WO2023017631A1 - 半導体レーザー、測距装置および車載装置 - Google Patents

半導体レーザー、測距装置および車載装置 Download PDF

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智輝 大野
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    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
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    • H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
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    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region

Definitions

  • the present disclosure relates to a semiconductor laser, a rangefinder, and an in-vehicle device.
  • a semiconductor laser that outputs a laser pulse (see, for example, Non-Patent Document 1 below) is used, for example, as a light source in a time-of-flight measurement method (hereinafter, appropriately referred to as ToF (Time of Flight)).
  • ToF distance sensors are used in a wide variety of applications, including terrain measurement, structure management, autonomous navigation, defect inspection in production lines, sports, entertainment, and art.
  • the laser pulse width provides measurable temporal resolution. Since the speed of light is constant, the pulse width of the laser contributes to the measured range resolution. For example, when the speed of light is 3 ⁇ 10 8 m/s, if the temporal resolution is 1 nanosecond, the distance resolution is 15 cm, and if the temporal resolution is 1 picosecond, it is 0.15 mm.
  • tail the pulse tail of the laser pulse emitted from the semiconductor laser.
  • One of the purposes of the present disclosure is to provide a semiconductor laser, a distance measuring device, and an in-vehicle device that minimize the influence of the tail of a laser pulse.
  • the present disclosure for example, having at least two or more gain regions and at least two or more absorption regions formed on a semiconductor substrate; the gain region and the absorber region comprise a continuous active layer, and the gain region and the absorber region are alternately formed via separate regions; A first laser pulse with a first polarization is emitted from the front facet, followed by a second laser pulse with a second polarization, the first polarization and the second polarization being orthogonal. It is a semiconductor laser.
  • the present disclosure provides, for example, a semiconductor laser as described above; and a light separator, A distance measuring device in which a first laser pulse and a second laser pulse are separated by a light separating section.
  • the present disclosure may be an in-vehicle device having such a distance measuring device.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a semiconductor laser according to one embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram referred to when describing an example of driving a semiconductor laser according to an embodiment.
  • FIG. 3A is a diagram schematically showing currents applied to a plurality of gain regions, and FIG. 3B schematically shows an example of temporal waveforms of generated first laser pulses and second laser pulses. It is a diagram.
  • FIG. 4A is a diagram schematically showing currents applied to a plurality of gain regions, and FIG. 4B schematically shows another example of temporal waveforms of generated first laser pulses and second laser pulses; It is a diagram showing.
  • FIG. 5A is a diagram schematically showing currents applied to a plurality of gain regions, and FIG.
  • FIG. 5B schematically shows another example of temporal waveforms of the generated first laser pulse and second laser pulse. It is a diagram showing.
  • FIG. 6A is a diagram schematically showing currents applied to a plurality of gain regions
  • FIG. 6B schematically shows another example of temporal waveforms of generated first laser pulses and second laser pulses;
  • FIG. 7A is a schematic diagram of currents applied to multiple gain regions
  • FIG. 7B is a first laser pulse generated in response to the applied currents and separated by a polarizing beam splitter.
  • 8A is a schematic diagram of currents applied to multiple gain regions, and FIG.
  • FIG. 8B is a first laser pulse generated in response to the applied currents and separated by a polarizing beam splitter. is a diagram schematically showing a time waveform of .
  • FIG. 9A is a schematic diagram of currents applied to multiple gain regions
  • FIG. 9B is a first laser pulse generated in response to the applied currents and separated by a polarizing beam splitter.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a general Q-switched laser.
  • FIG. 11A is a schematic diagram of currents applied to multiple gain regions of a Q-switched laser having a general configuration
  • FIG. 11B shows laser pulses generated in response to the applied currents. It is the figure which showed the temporal waveform typically.
  • FIG. 12A is a schematic diagram of currents applied to multiple gain regions of a Q-switched laser having a general configuration
  • FIG. 12B is a diagram of laser pulses generated in response to the applied currents. It is the figure which showed the temporal waveform typically.
  • FIG. 13A is a schematic diagram of currents applied to multiple gain regions of a Q-switched laser having a general configuration
  • FIG. 13B is a diagram of laser pulses generated in response to the applied currents. It is the figure which showed the temporal waveform typically.
  • FIG. 14A is a diagram schematically showing the behavior inside the resonator before and after Q-switching in a general semiconductor laser
  • FIG. 14B is a diagram schematically showing the light intensity inside the resonator.
  • FIG. 15 is a diagram schematically showing the behavior of a laser pulse inside a resonator in a general semiconductor laser.
  • FIG. 16A is a diagram schematically showing the behavior inside the resonator before and after Q-switching in a semiconductor laser according to an embodiment
  • FIG. 16B is a diagram schematically showing the light intensity inside the resonator. be.
  • FIG. 17 is a diagram for explaining the relationship between the first laser pulse and the second laser pulse according to one embodiment.
  • 18A to 18D are diagrams for explaining specific configuration examples of the semiconductor laser according to one embodiment.
  • FIG. 19 is a diagram showing an example of the layer structure of a semiconductor laser according to one embodiment together with a transverse mode in the vertical direction.
  • FIG. 20 is a diagram for explaining that vertical light confinement by the refractive index distribution of the semiconductor layer structure is designed in consideration of propagation from the gain region to the absorption region.
  • FIG. 21 is a diagram for explaining an example in which a graded structure is introduced only into the first guide layer according to one embodiment.
  • FIG. 22 is a diagram for explaining an example in which a graded structure is introduced into the first guide layer and the second guide layer according to one embodiment.
  • FIG. 23 is a block diagram showing a specific configuration example of the ranging system according to one embodiment.
  • FIG. 24 is a diagram for explaining an application example.
  • FIG. 25 is a diagram for explaining an application example.
  • FIG. 26 is a diagram for explaining an application example.
  • FIG. 27 is a diagram for explaining an application example.
  • FIG. 28 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of a vehicle control system.
  • FIG. 29 is an explanatory diagram showing an example of installation positions of the vehicle exterior information detection unit and the imaging unit.
  • a semiconductor laser is used for a ToF distance sensor.
  • a semiconductor laser that outputs a laser pulse of several nanoseconds has a uniform active layer in the cavity and can be obtained by applying a pulse current of several nanoseconds. This is due to the response speed of the semiconductor switch and the lifetime of carriers in the active layer of the semiconductor laser being sub-nanoseconds to several nanoseconds.
  • a semiconductor laser that outputs a laser pulse of about 100 picoseconds has a region in the cavity where the absorption varies passively or actively.
  • the absorption in the resonator exceeds the gain, so laser oscillation does not occur, and the carrier density in the active layer is higher than that of continuous oscillation (hereinafter also referred to as CW (Continuous Wave)).
  • CW Continuous Wave
  • an absorption region of 20 ⁇ m or 40 ⁇ m is provided in front of a resonator having a resonator length of 1.4 mm and a stripe width of 128 ⁇ m.
  • a pulse current with a full width at half maximum of 1.46 nanoseconds was applied, and a laser pulse was obtained when the current peak was exceeded.
  • the current value is lowered, the laser pulse oscillation timing is delayed, the tail is reduced, and the laser pulse oscillation is stopped.
  • the semiconductor laser according to the present embodiment is, for example, a Q-switched semiconductor laser (hereinafter, abbreviated as semiconductor laser 100 as appropriate).
  • a Q-switched semiconductor laser (hereinafter also referred to as a Q-switched laser as appropriate) will be briefly described.
  • a Q-switched laser increases the optical loss of the laser resonator to suppress oscillation while continuing to pump, and when the number of excited carriers in the laser medium becomes sufficiently large, the optical loss of the resonator is rapidly reduced. This causes laser oscillation.
  • a high-intensity pulsed light can be obtained by instantaneously increasing the Q value of the resonator.
  • the Q-switch method includes a passive type that uses a saturable absorber and an active type that actively controls the absorption rate.
  • Passive Q-switched lasers have the advantage that they can be manufactured with a relatively simple structure. Therefore, there is a drawback that the strength is not sufficiently large.
  • active Q-switched lasers can actively control the timing of pulsed light generation, and can compensate for the shortcomings of passive Q-switched lasers, but the device configuration including the drive circuit is complicated. Therefore, there are disadvantages in terms of controllability, size, and cost. Therefore, it is desirable to appropriately set the circuit configuration based on these points of view.
  • a light absorption region is provided within a resonator formed by opposing end faces formed by cleaving or the like.
  • a forward voltage is applied to the PN junction of the Q-switched laser, a forward current flows and spontaneous emission light is obtained.
  • the refractive index of the active layer is higher than that of the cladding layer, the light is confined vertically in the vicinity including the active layer, and horizontally due to the ridge structure including the bottom of the ridge.
  • the transmitted light propagation mode reciprocates in the resonator having mirrors on both end faces of the ridge structure. At this time, the light induces luminescence transition of other electrons in the excited state, resulting in stimulated emission.
  • the number of photons is amplified while going back and forth in the cavity, and when the gain exceeds the loss, laser oscillation occurs.
  • a Q-switched laser utilizes the property of light absorption generated by the application of a reverse bias as a Q-switch.
  • the light absorption characteristics of the light absorption region under the application of a reverse bias depend on various factors. Light absorption increases due to a decrease in the bandgap of the active layer (eg, quantum well), an increase in the probability of tunneling from the quantum well to adjacent layers, and the like. On the other hand, since the carrier densities of the p-layer and n-layer increase due to photoexcitation, the potential difference applied to the PN junction by the photocarriers decreases when the anode and cathode are not connected, resulting in decreased absorption. Therefore, the reduction in absorption can be suppressed by connecting the anode and the cathode.
  • the potential difference applied to the PN junction can be reduced due to the voltage drop.
  • Photovoltaic current can be suppressed by increasing the time constant of the closed circuit.
  • a structure in which the light absorption characteristics of the light absorption region are transiently changed by the light generated in the gain region is generally called a passive type.
  • the active type the light absorption characteristics of the light absorption region are directly modulated by a drive circuit. This completes the general description of Q-switched lasers.
  • a semiconductor laser 100 has a waveguide (optical waveguide) 101 .
  • the waveguide 101 is formed of a layer structure (semiconductor layer) epitaxially grown on a semiconductor substrate and a ridge structure provided from the surface side of the semiconductor layer.
  • at least two (plurality of) gain regions 102 and at least two (plurality of) absorption regions 103 formed on a semiconductor substrate are separated from each other via separation regions, which will be described later. They are arranged and formed alternately.
  • a first laser pulse 105 is emitted along the optical axis 104 from the front end face 110 of the semiconductor laser 100 when the layer structure and driving conditions described later are satisfied, followed by a second laser pulse 106 which is a pulse tail.
  • the polarization of the first laser pulse 105 is a TM (Transverse Magnetic) mode perpendicular to the semiconductor layer structure
  • the polarization of the second laser pulse 106 is the semiconductor laminated structure.
  • TE Transverse Electric
  • a laser beam emitted from a semiconductor laser 100 passes through a collimator lens (not shown) or the like, and is then separated into a first laser pulse 105 and a second laser pulse 106 by a polarization beam splitter 107, which is an example of a light separation unit.
  • a first laser pulse 105 on axis 108 and a second laser pulse 106 on optical axis 109 result.
  • the anode electrodes 120 (shown in black in FIG. 2) of the plurality of gain regions 102 are connected with each other, and each anode electrode 120 is connected to a constant voltage source 121 .
  • Anode electrodes 122 of a plurality of absorption regions 103 are connected to each other and connected to a Q switch circuit 123 .
  • the Q switch circuit 123 is a circuit that controls the Q switch operation, and a known circuit configuration can be applied.
  • a cathode electrode 124 provided on a semiconductor substrate 128 of the semiconductor laser 100 is connected to a ground 126 through a switching element 125 such as NMOS (Negative-channel Metal Oxide Semiconductor).
  • the cathode voltage Vcathode while the switching element 125 is off (while the NMOS is closed) is a value obtained by subtracting the voltage Vbg corresponding to the bandgap energy of the PN junction of the semiconductor laser 100 from the voltage Vgain of the constant voltage source 121.
  • the switching element 125 is turned on (by opening the NMOS), the cathode voltage drops sharply and a pulse current is applied to each of the plurality of gain regions 102 .
  • the voltage Vqsw of the anode electrodes 122 of the plurality of absorption regions 103 while the NMOS is closed is lower than the voltage Vcathode, so the PN junctions of the plurality of absorption regions 103 are reverse biased.
  • the active layers of the plurality of absorption regions 103 partially or entirely overlap with the depletion layer formed at the PN junction, increasing the absorption coefficient.
  • Opening the NMOS causes the cathode voltage Vcathode to drop abruptly, and the voltage Vqsw of the anode electrode 122 also abruptly drops via these capacitances. After that, the voltage Vqsw is abruptly increased, the reverse bias of the plurality of absorption regions 103 is canceled, and the absorption coefficient is abruptly lowered.
  • Such fluctuation of the voltage Vqsw of the anode electrode 122 may be a self-generating method using a voltage drop linked to the voltage change of the cathode electrode 124, or an active method linked to the switching timing of the NMOS.
  • FIG. 3A shows currents applied to a plurality of gain regions 102
  • FIG. 3B is a diagram showing simplified temporal waveforms of a first laser pulse 105 and a second laser pulse 106 generated according to the currents. is.
  • the horizontal axis in FIG. 3A indicates time, and the vertical axis indicates the magnitude of injected current.
  • the horizontal axis in FIG. 3B indicates time, and the vertical axis indicates the magnitude of optical output.
  • the contents shown in FIGS. 4 to 6 are the same.
  • the pulse current CA is longer than the carrier density saturation time of the active layer of the gain region 102, and has a pulse width of about 2 to 4 nanoseconds.
  • Carrier density saturation of the active layer in a Q-switched laser is rate-determined by ASE (amplification of spontaneous emission light).
  • ASE amplification of spontaneous emission light
  • the spontaneous emission light generated in the gain regions 102 is rapidly absorbed by the adjacent absorption regions 103 .
  • saturation of carrier density due to stimulated emission using spontaneous emission light as a seed is suppressed. That is, the carrier density saturation time becomes longer.
  • the second laser pulse 106 is generated slightly after the first laser pulse 105 is generated. At such timing, the injection current begins to decrease due to the influence of the electrical time constant. As shown in FIGS. 4A and 4B, the faster the Q-switching timing, the higher the peak value of the first laser pulse 105 and the higher the optical power of the second laser pulse 106 . As shown in FIGS. 5A and 5B, if the Q-switching timing is further advanced, the peak value of the first laser pulse 105 is slightly higher, while the optical output of the second laser pulse 106 is noticeably stronger. As shown in FIGS. 6A and 6B, if the Q-switching timing is further advanced, the current injection time becomes sufficiently shorter than the carrier density saturation time of the gain region 102, and the light output of the first laser pulse 105 becomes weak.
  • FIG. 7A shows the pulsed current CA applied to the multiple gain regions 102
  • FIG. 7B shows the first laser pulse 105 generated when applying the pulsed current CA, after being split at the polarizing beam splitter 107.
  • a simplified time waveform is shown. The same applies to FIGS. 8A and 8B, and FIGS. 9A and 9B.
  • FIG. 10 shows an outline of a Q-switched laser (hereinafter referred to as a semiconductor laser 200 as appropriate) having a general configuration.
  • the semiconductor laser 200 has a gain region 202 formed in a waveguide 201, An absorbent region 203 is provided on the front surface.
  • a laser pulse 205 is emitted from the front end surface 207 along the optical axis 204 .
  • Laser pulse 205 is accompanied by tail 206 and both laser pulse 205 and tail 206 are of the same polarization.
