is better to increase the initial gap length from the viewpoint of one third restriction, and from the viewpoint of suppressing mode hopping, It is better to reduce the length of the gap. That is, in the vertical cavity surface emitting laser device, there is a trade-off relationship with respect to the initial gap length.

図9は、参考例による垂直共振型面発光レーザ装置におけるシミュレーション結果を示すグラフである。一点鎖線のプロットは、初期の間隙の長さの3分の1の変位を梁状の支持部に生じさせた際に生ずる発振波長の変化量を示している。即ち、一点鎖線のプロットは、変位前の発振波長と変位後の発振波長との差、即ち、変位の前後における発振波長の波長差を示している。破線のプロットは、初期の間隙の長さに対応する縦モード間隔、即ち、初期の間隙の長さに対応するモード間の波長差を示している。   FIG. 9 is a graph showing a simulation result in the vertical cavity surface emitting laser device according to the reference example. The dot-dash line plot shows the amount of change in oscillation wavelength that occurs when a displacement of one-third of the initial gap length is caused in the beam-like support. That is, the dot-dash line plot shows the difference between the oscillation wavelength before displacement and the oscillation wavelength after displacement, that is, the wavelength difference between the oscillation wavelengths before and after the displacement. The dashed plot shows the longitudinal mode spacing corresponding to the initial gap length, ie, the wavelength difference between the modes corresponding to the initial gap length.

図9から分かるように、初期の間隙の長さの3分の1の変位を生じさせた際の波長差は、初期の間隙の長さが長いほど大きくなる。一方、初期の間隙の長さに対応する縦モード間隔は、初期の間隙の長さが長くなるほど小さくなる。   As can be seen from FIG. 9, the wavelength difference when a displacement of one third of the initial gap length is generated increases as the initial gap length increases. On the other hand, the longitudinal mode interval corresponding to the initial gap length decreases as the initial gap length increases.

図9から分かるように、最も大きい波長差が得られるのは、初期の間隙の長さを1.7μm程度とした場合である。初期の間隙の長さを1.7μm程度に設定すれば、70nm程度の波長差、即ち、70nm程度の波長可変幅が得られる。   As can be seen from FIG. 9, the largest wavelength difference is obtained when the initial gap length is about 1.7 μm. If the initial gap length is set to about 1.7 μm, a wavelength difference of about 70 nm, that is, a wavelength variable width of about 70 nm can be obtained.

上記のような理由により、従来の波長可変レーザ装置では、必ずしも十分に広い波長可変幅が得られなかった。   For the above reasons, the conventional wavelength tunable laser device cannot always obtain a sufficiently wide wavelength tunable width.

本願発明者は、鋭意検討した結果、以下のようにして波長可変幅を向上することに想到した。   As a result of intensive studies, the present inventor has come up with the idea of improving the wavelength tunable width as follows.

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[第1実施形態]
本発明の第1実施形態による波長可変レーザ装置及びその波長可変レーザ装置を用いた測定装置について図1乃至図4を用いて説明する。
[First Embodiment]
A wavelength tunable laser device according to a first embodiment of the present invention and a measurement apparatus using the wavelength tunable laser device will be described with reference to FIGS.

(波長可変レーザ装置)
まず、本実施形態による波長可変レーザ装置10について説明する。
(Wavelength tunable laser device)
First, the wavelength tunable laser device 10 according to the present embodiment will be described.

本実施形態による波長可変レーザ装置10は、MEMS技術を応用した波長可変レーザ装置、より具体的には、MEMS技術を応用した垂直共振器型面発光レーザ装置(MEMS−VCSEL)である。   The wavelength tunable laser device 10 according to the present embodiment is a wavelength tunable laser device to which the MEMS technology is applied, more specifically, a vertical cavity surface emitting laser device (MEMS-VCSEL) to which the MEMS technology is applied.

図1(a)は、本実施形態による波長可変レーザ装置を示す断面図である。   FIG. 1A is a cross-sectional view showing the wavelength tunable laser device according to the present embodiment.

図1(a)に示すように、基板101上には、反射鏡(第1の反射鏡、下部反射鏡)102が形成されている。基板101としては、例えばn型のGaAs基板が用いられている。下部反射鏡102としては、例えばDBR(Distributed Bragg Reflector、分布ブラッグ反射鏡)が形成されている。下部反射鏡102は、例えば、光学膜厚がそれぞれλc1の4分の1であるGaAs層及びAlAs層を1ペアとし、これを30ペア含む交互積層によって構成されている。λc1は、下部反射鏡102の高反射帯域の中心波長であり、本実施形態では例えば1057nm程度となっている。なお、本願明細書において、反射鏡の高反射帯域とは、レーザ発振を可能とするのに十分な反射率が反射鏡において得られる波長帯域のことであり、具体的には、98%以上の反射率が反射鏡において得られる波長帯域を意味する。なお、基板101の裏面(下面)には、電極(n側電極、裏面電極)110が形成されている。   As shown in FIG. 1A, a reflecting mirror (first reflecting mirror, lower reflecting mirror) 102 is formed on a substrate 101. For example, an n-type GaAs substrate is used as the substrate 101. For example, a DBR (Distributed Bragg Reflector) is formed as the lower reflecting mirror 102. The lower reflecting mirror 102 is constituted by, for example, an alternate stack including 30 pairs of GaAs layers and AlAs layers each having an optical film thickness of ¼ of λc1. λc1 is the center wavelength of the high reflection band of the lower reflecting mirror 102, and is, for example, about 1057 nm in this embodiment. In the specification of the present application, the high reflection band of the reflecting mirror is a wavelength band in which the reflectance sufficient for enabling laser oscillation is obtained in the reflecting mirror, specifically, 98% or more. It means the wavelength band where the reflectance is obtained in the reflecting mirror. Note that an electrode (n-side electrode, back electrode) 110 is formed on the back surface (lower surface) of the substrate 101.

下部反射鏡102上、即ち、第1の反射鏡上には、活性層103が形成されている。活性層103は、厚さ8nm程度のIn0.35GaAs層(図示せず)をGaAsP層(図示せず)で挟んだ量子井戸(図示せず)を含んでいる。また、活性層103は、厚さ8nm程度のIn0.32GaAs層(図示せず)をGaAsP層(図示せず)で挟んだ量子井戸(図示せず)を更に含んでいる。P(燐)は、GaAsに対して格子定数を小さくする作用がある。一方、In(インジウム)は、GaAsに対して格子定数を大きくする作用がある。このため、InGaAs層とGaAsP層とを含む活性層103においては、累積歪が抑制されている。活性層103の導電型は、例えばi型(アンドープ)とする。閾値電流が最小値となるときの波長が、反射鏡102,106の高反射帯域の中心波長λc1、λc2に対して短波長側に位置するように、活性層103が構成されている。λc1、λc2より短い波長における活性層103の利得は、λc1、λc2より長い波長における活性層103の利得よりも大きくなっている。なお、ここで、閾値電流とは、レーザ発振が可能な最小電流のことである。 An active layer 103 is formed on the lower reflecting mirror 102, that is, on the first reflecting mirror. The active layer 103 includes a quantum well (not shown) in which an In 0.35 GaAs layer (not shown) having a thickness of about 8 nm is sandwiched between GaAsP layers (not shown). The active layer 103 further includes a quantum well (not shown) in which an In 0.32 GaAs layer (not shown) having a thickness of about 8 nm is sandwiched between GaAsP layers (not shown). P (phosphorus) has the effect of reducing the lattice constant relative to GaAs. On the other hand, In (indium) has the effect of increasing the lattice constant relative to GaAs. For this reason, in the active layer 103 including the InGaAs layer and the GaAsP layer, the cumulative strain is suppressed. The conductivity type of the active layer 103 is, for example, i-type (undoped). The active layer 103 is configured so that the wavelength when the threshold current becomes the minimum value is located on the short wavelength side with respect to the center wavelengths λc1 and λc2 of the high reflection bands of the reflecting mirrors 102 and 106. The gain of the active layer 103 at wavelengths shorter than λc1 and λc2 is larger than the gain of the active layer 103 at wavelengths longer than λc1 and λc2. Here, the threshold current is a minimum current capable of laser oscillation.

活性層103上には、2つの支持部107が互いに離間して配されている。活性層103の上方には、量子閉じ込めシュタルク効果(QCSE:Quantum Confined Stark Effect)が生ずる量子井戸構造層(多重量子井戸構造層、QCSE層)105が形成されている。量子閉じ込めシュタルク効果とは、量子井戸構造に電界を印加すると吸収端波長が長波長側にシフトする現象のことである。量子井戸構造層105によって梁状の支持部122が形成されている。即ち、量子井戸構造層105が、梁状の支持部122を兼ねている。梁状の支持部122は、MEMS技術を用いて形成されている。梁状の支持部122の両端は、支持部107によって固定されている。梁状の支持部122は、上部反射鏡106を変位自在に支持している。このような梁状の支持部122によって、下部反射鏡102と上部反射鏡106との間隔を変化させる機構(可動機構、支持機構)が構成されている。換言すれば、梁状の支持部122によって、下部反射鏡102と上部反射鏡106との間の間隙を変化させる機構が構成されている。なお、量子井戸構造層105と上部反射鏡106とが相俟って可動機構(可動部)122を構成していると考えることも可能である。支持部107の厚さは、例えば3.8μm程度に設定されている。このため、梁状の支持部122に電圧を印加していない状態、即ち、初期状態における間隙(エアギャップ)104の長さは、例えば3.8μm程度となっている。即ち、本実施形態では、梁状の支持部122に電圧を印加していない状態、即ち、下部反射鏡102と上部反射鏡106との間隔を変化させていない状態における間隙104の長さは、1.7μmに対して大きくなっている。即ち、梁状の支持部122に電圧を印加していない際における間隙104の長さは、1.7μmより大きくなっている。   On the active layer 103, two support portions 107 are arranged apart from each other. Above the active layer 103, a quantum well structure layer (multiple quantum well structure layer, QCSE layer) 105 in which a quantum confined Stark effect (QCSE) is generated is formed. The quantum confined Stark effect is a phenomenon in which the absorption edge wavelength shifts to the longer wavelength side when an electric field is applied to the quantum well structure. A beam-shaped support portion 122 is formed by the quantum well structure layer 105. That is, the quantum well structure layer 105 also serves as the beam-shaped support portion 122. The beam-shaped support part 122 is formed using the MEMS technology. Both ends of the beam-shaped support part 122 are fixed by the support part 107. The beam-shaped support part 122 supports the upper reflecting mirror 106 so as to be displaceable. A mechanism (movable mechanism, support mechanism) that changes the distance between the lower reflecting mirror 102 and the upper reflecting mirror 106 is configured by such a beam-shaped support portion 122. In other words, a mechanism for changing the gap between the lower reflecting mirror 102 and the upper reflecting mirror 106 is configured by the beam-shaped support portion 122. It can be considered that the quantum well structure layer 105 and the upper reflecting mirror 106 together constitute a movable mechanism (movable part) 122. The thickness of the support part 107 is set to about 3.8 μm, for example. For this reason, the length of the gap (air gap) 104 in a state where no voltage is applied to the beam-shaped support portion 122, that is, in the initial state is, for example, about 3.8 μm. That is, in the present embodiment, the length of the gap 104 in a state where no voltage is applied to the beam-shaped support portion 122, that is, in a state where the distance between the lower reflecting mirror 102 and the upper reflecting mirror 106 is not changed, It is larger than 1.7 μm. That is, the length of the gap 104 when no voltage is applied to the beam-like support portion 122 is greater than 1.7 μm.

