二维光子晶体表面发射激光器制造技术

提供在包括活性层和设置在活性层附近的具有二维周期性折射率轮廓的二维光子晶体的二维光子晶体表面发射激光器中实现的、通过使用面内的初基矢量的长度不同的晶格结构的光子晶体使得能够容易地实现具有二维对称的强度分布的激光振荡的二维光子晶体表面发射激光器。二维光子晶体具有面内的两个初基矢量具有不同的长度的晶格结构，包含于晶格结构的单位单元中的形成晶格点的部件的形状关于两个初基矢量的方向具有各向异性，并且，部件的形状的各向异性允许耦合系数的差值比部件的形状具有各向同性的情况小。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及二维光子晶体表面发射激光器，特别是涉及使用面内的两个初基矢量(primitive translation vector)的长度不同的二维光子晶体的晶格结构(斜方晶格或矩形晶格)的激光器。
技术介绍
近年来，报道了光子晶体被应用于半导体激光器的许多例子。专利文献I公开了在包含发光材料的活性层附近形成二维光子晶体(二维衍射光栅)的表面发射激光器。它是分布反馈表面发射激光器(distributed feedback surface emitting laser)的一种类型。该二维光子晶体具有周期性地设置在半导体层中的圆柱状的气孔等，并具有二维周期性折射率轮廓(profile)。该周期性折射率轮廓使得在活性层中产生的光能够共振并形成用于激光振荡的驻波。在上述的专利文献I中，对于二维光子晶体的晶格结构采用正方晶格和三角晶格之一。由于这两种晶格结构具有相同的面内的初基矢量长度(即晶格常数)，因此衍射在面内的一些方向是等价的(equivalent)。因此，不同方向的衍射光线相互结合以按二维的方式产生有均匀的相位的相干激光振荡。由激光振荡产生的该光通过光子晶体的一级衍射沿与面垂直的方向被提取。根据上述的原理，在专利文献I中描述的半导体激光器用作以二维的方式发射相干光的表面发射激光器。另外，开发了在不限于正方晶格或三角晶格的情况下使用面内的两个初基矢量的长度不同的晶格结构的二维光子晶体表面发射激光器。例如，专利文献2提出了使用矩形晶格的二维光子晶体表面发射激光器。引文列表专利文献PTLl:日本专利申请公开 N0.2000-332351PTL2:日本专利申请公开 N0.2004-25381
技术实现思路
技术问题上述的二维光子晶体表面发射激光器具有以下的问题。具体而言，当使用矩形晶格那样的面内的两个初基矢量的长度不同的晶格结构(以下，称为具有各向异性的晶格结构或各向异性晶格结构)时，难以实现具有二维对称的强度分布的激光。如这里使用的那样，二维对称的强度分布意指发射面中的发出光的强度分布可被视为沿面内的正交方向基本上相同的情况。上述的问题是由以下的原因导致的。具有各向异性的晶格结构导致依赖于光衍射方向的耦合系数的差值。这里，在二维光子晶体的面内的各方向出现衍射的可能性与耦合系数的值有关。当耦合系数的绝对值较大时，更可能出现衍射。换句话说，认为:在各向异性晶格结构中，面内的衍射的出现的可能性可能是各向异性的，并且一维共振(分布反馈)仅沿特定的方向增强，使得很难出现二维对称激光振荡。参照图7、图8A、图8B、图8C和图8D，描述光如何在使用矩形晶格的二维光子晶体表面发射激光器中衍射。图7是示出真实空间中的晶格结构的示意图。所述晶格结构为矩形晶格，其中，X方向的晶格常数％比y方向的晶格常数a2长。图8A、图SB、图SC和图8D是不出与图7的晶格结构对应的倒易晶格空间以及光如何衍射的不意图。图8A示出通过一级衍射将倒易晶格矢量Gy和Gcu相加到衍射之前的波数矢量K的衍射。面内的波数通过衍射变为零，并且，衍射之后的波数矢量K '指向与面垂直的方向。结果，光沿基本上与面垂直的方向辐射。图SB示出通过二级衍射将倒易晶格矢量G2itl和Gcu增加到衍射之前的波数矢量K的衍射。衍射之后的波数矢量K /的方向指向与衍射前相反的方向。图SC示出通过二级衍射将倒易晶格矢量G2itl增加到衍射之前的波数矢量K的衍射。图8D示出通过二级衍射将倒易晶格矢量Gtli2增加到衍射之前的波数矢量K的衍射。由图8C和图8D表达的衍射分别与真实空间中的X方向和y方向的衍射对应。在这两种类型的衍射中，光以二维的方式衍射，并由此产生二维结合模式。如果出现衍射的可能性在这两种类型的衍射之间大大不同，那么只有特定方向的衍射增强，使得通过一维分布反馈产生激光振荡。结果，认为很难在二维结合和二维对称的模式中产生激光振荡。具体例子的计算结果如下面描述的那样。 图9A示出没有各向异性的晶格结构的例子，该晶格结构是在基质材料(hOstmaterial)90中以正方晶格布置圆孔91的二维光子晶体结构。