JP4810208B2 - Light emitting device - Google Patents
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Description
本発明は、発光装置に関し、特に表示デバイス用光源、光通信装置光源、光ディスク光源等に応用可能な３次元フォトニック結晶を有する発光装置に関する。 The present invention relates to a light-emitting equipment, in particular for a display device light source, an optical communication device light source, relates to a light-emitting equipment with applicable three-dimensional photonic crystal optical light source and the like.
フォトニック結晶は、物質に光の波長程度の周期で人工的に屈折率の変調構造を与えた結晶であり、結晶中の光の伝搬を制御できる。
現在までに非常に多くの現象が報告されているが、例えば代表的なものとして、フォトニックバンドギャップ（以下、これをＰＢＧと記す）によって、ある周波数帯の光が結晶中をまったく伝搬できないようにすることができるといった特徴がある。
フォトニック結晶の応用技術は数多く存在するが、その中でＰＢＧの性質を利用して光を微小空間内に閉じ込め、新規デバイスに応用しようという研究が、近年盛んに行われている。
A photonic crystal is a crystal in which a substance is artificially provided with a refractive index modulation structure with a period of about the wavelength of light, and the propagation of light in the crystal can be controlled.
To date, a great many phenomena have been reported. For example, as a typical example, a photonic band gap (hereinafter referred to as PBG) prevents light in a certain frequency band from propagating through the crystal at all. There is a feature that can be made.
There are many application technologies for photonic crystals. Among them, research has been actively conducted in recent years to confine light in a minute space using the properties of PBG and to apply it to new devices.
フォトニック結晶は、ＰＢＧの特徴の違いから２次元と３次元に分けることができるが、特に３次元フォトニック結晶は、空間の全方位に対してＰＢＧが存在し（完全ＰＢＧ）、結晶内に微小欠陥を設けてやることで、光を欠陥内に完全に閉じ込めることができる。
そのため、このような欠陥を共振器として用いて完全閉じ込め共振器とすることで、共振器損失を非常に低く抑えることができ、超低閾値のレーザ素子が実現できるものと期待されている。
Photonic crystals can be divided into two-dimensional and three-dimensional due to differences in the characteristics of PBG. In particular, three-dimensional photonic crystals have PBGs in all directions in the space (complete PBG), By providing a minute defect, light can be completely confined in the defect.
Therefore, it is expected that by using such a defect as a resonator to form a completely confined resonator, the resonator loss can be suppressed to a very low level and a laser element with an ultra-low threshold can be realized.
このような完全閉じ込め共振器の従来例として、つぎのような提案がなされている。例えば、特許文献１では３次元フォトニック結晶欠陥共振器内に活性層を導入し、活性層から発した光を共振器内でレーザ発振させ、閉じ込めた光をそれに隣接する導波路から取り出すことでレーザとする半導体レーザ素子とその製造方法が提案されている。
また、特許文献２では、３次元フォトニック結晶欠陥共振器の近傍に線欠陥導波路を配置したとき、両者の位置を最適化することで、光の共振状態に与える影響を最小限にした状態での光取り出し法が提案されている。
As a conventional example of such a completely confined resonator, the following proposal has been made. For example, in Patent Document 1, an active layer is introduced into a three-dimensional photonic crystal defect resonator, light emitted from the active layer is laser-oscillated in the resonator, and the confined light is extracted from a waveguide adjacent thereto. A semiconductor laser element used as a laser and a manufacturing method thereof have been proposed.
