表面发射激光器和光学干涉层析成像装置制造方法及图纸

本公开涉及表面发射激光器和光学干涉层析成像装置。为了提供能够改善波长调谐效率的波长可调表面发射激光器，提供了一种表面发射激光器，包括：第一反射镜；包括活性层的半导体空腔；和第二反射镜，第一反射镜、半导体空腔和第二反射镜被以所述的顺序形成，在第一反射镜和半导体空腔之间形成的间隙部分，空腔长度是可调的，其中该表面发射激光器具有在所述间隙部分和所述半导体空腔之间形成的高反射率结构，并且满足表达式(λ/2)×m+λ/8<L<(λ/2)×m+3λ/8，其中L是半导体空腔的光学厚度，m是1或者更大的整数，并且λ是激光振荡的中心波长。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及波长可调表面发射激光器和使用该波长可调表面发射激光器的光学干涉层析成像装置。
技术介绍
可以期待将能够改变激光振荡波长的波长可调激光器应用于各种领域，包括通信、感测和成像，并且因此近年来对其进行了积极的研究和开发。作为这样一种波长可调激光器，已知所谓的MEMS-VCSEL结构，其中通过微机电系统(MEMS)技术控制垂直空腔表面发射激光器(VCSEL)的激光振荡波长。一般通过在一对诸如分布式布拉格反射镜(DBR)的反射镜之间夹入活性层来形成VCSEL，并且激光根据由反射镜之间的光程长度确定的空腔长度以一种波长振荡。在MEMS-VCSEL中，通过机械地移动一个反射镜的位置，可以改变空腔长度，以便改变激光振荡波长(参见例如美国专利No.6549687)。在MEMS-VCSEL中，相对于反射镜位置的改变量的激光振荡波长的改变量有时被称为波长调谐效率。已知波长调谐效率的大小受空腔长度和一种表面涂层的影响(“BroadbandMEMS-TunableHigh-Index-ContrastSubwavelengthGratingLong-WavelengthVCSEL”,Il-SugChungetal.,IEEEJournalofQuantumElectronics，Vol.46,No.9,p.1245-1253,(2010))。
技术实现思路
为了增强MEMS-VCSEL的波长扫描速度并且扩大波长可调范围，希望改善波长调谐效率。鉴于上述问题，本专利技术的一个目的是提供一种能够改善波长调谐效率的波长可调表面发射激光器。根据本专利技术的一个实施例，提供了一种表面发射激光器，包括:第一反射镜；包括活性层的半导体空腔；和第二反射镜，第一反射镜、半导体空腔和第二反射镜被以所述的顺序形成，在第一反射镜和所述半导体空腔之间形成的间隙部分，空腔长度是可调的，其中所述表面发射激光器具有在所述间隙部分和所述半导体空腔之间形成的高反射率结构，以及其中满足(λ/2)×m+λ/8<L<(λ/2)×m+3λ/8，其中L是在半导体空腔的第一反射镜侧处的第一界面和在半导体空腔的第二反射镜侧处的第二界面的光学反射中没有相位变化的情况下，转换为光学厚度之后的半导体空腔的光学厚度，m是1或者更大的整数，并且λ是激光振荡的中心波长。根据本专利技术的一个实施例，可以提供能够改善波长调谐效率的波长可调表面发射激光器。根据以下参考附图对示例性实施例的描述，本专利技术的其它特征将变得清楚。附图说明图1是用于示出根据本专利技术的实施例的MEMS–VCSEL的结构的示意截面图。图2是用于示出展现应用本专利技术的结构的光学特性的计算结果的图。图3是用于示出展现应用本专利技术的结构的光学特性的计算结果的图。图4是用于示出包括本专利技术的实施例的MEMS-VCSEL的光学干涉层析成像装置的示意图。图5A、图5B和图5C是用于示出比较例的MEMS-VCSEL的结构的示意截面图。图6是用于示出展现比较例的MEMS-VCSEL的光学特性的计算结果的图。图7A和图7B是用于示出用于说明波长调谐效率和纵向模式间隔之间的关系的计算结果的图。图8是用于示出展现比较例的MEMS-VCSEL的光学特性的计算结果的图。具体实施方式现在将根据附图详细描述本专利技术的优选实施例。(实施例1)下面描述根据本专利技术的实施例的波长可调垂直空腔表面发射激光器(VCSEL)。首先，定义此处使用的术语。如此处使用的，激光器元件的基板侧被定义为下侧，并且与基板相反的一侧被定义为上侧。如此处使用的，中心波长被用于指可以从表面发射激光器发射的激光光束的波长范围的中心处的波长。换言之，中心波长指可以振荡的激光器的最短波长和最长波长之间的中心处的波长。由空腔长度的变化范围、反射镜的反射带、活性层的增益带等确定可以振荡的激光器的波长。在设计时，基本上，中心波长被设置，然后相应地确定元件的结构。如此处使用的，在包括上部反射镜(第一反射镜)和下部反射镜(第二反射镜)的空腔中，位于间隔部分和下部反射镜之间的半导体层被称为半导体空腔，并且其光学厚度被称为半导体空腔长度。当在间隔部分和半导体空腔之间形成抗反射膜或者高反射率结构时，该抗反射膜和高反射率结构未被包括在半导体空腔中，并且半导体空腔长度指没有抗反射膜和高反射率结构的光学厚度。如此处使用的，抗反射膜指如下的结构：即相对于当光从半导体空腔入射间隔部分侧时由形成半导体空腔的主要材料的折射率和间隔部分的折射率之间的差引起的光学反射(菲涅尔反射)的反射率，而减小反射率的结构。示例性的抗反射膜包括由具有形成半导体空腔的主要材料的折射率和间隔部分的折射率之间的中间折射率的材料形成的层，从而具有λ/4的奇数倍的光学厚度，其中λ是中心波长。另外，通过形成多层膜的抗反射膜，还可以抑制更宽波长范围中的反射。另一方面，高反射率结构指与抗反射膜的作用相反的的结构，即，相对于由形成半导体空腔的主要材料的折射率和间隔部分的折射率之间的差引起的光学反射(菲涅尔反射)的反射率而增加反射率的结构。示例性高反射率结构包括如下的结构：其中具有不同折射率的两种层堆叠在一起，从而使得这些层中的每一个的光学厚度是λ/4的奇数倍，并且层的总数是2或更大。具体地，优选地，该高反射率结构在中心波长处具有50％或更大的反射率。更优选地，该高反射率结构在中心波长处具有60％或更大的反射率。最优选地，该高反射率结构在中心波长处具有70％或更大的反射率。图5A是典型的MEMS-VCSEL的示意截面图。图5A中示出的MEMS-VCSEL由基于GaAs的化合物半导体形成。该MEMS-VCSEL被设置为具有1065nm的中心波长，并且被设计为使得波长围绕该中心波长可调。其中活性层620被置于上部反射镜600和下部反射镜610之间的空腔结构被置于基板640上。在该空腔结构中，具体地，在上部反射镜600和活性层620之间形成间隔部分630，从而可以驱动上部反射镜600。作为上部和下部反射镜，使用各自由多层膜形成的分布式布拉格反射镜(DBR)。上部反射镜600和下部反射镜610之间的光学厚度被称为空腔长度。通过上部反射镜600在光轴方向上的移动，可以改变间隔部分630的长度，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面发射激光器，其特征在于，包括:第一反射镜；包括活性层的半导体空腔；和第二反射镜，第一反射镜、半导体空腔和第二反射镜被以所述的顺序形成，其中在第一反射镜和半导体层之间形成间隔部分，其中空腔长度是可调的，其中所述表面发射激光器具有在所述间隔部分和所述半导体空腔之间形成的高反射率结构，以及其中满足(λ/2)×m+λ/8<L<(λ/2)×m+3λ/8，其中L是在半导体空腔的第一反射镜侧处的第一界面和在半导体空腔的第二反射镜侧处的第二界面的光学反射中没有相位变化的情况下，转换为光学厚度之后的半导体空腔的光学厚度，m是1或者更大的整数，并且λ是激光振荡的中心波长。

