二维光子晶体面发光激光器制造技术

二维光子晶体面发光激光器(10)具有活性层(11)、二维光子晶体(光子晶体层)(12)以及电极(第一电极(191)和第二电极(192))。二维光子晶体(12)具备配置在活性层(11)的一侧的板状的母材(121)、以及在母材(121)内被配置于规定的晶格的晶格点且折射率与母材(121)的折射率不同的异折射率部(122)，在作为二维光子晶体(12)的至少一部分区域的电流注入区域(120)内，每个位置的能带端频率在与母材(121)平行的一个方向上单调地增加。这样的二维光子晶体(12)例如能够通过以下结构来实现：在异折射率部(122)具有比母材(121)的折射率小的折射率的情况下，在构成所述晶格的单位晶格(123)中异折射率部(122)所占的体积的比例即填充系数在所述一个方向上单调地增加。在所述一个方向上单调地增加。在所述一个方向上单调地增加。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】二维光子晶体面发光激光器


[0001]本专利技术涉及一种激光器。

技术介绍

[0002]以往，通过对被加工物照射激光来对该被加工物进行切削加工。此时，通过使照射激光的脉冲宽度比纳秒短并提高峰值输出，能够在不使非加工物因发热而损伤的情况下高精度地加工该非加工物。因而，在加工用途中，优选使用脉冲宽度小于1纳秒的脉冲激光。
[0003]在专利文献1中记载了一种能够射出脉冲激光的二维光子晶体面发光激光器。该二维光子晶体面发光激光器具有活性层和二维光子晶体。在此，二维光子晶体具有在板状的母材内以规定的周期配置有折射率与母材的折射率不同的区域(具体地说为空位)的光谐振状态形成用光子晶体构造。在该二维光子晶体面发光激光器中，通过向活性层注入电流来生成规定的频带内的光。该频带内的光中的由所述周期决定的频率的光在二维光子晶体内进行谐振而被放大，并且射出。此时，如果重复进行使向活性层供给的电流接通/断开的开关，则射出脉冲激光(此外，如果不间断地持续向活性层供给电流，则射出连续的激光)。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1：日本特开2018
‑
144664号公报

