JP2021022684A - Wavelength sweeping type optical coherence tomography device and wavelength variable laser light source - Google Patents

Wavelength sweeping type optical coherence tomography device and wavelength variable laser light source Download PDF

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Abstract

To allow for broadband laser oscillation in 1.1 μm band.SOLUTION: A wavelength sweeping type coherence tomography device includes a wavelength variable laser light source 11. The wavelength variable laser light source 11 includes a gain chip 21 emitting seed light generated by amplification natural light emission without laser oscillation by electric current impregnation, and an external resonator 22 configured to laser oscillating the light of wavelength selected from the seed light, and capable of controlling the wavelength of laser oscillation. The gain chip 21 has a quantum dot where the center wavelength of first between excitation level light emission ES1 exists in a range of 1 μm to 1.15 μm, the seed light includes at least the first between excitation level light emission ES1 having an optical intensity larger than the between ground level light emission GS, and the external resonator 22 is configured to control the wavelength of laser oscillation within a wavelength variable width, i.e., a range including the center wavelength of the first between excitation level light emission ES1.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本開示は、波長掃引型光コヒーレンストモグラフィー装置及び波長可変レーザ光源に関する。 The present disclosure relates to a wavelength sweep type optical coherence tomography apparatus and a tunable laser light source.

光コヒーレンストモグラフィー(OCT)は、光を用いた非侵襲医療用断層イメージングなどに用いられる。OCTにはいくつかの画像取得方式があるが、現在は、波長を連続的に変化させる波長掃引レーザ光源(SS:Swept Source)を用いた波長掃引型OCT(SS−OCT)が主流となってきている。 Optical coherence tomography (OCT) is used for non-invasive medical tomography using light and the like. There are several image acquisition methods in OCT, but at present, wavelength sweep type OCT (SS-OCT) using a wavelength sweep laser light source (SS: Swept Source) that continuously changes the wavelength has become the mainstream. ing.

特開2018-152573号公報JP-A-2018-152573

SSの実現には、例えば、波長可変レーザ発振が可能な、一定の利得帯域を持った光学利得媒体を用意する必要がある。また、SS−OCTにおいて、得られる画像の光軸分解能は、光源である波長可変レーザの波長掃引幅と逆比例の関係にあるため、高い光軸分解能を得るためには、広帯域なレーザ波長可変幅が必要である。 In order to realize SS, for example, it is necessary to prepare an optical gain medium having a constant gain band capable of tunable laser oscillation. Further, in SS-OCT, the optical axis resolution of the obtained image is inversely proportional to the wavelength sweep width of the tunable laser that is the light source. Therefore, in order to obtain high optical axis resolution, a wide band laser wavelength variable Width is needed.

さらに、生体サンプルの主成分である血液中のヘモグロビンや水による光吸収が極小となる波長が、1.05μm付近に存在する。このため、SS−OCTにおいて、高分解能と高深達度(画像深さ)を両立するためには、生体内透過性の高い1.05μm付近を中心とした広帯域な波長可変幅を有する光源が必要となる。すなわち、1.1μm帯(1.0〜1.15μm)において、広帯域なレーザ発振を可能とする光学利得媒体が必要となる。 Further, a wavelength at which light absorption by hemoglobin or water, which is the main component of the biological sample, is minimized exists in the vicinity of 1.05 μm. Therefore, in SS-OCT, in order to achieve both high resolution and high invasion depth (image depth), a light source having a wide band wavelength tunable width centered around 1.05 μm, which has high in vivo transparency, is required. It becomes. That is, an optical gain medium capable of wideband laser oscillation in the 1.1 μm band (1.0 to 1.15 μm) is required.

光学利得媒体として、半導体材料を用いることができれば、小型軽量かつ安価な光源が得られる。しかし、従来は、1.1μm帯で広帯域な光学利得幅を有する半導体材料の選択肢は少なく、広帯域なレーザ発振を得ることは困難であった。 If a semiconductor material can be used as the optical gain medium, a compact, lightweight, and inexpensive light source can be obtained. However, conventionally, there are few options for semiconductor materials having a wide band optical gain width in the 1.1 μm band, and it has been difficult to obtain a wide band laser oscillation.

本開示の一の側面は、波長可変レーザ光源を備えるSS−OCT装置である。開示の波長可変レーザ光源は、電流が注入されることで、レーザ発振せずに広帯域な増幅自然発光により生じた種光を出射する利得チップと、前記種光から選択された波長の光をレーザ発振させるよう構成され、レーザ発振の波長を制御可能である外部共振器と、を備え、前記利得チップは、1μmから1.15μmの範囲内に、第1励起準位間発光の中心波長が存在する量子ドットを有し、前記種光は、基底準位間発光よりも大きな光強度を有する前記第1励起準位間発光を少なくとも含み、前記外部共振器は、前記第1励起準位間発光の中心波長を含む範囲である波長可変幅内において、レーザ発振の波長を制御するよう構成されている。 One aspect of the present disclosure is an SS-OCT apparatus including a tunable laser light source. The disclosed wavelength variable laser light source uses a gain chip that emits seed light generated by wide-band amplified natural emission without laser oscillation by injecting a current, and a laser that emits light having a wavelength selected from the seed light. The gain chip includes an external resonator that is configured to oscillate and can control the wavelength of laser oscillation, and the gain chip has a central wavelength of emission between the first excited levels within a range of 1 μm to 1.15 μm. The seed light includes at least the first excitation level emission having a light intensity higher than that of the base level emission, and the external resonator emits light between the first excitation levels. It is configured to control the wavelength of laser oscillation within the wavelength variable width, which is the range including the central wavelength of.

本開示の他の側面は、波長可変レーザ光源である。更なる詳細は、後述の実施形態として説明される。 Another aspect of the disclosure is a tunable laser light source. Further details will be described as embodiments described below.

図1は、波長掃引型光コヒーレンストモグラフィー装置の構成図である。FIG. 1 is a block diagram of a wavelength sweep type optical coherence tomography apparatus. 図2は、波長可変レーザ光源の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a tunable laser light source. 図3は、利得チップの断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the gain tip. 図4は、基底準位間発光、第1励起準位間発光、及び第2励起準位間発光の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of light emission between basis levels, light emission between first excited levels, and light emission between second excited levels. 図5は、直線状リッジ導波路を有する利得チップのELスペクトルである。FIG. 5 is an EL spectrum of a gain chip having a linear ridge waveguide. 図6は、J字形状リッジ導波路を有する利得チップのELスペクトルである。FIG. 6 is an EL spectrum of a gain chip having a J-shaped ridge waveguide. 図7は、基底準位間発光、第1励起準位間発光、及び第2励起準位間発光における電流と光強度の関係を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the relationship between the current and the light intensity in the emission between the basal levels, the emission between the first excited levels, and the emission between the second excited levels. 図8は、注入電流が350mAである場合にレーザ発振した波長範囲を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a wavelength range of laser oscillation when the injection current is 350 mA. 図9は、注入電流が400mAである場合にレーザ発振した波長範囲を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a wavelength range of laser oscillation when the injection current is 400 mA. 図10は、注入電流が500mAである場合にレーザ発振した波長範囲を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a wavelength range of laser oscillation when the injection current is 500 mA. 図11は、注入電流が600mAである場合にレーザ発振した波長範囲を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a wavelength range of laser oscillation when the injection current is 600 mA. 図12は、注入電流毎のレーザ発振可能な波長可変幅を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a wavelength tunable width at which laser oscillation is possible for each injection current.

