JP5818198B2 - 多光周波数発生光源 - Google Patents
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Description
上記に鑑み,本発明は,構造の簡素化が図られた多光周波数発生光源を提供することを目的とする。
第1,第2の部分量子ドット構造それぞれから放出される第1,第2の波長の光を用いて,広帯域の光を生成できる。
第1〜第3の部分量子ドット構造それぞれから放出される第1〜第3の波長の光を用いて,より広帯域の光を生成できる。
(2)前記第1,第3の層の厚さが異なる。
(3)前記第1,第3の層の構成材料の格子定数が異なる。
(4)前記第2,第4の層の組成が異なる。
なお,光変調器は,前記光学部材および前記発光部材と共に光共振器内に配置できる。
(第1の実施形態)
図1は本発明の第1の実施形態に係る多光周波数発生光源10を表す図である。多光周波数発生光源10は,光周波数軸および時間軸上での任意波形発生が可能であり,ミラー11,12,離散的光ゲイン部材13,光学素子14,15を有する。
極微小光ゲイン体132は,微少なサイズ(例えば,粒径が30nm以下)の粒状の光ゲイン材料(微少発光体)であり,電極133によって注入された電流によって励起され,発光する。既述のように,極微小光ゲイン体132を光(例えば,紫外線)によって励起しても良い。
なお,ここでは,光学素子14,15による光の任意波形整形を無視している。
連続的光ゲイン部材13xは,媒質131,連続的光ゲイン体132x,電極133を有する。
図5のグラフG3は,連続的光ゲイン体132xの光ゲイン特性を表す。
量子ドット23a,23bに起因して,量子ドット部分構造21a,21bそれぞれから,光が発生する。量子ドット部分構造21a,21bそれぞれでの発光波長を異ならせることで,広帯域な光出力を確保できる。
サブナノ層間分離層25a,25b上に,量子ドット23a,23bが配置される。
(1)バックグラウンド層(下地層)26bの形成
GaAs基板上にMBE(Molecular Beam Epitaxy(分子線エピタキシ))法により,バックグラウンド層26b(例えば,InGaAsの層)をエピタキシャル成長させる。
バックグラウンド層26b上にMBE法により,サブナノ層間分離層25b(例えば,GaAsの層)をエピタキシャル成長させる。
サブナノ層間分離層25b上にMBE法により,量子ドット23b(例えば,InAsの層)をエピタキシャル成長させる。サブナノ層間分離層25bの構成材料と量子ドット23bの構成材料との格子の不整合(格子定数の不一致)により,島状(アイランド)構造の量子ドット23bが形成される(自己組織化による形成)。サブナノ層間分離層25bと量子ドット23bの格子が不整合となるように,量子ドット23bの形成時において,例えば,InとAsの比率が制御される。
量子ドット23b上にMBE法により,キャップ層24b(例えば,InGaAsの層)をエピタキシャル成長させる。この結果,量子ドット23bがキャップ層24bに覆われる(埋め込み)。
その後,中間層22,バックグラウンド層26a,サブナノ層間分離層25a,量子ドット23a,キャップ層24aをMBE法により順に形成した。このようしして,量子ドット構造が形成される。
キャップ層24aの上およびバックグラウンド層26bの下に,電流注入用の電極が形成される。
図10は本発明の第2の実施形態に係る多光周波数発生光源10aを表す図である。多光周波数発生光源10aは,ミラー11a,11b,12a,12b,離散的光ゲイン部材13,光学素子14,15を有する。
図11は本発明の第3の実施形態に係る多光周波数発生光源10bを表す図である。多光周波数発生光源10aは,離散的光ゲイン部材13,光学素子14,15,光導波部品16,光分波部品17を有する。
光分波部品17は,この内部を通過する光の一部を出射光I0として取り出すための光学部品である。
実施例1では,量子ドット23a,23bを約3分子層のInAs,キャップ層24a,24bとバックグラウンド層26a,26bをInGaAs,サブナノ層間分離層25a,25bを3分子層のGaAs,中間層22を50nmのGaAsとした。キャップ層24a,24bそれぞれの膜厚を14分子層,28分子層とした。この作成に,MBE法を用いた。
このように,量子ドット部分構造21a,21b毎に異なる発光ピーク波長を有する量子ドット23a,23bを積み重ねることにより,広帯域発光部材(離散的光ゲイン部材)を作製できる。
具体的には,量子ドット23a,23bそれぞれを約3分子層のInAs,キャップ層24a,24bとバックグラウンド層26a,26bをInGaAs,サブナノ層間分離層25a,25bを約10分子層のGaAs,中間層22を約50nmのGaAsとした。キャップ層24a,24bそれぞれの膜厚を14分子層,28分子層とした。
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張,変更可能であり,拡張,変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
この場合,量子ドットの光ゲインの離散化と同様の方法によって極微小光ゲイン体132も個々をエネルギー的に離散化できる。つまり、極微小光ゲイン体132に束縛された電子の波動関数が隣接する他の極微小光ゲイン体132に影響を与えない距離、または極微小光ゲイン体近傍にその構造体と同程度の大きさで発生する近接場光が影響しない距離(最小結合距離)より離す必要がある。また極微小光ゲイン体132の間を分離する材料として、極微小光ゲイン体132より、高いエネルギーギャップを有する、または低屈折率を有する材料を選択することで、離散的光ゲインは作製される。
11,12 ミラー
13 離散的光ゲイン部材
131 媒質
132 極微小光ゲイン体
D1-D4 極微小光ゲイン体
133 電極
14,15 光学素子
20 量子ドット構造
21(21a,21b) 量子ドット部分構造
22 中間層
23(23a,23b) 量子ドット
24(24a,24b) キャップ層
25(25a,25b) サブナノ層間分離層
26(26a,26b) バックグラウンド層
Claims (9)
- 光共振器と,
前記光共振器内に配置され,サブナノ層間分離層、このサブナノ層間分離層上に配置される量子ドット、及びこの量子ドットを覆うキャップ層をそれぞれ有する、複数の量子ドット部分構造を積層してなり、これら複数の量子ドット部分構造の量子ドットが互いに光学的,電気的のいずれでも結合されず、かつ互いに異なる光周波数の光を発することで、100nm以上の帯域幅の光を発する、発光部材と,
前記光共振器内に前記発光部材と共に配置され,前記発光部材より発せられる互いに異なる光周波数の光から、一部の複数の光周波数を選択する光フィルタと
を具備することを特徴とする多光周波数発生光源。 - 前記複数の量子ドット部分構造それぞれの量子ドットの組成またはサイズの少なくとも一方が異なる,
ことを特徴とする請求項1記載の多光周波数発生光源。 - 前記複数の量子ドット部分構造それぞれのキャップ層の厚さが異なる,
ことを特徴とする請求項1または2に記載の多光周波数発生光源。 - 前記複数の量子ドット部分構造それぞれのキャップ層の格子定数が異なる,
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の多光周波数発生光源。 - 前記複数の量子ドット部分構造それぞれのサブナノ層間分離層の組成が異なる,
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の多光周波数発生光源。 - 前記光共振器が,光を往復または周回させる光学部品を有する
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の多光周波数発生光源。 - 前記光フィルタによって選択される光周波数が可変である
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の多光周波数発生光源。 - 前記光共振器内に,前記光フィルタと共に配置され,前記選択された複数の光周波数を変調または同期させる光変調器,
をさらに具備することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の多光周波数発生光源。 - 前記選択された複数の光周波数を発光部材の直接変調により変調または同期する
ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の多光周波数発生光源。
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