量子井戸構造層105は、例えば、厚さ6nm程度のIn0.32GaAs層(図示せず)をGaAs層(図示せず)で挟んだ量子井戸(図示せず)を有している。量子井戸構造層105は、量子井戸構造が多重化された多重量子井戸構造であることが好ましい。量子井戸構造層105の下面側には、例えばn型半導体層(図示せず)が形成されている。n型半導体層としては、例えば、n型にドーピングされたAl0.2GaAs層が形成されている。一方、量子井戸構造層105の上面側には、例えばp型半導体層(図示せず)が形成されている。p型半導体層としては、例えば、p型にドーピングされたAl0.2GaAs層が形成されている。このように量子井戸構造層105は、i型(ノンドープ)の量子井戸構造の上下にp型半導体層とn型半導体層とが形成されたp−i−n構造となっている。量子井戸構造層105に電圧を印加するということは、量子井戸構造層105のp−i−n構造に電圧を印加すること、より具体的には、量子井戸構造層105のp型半導体層とn型半導体層との間に逆バイアス(逆方向電圧)を印加することを意味する。p型半導体層側に負電圧、n型半導体層側に正電圧を印加することで、量子井戸構造層105に逆バイアスが印加される。 The quantum well structure layer 105 includes, for example, a quantum well (not shown) in which an In 0.32 GaAs layer (not shown) having a thickness of about 6 nm is sandwiched between GaAs layers (not shown). The quantum well structure layer 105 is preferably a multiple quantum well structure in which quantum well structures are multiplexed. On the lower surface side of the quantum well structure layer 105, for example, an n-type semiconductor layer (not shown) is formed. For example, an n-type doped Al 0.2 GaAs layer is formed as the n-type semiconductor layer. On the other hand, on the upper surface side of the quantum well structure layer 105, for example, a p-type semiconductor layer (not shown) is formed. As the p-type semiconductor layer, for example, a p-type doped Al 0.2 GaAs layer is formed. Thus, the quantum well structure layer 105 has a pin structure in which a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer are formed above and below an i-type (non-doped) quantum well structure. Applying a voltage to the quantum well structure layer 105 means applying a voltage to the pin structure of the quantum well structure layer 105, more specifically, the p-type semiconductor layer of the quantum well structure layer 105 and It means applying a reverse bias (reverse voltage) between the n-type semiconductor layer. By applying a negative voltage to the p-type semiconductor layer side and a positive voltage to the n-type semiconductor layer side, a reverse bias is applied to the quantum well structure layer 105.

量子井戸構造層105に電圧を印加していない状態においては、量子井戸構造層105の吸収端波長が反射鏡102,106の高反射帯域内に位置しないように、量子井戸構造層105のバンドギャップが設定されている。量子井戸構造層105に逆バイアス電圧が印加されていない状態では、量子井戸構造層105の吸収端は、共振波長の掃引範囲の最短の波長よりも短波長側にある。量子井戸構造層105に電圧を印加していない状態、即ち、逆バイアスを印加していない状態においては、量子井戸構造層105は、反射鏡102,106の高反射帯域内での発振に対して特段の影響を及ぼさない。   In a state where no voltage is applied to the quantum well structure layer 105, the band gap of the quantum well structure layer 105 is set so that the absorption edge wavelength of the quantum well structure layer 105 is not located in the high reflection band of the reflectors 102 and 106. Is set. In a state where no reverse bias voltage is applied to the quantum well structure layer 105, the absorption edge of the quantum well structure layer 105 is on the short wavelength side of the shortest wavelength in the sweep range of the resonance wavelength. In a state where no voltage is applied to the quantum well structure layer 105, that is, in a state where no reverse bias is applied, the quantum well structure layer 105 is resistant to oscillation in the high reflection band of the reflecting mirrors 102 and 106. There is no particular effect.

一方、量子井戸構造層105に電圧を印加した状態においては、量子井戸構造層105の吸収端波長が反射鏡102,106の高反射帯域内に位置するように、量子井戸構造層105のバンドギャップが設定されている。具体的には、量子井戸構造層105に電圧を印加した際に、反射鏡102,106の高反射帯域の中心波長λc1、λc2よりも短波長側において吸収が生じるように、量子井戸構造層105が構成されている。このため、量子井戸構造層105に電圧を印加した状態においては、反射鏡102,106の高反射帯域の中心波長λc1、λc2に対して短波長側において、発振が阻害される。つまり、所定の波長よりも長い波長で発振させる場合に、量子井戸構造層105に逆バイアス電圧が印加されている。   On the other hand, when a voltage is applied to the quantum well structure layer 105, the band gap of the quantum well structure layer 105 is set so that the absorption edge wavelength of the quantum well structure layer 105 is located in the high reflection band of the reflectors 102 and 106. Is set. Specifically, when a voltage is applied to the quantum well structure layer 105, the quantum well structure layer 105 is configured such that absorption occurs at a wavelength shorter than the center wavelengths λc1 and λc2 of the high reflection bands of the reflectors 102 and 106. Is configured. Therefore, in a state where a voltage is applied to the quantum well structure layer 105, oscillation is inhibited on the short wavelength side with respect to the center wavelengths λc1 and λc2 of the high reflection bands of the reflecting mirrors 102 and 106. That is, a reverse bias voltage is applied to the quantum well structure layer 105 when oscillating at a wavelength longer than a predetermined wavelength.

量子井戸構造層105上、即ち、梁状の支持部122上には、反射鏡(第2の反射鏡、上部反射鏡)106が形成されている。上部反射鏡106は、梁状の支持部122によって変位可能に支持されている。上部反射鏡106としては、例えばDBRが形成されている。図2は、本実施形態による波長可変レーザ装置の上部反射鏡の断面図である。図2に示すように、上部反射鏡106は、例えば、光学膜厚がそれぞれλc2の4分の1であるSiO層301及びTiO層302を1ペアとし、これを15ペア含む交互積層膜を有している。λc2は、上部反射鏡106の高反射帯域の中心波長であり、本実施形態では例えば1057nm程度となっている。 A reflecting mirror (second reflecting mirror, upper reflecting mirror) 106 is formed on the quantum well structure layer 105, that is, on the beam-shaped support portion 122. The upper reflecting mirror 106 is supported by a beam-like support part 122 so as to be displaceable. For example, a DBR is formed as the upper reflecting mirror 106. FIG. 2 is a cross-sectional view of the upper reflecting mirror of the wavelength tunable laser device according to the present embodiment. As shown in FIG. 2, the upper reflecting mirror 106 includes, for example, an alternating laminated film including 15 pairs of SiO 2 layers 301 and TiO 2 layers 302 each having an optical film thickness of ¼ of λc2. have. λc2 is the center wavelength of the high reflection band of the upper reflecting mirror 106, and is, for example, about 1057 nm in this embodiment.

SiO層301とTiO層302とから成る交互積層膜のうちの最上層のTiO層302の上側には、SiOとTiOとの中間の屈折率を有する中間屈折率層303が形成されている。中間屈折率層303としては、例えばSiN層が用いられている。中間屈折率層303の光学膜厚は、上部反射鏡106の高反射帯域の中心波長λc2の4分の1より大きく設定されている。より具体的には、中間屈折率層303の光学膜厚は、例えば、上部反射鏡106の高反射帯域の中心波長λc2の4分の1の1.05倍に設定されている。 An intermediate refractive index layer 303 having an intermediate refractive index between SiO 2 and TiO 2 is formed on the upper side of the uppermost TiO 2 layer 302 of the alternate laminated film composed of the SiO 2 layer 301 and the TiO 2 layer 302. Has been. For example, a SiN layer is used as the intermediate refractive index layer 303. The optical film thickness of the intermediate refractive index layer 303 is set to be larger than a quarter of the center wavelength λc2 of the high reflection band of the upper reflecting mirror 106. More specifically, the optical film thickness of the intermediate refractive index layer 303 is set to, for example, 1.05 times a quarter of the center wavelength λc2 of the high reflection band of the upper reflecting mirror 106.

このような中間屈折率層303が上部反射鏡106に形成されているため、中間屈折率層303の厚さに応じた波長に、上部反射鏡106の反射率が極小となる点、即ち、ディップが観測される。本実施形態では、中間屈折率層303の光学膜厚が上部反射鏡106の高反射帯域の中心波長λc2の4分の1より大きいため、上部反射鏡106の高反射帯域の中心波長λc2に対して長波長側にディップが観測される。上部反射鏡106の高反射帯域の中心波長λc2に対して長波長側にディップが観測されるため、上部反射鏡106の高反射帯域の中心波長λc2に対して長波長側においては、閾値利得が相対的に高くなっている。このため、上部反射鏡106の高反射帯域の中心波長λc2に対して短波長側においては、閾値利得が相対的に低くなっている。なお、閾値利得とは、利得が損失を上回ってレーザ発振が得られるときの利得のことである。このように、本実施形態では、短波長側における閾値利得が相対的に低くなり、高波長側における閾値利得が相対的に高くなるように、上部反射鏡106が構成されている。このため、量子井戸構造層105に電圧を印加していない状態においては、上部反射鏡106の高反射帯域の中心波長λc2に対して短波長側において発振が生じやすい。   Since the intermediate refractive index layer 303 is formed on the upper reflecting mirror 106, the reflectance of the upper reflecting mirror 106 is minimized at a wavelength corresponding to the thickness of the intermediate refractive index layer 303, that is, a dip. Is observed. In the present embodiment, since the optical film thickness of the intermediate refractive index layer 303 is larger than a quarter of the center wavelength λc2 of the high reflection band of the upper reflecting mirror 106, the center wavelength λc2 of the high reflection band of the upper reflecting mirror 106 is larger. A dip is observed on the long wavelength side. Since a dip is observed on the long wavelength side with respect to the center wavelength λc2 of the high reflection band of the upper reflecting mirror 106, the threshold gain is larger on the long wavelength side than the center wavelength λc2 of the high reflection band of the upper reflecting mirror 106. It is relatively high. For this reason, the threshold gain is relatively low on the short wavelength side with respect to the center wavelength λc2 of the high reflection band of the upper reflecting mirror 106. The threshold gain is a gain when the laser oscillation is obtained with the gain exceeding the loss. Thus, in the present embodiment, the upper reflecting mirror 106 is configured so that the threshold gain on the short wavelength side is relatively low and the threshold gain on the high wavelength side is relatively high. Therefore, in a state where no voltage is applied to the quantum well structure layer 105, oscillation tends to occur on the short wavelength side with respect to the center wavelength λc2 of the high reflection band of the upper reflecting mirror 106.

図1(b)は、本実施形態による波長可変レーザ装置の平面図である。図1(b)は、本実施形態による波長可変レーザ装置10を上面側から見たものである。   FIG. 1B is a plan view of the wavelength tunable laser device according to the present embodiment. FIG. 1B shows the wavelength tunable laser device 10 according to the present embodiment as viewed from the upper surface side.

図1(b)に示すように、基板101上には、2つの支持部107が互いに離間して配されている。MEMS技術を用いて形成された梁状の支持部122の両端が、支持部107によって固定されている。図1(b)において破線で示された領域123は、発光が生ずる領域を概念的に示している。発光が生ずる領域123は、レーザ部124の一部である。   As shown in FIG. 1B, on the substrate 101, two support portions 107 are arranged apart from each other. Both ends of the beam-shaped support part 122 formed by using the MEMS technology are fixed by the support part 107. A region 123 indicated by a broken line in FIG. 1B conceptually indicates a region where light emission occurs. A region 123 where light emission occurs is a part of the laser unit 124.