<1.波長掃引型光コヒーレンストモグラフィー装置及び波長可変レーザ光源の概要> <1. Overview of wavelength sweep type optical coherence tomography equipment and tunable laser light source>

(1)実施形態に係る波長掃引型光コヒーレンストモグラフィー装置は、波長可変レーザ光源を備える。前記波長可変レーザ光源は、電流が注入されることで、レーザ発振せずに増幅自然発光により生じた種光を出射する利得チップと、前記種光から選択された波長の光をレーザ発振させるよう構成され、レーザ発振の波長を制御可能である外部共振器と、を備える。 (1) The wavelength sweep type optical coherence tomography apparatus according to the embodiment includes a tunable laser light source. The wavelength-variable laser light source has a gain chip that emits seed light generated by amplified natural light emission without laser oscillation when a current is injected, and laser oscillation of light having a wavelength selected from the seed light. It includes an external resonator that is configured and can control the wavelength of laser oscillation.

前記利得チップは、1μmから1.15μmの範囲内に、第1励起準位間発光の中心波長が存在する量子ドットを有する。前記種光は、基底準位間発光よりも大きな光強度を有する前記第1励起準位間発光を少なくとも含む。前記外部共振器は、前記第1励起準位間発光の中心波長を含む範囲である波長可変幅内において、レーザ発振の波長を制御するよう構成されている。かかる構成により、波長掃引の中心が1.1μm付近である、生体用・医療用に適した波長掃引型光コヒーレンストモグラフィー装置が得られる。 The gain chip has quantum dots in the range of 1 μm to 1.15 μm in which the central wavelength of emission between the first excited levels exists. The seed light includes at least the first excited interlevel emission having a light intensity higher than that of the interbasal level emission. The external cavity is configured to control the wavelength of laser oscillation within a tunable wavelength range that includes the central wavelength of the first excitation level emission. With such a configuration, a wavelength sweep type optical coherence tomography apparatus suitable for biological use and medical use, in which the center of wavelength sweep is in the vicinity of 1.1 μm, can be obtained.

(2)前記波長可変幅は、基底準位間発光の中心波長よりも長波長側を含まない範囲であるのが好ましい。 (2) The tunable wavelength is preferably in a range that does not include a longer wavelength side than the center wavelength of light emission between basis levels.

(3)前記量子ドットは、前記基底準位間発光の前記中心波長が、1.15μmよりも長波長側に存在するよう構成されているのが好ましい。 (3) The quantum dots are preferably configured such that the central wavelength of the interbasal level emission is on the longer wavelength side than 1.15 μm.

(4)前記量子ドットは、1μmから1.15μmの前記範囲内に、第2励起準位間発光の中心波長がさらに存在するよう構成され、前記種光は、前記第2励起準位間発光をさらに含み、前記波長可変幅は、前記第2励起準位間発光の中心波長をさらに含む範囲であるのが好ましい。 (4) The quantum dot is configured so that the center wavelength of the second excitation level emission is further present within the range of 1 μm to 1.15 μm, and the seed light is the second excitation interlevel emission. The wavelength variable width is preferably in a range further including the central wavelength of the second excitation level emission.

(5)前記種光において、前記第2励起準位間発光は、前記基底準位間発光よりも大きい光強度を有するのが好ましい。 (5) In the seed light, the second excitation level emission preferably has a higher light intensity than the basis level emission.

(6)前記量子ドットは、1μmから1.15μmの前記範囲内に、第2励起準位間発光の中心波長がさらに存在するとともに、前記基底準位間発光の中心波長が、1.15μmよりも長波長側に存在するよう構成され、前記種光において、前記第2励起準位間発光は、前記基底準位間発光よりも大きい光強度を有し、前記波長可変幅は、前記基底準位間発光の前記中心波長よりも長波長側を含まず、前記第2励起準位間発光の中心波長をさらに含む範囲であるのが好ましい。 (6) In the quantum dot, the center wavelength of the second excitation interlevel emission is further present in the range of 1 μm to 1.15 μm, and the center wavelength of the base level emission is from 1.15 μm. Also is configured to exist on the long wavelength side, and in the seed light, the second excited level emission has a higher light intensity than the base level emission, and the wavelength variable width has the base level. It is preferable that the range does not include the longer wavelength side than the central wavelength of the interposition emission and further includes the center wavelength of the second excited level emission.

(7)実施形態に係る波長可変レーザ光源は、電流が注入されることで、レーザ発振せずに増幅自然発光により生じた種光を出射する利得チップと、前記種光から選択された波長の光レーザ発振させるよう構成され、レーザ発振の波長を制御可能である外部共振器と、を備える。前記利得チップは、1μmから1.15μmの範囲内に、第1励起準位間発光の中心波長が存在する量子ドットを有し、前記種光は、基底準位間発光よりも大きな光強度を有する前記第1励起準位間発光を少なくとも含み、前記外部共振器は、前記第1励起準位間発光の中心波長を含む範囲である波長可変幅内において、レーザ発振の波長を制御するよう構成されている。 (7) The wavelength-variable laser light source according to the embodiment has a gain chip that emits seed light generated by amplified natural light emission without laser oscillation when a current is injected, and a wavelength selected from the seed light. It includes an external resonator that is configured to oscillate an optical laser and can control the wavelength of the laser oscillation. The gain chip has quantum dots in the range of 1 μm to 1.15 μm in which the central wavelength of the first excited interlevel emission exists, and the seed light has a higher light intensity than the base level emission. The external resonator includes at least the emission between the first excitation levels having the wavelength, and the external resonator controls the wavelength of laser oscillation within a wavelength variable width range including the central wavelength of the emission between the first excitation levels. Has been done.

<2.波長掃引型光コヒーレンストモグラフィー装置及び波長可変レーザ光源の例> <2. Examples of wavelength sweep type optical coherence tomography equipment and tunable laser light source>

図1は、波長掃引型光コヒーレンストモグラフィー装置(以下、「SS−OCT)10を示している。SS−OCTは、波長可変レーザ光源11と、ハーフミラー12と、参照ミラー13と、フォトディテクタ15と、を備える。波長可変レーザ光源11は、波長を連続的に掃引したレーザ光を出力する。波長可変レーザ光源11から出力された光は、ハーフミラー12によって、参照ミラー13へ進行する参照光と、サンプル14側へ進行する信号光と、に分けられる。参照ミラー13から反射した参照光とサンプル14から反射した信号光は、ハーフミラー12において合波され、干渉光となる。干渉光強度が、フォトディテクタ15によって検出される。干渉光強度の時間波形をフーリエ変換することで、信号光の光軸上の反射光強度分布を取得することができる。 FIG. 1 shows a wavelength sweep type optical coherence tomography apparatus (hereinafter, “SS-OCT) 10. The SS-OCT includes a wavelength variable laser light source 11, a half mirror 12, a reference mirror 13, and a photodetector 15. The wavelength-variable laser light source 11 outputs laser light whose wavelength is continuously swept. The light output from the wavelength-variable laser light source 11 is a reference light traveling to the reference mirror 13 by the half mirror 12. , The signal light traveling to the sample 14 side. The reference light reflected from the reference mirror 13 and the signal light reflected from the sample 14 are combined in the half mirror 12 to become interference light. The interference light intensity is high. , The reflected light intensity distribution on the optical axis of the signal light can be obtained by Fourier transforming the time waveform of the interference light intensity detected by the photodetector 15.