Further, in
また、共振器中に非線形媒質を導入し、レーザ光と非線形媒質の相互作用を増大させ、光の変換効率を高めた波長変換レーザも数多く研究、実用化されている。これらは主に装置構成の観点から、２種類のデバイスに分けることができる。一つは非線形媒質がレーザ活性媒質と同じ共振器内に入っているものであり、もう一つは非線形媒質とレーザ活性層が別々の共振器に入っているものである。
前者では、固体レーザ光の基本波に対する第二高調波（ＳＨＧ）光を出力するレーザ装置などがある。
また、後者では、ある波長のレーザ光をポンピング光として、非線形媒質の入った共振器に入射させ、別々の波長の光（シグナル光とアイドラー光）に変換する光パラメトリック発振（ＯＰＯ）器などがある。
In addition, many wavelength conversion lasers in which a nonlinear medium is introduced into the resonator to increase the interaction between the laser beam and the nonlinear medium to increase the light conversion efficiency have been studied and put into practical use. These can be divided into two types of devices mainly from the viewpoint of apparatus configuration. One is that the nonlinear medium is in the same resonator as the laser active medium, and the other is that the nonlinear medium and the laser active layer are in separate resonators.
The former includes a laser device that outputs second harmonic (SHG) light with respect to the fundamental wave of solid-state laser light.
In the latter case, there is an optical parametric oscillator (OPO) that converts laser light having a certain wavelength into pumping light and entering a resonator containing a nonlinear medium and converting the light into different wavelengths (signal light and idler light). is there.
一方、特許文献３では、垂直共振器型面発光レーザの微小共振器内で、レーザ発振と波長変換（ここではＳＨＧ）を同時に行った例が示されている。
ここではＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の大きな非線形性を利用し、活性層と波長変換層両方をＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により作製している。
また、ＩＩＩ−Ｖ族半導体の非線形性は結晶の方位に依存するため、傾斜基板を用いて結晶成長を行い、媒質の非線形性を高めている。
Here, the active layer and the wavelength conversion layer are both made of a group III-V compound semiconductor by utilizing the large nonlinearity of the group III-V compound semiconductor.
In addition, since the nonlinearity of III-V semiconductors depends on the crystal orientation, crystal growth is performed using a tilted substrate to enhance the nonlinearity of the medium.
しかしながら、上記した特許文献１あるいは特許文献２等の完全閉じ込め共振器による従来例のものにおいては、光の閉じ込めが完全であればあるほど、逆に光の取り出しが困難になるという問題が生じる。
光の取り出しができなければ、完全閉じ込め共振器を用いたレーザはデバイスとして機能しないため、光の取り出し方法をどうするかということは重要な課題である。
これまで提案されている方法は、上記特許文献１あるいは特許文献２等の従来例のものにおいても示されているように、活性層の近傍に導波路を作製し、導波路を通して光を外部へ取り出そうというものである。
しかし、このような方法による場合、導波路の位置が最適位置からわずかでもずれると、共振器から導波路に光が漏れ出し、共振器としての著しい性能低下につながることとなる。
However, in the conventional example using a completely confined resonator such as Patent Document 1 or
If the light cannot be extracted, a laser using a completely confined resonator does not function as a device, so how to extract the light is an important issue.
As shown in the conventional examples such as Patent Document 1 or
However, according to such a method, if the position of the waveguide is slightly deviated from the optimum position, light leaks from the resonator to the waveguide, leading to a significant performance degradation as a resonator.
一方、上記した特許文献３のような垂直共振器面発光型レーザのＳＨＧ発生素子による従来例のものにおいては、９９％以上の反射率を持つミラーにより光を共振させ、非線形媒質との相互作用を強めている。
しかし、これによると光が閉じ込められているのは１方向のみであり、３次元完全閉じ込め共振器に比べ光の閉じ込めが弱くなるという問題がある。
このため、非線形媒質との相互作用が低下し、変換効率が小さくなる可能性を有している。
On the other hand, in the conventional example using the SHG generating element of the vertical cavity surface emitting laser as in Patent Document 3 described above, the light is resonated by a mirror having a reflectance of 99% or more to interact with the nonlinear medium. Is strengthening.
However, according to this, light is confined only in one direction, and there is a problem that light confinement becomes weaker than that in a three-dimensional complete confinement resonator.
For this reason, there is a possibility that the interaction with the nonlinear medium is reduced and the conversion efficiency is reduced.