電極111は、活性層103に電流を注入するためのものであり、活性層103の上面に接している。電極113は、量子井戸構造層105に電圧を印加するためのものであり、量子井戸構造層105の上面に位置するp型半導体層に接続されている。電極112は、量子井戸構造層105に電圧を印加するためのものであり、量子井戸構造層105の下面に位置するn型半導体層に接続されている。量子井戸構造層105に逆バイアスを印加する際には、量子井戸構造層105の下面に位置するn型半導体層に接続されている電極112の電位は、量子井戸構造層105の上面に位置するp型半導体層に接続されている電極113の電位よりも高く設定される。本実施形態では、一対の電極112,113、即ち、一方の電極112と他方の電極113との間に印加する電圧を変化させることにより、量子井戸構造層105に対する制御を行うことができる。   The electrode 111 is for injecting current into the active layer 103 and is in contact with the upper surface of the active layer 103. The electrode 113 is for applying a voltage to the quantum well structure layer 105, and is connected to a p-type semiconductor layer located on the upper surface of the quantum well structure layer 105. The electrode 112 is for applying a voltage to the quantum well structure layer 105, and is connected to an n-type semiconductor layer located on the lower surface of the quantum well structure layer 105. When a reverse bias is applied to the quantum well structure layer 105, the potential of the electrode 112 connected to the n-type semiconductor layer located on the lower surface of the quantum well structure layer 105 is located on the upper surface of the quantum well structure layer 105. It is set higher than the potential of the electrode 113 connected to the p-type semiconductor layer. In the present embodiment, the quantum well structure layer 105 can be controlled by changing the voltage applied between the pair of electrodes 112, 113, that is, the one electrode 112 and the other electrode 113.

また、本実施形態では、電極110と電極112との間に印加する電圧を変化させることにより、梁状の支持部122を変位させ、発振波長、即ち、共振波長を掃引することができる。   Further, in this embodiment, by changing the voltage applied between the electrode 110 and the electrode 112, the beam-shaped support part 122 can be displaced, and the oscillation wavelength, that is, the resonance wavelength can be swept.

本実施形態による波長可変レーザ装置10の共振器12は、下部反射鏡102と、活性層103と、量子井戸構造層105と、上部反射鏡106と、下部反射鏡102と上部反射鏡106との間隔を変化させる機構(可動機構)122とを含んでいる。そして、下部反射鏡102と上部反射鏡106との間隔の変化に応じて長さが変化する間隙104が、下部反射鏡102と上部反射鏡106との間に存在している。   The resonator 12 of the wavelength tunable laser device 10 according to the present embodiment includes a lower reflecting mirror 102, an active layer 103, a quantum well structure layer 105, an upper reflecting mirror 106, a lower reflecting mirror 102, and an upper reflecting mirror 106. And a mechanism (movable mechanism) 122 for changing the interval. A gap 104 whose length changes in accordance with a change in the distance between the lower reflecting mirror 102 and the upper reflecting mirror 106 exists between the lower reflecting mirror 102 and the upper reflecting mirror 106.

こうして、本実施形態による波長可変レーザ装置10が構成されている。   Thus, the wavelength tunable laser device 10 according to the present embodiment is configured.

図3は、間隙の長さと発振波長とモードとの関係を示すグラフである。横軸は間隙104の長さを示している。縦軸は、レーザ光の発振波長を示している。   FIG. 3 is a graph showing the relationship between the gap length, the oscillation wavelength, and the mode. The horizontal axis indicates the length of the gap 104. The vertical axis represents the oscillation wavelength of the laser light.

図3から分かるように、梁状の支持部122に電圧が印加されていない状態では、間隙104の長さは、例えば3.8μm程度となっている。間隙104の長さが3.8μm程度の際には、例えば波長1098nm程度で共振するモードが存在する。この共振モード(縦モード)を、ここでは、モードBと称することとする。図3から分かるように、間隙104の長さが3.8μm程度の際には、1098nmよりも短い波長で共振するモードが更に存在する。この共振モードを、ここでは、モードAと称することとする。   As can be seen from FIG. 3, the length of the gap 104 is, for example, about 3.8 μm when no voltage is applied to the beam-like support portion 122. When the length of the gap 104 is about 3.8 μm, for example, there is a mode that resonates at a wavelength of about 1098 nm. This resonance mode (longitudinal mode) is referred to herein as mode B. As can be seen from FIG. 3, when the length of the gap 104 is about 3.8 μm, there is a mode that resonates at a wavelength shorter than 1098 nm. This resonance mode is referred to herein as mode A.

間隙104の長さが例えば3.0μm程度となるまで反射鏡102と反射鏡106との間隔を小さくすると、モードBの発振波長は例えば1007nm程度となる。図3から分かるように、間隙104の長さが3.0μm程度の際には、1007nmよりも長い波長で共振するモードが更に存在する。この共振モードを、ここでは、モードCと称することとする。   When the gap between the reflecting mirror 102 and the reflecting mirror 106 is reduced until the length of the gap 104 is, for example, about 3.0 μm, the oscillation wavelength of mode B is, for example, about 1007 nm. As can be seen from FIG. 3, when the length of the gap 104 is about 3.0 μm, there is a mode that resonates at a wavelength longer than 1007 nm. This resonance mode is referred to herein as mode C.

本実施形態では、反射鏡102,106の高反射帯域内、即ち、レーザ光の発振波長を変化させ得る範囲内に、複数のモード、即ち、2つ以上のモードが存在する。より具体的には、本実施形態では、レーザ光の発振波長を変化させ得る範囲内に、3つのモードが存在する。このため、単に下部反射鏡102と上部反射鏡106との間隔を変化させた場合には、モードBから他のモードA,Cへの移行、即ちモードホッピングが生じ得る。   In the present embodiment, there are a plurality of modes, that is, two or more modes, within the high reflection bands of the reflecting mirrors 102 and 106, that is, within a range in which the oscillation wavelength of the laser light can be changed. More specifically, in the present embodiment, there are three modes within a range in which the oscillation wavelength of the laser light can be changed. For this reason, when the interval between the lower reflecting mirror 102 and the upper reflecting mirror 106 is simply changed, a transition from mode B to the other modes A and C, that is, mode hopping may occur.

そこで、本実施形態では、下部反射鏡102と上部反射鏡106との間の間隙の長さに応じて量子井戸構造層105に印加する電圧を適宜制御することにより、モードホッピングを防止し、広い波長帯域でモードBでの発振が維持されるようにしている。   Therefore, in the present embodiment, mode hopping is prevented by appropriately controlling the voltage applied to the quantum well structure layer 105 according to the length of the gap between the lower reflecting mirror 102 and the upper reflecting mirror 106, thereby preventing wide hopping. Oscillation in mode B is maintained in the wavelength band.

反射鏡102、106の高反射帯域の中心波長λc1,λc2である1057nmより長い波長で共振させる際には、活性層103に電流を注入するとともに、量子井戸構造層105に電圧(逆バイアス)を印加する。具体的には、電極112の電位が電極113の電位より例えば10V程度高くなるように、電極112の電位及び電極113の電位を設定する。量子井戸構造層105に逆バイアスを印加すると、量子井戸構造層105における吸収端波長が長波長側にシフトするため、反射鏡106の高反射帯域の中心波長λc1,λc2に対して短波長側での発振が阻害される。従って、量子井戸構造層105に逆バイアスを印加した場合には、比較的長い波長での確実な発振が実現される。   When resonating at a wavelength longer than 1057 nm, which is the center wavelength λc1, λc2 of the high reflection band of the reflecting mirrors 102, 106, current is injected into the active layer 103 and a voltage (reverse bias) is applied to the quantum well structure layer 105. Apply. Specifically, the potential of the electrode 112 and the potential of the electrode 113 are set so that the potential of the electrode 112 is, for example, about 10 V higher than the potential of the electrode 113. When a reverse bias is applied to the quantum well structure layer 105, the absorption edge wavelength in the quantum well structure layer 105 shifts to the long wavelength side, so that the short wavelength side of the central wavelengths λc1 and λc2 of the high reflection band of the reflector 106 Oscillation is inhibited. Therefore, when a reverse bias is applied to the quantum well structure layer 105, reliable oscillation at a relatively long wavelength is realized.

一方、反射鏡102、106の高反射帯域の中心波長λc1,λc2である1057nmより短い波長で共振させる際には、活性層103への電流の注入は行うが、量子井戸構造層105には電圧を印加しない。具体的には、電極112と電極113との間の電位差を、0Vとする。量子井戸構造層105に電圧を印加しなければ、量子井戸構造層105の吸収端波長は、反射鏡102,106の高反射帯域よりも短い波長となる。上述したように、本実施形態では、短波長側における閾値利得が相対的に低くなり、高波長側における閾値利得が相対的に高くなるように、上部反射鏡106が構成されている。このため、量子井戸構造層105に電圧を印加していない状態においては、上部反射鏡106の高反射帯域の中心波長λc2に対して短波長側において発振が生じやすい。このため、量子井戸構造層105に電圧を印加していない状態においては、比較的短い波長域での確実な発振が実現される。   On the other hand, when resonating at a wavelength shorter than 1057 nm, which is the central wavelength λc1, λc2 of the high reflection band of the reflecting mirrors 102, 106, current is injected into the active layer 103, but voltage is applied to the quantum well structure layer 105. Is not applied. Specifically, the potential difference between the electrode 112 and the electrode 113 is set to 0V. If no voltage is applied to the quantum well structure layer 105, the absorption edge wavelength of the quantum well structure layer 105 is shorter than the high reflection bands of the reflecting mirrors 102 and 106. As described above, in the present embodiment, the upper reflecting mirror 106 is configured such that the threshold gain on the short wavelength side is relatively low and the threshold gain on the high wavelength side is relatively high. Therefore, in a state where no voltage is applied to the quantum well structure layer 105, oscillation tends to occur on the short wavelength side with respect to the center wavelength λc2 of the high reflection band of the upper reflecting mirror 106. For this reason, in the state where no voltage is applied to the quantum well structure layer 105, reliable oscillation in a relatively short wavelength region is realized.

反射鏡102、106の高反射帯域の中心波長λc1,λc2である1057nmに対応する間隙104の長さは、例えば3.4μm程度である。従って、間隙104の長さが例えば3.4μm以上である際には、比較的長い波長での確実な発振を実現すべく、量子井戸構造層105に電圧を印加する。一方、間隙104の長さが例えば3.4μm未満である際には、比較的短い波長での確実な発振を実現すべく、量子井戸構造層105に電圧を印加しない。   The length of the gap 104 corresponding to 1057 nm which is the center wavelength λc1 and λc2 of the high reflection bands of the reflecting mirrors 102 and 106 is, for example, about 3.4 μm. Accordingly, when the length of the gap 104 is, for example, 3.4 μm or more, a voltage is applied to the quantum well structure layer 105 in order to realize reliable oscillation at a relatively long wavelength. On the other hand, when the length of the gap 104 is, for example, less than 3.4 μm, no voltage is applied to the quantum well structure layer 105 in order to realize reliable oscillation at a relatively short wavelength.

間隙104の長さは、梁状の支持部122に印加する電圧を変化させることにより変化させ得る。即ち、間隙104の長さは、電極110と電極112との間に印加する電圧を変化させることにより変化させ得る。なお、梁状の支持部122に印加する電圧を変化させると、間隙104の長さが変化するのは、梁状の支持部122に印加する電圧を変化させると、梁状の支持部122に働く静電引力が変化するためである。つまり、梁状の支持部122に交番電圧を印加して上部反射鏡106が振動することで、間隙の長さが変化する。また、支持部122に印加される交番電圧の振幅変化に対応させて、量子井戸構造層105に印加する逆バイアス電圧の印加が変えられる。   The length of the gap 104 can be changed by changing the voltage applied to the beam-like support portion 122. That is, the length of the gap 104 can be changed by changing the voltage applied between the electrode 110 and the electrode 112. Note that when the voltage applied to the beam-shaped support portion 122 is changed, the length of the gap 104 changes because when the voltage applied to the beam-shaped support portion 122 is changed, the beam-shaped support portion 122 is changed. This is because the electrostatic attraction that works changes. That is, the gap length is changed by applying an alternating voltage to the beam-shaped support portion 122 and vibrating the upper reflecting mirror 106. Further, the application of the reverse bias voltage applied to the quantum well structure layer 105 is changed in accordance with the amplitude change of the alternating voltage applied to the support part 122.

間隙104の長さが例えば3.4μmとなる際における電極112への印加電圧は、予め求めることが可能である。従って、電極112への印加電圧が間隙104の長さが3.4μm以上となるような電圧である場合には、量子井戸構造層105に電圧を印加する。即ち、電極112への印加電圧が所定電圧以下である場合には、電極112と電極113との間の電圧を、例えば10V程度とする。一方、間隙104の長さが3.4μm未満となるような電圧が電極112に印加されている場合には、量子井戸構造層105に電圧を印加しない。即ち、電極112への印加電圧が所定電圧より大きい場合には、電極112と電極113との間の電圧を0Vとする。   The voltage applied to the electrode 112 when the length of the gap 104 is, for example, 3.4 μm can be obtained in advance. Therefore, when the voltage applied to the electrode 112 is such that the length of the gap 104 is 3.4 μm or more, a voltage is applied to the quantum well structure layer 105. That is, when the voltage applied to the electrode 112 is equal to or lower than a predetermined voltage, the voltage between the electrode 112 and the electrode 113 is set to about 10 V, for example. On the other hand, when a voltage such that the length of the gap 104 is less than 3.4 μm is applied to the electrode 112, no voltage is applied to the quantum well structure layer 105. That is, when the voltage applied to the electrode 112 is higher than the predetermined voltage, the voltage between the electrode 112 and the electrode 113 is set to 0V.

本実施形態では、例えば、反射鏡102、106の高反射帯域の中心波長λc1,λc2を中心として、レーザ光の発振波長が掃引される。   In the present embodiment, for example, the oscillation wavelength of the laser light is swept around the center wavelengths λc1 and λc2 of the high reflection bands of the reflecting mirrors 102 and 106.

このように量子井戸構造層105への電圧の印加を制御するため、間隙の長さが所定値以上の際に量子井戸構造層105に印加される電圧は、間隙の長さが所定値未満である際に量子井戸構造層105に印加される電圧より大きい。   In order to control the application of voltage to the quantum well structure layer 105 in this way, the voltage applied to the quantum well structure layer 105 when the gap length is greater than or equal to a predetermined value is less than the predetermined value. In some cases, the voltage is larger than the voltage applied to the quantum well structure layer 105.

このように、本実施形態では、比較的長い波長で発振させる際には、量子井戸構造層105に電圧を印加することにより、比較的長い波長での確実な発振を実現する。一方、比較的短い波長で発振させる際には、量子井戸構造層105に電圧を印加しないことにより、比較的短い波長での確実な発振を実現する。このため、本実施形態によれば、モードホッピングを確実に防止することができ、波長可変幅の広い波長可変レーザ装置を得ることができる。   As described above, in this embodiment, when oscillation is performed at a relatively long wavelength, a reliable oscillation at a relatively long wavelength is realized by applying a voltage to the quantum well structure layer 105. On the other hand, when oscillating at a relatively short wavelength, by applying no voltage to the quantum well structure layer 105, reliable oscillation at a relatively short wavelength is realized. For this reason, according to this embodiment, mode hopping can be reliably prevented, and a wavelength tunable laser device having a wide wavelength tunable width can be obtained.

(評価結果)
次に、本実施形態による波長可変レーザ装置の評価結果について説明する。
(Evaluation results)
Next, the evaluation result of the wavelength tunable laser device according to the present embodiment will be described.

図10は、比較例による波長可変レーザ装置における間隙の長さと発振波長とモードとの関係を示すグラフである。比較例は、下部反射鏡と上部反射鏡との間隔を単に変化させることにより発振波長を変化させるものである。即ち、比較例では、本実施形態のような量子井戸構造層105は設けられていない。   FIG. 10 is a graph showing the relationship between the gap length, the oscillation wavelength, and the mode in the wavelength tunable laser device according to the comparative example. In the comparative example, the oscillation wavelength is changed by simply changing the distance between the lower reflecting mirror and the upper reflecting mirror. That is, in the comparative example, the quantum well structure layer 105 as in the present embodiment is not provided.

比較例では、初期の間隙の長さは、1.5μm程度とした。初期の間隙の長さが1.5μmの場合、初期の間隙の長さの3分の1の変位を生じさせると、間隙の長さは1.0μmとなる。   In the comparative example, the initial gap length was about 1.5 μm. When the initial gap length is 1.5 μm, if a displacement of one third of the initial gap length is generated, the gap length becomes 1.0 μm.

図10から分かるように、間隙の長さを1.5μmから1.0μmまで変化させると、発振波長は68nm程度変化する。間隙の長さを1.0μmより小さくすると、3分の1制限を満たさなくなり、梁状の支持部におけるばねの反発力と静電引力とのつりあいがとれなくなる虞があるため、間隙の長さを1.0μmより小さくすることは好ましくない。このため、比較例による波長可変レーザ装置では、波長可変幅は68nm程度であった。   As can be seen from FIG. 10, when the gap length is changed from 1.5 μm to 1.0 μm, the oscillation wavelength changes by about 68 nm. If the length of the gap is smaller than 1.0 μm, the one-third restriction will not be satisfied, and there is a possibility that the balance between the repulsive force of the spring and the electrostatic attractive force in the beam-like support portion may not be achieved. It is not preferable to make the value smaller than 1.0 μm. For this reason, in the wavelength tunable laser device according to the comparative example, the wavelength tunable width is about 68 nm.

これに対し、本実施形態では、共振波長の掃引時において、下部反射鏡102と上部反射鏡106との間隙の長さに応じて、量子井戸構造層105に対する電圧の印加を制御するため、モードホッピングを確実に防止することができる。従って、本実施形態では、図9において破線でプロットしたような縦モード間隔による制約が存在しない。従って、本実施形態によれば、梁状の支持部122に電圧を印加していない際における間隙104の長さを、著しく大きくすることができる。本実施形態によれば、初期の間隙104の長さを著しく大きくすることができるため、初期の間隙104の長さの3分の1程度の長さも十分に厚くなる。このため、本実施形態によれば、極めて広い波長域で発振波長を変化させることが可能となる。   On the other hand, in the present embodiment, when sweeping the resonance wavelength, the voltage application to the quantum well structure layer 105 is controlled according to the length of the gap between the lower reflecting mirror 102 and the upper reflecting mirror 106. Hopping can be reliably prevented. Therefore, in the present embodiment, there is no restriction due to the longitudinal mode interval as plotted with a broken line in FIG. Therefore, according to the present embodiment, the length of the gap 104 when no voltage is applied to the beam-like support portion 122 can be significantly increased. According to the present embodiment, since the length of the initial gap 104 can be remarkably increased, the length of about one third of the length of the initial gap 104 is sufficiently thick. For this reason, according to this embodiment, it becomes possible to change an oscillation wavelength in a very wide wavelength range.

間隙104の長さを例えば3.8μmから3.0μmに変化させた場合には、図3から分かるように、例えば1007nm〜1098nm程度の波長域において、モードBから他のモードA,Cへのモードホッピングを生じることなく、発振波長を変化させ得る。波長1098nmと波長1007nmとの波長差は91nmである。即ち、本実施形態では、例えば91nm程度の波長可変幅が得られる。   When the length of the gap 104 is changed from, for example, 3.8 μm to 3.0 μm, as can be seen from FIG. 3, for example, in the wavelength region of about 1007 nm to 1098 nm, the mode B changes to the other modes A and C. The oscillation wavelength can be changed without causing mode hopping. The wavelength difference between the wavelength 1098 nm and the wavelength 1007 nm is 91 nm. That is, in this embodiment, a wavelength variable width of, for example, about 91 nm is obtained.

図4は、本実施形態による波長可変レーザ装置における初期の間隙の長さと波長可変幅との関係を示すグラフである。横軸は、初期の間隙の長さを示しており、縦軸は、波長可変幅を示している。   FIG. 4 is a graph showing the relationship between the initial gap length and the variable wavelength width in the variable wavelength laser device according to the present embodiment. The horizontal axis indicates the initial gap length, and the vertical axis indicates the wavelength variable width.

図4から分かるように、初期の間隙104の長さを3.8μmに設定した場合には、波長可変幅を91nm程度とすることができる。   As can be seen from FIG. 4, when the length of the initial gap 104 is set to 3.8 μm, the wavelength variable width can be about 91 nm.

発振波長を1098nmから1007nmまで変化させた際には、間隙104の長さは3.8μmから3.0μmまで変化する。長さ3.8μmと長さ3.0μmとの差、即ち、間隙104の長さの変化量は0.8μm程度である。0.8μmという間隙104の長さの変化量は、初期の間隙104の長さの3分の1に対して十分に小さい。従って、発振波長を1098nmから1007nmまで変化させても、3分の1制限に対する余裕は十分に存在する。   When the oscillation wavelength is changed from 1098 nm to 1007 nm, the length of the gap 104 changes from 3.8 μm to 3.0 μm. The difference between the length of 3.8 μm and the length of 3.0 μm, that is, the amount of change in the length of the gap 104 is about 0.8 μm. The amount of change in the length of the gap 104 of 0.8 μm is sufficiently small with respect to one third of the length of the initial gap 104. Therefore, even if the oscillation wavelength is changed from 1098 nm to 1007 nm, there is a sufficient margin for the one third restriction.

このように、本実施形態によれば、波長可変幅の極めて広い波長可変レーザ装置を得ることができる。   Thus, according to the present embodiment, a wavelength tunable laser device having an extremely wide wavelength tunable width can be obtained.

(測定装置)
次に、本実施形態による波長可変レーザ装置を用いた測定装置について図5を用いて説明する。図5は、本実施形態による測定装置を示す概略図である。
(measuring device)
Next, the measurement apparatus using the wavelength tunable laser apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic view showing the measuring apparatus according to the present embodiment.

なお、ここでは、光干渉断層計(OCT装置:Optical Coherence Tomography apparatus)の光源部801に本実施形態による波長可変レーザ装置10を用いる場合を例に説明するが、これに限定されるものではない。本実施形態による波長可変レーザ装置10は、光干渉断層計の光源部801に限定されるものではなく、様々な用途に用いることが可能である。波長可変レーザ装置を光源部801に用いた光干渉断層計は、分光器を用いることを要しないため、光量のロスが少なく、高S/N比の断層像の取得が可能である。   Here, the case where the wavelength tunable laser device 10 according to the present embodiment is used for the light source unit 801 of an optical coherence tomography (OCT apparatus: Optical Coherence Tomography apparatus) will be described as an example, but the present invention is not limited to this. . The wavelength tunable laser device 10 according to the present embodiment is not limited to the light source unit 801 of the optical coherence tomography, and can be used for various applications. Since an optical coherence tomometer using a wavelength tunable laser device as the light source unit 801 does not require the use of a spectroscope, the loss of light amount is small and a tomographic image with a high S / N ratio can be acquired.

図5に示すように、本実施形態による測定装置(OCT装置)8は、光源部801と、干渉光学系802と、光検出部803と、情報取得部804とを有している。   As illustrated in FIG. 5, the measurement apparatus (OCT apparatus) 8 according to the present embodiment includes a light source unit 801, an interference optical system 802, a light detection unit 803, and an information acquisition unit 804.