図2は、波長可変レーザ光源11を示している。波長可変レーザ光源11は、利得媒体である利得チップ21と、外部共振器22と、を備える。利得チップ21は、リッジ型導波路21Aを備える。ここでは、導波路21Aは、導波路21Aの一端面21B側がJ字形状に傾斜したJ字形状リッジ導波路として構成した。J字状の傾斜角度(端面に対して垂直方向からの傾斜角度)θは、7°とした。なお、作製した利得チップ21は、図2に示すように平面視において矩形状であり、短辺の長さが2mmであり、長辺の長さが6mmである。なお、利得チップ21は、端面から光が出射するものに限られず、利得チップ21から垂直に光を放出するものであってもよい。 FIG. 2 shows a tunable laser light source 11. The tunable laser light source 11 includes a gain chip 21 which is a gain medium and an external resonator 22. The gain tip 21 includes a ridge type waveguide 21A. Here, the waveguide 21A is configured as a J-shaped ridge waveguide in which one end surface 21B side of the waveguide 21A is inclined in a J-shape. The J-shaped inclination angle (inclination angle from the direction perpendicular to the end face) θ was set to 7 °. As shown in FIG. 2, the produced gain tip 21 has a rectangular shape in a plan view, a short side length of 2 mm, and a long side length of 6 mm. The gain chip 21 is not limited to the one that emits light from the end face, and may be one that emits light vertically from the gain chip 21.

外部共振器22は、回折格子22Aと、光ファイバ(レンズドファイバ)23と、を備える。傾斜端面21Bから出射した種光は、光ファイバ23によって回折格子22Aに導かれる。回折格子22Aは、一例として、リトロー型に配置している。回折格子22Aは、回折格子角度を変更可能に構成されている。回折格子角度を変更することで、様々な波長光を利得チップ21へ帰還させることができる。特定波長の光を帰還させる手法として、回折格子22A以外にも、プリズムや、バンドパスフィルターを用いることが可能である。また、回折格子22Aへの光入射角度を変更するために、ポリゴンミラーやガルバノミラー、MEMS素子、光学スキャナなどを利用することも可能である。利得チップ21では、外部共振器22から帰還した光の波長において、レーザ発振が誘起される。 The external resonator 22 includes a diffraction grating 22A and an optical fiber (lensed fiber) 23. The seed light emitted from the inclined end face 21B is guided to the diffraction grating 22A by the optical fiber 23. The diffraction grating 22A is arranged in a retrow type as an example. The diffraction grating 22A is configured so that the diffraction grating angle can be changed. By changing the diffraction grating angle, light of various wavelengths can be fed back to the gain chip 21. In addition to the diffraction grating 22A, a prism or a bandpass filter can be used as a method for feeding back light of a specific wavelength. It is also possible to use a polygon mirror, a galvano mirror, a MEMS element, an optical scanner, or the like in order to change the angle of light incident on the diffraction grating 22A. In the gain chip 21, laser oscillation is induced at the wavelength of the light returned from the external resonator 22.

利得チップ21において誘起されたレーザ光は、導波路21Aの外部共振器とは反対側の端面21Cから出力される。出力されたレーザ光を測定する場合、レーザ光は、端面21Cから光スペクトルアナライザまで、光ファイバ(レンズドファイバ)24によって導かれる。 The laser beam induced in the gain chip 21 is output from the end face 21C on the side opposite to the external resonator of the waveguide 21A. When measuring the output laser light, the laser light is guided by an optical fiber (lensed fiber) 24 from the end face 21C to the optical spectrum analyzer.

図3は、利得チップ21の断面模式図を示している。利得チップ21は、分子線エピタキシー法により形成された結晶基板に対し、半導体微細加工技術による導波路構造の形成と、電極蒸着により作製される。利得チップ21は、p−i−n接合AlGaAs/GaAs内に、InAs量子ドット(InAs−QD)が複数積層されている。より具体的には、利得チップ21は、下から、第1電極31、基板32、コンタクト層33、クラッド層34、導波層35、クラッド層36、コンタクト層37、及び第2電極39を備える。第2電極39と、クラッド層36との間には、導波路上面以外に絶縁層38が設けられている。 FIG. 3 shows a schematic cross-sectional view of the gain tip 21. The gain chip 21 is manufactured by forming a waveguide structure by semiconductor microfabrication technology and electrode vapor deposition on a crystal substrate formed by a molecular beam epitaxy method. In the gain chip 21, a plurality of InAs quantum dots (InAs-QD) are laminated in a p-in junction AlGaAs / GaAs. More specifically, the gain chip 21 includes a first electrode 31, a substrate 32, a contact layer 33, a clad layer 34, a waveguide layer 35, a clad layer 36, a contact layer 37, and a second electrode 39 from the bottom. .. An insulating layer 38 is provided between the second electrode 39 and the clad layer 36 in addition to the upper surface of the waveguide.

導波層35は、4層の活性層(InAs−QD層)35Aを含む。各活性層35Aの上には、キャッピング層35Bが形成されている。量子ドット(InAs自己組織化量子ドット)は、分子線エピタキシー装置内で、量子ドットの原料となるIn・AsをGaAs基板上に供給することにより形成される。 The waveguide layer 35 includes four active layers (InAs-QD layer) 35A. A capping layer 35B is formed on each active layer 35A. Quantum dots (InAs self-assembled quantum dots) are formed by supplying In · As, which is a raw material of quantum dots, onto a GaAs substrate in a molecular beam epitaxy apparatus.

ここで、通常のInAs−QDは、1.2−1.3μm帯において広帯域な発光を示す。QDが、広帯域発光をするのは、QDがサイズ分布及びIn組成分布を有するためである。発光広帯域性を有するため、QDは、広帯域な波長可変光源として好適である。しかし、通常のInAs−QDは、1.2−1.3μm帯の発光特性を有し、水を含む生体サンプルに対する透過率が低くなるため、眼科用途などのОCTには不適であった。 Here, ordinary InAs-QD exhibits a wide band emission in the 1.2-1.3 μm band. The QD emits a wide band light because the QD has a size distribution and an In composition distribution. Since it has a wide emission band, QD is suitable as a wide band wavelength tunable light source. However, ordinary InAs-QD has a light emitting property in the 1.2-1.3 μm band and has a low transmittance for a biological sample containing water, so that it is not suitable for ОCT for ophthalmic applications and the like.

