JP6463012B2 - 面発光型レーザ、および前記面発光型レーザを用いた光干渉断層計 - Google Patents
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Description
短冊形のカンチレバーのばね定数kと共振周波数fは、それぞれ以下の式(1)(2)であらわせる。
w:カンチレバーの幅
d:カンチレバーの厚さ
l:カンチレバーの長さ
E:カンチレバーを形成する材質のヤング率
ρ:カンチレバーを形成する材質の密度
上記式(1)(2)から、薄く短いカンチレバーを形成すれば、ばね定数を大きくせずに共振周波数を大きくできることがわかる。具体的な数値を挙げると、カンチレバーの厚さと長さを半分にすれば、ばね定数を変化させずに共振周波数を2倍にできる。
(面発光型レーザ)
以下に、本発明の実施形態における、出射する光の波長を変化可能な、いわゆる波長可変の面発光型レーザについて図1を用いて説明する。なお、本明細書中ではレーザ素子の基板側を下側、基板と反対側を上側と定義する。また、本明細書において波長可変レーザとは、波長を連続的に時間変化させる波長掃引レーザだけでなく、波長を不連続に時間変化させるレーザや、発振波長を時間変化させずに、単に切り替えることが可能なレーザも含む。本発明は、波長可変速度が速いため、波長掃引レーザとして好適である。
図2で示すグラフを用いて、本実施形態に係る面発光型レーザの波長可変の原理について定性的な説明を行う。
本実施形態に係る面発光型レーザにおいて、空隙部中に設ける可動部は空隙部と異なる屈折率を有していれば特に限定されない。また、空隙部の構造に特に制限は無く、製造方法によって作りやすい構造を使用することができる。例えばエピタキシャル成長と選択ウエットエッチングにより空隙部を形成する場合は、その中に配置する可動部はスラブ形状であることが好ましい。なお、本明細書中でスラブ形状とは薄板状の形状を指す。
本実施形態に係る面発光型レーザにおいて、上部反射鏡および下部反射鏡は、レーザ発振に足る反射率を得られるものであれば特に制限はない。上部反射鏡、および下部反射鏡の少なくともいずれか一方として分布ブラッグ反射鏡(DBR)、とりわけ積層数を多くしたDBRを用いると、反射率が高く、レーザ発振閾値を低くできるため好ましい。
本実施形態において、活性層は一般的な面発光型レーザに使用されているものを使用することができる。活性層の組成は、出射させたい光の波長によって適宜選ぶことができる。活性層として例えば、AlxGa(1−x)As(xは0以上1以下の数)やInyGa(1−y)As(yは0以上1以下の数)からなる材料などを用いることができる。
本実施形態において空隙部は通常空気からなるが、本実施形態に係る面発光型レーザが所望の波長の光を発振するのであれば、その他の気体、液体が存在していてもよく、真空であってもよい。
本実施形態における第1のスペーサ層としては、AlxGa(1−x)As(xは0以上1以下の数)等を用いることができ、下部反射鏡と活性層との間の光路長を調整する役割がある。光路長の調整は層の厚みや、上記xの値によって決まる屈折率を変えることで行う。本実施形態における第2のスペーサ層としては、AlxGa(1−x)As(xは0以上1以下の数)等を用いることができ、上部反射鏡と活性層との間の光路長を調整する役割がある。
本実施形態において、空隙部中に配置した可動部を上下方向に駆動させる駆動部は、MEMS分野で一般的に使用されている技術を使用することができる。例えば静電、圧電、熱、電磁、流体圧などを利用して可動部を駆動させる駆動部を用いることができる。
実施形態2に係る面発光型レーザについて、図3を用いて説明する。ここでは、実施形態1と異なる事項について述べ、共通する事項については説明を省略する。
実施形態3に係る面発光型レーザについて、図4を用いて説明する。ここでは、実施形態1、2と異なる事項について述べ、共通する事項については説明を省略する。
上記実施形態1乃至3に係る面発光型レーザは、OCTなど測定装置の光源として利用することができる。
上記実施形態1乃至3に係る面発光型レーザをOCTに用いた例について図5を用いて説明する。
実施例1に係る面発光型レーザについて説明する。本実施例に係る面発光型レーザは図1で示される実施形態1の構成である。
実施例2に係る面発光型レーザについて説明する。本実施例に係る面発光型レーザは図3で示される実施形態2と同様の構成である。
実施例3に係る面発光型レーザについて説明する。本実施例に係る面発光型レーザは実施形態3で説明した図4で示されるように可動部を複数有する構成である。ただし、共振器長を4波長とした。
実施例4に係る面発光型レーザについて説明する。
実施例5に係る面発光型レーザについて説明する。本実施例に係る面発光型レーザは、実施例1で説明した面発光型レーザの構成と概ね同じであるが、可動部140の屈折率を3.0、3.5、4.0と変えた点、および可動部の厚さを変えた点が異なる。
λ0/4×0.8≦nd≦λ0/4×1.2 (3)
λ0/4×0.9≦nd≦λ0/4×1.1 (4)
[実施例6 共振器長を変えた構成]
中心波長850nm付近で波長を変えることができるように設計した、図1に示したものと同様のVCSEL構造において、共振器長(λ)を変えて波長可変幅を計算した結果を図10(a)に示す。図10におけるグラフの縦軸の波長可変幅は、可動部140の位置を上下方向に移動させる際に変化するレーザ発振波長の最大値と最小値の差を中心波長で割って規格化した値を意味する。なお、可動部140の屈折率は3.5とした。図10(a)に示す計算結果から2つの事が読み取れる。