光源部801には、本実施形態による波長可変レーザ装置10が用いられる。   The light source unit 801 uses the wavelength tunable laser device 10 according to the present embodiment.

情報取得部804は、フーリエ変換器(図示せず)を有している。ここで、情報取得部804がフーリエ変換器を有しているとは、情報取得部804が、入力されたデータに対してフーリエ変換する機能を有していることを意味し、フーリエ変換器の態様は特に限定されるものではない。一つの例は、情報取得部804が演算部(図示せず)を有しており、当該演算部がフーリエ変換する機能を有している場合である。より具体的には、当該演算部がCPU(Central Processing Unit)を有するコンピュータであり、当該コンピュータが、フーリエ変換機能を有するアプリケーションを実行する場合である。他の例は、情報取得部804がフーリエ変換機能を有するフーリエ変換回路を有している場合である。   The information acquisition unit 804 has a Fourier transformer (not shown). Here, the information acquisition unit 804 having a Fourier transformer means that the information acquisition unit 804 has a function of performing Fourier transform on the input data. The embodiment is not particularly limited. One example is a case where the information acquisition unit 804 has a calculation unit (not shown), and the calculation unit has a function of performing Fourier transform. More specifically, the calculation unit is a computer having a CPU (Central Processing Unit), and the computer executes an application having a Fourier transform function. Another example is a case where the information acquisition unit 804 has a Fourier transform circuit having a Fourier transform function.

光源部801から出力された光は、干渉光学系802を経て、測定対象(測定対象物)である物体812の情報を含む干渉光となり、当該干渉光は光検出部803において受光される。   The light output from the light source unit 801 passes through the interference optical system 802 and becomes interference light including information on the object 812 that is a measurement target (measurement target), and the interference light is received by the light detection unit 803.

なお、光検出部803は、差動検出型の光検出器でもよいし、単純な強度モニタ型の光検出器でもよい。   The light detection unit 803 may be a differential detection type photodetector or a simple intensity monitor type photodetector.

光検出部803によって受光された干渉光の強度の時間波形の情報は、光検出部803から情報取得部804に出力される。   Information on the time waveform of the intensity of the interference light received by the light detection unit 803 is output from the light detection unit 803 to the information acquisition unit 804.

情報取得部804では、受光された干渉光の強度の時間波形のピーク値を取得してフーリエ変換を行うことにより、物体812の情報(例えば断層像の情報)を取得する。   The information acquisition unit 804 acquires information on the object 812 (for example, information on a tomographic image) by acquiring the peak value of the time waveform of the intensity of the received interference light and performing Fourier transform.

以下、光源部801から光が発せられてから、測定対象である物体812の断層像の情報が得られるまでについて、詳細に説明する。   Hereinafter, a detailed description will be given of the process from when light is emitted from the light source unit 801 until information on a tomographic image of the object 812 as a measurement target is obtained.

光源部801から出た光は、ファイバ805内を通って、カップラ806に入り、照射光用のファイバ807内を通る照射光と、参照光用のファイバ808内を通る参照光とに分岐される。カップラ806としては、分岐比が1:1のカップラである3dBカップラが用いられている。カップラ806は、光源部801から発せられる光の波長帯域においてシングルモードで動作し得る。   The light emitted from the light source unit 801 passes through the fiber 805, enters the coupler 806, and is branched into irradiation light that passes through the irradiation light fiber 807 and reference light that passes through the reference light fiber 808. . As the coupler 806, a 3 dB coupler which is a coupler having a branching ratio of 1: 1 is used. The coupler 806 can operate in a single mode in the wavelength band of light emitted from the light source unit 801.

ファイバ807内を伝搬する照射光は、コリメーター809を通って平行光になり、ミラー810で反射される。ミラー810で反射された光は、レンズ811を通って物体812に照射され、物体812の奥行き方向の各層で反射される。   Irradiation light propagating through the fiber 807 passes through the collimator 809 to become parallel light and is reflected by the mirror 810. The light reflected by the mirror 810 is irradiated to the object 812 through the lens 811 and reflected by each layer in the depth direction of the object 812.

一方、ファイバ808内を伝搬する参照光は、コリメーター813を通ってミラー814で反射される。   On the other hand, the reference light propagating in the fiber 808 is reflected by the mirror 814 through the collimator 813.

カップラ806では、物体812からの反射光とミラー814からの反射光とによる干渉光が発生する。こうして干渉した光は、ファイバ815内を通り、コリメーター816を通って集光され、光検出部803によって受光される。   In the coupler 806, interference light is generated by the reflected light from the object 812 and the reflected light from the mirror 814. The light thus interfered passes through the fiber 815, is collected through the collimator 816, and is received by the light detection unit 803.

光検出部803によって受光された干渉光の強度の情報は、電圧等の電気的な情報に変換されて、情報取得部804に送られる。   Information on the intensity of the interference light received by the light detection unit 803 is converted into electrical information such as a voltage and sent to the information acquisition unit 804.

情報取得部804では、干渉光の強度のデータを処理し、具体的には、フーリエ変換を行い、断層像の情報を得る。フーリエ変換が行われる干渉光の強度のデータは、通常は、等波数間隔にサンプリングされたデータであるが、これに限定されるものではなく、等波長間隔にサンプリングされたデータであってもよい。   The information acquisition unit 804 processes interference light intensity data, specifically, performs Fourier transform to obtain tomographic image information. The interference light intensity data that is subjected to Fourier transform is usually data sampled at equal wave intervals, but is not limited to this, and may be data sampled at equal wavelength intervals. .

こうして取得された断層像の情報は、情報取得部804から画像表示部817に送られ、画像として表示することができる。   The information of the tomographic image acquired in this way is sent from the information acquisition unit 804 to the image display unit 817 and can be displayed as an image.

なお、照射光の入射する方向に対して垂直な方向にミラー810を走査することで、測定対象の物体812の3次元の断層像を得ることもできる。   Note that a three-dimensional tomographic image of the object 812 to be measured can be obtained by scanning the mirror 810 in a direction perpendicular to the direction in which the irradiation light is incident.

また、図示しないが、光源部801から出る光の強度を逐次モニタリングし、そのデータを干渉光の強度の信号の振幅補正に用いるようにしてもよい。   Although not shown, the intensity of light emitted from the light source unit 801 may be monitored successively, and the data may be used for amplitude correction of the signal of the intensity of interference light.

情報取得部804は、電気回路818を介して、光源部801の制御を行うことができる。上述したように、本実施形態では、比較的長い波長で波長可変レーザ装置を発振させる際には、量子井戸構造層105に電圧を印加する。一方、比較的短い波長で波長可変レーザ装置を発振させる際には、量子井戸構造層105に電圧を印加しない。量子井戸構造層105に対する電圧の印加の制御は、例えば情報取得部804によって行うことができる。即ち、情報取得部804は、量子井戸構造層105に対する電圧の印加を制御する制御部として機能し得る。情報取得部(制御部)804は、電気回路818を介して電極112と電極113との間の電圧を適宜設定することにより、量子井戸構造層105に対する電圧の印加を制御する。また、情報取得部(制御部)804は、電気回路818を介して電極110と電極112との間の電圧を適宜設定することにより、可動機構122を変位させ、これにより波長可変レーザ装置10から発せられるレーザ光の発振波長を変化させる。また、情報取得部(制御部)804は、電極111に接続された活性層103に電気回路818を介して電流を注入する。   The information acquisition unit 804 can control the light source unit 801 via the electric circuit 818. As described above, in this embodiment, when the tunable laser device is oscillated with a relatively long wavelength, a voltage is applied to the quantum well structure layer 105. On the other hand, when the tunable laser device is oscillated with a relatively short wavelength, no voltage is applied to the quantum well structure layer 105. Control of voltage application to the quantum well structure layer 105 can be performed by, for example, the information acquisition unit 804. That is, the information acquisition unit 804 can function as a control unit that controls application of a voltage to the quantum well structure layer 105. The information acquisition unit (control unit) 804 controls voltage application to the quantum well structure layer 105 by appropriately setting a voltage between the electrode 112 and the electrode 113 via the electric circuit 818. In addition, the information acquisition unit (control unit) 804 displaces the movable mechanism 122 by appropriately setting the voltage between the electrode 110 and the electrode 112 via the electric circuit 818, thereby causing the wavelength tunable laser device 10 to The oscillation wavelength of the emitted laser light is changed. In addition, the information acquisition unit (control unit) 804 injects current into the active layer 103 connected to the electrode 111 via the electric circuit 818.

なお、ここでは、情報取得部804が量子井戸構造層105に対する電圧の印加を制御する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。情報取得部804とは別個の制御部(図示せず)を用いて、量子井戸構造層105に対する電圧の印加を制御するようにしてもよい。また、情報取得部804とは別個の制御部によって、可動機構122に接続された電極112に印加する電圧を制御し、波長可変レーザ装置10から発せられるレーザ光の発振波長を変化させてもよい。また、情報取得部804とは別個の制御部によって、活性層103に電流を注入してもよい。この場合、情報取得部804とは別個の制御部は、光源部801内に設けられていてもよいし、光源部801と別個に設けられていてもよい。   Here, the case where the information acquisition unit 804 controls the application of voltage to the quantum well structure layer 105 has been described as an example, but the present invention is not limited to this. You may make it control the application of the voltage with respect to the quantum well structure layer 105 using the control part (not shown) separate from the information acquisition part 804. FIG. Further, the voltage applied to the electrode 112 connected to the movable mechanism 122 may be controlled by a control unit separate from the information acquisition unit 804 to change the oscillation wavelength of the laser light emitted from the wavelength tunable laser device 10. . Further, a current may be injected into the active layer 103 by a control unit separate from the information acquisition unit 804. In this case, a control unit separate from the information acquisition unit 804 may be provided in the light source unit 801, or may be provided separately from the light source unit 801.

本実施形態による測定装置8は、例えば、眼科、歯科、皮膚科等の分野において、動物や人のような生体の断層像に関する情報を取得する際に有用である。なお、生体の断層像に関する情報とは、生体の断層像自体のみならず、生体の断層像を得るために必要な数値データをも含む。特に、本実施形態による測定装置8は、測定対象が人体の眼底であり、眼底の断層像に関する情報を取得する際に好適である。   The measurement apparatus 8 according to the present embodiment is useful when acquiring information related to a tomographic image of a living body such as an animal or a person in fields such as ophthalmology, dentistry, and dermatology. The information related to the tomographic image of the living body includes not only the tomographic image of the living body itself but also numerical data necessary for obtaining the tomographic image of the living body. In particular, the measurement apparatus 8 according to the present embodiment is suitable when the measurement target is the fundus of the human body and information regarding a tomographic image of the fundus is acquired.

本実施形態による波長可変レーザ装置10は、上述したように波長可変幅が極めて広い。このため、本実施形態による波長可変レーザ装置10を用いれば、高分解の断層像を取得し得る測定装置8を実現することができる。   The wavelength tunable laser device 10 according to the present embodiment has a very wide wavelength tunable width as described above. For this reason, if the wavelength tunable laser device 10 according to the present embodiment is used, the measuring device 8 capable of acquiring a high resolution tomographic image can be realized.

なお、ここでは、本実施形態による波長可変レーザ装置10を、測定装置8の光源に用いる場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、本実施形態による波長可変レーザ装置10を、光通信用の光源に用いるようにしてもよいし、光計測用の光源に用いるようにしてもよい。   Here, the case where the wavelength tunable laser device 10 according to the present embodiment is used as the light source of the measuring device 8 has been described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, the wavelength tunable laser device 10 according to the present embodiment may be used as a light source for optical communication or may be used as a light source for optical measurement.