本発明は、上記課題に鑑み、三次元フォトニック結晶を用いた場合に、光の取り出しを行うことが可能となる発光装置を提供することを目的とするものである。 In view of the above problems, in the case of using a three-dimensional photonic crystal, it is an object to provide a light-emitting equipment that it is possible to perform the extraction of light.
本発明の発光装置は、
三次元フォトニック結晶を含み構成される共振器、
波長変換媒質、
第１の波長の光を発生する第１の活性媒質、
該１の波長と異なる第２の波長の光を発生する第２の活性媒質、を備え、
該第１及び第２の波長の光が、該波長変換媒質により、前記第１及び第２のとは異なる第３の単一波長の光に変換され、該共振器の外部に放出されることを特徴とする。
Light emission device of the present invention,
A resonator comprising a three- dimensional photonic crystal,
Wavelength conversion medium,
A first active medium that generates light of a first wavelength;
A second active medium that generates light having a second wavelength different from the one wavelength;
The light of the first and second wavelengths is converted into light of a third single wavelength different from the first and second by the wavelength conversion medium and emitted to the outside of the resonator. the shall be the feature.
本発明によれば、３次元フォトニック結晶を有する発光装置を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize a light-emitting equipment having a three-dimensional photonic crystal.
本発明によれば、上記のように構成することで、本発明の課題を達成することができるが、本発明の実施の形態における３次元閉じ込め共振器を有する発光素子は、具体的には、例えば、つぎの（１）〜（３）の手段を備えた構成とすることができる。
（１）電流の注入により、ある特定の波長を有する基本波を発する手段（活性媒質）。
（２）該基本波を３次元空間内に閉じ込めて増幅させる手段（３次元閉じ込め共振器）。
（３）該基本波を波長変換し別の波長の変換波とするための手段（波長変換媒質）。
そして、共振増幅された基本波の波長を、別の異なる波長の変換波に変換することにより、該変換波光を共振器外部に取り出すように構成することができる。
ここで、ある特定の波長を有する基本波とは、連続発振レーザなどの発振スペクトル幅が極めて狭い単一波長の光をさすのみでなく、パルス発振レーザなど発振スペクトル幅が１０ｎｍ以上になるような、やや幅の広い光のこともさす。
According to the present invention, the above-described configuration can achieve the object of the present invention. Specifically, the light-emitting element having the three-dimensional confinement resonator according to the embodiment of the present invention includes: For example, it can be set as the structure provided with the means of the following (1)-(3).
(1) Means (active medium) for emitting a fundamental wave having a specific wavelength by current injection.
(2) Means for confining and amplifying the fundamental wave in a three-dimensional space (three-dimensional confinement resonator).
(3) Means (wavelength conversion medium) for converting the wavelength of the fundamental wave into a converted wave of another wavelength.
Then, by converting the wavelength of the fundamental wave that has been amplified by resonance into a converted wave having a different wavelength, the converted wave light can be extracted outside the resonator.
Here, the fundamental wave having a specific wavelength refers not only to light of a single wavelength having a very narrow oscillation spectrum width such as a continuous wave laser but also to an oscillation spectrum width of 10 nm or more such as a pulsed laser. It also refers to a slightly wider light.
このような本実施の形態の構成によると、３次元閉じ込め共振器内部に活性媒質と波長変換媒質を備え、該活性媒質より発せられた基本波を該共振器内部で共振増幅しながら外部へ漏らすことなく完全に閉じ込めが可能となる。そして、波長変換媒質により波長変換した光のみを安定かつ高効率で外部に取り出すことができる。
また、共振器に微細導波路などをつくり込む必要がなく、導波路の極精密な位置制御も必要ないため、作製誤差による素子の機能低下を回避することができる。また、光を共振器内部に３次元的に閉じ込めているため、光の損失が少なく、共振器内部の光密度を大きくすることが可能となる。
これにより、波長変換媒質との相互作用が増大し、高い変換効率を実現することができる。
従って、波長変換レーザとしても、性能の良いレーザを提供することができる。
According to such a configuration of the present embodiment, the active medium and the wavelength conversion medium are provided inside the three-dimensional confinement resonator, and the fundamental wave emitted from the active medium is leaked to the outside while being resonantly amplified inside the resonator. Can be completely confined without any problems. And only the light wavelength-converted by the wavelength conversion medium can be taken out to the outside stably and with high efficiency.
