JP2013205113A - 多波長測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】多波長測定装置は,光共振器と,前記光共振器内に配置され,量子ドットまたは量子井戸をそれぞれ備え,互いに異なる複数の波長の光を発する,複数の構造体を積層してなる発光部材と,前記複数の波長の光のいずれかを選択する光学部材と,複数の成分を含む測定対象を透過した,前記選択された波長の光を受光する受光素子と,を具備する。
【選択図】図1
Description
この場合,光源から発せられる光に,測定に用いられない波長の光が含まれ,エネルギー損失の原因となる。
第1〜第3の構造体それぞれでの第1〜第3の量子ドットまたは量子井戸からの第1〜第3の波長の光を用いて,効率的な光学測定が可能となる。
第1〜第3の波長の光での測定結果に基づいて,第1〜第3の成分の組成比を算出できる。
(2)前記第1,第3,第5の層の厚さが異なる。
(3)前記第1,第3,第5の層の構成材料の格子定数が異なる。
(4)前記第2,第4,第6の層の組成が異なる。
図1は本発明の一実施形態に係る多波長測定装置10を表す模式図である。多波長測定装置10は,試料Sの分光特性を測定するものであり,光源20,光ファイバ31〜31e,光カプラ32,レンズ33a,33b,セル34,光学素子35a,35b,光検出器36a,36b,制御・計算部37を有する。
図2は,試料S(測定対象)の吸光度スペクトルと光源20からの発光スペクトルの関係を表す図である。
光カプラ32は,光源20および光ファイバ31からの光を光ファイバ31a,31bの2つに分岐する分岐器である。光カプラ32は,光ファイバ31からの光を1:1に分岐することが好ましい。
制御・計算部37は,「光学部材を制御して,前記第1〜第3の波長の光を選択させ,前記選択された第1〜第3の波長の光それぞれでの受光素子の受光量を記憶する制御部」に対応する。即ち,制御・計算部37は,光学素子23,35(35a,35b)を制御して(光学素子23,35の光学特性の制御または光学特性の異なる光学素子23,35への交換),試料Sを通過する光の波長を選択する。また,制御・計算部37は,そのときの光検出器36a,36bからの信号Sa,Sbを記憶するメモリを有する。
以下,光源20の詳細を説明する。
光源20は,ミラー(反射器)21,発光部材22,光学素子23,電源24を有する。
ミラー(反射器)21は,発光部材22の反対側の端面22aと共に,光共振器を構成する。
端面22aは,ミラー21と対応し,光共振器を構成するミラーとして機能する。端面22aは,反射性と共に,透過性(半透過性)を有し,光共振器で共振された光の一部を出力光として出射する。
量子ドット43a〜43cに起因して,量子ドット部分構造41a〜41cそれぞれから,光が発生する。量子ドット部分構造41a〜41cそれぞれでの発光波長を異ならせ,複数波長の光出力を確保できる。
サブナノ層間分離層45a〜45c上に,量子ドット43a〜43cが配置される。
(1)バックグラウンド層(下地層)46cの形成
GaAs基板上にMBE(Molecular Beam Epitaxy(分子線エピタキシ))法により,バックグラウンド層46c(例えば,InGaAsの層)をエピタキシャル成長させる。
バックグラウンド層46c上にMBE法により,サブナノ層間分離層45c(例えば,GaAsの層)をエピタキシャル成長させる。
サブナノ層間分離層45c上にMBE法により,量子ドット43c(例えば,InAsの層)をエピタキシャル成長させる。サブナノ層間分離層45cの構成材料と量子ドット43cの構成材料との格子の不整合(格子定数の不一致)により,島状(アイランド)構造の量子ドット43cが形成される(自己組織化による形成)。サブナノ層間分離層45cと量子ドット43cの格子が不整合となるように,量子ドット43cの形成時において,例えば,InとAsの比率が制御される。
量子ドット43c上にMBE法により,キャップ層44c(例えば,InGaAsの層)をエピタキシャル成長させる。この結果,量子ドット43cがキャップ層44cに覆われる(埋め込み)。
その後,中間層42b,バックグラウンド層46b,サブナノ層間分離層45b,量子ドット43b,キャップ層44b,中間層42a,バックグラウンド層46a,サブナノ層間分離層45a,量子ドット43a,キャップ層44aをMBE法により順に形成した。このようにして,量子ドット構造が形成される。