[第2実施形態]
本発明の第2実施形態による波長可変レーザ装置について図6を用いて説明する。図6(a)は、本実施形態による波長可変レーザ装置を示す断面図である。図6(b)は、本実施形態による波長可変レーザ装置を示す平面図である。図1乃至図5に示す第1実施形態による波長可変レーザ装置等と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
[Second Embodiment]
A wavelength tunable laser device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6A is a cross-sectional view showing the wavelength tunable laser device according to the present embodiment. FIG. 6B is a plan view showing the wavelength tunable laser device according to the present embodiment. The same components as those in the wavelength tunable laser device according to the first embodiment shown in FIGS. 1 to 5 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.

本実施形態による波長可変レーザ装置は、高屈折率差サブ波長回折格子(HCG:High-index Contrast subwavelength Grating)204によって上部反射鏡206が構成されているものである。   In the wavelength tunable laser device according to the present embodiment, an upper reflecting mirror 206 is configured by a high-index contrast subwavelength grating (HCG) 204.

図6に示すように、活性層103の上方には、量子井戸構造層202が形成されている。量子井戸構造層202により、梁状の支持部(可動機構)222が構成されている。なお、量子井戸構造層202と後述する上部反射鏡層201とが相俟って可動機構222が構成されていると考えることも可能である。   As shown in FIG. 6, a quantum well structure layer 202 is formed above the active layer 103. The quantum well structure layer 202 constitutes a beam-shaped support portion (movable mechanism) 222. It can be considered that the movable mechanism 222 is configured by the quantum well structure layer 202 and the upper reflector layer 201 described later.

量子井戸構造層202上には、高屈折率差サブ波長回折格子204を有する上部反射鏡206を形成するための上部反射鏡層201が形成されている。上部反射鏡206を構成する高屈折率差サブ波長回折格子204の複数の格子溝(グレーティング溝)203は、上部反射鏡層201のみならず、量子井戸構造層202にも形成されている。格子溝203は、上部反射鏡層201の上面から量子井戸構造層202の下面に達するように形成されている。   On the quantum well structure layer 202, an upper reflector layer 201 for forming an upper reflector 206 having a high refractive index difference subwavelength diffraction grating 204 is formed. A plurality of grating grooves (grating grooves) 203 of the high refractive index difference sub-wavelength diffraction grating 204 constituting the upper reflecting mirror 206 are formed not only in the upper reflecting mirror layer 201 but also in the quantum well structure layer 202. The lattice groove 203 is formed so as to reach the lower surface of the quantum well structure layer 202 from the upper surface of the upper reflecting mirror layer 201.

高屈折率差サブ波長回折格子204の格子溝203が上部反射鏡層201のみならず量子井戸構造層202にも形成されているが、量子井戸構造層202に印加されるバイアスが逆バイアスであるため、電流等によって悪影響が及ぼされることはない。   Although the grating groove 203 of the high refractive index difference sub-wavelength diffraction grating 204 is formed not only in the upper reflector layer 201 but also in the quantum well structure layer 202, the bias applied to the quantum well structure layer 202 is a reverse bias. Therefore, no adverse effect is caused by the current or the like.

高屈折率差サブ波長回折格子204を用いた可動機構222は、軽く、しかも、薄い。このため、本実施形態によれば、高速で可動機構222を変位させることが可能である。このため、本実施形態によれば、高速で波長を可変し得る波長可変レーザ装置を提供することができる。   The movable mechanism 222 using the high refractive index difference sub-wavelength diffraction grating 204 is light and thin. For this reason, according to this embodiment, it is possible to displace the movable mechanism 222 at high speed. For this reason, according to the present embodiment, it is possible to provide a wavelength tunable laser device capable of changing the wavelength at high speed.

このように、高屈折率差サブ波長回折格子204によって上部反射鏡206を構成してもよい。本実施形態によっても、波長可変幅の極めて広い波長可変レーザ装置を得ることができる。   As described above, the upper reflecting mirror 206 may be configured by the high refractive index difference sub-wavelength diffraction grating 204. Also according to this embodiment, it is possible to obtain a wavelength tunable laser device having a very wide wavelength tunable width.

[第3実施形態]
本発明の第3実施形態による波長可変レーザ装置について図7を用いて説明する。図7は、本実施形態による波長可変レーザ装置の駆動方法を示す図である。図1A乃至図6Bに示す第1又は第2実施形態による波長可変レーザ装置等と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
[Third Embodiment]
A wavelength tunable laser device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a diagram illustrating a driving method of the wavelength tunable laser device according to the present embodiment. The same components as those of the wavelength tunable laser device according to the first or second embodiment shown in FIGS. 1A to 6B are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.

本実施形態による波長可変レーザ装置の構成は、例えば、第1実施形態による波長可変レーザ装置10と同様である。   The configuration of the tunable laser apparatus according to the present embodiment is the same as that of the tunable laser apparatus 10 according to the first embodiment, for example.

本実施形態では、梁状の支持部122を変位させるための電極112に印加する電圧を0Vから徐々に上昇させ、電極112に印加する電圧が所定電圧に達するまでは、量子井戸構造層105に電圧を印加する。かかる所定電圧は、例えば、発振波長が波長可変域の中心波長より若干長い波長となるときの電圧とする。より具体的には、かかる所定電圧は、発振波長が例えば1063nmとなるときの電圧とする。量子井戸構造層105に電圧を印加している際には、比較的短い波長での発振が阻害されるため、比較的長い波長で確実に発振する。このため、例えば1063nmより長い波長で発振させる際には、モードBで発振することとなる。こうして、量子井戸構造層105に電圧を印加した状態、即ち、量子井戸構造層105に逆バイアスを印加した状態で、間隙104の長さが減少させられる。   In the present embodiment, the voltage applied to the electrode 112 for displacing the beam-shaped support portion 122 is gradually increased from 0 V, and the quantum well structure layer 105 is not subjected to the voltage applied to the electrode 112 until reaching a predetermined voltage. Apply voltage. The predetermined voltage is, for example, a voltage when the oscillation wavelength is slightly longer than the center wavelength of the wavelength variable range. More specifically, the predetermined voltage is a voltage when the oscillation wavelength is, for example, 1063 nm. When a voltage is applied to the quantum well structure layer 105, oscillation at a relatively short wavelength is hindered, so that oscillation is reliably performed at a relatively long wavelength. For this reason, for example, when oscillating at a wavelength longer than 1063 nm, oscillation occurs in mode B. Thus, the length of the gap 104 is reduced in a state where a voltage is applied to the quantum well structure layer 105, that is, in a state where a reverse bias is applied to the quantum well structure layer 105.

そして、梁状の支持部122を変位させるための電極112に印加する電圧が、所定電圧に達した際には、量子井戸構造層105への電圧の印加を中止する。そうすると、モードBより短波長側のモードAが発振しやすくなり、モードBからモードAへの移行、即ち、モードホッピングが生ずる。モードBからモードAへのモードホッピングが生ずると、発振波長は例えば1005nm程度となる。上述したように、短波長側における閾値利得が相対的に低くなり、高波長側における閾値利得が相対的に高くなるように、上部反射鏡106が構成されている。このため、量子井戸構造層105に電圧を印加していない状態においては、上部反射鏡106の高反射帯域の中心波長λc2に対して短波長側において発振が生じやすい。従って、量子井戸構造層105に電圧を印加していない状態においては、比較的短い波長で確実に発振する。   Then, when the voltage applied to the electrode 112 for displacing the beam-shaped support portion 122 reaches a predetermined voltage, the application of the voltage to the quantum well structure layer 105 is stopped. Then, the mode A on the shorter wavelength side than the mode B is likely to oscillate, and the transition from the mode B to the mode A, that is, mode hopping occurs. When mode hopping from mode B to mode A occurs, the oscillation wavelength is, for example, about 1005 nm. As described above, the upper reflecting mirror 106 is configured such that the threshold gain on the short wavelength side is relatively low and the threshold gain on the high wavelength side is relatively high. Therefore, in a state where no voltage is applied to the quantum well structure layer 105, oscillation tends to occur on the short wavelength side with respect to the center wavelength λc2 of the high reflection band of the upper reflecting mirror 106. Therefore, in a state where no voltage is applied to the quantum well structure layer 105, oscillation is reliably performed at a relatively short wavelength.

モードホッピングが生じた後には、梁状の支持部122を変位させるための電極112への印加電圧は徐々に低下させる。電極112への印加電圧を徐々に低下させる際には、モードAでの発振が維持され、電極112への印加電圧が0Vになると、発振波長は1048nm程度となる。こうして、量子井戸構造層105に電圧が印加されていない状態で、間隙104の長さが増加させられる。   After mode hopping occurs, the voltage applied to the electrode 112 for displacing the beam-like support portion 122 is gradually reduced. When the voltage applied to the electrode 112 is gradually reduced, oscillation in mode A is maintained, and when the voltage applied to the electrode 112 becomes 0 V, the oscillation wavelength is about 1048 nm. Thus, the length of the gap 104 is increased in the state where no voltage is applied to the quantum well structure layer 105.

この後、量子井戸構造層105への電圧の印加を再開すると、発振波長は例えば1098nm程度となる。即ち、量子井戸構造層105に電圧を印加すると、発振波長が初期状態に戻る。量子井戸構造層105に電圧を印加すると、比較的低い波長での発振が阻害されるため、モードAからモードBへのモードホッピングを確実に生じさせることができる。   Thereafter, when voltage application to the quantum well structure layer 105 is resumed, the oscillation wavelength becomes, for example, about 1098 nm. That is, when a voltage is applied to the quantum well structure layer 105, the oscillation wavelength returns to the initial state. When a voltage is applied to the quantum well structure layer 105, oscillation at a relatively low wavelength is inhibited, so that mode hopping from mode A to mode B can be reliably caused.

このような制御を行うため、本実施形態では、間隙104の長さを減少させる際に量子井戸構造層105に電圧を印加される電圧は、間隙104の長さを増加させる際に量子井戸構造層105に電圧を印加される電圧より大きい。   In order to perform such control, in the present embodiment, the voltage applied to the quantum well structure layer 105 when the length of the gap 104 is decreased is the quantum well structure when the length of the gap 104 is increased. The voltage applied to layer 105 is greater than the voltage applied.

このように、本実施形態では、敢えてモードホッピングを生じさせる。本実施形態において梁状の支持部122を往復させることにより得られる波長可変幅は、第1実施形態において得られる波長可変幅とほぼ同等である。従って、本実施形態のように波長可変レーザ装置を動作させてもよい。本実施形態では、モードホッピングを生じさせた後には、梁状の支持部122を変位させるための電極112に印加させる電圧を徐々に低下させるため、梁状の支持部122の変位量は第1実施形態の場合の約半分である。本実施形態によれば、梁状の支持部122に印加する電圧が小さくてもよいため、消費電力の低減等を図ることができる。   Thus, in this embodiment, mode hopping is intentionally generated. In this embodiment, the wavelength tunable width obtained by reciprocating the beam-like support portion 122 is substantially the same as the wavelength tunable width obtained in the first embodiment. Therefore, the tunable laser device may be operated as in this embodiment. In the present embodiment, after the mode hopping is generated, the voltage applied to the electrode 112 for displacing the beam-shaped support portion 122 is gradually reduced, so the displacement amount of the beam-shaped support portion 122 is the first amount. It is about half that of the embodiment. According to this embodiment, since the voltage applied to the beam-shaped support part 122 may be small, power consumption can be reduced.

