JP7316285B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
最初に本願発明の実施形態の内容それぞれを個別に列挙して説明する。
以下、本開示の実施形態に係る発光装置の具体的な構造を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。また、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
φ(x,y)=C×P(x,y)+B
C:比例定数であって例えば180°/π
B:任意の定数であって例えば0
なる関係を満たすように、対応する異屈折率領域15bが単位構成領域R(x,y)内に配置されることである。
φ(x,y)=φ1(x,y)+φ2(x,y)
として表される。φ1(x,y)は、上述のように光像を逆フーリエ変換したときの複素振幅の位相に相当する。また、φ2(x,y)は、上記式(21)を満たす回折ベクトルVを加えるための回転角度分布である。図18は、回転角度分布φ2(x,y)の一例を概念的に示す図である。図18に示されたように、この例では、第1の位相値φAと、第1位相値φAとは異なる値の第2位相値φBとが、市松模様に配列されている。すなわち、第1位相値φAとは異なる値の第2位相値φBとが、直交する2方向それぞれに沿って交互に配列されている。一例では、位相値φAは0(rad)であり、位相値φBはπ(rad)である。つまり、第1位相値φAと第2位相値φBとがπずつ変化する。このような位相値の配列によって、Γ-M1軸またはΓ-M2軸に沿った回折ベクトルVを好適に実現することができる。第1位相値φAと第2位相値φBとが上述のように市松模様に配列された場合、V=(±π/a,±π/a)のように、該回折ベクトルVは図15の波数ベクトルK6~K9と丁度相殺される。また、位相値φA,φBの配列方向を45°から変化させることにより、回折ベクトルVの向きを任意の向きに調整することができる。
上述の実施形態では、光像の角度広がりに基づく波数広がりが、波数空間の或る点を中心とする半径Δkの円に含まれる場合、次のように簡略に考えることもできる。4方向の面内波数ベクトルK6~K9に回折ベクトルVを加算することにより、4方向の面内波数ベクトルK6~K9のうち少なくとも1つの大きさを2π/λ(ライトラインLL)よりも小さくする。これは、4方向の面内波数ベクトルK6~K9から波数広がりΔkを除いたもの(すなわちM点発振の正方格子PCSELにおける4方向の面内波数ベクトル、図12を参照)に対して回折ベクトルVを加算することにより、4方向の面内波数ベクトルK6~K9のうち少なくとも1つの大きさを、2π/λから波数広がりΔkを差し引いた値{(2π/λ)-Δk}より小さくすると考えてもよい。
図27は、上記実施形態の第2変形例に係る位相変調層15Bの平面図である。また、図28は、位相変調層15Bにおける異屈折率領域15bの位置関係を示す図である。図27および図28に示されるように、本変形例の各異屈折率領域15bの重心Gは、直線D上に配置されている。直線Dは、単位構成領域R(x、y)の対応する格子点O(x,y)を通り、正方格子の各辺に対して傾斜する直線である。なお、各単位構成領域Rは、図28に示されたように、X軸に平行なs軸およびY軸に平行なt軸で規定される領域である。換言すれば、各単位構成領域Rに設定される直線Dは、X軸およびY軸の双方に対して傾斜する直線である。正方格子の一辺(X軸)に対する直線Dの傾斜角はθである。傾斜角θは、位相変調層15B内において一定である。傾斜角θは、0°<θ<90°を満たし、一例ではθ=45°である。または、傾斜角θは、180°<θ<270°を満たし、一例ではθ=225°である。傾斜角θが0°<θ<90°または180°<θ<270°を満たす場合、直線Dは、X軸およびY軸によって規定される座標平面の第1象限から第3象限にわたって延びる。或いは、傾斜角θは、90°<θ<180°を満たし、一例ではθ=135°である。或いは、傾斜角θは、270°<θ<360°を満たし、一例ではθ=315°である。傾斜角θが90°<θ<180°または270°<θ<360°を満たす場合、直線Dは、X軸およびY軸によって規定される座標平面の第2象限から第4象限にわたって延びる。このように、傾斜角θは、0°、90°、180°および270°を除く角度である。ここで、格子点O(x,y)と重心Gとの距離をr(x,y)とする。xはX軸におけるx番目の格子点の位置、yはY軸におけるy番目の格子点の位置を示す。距離r(x,y)が正の値である場合、重心Gは第1象限(または第2象限)に位置する。距離r(x,y)が負の値である場合、重心Gは第3象限(または第4象限)に位置する。距離r(x,y)が0である場合、格子点Oと重心Gとは互いに一致する。傾斜角度は45°、135°、225°、275°が好適となり、これらの角度では、M点の定在波を形成する4つの波数ベクトル(例えば、面内波数ベクトル(±π/a、±π/a))の中の2つだけを位相変調し、その他の2つは位相変調しないため、安定した定在波を形成することができる。なお、傾斜角θは各単位構成領域R(x,y)で同じ角度を取る事ができる。