In addition, since it is not necessary to form a fine waveguide or the like in the resonator, and it is not necessary to control the position of the waveguide with extreme precision, it is possible to avoid degradation of the function of the element due to manufacturing errors. In addition, since light is confined three-dimensionally inside the resonator, there is little loss of light, and the light density inside the resonator can be increased.
Thereby, the interaction with the wavelength conversion medium is increased, and high conversion efficiency can be realized.
Therefore, a laser with good performance can be provided as a wavelength conversion laser.
以上のとおり、本実施の形態における光取り出しにおいては、３次元閉じ込め共振器、およびその内部に存在する活性媒質、波長変換媒質が、重要な構成要素であるが、まず、３次元閉じ込め共振器について説明する。
３次元閉じ込め共振器は、波長変換する前の基本波を共振器外部に漏らすことなく完全に閉じ込め、変換波のみを透過することができる共振器が必要である。
このような性質を持つ共振器であればいかなるものでもよいが、３次元フォトニック結晶を用いた欠陥共振器は、完全ＰＢＧを有しており、また設計により結晶を透過させる光の波長域を制御できるため、この用途に適している。
その際、フォトニック結晶を構成する部材は、基本波および変換波に対して吸収の少ないことが望ましい。
As described above, in the light extraction in the present embodiment, the three-dimensional confinement resonator and the active medium and wavelength conversion medium existing therein are important components. explain.
The three-dimensional confinement resonator requires a resonator that can completely confine the fundamental wave before wavelength conversion without leaking outside the resonator and transmit only the converted wave.
Any resonator having such properties may be used, but a defect resonator using a three-dimensional photonic crystal has a complete PBG, and has a wavelength range of light transmitted through the crystal by design. Because it can be controlled, it is suitable for this application.
In that case, it is desirable that the members constituting the photonic crystal have less absorption with respect to the fundamental wave and the converted wave.
フォトニック結晶を構成する部材としては、ＧａＡｓ、ＧａＮなどの半導体や、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２などの誘電体、Ｗ、Ａｕなどの金属、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、アクリル樹脂などの樹脂材料等が挙げられる。これらにおいて、電流注入を実現するためには、導電性のある金属や半導体材料が好ましい。 As a member constituting the photonic crystal, a semiconductor such as GaAs or GaN, a dielectric such as TiO 2 or SiO 2 , a metal such as W or Au, a resin material such as PMMA (polymethyl methacrylate), an acrylic resin, or the like. Can be mentioned. In these, in order to implement | achieve current injection, a conductive metal and semiconductor material are preferable.
つぎに、活性層に用いる部材は、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＮなどの半導体、またはＡｌｑ３、ローダミン６Ｇなどの有機色素、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅなどの固体レーザ媒質などが挙げられる。
フォトニック結晶を構成する部材と同様に、電流注入により発光させるためには、活性層に用いる部材は半導体材料であることが望ましい。
本実施の形態においては、このような活性層を３次元閉じ込め共振器の内部に局所的または周期的に配置する構成が採られる。
Next, examples of the member used for the active layer include semiconductors such as InGaAsP and InGaN, organic dyes such as Alq 3 and rhodamine 6G, and solid laser media such as Nd: YAG and Ti: Sapphire.
Similar to the members constituting the photonic crystal, in order to emit light by current injection, the member used for the active layer is preferably a semiconductor material.
In the present embodiment, such an active layer is locally or periodically disposed inside the three-dimensional confinement resonator.