上述した掃引においては、間隙104の長さを減少させる際に量子井戸構造層105に印加される電圧は、間隙104の長さを増加させる際に量子井戸構造層105に印加される電圧より大きく設定されていた。しかし、間隙104の長さの増減と、量子井戸構造層105に印加する電圧との関係は上述した組み合わせに限定されるものではなく、逆の組み合わせによっても同じ波長範囲を掃引することが可能である。具体的には、間隙104の長さを減少させる際に量子井戸構造層105に印加される電圧を、間隙104の長さを増加させる際に量子井戸構造層105に印加される電圧より小さくして、波長掃引を行うことも可能である。この場合には、図7に示す矢印とは逆向きの駆動を行う。まず、量子井戸構造層105に印加される電圧を比較的低い状態、つまり、図7に示すモードAでの発振の状態で、間隙104の長さを減少させる。これにより、発振波長は、1048nm程度から1005nm程度にまで掃引される。この後、量子井戸構造層105に印加する電圧を大きくし、モードホップを起こさせ、発振モードをモードBに変更する。これにより発振波長は1063nm前後となる。この後、量子井戸構造層105に印加する電圧を維持した状態で、つまりモードBで発振する状態で間隙104の長さを増加させることによって発振波長を増加させ、発振波長を1098nm付近にまで掃引することができる。   In the above-described sweep, the voltage applied to the quantum well structure layer 105 when reducing the length of the gap 104 is larger than the voltage applied to the quantum well structure layer 105 when increasing the length of the gap 104. It was set. However, the relationship between the increase / decrease in the length of the gap 104 and the voltage applied to the quantum well structure layer 105 is not limited to the combination described above, and the same wavelength range can be swept by the reverse combination. is there. Specifically, the voltage applied to the quantum well structure layer 105 when reducing the length of the gap 104 is made smaller than the voltage applied to the quantum well structure layer 105 when increasing the length of the gap 104. It is also possible to perform wavelength sweeping. In this case, driving in the direction opposite to the arrow shown in FIG. 7 is performed. First, the length of the gap 104 is reduced in a state where the voltage applied to the quantum well structure layer 105 is relatively low, that is, in an oscillation state in mode A shown in FIG. Thereby, the oscillation wavelength is swept from about 1048 nm to about 1005 nm. Thereafter, the voltage applied to the quantum well structure layer 105 is increased to cause mode hopping, and the oscillation mode is changed to mode B. As a result, the oscillation wavelength becomes around 1063 nm. Thereafter, the oscillation wavelength is increased by increasing the length of the gap 104 while maintaining the voltage applied to the quantum well structure layer 105, that is, in the state of oscillation in mode B, and the oscillation wavelength is swept to around 1098 nm. can do.

[第4実施形態]
本発明の第4実施形態による波長可変レーザ装置について図8を用いて説明する。図8(a)は、本実施形態による波長可変レーザ装置を示す断面図である。図8(b)は、本実施形態による波長可変レーザ装置を示す平面図である。図1乃至図7に示す第1乃至第3実施形態による波長可変レーザ装置等と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
[Fourth Embodiment]
A wavelength tunable laser device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8A is a cross-sectional view showing the wavelength tunable laser device according to the present embodiment. FIG. 8B is a plan view showing the wavelength tunable laser device according to the present embodiment. The same components as those of the wavelength tunable laser apparatus according to the first to third embodiments shown in FIGS. 1 to 7 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.

本実施形態による波長可変レーザ装置は、活性層103上に量子井戸構造層105が形成されているものである。   In the tunable laser device according to the present embodiment, a quantum well structure layer 105 is formed on an active layer 103.

図8に示すように、活性層103上には量子井戸構造層105が形成されている。量子井戸構造層105は、活性層103上に直接形成されている。   As shown in FIG. 8, a quantum well structure layer 105 is formed on the active layer 103. The quantum well structure layer 105 is formed directly on the active layer 103.

量子井戸構造層105上には、互いに離間して支持部107が形成されている。   Support portions 107 are formed on the quantum well structure layer 105 so as to be spaced apart from each other.

量子井戸構造層105の上方には、上部反射鏡106が位置している。上部反射鏡106の両端は、支持部107によって固定されている。本実施形態では、上部反射鏡106によって、可動機構122が構成されている。   An upper reflecting mirror 106 is located above the quantum well structure layer 105. Both ends of the upper reflecting mirror 106 are fixed by a support portion 107. In the present embodiment, the movable mechanism 122 is configured by the upper reflecting mirror 106.

電極113は、可動機構122の上面に電気的に接続されている。電極112は、量子井戸構造層105の上面に電気的に接続されている。電極111は、活性層103の上面、即ち、量子井戸構造層105の下面に、電気的に接続されている。可動機構122は、電極113と電極112との間に印加する電圧を変化させることにより変位する。電極112と電極111との間に電圧を印加することにより、量子井戸構造層105における量子閉じ込めシュタルク効果が制御される。活性層103への電流注入は、電極111と電極110の間に電圧を印加することにより行われる。   The electrode 113 is electrically connected to the upper surface of the movable mechanism 122. The electrode 112 is electrically connected to the upper surface of the quantum well structure layer 105. The electrode 111 is electrically connected to the upper surface of the active layer 103, that is, the lower surface of the quantum well structure layer 105. The movable mechanism 122 is displaced by changing the voltage applied between the electrode 113 and the electrode 112. By applying a voltage between the electrode 112 and the electrode 111, the quantum confined Stark effect in the quantum well structure layer 105 is controlled. Current injection into the active layer 103 is performed by applying a voltage between the electrode 111 and the electrode 110.

本実施形態による波長可変レーザ装置の駆動方法は、第1実施形態又は第3実施形態による波長可変レーザ装置の動作方法と同様であるため、説明を省略する。   The driving method of the wavelength tunable laser device according to the present embodiment is the same as the operation method of the wavelength tunable laser device according to the first embodiment or the third embodiment, and thus description thereof is omitted.

このように、量子井戸構造層105が間隙104よりも下方に位置していてもよい。本実施形態によっても、波長可変幅の極めて広い波長可変レーザ装置を得ることができる。   As described above, the quantum well structure layer 105 may be positioned below the gap 104. Also according to this embodiment, it is possible to obtain a wavelength tunable laser device having a very wide wavelength tunable width.

[変形実施形態]
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
[Modified Embodiment]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible.

例えば、第3実施形態では、第1実施形態の波長可変レーザ装置において敢えてモードホッピングを生じさせる場合を例に説明したが、第2又は第4実施形態による波長可変レーザ装置においても、敢えてモードホッピングを生じさせるようにしてもよい。第2又は第4実施形態による波長可変レーザ装置においても、量子閉じ込めシュタルク効果を生ずる量子井戸構造層105が設けられている。このため、第2又は第4実施形態による波長可変レーザ装置においても、第3実施形態のように動作させることは可能である。   For example, in the third embodiment, the case where mode hopping is intentionally generated in the wavelength tunable laser apparatus of the first embodiment has been described as an example, but mode hopping is also intentionally performed in the wavelength tunable laser apparatus according to the second or fourth embodiment. May be generated. Also in the wavelength tunable laser device according to the second or fourth embodiment, the quantum well structure layer 105 that generates the quantum confined Stark effect is provided. Therefore, the wavelength tunable laser device according to the second or fourth embodiment can be operated as in the third embodiment.

また、上記実施形態では、活性層103の構造が量子井戸構造である場合を例に説明したが、活性層103の構造は量子井戸構造に限定されるものではない。例えば、バルクや量子ドットなど、他の構造の活性層であってもよい。   Moreover, although the case where the structure of the active layer 103 was a quantum well structure was demonstrated to the example in the said embodiment, the structure of the active layer 103 is not limited to a quantum well structure. For example, the active layer may have another structure such as a bulk or a quantum dot.

また、第1、第3、第4実施形態では、反射鏡102,106としてDBRを用いる場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、高屈折率差サブ波長グレーティング等を反射鏡102,106として用いるようにしてもよい。   In the first, third, and fourth embodiments, the case where the DBR is used as the reflecting mirrors 102 and 106 has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, a high refractive index difference subwavelength grating or the like may be used as the reflecting mirrors 102 and 106.

また、第2実施形態では、上部反射鏡106に高屈折率差サブ波長回折格子を用いる場合を例に説明したが、下部反射鏡102に高屈折率差サブ波長回折格子を用いるようにしてもよい。   Further, in the second embodiment, the case where a high refractive index difference sub-wavelength diffraction grating is used for the upper reflecting mirror 106 has been described as an example. Good.

また、上記実施形態では、反射鏡102、106、206の高反射帯域の中心波長λc1,λc2を中心として発振波長を掃引する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、反射鏡102、106、206の高反射帯域の中心波長λc1,λc2と、発振波長を変化させる帯域の中心波長とがずれていてもよい。   In the above embodiment, the case where the oscillation wavelength is swept around the center wavelengths λc1 and λc2 of the high reflection bands of the reflecting mirrors 102, 106, and 206 has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, the center wavelengths λc1 and λc2 of the high reflection band of the reflecting mirrors 102, 106, and 206 may be shifted from the center wavelength of the band that changes the oscillation wavelength.

また、上記実施形態では、第1の反射鏡102の高反射領域の中心波長λc1と第2の反射鏡106、206の高反射領域の中心波長λc2とが同じである場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、第1の反射鏡102の高反射領域の中心波長λc1と第2の反射鏡106、206の高反射領域の中心波長λc2とがずれていてもよい。   In the above embodiment, the case where the center wavelength λc1 of the high reflection region of the first reflecting mirror 102 is the same as the center wavelength λc2 of the high reflection region of the second reflecting mirrors 106 and 206 has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, the center wavelength λc1 of the high reflection region of the first reflecting mirror 102 may be shifted from the center wavelength λc2 of the high reflection region of the second reflecting mirrors 106 and 206.

また、上記実施形態では、活性層103よりも上側に量子井戸構造層105が位置している場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。活性層103よりも下側に量子井戸構造層105を位置させてもよい。   In the above embodiment, the case where the quantum well structure layer 105 is located above the active layer 103 has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. The quantum well structure layer 105 may be positioned below the active layer 103.

また、上記実施形態では、電極112が、可動機構122に電圧を印加するための電極と、量子井戸構造層105に電圧を印加するための電極とを兼ねている場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。可動機構122に電圧を印加するための電極と、量子井戸構造層105に電圧を印加するための電極とを別個に設けてもよい。   In the above embodiment, the case where the electrode 112 serves as both an electrode for applying a voltage to the movable mechanism 122 and an electrode for applying a voltage to the quantum well structure layer 105 has been described as an example. It is not limited to this. An electrode for applying a voltage to the movable mechanism 122 and an electrode for applying a voltage to the quantum well structure layer 105 may be provided separately.

また、第1実施形態では、量子井戸構造層105が可動機構122を構成している場合を例に説明したが、量子井戸構造層105と別個に梁状の支持部(可動機構)122を設けるようにしてもよい。   In the first embodiment, the case where the quantum well structure layer 105 constitutes the movable mechanism 122 has been described as an example. However, a beam-shaped support portion (movable mechanism) 122 is provided separately from the quantum well structure layer 105. You may do it.

また、第2実施形態では、量子井戸構造層202が可動機構122を構成している場合を例に説明したが、量子井戸構造層202と別個に梁状の支持部(可動機構)122を設けるようにしてもよい。   In the second embodiment, the case where the quantum well structure layer 202 forms the movable mechanism 122 has been described as an example. However, a beam-shaped support portion (movable mechanism) 122 is provided separately from the quantum well structure layer 202. You may do it.

また、第4実施形態では、上部反射鏡106が可動機構122を構成している場合を例に説明したが、上部反射鏡106と別個に梁状の支持部(可動機構)122を設けるようにしてもよい。   In the fourth embodiment, the case where the upper reflecting mirror 106 constitutes the movable mechanism 122 has been described as an example. However, a beam-like support portion (movable mechanism) 122 is provided separately from the upper reflecting mirror 106. May be.