実施例7に係る面発光型レーザについて説明する。
実施例8に係る面発光レーザについて説明する。
nd=λ0/4+mλ0/2 (5)
上記式(5)においてλ0は面発光型レーザから出射可能な光の波長範囲の中心波長であり、mは整数である。
λ0/4×0.8+mλ0/2≦nd≦λ0/4×1.2+mλ0/2 (6)
λ0/4×0.9+mλ0/2≦nd≦λ0/4×1.1+mλ0/2 (7)
上記式(6)(7)における各パラメータは、式(5)のときと同様である。
110 下部反射鏡
120 活性層
130 空隙部
140 可動部
150 基板
Claims (17)
- 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、出射する光の波長を変化可能な面発光型レーザであって、
前記空隙部の光路上に、前記空隙部の屈折率と異なる屈折率を有する可動部が設けられており、
前記空隙部の光路上における前記可動部の光軸方向の位置を変化させることで、出射する光の波長を掃引させる面発光型レーザであって、
前記面発光型レーザから出射可能な光の波長範囲の中心波長を1波長としたときに、前記上部反射鏡と前記下部反射鏡とで形成される共振器長が10波長以下であることを特徴とする面発光型レーザ。 - 前記可動部の前記光軸方向の厚さが前記上部反射鏡、および下部反射鏡の光軸方向の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項1に記載の面発光型レーザ。
- 前記可動部の重量が前記上部反射鏡、および前記下部反射鏡よりも小さいことを特徴とする請求項1に記載の面発光型レーザ。
- 前記上部反射鏡と前記下部反射鏡のうち少なくとも一方が分布ブラッグ反射鏡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型レーザ。
- 前記可動部の前記光軸方向の光学厚さndが、下記式(6)で示され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型レーザ。
λ0/4×0.8+mλ0/2≦nd≦λ0/4×1.2+mλ0/2(6)上記式(6)においてλ0は前記面発光型レーザから出射可能な光の波長範囲の中心波長であり、mは整数である。 - 前記上部反射鏡と前記下部反射鏡との間の距離を変えずに、前記空隙部の光路上における前記可動部の光軸方向の位置を変化させることで、出射する光の波長を変化させ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型レーザ。
- 前記共振器長が3波長以下であることを特徴とする請求項6に記載の面発光型レーザ。
- 前記共振器長が2波長以上であることを特徴とする請求項6または7に記載の面発光型レーザ。
- 前記可動部における前記光軸方向のいずれか一方の面に、前記可動部よりも小さい屈折率を有する反射防止膜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型レーザ。
- 前記空隙部に前記可動部が複数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型レーザ。
- 前記空隙部の光路上における前記可動部の位置に応じて、前記活性層への励起光強度または注入電流値を制御する制御部を有することを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一項に記載の面発光型レーザ。
- 前記空隙部が真空状態となっていることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか一項に記載の面発光型レーザ。
- 前記空隙部に空気の平均分子量より小さい分子量を持つ気体が充填されていることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか一項に記載の面発光型レーザ。
- 前記下部反射鏡と前記活性層との間に第1のスペーサ層が設けられ、前記活性層と前記空隙部との間に第2のスペーサ層が設けられていることを特徴とする請求項1乃至13のいずれか一項に記載の面発光型レーザ。
- 前記第1のスペーサ層、又は前記第2のスペーサ層に、酸化領域、および非酸化領域を有する電流狭窄構造を有する層が設けられていることを特徴とする請求項14に記載の面発光型レーザ。
- 前記空隙部中に配置した前記可動部を、静電力を利用して駆動させる駆動部を有することを特徴とする請求項1乃至15のいずれか一項に記載の面発光型レーザ。
- 光の波長を変化可能な光源部と、
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し、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、
前記干渉光の強度の時間波形に基づいて、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であって、
前記光源部は、請求項1乃至16のいずれか一項に記載の面発光型レーザを有することを特徴とする光干渉断層計。
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