  • the illustrated example is the TE mode.
  • FIGS. 11A and 11B are diagrams showing simplified temporal waveforms of the pulse current CA applied to the gain region 202 and the laser pulse 205 and tail 206.
  • FIG. 11A if the Q-switching timing is slowed down to the limit, the laser pulse 205 will occur with a slight tail 206, as shown in FIG. 11B. At such timing, the injection current begins to decrease due to the influence of the electrical time constant.
  • FIGS. 12A and 12B advancing the Q-switching timing results in a higher peak value of the laser pulse 205 and a stronger tail 206 .
  • FIGS. 13A and 13B further advancing the timing of Q-switching results in a slightly higher peak value of the laser pulse 205, while the light output of the tail 206 is noticeably stronger.
  • FIG. 14A is a diagram schematically showing the behavior inside the resonator before and after Q-switching in the semiconductor laser 200.
  • FIG. 14B is a diagram schematically showing the light intensity within the resonator.
  • a resonator is formed by the rear facet 208 and the front facet 207.
  • a waveguide 201 is provided with a gain region 202 and an absorption region 203 .
  • An absorbent region 203 is provided on the front surface.
  • a highly reflective film is formed on the rear facet 208, a backward wave generated by current injection into the gain region 202 is reflected (arrow 227) by the rear facet 208 to become a traveling wave.
  • the absorption region 203 suppresses the reflection of the traveling wave (arrow 228).
  • ASE causes the intracavity light intensity 230 to be maximized in the gain region 202 near the absorption region 203 (see FIG. 14B).
  • the absorption coefficient of the absorption region 203 becomes small, it resonates due to the reflection (arrow 240) of the front end surface 207, resulting in laser oscillation.
  • a part of the laser pulse is coupled to the resonator by reflection, the carriers injected into the active layer are not completely depleted during laser pulse oscillation, and the pulse current is injected even after laser pulse oscillation. occurs. Therefore, it is believed that there remains temporal coherence between such laser pulse 205 and tail 206 .
  • FIG. 16A is a diagram schematically showing the behavior inside the resonator before and after Q-switching in the semiconductor laser 100 according to one embodiment
  • FIG. 16B is a diagram schematically showing the light intensity inside the resonator. is.
  • a waveguide 101 of the semiconductor laser 100 has a resonator formed by a rear facet 111 and a front facet 110.
  • the waveguide 101 is provided with a plurality of gain regions 102 and a plurality of absorption regions 103.
  • each gain region and absorber region consists of a short amplifier region 307 and a seed region 308 consisting of a single long gain region and a single absorber region.
  • a high reflection film is formed on the rear facet 111 and a low reflection film is formed on the front facet 110 .
  • the length of each gain region 102 in the amplification region 307 (the length in the horizontal direction in FIG.
  • the length ratio of the gain region 102 and the absorption region 103 is preferably about 1:1 to 1:0.2.
  • the length of each absorption region 103 in the amplification region 307 (the horizontal length in FIG. 16 and the length on the optical propagation axis) ) is 100 ⁇ m or less. The shorter the gain region 102, the more the effect of ASE can be suppressed. There is a possibility that it will be narrowed and cut off. The length of each area is appropriately determined while taking such points into consideration.
  • the length of the gain region 102 in the seed region 308 is longer than the length of the gain region 102 in the amplification region 307, and may be 100 ⁇ m or more. That is, the gain region 112 closest to the rear facet 111 may be longer in the cavity direction (on the optical propagation axis) than the other gain regions 112 .
  • the light intensity 330 before Q-switching due to reflection by the rear facet 111 becomes maximum in the gain region 102 near the absorption region 103 due to ASE in the seed region 308 (see FIG. 16B).
  • Seed region 308 is significantly shorter than the cavity of semiconductor laser 200 and has a high saturation level of carrier density before Q-switching.
  • the saturation level of the carrier density before Q-switching is extremely high.
  • the light intensity 330 becomes seed light, and carriers accumulated in the amplification region 307 generate the first laser pulse 105 with a high peak value.
  • the continuously applied pulse current CA generates a second laser pulse 106 which is a pulse tail. .
  • FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the first laser pulse 105 and the second laser pulse 106 in this embodiment.
  • the peak wavelength of the first laser pulse 105 is on the longer wavelength side than the peak wavelength of the second laser pulse 106, and as the timing for inducing the Q-switching operation is delayed (increased the time difference), the length changes from the broken line to the solid line. Wavelength progresses.
  • the peak wavelength of the first laser pulse 105 has a peak wavelength jump (interval) of at least 1 nm or more from the peak wavelength of the second laser pulse 106 . At the longest wavelength, the peak wavelength of the first laser pulse 105 may be longer than the peak wavelength of the second laser pulse 106 by 5 nm or more. That is, according to the semiconductor laser 100 of this embodiment, the first laser pulse 105 and the second laser pulse 106 to be emitted can be separated by appropriately controlling the timing of the Q switch.
  • the lengthening of the peak wavelength of the first laser pulse 105 is not continuous and may involve discontinuous jumps.
  • Such an extreme red shift is considered to be Renormalization due to the many-body effect, and the band structure contributing to laser oscillation changes before and after Q-switching.
  • the coherence between the laser pulse and the pulse tail is drastically reduced or becomes incoherent.
  • the stop wavelength of the laser pulse is shorter than the pulse tail, which is considered to be due to band filling.
  • a semiconductor laser 100 with an oscillation wavelength of around 830 nm using AlGaAs (aluminum/gallium/arsenic) for an active layer has the first laser pulse 105 and the second laser pulse if the single active layer is 80 nm. All of 106 are TE mode, and the central wavelength of the laser pulse was about 5 nm longer than the pulse tail. Therefore, it is superior as a wavelength difference for separating a laser pulse and a pulse tail with a wavelength filter.
  • the single active layer is 120 nm
  • the first laser pulse 105 is the TM mode
  • the second laser pulse 106 is the TE mode
  • the center wavelength of the first laser pulse 105 is longer than the second laser pulse 106. rice field. Therefore, the first laser pulse 105 and the second laser pulse 106 can be separated by the polarization beam splitter.
  • both the first laser pulse 105 and the second laser pulse 106 were in TM mode.
  • the thickness of each active layer is longer than the Bohr radius, and although the quantum effect in the lamination direction of the semiconductor layers is weak, it slightly contributes to the laser oscillation mode. Therefore, the Q-switched semiconductor laser in this embodiment, in which the polarization of the laser pulse and the pulse tail are different, is completely different from the conventional Q-switched semiconductor laser in its operation mechanism and structure.
  • the operation mechanism and structure are completely different from the mixture of TE polarized light and TM polarized light and the phase stable state, which have been reported to occur with low current injection.
  • FIGS. 18A to 18D A specific structural example of the semiconductor laser 100 according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 18A to 18D.
  • 18A is a structural example of a gain region 102
  • FIG. 18B is a structural example of an absorption region 103
  • FIG. 18C is a structural example of an isolation region
  • FIG. 18D is a cross-sectional view of a ridge side structural example.
  • Semiconductor layers formed by a semiconductor growth method such as MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) on an n-type GaAs semiconductor substrate 401 (hereinafter also referred to as semiconductor substrate 401) are an n-type AlGaAs buffer layer 402 and an n-type AlGaAs first layer.
  • the upper portion of the active layer 405 has at least three types of regions and a ridge structure. The three types of regions consist of gain region 102 , absorption region 103 and isolation region 113 .
  • the gain region 102 is formed by laminating an n-type AlGaAs second guide layer 406, a p-type AlGaAs second cladding layer 407, and a p-type GaAs contact layer 408.
  • the absorption region 103 is formed by stacking an AlGaAs second clad layer 416, a p-type AlGaAs second clad layer 417, and a p-type GaAs contact layer 418, each of which contains a PN junction.
  • the isolation region 113 is formed by stacking an n-type AlGaAs second guide layer 426 , an n-type AlGaAs second cladding layer 427 and a dielectric film 428 . Since these semiconductor layers are grown at the same time, the heterointerfaces of each region are aligned.
  • the positions of the PN junctions are different, and the distance from the PN junction of the absorption region 103 to the active layer 405 is shorter than that of the gain region 102 . Also, there is no intentionally created PN junction in the isolation region 113 .
  • Such a structure in which the positions of the p-type semiconductor layers are different for each region can be formed by, for example, impurity diffusion. However, it is not limited to the impurity diffusion method, and may be formed by, for example, a selective growth method, an ion implantation method, or the like.
  • the gain region 102 and the absorption region 103 are separated by the separation region 113, and the anode electrode 409 of the gain region 102 and the anode electrode 419 of the absorption region 103 have a PNP structure and have good electrical insulation characteristics. Therefore, since sufficient insulation is possible even if the separation width is very narrow, it is possible to reduce the optical propagation loss and improve the occupancy rate of the gain region 102 and the absorption region 103 .
  • the surface layer of the isolation region 113 is protected by a dielectric film 428 to suppress unintended formation of a PN junction due to a surface level or the like.
  • Gain region 102 and absorber region 103 are arranged as shown in FIG.
  • a cathode electrode 400 common to all regions is provided on the back surface of the n-type GaAs semiconductor substrate 401 .
  • the anode electrode may be shared.
  • the second cladding layers 407, 417, 427, 437 may have an etch stop layer with a higher refractive index than the second cladding layers.
  • the etching stop layer may be a single layer or multiple layers. These layers are used to control dry etching or wet etching when forming the ridge waveguide.
  • the active layer 405 is a weak n-type with an adjusted doping concentration.
  • the active layer 405 preferably has an SQW (Single Quantum Well) structure.
  • SQW Single Quantum Well
  • the active layer 405 is preferably a single layer and has a thickness in the range of 100 nm to 250 nm. Within this range, as described above, it is easy to obtain oscillation in which the first laser pulse 105 is in the TM mode and the second laser pulse 106 is in the TE mode. This is because when the thickness is less than 100 nm, the first laser pulse 105 and the second laser pulse 106 are in TE mode, and when the thickness is more than 250 nm, the first laser pulse 105 and second laser pulse 106 are in TM mode.
  • the waveguide 101 is formed by the refractive index distribution and ridge structure of the semiconductor layer structure.
  • a ridge width of 8 ⁇ m to 12 ⁇ m is desirable to obtain a single fundamental transverse mode in both horizontal and vertical directions.
  • Each dimension is, for example, a cavity length of 4 mm, an isolation width of 4 ⁇ m, a gain region length of 33 ⁇ m in the amplification region 307, a absorption region length of 33 ⁇ m in the amplification region 307, a gain region length of 100 ⁇ m in the seed region 308, and a gain region length of 100 ⁇ m in the seed region 308.
  • the absorption region length is 200 ⁇ m.
  • the ratio of gain region 102 to absorber region 103 is 1:1.
  • the ratio can be adjusted in the range of 0.2:1 to 1:1, but if one gain region 102 is 100 ⁇ m or more, ASE causes carrier density saturation, which is not desirable. Therefore, when the ratio of the absorption regions 103 is small, the length of one absorption region 103 becomes short, so the process difficulty increases.
  • the front end face 110 and the rear end face 111 are formed by a cleavage method or a dry etching method.
  • the front facet 110 is coated with an AR (Anti Reflection) coat with a reflectance of several percent or less
  • the rear facet 111 is coated with an HR (High Reflection) coat with a reflectance of 90% or more.
  • FIG. 19 is a diagram showing an example of the layer structure of the semiconductor laser 100 together with the transverse mode in the vertical direction. As shown, an asymmetric waveguide in which the refractive index of the first cladding layer is significantly higher than that of the second cladding layer can narrow the vertical radiation pattern of the laser pulse.
  • the vertical optical confinement by the refractive index distribution of the semiconductor layer structure is designed in consideration of propagation from the gain region 102 to the absorption region 103 .
  • the active layer 451 is a refractive index waveguide sandwiched between guide layers 452 and 453 and clad layers 454 and 455, and a fundamental transverse mode 456 exists.
  • the absorption region 103 if the absorption becomes too large, the propagating light is not coupled and tends to scatter to the cladding layer 454455 as indicated by arrows 458 .
  • the spontaneous emission light generated in the gain region 102 cannot be efficiently absorbed in the absorption region 103, and stray light in the stacked semiconductor layers causes ASE.
  • FIG. 21 is an example in which a graded structure is introduced only to the first guide layer 404 (the guide layer closer to the semiconductor substrate 401 than the active layer 405). Due to the first guide layer 404 having a thickness of at least 1 ⁇ m or more, most of the transverse mode in the vertical direction on the semiconductor substrate 401 side is contained in the first guide layer 404 . Even in the absorption region 103 before Q-switching, scattering of propagating light into the clad layer is suppressed, and spontaneous emission light generated in the gain region 102 can be efficiently absorbed in the absorption region 103 .
  • FIG. 22 shows an example in which a graded structure is introduced into the first guide layer 404 and the second guide layer 406 (the guide layers on the semiconductor substrate 401 side and the surface layer side sandwiching the active layer 405). Since the refractive index difference between the guide layer and the clad layer is large, most of the transverse mode in the vertical direction is contained in the first guide layer 404, the active layer 405, and the second guide layer 406. FIG. Therefore, even in the absorption region 103 before Q-switching, scattering of propagating light into the clad layer is suppressed, and spontaneous emission light generated in the gain region 102 can be efficiently absorbed in the absorption region 103 .
  • each of the first guide layer 404 and the second guide layer 406 is preferably 300 nm or more. This narrows the divergence angle of the beam and improves the coupling efficiency with the collimating lens.
  • the PN junction of the gain region 102 is separated from the active layer 405 and positioned on the surface layer side by approximately 400 nm from the PN junction of the absorption region 103 .
  • the PN junction of the absorption region 103 needs to ensure spatial overlap between the depletion layer and the active layer during reverse biasing, while the PN junction of the gain region 102 needs to suppress carrier overflow during high current injection. It's for.
  • PN junction distances are preferably at least 100 nm or more.
  • the semiconductor laser 100 described in one embodiment can be applied to a rangefinder.
  • a specific example of the ranging method is the ToF method.
  • ToF methods are classified into several types, and in particular, the direct time-of-flight measurement method (d-ToF) that irradiates a pulsed laser is subdivided into linear mode (LM), Geiger mode (GM), and single photon (SP) (each are appropriately referred to as the LM method, the GM method, and the SP method).
  • the LM method uses a linear light-receiving element such as an avalanche photodiode (APD), and can ensure the S/N, that is, the number of measurable photons N is about 100 to 1,000.
  • APD avalanche photodiode
  • GM method photon counting using a single photon avalanche diode (SPAD) or the like is often performed, and the expected value of the number of received photons in a single shot may be less than one.
  • the number of received photons N accumulated over multiple shots is used to perform histogramming.
  • SP method single-shot measurement is performed using a silicon photomultiplier (SiPM) or the like. The number of measurable photons is one or more.
  • FIG. 23 is a diagram showing a specific configuration example of a distance measurement system (distance measurement system 501) when the semiconductor laser 100 described above is applied to the distance measurement system.
  • distance measurement system 501 includes ranging device 501A and ranging object 1000 .
  • the distance measuring device 501A includes an interface 502, a control section 503, a light source section 504 to which the semiconductor laser 100 is applied, an optical path branching section 505, an optical scanning section 509, a first optical receiving section 512, a first signal It has a shaping section 513 , a time difference measuring section 514 , a second optical receiving section 515 , a second signal shaping section 516 , a light source monitoring section 517 and a computing section 522 .
  • the interface 502 is an interface for exchanging data and commands between the distance measuring device 501A and an external device.
  • the control unit 503 centrally controls the entire distance measuring device 501A.
  • the control unit 503 controls the operation of each unit of the distance measuring device 501A.
  • the light source unit 504 includes a Q-switched semiconductor light emitting element and a driving circuit, and has a pulse width of sub-nanoseconds, preferably 20 picoseconds or less, and a high-quality beam having pulse energy of several hundred picojoules to several nanojoules. Emits pulsed light.
  • the light from the light source unit 504 passes through a beam splitter or the like to irradiate the distance measurement object 1000 with the measurement light 506, the reference light 507 for obtaining the start signal for time measurement, and the light source. and a control light 508 for control.
  • the measurement light 506 is sent to an optical scanning unit 509 and sequentially irradiated in a designed FOV (Field of View) range.
  • the measurement light 506 irradiated to the distance measurement object 1000 such as a person is scattered. Part of the scattered light passes through the optical scanning unit 509 and becomes detection light 511 .
  • the reference light 507 is sent to the first optical receiver 512 and converted into a reference electrical signal 518 by a light receiving element such as a photodiode, an avalanche photodiode, or SiPM.
  • the reference electrical signal 518 is sent to the time difference measuring section 514 via the first signal shaping section 513 .
  • the detected light 511 is sent to a second optical receiver 515 and converted into a detected electric signal 520 by a light receiving element such as SiPM.
  • the detected electrical signal 520 is sent to the time difference measuring section 514 via the second signal shaping section 516 .
  • the second signal shaping section 516 amplifies a very weak detected electric signal 520 by single photon detection with high S/N and low jitter.
  • the first signal shaping section 513 amplifies the reference electrical signal 518, which is an analog waveform output from the light receiving element, and generates a reference rectangular wave 519 based on an arbitrarily set detection threshold.
  • the second signal shaping section 516 amplifies the detection electric signal 520, which is an analog waveform output from the light receiving element, and generates a detection rectangular wave 521 with an arbitrarily set detection threshold.
  • the control light 508 is sent to the light source monitoring unit 517 , measures the pulse energy and pulse width, and returns the information to the control unit 503 .
  • the rectangular waves sent to the time difference measuring unit 514 may be one or two or more, and these may be different rectangular waves obtained with two or more detection thresholds.
  • the time difference measuring unit 514 measures the relative time of the input rectangular wave by TDC. This may be the time difference between the reference rectangular wave 519 and the detected rectangular wave 521, the time difference between a separately prepared clock and the reference rectangular wave, or the time difference between the clock and the detected rectangular wave. These differ depending on the type of TDC.
  • TDC there is a single counter method, a counter method and inverter ring delay line that measures multiple times and calculates the average value, a counter method and vernier buffering, pulse shrink buffering, etc. High precision with picosecond resolution. A method that combines various measurement methods is used.
  • the time difference measuring unit 514 has a function of measuring the rise time of the detected electrical signal 520 output from the second optical receiving unit 515, measuring the peak value, and measuring the pulse integral value. good too. These can be measured by a TDC or ADC (Analog to Digital Converter).
  • the time difference measured by the time difference measurement unit 514 is sent to the calculation unit 522.
  • the calculation unit 522 performs offset adjustment, time-walk error correction using the rise of the detected electrical signal 520, peak value, pulse integral value, etc., and temperature correction. Then, the calculation unit 522 performs vector calculation using the scanning timing information 523 sent from the optical scanning unit 509 and obtains the distance to the distance measurement object 1000 . Note that the distance data and the scanning angle data may be output from the interface 502 without vector calculation. Further, appropriate processing such as noise removal, averaging with adjacent points, interpolation, etc. may be performed on these data, or advanced algorithms such as recognition processing may be performed.
  • the present disclosure can also adopt the following configurations. (1) having at least two or more gain regions and at least two or more absorption regions formed on a semiconductor substrate; wherein the gain region and the absorption region comprise a continuous active layer, and the gain region and the absorption region are alternately formed via isolation regions; A first laser pulse with a first polarized light is emitted from the front facet, followed by a second laser pulse with a second polarized light, and the first polarized light and the second polarized light are orthogonal to each other. There are semiconductor lasers. (2) The semiconductor laser according to (1), wherein at least two gain regions having a length of 100 ⁇ m or less on the optical propagation axis are formed.
  • guide layers on the semiconductor substrate side and the surface layer side sandwiching the active layer have a graded structure;
  • the peak wavelength of the first laser pulse is gradually lengthened as the time difference is increased, and is at least 1 nm or more.
  • (12) comprising a silicon photomultiplier that receives scattered light from the object for distance measurement.
  • An in-vehicle device comprising the distance measuring device according to any one of (11) to (13).
  • the SP method using the semiconductor laser 100 described in one embodiment is capable of highly efficient distance measurement in the range of ten and several centimeters to several tens of meters, and outputs distance data with a latency of 1 millisecond or less. Is possible.
  • the distance accuracy is from millimeters to several millimeters, and the following applications are possible by taking advantage of the characteristics of low power consumption and small size.
  • a distance measuring device 501A using the semiconductor laser 100 of the present disclosure is placed in a corner of a room as shown in FIG. 24, the entire room can be measured. It is possible to capture even slight movements such as moving a finger while moving. This makes it possible to operate electronic devices such as home appliances, experience interactive games, and use it for security. In addition, scanning SPs have very little mutual interference between devices, so by measuring distances from two or more directions with multiple distance sensor systems, real-time 3D modeling becomes possible, providing a more realistic interactive experience. can be provided. Since the SP method can be used even under sunlight, it is possible to provide an experience in which the space shown in FIG. 24 is expanded to a wider space.
  • FIG. 25 is a diagram schematically showing an application example assuming a usage scene in the city centered on people. Since the SP installed in the car CR performs highly accurate distance measurement in real time, it is possible to grasp even the slightest movement even in narrow spaces such as intersections and alleys where people are close to each other. As a result, not only the safety of the person H but also the smooth driving of the automatically driven automobile CR can be supported. An SP grounded on a utility pole or on a street can grasp a slight movement of a passing person without disturbing the movement line of the person H. What is acquired is real-time point cloud data, which can be operated with consideration for privacy. For example, it is an information service that predicts the movement of the person H, detects a crime in advance, or functions as an interface when a person intentionally operates public things. Such movements need to capture finger movements.
  • FIG. 26 is a schematic diagram showing an application example related to imaging technology.
  • the distance measuring device 501A accurately captures the positional information of the subject (for example, the person H), calculates the focal length and depth of focus, and adjusts the lens. can be done automatically. It can be used not only for this example but also for various devices that automatically control the distance.
  • the present disclosure can be applied to connection of machines, connection of trains, air refueling of aircraft, connection of artificial satellites, and the like.
  • the ranging device 501A is compact and consumes low power, it can also be applied to obstacle avoidance of unmanned aircraft such as drones.
  • unmanned aircraft such as drones.
  • SP is also excellent for asset management of structures using drones, it can acquire point clouds of more than megapoints per second in real time, and because of its low power consumption, many structures can be inspected in one flight. be possible.
  • Real-time SP goes well with sports.
  • point clouds with more than megapoints per second capture fine movements
  • real-time interactive experiences digitize sports movements that used to be sensory.
  • wearing a wearable device such as a piezoelectric element that people can feel, and conveying the information obtained from the SP to people in real time will increase their understanding.
  • FIG. 27 shows an example image of a sport (eg, golf) obtained in this way.
  • Multiple distance sensors enable real-time 360-degree 3D modeling, which can be used, for example, for golf swing analysis and teaching, as well as injury prevention. Since it can cover distances of several tens of meters, it can be used not only for golf but also for various sports such as baseball, basketball, tennis, and gymnastics.
  • the technology according to the present disclosure can be applied to various products without being limited to the application examples described above.
  • the technology according to the present disclosure can be applied to any type of movement such as automobiles, electric vehicles, hybrid electric vehicles, motorcycles, bicycles, personal mobility, airplanes, drones, ships, robots, construction machinery, agricultural machinery (tractors), etc. It may also be implemented as a body-mounted device.
  • FIG. 28 is a block diagram showing a schematic configuration example of a vehicle control system 7000, which is an example of a mobile control system to which the technology according to the present disclosure can be applied.
  • Vehicle control system 7000 comprises a plurality of electronic control units connected via communication network 7010 .
  • the vehicle control system 7000 includes a drive system control unit 7100, a body system control unit 7200, a battery control unit 7300, an outside information detection unit 7400, an inside information detection unit 7500, and an integrated control unit 7600.
  • the communication network 7010 that connects these multiple control units conforms to any standard such as CAN (Controller Area Network), LIN (Local Interconnect Network), LAN (Local Area Network), or FlexRay (registered trademark). It may be an in-vehicle communication network.
  • Each control unit includes a microcomputer that performs arithmetic processing according to various programs, a storage unit that stores programs executed by the microcomputer or parameters used in various calculations, and a drive circuit that drives various devices to be controlled. Prepare.
  • Each control unit has a network I/F for communicating with other control units via a communication network 7010, and communicates with devices or sensors inside and outside the vehicle by wired communication or wireless communication. A communication I/F for communication is provided. In FIG.
  • the functional configuration of the integrated control unit 7600 includes a microcomputer 7610, a general-purpose communication I/F 7620, a dedicated communication I/F 7630, a positioning unit 7640, a beacon receiving unit 7650, an in-vehicle equipment I/F 7660, an audio image output unit 7670, An in-vehicle network I/F 7680 and a storage unit 7690 are shown.
  • Other control units are similarly provided with microcomputers, communication I/Fs, storage units, and the like.
  • the drive system control unit 7100 controls the operation of devices related to the drive system of the vehicle according to various programs.
  • the driving system control unit 7100 includes a driving force generator for generating driving force of the vehicle such as an internal combustion engine or a driving motor, a driving force transmission mechanism for transmitting the driving force to the wheels, and a steering angle of the vehicle. It functions as a control device such as a steering mechanism to adjust and a brake device to generate braking force of the vehicle.
  • the drive system control unit 7100 may have a function as a control device such as ABS (Antilock Brake System) or ESC (Electronic Stability Control).
  • a vehicle state detection section 7110 is connected to the drive system control unit 7100 .
  • the vehicle state detection unit 7110 includes, for example, a gyro sensor that detects the angular velocity of the axial rotation motion of the vehicle body, an acceleration sensor that detects the acceleration of the vehicle, or an accelerator pedal operation amount, a brake pedal operation amount, and a steering wheel steering. At least one of sensors for detecting angle, engine speed or wheel rotation speed is included.
  • Drive system control unit 7100 performs arithmetic processing using signals input from vehicle state detection unit 7110, and controls the internal combustion engine, drive motor, electric power steering device, brake device, and the like.
  • the body system control unit 7200 controls the operation of various devices equipped on the vehicle body according to various programs.
  • the body system control unit 7200 functions as a keyless entry system, a smart key system, a power window device, or a control device for various lamps such as headlamps, back lamps, brake lamps, winkers or fog lamps.
  • body system control unit 7200 can receive radio waves transmitted from a portable device that substitutes for a key or signals from various switches.
  • Body system control unit 7200 receives the input of these radio waves or signals and controls the door lock device, power window device, lamps, etc. of the vehicle.
  • the battery control unit 7300 controls the secondary battery 7310, which is the power supply source for the driving motor, according to various programs. For example, the battery control unit 7300 receives information such as battery temperature, battery output voltage, or remaining battery capacity from a battery device including a secondary battery 7310 . The battery control unit 7300 performs arithmetic processing using these signals, and performs temperature adjustment control of the secondary battery 7310 or control of a cooling device provided in the battery device.
  • the vehicle exterior information detection unit 7400 detects information outside the vehicle in which the vehicle control system 7000 is installed.
  • the imaging section 7410 and the vehicle exterior information detection section 7420 is connected to the vehicle exterior information detection unit 7400 .
  • the imaging unit 7410 includes at least one of a ToF (Time Of Flight) camera, a stereo camera, a monocular camera, an infrared camera, and other cameras.
  • the vehicle exterior information detection unit 7420 includes, for example, an environment sensor for detecting the current weather or weather, or a sensor for detecting other vehicles, obstacles, pedestrians, etc. around the vehicle equipped with the vehicle control system 7000. ambient information detection sensor.
  • the environment sensor may be, for example, at least one of a raindrop sensor that detects rainy weather, a fog sensor that detects fog, a sunshine sensor that detects the degree of sunshine, and a snow sensor that detects snowfall.
  • the ambient information detection sensor may be at least one of an ultrasonic sensor, a radar device, and a LIDAR (Light Detection and Ranging, Laser Imaging Detection and Ranging) device.
  • LIDAR Light Detection and Ranging, Laser Imaging Detection and Ranging
  • These imaging unit 7410 and vehicle exterior information detection unit 7420 may be provided as independent sensors or devices, or may be provided as a device in which a plurality of sensors or devices are integrated.
  • FIG. 29 shows an example of the installation positions of the imaging unit 7410 and the vehicle exterior information detection unit 7420.
  • the imaging units 7910 , 7912 , 7914 , 7916 , and 7918 are provided, for example, at least one of the front nose, side mirrors, rear bumper, back door, and windshield of the vehicle 7900 .
  • An image pickup unit 7910 provided in the front nose and an image pickup unit 7918 provided above the windshield in the vehicle interior mainly acquire an image in front of the vehicle 7900 .
  • Imaging units 7912 and 7914 provided in the side mirrors mainly acquire side images of the vehicle 7900 .
  • An imaging unit 7916 provided in the rear bumper or back door mainly acquires an image behind the vehicle 7900 .
  • An imaging unit 7918 provided above the windshield in the passenger compartment is mainly used for detecting preceding vehicles, pedestrians, obstacles, traffic lights, traffic signs, lanes, and the like.
  • FIG. 29 shows an example of the imaging range of each of the imaging units 7910, 7912, 7914, and 7916.
  • the imaging range a indicates the imaging range of the imaging unit 7910 provided in the front nose
  • the imaging ranges b and c indicate the imaging ranges of the imaging units 7912 and 7914 provided in the side mirrors, respectively
  • the imaging range d is The imaging range of an imaging unit 7916 provided on the rear bumper or back door is shown. For example, by superimposing the image data captured by the imaging units 7910, 7912, 7914, and 7916, a bird's-eye view image of the vehicle 7900 viewed from above can be obtained.
  • the outside information detectors 7920, 7922, 7924, 7926, 7928, and 7930 provided on the front, rear, sides, corners, and inside the windshield of the vehicle 7900 may be, for example, ultrasonic sensors or radar devices.
  • the exterior information detectors 7920, 7926, and 7930 provided above the front nose, rear bumper, back door, and windshield of the vehicle 7900 may be LIDAR devices, for example.
  • These vehicle exterior information detection units 7920 to 7930 are mainly used to detect preceding vehicles, pedestrians, obstacles, and the like.
  • the vehicle exterior information detection unit 7400 causes the imaging section 7410 to capture an image of the exterior of the vehicle, and receives the captured image data.
  • the vehicle exterior information detection unit 7400 also receives detection information from the vehicle exterior information detection unit 7420 connected thereto.
  • the vehicle exterior information detection unit 7420 is an ultrasonic sensor, a radar device, or a LIDAR device
  • the vehicle exterior information detection unit 7400 emits ultrasonic waves, electromagnetic waves, or the like, and receives reflected wave information.
  • the vehicle exterior information detection unit 7400 may perform object detection processing or distance detection processing such as people, vehicles, obstacles, signs, or characters on the road surface based on the received information.
  • the vehicle exterior information detection unit 7400 may perform environment recognition processing for recognizing rainfall, fog, road surface conditions, etc., based on the received information.
  • the vehicle exterior information detection unit 7400 may calculate the distance to the vehicle exterior object based on the received information.