つぎに、波長変換方法としては、主に非線形光学効果を利用した波長変換法を用いることができる。具体的には、高調波発生、和周波及び差周波発生、誘導ラマン散乱、誘導ブリユアン散乱などの方法がある。
また、波長変換媒質としては、現在までに種々の非線形媒質が報告されている。高調波発生、和周波及び差周波発生媒質としては、β−ＢａＢ２Ｏ４（ＢＢＯ）、ＬｉＮｂＯ３（ＬＮ）、ＬｉＴａＯ３、ＫＴｉＰＯ４（ＫＴＰ）などの酸化物誘電体結晶が挙げられる。また、これらにＭｇなどの元素をドープした結晶、ＡｇＧａＳ２などのカルコパイライト型の半導体結晶などが挙げられる。
Next, as a wavelength conversion method, a wavelength conversion method mainly using a nonlinear optical effect can be used. Specifically, there are methods such as harmonic generation, sum frequency and difference frequency generation, stimulated Raman scattering, and stimulated Brillouin scattering.
Various nonlinear media have been reported so far as wavelength conversion media. Examples of the harmonic generation, sum frequency, and difference frequency generation medium include oxide dielectric crystals such as β-BaB 2 O 4 (BBO), LiNbO 3 (LN), LiTaO 3 , and KTiPO 4 (KTP). Further, a crystal doped with an element such as Mg or a chalcopyrite type semiconductor crystal such as AgGaS 2 can be used.
また、ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族半導体の大きな非線形性を利用し、活性層またはそれに隣接した半導体層により波長変換する方法もある。
その場合、実効的な非線形性を高めるため、高指数面の基板を用いる。
これら非線形媒質の性質については、非線形光学定数が大きいこと、基本波及び変換波に対して吸収の少ないことが望ましい。
There is also a method of wavelength conversion using an active layer or a semiconductor layer adjacent to the active layer by utilizing the large non-linearity of III-V and II-VI semiconductors.
In that case, a high index surface substrate is used in order to increase the effective non-linearity.
As for the properties of these nonlinear media, it is desirable that the nonlinear optical constant is large and that the fundamental wave and the converted wave have little absorption.
さらに、このようなレーザ媒質となり得る半導体媒質の非線形性を利用して波長変換を行う場合には、活性層および隣接する半導体層には、同種の半導体を用いることができる。
このため、結晶成長により一括して作製した、いわば同一の結晶内に活性層および波長変換媒質を設けることができる。これにより、活性層と非線形媒質が別々の場合より、界面による反射損失の低減や作製プロセスを簡略化できるなどのメリットがある。
これら非線形媒質を用いた波長変換のためには、基本波と変換波間の位相整合を取ることが重要になる。その方法として既に種々の方法が報告され公知の技術となっている。
本発明に用いることができる位相整合方法としては、結晶の複屈折性を利用した角度整合、結晶の非線形分極を周期的に反転させた擬似位相整合法などがある。また誘導ラマン散乱（を用いたラマン変換）を利用する場合には、ラマン媒質としてパラ水素などを用いることができる。
本実施の形態においては、このような波長変換媒質を３次元閉じ込め共振器の内部に局所的または周期的に配置する構成が採られる。
Further, in the case of performing wavelength conversion using the nonlinearity of a semiconductor medium that can be such a laser medium, the same type of semiconductor can be used for the active layer and the adjacent semiconductor layer.
For this reason, the active layer and the wavelength conversion medium can be provided in the same crystal, which is produced collectively by crystal growth. Thus, there are advantages such as reduction of reflection loss due to the interface and simplification of the manufacturing process, compared with the case where the active layer and the nonlinear medium are separate.
For wavelength conversion using these nonlinear media, it is important to achieve phase matching between the fundamental wave and the converted wave. Various methods have already been reported as known methods.
Examples of the phase matching method that can be used in the present invention include angle matching using the birefringence of the crystal, and quasi phase matching method in which the nonlinear polarization of the crystal is periodically inverted. When utilizing stimulated Raman scattering (Raman conversion using), parahydrogen or the like can be used as the Raman medium.
In the present embodiment, such a wavelength conversion medium is locally or periodically arranged inside the three-dimensional confinement resonator.
以上のような方式を用い、３次元閉じ込め共振器中の活性媒質より発光した基本波を、同じく共振器中の波長変換媒質により波長変換し、変換波のみを共振器外部へ取り出す。これにより、共振している基本波を外部へ漏らすことなく、変換波を共振器外へ取り出すことができる。
さらに、共振条件を満たせば欠陥の大きさは自由に変えることができ、フォトニック結晶においては微小欠陥に光を閉じ込めたレーザ発振も数多く報告されているため、フォトニック結晶を用いることで素子の小型化にも寄与することができる。
Using the method as described above, the fundamental wave emitted from the active medium in the three-dimensional confined resonator is wavelength-converted by the wavelength conversion medium in the resonator, and only the converted wave is taken out of the resonator. Thereby, the converted wave can be taken out from the resonator without leaking the resonating fundamental wave to the outside.
Furthermore, if the resonance condition is satisfied, the size of the defect can be changed freely. In photonic crystals, many laser oscillations in which light is confined to minute defects have been reported. It can also contribute to downsizing.
以上で説明したように、本発明の光の取り出しには、共振器自体に光取り出しの導波路を必要としないが、光の取り出し方向や取り出し量の制御のために、必要に応じて導波路をつくり込むこともできる。
この場合には、変換波もまた共振器中に閉じ込め、導波路を伝搬した光のみを共振器外へ取り出せるよう、共振器および導波路を設計する必要がある。
その際、共振器の母材に３次元フォトニック結晶を用いる場合には、変換波に対しても完全ＰＢＧを持つようフォトニック結晶を設計し、欠陥導波路を作製することで、これを実現することができる。
例えば、変換波が第二高調波であるような場合には、フォトニック結晶の第二のＰＢＧ（第一のＰＢＧの２倍の周波数領域に生じるＰＢＧ）を利用すればよい。導波路を用いずに変換波を取り出す場合（すなわち、変換波に対してフォトニック結晶が透明となる場合；後述の図３の説明参照）は、光は共振器中の光モードパターンに応じた方向に放射される。
従って、取り出し光制御のためには、ミラーやレンズなど、外部装置による放射方向の制御が必要となる（後述の図４の説明参照）。
As described above, the light extraction according to the present invention does not require a light extraction waveguide in the resonator itself, but the waveguide is used as necessary for controlling the light extraction direction and the amount of light extraction. Can also be created.
In this case, it is necessary to design the resonator and the waveguide so that the converted wave is also confined in the resonator and only the light propagated through the waveguide can be taken out of the resonator.
At that time, when a three-dimensional photonic crystal is used as the base material of the resonator, this is realized by designing the photonic crystal so as to have a complete PBG with respect to the converted wave and producing a defect waveguide. can do.
For example, when the converted wave is a second harmonic, the second PBG of the photonic crystal (PBG generated in a frequency region twice as high as the first PBG) may be used. When the converted wave is extracted without using the waveguide (that is, when the photonic crystal is transparent with respect to the converted wave; see the description of FIG. 3 described later), the light depends on the optical mode pattern in the resonator. Radiated in the direction.
Therefore, in order to control the extraction light, it is necessary to control the radiation direction by an external device such as a mirror or a lens (see the description of FIG. 4 described later).
なお、図１では、活性媒質が完全にフォトニック結晶で取り囲まれている例を示したが、図９のような構成にすることもできる。
９０１は、利得媒質と波長変換媒質を含む領域であり、電流注入（電極は不図示）などにより、波長λ１の光を発生させる。
９０２は、波長λ１の光に対するミラーとして機能するフォトニック結晶である。
すなわち、フォトニック結晶９０２のＰＢＧ内に波長λ１の光は位置し、結果として、９０１の上下方向に光の閉じ込めが起こる。
また、９５０は、波長λ１とλ２（後述）に対して、反射層として機能するミラー領域である。
フォトニック結晶を用いてもよいが、単層あるいは多層膜により構成してもよい。
すなわち、本発明は、利得媒質が完全にフォトニック結晶に取り囲まれている場合に限定されるものではない。
９８０及び９８１は、必要に応じて設けられる充填物である。
９０１において波長λ１で発生した光は、左右のミラー９５０と、上下のフォトニック結晶９０２により、増幅され、所定の光強度に到達すると波長変換媒質（不図示）により波長λ２に変換される。
左右のミラーは、波長λ２に対してもミラーとして機能する。一方、λ２に変換された光は、フォトニック結晶９０２を透過できるように設計する。こうして、出射光の方向に指向性をもたせた発光装置が提供できる。
なお、以上示したあるいは、以下で示す図面はすべて模式図であり、各部位のサイズやフォトニック結晶の周期数など、必ずしも実デバイスどおりには描かれていない。
Although FIG. 1 shows an example in which the active medium is completely surrounded by the photonic crystal, a configuration as shown in FIG. 9 may be used.