そこで、本発明者は、QDの発光波長を短波長側へシフトさせるため、QDのサイズ(高さ)が通常よりも小さくなるように、QDの成長条件を制御した。QDのサイズが小さくなると、QDの発光波長は短波長側へシフトする。 Therefore, in order to shift the emission wavelength of the QD to the short wavelength side, the present inventor controlled the growth conditions of the QD so that the size (height) of the QD becomes smaller than usual. As the size of the QD becomes smaller, the emission wavelength of the QD shifts to the shorter wavelength side.

ここで、通常のQDを形成する場合、QDの成長のための適正な成長温度が設定される。適正な成長温度は、他の成長条件にも依存するが、一般に、480℃程度である。なお、ここでの成長温度は、QDが形成される基板上の温度である。成長温度が適正な温度よりも高いと、Inの熱拡散が強く生じ、QD構造が崩れてしまう。このため、高すぎる成長温度は、一般的には好ましくはない。 Here, when forming a normal QD, an appropriate growth temperature for the growth of the QD is set. The appropriate growth temperature depends on other growth conditions, but is generally about 480 ° C. The growth temperature here is the temperature on the substrate on which the QD is formed. If the growth temperature is higher than the appropriate temperature, thermal diffusion of In is strongly generated and the QD structure is destroyed. For this reason, growth temperatures that are too high are generally undesirable.

これに対して、本発明者は、成長温度を適正な温度(約480℃)よりもやや高い温度(500℃〜510℃程度)に設定することで、Inの熱拡散をやや強めに生じさせた。Inの熱拡散がやや強めに生じることで、QD構造をやや崩して、QDのサイズを小さくすることができた。しかも、成長温度を高くしすぎないことでQD構造の大きな崩れを防いだ。また、QDの成長時には、QD構造の崩れを防ぐために必要なバックプレッシャー(As圧(BEP))を与え、適切な成長速度を確保した。 On the other hand, the present inventor sets the growth temperature to a temperature (about 500 ° C. to 510 ° C.) slightly higher than the appropriate temperature (about 480 ° C.) to cause heat diffusion of In slightly stronger. It was. Since the thermal diffusion of In was generated slightly stronger, the QD structure could be slightly broken and the size of the QD could be reduced. Moreover, by not raising the growth temperature too high, a large collapse of the QD structure was prevented. Further, at the time of QD growth, the back pressure (As pressure (BEP)) necessary to prevent the collapse of the QD structure was applied to secure an appropriate growth rate.

また、単にQDの構造を崩すと、QDが欠陥を内包し易くなる。すなわち、QDの成長の際に、大きく非平衡状態になると、原子の拡散が強くおきて、原子が結合されていない欠陥が内包される。欠陥を内包したQDは、キャリア損失によって光学利得が十分に得られなくなるため、レーザ発振には不適である。このため、QDは欠陥が少ないことが望まれる。したがって、熱拡散を生じさせつつも、欠陥を含まないように、適切に拡散させながら、単結晶が積みあがった積層結晶が形成されるように成長条件を制御する。 Further, simply breaking the structure of the QD makes it easier for the QD to contain defects. That is, when a large non-equilibrium state is reached during the growth of QD, the diffusion of atoms becomes strong and defects in which atoms are not bonded are included. A QD containing a defect is not suitable for laser oscillation because a sufficient optical gain cannot be obtained due to carrier loss. Therefore, it is desired that the QD has few defects. Therefore, the growth conditions are controlled so that a laminated crystal in which single crystals are piled up is formed while appropriately diffusing so as not to include defects while causing thermal diffusion.

本発明者は、上記の観点から、QD層35A及びキャッピング層35Bの成長時の成長温度を制御し、サイズが通常よりも小さく、欠陥が少なく高品質であってレーザ発振可能な程度に大きな利得が得られるQDの作製に成功した。 From the above viewpoint, the present inventor controls the growth temperature of the QD layer 35A and the capping layer 35B during growth, and the size is smaller than usual, there are few defects, the quality is high, and the gain is large enough to allow laser oscillation. Succeeded in producing a QD that can be obtained.

また、本発明者は、QDのサイズを単に小さくするのではなく、QDの第1励起準位(ES1)間発光及び第2励起準位(ES2)間発光の発光波長が、1μmから1.15μmの範囲内に存在するように、QDのサイズを制御した。これにより、1μmから1.15μm付近での高効率なレーザ発振を得ることができる。 Further, the present inventor does not simply reduce the size of the QD, but the emission wavelengths of the emission between the first excitation level (ES1) and the emission between the second excitation levels (ES2) of the QD are 1 μm to 1. The size of the QD was controlled so that it was within the range of 15 μm. As a result, highly efficient laser oscillation in the vicinity of 1 μm to 1.15 μm can be obtained.

ここで、単一のQDは、量子閉じ込め効果によって、伝導帯と価電子帯にそれぞれ離散的な電子準位を有し、それらの準位間での電子と正孔の再結合により離散的な発光を示す。これが一定のサイズ分布をもったQDの集合体になると、図4に示すように、一定の広がりをもった離散的な発光、すなわち、基底準位(GS)間発光、ES1間発光、及びES2間発光を生じ得る。QDの発光エネルギーは、GS、ES1、及びES2の順に離散的に増加する。これに伴い、QDの発光波長は、GS、ES1、及びES2の順に短波長化する。これらの各準位間発光のうち、第1励起準位及び第2励起準位は、一般的に各準位の電子の状態数が基底準位に対して多く、基底準位間発光よりも利得が大きくなる。 Here, a single QD has discrete electron levels in the conduction band and the valence band, respectively, due to the quantum confinement effect, and is discrete due to the recombination of electrons and holes between those levels. Shows light emission. When this becomes an aggregate of QDs with a constant size distribution, as shown in FIG. 4, discrete emission with a constant spread, that is, emission between basal levels (GS), emission between ES1, and ES2 Intermittent emission can occur. The emission energy of QD increases discretely in the order of GS, ES1, and ES2. Along with this, the emission wavelength of the QD is shortened in the order of GS, ES1, and ES2. Of these inter-level emission, the first excitation level and the second excitation level generally have a larger number of electron states than the base level, and are higher than the emission between base levels. The gain increases.

そこで、レーザ発振を得たい帯域に、ES1及びES2の準位間発光波長が存在するようにQDのサイズを制御することにより、高効率なレーザ発振を得ることができる。すなわち、ES1及びES2準位間の発光波長を、1μmから1.15μmの範囲内に存在させることで、1μmから1.15μmの範囲近傍において高効率なレーザ発振が得られる。 Therefore, highly efficient laser oscillation can be obtained by controlling the size of the QD so that the emission wavelengths between the levels of ES1 and ES2 exist in the band in which the laser oscillation is desired. That is, by allowing the emission wavelength between the ES1 and ES2 levels to exist in the range of 1 μm to 1.15 μm, highly efficient laser oscillation can be obtained in the vicinity of the range of 1 μm to 1.15 μm.