在所述晶格中，设定x方向的晶格常数A为226nm、y方向的晶格常数a2为226nm、所述孔的直径d为llOnm、引导模式的有效折射率neff为2.5，以及基质材料90与孔91之间的有效介电常数差Λ ε为0.2，并且，通过计算确定400nm的波长处的耦合系数。结果，确认关于x方向的衍射的耦合系数κ 2,ο和关于I方向的衍射的I禹合系数κ ο,2在24301^1处相同。另一方面，图9B示出具有各向异性的晶格结构的例子，并且示出在基质材料中以矩形晶格状布置圆孔的二维光子晶体结构。在所述晶格中，设定S1为200nm、a2为267nm，其它的结构与图9A所示的结构相同，并且，执行计算。结果，409cm—1。发现y方向的耦合系数远大于X方向的耦合系数。换句话说，该结构被视为沿y方向更强烈地出现衍射的结构。因此，如上所述，存在很难实现二维对称振荡的问题。鉴于上述的问题，作出了本专利技术，因此，本专利技术具有提供使得能够在使用面内的初基矢量的长度不同的晶格结构的光子晶体的结构中容易地实现具有二维对称的强度分布的激光振荡的二维光子晶体表面发射激光器的目的。问题的解决方案根据本专利技术，提供一种包括活性层和设置在活性层附近的具有二维周期性折射率轮廓的二维光子晶体的二维光子晶体表面发射激光器，其中，所述二维光子晶体具有面内的两个初基矢量具有不同的长度的晶格结构；包含于晶格结构的单位单元(unit cell)中的形成晶格点的部件(member)的形状关于两个初基矢量的方向具有各向异性；以及，形成晶格点的部件的形状的各向异性允许耦合系数的差值比形成晶格点的部件的形状具有各向同性的情况小。本专利技术的有利效果根据本专利技术，可以实现使得能够在使用面内的初基矢量的长度不同的晶格结构的光子晶体的结构中容易地实现具有二维对称的强度分布的激光振荡的二维光子晶体表面发射激光器。从参照附图对示例性实施例的以下描述，本专利技术的其它特征将变得清晰。附图说明图1是示出本专利技术的实施例中的二维光子晶体结构的示意图。图2A和图2B是示出根据本专利技术的实施例的图1所示的二维光子晶体中的耦合系数各向异性的计算结果的示图。图3A、图3B、图3C和图3D是示出根据本专利技术的实施例的晶格点形状的示图。图4是通过计算根据本专利技术的实施例的图3A所示的二维光子晶体的耦合系数各向异性获得的示图。图5A和图5B是示出根据本专利技术的例子I的二维光子晶体表面发射激光器的示图。图6A和图6B是示出根据本专利技术的例子2的二维光子晶体表面发射激光器的示图。图7是示出常规的例子中的矩形晶格结构的示图。图8A、图8B、图8C和图8D是示出在常规的例子中光如何衍射的示图。图9A和图9B分别是示出没应用本专利技术的二维光子晶体结构的示图。具体实施例方式以下，描述根据本专利技术的实施例的包括活性层和设置在活性层附近的具有二维周期性折射率轮廓的二维光子晶体的二维光子晶体表面发射激光器的结构例子。首先描述构成本实施例的二维光子晶体表面发射激光器的二维光子晶体(二维衍射光栅)的晶格结构的单位单元。所述单位单元意指可通过平移单位表达晶格结构的单位。虽然可关于相同的晶格结构以无数的方式选择单位单元，但本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.09.16 JP 2010-2077271.一种二维光子晶体表面发射激光器，所述二维光子晶体表面发射激光器包括活性层和设置在所述活性层附近的具有二维周期性折射率轮廓的二维光子晶体，其中， 所述二维光子晶体具有面内的两个初基矢量具有不同的长度的晶格结构； 包含于所述晶格结构的单位单元中的形成晶格点的部件的形状关于所述两个初基矢量的方向具有各向异性；以及 形成晶格点的部件的形状的各向异性允许耦合系数的差值比形成晶格点的部件的形状具有各向同性的情况下小。2.根据权利要求1的二维光子晶体表面发射激光器，其中，所述二维光子晶体为矩形晶格。3.根据权利要求1或2的二维光子晶体表面发射激光器，其中，形成晶格点的部件的与基板表面平行的截面形状是矩形。4.根据权利要求3的二维光子晶体表面发射激光器，其中，晶格点的截面形状中的矩形的长边和短边之间的长度的各向异性与所述两个初基矢量之中的长矢量与短矢量之间的各向异性成比例。5.根据权利要求3的二维光子晶体表面发射激光器，其中，矩形晶格点的xy坐标中的关于X方向的衍射的1禹合系数K 2;(|和关于y方...

【专利技术属性】
技术研发人员：长友靖浩，川岛祥一，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：
国别省市：