キャップ層44aの上およびバックグラウンド層46cの下に,電流注入用の電極が形成される。
以下,多波長測定装置10の動作手順の一例を示す。
(1)測定
光源20からの波長λ1, λ2, λ3の光を切り替える。例えば,光学素子23,35を切り替えて,光源20から波長λ1の光を発する。この光は,光カプラ32によって,光ファイバ31a,31bに分岐される。光ファイバ31aからの光は試料Sを通過し,光ファイバ31bからの光は試料Sを通過しない。前者は測定用の光で,後者は基準用の光である。これらの光はそれぞれ,光学素子35a,35bを通過し,光検出器36a,36bで受光される。
Sa=K*I1=K*I0*T(λ1)
=K*I0*(e−A (λ1)*d)
Sb=K*I0 … 式(1)
I0: 光検出器36bに入射する(試料Sを通過しない)光の光量
K: 光検出器36a,36bに入射する光の光量と,信号Sa,Sbの強度の関係を表す比例定数(光検出器36a,36bの感度に対応)
T(λ1): 波長λ1での試料Sの透過率
A(λ1): 波長λ1での試料Sの吸光度
d: 試料Sを通過する光の光路長(距離)
R=Sa/Sb=T(λ1)=e−A (λ1)*d … 式(2)
A(λ1)=−Log(T(λ1))/d
=Log(Sb/Sa)/d … 式(3)
吸光度A(λ)は,測定対象物質f,g,hの混合比m,n,p,単位量当たりの吸光度f(λ),g(λ),h(λ)と次のような関係を有する。
A(λ)=m*f(λ)+n*g(λ)+p*h(λ)
ここで,λ=λ1,λ2,λ3としたとき,次の関係が成立する。
A(λ1)=m*f(λ1)+n*g(λ1)+p*h(λ1)
A(λ2)=m*f(λ2)+n*g(λ2)+p*h(λ2)
A(λ3)=m*f(λ3)+n*g(λ3)+p*h(λ3)
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張,変更可能であり,拡張,変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
Claims (6)
- 光共振器と,
前記光共振器内に配置され,量子ドットまたは量子井戸をそれぞれ備え,互いに異なる複数の波長の光を発する,複数の構造体を積層してなる発光部材と,
前記複数の波長の光のいずれかを選択する光学部材と,
複数の成分を含む測定対象を透過した,前記選択された波長の光を受光する受光素子と,
を具備することを特徴とする多波長測定装置。 - 前記発光部材が,
第1の層と,この第1の層上に配置される第1の量子ドットまたは第1の量子井戸と,この第1の量子ドットまたは第1の量子井戸を覆う第2の層と,を有し,第1の波長の光を発する第1の構造体と,
第3の層と,この第3の層上に配置される第2の量子ドットまたは第2の量子井戸と,この第2の量子ドットまたは第2の量子井戸を覆う第4の層と,を有し,前記第1の構造体に積層して配置され,かつ前記第1の波長と異なる第2の波長の光を発する第2の構造体と,
第5の層と,この第5の層上に配置される第3の量子ドットまたは第3の量子井戸と,この第3の量子ドットまたは第3の量子井戸を覆う第6の層と,を有し,前記第2の構造体に積層して配置され,かつ前記第1,第2の波長と異なる第3の波長の光を発する第3の構造体と,
を有する,
ことを特徴とする請求項1記載の多波長測定装置。 - 前記測定対象が第1〜第3の成分を含み,
前記光学部材を制御して,前記第1〜第3の波長の光を選択させ,前記選択された第1〜第3の波長の光それぞれでの受光素子の受光量を記憶する制御部と,
前記記憶された前記受光素子の受光量および前記第1〜第3の成分の前記第1〜第3の波長での吸光率に基づいて,前記測定対象の複数の成分の組成比を算出する算出部と,
を具備することを特徴とする請求項2記載の多波長測定装置。 - 前記第1〜第3の量子ドットの組成またはサイズの少なくとも一方が互いに異なる,ことを特徴とする請求項3記載の多波長測定装置。
- 前記第1,第3,および第5の層の厚さ,構成材料の格子定数の少なくともいずれかが異なる,ことを特徴とする請求項3記載の多波長測定装置。
- 前記第2,第4,第6の層の組成が異なる,
ことを特徴とする請求項3記載の多波長測定装置。
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