本発明者が採用したQDの成長条件(実施例)は、次のとおりである。
・QDの成長速度:約0.2M/s
・QD成長時のInAs供給量:約2.0ML
・As圧(BEP):1.8×10−5Torr
The growth conditions (examples) of QD adopted by the present inventor are as follows.
-QD growth rate: Approximately 0.2 M / s
-InAs supply during QD growth: Approximately 2.0 ML
-As pressure (BEP): 1.8 x 10-5 Torr

上記の条件下において、QD層35Aの成長時の基板温度は、500℃から510℃程度に設定した。この温度は、通常のQD成長温度である約480℃に比べて20℃から30℃ほど高い。 Under the above conditions, the substrate temperature during growth of the QD layer 35A was set to about 500 ° C. to 510 ° C. This temperature is about 20 ° C. to 30 ° C. higher than the normal QD growth temperature of about 480 ° C.

また、キャッピング層35Bの成長時の基板温度は、450℃から460℃程度に下げた。この温度は、通常のキャッピング層成長温度よりも10℃から20℃程度高い。 Further, the substrate temperature during growth of the capping layer 35B was lowered from 450 ° C. to about 460 ° C. This temperature is about 10 ° C. to 20 ° C. higher than the normal capping layer growth temperature.

なお、成長条件は、上記に限られるものではなく、上記の観点からInの熱拡散をやや強めに生じさせることができる成長条件を適宜設定すればよい。 The growth conditions are not limited to the above, and from the above viewpoint, the growth conditions that can cause the thermal diffusion of In to be slightly stronger may be appropriately set.

図5は、上記に従って作製された利得チップ21のエレクトロルミネセンス(EL)スペクトルS2,S3,S4と、通常のQD(Reg. InAs−QDs)のフォトルミネッセンス(PL)スペクトルS1と、を示している。図5において、S2は、5mAの電流注入時のELスペクトルであり、S3は、3mAの電流注入時のELスペクトルであり、S4は、1mAの電流注入時のELスペクトルである。 FIG. 5 shows the electroluminescence (EL) spectra S2, S3, and S4 of the gain chip 21 produced according to the above, and the photoluminescence (PL) spectrum S1 of ordinary QD (Reg. InAs-QDs). There is. In FIG. 5, S2 is an EL spectrum when a current is injected at 5 mA, S3 is an EL spectrum when a current is injected at 3 mA, and S4 is an EL spectrum when a current is injected at 1 mA.

1mAから5mAの低い電流注入時には、GS間での発光ピークの波長が、1160nm(1.16μm)付近に存在していることがわかる。通常のQD(Reg. InAs−QDs)のGS間発光ピークの波長は、1250nm(1.25μm)付近に存在していることから、利得チップ21では、発光ピークが90nm程度、短波長側へシフトしている。 It can be seen that the wavelength of the emission peak between the GSs exists in the vicinity of 1160 nm (1.16 μm) at the time of low current injection of 1 mA to 5 mA. Since the wavelength of the emission peak between GS of normal QD (Reg. InAs-QDs) exists in the vicinity of 1250 nm (1.25 μm), the emission peak of the gain chip 21 is shifted to the short wavelength side by about 90 nm. doing.

図5は、J字形状ではなく、直線状のリッジ導波路を形成した以外は、上記と同様の利得チップ21によって、外部共振器22を用いることなく、ファブリ・ペロー・レージング(Fabry-Perot lasing)を行った場合のELスペクトルS11,S12をさらに示している。図5において、S11は、110mA注入時のELスペクトルであり、S12は、100mA注入時のELスペクトルである。 FIG. 5 shows Fabry-Perot lasing with a gain tip 21 similar to the above, except that a linear ridge waveguide is formed instead of a J-shape, without using an external cavity 22. ) Are further shown in the EL spectra S11 and S12. In FIG. 5, S11 is an EL spectrum at the time of 110 mA injection, and S12 is an EL spectrum at the time of 100 mA injection.

図5に示すように、110mA(S11)の注入電流により、基底準位間発光の波長(1160nm付近)においてレーザ発振が観測された。光出力対注入電流特性から、レーザ発振閾値は106mAと見積もられ、100mA(S12)では、レーザ発振が生じていない。外部共振器22を用いないファブリ・ペロー・レージングの場合、発光波長の可変性に欠け、得られる発光波長も、1160nm程度である。 As shown in FIG. 5, laser oscillation was observed at the wavelength of interbasal level emission (near 1160 nm) due to the injection current of 110 mA (S11). From the optical output vs. injection current characteristics, the laser oscillation threshold is estimated to be 106 mA, and at 100 mA (S12), laser oscillation does not occur. In the case of Fabry-Perot lasing without using the external resonator 22, the emission wavelength lacks variability, and the obtained emission wavelength is also about 1160 nm.

図6は、導波路21Aが、J字形状リッジ導波路である以外は、図5のケースと同様の利得チップ21から得られるELスペクトルを示している。この場合も、外部共振器22は用いられていない。図6は、注入電流を100mA、200mA、300mA、400mA、500mAとした場合それぞれのELスペクトルを示している。 FIG. 6 shows an EL spectrum obtained from a gain chip 21 similar to the case of FIG. 5 except that the waveguide 21A is a J-shaped ridge waveguide. In this case as well, the external cavity 22 is not used. FIG. 6 shows the EL spectra when the injection current is 100 mA, 200 mA, 300 mA, 400 mA, and 500 mA.

直線状のリッジ導波路を備える利得チップ21の場合、図5に示すように、注入電流が106mAを超えると内部共振によりレーザ発振が誘起されていた。これに対して、J字形状リッジ導波路21Aを備える利得チップ21の場合、100mAを超える大きな電流を注入しても、レーザ発振が生じていないことがわかる。 In the case of the gain chip 21 provided with the linear ridge waveguide, as shown in FIG. 5, laser oscillation was induced by internal resonance when the injection current exceeded 106 mA. On the other hand, in the case of the gain chip 21 provided with the J-shaped ridge waveguide 21A, it can be seen that laser oscillation does not occur even if a large current exceeding 100 mA is injected.

利得チップ21内部におけるレーザ発振が抑制されることで、100mAを超える大きな電流を注入しても、増幅自然発光が得られる。注入電流は、例えば、650mA程度まで大きくすることができた。 By suppressing the laser oscillation inside the gain chip 21, amplified natural light emission can be obtained even if a large current exceeding 100 mA is injected. The injection current could be increased to, for example, about 650 mA.

利得チップ21に大きな電流を注入してもレーザ発振が生じなければ、利得チップ21による増幅自然発光は、GS間発光だけでなく、ES1間での発光を含むことができる。注入電流を十分に大きくすれば、利得チップ21による増幅自然発光は、ES2間の発光をさらに含むことができる。 If laser oscillation does not occur even if a large current is injected into the gain chip 21, the amplified natural light emission by the gain chip 21 can include not only light emission between GS but also light emission between ES1. If the injection current is made sufficiently large, the amplified natural emission by the gain chip 21 can further include the emission between ES2.

ここで、量子ドットに供給される電流密度が低い場合、GS間発光が支配的である。電流密度が大きくなるとGS間発光(中心波長1172nm)が飽和し、ES1間発光(中心波長1120nm)が増加し始める。ES1は、GSよりも状態数が多いため、GS間発光よりもES1間発光の利得は大きくなる。例えば、図6では、注入電流が100mAでは、ES1間発光の光強度は、GS間発光と同程度又はやや低い。しかし、図6において、注入電流が200mA以上になると、ES1間の発光強度は、GS間発光よりも大きくなっている。発明者の実験によれば、図7に示すように、注入電流が約120mAを超えると、ES1間発光の光強度は、GS間発光よりも大きくなる。 Here, when the current density supplied to the quantum dots is low, the light emission between GS is dominant. As the current density increases, the light emission between GS (center wavelength 1172 nm) is saturated, and the light emission between ES1 (center wavelength 1120 nm) begins to increase. Since ES1 has a larger number of states than GS, the gain of light emission between ES1 is larger than that of light emission between GS. For example, in FIG. 6, when the injection current is 100 mA, the light intensity of the light emission between ES1 is about the same as or slightly lower than that of the light emission between GS. However, in FIG. 6, when the injection current is 200 mA or more, the emission intensity between ES1 is larger than that between GS. According to the inventor's experiment, as shown in FIG. 7, when the injection current exceeds about 120 mA, the light intensity of the emission between ES1 becomes larger than that of the emission between GS.

電流密度を十分に大きくすると、ES1間発光だけでなく、ES2間発光(中心波長1075nm)も増加する。ES2は、GSよりも状態数が多いため、GS間発光よりもES2間発光の利得を大きくすることができる。例えば、図6では、注入電流が200mAでは、ES2間発光の光強度は、GS間発光と同程度又はやや低い。しかし、図6において、注入電流が300mA以上になると、ES2間発光の光強度は、GS間発光よりも大きくなっている。発明者の実験によれば、図7に示すように、注入電流が約220mAを超えると、ES2間発光の光強度は、GS間発光よりも大きくなる。 When the current density is sufficiently increased, not only the light emission between ES1 but also the light emission between ES2 (center wavelength 1075 nm) increases. Since ES2 has a larger number of states than GS, the gain of light emission between ES2 can be made larger than that of light emission between GS. For example, in FIG. 6, when the injection current is 200 mA, the light intensity of the light emission between ES2 is about the same as or slightly lower than that of the light emission between GS. However, in FIG. 6, when the injection current is 300 mA or more, the light intensity of the light emission between ES2 is larger than that of the light emission between GS. According to the inventor's experiment, as shown in FIG. 7, when the injection current exceeds about 220 mA, the light intensity of the light emission between ES2 becomes larger than that of the light emission between GS.

このように、レーザ発振を抑制しつつ、注入電流を十分に大きくすることで、GS間発光よりも光強度が高いES1及びES2間発光を得ることができる。中心波長が異なるES1及びES2間発光の双方を活用することで、広帯域性を確保することができる。広帯域性を確保するには、ES2間発光の強度が、ES1間発光と同程度以上であるのが好ましい。図6に示すように、ES2間発光の強度を、ES1間発光と同程度以上にするには、注入電流を300mA以上、好ましくは、400mA以上とすればよい。 In this way, by sufficiently increasing the injection current while suppressing the laser oscillation, it is possible to obtain the light emission between ES1 and ES2, which has a higher light intensity than the light emission between GS. Wide bandwidth can be ensured by utilizing both ES1 and ES2 light emission having different center wavelengths. In order to ensure wide bandwidth, it is preferable that the intensity of the light emission between ES2 is about the same as or higher than the light emission between ES1. As shown in FIG. 6, in order to make the intensity of the light emission between ES2 equal to or higher than that of the light emission between ES1, the injection current may be 300 mA or more, preferably 400 mA or more.

図6のELスペクトルによれば、注入電流を300mA以上にした場合、生体用のSS−OCTにおいて望まれる1100nm帯(1.1μm帯)付近において、波長が離散的であるES1及びES2間発光を活用した広帯域性を確保できる。しかも、GS間発光よりも利得を大きくすることができる。なお、広帯域性は、QDのサイズ分布によっても得られている。 According to the EL spectrum of FIG. 6, when the injection current is 300 mA or more, light emission between ES1 and ES2 having discrete wavelengths is emitted in the vicinity of the 1100 nm band (1.1 μm band) desired in SS-OCT for living organisms. The wide bandwidth utilized can be secured. Moreover, the gain can be made larger than that of the inter-GS light emission. The wide bandwidth is also obtained by the size distribution of QD.

なお、QDの発光波長制御に伴う成長条件の変化によってQDが欠陥を含むと、キャリア損失により、注入電流を大きくしても図6に示すようなES1及びES2間発光が得られないことが起き得る。そのため、成長条件を適切に制御して、欠陥を少なくするのが好ましい。また、成長基板サイズが大きくなるにつれ、基板上の場所によってもQDの発光特性が変化する可能性があるため、成長基板から大量に製作された利得チップ21のうち、強度や帯域といったQDの発光特性が望ましい物を選別して使用してもよい。すなわち、製作した利得チップ21に、電流(例えば、300mA以上)を注入してELスペクトルを測定し、十分に大きなES1及びES2間発光が所望の波長帯で得られているか否かを基準にして、よりQDの発光特性が優れた利得チップ21を選定すればよい。 If the QD contains a defect due to a change in the growth condition accompanying the control of the emission wavelength of the QD, the emission between ES1 and ES2 as shown in FIG. 6 may not be obtained due to the carrier loss even if the injection current is increased. obtain. Therefore, it is preferable to appropriately control the growth conditions to reduce defects. Further, as the size of the growth substrate increases, the emission characteristics of the QD may change depending on the location on the substrate. Therefore, among the gain chips 21 manufactured in large quantities from the growth substrate, the emission of the QD such as intensity and band Those with desirable characteristics may be selected and used. That is, a current (for example, 300 mA or more) is injected into the manufactured gain chip 21 to measure the EL spectrum, and based on whether or not sufficiently large ES1 and ES2 emission is obtained in a desired wavelength band. , The gain chip 21 having more excellent QD light emission characteristics may be selected.

図6のケースで用いられた利得チップ21(導波路21AがJ字形状リッジ導波路)を、図2に示す外部共振器22付きの波長可変レーザ光源11に用いると、レーザ発振を誘起させることができる。すなわち、利得チップ21から得られる広帯域な増幅自然発光(GS間発光、ES1間発光、及びES2間発光を含む)を種光とし、種光を外部共振器22に導くことで、回折格子22Aによって選択された特定の波長の光が、利得チップ21に帰還し、レーザ発振する。 When the gain chip 21 (wavelength 21A is a J-shaped ridge waveguide) used in the case of FIG. 6 is used for the wavelength tunable laser light source 11 with the external resonator 22 shown in FIG. 2, laser oscillation is induced. Can be done. That is, the wideband amplified natural light emission (including the light emission between GS, the light emission between ES1 and the light emission between ES2) obtained from the gain chip 21 is used as the seed light, and the seed light is guided to the external resonator 22 by the diffraction grating 22A. Light of the selected specific wavelength returns to the gain chip 21 and oscillates by laser.

外部共振器22を用いた場合、レーザ発振は、注入電流を約300mA以上にすると誘起され、300mA未満では、レーザ発振は誘起されなかった。すなわち、外部共振器22を用いた場合、レーザ発振の閾値は300mA程度であることが確認された。 When the external resonator 22 was used, the laser oscillation was induced when the injection current was about 300 mA or more, and the laser oscillation was not induced when the injection current was less than 300 mA. That is, when the external resonator 22 was used, it was confirmed that the threshold value of laser oscillation was about 300 mA.

レーザ発振の閾値が300mA程度であったことから、図6に示す100mA及び200mAの場合に得られている増幅自然発光では、レーザ発振には不十分であることがわかる。図6において、GS間発光の波長(1172nm付近)における発光強度は、300mA以上に注入電流を大きくしても、飽和しており、GS間発光に寄与するキャリアの遷移レートの増大は見込めない。一方で、ES1およびES2間発光の強度は、注入電流を300mA以上に増加するに伴って増加しており、発光に寄与するキャリアの遷移レートが増加していくことを示している。このことから、利得チップ21においては、GS間発光はレーザ発振に寄与せず、閾値以上の注入電流増加に応じて発光強度を大きくできるES1およびES2間発光を利用することで、レーザ発振が可能となる。 Since the threshold value of the laser oscillation was about 300 mA, it can be seen that the amplified natural light emission obtained in the cases of 100 mA and 200 mA shown in FIG. 6 is insufficient for the laser oscillation. In FIG. 6, the emission intensity at the wavelength of inter-GS emission (near 1172 nm) is saturated even if the injection current is increased to 300 mA or more, and an increase in the transition rate of carriers contributing to inter-GS emission cannot be expected. On the other hand, the intensity of light emission between ES1 and ES2 increases as the injection current is increased to 300 mA or more, indicating that the transition rate of carriers contributing to light emission increases. For this reason, in the gain chip 21, laser oscillation is possible by using ES1 and ES2 emission that can increase the emission intensity in response to an increase in injection current above the threshold value, without the GS emission contributing to laser oscillation. It becomes.

外部共振器22における回折格子22Aの入射光角度を変更することで、様々な波長光を利得チップ21に帰還させることができる。図8〜図11は、帰還させる波長を様々に変化させた場合のレーザ発振の測定結果を示している。 By changing the incident light angle of the diffraction grating 22A in the external resonator 22, light of various wavelengths can be fed back to the gain chip 21. 8 to 11 show the measurement results of the laser oscillation when the wavelength to be fed back is variously changed.

図8は、利得チップ21への注入電流Iが350mAの場合を示す。この場合、レーザ光は、波長λECLpeak=1092〜1125nmの範囲で生じ、波長可変範囲Δλは約33nmである。レーザ発振した波長範囲からして、利得チップ21への注入電流Iが350mAの場合、ES1間発光及びES2間発光がレーザ発振に用いられ、GS間発光はレーザ発振に用いられていないことがわかる。 FIG. 8 shows a case where the injection current I into the gain tip 21 is 350 mA. In this case, the laser beam is generated in the range of wavelength λ ECLpeak = 1092-1125 nm, and the tunable range Δλ is about 33 nm. From the wavelength range of laser oscillation, it can be seen that when the injection current I to the gain chip 21 is 350 mA, the emission between ES1 and the emission between ES2 are used for laser oscillation, and the emission between GS is not used for laser oscillation. ..

図9は、利得チップ21への注入電流Iが400mAの場合を示す。この場合、レーザ光のピーク波長λECLpeakは、1084〜1135nmであり、波長可変範囲Δλは約51nmである。レーザ発振した波長範囲からして、利得チップ21への注入電流Iが400mAの場合も、ES1及びES2間発光がレーザ発振に用いられ、GS間発光はレーザ発振に用いられていないことがわかる。 FIG. 9 shows a case where the injection current I into the gain tip 21 is 400 mA. In this case, the peak wavelength λ ECLpeak of the laser beam is 1084 to 1135 nm, and the wavelength tunable range Δλ is about 51 nm. From the wavelength range of laser oscillation, it can be seen that even when the injection current I to the gain chip 21 is 400 mA, the emission between ES1 and ES2 is used for laser oscillation, and the emission between GS is not used for laser oscillation.

図10は、利得チップ21への注入電流Iが500mAの場合を示す。この場合、レーザ光は、波長λECLpeak=1078〜1139nmの範囲で生じ、波長可変範囲Δλは約61nmである。レーザ発振した波長範囲からして、利得チップ21への注入電流Iが500mAの場合も、ES1及びES2間発光がレーザ発振に用いられ、GS間発光はレーザ発振に用いられていないことがわかる。 FIG. 10 shows a case where the injection current I into the gain tip 21 is 500 mA. In this case, the laser beam is generated in the wavelength range of λ ECLpeak = 1078 to 1139 nm, and the tunable range Δλ is about 61 nm. From the wavelength range of laser oscillation, it can be seen that even when the injection current I to the gain chip 21 is 500 mA, the light emission between ES1 and ES2 is used for laser oscillation, and the light emission between GS is not used for laser oscillation.

図11は、利得チップ21への注入電流Iが600mAの場合を示す。この場合、レーザ光は、波長λECLpeak=1074〜1139nmの範囲で生じ、波長可変範囲Δλは約65nmである。レーザ発振した波長範囲からして、利得チップ21への注入電流Iが600mAの場合も、ES1及びES2間発光がレーザ発振に用いられ、GS間発光はレーザ発振に用いられていないことがわかる。 FIG. 11 shows a case where the injection current I into the gain tip 21 is 600 mA. In this case, the laser beam is generated in the wavelength range of λ ECLpeak = 1074 to 1139 nm, and the tunable range Δλ is about 65 nm. From the wavelength range of laser oscillation, it can be seen that even when the injection current I to the gain chip 21 is 600 mA, the emission between ES1 and ES2 is used for laser oscillation, and the emission between GS is not used for laser oscillation.

図12は、図8から図11に示すレーザ発振した波長範囲を、横軸を波長とし、縦軸を注入電流としたグラフに表したものである。図12から明らかなように、注入電流を大きくするほど、レーザ発振する波長範囲が広くなることがわかる。 FIG. 12 is a graph showing the wavelength range of laser oscillation shown in FIGS. 8 to 11 with the horizontal axis representing the wavelength and the vertical axis representing the injection current. As is clear from FIG. 12, it can be seen that the larger the injection current, the wider the wavelength range in which the laser oscillates.

特に、注入電流Iが600mAの場合、約1100nm(1.1μm)を中心とした65nmの広いレーザ発振可能な波長可変幅が得られた。したがって、この利得チップ21を有する波長可変レーザ光源11を備えるSS−OCTは、1.1μm帯での波長掃引が可能であり、高分解能かつ高深達度なOCTを実現可能である。 In particular, when the injection current I was 600 mA, a wide laser oscillating wavelength tunable width of 65 nm centered on about 1100 nm (1.1 μm) was obtained. Therefore, the SS-OCT including the wavelength tunable laser light source 11 having the gain chip 21 can sweep the wavelength in the 1.1 μm band, and can realize the OCT having high resolution and high depth of penetration.

<3.付記>
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
<3. Addendum>
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible.

10 :波長掃引型光コヒーレンストモグラフィー装置
11 :波長可変レーザ光源
12 :ハーフミラー
13 :参照ミラー
14 :サンプル
15 :フォトディテクタ
21 :利得チップ
21A :J字形状リッジ導波路
21B :傾斜端面
21C :反対端面
22 :外部共振器
22A :回折格子
23 :光ファイバ
24 :光ファイバ
31 :第1電極
32 :基板
33 :コンタクト層
34 :クラッド層
35 :導波層
35A :活性層(量子ドット層)
35B :キャッピング層
36 :クラッド層
37 :コンタクト層
38 :絶縁層
39 :第2電極
ES1 :第1励起準位間発光
ES2 :第2励起準位間発光
GS :準位間発光
10: Wavelength sweep type optical coherence grating device 11: Wavelength variable laser light source 12: Half mirror 13: Reference mirror 14: Sample 15: Photodetector 21: Gain chip 21A: J-shaped ridge waveguide 21B: Inclined end face 21C: Opposite end face 22 : External resonator 22A: Diffraction grating 23: Optical fiber 24: Optical fiber 31: First electrode 32: Substrate 33: Contact layer 34: Clad layer 35: Wavelength layer 35A: Active layer (quantum dot layer)
35B: Capping layer 36: Clad layer 37: Contact layer 38: Insulation layer 39: Second electrode ES1: Emission between first excited levels ES2: Emission between second excited levels GS: Emission between levels

Claims (7)

波長可変レーザ光源を備える波長掃引型光コヒーレンストモグラフィー装置であって、
前記波長可変レーザ光源は、
電流が注入されることで、レーザ発振せずに増幅自然発光により生じた種光を出射する利得チップと、
前記種光から選択された波長の光をレーザ発振させるよう構成され、レーザ発振の波長を制御可能である外部共振器と、
を備え、
前記利得チップは、1μmから1.15μmの範囲内に、第1励起準位間発光の中心波長が存在する量子ドットを有し、
前記種光は、基底準位間発光よりも大きな光強度を有する前記第1励起準位間発光を少なくとも含み、
前記外部共振器は、前記第1励起準位間発光の中心波長を含む範囲である波長可変幅内において、レーザ発振の波長を制御するよう構成されている
波長掃引型光コヒーレンストモグラフィー装置。
A wavelength sweep type optical coherence tomography apparatus equipped with a tunable laser light source.
The tunable laser light source is
A gain chip that emits seed light generated by amplified natural light emission without laser oscillation by injecting an electric current.
An external resonator that is configured to oscillate light with a wavelength selected from the seed light and can control the wavelength of laser oscillation.
With
The gain chip has quantum dots in the range of 1 μm to 1.15 μm in which the central wavelength of emission between the first excited levels exists.
The seed light contains at least the first excited interlevel emission having a light intensity higher than that of the interbasal level emission.
The external resonator is a wavelength sweep type optical coherence stromography apparatus configured to control the wavelength of laser oscillation within a wavelength variable width within a range including the central wavelength of light emission between the first excitation levels.
前記波長可変幅は、基底準位間発光の中心波長よりも長波長側を含まない範囲である
請求項1に記載の波長掃引型光コヒーレンストモグラフィー装置。
The wavelength sweep type optical coherence tomography apparatus according to claim 1, wherein the wavelength tunable width is a range not including a wavelength side longer than the center wavelength of light emission between base levels.
前記量子ドットは、前記基底準位間発光の前記中心波長が、1.15μmよりも長波長側に存在するよう構成されている
請求項2に記載の波長掃引型光コヒーレンストモグラフィー装置。
The wavelength sweep type optical coherence tomography apparatus according to claim 2, wherein the quantum dots are configured such that the central wavelength of the inter-basal level emission is on a longer wavelength side than 1.15 μm.
前記量子ドットは、1μmから1.15μmの前記範囲内に、第2励起準位間発光の中心波長がさらに存在するよう構成され、
前記種光は、前記第2励起準位間発光をさらに含み、
前記波長可変幅は、前記第2励起準位間発光の中心波長をさらに含む範囲である
請求項1〜3のいずれか1項に記載の波長掃引型光コヒーレンストモグラフィー装置。
The quantum dots are configured such that the center wavelength of the second excitation level emission is further present within the range of 1 μm to 1.15 μm.
The seed light further includes the emission between the second excited levels.
The wavelength sweep type optical coherence tomography apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the wavelength variable width is a range further including the central wavelength of the second excitation level emission.
前記種光において、前記第2励起間準位間発光は、前記基底準位間発光よりも大きい光強度を有する
請求項4に記載の波長掃引型光コヒーレンストモグラフィー装置。
The wavelength sweep type optical coherence tomography apparatus according to claim 4, wherein in the seed light, the second excitation inter-level emission has a light intensity higher than that of the base inter-level emission.
前記量子ドットは、1μmから1.15μmの前記範囲内に、第2励起準位間発光の中心波長がさらに存在するとともに、前記基底準位間発光の中心波長が、1.15μmよりも長波長側に存在するよう構成され、
前記種光において、前記第2励起間準位間発光は、前記基底準位間発光よりも大きい光強度を有し、
前記波長可変幅は、前記基底準位間発光の前記中心波長よりも長波長側を含まず、前記第2励起準位間発光の中心波長をさらに含む範囲である
請求項1に記載の波長掃引型光コヒーレンストモグラフィー装置。
In the quantum dot, the center wavelength of the second excitation interlevel emission is further present in the range of 1 μm to 1.15 μm, and the center wavelength of the base level emission is longer than 1.15 μm. Configured to be on the side,
In the seed light, the inter-level emission between the second excitations has a higher light intensity than the emission between the basal levels.
The wavelength sweep according to claim 1, wherein the wavelength variable width does not include a wavelength side longer than the center wavelength of the base level emission, and further includes the center wavelength of the second excitation interlevel emission. Type optical coherence stromography device.
電流が注入されることで、レーザ発振せずに増幅自然発光により生じた種光を出射する利得チップと、
前記種光から選択された波長の光をレーザ発振させるよう構成され、レーザ発振の波長を制御可能である外部共振器と、
を備え、
前記利得チップは、1μmから1.15μmの範囲内に、第1励起準位間発光の中心波長が存在する量子ドットを有し、
前記種光は、基底準位間発光よりも大きな光強度を有する前記第1励起準位間発光を少なくとも含み、
前記外部共振器は、前記第1励起準位間発光の中心波長を含む範囲である波長可変幅内において、レーザ発振の波長を制御するよう構成されている
波長可変レーザ光源。
A gain chip that emits seed light generated by amplified natural light emission without laser oscillation by injecting an electric current.
An external resonator that is configured to oscillate light with a wavelength selected from the seed light and can control the wavelength of laser oscillation.
With
The gain chip has quantum dots in the range of 1 μm to 1.15 μm in which the central wavelength of emission between the first excited levels exists.
The seed light contains at least the first excited interlevel emission having a light intensity higher than that of the interbasal level emission.
The external resonator is a tunable laser light source configured to control the wavelength of laser oscillation within a tunable width within a range including the central wavelength of the first excitation level emission.
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