【技术特征摘要】
2014.07.11 JP 2014-1429121.一种表面发射激光器，其特征在于，包括:
第一反射镜；
包括活性层的半导体空腔；和
第二反射镜，
第一反射镜、半导体空腔和第二反射镜被以所述的顺序形成，
其中在第一反射镜和半导体层之间形成间隔部分，
其中空腔长度是可调的，
其中所述表面发射激光器具有在所述间隔部分和所述半导体空腔
之间形成的高反射率结构，以及
其中满足(λ/2)×m+λ/8<L<(λ/2)×m+3λ/8，其中L是在半导体空腔
的第一反射镜侧处的第一界面和在半导体空腔的第二反射镜侧处的第
二界面的光学反射中没有相位变化的情况下，转换为光学厚度之后的
半导体空腔的光学厚度，m是1或者更大的整数，并且λ是激光振荡
的中心波长。
2.根据权利要求1所述的表面发射激光器，其中所述高反射率结
构包括如下结构：其中包括具有相对高的折射率的材料的高折射率层
和包括具有相对低折射率的材料的低折射率层的至少一个对被堆叠。
3.根据权利要求1所述的表面发射激光器，其中所述高反射率结
构包括分布式布拉格反射镜(DBR)。
4.根据权利要求1所述的表面发射激光器，其中所述半导体空腔
的光学厚度L满足(λ/2)×m+3λ/16<L<(λ/2)×m+5λ/16。
5.根据权利要求1所述的表面发射激光器，其中所述半导体空腔
的光学厚度L满足(λ/2)×m+7λ/40≤L≤(λ/2)×m+13λ/40。
6.根据权利要求1所述的表面发射激光器，其中所述半导体空腔
的光学厚度包括所述高反射率结构和所述半导体空腔的界面与所述半
导体空腔和第二反射镜之间的界面之间的光程长度。
7.根据权利要求1所述的表面发射激光器，其中所述半导体空腔
包括位于所述高反射率结构和第二反射镜之间的所有半导体层的堆叠
体。
8.根据权利要求1所述的表面发射激光器，其中所述高反射率结
构在激光振荡的中心波长处具有50％或者更大的反射率。
9.一种表面发射激光器，其特征在于，包括:
第一反射镜；
包括活性层的半导体空腔；和
第二反射镜，
第一反射镜、半导体空腔和第二反射镜被以所述的顺序形成，

【专利技术属性】
技术研发人员：长友靖浩，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP