JP6282094B2 - 面発光レーザ、およびそれを用いた光干渉断層計 - Google Patents
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Description
下部反射鏡と、活性層と、空隙部と、上部反射鏡と、をこの順に有し、前記下部反射鏡、前記上部反射鏡との間の距離を変化させることによって出射する光の波長を可変とする面発光レーザであって、
前記下部反射鏡と前記上部反射鏡のいずれか一方を前記出射する光の光軸方向に変位させる駆動部を有し、
前記下部反射鏡および前記上部反射鏡の少なくともいずれか一方は、第一の層と、前記第一の層より小さい屈折率を有する第二の層とが交互に積層され、かつ、両端の層が前記第一の層である積層体を有し、
前記積層体の両端の少なくともいずれか一方に、前記出射する光の中心波長をλ0としたときに、光学厚さndが、0<nd<λ0/2である第三の層がさらに設けられ、前記第三の層の屈折率は前記第一の層より小さく、かつ、前記第三の層の隣接する層のうち前記積層体とは逆側の層よりも大きいことを特徴とする。
本実施形態においては上部反射鏡および下部反射鏡は、少なくともいずれか一方が上記のような多層膜を有する積層体であればよく、両方ともに上記のような多層膜を有する積層体であってもよい。なお、本実施形態に係る上部反射鏡と下部反射鏡の構造や材料は各々独立に選ぶことができる。
本実施形態における活性層は電流を注入することで光を発生する材料であれば特に限定されない。850nm付近の波長帯域の光を出射させる場合、AlnGa(1−n)As(0≦n≦1)からなる量子井戸構造を有する材料を用いることができる。また、1060nm付近の波長帯域の光を出射させる場合、InnGa(1−n)As(0≦n≦1)からなる材料などを用いることができる。
本発明の実施形態においては、光やキャリアを閉じ込めるためにクラッド層が設けられる。また本発明の実施形態においては、共振器長を調整するためのスペーサとしての役割もクラッド層が担っている。
本実施形態においては、レーザに注入された電流が流れる領域を制限するための電流狭窄層を必要に応じて設けることができる。電流狭窄層は水素イオン打ち込み、あるいはクラッド層内に設けたAl組成90%以上のAlGaAs層を選択的に酸化することで形成される。本実施形態において電流狭窄層は、活性層に光が照射されて励起されることによって発光するような構造の場合には特に必要でなく、電流注入により発光するような構造の場合に好適に用いられる。
本実施形態における空隙部には通常固体が存在しない。よって、その雰囲気により空隙部は真空であってもよいし、空気、不活性ガス、水のような液体といった流体が存在してもよい。なお、空隙部の長さ(図1のα)は、波長可変帯域幅や可動ミラーのプルインを考慮して決定することができる。例えば、空隙部を空気とした1060nmを中心として波長可変帯域幅100nmで可変する3ないしは4λ共振器においては、空隙部の長さは1μm程度となる。
駆動部は、本実施形態に係る波長可変VCSELの共振器長を変化させることができるものであれば特に限定されない。例えば、MEMS機構を用いて電圧を印加することで駆動する駆動部や、ピエゾ等の圧電材料を用いて駆動する駆動部が挙げられる。また、本実施形態において片持ち梁構造となっているが、両持ち梁構造となっていてもよい。
波長可変光源を用いた光干渉断層計(Optical Coherence Tomography、以下、OCTと略すことがある)は、分光器を用いないことから、光量のロスが少なく高SN比の断層像の取得が期待されている。実施形態による面発光レーザをOCTの光源部に用いた例について図6を用いて説明する。
本発明の実施形態による面発光レーザは、上記のOCT以外にも、光通信用光源や光計測用光源として利用できる。
本発明の実施例1に係る、1060nmを中心波長とする波長可変VCSELの構成について、図1を用いて説明する。本実施例に係る波長可変VCSELは、図1に示すように、片持ち梁構造である。
本発明の実施例2に係る波長可変VCSELついて図7を用いて説明する。実施例2では、実施例1と異なる点について説明し、共通する点については、説明を省略する。本実施例では、下部反射鏡710として以下のようなn型半導体DBRを用いる。
本発明の実施例3に係る波長可変VCSELについて図8を用いて説明する。実施例3では、実施例2と異なる点について説明し、共通する点については、説明を省略する。
102 基板
103 下部クラッド層
104 活性層
105 上部電極
106 絶縁層
107 空隙部
120 上部クラッド層
121 電流狭窄層
130 上部反射鏡
131 第一の層
132 第二の層
133 第三の層
134 積層体
140 駆動部
Claims (13)
- 下部反射鏡と、
活性層と、
空隙部と、
上部反射鏡と、をこの順に有し、前記下部反射鏡、前記上部反射鏡との間の距離を変化させることによって出射する光の波長を可変とする面発光レーザであって、前記上部反射鏡を前記出射する光の光軸方向に変位させる駆動部を有し、前記上部反射鏡は、第一の層と、前記第一の層より小さい屈折率を有する第二の層とが交互に35ペア以上積層され、かつ、両端の層が前記第一の層である積層体を有し、
前記積層体の両端の少なくともいずれか一方に、前記出射する光の中心波長をλ0としたときに、光学厚さndが、0<nd<λ0/2である第三の層がさらに設けられ、前記第三の層の屈折率は、前記第一の層の屈折率より小さく、かつ前記第二の層の屈折率より大きく、かつ前記第三の層の隣接する層のうち前記積層体とは逆側の層の屈折率よりも大きく、
前記積層体と前記第三の層を含み構成される前記上部反射鏡の反射率の値が、1040nm以上1080nm以下の波長の光に対して、99.0%から99.5%の間であることを特徴とする面発光レーザ。 - 前記隣接する層は空気であることを特徴とする請求項1に記載の面発光レーザ。
- 前記光学厚さndが、λ0/8<nd<3λ0/8であることを特徴とする請求項1または2に記載の面発光レーザ。
- 前記光学厚さndがλ0/4であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
- 前記積層体の、前記中心波長λ0に対する反射率が99.5%以上であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
- 前記第一の層、前記第二の層、および前記第三の層はいずれも半導体層であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
- 前記半導体層がAlxGa(1−x)As(0≦x≦1)で表わされる材料を有することを特徴とする請求項6に記載の面発光レーザ。
- 前記上部反射鏡が回折格子であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
- 前記積層体の両端のいずれか一方に前記第三の層が設けられていることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
- 前記積層体の両端の両方に前記第三の層が設けられていることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
- 前記活性層は光が照射されて励起されることによって発光する請求項1乃至10のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
- 前記活性層は電流が注入されることによって発光する請求項1乃至10のいずれか一項に記載の面発光レーザ。
- 光の波長を変化させる光源部と、
前記光源部からの光を物体へ照射する照射光と参照光とに分岐させ、前記物体に照射された光の反射光と前記参照光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を処理して、前記物体の情報を取得する情報取得部と、
を有する光干渉断層計において、
前記光源部が請求項1乃至12のいずれか一項に記載の面発光レーザであることを特徴とする光干渉断層計。
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