技术实现思路

[0007]专利技术要解决的问题
[0008]在脉冲激光光源中，一般来说，时间平均输出越高，并且脉冲宽度越小，则能够使峰值输出越高。二维光子晶体面发光激光器的优点在于，与被称为端面发光型的通常的半导体激光器相比时间平均输出高。另一方面，在以往的二维光子晶体面发光激光器中，脉冲宽度最小为几纳秒(脉冲重复频率最大为几百MHz：专利文献1)，难以设为小于1纳秒。这是由于：通过向活性层供给的电流的接通/断开来进行以往的二维光子晶体面发光激光器的开关，难以使其响应时间小于1纳秒。
[0009]本专利技术要解决的课题在于，提供一种能够射出脉冲宽度小于1纳秒且峰值输出高的脉冲激光的二维光子晶体面发光激光器。
[0010]用于解决问题的方案
[0011]为了解决上述课题而完成的本专利技术所涉及的二维光子晶体面发光激光器具备：
[0012]a)活性层；
[0013]b)二维光子晶体，其具备配置在所述活性层的一侧的板状的母材、以及在该母材内被配置于规定的晶格的晶格点且折射率与该母材的折射率不同的异折射率部，在作为所述二维光子晶体的至少一部分区域的电流注入区域内，每个位置的能带端频率在与该母材平行的一个方向上单调地增加；以及
[0014]c)电极，其向所述活性层和所述电流注入区域注入电流。
[0015]所述异折射率部既可以由折射率与母材的折射率不同的构件构成，也可以是空位。在前者的情况下，异折射率部(即所述构件)的折射率(设为n
m
)既可以比母材的折射率(设为n
b
)低，也可以比母材的折射率(设为n
b
)高。在后者的情况下，异折射率部(空位)的折射率n
m
比母材的折射率n
b
低。
[0016]在二维光子晶体内被放大的光的频率具有与被称为能带端的能量对应的值，该能带端是该二维光子晶体的光子能带与光子带隙的边界。将该频率称为能带端频率。二维光子晶体内的光所感受到的有效折射率越小，和/或，配置异折射率部的晶格的周期长度(晶格常数)越小，则能带端频率越大。在此，在n
m
＜n
b
的情况下，用在构成晶格的单位晶格中异折射率部所占的体积的比例定义的填充系数(Filling factor)越大，则有效折射率越小，在n
m
＞n
b
的情况下，填充系数越小，则有效折射率越小。因而，关于“在电流注入区域内每个位置的能带端频率在与该母材平行的一个方向上单调地增加”，在n
m
＜n
b
的情况下通过使填充系数在电流注入区域内在该一个方向上单调地增加来实现，在n
m
＞n
b
的情况下通过使填充系数在电流注入区域内在该一个方向上单调地减少来实现。另外，不管n
m
与n
b
的关系如何，都能够通过使周期长度在电流注入区域内在所述一个方向上单调地减少来实现“在电流注入区域内每个位置的能带端频率在与该母材平行的一个方向上单调地增加”。并且，也可以将填充系数的增加(n
m
＜n
b
的情况)或减少(n
m
＞n
b
的情况)与周期长度的减少进行组合。
[0017]对本专利技术所涉及的二维光子晶体面发光激光器的动作进行说明。当向活性层和二维光子晶体的电流注入区域注入电流时，从该活性层生成规定的频带内的光，在电流注入区域内的各位置处与能带端的能量对应的能带端频率的光被放大。在此，在能带端频率最大的位置处，被放大的光的频率与其它位置处的光子带隙内的能量对应，因此在该位置处光的封闭效果最高。其结果，在能带端频率最大的位置附近发生激光振荡。在发生了激光振荡的位置处，载流子被急剧地消耗而减少，由此有效折射率增加。该有效折射率的增加起到使能带端频率最大的位置附近的能带端频率减小的作用，由此电流注入区域内的能带端频率的差变小。由此，在电流注入区域内发生激光振荡的范围扩大，激光的输出变大。于是，载流子在更宽的范围内减少，激光振荡停止。通过到此为止的动作，射出1个脉冲量的脉冲激光。之后，通过注入电流，载流子的量恢复，通过与上述同样的动作来重复射出脉冲激光。
[0018]根据本专利技术人所进行的计算，在本专利技术所涉及的二维光子晶体面发光激光器中，通过注入10A～12A的电流，能够射出如下的脉冲激光：脉冲重复频率超过1GHz，脉冲宽度小于1纳秒，并且具有比在以往的二维光子晶体面发光激光器中注入了相同程度的电流的情况下的峰值输出高的40W～80W的峰值输出。由于在向活性层持续地注入电流的期间射出这样的脉冲激光，因此在本专利技术所涉及的二维光子晶体面发光激光器中无需进行成为在以往的二维光子晶体面发光激光器中妨碍脉冲宽度小于1纳秒的原因的、将电流接通/断开的开关。
[0019]填充系数在与该母材平行的一个方向上单调地增加(n
m
＜n
b
的情况)或减少(n
m
＞n
b
的情况)的结构能够通过使各个异折射率部的平面形状的面积(以下，简称为“面积”)在所述一个方向上单调地增加(n
m
＜n
b
的情况)或减少(n
m
＞n
b
的情况)来具体实现。或者，也能够通过使异折射率部的深度在所述一个方向上单调地增加(n
m
＜n
b
的情况)或减少(n
m
＞n
b
的情况)来具体实现。另外，也可以通过调整面积和深度这两方来使异折射率部的体积在所述一个方向上单调地增加(n
m
＜n
b
的情况本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种二维光子晶体面发光激光器，其特征在于，具备：a)活性层；b)二维光子晶体，其具备配置在所述活性层的一侧的板状的母材、以及在该母材内被配置于规定的晶格的晶格点且折射率与该母材的折射率不同的异折射率部，在作为二维光子晶体的至少一部分区域的电流注入区域内，每个位置的能带端频率在与该母材平行的一个方向上单调地增加；以及c)电极，其向所述活性层和所述电流注入区域注入电流。2.根据权利要求1所述的二维光子晶体面发光激光器，其特征在于，所述异折射率部具有比所述母材的折射率小的折射率，在构成所述晶格的单位晶格中所述异折射率部所占的体积的比例即填充系数在所述电流注入区域内在所述一个方向上单调地增加。3.根据权利要求2所述的二维光子晶体面发光激光器，其特征在于，所述异折射率部各自的平面形状的面积在所述电流注入区域内在所述一个方向上单调地增加。4.根据权利要求1所述的二维光子晶体面发光激光器，其特征在于，所述异折射率部具有比所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：野田进，井上卓也，吉田昌宏，M，
申请(专利权)人：国立大学法人京都大学，
类型：发明
国别省市：