  • the vehicle exterior information detection unit 7400 may perform image recognition processing or distance detection processing for recognizing people, vehicles, obstacles, signs, characters on the road surface, etc., based on the received image data.
  • the vehicle exterior information detection unit 7400 performs processing such as distortion correction or alignment on the received image data, and synthesizes image data captured by different imaging units 7410 to generate a bird's-eye view image or a panoramic image. good too.
  • the vehicle exterior information detection unit 7400 may perform viewpoint conversion processing using image data captured by different imaging units 7410 .
  • the in-vehicle information detection unit 7500 detects in-vehicle information.
  • the in-vehicle information detection unit 7500 is connected to, for example, a driver state detection section 7510 that detects the state of the driver.
  • the driver state detection unit 7510 may include a camera that captures an image of the driver, a biosensor that detects the biometric information of the driver, a microphone that picks up the sound inside the vehicle, or the like.
  • a biosensor is provided, for example, on a seat surface, a steering wheel, or the like, and detects biometric information of a passenger sitting on a seat or a driver holding a steering wheel.
  • the in-vehicle information detection unit 7500 may calculate the degree of fatigue or concentration of the driver based on the detection information input from the driver state detection unit 7510, and determine whether the driver is dozing off. You may The in-vehicle information detection unit 7500 may perform processing such as noise canceling processing on the collected sound signal.
  • the integrated control unit 7600 controls overall operations within the vehicle control system 7000 according to various programs.
  • An input section 7800 is connected to the integrated control unit 7600 .
  • the input unit 7800 is realized by a device that can be input-operated by the passenger, such as a touch panel, button, microphone, switch or lever.
  • the integrated control unit 7600 may be input with data obtained by recognizing voice input by a microphone.
  • the input unit 7800 may be, for example, a remote control device using infrared rays or other radio waves, or may be an externally connected device such as a mobile phone or PDA (Personal Digital Assistant) corresponding to the operation of the vehicle control system 7000.
  • PDA Personal Digital Assistant
  • the input unit 7800 may be, for example, a camera, in which case the passenger can input information through gestures.
  • the input section 7800 may include an input control circuit that generates an input signal based on information input by the passenger or the like using the input section 7800 and outputs the signal to the integrated control unit 7600, for example.
  • a passenger or the like operates the input unit 7800 to input various data to the vehicle control system 7000 and instruct processing operations.
  • the storage unit 7690 may include a ROM (Read Only Memory) that stores various programs executed by the microcomputer, and a RAM (Random Access Memory) that stores various parameters, calculation results, sensor values, and the like. Also, the storage unit 7690 may be realized by a magnetic storage device such as a HDD (Hard Disc Drive), a semiconductor storage device, an optical storage device, a magneto-optical storage device, or the like.
  • ROM Read Only Memory
  • RAM Random Access Memory
  • the storage unit 7690 may be realized by a magnetic storage device such as a HDD (Hard Disc Drive), a semiconductor storage device, an optical storage device, a magneto-optical storage device, or the like.
  • the general-purpose communication I/F 7620 is a general-purpose communication I/F that mediates communication between various devices existing in the external environment 7750.
  • General-purpose communication I/F 7620 is a cellular communication protocol such as GSM (registered trademark) (Global System of Mobile communications), WiMAX (registered trademark), LTE (registered trademark) (Long Term Evolution) or LTE-A (LTE-Advanced) , or other wireless communication protocols such as wireless LAN (also referred to as Wi-Fi®), Bluetooth®, and the like.
  • General-purpose communication I / F 7620 for example, via a base station or access point, external network (e.g., Internet, cloud network or operator-specific network) equipment (e.g., application server or control server) connected to You may
  • external network e.g., Internet, cloud network or operator-specific network
  • equipment e.g., application server or control server
  • the general-purpose communication I/F 7620 uses, for example, P2P (Peer To Peer) technology to connect terminals (for example, terminals of drivers, pedestrians, stores, or MTC (Machine Type Communication) terminals) near the vehicle. may be connected with P2P (Peer To Peer) technology to connect terminals (for example, terminals of drivers, pedestrians, stores, or MTC (Machine Type Communication) terminals) near the vehicle.
  • P2P Peer To Peer
  • MTC Machine Type Communication
  • the dedicated communication I/F 7630 is a communication I/F that supports a communication protocol designed for use in vehicles.
  • the dedicated communication I/F 7630 uses standard protocols such as WAVE (Wireless Access in Vehicle Environment), DSRC (Dedicated Short Range Communications), which is a combination of lower layer IEEE 802.11p and higher layer IEEE 1609, or cellular communication protocol. May be implemented.
  • the dedicated communication I/F 7630 is typically used for vehicle-to-vehicle communication, vehicle-to-infrastructure communication, vehicle-to-home communication, and vehicle-to-pedestrian communication. ) perform V2X communication, which is a concept involving one or more of the communications.
  • the positioning unit 7640 receives GNSS signals from GNSS (Global Navigation Satellite System) satellites (for example, GPS signals from GPS (Global Positioning System) satellites), performs positioning, and obtains the latitude, longitude, and altitude of the vehicle. Generate location information containing Note that the positioning unit 7640 may specify the current position by exchanging signals with a wireless access point, or may acquire position information from a terminal such as a mobile phone, PHS, or smart phone having a positioning function.
  • GNSS Global Navigation Satellite System
  • GPS Global Positioning System
  • the beacon receiving unit 7650 receives, for example, radio waves or electromagnetic waves transmitted from wireless stations installed on the road, and acquires information such as the current position, traffic jams, road closures, or required time. Note that the function of the beacon reception unit 7650 may be included in the dedicated communication I/F 7630 described above.
  • the in-vehicle device I/F 7660 is a communication interface that mediates connections between the microcomputer 7610 and various in-vehicle devices 7760 present in the vehicle.
  • the in-vehicle device I/F 7660 may establish a wireless connection using a wireless communication protocol such as wireless LAN, Bluetooth (registered trademark), NFC (Near Field Communication), or WUSB (Wireless USB).
  • a wireless communication protocol such as wireless LAN, Bluetooth (registered trademark), NFC (Near Field Communication), or WUSB (Wireless USB).
  • the in-vehicle device I/F 7660 is connected via a connection terminal (and cable if necessary) not shown, USB (Universal Serial Bus), HDMI (registered trademark) (High-Definition Multimedia Interface, or MHL (Mobile High -definition Link), etc.
  • In-vehicle equipment 7760 includes, for example, at least one of mobile equipment or wearable equipment possessed by passengers, or information equipment carried in or attached to the vehicle. In-vehicle equipment 7760 may also include a navigation device that searches for a route to an arbitrary destination. or exchange data signals.
  • the in-vehicle network I/F 7680 is an interface that mediates communication between the microcomputer 7610 and the communication network 7010. In-vehicle network I/F 7680 transmits and receives signals and the like according to a predetermined protocol supported by communication network 7010 .
  • the microcomputer 7610 of the integrated control unit 7600 uses at least one of a general-purpose communication I/F 7620, a dedicated communication I/F 7630, a positioning unit 7640, a beacon receiving unit 7650, an in-vehicle device I/F 7660, and an in-vehicle network I/F 7680.
  • the vehicle control system 7000 is controlled according to various programs on the basis of the information acquired by. For example, the microcomputer 7610 calculates control target values for the driving force generator, steering mechanism, or braking device based on acquired information about the inside and outside of the vehicle, and outputs a control command to the drive system control unit 7100. good too.
  • the microcomputer 7610 realizes the functions of ADAS (Advanced Driver Assistance System) including collision avoidance or shock mitigation, follow-up driving based on inter-vehicle distance, vehicle speed maintenance driving, vehicle collision warning, or vehicle lane deviation warning. Cooperative control may be performed for the purpose of In addition, the microcomputer 7610 controls the driving force generator, the steering mechanism, the braking device, etc. based on the acquired information about the surroundings of the vehicle, thereby autonomously traveling without depending on the operation of the driver. Cooperative control may be performed for the purpose of driving or the like.
  • ADAS Advanced Driver Assistance System
  • Microcomputer 7610 receives information obtained through at least one of general-purpose communication I/F 7620, dedicated communication I/F 7630, positioning unit 7640, beacon receiving unit 7650, in-vehicle device I/F 7660, and in-vehicle network I/F 7680. Based on this, three-dimensional distance information between the vehicle and surrounding objects such as structures and people may be generated, and local map information including the surrounding information of the current position of the vehicle may be created. Further, based on the acquired information, the microcomputer 7610 may predict dangers such as vehicle collisions, pedestrians approaching or entering closed roads, and generate warning signals.
  • the warning signal may be, for example, a signal for generating a warning sound or lighting a warning lamp.
  • the audio/image output unit 7670 transmits at least one of audio and/or image output signals to an output device capable of visually or audibly notifying the passengers of the vehicle or the outside of the vehicle.
  • an audio speaker 7710, a display section 7720 and an instrument panel 7730 are illustrated as output devices.
  • Display 7720 may include, for example, at least one of an on-board display and a head-up display.
  • the display unit 7720 may have an AR (Augmented Reality) display function.
  • the output device may be headphones, a wearable device such as an eyeglass-type display worn by a passenger, or other devices such as a projector or a lamp.
  • the display device When the output device is a display device, the display device displays the results obtained by various processes performed by the microcomputer 7610 or information received from other control units in various formats such as text, images, tables, and graphs. Display visually. Also, when the output device is a voice output device, the voice output device converts an audio signal including reproduced voice data or acoustic data into an analog signal and aurally outputs the analog signal.
  • At least two control units connected via the communication network 7010 may be integrated as one control unit.
  • an individual control unit may be composed of multiple control units.
  • vehicle control system 7000 may comprise other control units not shown.
  • some or all of the functions that any control unit has may be provided to another control unit. In other words, as long as information is transmitted and received via the communication network 7010, the predetermined arithmetic processing may be performed by any one of the control units.
  • sensors or devices connected to any control unit may be connected to other control units, and multiple control units may send and receive detection information to and from each other via communication network 7010. .
  • the semiconductor laser of the present disclosure can be applied, for example, to the vehicle exterior information detection section.
  • Reference Signs List 100 Semiconductor laser 102 Gain region 103 Absorption region 105 First laser pulse 106 Second laser pulse 110 Front facet 113 Separation region 401 ... semiconductor substrate 405 ... active layer

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Abstract

例えば、レーザーパルスにおけるテールの影響を低減する。　半導体基板上に形成された、少なくとも二つ以上の利得領域および少なくとも二つ以上の吸収領域を有し、利得領域および吸収領域は、連続した活性層を含み、さらに、利得領域および吸収領域は、分離領域を介して交互に形成されており、前端面より第１の偏光を備えた第１レーザーパルスが出射され、続いて第２の偏光を備えた第２レーザーパルスが出射され、第１の偏光と第２の偏光とが直交している半導体レーザーである。

Description

半導体レーザー、測距装置および車載装置
　本開示は、半導体レーザー、測距装置および車載装置に関する。
　レーザーパルスを出力する半導体レーザー（例えば、下記非特許文献１参照）は、例えば、飛行時間計測法（以下、ＴｏＦ(Time of Flight)と適宜、称する）における光源として用いられている。ＴｏＦ方式の距離センサーは、地形測定、構造物の管理、自律航行、生産ラインにおける不良検査や、スポーツ、エンターテイメント、アートなど多岐の用途に利用されている。レーザーのパルス幅は、計測可能な時間分解能を与える。光の速度が一定であるため、レーザーのパルス幅は、計測される距離分解能に寄与する。例えば、光の速度を３×１０８ｍ／ｓとした場合、時間分解能が１ナノ秒であれば距離分解能は１５ｃｍ、時間分解能が１ピコ秒であれば０．１５ｍｍである。
Brigitte Lanz, et.al., Optics Express 29780 (2013).
　このような分野では、半導体レーザーから出射されるレーザーパルスのパルステール（以下、テールとも適宜、称する）の影響を極力抑制することが望まれる。
　本開示は、レーザーパルスのテールの影響を極力抑制する半導体レーザー、測距装置および車載装置を提供することを目的の一つとする。
　本開示は、例えば、
　半導体基板上に形成された、少なくとも二つ以上の利得領域および少なくとも二つ以上の吸収領域を有し、
　利得領域および吸収領域は、連続した活性層を含み、さらに、利得領域および吸収領域は、分離領域を介して交互に形成されており、
　前端面より第１の偏光を備えた第１レーザーパルスが出射され、続いて第２の偏光を備えた第２レーザーパルスが出射され、第１の偏光と第２の偏光とが直交している
　半導体レーザーである。
　また、本開示は、例えば、
　上述した半導体レーザーと、
　光分離部と
　を備え、
　光分離部により第１レーザーパルスと第２レーザーパルスとが分離される
　測距装置である。
　本開示は、係る測距装置を有する車載装置でもよい。
図１は、一実施形態に係る半導体レーザーを説明するための図である。 図２は、一実施形態に係る半導体レーザーの駆動例についての説明がなされる際に参照される図である。 図３Ａは、複数の利得領域に印加される電流を模式的に示した図であり、図３Ｂは、生成される第１レーザーパルスおよび第２レーザーパルスの時間波形の一例を模式的に示した図である。 図４Ａは、複数の利得領域に印加される電流を模式的に示した図であり、図４Ｂは、生成される第１レーザーパルスおよび第２レーザーパルスの時間波形の他の例を模式的に示した図である。 図５Ａは、複数の利得領域に印加される電流を模式的に示した図であり、図５Ｂは、生成される第１レーザーパルスおよび第２レーザーパルスの時間波形の他の例を模式的に示した図である。 図６Ａは、複数の利得領域に印加される電流を模式的に示した図であり、図６Ｂは、生成される第１レーザーパルスおよび第２レーザーパルスの時間波形の他の例を模式的に示した図である。 図７Ａは、複数の利得領域に印加される電流を模式的に示した図であり、図７Ｂは、印加された電流に応じて生成され、偏光ビームスプリッタで分離された後の第１レーザーパルスの時間波形を模式的に示した図である。 図８Ａは、複数の利得領域に印加される電流を模式的に示した図であり、図８Ｂは、印加された電流に応じて生成され、偏光ビームスプリッタで分離された後の第１レーザーパルスの時間波形を模式的に示した図である。 図９Ａは、複数の利得領域に印加される電流を模式的に示した図であり、図９Ｂは、印加された電流に応じて生成され、偏光ビームスプリッタで分離された後の第１レーザーパルスの時間波形を模式的に示した図である。 図１０は、一般的なＱスイッチレーザーを説明するための図である。 図１１Ａは、一般的な構成を有するＱスイッチレーザーの複数の利得領域に印加される電流を模式的に示した図であり、図１１Ｂは、印加された電流に応じて生成されるレーザーパルスの時間波形を模式的に示した図である。 図１２Ａは、一般的な構成を有するＱスイッチレーザーの複数の利得領域に印加される電流を模式的に示した図であり、図１２Ｂは、印加された電流に応じて生成されるレーザーパルスの時間波形を模式的に示した図である。 図１３Ａは、一般的な構成を有するＱスイッチレーザーの複数の利得領域に印加される電流を模式的に示した図であり、図１３Ｂは、印加された電流に応じて生成されるレーザーパルスの時間波形を模式的に示した図である。 図１４Ａは、一般的な半導体レーザーにおけるＱスイッチング前後の共振器内の振る舞いを模式的に示した図であり、図１４Ｂは、当該共振器内の光強度を模式的に示した図である。 図１５は、一般的な半導体レーザーにおける、レーザーパルスの共振器内の振る舞いを模式的に示した図である。 図１６Ａは、一実施形態に係る半導体レーザーにおけるＱスイッチング前後の共振器内の振る舞いを模式的に示した図であり、図１６Ｂは、当該共振器内の光強度を模式的に示した図である。 図１７は、一実施形態に係る第１レーザーパルスと第２レーザーパルスとの関係を説明するための図である。 図１８Ａ～図１８Ｄは、一実施形態に係る半導体レーザーの具体的な構成例を説明するための図である。 図１９は、一実施形態に係る半導体レーザーの層構造の一例と垂直方向の横モードとを併せて示した図である。 図２０は、半導体層構造の屈折率分布による垂直方向の光閉じ込めは利得領域から吸収領域への伝搬を考慮して設計される点を説明するための図である。 図２１は、一実施形態に係る第１ガイド層のみにグレーテッド構造を導入した例を説明するための図である。 図２２は、一実施形態に係る第１ガイド層および第２ガイド層にグレーテッド構造を導入した例を説明するための図である。 図２３は、一実施形態に係る測距システムの具体的な構成例を示すブロック図である。 図２４は、応用例を説明するための図である。 図２５は、応用例を説明するための図である。 図２６は、応用例を説明するための図である。 図２７は、応用例を説明するための図である。 図２８は、車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 図２９は、車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
　以下、本開示の実施形態等について図面を参照しながら説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
＜本開示の背景＞
＜一実施形態＞
＜変形例＞
　以下に説明する実施形態等は本開示の好適な具体例であり、本開示の内容がこれらの実施形態等に限定されるものではない。なお、特に断らない限り、図面における色の濃淡やハッチング等の模様は特定の意味を有するものではない。また、説明の便宜を考慮して、図示を適宜、簡略化したり、一部の構成のみに参照符号を付す場合もある。
＜本開示の背景＞
　始めに、本開示の理解を容易とするために、本開示の背景について説明する。上述したように、例えば、ＴｏＦ方式の距離センサーに半導体レーザーが用いられる。数ナノ秒のレーザーパルスを出力する半導体レーザーは、共振器内で均一な活性層があり、数ナノ秒のパルス電流を印加することで得られる。これは半導体スイッチの応答速度および半導体レーザーの活性層におけるキャリア寿命がサブナノ秒～数ナノ秒であることに起因する。
　１００ピコ秒程度のレーザーパルスを出力する半導体レーザーは、共振器内にパッシブもしくはアクティブに吸収量が変わる領域を備えている。レーザー発振前は共振器内の吸収が利得を上回っているためレーザー発振に至らず、活性層のキャリア密度は連続発振（以下、ＣＷ(Continuous Wave)とも適宜、称する）よりも高い状態になる。吸収が下がると急激にレーザー発振に至り、瞬間的にＣＷ時よりも高い利得が得られるため高い尖塔値のパルスレーザーが得られる。
　例えば、上述した非特許文献１で報告されている構造では共振器長１．４ｍｍ、ストライプ幅１２８μｍの共振器前方に２０μｍあるいは４０μｍの吸収領域を設けている。半値全幅１．４６ナノ秒のパルス電流を印加し、電流ピークを越えたあたりでレーザーパルスが得られ、その後パルス電流の緩やかな減衰に伴ってレーザーパルスの２５％程度のテールが生じている。また電流値を下げていくとレーザーパルスの発振タイミングが遅くなり、テールが減るとともに、レーザーパルス発振も停止する。
　このように高尖塔値のレーザーパルスを発生させる従来の半導体レーザーは、パルステールが生じやすいという問題があった。また、パルステールを抑制するためにはパルス電流を高精度に制御する必要があり、システムが複雑化してしまうという問題があった。係る観点を踏まえつつ、本開示について一実施形態によって詳細に説明する。
＜一実施形態＞
　図１を参照しつつ、本実施形態に係る半導体レーザーの概略を説明する。本実施形態に係る半導体レーザーは、例えば、Ｑスイッチ方式の半導体レーザー（以下、半導体レーザー１００と、適宜、略称する）である。
　始めに、Ｑスイッチ方式の半導体レーザー（以下、Ｑスイッチレーザーとも適宜、称する）について概略的に説明する。Ｑスイッチレーザーは、レーザー共振器の光損失を大きくして発振を抑えながら励起を続け、レーザー媒質中の励起状態にあるキャリア数が十分大きくなった時点で共振器の光損失を急激に小さくすることでレーザー発振させるものである。すなわち、共振器のＱ値が瞬時に高められることで高強度のパルス光が得られる。
　Ｑスイッチ方式には可飽和吸収体を用いた受動型と、吸収率を能動的に制御する能動型がある。受動型Ｑスイッチレーザーは、構造が比較的シンプルな構成で作製できるという利点を有するものの、パルス光に自励振動が残りやすく、また、パルス光の発生するタイミングを能動的に制御することができないため強度が十分に大きくならないという欠点がある。これに対して、能動型Ｑスイッチレーザーでは、パルス光の発生タイミングを能動的に制御でき、受動型Ｑスイッチレーザーの欠点を補うことが可能であるが、駆動回路を含めた装置構成が複雑になるため、その制御性やサイズ、コストの面において不利な点が存在する。従って、これらの観点を踏まえ、回路構成を適切に設定することが望まれる。
　Ｑスイッチレーザーでは、ヘキ開等により形成された対向する端面が成す共振器内に光吸収領域が設けられる。ＱスイッチレーザーのＰＮ接合に順方向に電圧を印加すると、順方向電流が流れ、自然放出光が得られる。活性層の屈折率はクラッド層の屈折率より高いため光は活性層を含む、近傍に垂直方向に閉じこめられ、またリッジ構造によりリッジ下部を含む、近傍に水平方向に閉じ込められ、このように閉じ込められた光伝搬モードはリッジ構造の両端面をミラーとする共振器内を往復する。この時、光は励起状態にある他の電子の発光遷移を誘発し、誘導放出を引き起こす。光子数は共振器内を往復するうちに増幅され、その利得が損失を上回るとレーザー発振に至る。
　ＱスイッチレーザーのＰＮ接合に逆方向の電圧を印加すると、活性層では光吸収が増加する。この時、ＰＮジャンクションには光起電力が発生し、光起電流が逆方向に流れることになる。Ｑスイッチレーザーにおいては、逆方向バイアスの印加によって発生する光吸収の性質をＱスイッチとして利用する。
　逆方向バイアス印加下における光吸収領域の光吸収特性は種々の要因による。活性層（例えば量子井戸）のバンドギャップの減少、量子井戸から隣接層へのトンネリング確率の増加等により光吸収が増加する。一方、ｐ層、ｎ層のキャリア密度が光励起により増加するため、アノード、カソードが結線されていない場合には光キャリアによるＰＮジャンクションにかかる電位差が低下して吸収が低下する。従って、アノード、カソード間を結線することで吸収低下を抑制することができる。また、アノード、カソード間の閉回路に抵抗を挿入すると、電圧降下によりＰＮジャンクションにかかる電位差を低減できる。また、閉回路の時定数を大きくすると光起電流を抑制することができる。光吸収領域の光吸収特性が利得領域で生じた光によって過渡的に変化する構造は一般的に受動型と呼ばれる。一方、能動型では、光吸収領域の光吸収特性を駆動回路にて直接変調する。以上で、Ｑスイッチレーザーについての概略的な説明を終える。
［半導体レーザーの構成例］
　図１に示すように、半導体レーザー１００は、導波路（光導波路）１０１を有している。導波路１０１は半導体基板上にエピタキシャル成長した層構造（半導体層）と、当半導体層の表面側から設けられたリッジ構造とにより形成される。導波路１０１には、半導体基板上に形成された、少なくとも二つ以上の（複数の）利得領域１０２と、少なくとも二つ以上の（複数の）吸収領域１０３とが、後述する分離領域を介して交互に配置および形成されている。後述する層構造や駆動条件を満たすときに、半導体レーザー１００の前端面１１０から光軸１０４に沿って、第１レーザーパルス１０５と、それに続いて、パルステールである第２レーザーパルス１０６が出射される。第１レーザーパルス１０５の偏光（第１の偏光の一例）は半導体層構造に垂直なＴＭ(Transverse Magnetic)モードであり、第２レーザーパルス１０６の偏光（第２の偏光の一例）は半導体積層構造に平行なＴＥ(Transverse Electric)モードである。すなわち、第１の偏光と第２の偏光とが直交している。
　半導体レーザー１００から出射されたレーザーは、不図示のコリメートレンズ等を通した後、光分離部の一例である偏光ビームスプリッタ１０７により第１レーザーパルス１０５および第２レーザーパルス１０６に分離され、それぞれ光軸１０８上の第１レーザーパルス１０５と光軸１０９上の第２レーザーパルス１０６となる。
［半導体レーザー１００の駆動例］
　次に、図２を参照しつつ、半導体レーザー１００の駆動例について説明する。図２に示すように、複数の利得領域１０２のアノード電極１２０（図２において黒色を付している）は互いに結線され、それぞれのアノード電極１２０が定電圧源１２１に接続される。複数の吸収領域１０３のアノード電極１２２は互いに結線され、Ｑスイッチ回路１２３に接続される。Ｑスイッチ回路１２３は、Ｑスイッチ動作を制御する回路であり、公知の回路構成を適用できる。
　半導体レーザー１００の半導体基板１２８に設けられたカソード電極１２４は、ＮＭＯＳ(Negative-channel Metal Oxide Semiconductor)等のスイッチング素子１２５を介してグラウンド１２６に接続される。スイッチング素子１２５がオフしている間（ＮＭＯＳが閉じている間）のカソード電圧Vcathodeは定電圧源１２１の電圧Vgainから半導体レーザー１００のＰＮジャンクションのバンドギャップエネルギー相当の電圧Vbgを引いた値である。スイッチング素子１２５がオンすることで（ＮＭＯＳを開くことで）カソード電圧が急激に降下して複数の利得領域１０２のそれぞれにパルス電流が印加される。
　ここで、ＮＭＯＳが閉じている間の複数の吸収領域１０３のアノード電極１２２の電圧Vqswは電圧Vcathodeよりも低く、従って、複数の吸収領域１０３のＰＮジャンクションには逆バイアスが印加される。複数の吸収領域１０３の活性層は、ＰＮジャンクションに形成された空乏層に一部もしくはその全てが重なっており、吸収係数が増加する。アノード電極１２２とカソード電極１２４間にはＰＮジャンクションによる容量、寄生容量があり、また、意図的に容量を追加することができる。ＮＭＯＳを開くことでカソード電圧Vcathodeが急激に降下することで、これらの容量を介してアノード電極１２２の電圧Vqswも急激に降下する。その後、電圧Vqswを急激に上昇し、複数の吸収領域１０３の逆バイアスが解消され吸収係数が急激に低下する。このようなアノード電極１２２の電圧Vqswの変動は、カソード電極１２４の電圧変化に連動した電圧降下を利用した自己生成的な手法であったり、ＮＭＯＳのスイッチングタイミングと連動したアクティブな手法であったりしてもよい。
　図３Ａは、複数の利得領域１０２に印加される電流を示し、図３Ｂは、当該電流に応じて生成される第１レーザーパルス１０５および第２レーザーパルス１０６の時間波形を簡略化して示した図である。図３Ａにおける横軸は時間を示し、縦軸は注入電流の大きさを示す。また、図３Ｂにおける横軸は時間を示し、縦軸は光出力の大きさを示す。図４から図６までの各図における図示の内容も同様である。
　パルス電流ＣＡは利得領域１０２の活性層のキャリア密度飽和時間よりも長く、パルス幅がおよそ２ナノ秒から４ナノ秒程度である。Ｑスイッチレーザーにおける活性層のキャリア密度飽和はＡＳＥ（自然放出光の増幅）に律速される。本実施形態のように、複数の利得領域１０２と吸収領域１０３とを交互に配置することにより利得領域１０２で生成した自然放出光は速やかに隣接する吸収領域１０３で吸収される。この結果、自然放出光を種とした誘導放出によるキャリア密度の飽和が抑制される。すなわち、キャリア密度飽和時間が長くなる。
　図３Ａおよび図３Ｂに示すように、Ｑスイッチングのタイミングをギリギリまで遅くすると、第１レーザーパルス１０５が発生した後に、僅かに第２レーザーパルス１０６が発生する。電気的な時定数の影響によりこのようなタイミングでは注入電流は低下し始めている。図４Ａおよび図４Ｂに示すように、Ｑスイッチングのタイミングを早くすると、第１レーザーパルス１０５の尖塔値が高くなり、第２レーザーパルス１０６の光出力も強くなる。図５Ａおよび図５Ｂに示すように、更にＱスイッチングのタイミングを早くすると第１レーザーパルス１０５の尖塔値は僅かに高くなる一方で、第２レーザーパルス１０６の光出力は顕著に強くなる。図６Ａおよび図６Ｂに示すように、更にＱスイッチングのタイミングを早くすると、電流注入時間が利得領域１０２のキャリア密度飽和時間よりも十分に短くなり第１レーザーパルス１０５の光出力は弱くなる。
　図７Ａは、複数の利得領域１０２に印加されるパルス電流ＣＡを示し、図７Ｂは、パルス電流ＣＡを印加した場合に生成され、偏光ビームスプリッタ１０７で分離された後の第１レーザーパルス１０５の時間波形を簡略化して示している。図８Ａおよび図８Ｂ、図９Ａおよび図９Ｂも同様である。
　図７Ａおよび図７Ｂ（図８Ａおよび図８Ｂ、図９Ａおよび図９Ｂについても同様）に示すようにＱスイッチングのタイミングが適当であれば、広い時間範囲でパルステールが無く、尖塔値が高い第１レーザーパルス１０５が発生する。
＜本実施形態の優位な点＞
　本実施形態の半導体レーザー１００の優位な点について、一般的な構成を有するＱスイッチレーザーと対比しながら説明する。
　図１０は、一般的な構成を有するＱスイッチレーザー（以下、半導体レーザー２００と適宜、称する）の概略を示しており、半導体レーザー２００は、導波路２０１に形成される利得領域２０２を有し、前面に吸収領域２０３が設けられている。前端面２０７から光軸２０４に沿ってレーザーパルス２０５が出射される。レーザーパルス２０５はテール２０６を伴い、レーザーパルス２０５およびテール２０６の何れも同じ偏光である。図示の例ではＴＥモードである。
　図１１Ａおよび図１１Ｂは、利得領域２０２に印加されるパルス電流ＣＡと、レーザーパルス２０５およびテール２０６の時間波形を簡略化して示した図である。図１１Ａに示すように、Ｑスイッチングのタイミングをギリギリまで遅くすると、図１１Ｂに示すように、レーザーパルス２０５は僅かなテール２０６を伴って発生する。電気的な時定数の影響によりこのようなタイミングでは注入電流は低下し始めている。図１２Ａおよび図１２Ｂに示すように、Ｑスイッチングのタイミングを早くすると、レーザーパルス２０５の尖塔値が高くなり、テール２０６も強くなる。図１３Ａおよび図１３Ｂに示すように、更にＱスイッチングのタイミングを早くするとレーザーパルス２０５の尖塔値は僅かに高くなる一方で、テール２０６の光出力は顕著に強くなる。
　図１４Ａは、半導体レーザー２００におけるＱスイッチング前後の共振器内の振る舞いを模式的に示した図である。図１４Ｂは、当該共振器内の光強度を模式的に示す図である。
　半導体レーザー２００の導波路２０１には、後端面２０８と前端面２０７とにより共振器が形成されている。導波路２０１には、利得領域２０２と吸収領域２０３とが設けられている。吸収領域２０３は前面に設けられている。後端面２０８に高反射膜を形成する場合、利得領域２０２に電流注入して生成した後退波は後端面２０８で反射（矢印２２７）されて進行波になる。一方、前端面２０７では吸収領域２０３により進行波の反射（矢印２２８）が抑制される。有意な長さ、例えば概ね１００μｍ以上の利得領域２０２ではＡＳＥにより、共振器内の光強度２３０が吸収領域２０３近傍の利得領域２０２において最大になる（図１４Ｂ参照）。
　図１５に示すように、吸収領域２０３の吸収係数が小さくなると前端面２０７の反射（矢印２４０）により共振してレーザー発振に至る。レーザーパルスの一部が反射により共振器に結合すること、活性層に注入されたキャリアがレーザーパルス発振時に完全には枯渇しないこと、レーザーパルス発振後にもパルス電流が注入されることにより、テール２０６が生じる。従って、このようなレーザーパルス２０５とテール２０６との間には時間コヒーレンスが残っていると考えられる。
　図１６Ａは、一実施形態に係る半導体レーザー１００におけるＱスイッチング前後の共振器内の振る舞いを模式的に示した図であり、図１６Ｂは、当該共振器内の光強度を模式的に示した図である。
　半導体レーザー１００の導波路１０１には、後端面１１１と前端面１１０とにより共振器が形成されており、また導波路１０１には、複数の利得領域１０２と複数の吸収領域１０３とが設けられている。更に、各利得領域および吸収領域が短い増幅領域３０７と、長い単一の利得領域と単一の吸収領域からなる種領域３０８からなる。後端面１１１に高反射膜が形成され、前端面１１０は低反射膜が形成される。増幅領域３０７における各利得領域１０２の長さ（図１６における水平方向の長さであり、光伝搬軸上の長さ）は１００μｍ以下であってＡＳＥを極力抑制している。すなわち、各利得領域１０２で生じた自然放出光の大半はＡＳＥによる誘導放出を起こさずに隣接する吸収領域１０３で吸収される。利得領域１０２と吸収領域１０３の長さの比率は１：１から１：０．２程度が好ましい。利得領域１０２と吸収領域１０３の長さの比率が１：１の場合は、増幅領域３０７における各吸収領域１０３の長さ（図１６における水平方向の長さであり、光伝搬軸上の長さ）は１００μｍ以下である。利得領域１０２が短いほどＡＳＥの影響を抑えられるが、利得領域１０２と吸収領域１０３を電気的に絶縁するＮ型の分離領域１１３が占める比率が相対的に大きくなったり、各領域の電極幅が狭くなり段切れしたりする虞がある。係る点を考慮しつつ、各領域の長さが適切に決定される。
　一方、種領域３０８における利得領域１０２の長さは、増幅領域３０７における利得領域１０２の長さよりも長く、１００μｍ以上であってもよい。すなわち、後端面１１１側の最も近傍にある利得領域１１２が他の利得領域１１２より共振器方向（光伝搬軸上）に長くてもよい。後端面１１１による反射によりＱスイッチング前の光強度３３０は、種領域３０８におけるＡＳＥにより、吸収領域１０３近傍の利得領域１０２において最大になる（図１６Ｂ参照）。種領域３０８は半導体レーザー２００の共振器と比較して有意に短く、Ｑスイッチング前のキャリア密度の飽和レベルが高い。増幅領域３０７においてはＡＳＥが極力抑制されるため、Ｑスイッチング前のキャリア密度の飽和レベルが著しく高い。Ｑスイッチングにより吸収領域１０３の吸収が小さくなると光強度３３０が種光となり、増幅領域３０７に蓄積されたキャリアにより高尖塔値の第１レーザーパルス１０５が発生する。その後、吸収領域１０３の吸収が回復するためには各種時定数の影響でサブナノ秒から数ナノ秒を要するため、継続して印加されるパルス電流ＣＡによりパルステールである第２レーザーパルス１０６が生じる。
　図１７は、本実施形態における第１レーザーパルス１０５と第２レーザーパルス１０６との関係を示した図である。第１レーザーパルス１０５のピーク波長は第２レーザーパルス１０６のピーク波長よりも長波長側にあり、Ｑスイッチ動作を誘発するタイミングを遅らせていく（時間差を大きくすると）と破線から実線のように長波長化が進む。第１レーザーパルス１０５のピーク波長は、第２レーザーパルス１０６のピーク波長よりも少なくとも１ｎｍ以上のピーク波長の飛び（間隔）がある。最も長波長化した場合では、第１レーザーパルス１０５のピーク波長は、第２レーザーパルス１０６のピーク波長よりも５ｎｍ以上長い場合もある。すなわち、本実施形態に係る半導体レーザー１００によれば、Ｑスイッチのタイミングを適切に制御することで、出射される第１レーザーパルス１０５と第２レーザーパルス１０６とを分離することができる。
　更に、第１レーザーパルス１０５のピーク波長の長波長化は連続的ではなく、非連続の飛びを伴う場合がある。このような極端なレッドシフトは多体効果によるRenormalizationと考えられ、Ｑスイッチ前後でレーザー発振に寄与しているバンド構造が変化している。この結果、レーザーパルスとパルステール間のコヒーレンスが激減、あるいはインコヒーレント状態になると考えられる。なお、上述した特許文献１で報告された半導体レーザーではレーザーパルスの中止波長はパルステールよりも短く、バンドフィリングの影響と考えられる。
　実験した結果、例えば、活性層にＡｌＧａＡｓ（アルミニウム／ガリウム／ヒ素）を用いた発振波長８３０ｎｍ前後の半導体レーザー１００は、単一活性層が８０ｎｍであっては第１レーザーパルス１０５と第２レーザーパルス１０６とはいずれもＴＥモードであり、レーザーパルスの中心波長はパルステールよりも５ｎｍ程度長波長であった。従って、レーザーパルスとパルステールを波長フィルターで分離するための波長差としては優位である。単一活性層が１２０ｎｍであっては第１レーザーパルス１０５がＴＭモード、第２レーザーパルス１０６がＴＥモードであり、第１レーザーパルス１０５の中心波長は第２レーザーパルス１０６よりも長波長であった。従って、第１レーザーパルス１０５と第２レーザーパルス１０６とを偏光ビームスプリッタで分波可能である。
　単一活性層が２４０ｎｍであっては第１レーザーパルス１０５と第２レーザーパルス１０６とは、何れもＴＭモードであった。何れの活性層の厚みもボーア半径よりも長く、半導体層の積層方向の量子効果が弱いが、レーザー発振モードへの寄与が僅かにある。従って、本実施形態におけるレーザーパルスとパルステールの偏光が異なるＱスイッチ半導体レーザーは従来のＱスイッチ半導体レーザーとはその動作メカニズムや構造が全く異なっている。また、低電流注入で現象が報告されているＴＥ偏光とＴＭ偏光の混在や相安定状態ともその動作メカニズムや構造が全く異なっている。
［半導体レーザーの具体的な構造例］
　図１８Ａ～図１８Ｄを参照しつつ、本実施形態に係る半導体レーザー１００の具体的な構造例を説明する。図１８Ａは利得領域１０２の構造例、図１８Ｂは吸収領域１０３の構造例、図１８Ｃは分離領域の構造例、図１８Ｄはリッジ脇の構造例をそれぞれ示す断面図である。
　ｎ型ＧａＡｓ半導体基板４０１（以下、半導体基板４０１とも適宜、称する）上にＭＯＣＶＤ(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)などの半導体成長方法により形成した半導体層はｎ型ＡｌＧａＡｓバッファ層４０２、ｎ型ＡｌＧａＡｓ第１クラッド層４０３、ｎ型ＡｌＧａＡｓ第１ガイド層４０４、連続した活性層の一例であるＡｌＧａＡｓ活性層４０５が積層してなる。活性層４０５上部は少なくとも３種類の領域とリッジ構造を有している。３種類の領域は、利得領域１０２、吸収領域１０３、分離領域１１３からなる。
　利得領域１０２は、ｎ型ＡｌＧａＡｓ第２ガイド層４０６、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層４０７、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層４０８が積層してなる。吸収領域１０３は、ＰＮジャンクションを内在するＡｌＧａＡｓ第２クラッド層４１６、ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層４１７、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層４１８が積層してなる。分離領域１１３は、ｎ型ＡｌＧａＡｓ第２ガイド層４２６、ｎ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層４２７、誘電膜４２８が積層してなる。これらの半導体層は同時に成長するため各領域のヘテロ界面が一致している。
　一方、ＰＮジャンクションの位置はいずれも異なっており、吸収領域１０３のＰＮジャンクションから活性層４０５までの距離は利得領域１０２よりも近い。また、分離領域１１３には、意図して作られるＰＮジャンクションは存在しない。このような領域ごとにｐ型半導体層の位置が異なる構造は、例えば不純物拡散等で形成することができる。しかしながら不純物拡散方式に限定されることなく、例えば、選択成長方式やイオン打ち込み方式などで形成するようにしてもよい。
　利得領域１０２と吸収領域１０３とは分離領域１１３により分離され、利得領域１０２のアノード電極４０９と吸収領域１０３のアノード電極４１９との間はＰＮＰ構造となり良好な電気絶縁特性を有している。従って、分離幅が非常に狭くても十分な絶縁が可能であることから、光伝搬損失の低減や利得領域１０２および吸収領域１０３の占有率の向上が可能である。分離領域１１３の表層は誘電膜４２８により保護されており、表面準位等による意図しないＰＮジャンクションの形成が抑制されている。利得領域１０２および吸収領域１０３は、図２に示したように配される。ｎ型ＧａＡｓ半導体基板４０１の裏面には全領域共通のカソード電極４００が設けられる。なお、アノード電極が共通化されてもよい。第２クラッド層４０７、４１７、４２７、４３７には、第２クラッド層よりも屈折率が高いエッチングストップ層があってもよい。エッチングストップ層は、単層でもよいし、複層であってもよい。これらの層はリッジ導波路を形成する際にドライエッチング、あるいはウェットエッチングを制御するために利用される。
　活性層４０５はドーピング濃度を調整した弱いｎ型である。活性層４０５は、ＳＱＷ(Single Quantum Well）構造が望ましい。吸収領域１０３では逆バイアス時には光励起されたエレクトロンホールペアが分離しやすく、速やかにカソード、アノード電極に移動でき、Ｑスイッチ動作時には速やかにエレクトロン、ホール分布の重なりが増加して吸収飽和しやすくなるためである。発振波長８３０ｎｍ前後のＡｌＧａＡｓであっては、活性層４０５は、単層であって、且つ、厚みが１００ｎｍ～２５０ｎｍの範囲であることが好ましい。この範囲では、上述したように、第１レーザーパルス１０５がＴＭモードであって、第２レーザーパルス１０６がＴＥモードである発振を得られやすい。１００ｎｍ未満の場合、第１レーザーパルス１０５および第２レーザーパルス１０６がＴＥモードになり、２５０ｎｍよりも厚くなると第１レーザーパルス１０５および第２レーザーパルス１０６がＴＭモードになるためである。
　導波路１０１は、半導体層構造の屈折率分布およびリッジ構造により形成されている。リッジ幅は８μｍ～１２μｍが望ましく、水平方向および垂直方向の何れも単一基本横モードが得られる。各寸法は、例えば、共振器長４ｍｍ、分離幅４μｍ、増幅領域３０７における一つの利得領域長３３μｍ、増幅領域３０７における一つの吸収領域長３３μｍ、種領域３０８における利得領域長１００μｍ、種領域３０８における吸収領域長２００μｍである。この例では、利得領域１０２と吸収領域１０３との比率は１：１である。比率は０．２：１～１：１の範囲で調整できるが、一つの利得領域１０２が１００μｍ以上になるとＡＳＥによりキャリア密度飽和が生じるため望ましくない。従って、吸収領域１０３の比率が小さい場合には一つの吸収領域１０３の長さが短くなるためプロセス難易度が上がる。前端面１１０および後端面１１１はヘキ開法やドライエッチング法により形成される。前端面１１０には反射率が数％以下のＡＲ（Anti Reflection）コートが施され、後端面１１１には反射率が９０％以上のＨＲ（High Reflection）コートが施される。
　図１９は、半導体レーザー１００の層構造の一例と垂直方向の横モードとを併せて示した図である。図示のように、第１クラッド層の屈折率が第２クラッド層よりも有意に大きい非対称導波路によりレーザーパルスの垂直方向の放射パタンを狭くすることができる。
　半導体層構造の屈折率分布による垂直方向の光閉じ込めは利得領域１０２から吸収領域１０３への伝搬を考慮して設計される。この点を、図２０を参照して説明する。活性層４５１はガイド層４５２、４５３、クラッド層４５４、４５５に挟まれた屈折率導波路であって、基本横モード４５６が存在している。活性層４５１の一部が吸収領域１０３の場合、吸収が非常に大きくなると伝搬光が結合せずに矢印４５８のようにクラッド層４５４４５５へ散乱しやすくなる。この結果、利得領域１０２で生じた自然放出光を吸収領域１０３で効率的に吸収できなくなり、積層半導体層内の迷光がＡＳＥを引き起こす。
　図２１は、第１ガイド層４０４（活性層４０５よりも半導体基板４０１側のガイド層）のみにグレーテッド構造を導入した例である。少なくとも１μｍ以上の厚みがある第１ガイド層４０４により、半導体基板４０１側の垂直方向の横モードのほとんどが第１ガイド層４０４に収まる。Ｑスイッチング前の吸収領域１０３であっても伝搬光のクラッド層への散乱が抑制され、利得領域１０２で生じた自然放出光を吸収領域１０３で効率的に吸収することができる。
　図２２は、第１ガイド層４０４および第２ガイド層４０６（活性層４０５を挟む半導体基板４０１側および表層側のガイド層）にグレーテッド構造を導入した例である。ガイド層とクラッド層の屈折率差が大きいため、垂直方向の横モードのほとんどが第１ガイド層４０４、活性層４０５、第２ガイド層４０６に収まる。従って、Ｑスイッチング前の吸収領域１０３であっても伝搬光のクラッド層への散乱が抑制され、利得領域１０２で生じた自然放出光を吸収領域１０３で効率的に吸収することができる。このような構造では垂直方向のビームの広がり角が大きくなりやすいため、第１ガイド層４０４および第２ガイド層４０６は、それぞれ３００ｎｍ以上であることが好ましい。これによりビームの広がり角が狭くなり、コリメートレンズとの結合効率が向上する。利得領域１０２のＰＮジャンクションは活性層４０５から離れており、吸収領域１０３のＰＮジャンクションよりもおよそ４００ｎｍ程度、表層側に位置している。吸収領域１０３のＰＮジャンクションは逆バイアス時の空乏層と活性層の空間的な重なりを確保する必要がある一方、利得領域１０２のＰＮジャンクションは高電流注入時のキャリアのオーバーフローを抑制する必要があるためである。これらのＰＮジャンクション距離は、少なくとも１００ｎｍ以上あることが好ましい。ところで、利得領域１０２のＰＮジャンクションが活性層４０５から離れていると低電流注入時にはレーザー発振遅れが問題になることもあるが、Ｑスイッチレーザーのように高電流注入時には問題にならない。
［半導体レーザーが適用され得る測距システム］
　一実施形態で説明した半導体レーザー１００は測距装置に適用され得る。測距方式の具体例としてはＴｏＦ方式を挙げることができる。ＴｏＦ方式はいくつかに分類され、特にパルスレーザーを照射する直接飛行時間計測法（ｄ－ＴｏＦ）はリニアモード（ＬＭ）、ガイガーモード（ＧＭ）、シングルフォトン（ＳＰ）に細分化される（それぞれをＬＭ方式、ＧＭ方式およびＳＰ方式と適宜、称する）。ＬＭ方式ではアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）などの線形な受光素子を用いており、Ｓ／Ｎを確保できる、すなわち、計測可能な光子数Ｎはおよそ１００～１０００個である。ＧＭ方式ではシングルフォトンアバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）などを用いたフォトンカウンティングを行うことが多く、シングルショットにおける受信光子数の期待値は１よりも小さくてもよい。複数のショットにより累積された受信光子数Ｎを用いてヒストグラム処理される。ＳＰ方式ではシリコンフォトマルチプライヤー（ＳｉＰＭ）などを用いて、シングルショット計測される。計測可能な光子数は１個以上である。
［測距システムの具体的な構成例］
　図２３は、上述した半導体レーザー１００が測距システム（測距システム５０１）に適用された場合の、測距システムの具体的な構成例を示す図である。図２３における実線の矢印は制御信号を示し、太線の矢印は光路を示し、破線の矢印は信号線を示し、１点鎖線の矢印はデータ線を示している。測距システム５０１は、測距装置５０１Ａと、測距対象物１０００とを含む。測距装置５０１Ａは、インターフェース５０２と、制御部５０３と、半導体レーザー１００が適用される光源部５０４と、光路分岐部５０５と、光走査部５０９と、第１光受信部５１２と、第１信号成形部５１３と、時間差計測部５１４と、第２光受信部５１５と、第２信号成形部５１６と、光源監視部５１７と、演算部５２２とを有している。
　インターフェース５０２は、測距装置５０１Ａと外部機器とがデータやコマンドのやり取りを行う際のインターフェースである。制御部５０３は、測距装置５０１Ａの全体を統括的に制御する。制御部５０３により、測距装置５０１Ａの各部の動作が制御される。
　インターフェース５０２を介して外部から制御パラメータを受けた制御部５０３は後述する複数のデバイスや回路に制御信号を送る。光源部５０４は、Ｑスイッチ半導体発光素子と駆動回路とを含み、パルス幅がサブナノ秒、望ましくは２０ピコ秒以下であって、数百ピコジュールから数ナノジュールのパルスエネルギーをもつビーム品質の高いパルス光を出射する。
　光路分岐部５０５では、光源部５０４からの光が、ビームスプリッタ等を介して測距対象物１０００に照射される計測光５０６と、時間計測のスタート信号を得るための参照光５０７と、光源を制御するための制御光５０８とに分岐される。計測光５０６は、光走査部５０９に送られ、設計されたＦＯＶ（Field of View）の範囲に順次照射される。人などの測距対象物１０００に照射された計測光５０６は散乱される。散乱された光の一部が光走査部５０９を通り検出光５１１となる。
　参照光５０７は、第１光受信部５１２に送られ、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、ＳｉＰＭなどの受光素子で参照電気信号５１８に変換される。参照電気信号５１８は、第１信号成形部５１３を経て時間差計測部５１４に送られる。検出光５１１は第２光受信部５１５に送られ、ＳｉＰＭなどの受光素子で検出電気信号５２０に変換される。検出電気信号５２０は、第２信号成形部５１６を経て時間差計測部５１４に送られる。第２信号成形部５１６は後述するようにシングルフォトン検出による非常に弱い検出電気信号５２０を高Ｓ／Ｎかつ低ジッタで増幅する。
　第１信号成形部５１３は、受光素子から出力されたアナログ波形である参照電気信号５１８を増幅し、任意に設定される検出閾値に基づいて参照矩形波５１９を生成する。第２信号成形部５１６は、受光素子から出力されたアナログ波形である検出電気信号５２０を増幅し、任意に設定される検出閾値で検出矩形波５２１を生成する。制御光５０８は光源監視部５１７に送られ、パルスエネルギーやパルス幅を計測して制御部５０３に情報を返す。時間差計測部５１４に送られる矩形波はそれぞれ１つであっても２つ以上であってよく、またこれらは２つ以上の検出閾値で得られた異なる矩形波であってもよい。時間差計測部５１４では入力された矩形波の相対時間をＴＤＣにより計測する。これは、参照矩形波５１９と検出矩形波５２１との時間差であったり、別途用意されたクロックと参照矩形波、クロックと検出矩形波の時間差であったりする。これらはＴＤＣの種類によって異なる。ＴＤＣにはカウンター方式単体、カウンター方式とインバーターリングディレイラインにより複数回の計測をして平均値を算出する方式、カウンター方式とバーニアバッファリングやパルスシュリンクバッファリングなどのピコ秒の分解能をもつ高精度な計測法を組み合わせた方式などが用いられる。また、時間差計測部５１４には第２光受信部５１５から出力された検出電気信号５２０の立ち上り時間を計測したり、尖頭値を計測したり、パルス積分値を計測したりする機能を備えてもよい。これらはＴＤＣやＡＤＣ（Analog to Digital Converter）により計測できる。
　時間差計測部５１４で計測された時間差は、演算部５２２に送られる。演算部５２２は、オフセット調整をしたり、検出電気信号５２０の立ち上り、尖頭値、パルス積分値などを用いてTime-walkエラー補正をしたり、温度補正をしたりする。そして、演算部５２２は、光走査部５０９から送られた走査タイミング情報５２３を用いたベクトル演算を行い、測距対象物１０００までの距離を取得する。なお、ベクトル演算を行わずに距離データと走査角度データとがインターフェース５０２から出力されてもよい。また、これらのデータに対して、ノイズ除去や隣接点との平均化や補間など適宜な処理が行われてもよいし、認識処理等の高度なアルゴリズムが行われてもよい。
＜変形例＞
　以上、本開示の一実施形態について具体的に説明したが、本開示の内容は上述した実施形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。以下、変形例について説明する。
　各実施形態、変形例で説明した事項は、適宜組み合わせることが可能である。また、本明細書で例示された効果により本開示の内容が限定して解釈されるものではない。
　本開示は、以下の構成も採ることができる。
（１）
　半導体基板上に形成された、少なくとも二つ以上の利得領域および少なくとも二つ以上の吸収領域を有し、
　前記利得領域および前記吸収領域は、連続した活性層を含み、さらに、前記利得領域および前記吸収領域は、分離領域を介して交互に形成されており、
　前端面より第１の偏光を備えた第１レーザーパルスが出射され、続いて第２の偏光を備えた第２レーザーパルスが出射され、前記第１の偏光と前記第２の偏光とが直交している
　半導体レーザー。
（２）
　光伝搬軸上の長さが１００μｍ以下の前記利得領域が少なくとも二つ以上、形成されている
　（１）に記載の半導体レーザー。
（３）
　光伝搬軸上の長さが１００μｍ以下の前記吸収領域が少なくとも二つ以上、形成されている
　（１）または（２）に記載の半導体レーザー。
（４）
　後端面側の最も近傍にある前記利得領域が他の前記利得領域より共振器方向に長い
　（１）から（３）までの何れかに記載の半導体レーザー。
（５）
　前記活性層は単層であって、厚みが１００ｎｍ～２５０ｎｍの範囲である
　（１）から（４）までの何れかに記載の半導体レーザー。
（６）
　前記活性層よりも前記半導体基板側のガイド層が、グレーテッド構造であり、且つ、少なくとも１μｍ以上の厚みを有する
　（１）から（５）までの何れかに記載の半導体レーザー。
（７）
　前記活性層を挟む前記半導体基板側および表層側のガイド層が、グレーテッド構造であり、且つ、少なくとも３００ｎｍ以上の厚みを有する
　（１）から（５）までの何れかに記載の半導体レーザー。
（８）
　前記活性層を挟む前記半導体基板側および表層側のガイド層が、グレーテッド構造であり、
　前記利得領域のＰＮジャンクションは、前記吸収領域のＰＮジャンクションよりも前記活性層から少なくとも１００ｎｍ以上離れている
　（１）から（５）までの何れかに記載の半導体レーザー。
（９）
　前記第１レーザーパルスのピーク波長が、前記第２レーザーパルスのピーク波長よりも長い
　（１）から（８）までの何れかに記載の半導体レーザー。
（１０）
　前記利得領域にパルス電流を印加するタイミングより遅れて前記吸収領域にＱスイッチ動作を誘発するタイミングにおいて、時間差を大きくするに伴い前記第１レーザーパルスのピーク波長が徐々に長波長化し、少なくとも１ｎｍ以上のピーク波長の飛びがある
　（１）から（９）までの何れかに記載の半導体レーザー。
（１１）
　（１）に記載の半導体レーザーと、
　光分離部と
　を備え、
　前記光分離部により前記第１レーザーパルスと前記第２レーザーパルスとが分離される
　測距装置。
（１２）
　前記第１レーザーパルスは、測距対象物に向けて照射されるレーザーパルスである
　（１１）に記載の測距装置。
（１３）
　前記測距対象物からの散乱光を受光するシリコンフォトマルチプライヤーを有する
　（１２）に記載の測距装置。
（１４）
　（１１）から（１３）までの何れかに記載の測距装置を有する車載装置。
＜応用例＞
　次に、本開示の応用例について説明するが、本開示は、以下に説明する応用例に限定されるものではない。一実施形態で説明された半導体レーザー１００を用いるＳＰ方式は、十数センチメートルから数十メートルの範囲で高効率に距離計測が可能であり、また１ミリ秒以下のレイテンシーで距離データを出力することが可能である。距離精度はミリメートルから数ミリメートルであり、低消費電力、小型である特徴を生かすと以下のような応用が可能である。
　例えば、図２４に示すように部屋の隅に、本開示の半導体レーザー１００を用いる測距装置５０１Ａを配置すると、部屋全体を計測できるため、部屋の中で激しく動いたり、あるいはソファーでテレビを見ながら指を動かすといったわずかな動きも捉えたりすることができる。これにより家電などの電子機器を操作したり、インタラクティブなゲーム体験をしたり、セキュリティに利用したりすることができる。更に、走査型のＳＰでは機器間の相互干渉が非常に少ないため、複数台の距離センサーシステムで２方向以上から距離計測を行うことによりリアルタイムに３Ｄモデリングが可能になり、よりリアルなインタラクティブな体験を提供することができる。ＳＰ方式は太陽光の下でも利用できるため、図２４に示した空間をより広い空間に拡張した体験をも提供することができる。
　図２５は、人を中心とした街中での利用シーンを想定した応用例を模式的に示した図である。自動車ＣＲに搭載されたＳＰはリアルタイムに高精度な距離計測を行うため、交差点や路地などの狭く、人との距離が近い場合にもわずかな動作まで把握することができる。これにより人Ｈの安全はもとより、自動運転する自動車ＣＲのスムーズな運転をサポートすることができる。電柱や街路時などに接地されたＳＰは人Ｈの動線を妨げることなく通行する人などの僅かな動作を把握することができる。取得されるのはリアルタイムな点群データでありプライバシーに配慮した運用ができる。例えば人Ｈの動きを予想した情報サービスであったり、犯罪を事前に検知したり、あるいは人が意図的に公共のものを操作する場合のインターフェースとして機能したりする。このような動きは指の動きを捉える必要がある。
　図２６は、撮影技術に関する応用例を模式図に示した図である。大型のカメラなど非常に焦点深度が浅いレンズであっても、測距装置５０１Ａが被写体（例えば、人Ｈ）の位置情報を正確に捉えることで焦点距離や焦点深度を計算してレンズの調整を自動で行うことができる。本例に限らず距離を自動で制御する様々な機器に利用できる。例えば機械の接続、列車の連結、航空機の空中給油、人工衛星の接続などに対しても本開示を適用することができる。
　また、測距装置５０１Ａは、小型で低消費電力であるため、ドローンなどの無人飛行機の障害物回避に対しても適用することができる。森や地下道などドローンの飛行には厳しい条件が多々あり、リアルタイムに点群データを出力できるＳＰでは早く安全な飛行を可能にする。ドローンを用いた構造物の資産管理にもＳＰは優れており、１秒あたりメガポイント以上の点群をリアルタイムに取得でき、更に、低消費電力のため一度のフライトで多くの構造物の検査が可能になる。
　リアルタイムなＳＰはスポーツとの相性が良い。スポーツの判定、コーチングなどにおいて１秒あたりメガポイント以上の点群は細かい動きを捉え、リアルタイムなインタラクティブ体験は感覚的であったスポーツ動作をデジタル化する。例えば圧電素子など人が体感できるウェアラブル機器をまとい、ＳＰで得た情報からリアルタイムに人に伝えることで理解度が高まる。図２７は、このようにして得られるスポーツ（例えば、ゴルフ）の画像例を示す。複数台の距離センサーにより３６０度全方位からリアルタイムに３Ｄモデリングが可能になり、例えばゴルフではスイングの解析やティーチングに利用できるほか、ケガの予防などにも利用できる。数十メートルの距離までカバーできるためゴルフに限定されず、ベースボール、バスケットボール、テニス、体操など様々なスポーツに活用できる。
　また、本開示に係る技術は、上述した応用例に限定されることなく、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット、建設機械、農業機械（トラクター）などのいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
　図２８は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システム７０００の概略的な構成例を示すブロック図である。車両制御システム７０００は、通信ネットワーク７０１０を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図２８に示した例では、車両制御システム７０００は、駆動系制御ユニット７１００、ボディ系制御ユニット７２００、バッテリ制御ユニット７３００、車外情報検出ユニット７４００、車内情報検出ユニット７５００、及び統合制御ユニット７６００を備える。これらの複数の制御ユニットを接続する通信ネットワーク７０１０は、例えば、ＣＡＮ（Controller　Area　Network）、ＬＩＮ（Local　Interconnect　Network）、ＬＡＮ（Local　Area　Network）又はＦｌｅｘＲａｙ（登録商標）等の任意の規格に準拠した車載通信ネットワークであってよい。
　各制御ユニットは、各種プログラムにしたがって演算処理を行うマイクロコンピュータと、マイクロコンピュータにより実行されるプログラム又は各種演算に用いられるパラメータ等を記憶する記憶部と、各種制御対象の装置を駆動する駆動回路とを備える。各制御ユニットは、通信ネットワーク７０１０を介して他の制御ユニットとの間で通信を行うためのネットワークＩ／Ｆを備えるとともに、車内外の装置又はセンサー等との間で、有線通信又は無線通信により通信を行うための通信Ｉ／Ｆを備える。図２８では、統合制御ユニット７６００の機能構成として、マイクロコンピュータ７６１０、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０、音声画像出力部７６７０、車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０及び記憶部７６９０が図示されている。他の制御ユニットも同様に、マイクロコンピュータ、通信Ｉ／Ｆ及び記憶部等を備える。
　駆動系制御ユニット７１００は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット７１００は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。駆動系制御ユニット７１００は、ＡＢＳ（Antilock　Brake　System）又はＥＳＣ（Electronic　Stability　Control）等の制御装置としての機能を有してもよい。
　駆動系制御ユニット７１００には、車両状態検出部７１１０が接続される。車両状態検出部７１１０には、例えば、車体の軸回転運動の角速度を検出するジャイロセンサー、車両の加速度を検出する加速度センサー、あるいは、アクセルペダルの操作量、ブレーキペダルの操作量、ステアリングホイールの操舵角、エンジン回転数又は車輪の回転速度等を検出するためのセンサーのうちの少なくとも一つが含まれる。駆動系制御ユニット７１００は、車両状態検出部７１１０から入力される信号を用いて演算処理を行い、内燃機関、駆動用モータ、電動パワーステアリング装置又はブレーキ装置等を制御する。
　ボディ系制御ユニット７２００は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット７２００は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット７２００には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット７２００は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
　バッテリ制御ユニット７３００は、各種プログラムにしたがって駆動用モータの電力供給源である二次電池７３１０を制御する。例えば、バッテリ制御ユニット７３００には、二次電池７３１０を備えたバッテリ装置から、バッテリ温度、バッテリ出力電圧又はバッテリの残存容量等の情報が入力される。バッテリ制御ユニット７３００は、これらの信号を用いて演算処理を行い、二次電池７３１０の温度調節制御又はバッテリ装置に備えられた冷却装置等の制御を行う。
　車外情報検出ユニット７４００は、車両制御システム７０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット７４００には、撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０のうちの少なくとも一方が接続される。撮像部７４１０には、ＴｏＦ（Time　Of　Flight）カメラ、ステレオカメラ、単眼カメラ、赤外線カメラ及びその他のカメラのうちの少なくとも一つが含まれる。車外情報検出部７４２０には、例えば、現在の天候又は気象を検出するための環境センサー、あるいは、車両制御システム７０００を搭載した車両の周囲の他の車両、障害物又は歩行者等を検出するための周囲情報検出センサーのうちの少なくとも一つが含まれる。
　環境センサーは、例えば、雨天を検出する雨滴センサー、霧を検出する霧センサー、日照度合いを検出する日照センサー、及び降雪を検出する雪センサーのうちの少なくとも一つであってよい。周囲情報検出センサーは、超音波センサー、レーダ装置及びＬＩＤＡＲ（Light　Detection　and　Ranging、Laser　Imaging　Detection　and　Ranging）装置のうちの少なくとも一つであってよい。これらの撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０は、それぞれ独立したセンサーないし装置として備えられてもよいし、複数のセンサーないし装置が統合された装置として備えられてもよい。
　ここで、図２９は、撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０の設置位置の例を示す。撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６，７９１８は、例えば、車両７９００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部のうちの少なくとも一つの位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部７９１０及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部７９１８は、主として車両７９００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部７９１２，７９１４は、主として車両７９００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部７９１６は、主として車両７９００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部７９１８は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
　なお、図２９には、それぞれの撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲ａは、フロントノーズに設けられた撮像部７９１０の撮像範囲を示し、撮像範囲ｂ，ｃは、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部７９１２，７９１４の撮像範囲を示し、撮像範囲ｄは、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部７９１６の撮像範囲を示す。例えば、撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両７９００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
　車両７９００のフロント、リア、サイド、コーナ及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部７９２０，７９２２，７９２４，７９２６，７９２８，７９３０は、例えば超音波センサー又はレーダ装置であってよい。車両７９００のフロントノーズ、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部７９２０，７９２６，７９３０は、例えばＬＩＤＡＲ装置であってよい。これらの車外情報検出部７９２０～７９３０は、主として先行車両、歩行者又は障害物等の検出に用いられる。
　図２８に戻って説明を続ける。車外情報検出ユニット７４００は、撮像部７４１０に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像データを受信する。また、車外情報検出ユニット７４００は、接続されている車外情報検出部７４２０から検出情報を受信する。車外情報検出部７４２０が超音波センサー、レーダ装置又はＬＩＤＡＲ装置である場合には、車外情報検出ユニット７４００は、超音波又は電磁波等を発信させるとともに、受信された反射波の情報を受信する。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、降雨、霧又は路面状況等を認識する環境認識処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、車外の物体までの距離を算出してもよい。
　また、車外情報検出ユニット７４００は、受信した画像データに基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等を認識する画像認識処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した画像データに対して歪補正又は位置合わせ等の処理を行うとともに、異なる撮像部７４１０により撮像された画像データを合成して、俯瞰画像又はパノラマ画像を生成してもよい。車外情報検出ユニット７４００は、異なる撮像部７４１０により撮像された画像データを用いて、視点変換処理を行ってもよい。
　車内情報検出ユニット７５００は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット７５００には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部７５１０が接続される。運転者状態検出部７５１０は、運転者を撮像するカメラ、運転者の生体情報を検出する生体センサー又は車室内の音声を集音するマイク等を含んでもよい。生体センサーは、例えば、座面又はステアリングホイール等に設けられ、座席に座った搭乗者又はステアリングホイールを握る運転者の生体情報を検出する。車内情報検出ユニット７５００は、運転者状態検出部７５１０から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。車内情報検出ユニット７５００は、集音された音声信号に対してノイズキャンセリング処理等の処理を行ってもよい。
　統合制御ユニット７６００は、各種プログラムにしたがって車両制御システム７０００内の動作全般を制御する。統合制御ユニット７６００には、入力部７８００が接続されている。入力部７８００は、例えば、タッチパネル、ボタン、マイクロフォン、スイッチ又はレバー等、搭乗者によって入力操作され得る装置によって実現される。統合制御ユニット７６００には、マイクロフォンにより入力される音声を音声認識することにより得たデータが入力されてもよい。入力部７８００は、例えば、赤外線又はその他の電波を利用したリモートコントロール装置であってもよいし、車両制御システム７０００の操作に対応した携帯電話又はＰＤＡ（Personal　Digital　Assistant）等の外部接続機器であってもよい。入力部７８００は、例えばカメラであってもよく、その場合搭乗者はジェスチャにより情報を入力することができる。あるいは、搭乗者が装着したウェアラブル装置の動きを検出することで得られたデータが入力されてもよい。さらに、入力部７８００は、例えば、上記の入力部７８００を用いて搭乗者等により入力された情報に基づいて入力信号を生成し、統合制御ユニット７６００に出力する入力制御回路などを含んでもよい。搭乗者等は、この入力部７８００を操作することにより、車両制御システム７０００に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりする。
　記憶部７６９０は、マイクロコンピュータにより実行される各種プログラムを記憶するＲＯＭ（Read　Only　Memory）、及び各種パラメータ、演算結果又はセンサー値等を記憶するＲＡＭ（Random　Access　Memory）を含んでいてもよい。また、記憶部７６９０は、ＨＤＤ（Hard　Disc　Drive）等の磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス又は光磁気記憶デバイス等によって実現してもよい。
　汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、外部環境７７５０に存在する様々な機器との間の通信を仲介する汎用的な通信Ｉ／Ｆである。汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、ＧＳＭ（登録商標）（Global　System　of　Mobile　communications）、ＷｉＭＡＸ（登録商標）、ＬＴＥ（登録商標）（Long　Term　Evolution）若しくはＬＴＥ－Ａ（LTE－Advanced）などのセルラー通信プロトコル、又は無線ＬＡＮ（Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）ともいう）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などのその他の無線通信プロトコルを実装してよい。汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、例えば、基地局又はアクセスポイントを介して、外部ネットワーク（例えば、インターネット、クラウドネットワーク又は事業者固有のネットワーク）上に存在する機器（例えば、アプリケーションサーバ又は制御サーバ）へ接続してもよい。また、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、例えばＰ２Ｐ（Peer　To　Peer）技術を用いて、車両の近傍に存在する端末（例えば、運転者、歩行者若しくは店舗の端末、又はＭＴＣ（Machine　Type　Communication）端末）と接続してもよい。
　専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、車両における使用を目的として策定された通信プロトコルをサポートする通信Ｉ／Ｆである。専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、例えば、下位レイヤのＩＥＥＥ８０２．１１ｐと上位レイヤのＩＥＥＥ１６０９との組合せであるＷＡＶＥ（Wireless　Access　in　Vehicle　Environment）、ＤＳＲＣ（Dedicated　Short　Range　Communications）、又はセルラー通信プロトコルといった標準プロトコルを実装してよい。専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、典型的には、車車間（Vehicle　to　Vehicle）通信、路車間（Vehicle　to　Infrastructure）通信、車両と家との間（Vehicle　to　Home）の通信及び歩車間（Vehicle　to　Pedestrian）通信のうちの１つ以上を含む概念であるＶ２Ｘ通信を遂行する。
　測位部７６４０は、例えば、ＧＮＳＳ（Global　Navigation　Satellite　System）衛星からのＧＮＳＳ信号（例えば、ＧＰＳ（Global　Positioning　System）衛星からのＧＰＳ信号）を受信して測位を実行し、車両の緯度、経度及び高度を含む位置情報を生成する。なお、測位部７６４０は、無線アクセスポイントとの信号の交換により現在位置を特定してもよく、又は測位機能を有する携帯電話、ＰＨＳ若しくはスマートフォンといった端末から位置情報を取得してもよい。
　ビーコン受信部７６５０は、例えば、道路上に設置された無線局等から発信される電波あるいは電磁波を受信し、現在位置、渋滞、通行止め又は所要時間等の情報を取得する。なお、ビーコン受信部７６５０の機能は、上述した専用通信Ｉ／Ｆ７６３０に含まれてもよい。
　車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、マイクロコンピュータ７６１０と車内に存在する様々な車内機器７７６０との間の接続を仲介する通信インターフェースである。車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＮＦＣ（Near　Field　Communication）又はＷＵＳＢ（Wireless　USB）といった無線通信プロトコルを用いて無線接続を確立してもよい。また、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、図示しない接続端子（及び、必要であればケーブル）を介して、ＵＳＢ（Universal　Serial　Bus）、ＨＤＭＩ（登録商標）（High-Definition　Multimedia　Interface、又はＭＨＬ（Mobile　High-definition　Link）等の有線接続を確立してもよい。車内機器７７６０は、例えば、搭乗者が有するモバイル機器若しくはウェアラブル機器、又は車両に搬入され若しくは取り付けられる情報機器のうちの少なくとも１つを含んでいてもよい。また、車内機器７７６０は、任意の目的地までの経路探索を行うナビゲーション装置を含んでいてもよい。車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、これらの車内機器７７６０との間で、制御信号又はデータ信号を交換する。
　車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０は、マイクロコンピュータ７６１０と通信ネットワーク７０１０との間の通信を仲介するインターフェースである。車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０は、通信ネットワーク７０１０によりサポートされる所定のプロトコルに則して、信号等を送受信する。
　統合制御ユニット７６００のマイクロコンピュータ７６１０は、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０及び車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、各種プログラムにしたがって、車両制御システム７０００を制御する。例えば、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット７１００に対して制御指令を出力してもよい。例えば、マイクロコンピュータ７６１０は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Advanced　Driver　Assistance　System）の機能実現を目的とした協調制御を行ってもよい。また、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行ってもよい。
　マイクロコンピュータ７６１０は、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０及び車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、車両と周辺の構造物や人物等の物体との間の３次元距離情報を生成し、車両の現在位置の周辺情報を含むローカル地図情報を作成してもよい。また、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される情報に基づき、車両の衝突、歩行者等の近接又は通行止めの道路への進入等の危険を予測し、警告用信号を生成してもよい。警告用信号は、例えば、警告音を発生させたり、警告ランプを点灯させたりするための信号であってよい。
　音声画像出力部７６７０は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図２８の例では、出力装置として、オーディオスピーカ７７１０、表示部７７２０及びインストルメントパネル７７３０が例示されている。表示部７７２０は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。表示部７７２０は、ＡＲ（Augmented　Reality）表示機能を有していてもよい。出力装置は、これらの装置以外の、ヘッドホン、搭乗者が装着する眼鏡型ディスプレイ等のウェアラブルデバイス、プロジェクタ又はランプ等の他の装置であってもよい。出力装置が表示装置の場合、表示装置は、マイクロコンピュータ７６１０が行った各種処理により得られた結果又は他の制御ユニットから受信された情報を、テキスト、イメージ、表、グラフ等、様々な形式で視覚的に表示する。また、出力装置が音声出力装置の場合、音声出力装置は、再生された音声データ又は音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して聴覚的に出力する。
　なお、図２８に示した例において、通信ネットワーク７０１０を介して接続された少なくとも二つの制御ユニットが一つの制御ユニットとして一体化されてもよい。あるいは、個々の制御ユニットが、複数の制御ユニットにより構成されてもよい。さらに、車両制御システム７０００が、図示されていない別の制御ユニットを備えてもよい。また、上記の説明において、いずれかの制御ユニットが担う機能の一部又は全部を、他の制御ユニットに持たせてもよい。つまり、通信ネットワーク７０１０を介して情報の送受信がされるようになっていれば、所定の演算処理が、いずれかの制御ユニットで行われるようになってもよい。同様に、いずれかの制御ユニットに接続されているセンサー又は装置が、他の制御ユニットに接続されるとともに、複数の制御ユニットが、通信ネットワーク７０１０を介して相互に検出情報を送受信してもよい。
　以上説明した車両制御システム７０００において、本開示の半導体レーザーは、例えば、車外情報検出部に適用され得る。
１００・・・半導体レーザー
１０２・・・利得領域
１０３・・・吸収領域
１０５・・・第１のレーザーパルス
１０６・・・第２のレーザーパルス
１１０・・・前端面
１１３・・・分離領域
４０１・・・半導体基板
４０５・・・活性層

Claims (14)

  1. 　半導体基板上に形成された、少なくとも二つ以上の利得領域および少なくとも二つ以上の吸収領域を有し、
    　前記利得領域および前記吸収領域は、連続した活性層を含み、さらに、前記利得領域および前記吸収領域は、分離領域を介して交互に形成されており、
    　前端面より第１の偏光を備えた第１レーザーパルスが出射され、続いて第２の偏光を備えた第２レーザーパルスが出射され、前記第１の偏光と前記第２の偏光とが直交している
    　半導体レーザー。
  2. 　光伝搬軸上の長さが１００μｍ以下の前記利得領域が少なくとも二つ以上、形成されている
    　請求項１に記載の半導体レーザー。
  3. 　光伝搬軸上の長さが１００μｍ以下の前記吸収領域が少なくとも二つ以上、形成されている
    　請求項１に記載の半導体レーザー。
  4. 　後端面側の最も近傍にある前記利得領域が他の前記利得領域より共振器方向に長い
    　請求項１に記載の半導体レーザー。
  5. 　前記活性層は単層であって、厚みが１００ｎｍ～２５０ｎｍの範囲である
    　請求項１に記載の半導体レーザー。
  6. 　前記活性層よりも前記半導体基板側のガイド層が、グレーテッド構造であり、且つ、少なくとも１μｍ以上の厚みを有する
    　請求項１に記載の半導体レーザー。
  7. 　前記活性層を挟む前記半導体基板側および表層側のガイド層が、グレーテッド構造であり、且つ、少なくとも３００ｎｍ以上の厚みを有する
    　請求項１に記載の半導体レーザー。
  8. 　前記活性層を挟む前記半導体基板側および表層側のガイド層が、グレーテッド構造であり、
    　前記利得領域のＰＮジャンクションは、前記吸収領域のＰＮジャンクションよりも前記活性層から少なくとも１００ｎｍ以上離れている
    　請求項１に記載の半導体レーザー。
  9. 　前記第１レーザーパルスのピーク波長が、前記第２レーザーパルスのピーク波長よりも長い
    　請求項１に記載の半導体レーザー。
  10. 　前記利得領域にパルス電流を印加するタイミングより遅れて前記吸収領域にＱスイッチ動作を誘発するタイミングにおいて、時間差を大きくするに伴い前記第１レーザーパルスのピーク波長が徐々に長波長化し、少なくとも１ｎｍ以上のピーク波長の飛びがある
    　請求項１に記載の半導体レーザー。
  11. 　請求項１に記載の半導体レーザーと、
    　光分離部と
    　を備え、
    　前記光分離部により前記第１レーザーパルスと前記第２レーザーパルスとが分離される
    　測距装置。
  12. 　前記第１レーザーパルスは、測距対象物に向けて照射されるレーザーパルスである
    　請求項１１に記載の測距装置。
  13. 　前記測距対象物からの散乱光を受光するシリコンフォトマルチプライヤーを有する
    　請求項１２に記載の測距装置。
  14. 　請求項１１に記載の測距装置を有する車載装置。
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