また、上記実施形態では、梁状の支持部(可動機構)122の両端が固定されている場合、即ち、可動機構122が両端固定梁である場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、可動機構122が、片側だけが固定された片持ち梁であってもよい。   In the above embodiment, the case where both ends of the beam-shaped support portion (movable mechanism) 122 are fixed, that is, the case where the movable mechanism 122 is a both-end fixed beam has been described as an example. It is not a thing. For example, the movable mechanism 122 may be a cantilever in which only one side is fixed.

また、上記実施形態では、梁状の支持部より成る可動機構122によって下部反射鏡102と上部反射鏡106、206との間隔を変化させる場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。下部反射鏡102と上部反射鏡106、206との間隔を変化させることが可能な様々な機構(可動機構、支持機構)を、適宜用いることができる。   In the above-described embodiment, the case where the distance between the lower reflecting mirror 102 and the upper reflecting mirrors 106 and 206 is changed by the movable mechanism 122 including the beam-shaped support portion has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. Absent. Various mechanisms (movable mechanism, support mechanism) capable of changing the distance between the lower reflecting mirror 102 and the upper reflecting mirrors 106 and 206 can be used as appropriate.

また、上記実施形態では、波長可変域の中心波長が1057nmの波長可変レーザ装置、即ち、1060nm帯の波長可変レーザ装置を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、850nm帯の波長可変レーザ装置に本発明を適用することも可能である。各構成要素の組成や膜厚を適宜設定することにより、様々な波長帯波長可変レーザ装置を得ることができる。   In the above embodiment, the wavelength tunable laser device having a central wavelength in the wavelength tunable region of 1057 nm, that is, the wavelength tunable laser device in the 1060 nm band is described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, the present invention can be applied to a wavelength variable laser device in the 850 nm band. Various wavelength band tunable laser devices can be obtained by appropriately setting the composition and film thickness of each component.

また、上記実施形態では、中間屈折率層303を形成することにより、短波長側における閾値利得を相対的に低くしたが、短波長側における閾値利得を相対的に低くするための手法は、これに限定されるものではない。例えば、反射鏡106中の1つ又は複数の層の光学膜厚を反射鏡の中心波長λcの2分の1程度に設定することによっても、短波長側における閾値利得を相対的に低くすることは可能である。   In the above embodiment, the intermediate refractive index layer 303 is formed to relatively reduce the threshold gain on the short wavelength side. However, a method for relatively reducing the threshold gain on the short wavelength side is described below. It is not limited to. For example, by setting the optical film thickness of one or more layers in the reflecting mirror 106 to about one half of the central wavelength λc of the reflecting mirror, the threshold gain on the short wavelength side is relatively lowered. Is possible.

また、上記実施形態では、上部反射鏡206に高屈折率差サブ波長回折格子204を設ける場合を例に説明したが、下部反射鏡102に高屈折率差サブ波長回折格子を設けるようにしてもよい。   In the above-described embodiment, the case where the upper reflective mirror 206 is provided with the high refractive index difference sub-wavelength diffraction grating 204 has been described as an example. However, the lower reflective mirror 102 may be provided with the high refractive index difference sub-wavelength diffraction grating. Good.

また、上記実施形態では、中間屈折率層を上部反射鏡106に形成したが、これに限定されるものではなく、例えば下部反射鏡102に中間屈折率層を形成してもよい。この場合には、例えば、GaAs層及びAlAs層とから成る交互積層膜のうちの最下層のAlAs層の下側に、GaAsとAlAsとの中間の屈折率を有する中間屈折率層を形成すればよい。   In the above embodiment, the intermediate refractive index layer is formed on the upper reflecting mirror 106. However, the present invention is not limited to this. For example, the intermediate refractive index layer may be formed on the lower reflecting mirror 102. In this case, for example, if an intermediate refractive index layer having an intermediate refractive index between GaAs and AlAs is formed below the lowermost AlAs layer of the alternately laminated film composed of GaAs layers and AlAs layers, Good.

(その他の実施例)
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
(Other examples)
The present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiments to a system or apparatus via a network or a storage medium, and one or more processors in a computer of the system or apparatus read and execute the program This process can be realized. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.

8…測定装置
10…波長可変レーザ装置
12…共振器
101…基板
102…下部反射鏡
103…活性層
105…量子井戸構造層
106…上部反射鏡
107…支持部
110,111,112,113…電極
122…梁状の支持部、可動機構
DESCRIPTION OF SYMBOLS 8 ... Measuring apparatus 10 ... Variable wavelength laser apparatus 12 ... Resonator 101 ... Substrate 102 ... Lower reflecting mirror 103 ... Active layer 105 ... Quantum well structure layer 106 ... Upper reflecting mirror 107 ... Support part 110, 111, 112, 113 ... Electrode 122 ... Beam-shaped support, movable mechanism

Claims (13)

第1の反射鏡と、
第2の反射鏡と、
前記第1の反射鏡と前記第2の反射鏡との間に形成された活性層と、
逆バイアス電圧が印加されることにより、量子閉じ込めシュタルク効果が生ずる量子井戸構造層と、
前記量子井戸構造層に逆バイアス電圧を印加するための電極と、を有し、
前記活性層と前記第2の反射鏡との間に間隙が形成され、
前記間隙の長さが変化することで共振波長が掃引され、
前記共振波長の掃引時において、前記電極は、前記間隙の長さに応じて、前記量子井戸構造層に印加する前記逆バイアス電圧を変える
ことを特徴とする波長可変レーザ装置。
A first reflector;
A second reflector;
An active layer formed between the first reflecting mirror and the second reflecting mirror;
A quantum well structure layer in which a quantum confined Stark effect is generated by applying a reverse bias voltage;
An electrode for applying a reverse bias voltage to the quantum well structure layer,
A gap is formed between the active layer and the second reflecting mirror;
The resonant wavelength is swept by changing the length of the gap,
The wavelength tunable laser device according to claim 1, wherein the reverse bias voltage applied to the quantum well structure layer is changed according to a length of the gap when the resonance wavelength is swept.
前記間隙の長さが所定値以上の際に前記量子井戸構造層に印加される電圧は、前記間隙の長さが前記所定値未満である際に前記量子井戸構造層に印加される電圧より大きい
ことを特徴とする請求項1記載の波長可変レーザ装置。
The voltage applied to the quantum well structure layer when the gap length is greater than or equal to a predetermined value is greater than the voltage applied to the quantum well structure layer when the gap length is less than the predetermined value. The wavelength tunable laser device according to claim 1, wherein:
前記間隙の長さを減少させる際に前記量子井戸構造層に印加される電圧は、前記間隙の長さを増加させる際に前記量子井戸構造層に印加される電圧より大きい
ことを特徴とする請求項1又は2記載の波長可変レーザ装置。
The voltage applied to the quantum well structure layer when decreasing the gap length is greater than the voltage applied to the quantum well structure layer when increasing the gap length. Item 3. The wavelength tunable laser device according to Item 1 or 2.
前記第1の反射鏡と前記第2の反射鏡とのうち少なくとも一方は、第1の層と、前記第1の層より屈折率が高い第2の層とが交互に積層された分布ブラッグ反射鏡を含む
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の波長可変レーザ装置。
At least one of the first reflecting mirror and the second reflecting mirror is a distributed Bragg reflection in which a first layer and a second layer having a refractive index higher than that of the first layer are alternately stacked. The wavelength tunable laser device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a mirror.
前記第1の反射鏡と前記第2の反射鏡とのうち少なくとも一方は、高屈折率差サブ波長回折格子を含む
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の波長可変レーザ装置。
5. The wavelength tunable according to claim 1, wherein at least one of the first reflecting mirror and the second reflecting mirror includes a high refractive index difference subwavelength diffraction grating. 6. Laser device.
前記第1の反射鏡と前記第2の反射鏡との間隔を変化させていない状態における前記間隙の長さは、1.7μmより大きい
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の波長可変レーザ装置。
6. The length of the gap in a state where the distance between the first reflecting mirror and the second reflecting mirror is not changed is greater than 1.7 μm. 6. The wavelength tunable laser device described in 1.
前記量子井戸構造層は、多重量子井戸構造を有する
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の波長可変レーザ装置。
The wavelength tunable laser device according to claim 1, wherein the quantum well structure layer has a multiple quantum well structure.
前記量子井戸構造層に電圧を印加するための一対の電極を更に有し、
前記量子井戸構造層は、p型半導体層とn型半導体層とを有し、
前記一対の電極のうちの一方は、前記p型半導体層に電気的に接続し、前記一対の電極のうちの他方は、前記n型半導体層に電気的に接続している
ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の波長可変レーザ装置。
A pair of electrodes for applying a voltage to the quantum well structure layer;
The quantum well structure layer has a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer,
One of the pair of electrodes is electrically connected to the p-type semiconductor layer, and the other of the pair of electrodes is electrically connected to the n-type semiconductor layer. The wavelength tunable laser device according to claim 1.
前記第2の反射鏡を支持する支持部に交番電圧を印加して前記第2の反射鏡を振動させ、
前記交番電圧の振幅変化に対応させて、前記電極は、前記量子井戸構造層に印加する前記逆バイアス電圧を変える
ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の波長可変レーザ装置。
Applying an alternating voltage to a support portion supporting the second reflecting mirror to vibrate the second reflecting mirror;
The wavelength tunable laser according to any one of claims 1 to 8, wherein the electrode changes the reverse bias voltage applied to the quantum well structure layer in response to a change in amplitude of the alternating voltage. apparatus.
所定の波長より短い波長における前記活性層の利得は、前記所定の波長より長い波長における前記活性層の利得よりも大きい
ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の波長可変レーザ装置。
10. The wavelength tunable according to claim 1, wherein a gain of the active layer at a wavelength shorter than a predetermined wavelength is larger than a gain of the active layer at a wavelength longer than the predetermined wavelength. Laser device.
前記電極が前記量子井戸構造層に前記逆バイアス電圧を印加しない場合には、前記量子井戸構造層の吸収端は、前記共振波長の掃引範囲の最短の波長よりも短波長側にある
ことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の波長可変レーザ装置。
When the electrode does not apply the reverse bias voltage to the quantum well structure layer, the absorption edge of the quantum well structure layer is on the shorter wavelength side than the shortest wavelength in the sweep range of the resonance wavelength. The wavelength tunable laser device according to claim 1.
所定の波長よりも長い波長で発振させる場合に、前記電極は、前記量子井戸構造層に前記逆バイアス電圧を印加する
ことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の波長可変レーザ装置。
12. The wavelength tunable according to claim 1, wherein, when oscillating at a wavelength longer than a predetermined wavelength, the electrode applies the reverse bias voltage to the quantum well structure layer. Laser device.
請求項1乃至12のいずれか1項に記載の波長可変レーザ装置と、
前記波長可変レーザ装置からの光を、測定対象物へ照射される照射光と参照光とに分岐させ、前記測定対象物に照射された前記照射光の反射光と前記参照光とによる干渉光を発生させる干渉光学系と、
前記干渉光を受光する光検出部と、
前記光検出部からの信号に基づき、前記測定対象物の情報を取得する情報取得部と
を有することを特徴とする光干渉断層計。
The wavelength tunable laser device according to any one of claims 1 to 12,
The light from the wavelength tunable laser device is branched into irradiation light and reference light irradiated on the measurement object, and interference light caused by reflected light and reference light irradiated on the measurement object is reflected. An interference optical system to be generated;
A light detector that receives the interference light;
An optical coherence tomography device comprising: an information acquisition unit that acquires information of the measurement object based on a signal from the light detection unit.
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