r(x,y)=C×(P(x,y)-P0)
C:比例定数で例えばR0/π
P0:任意の定数であって例えば0
なる関係を満たすように、該対応する異屈折率領域15bが単位構成領域R(x,y)内に配置される。すなわち、距離r(x,y)は、単位構成領域R(x,y)におおいて、位相P(x,y)がP0である場合には0に設定され、位相P(x,y)がπ+P0である場合には最大値R0に設定され、位相P(x,y)が-π+P0である場合には最小値-R0に設定される。なお、位相P(x,y)の範囲は、π+P0からーπ+P0の中間の値となるように設定される。所望の光像を得たい場合、該光像を逆フーリエ変換して、その複素振幅の位相P(x,y)に応じた距離r(x,y)の分布を、複数の異屈折率領域15bに与えるとよい。位相P(x,y)と距離r(x,y)とは、互いに比例してもよい。
r(x,y)=r1(x,y)+r2(x,y)
として表される。r1(x,y)は、前に述べたように光像を逆フーリエ変換したときの複素振幅の位相に相当する。また、r2(x,y)は、上記式(30)を満たす回折ベクトルVを加えるための距離分布である。なお、距離分布r2(x,y)の具体例は、図18と同様である。なお、距離分布r(x、y)がーR0からR0の範囲を超える場合、この範囲内の値となるように2R0を加減算して換算すればよい。
図29および図30は、異屈折率領域15bのX-Y平面内の形状の例を示す平面図である。上記実施形態および各変形例ではX-Y平面内における異屈折率領域15bの形状が円形である例が示されている。しかしながら、異屈折率領域15bは円形以外の形状を有してもよい。例えば、X-Y平面内における異屈折率領域15bの形状は、鏡像対称性(線対称性)を有してもよい。ここで、鏡像対称性(線対称性)とは、X-Y平面に沿った或る直線を挟んで、該直線の一方側に位置する異屈折率領域15bの平面形状と、該直線の他方側に位置する異屈折率領域15bの平面形状とが、互いに鏡像対称(線対称)となり得ることをいう。鏡像対称性(線対称性)を有する形状としては、例えば図29(a)に示された真円、図29(b)に示された正方形、図29(c)に示された正六角形、図29(d)に示された正八角形、図29(e)に示された正16角形、図29(f)に示された長方形、および図29(g)に示された楕円、などが挙げられる。このように、X-Y平面内における異屈折率領域15bの形状が鏡像対称性(線対称性)を有する。この場合、位相変調層の仮想的な正方格子の単位構成領域Rそれぞれにおいて、シンプルな形状であるため、格子点Oから対応する異屈折率領域15bの重心Gの方向と位置を高精度に定めることができるので、高い精度でのパターニングが可能となる。
図33は、第4変形例に係る発光装置1Bの構成を示す図である。この発光装置1Bは、支持基板6と、支持基板6上に一次元または二次元状に配列された複数の半導体発光素子1Aと、複数の半導体発光素子1Aを個別に駆動する駆動回路4とを備えている。各半導体発光素子1Aの構成は、上記実施形態と同様である。但し、複数の半導体発光素子1Aには、赤色波長域の光像を出力するレーザ素子と、青色波長域の光像を出力するレーザ素子と、緑色波長域の光像を出力するレーザ素子とが含まれても良い。赤色波長域の光像を出力するレーザ素子は、例えばGaAs系半導体によって構成される。青色波長域の光像を出力するレーザ素子、および緑色波長域の光像を出力するレーザ素子は、例えば窒化物系半導体によって構成される。駆動回路4は、支持基板6の裏面または内部に設けられ、各半導体発光素子1Aを個別に駆動する。駆動回路4は、制御回路7からの指示により、個々の半導体発光素子1Aに駆動電流を供給する。
Claims (6)
- 基板の主面の法線方向、または、前記法線方向と交差する傾斜方向、または、前記法線方向および前記傾斜方向の双方に沿って光像を形成する光を出力する発光装置であって、
発光部と、
前記基板上に設けられた位相変調層であって、前記発光部と光学的に結合された位相変調層と、
を備え、
前記位相変調層は、基本層と、前記法線方向に垂直な面上において二次元状に分布するよう前記基本層内に設けられた複数の異屈折率領域であって前記基本層の屈折率とは異なる屈折率を有する複数の異屈折率領域と、を含み、
前記面上に仮想的な正方格子が設定された状態において、前記複数の異屈折率領域は、前記複数の異屈折率領域それぞれの重心が対応する格子点から所定距離だけ離れた状態で配置され、かつ、前記仮想的な正方格子における各格子点周りの回転角度であって前記複数の異屈折率領域それぞれの前記重心と前記対応する格子点とを結ぶ線分の、前記仮想的な正方格子に対する回転角度は、前記光像を形成するための位相分布に従って設定され、
前記仮想的な正方格子の格子間隔aと前記発光部の発光波長λは、前記位相変調層の波数空間に相当する逆格子空間における対称点のうちM点での発振条件を満たすように設定され、
前記位相変調層の前記逆格子空間に形成される4方向の第1面内波数ベクトルのうち、少なくとも1つの第1面内波数ベクトルの大きさは、2π/λよりも小さい、
発光装置。 - 基板の主面の法線方向、または、前記法線方向と交差する傾斜方向、または、前記法線方向および前記傾斜方向の双方に沿って光像を形成する光を出力する発光装置であって、
発光部と、
前記基板上に設けられた位相変調層であって、前記発光部と光学的に結合された位相変調層と、
を備え、
前記位相変調層は、基本層と、前記法線方向に垂直な面上において二次元状に分布するよう前記基本層内に設けられた複数の異屈折率領域であって前記基本層の屈折率とは異なる屈折率を有する複数の異屈折率領域と、を含み、
前記面上に仮想的な正方格子が設定された状態において、前記複数の異屈折率領域は、前記複数の異屈折率領域それぞれの重心が対応する格子点を通るとともに前記仮想的な正方格子に傾斜した直線上に位置するように配置され、かつ、前記複数の異屈折率領域それぞれの前記重心と前記対応する格子点との前記直線に沿った距離は、前記光像を形成するための位相分布に従って設定され、
前記仮想的な正方格子の格子間隔aと前記発光部の発光波長λは、前記位相変調層の波数空間に相当する逆格子空間における対称点のうちM点での発振条件を満たすように設定され、
前記位相変調層の前記逆格子空間に形成される4方向の第1面内波数ベクトルのうち、少なくとも1つの第1面内波数ベクトルの大きさは、2π/λよりも小さい、
発光装置。 - 前記位相分布は、前記光像を形成するための第1位相分布と前記光像の形成とは無関係の第2位相分布とが重畳された位相分布であり、
前記第2位相分布は、前記位相変調層の前記逆格子空間に形成される前記第1位相分布の4方向の第2面内波数ベクトルであって前記光像を形成する出力光の角度広がりに対応した波数広がりをそれぞれ含む4方向の第2面内波数ベクトルに対して、或る一定の大きさおよび向きを有する回折ベクトルを加算するための位相分布であり、
前記4方向の第2面内波数ベクトルに前記回折ベクトルを加算することにより得られる4方向の第3面内波数ベクトルであって前記4方向の第1面内波数ベクトルに相当する4方向の第3面内波数ベクトルのうち、少なくとも1つの第3面内波数ベクトルの大きさは、2π/λよりも小さく設定される、請求項1または2に記載の発光装置。 - 前記位相分布は、前記光像を形成するための第1位相分布と前記光像の形成とは無関係の第2位相分布とが重畳された位相分布であり、
前記第2位相分布は、前記光像を形成する出力光の角度広がりに対応した波数広がりを含むことなく前記位相変調層の前記逆格子空間に形成される前記第1位相分布の4方向の第2面内波数ベクトルに対して、或る一定の大きさおよび向きを有する回折ベクトルを加算するための位相分布であり、
前記4方向の第2面内波数ベクトルに前記回折ベクトルを加算することにより得られる4方向の第3面内波数ベクトルであって前記4方向の第1面内波数ベクトルに相当する4方向の第3面内波数ベクトルのうち、少なくとも1つの第3面内波数ベクトルの大きさは、2π/λから前記波数広がりを差し引いた値よりも小さい、請求項1または2に記載の発光装置。 - 前記第2位相分布は、第1位相値と前記第1位相値とは異なる第2位相値とが互いに直交する2方向それぞれに沿って交互に配列された分布である、請求項3または4に記載の発光装置。
- 前記第2位相分布は、第1位相値と前記第1位相値とは異なる第2位相値とがπずつ変化する分布である、請求項5に記載の発光装置。
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