That is, the light of wavelength λ1 is located in the PBG of the
A photonic crystal may be used, but a single layer or a multilayer film may be used.
That is, the present invention is not limited to the case where the gain medium is completely surrounded by the photonic crystal.
980 and 981 are fillers provided as necessary.
In 901, the light generated at the wavelength λ1 is amplified by the left and
The left and right mirrors also function as mirrors for the wavelength λ2. On the other hand, the light converted into λ2 is designed so that it can pass through the
The drawings shown above or below are all schematic diagrams, and the size of each part, the number of periods of the photonic crystal, and the like are not necessarily drawn according to the actual device.
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１は、本発明を適用してレーザ共振器を構成したものである。
図１に本実施例におけるレーザ共振器の模式図を示す。
図１（ａ）はレーザ共振器全体の斜視図、（ｂ）は前記（ａ）に示されたレーザ共振器のａ−ｂ線におけるｘｚ平面に平行な断面図、（ｃ）は前記（ａ）に示されたレーザ共振器のｃ−ｄ線におけるｘｙ平面に平行な平面の断面図を含んだ斜視図である。
図１において、１１は３次元フォトニック結晶を構成部材とするレーザ共振器であり、完全ＰＢＧを持つ３次元フォトニック結晶により構成されている。
本実施例においては、３次元フォトニック結晶として知られている井桁構造（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｖｏｌ．８９， ｐｐ４１３）を用いている。
Examples of the present invention will be described below.
[Example 1]
In Example 1, a laser resonator is configured by applying the present invention.
FIG. 1 shows a schematic diagram of a laser resonator in the present embodiment.
1A is a perspective view of the entire laser resonator, FIG. 1B is a cross-sectional view parallel to the xz plane along the line ab of the laser resonator shown in FIG. 1A, and FIG. 2 is a perspective view including a cross-sectional view of a plane parallel to the xy plane in the line cd of the laser resonator shown in FIG.
In FIG. 1,
In this embodiment, a well-known structure (Solid State Communications vol. 89, pp 413) known as a three-dimensional photonic crystal is used.
１２はフォトニック結晶共振器構成部材であり、屈折率の大きい半導体で構成され、１３はその隙間中空構造を示す。共振器は全体が基板１４上に乗っている。
また、１５は活性媒質、１６は波長変換媒質であり、フォトニック結晶の中央部分には、多重量子井戸構造を有する活性媒質１５と、それに隣接して波長変換媒質１６が埋め込まれている。
波長変換媒質１６の位置ではフォトニック結晶の周期性が破られており、欠陥として作用する。
従って前述したように、ＰＢＧ内の周波数を有する光はこの欠陥部分に完全に閉じ込められ、欠陥部分は共振器として働き、活性媒質から発光した光を増幅することができる。
また、電流注入は、素子上下の電極１７を通して行う。
At the position of the
Therefore, as described above, the light having the frequency in the PBG is completely confined in the defective portion, and the defective portion functions as a resonator, so that the light emitted from the active medium can be amplified.
In addition, current injection is performed through the
本実施例では、レーザ共振器の材料として、フォトニック結晶部分はＧａＮ、発光媒質はＩｎＧａＡｓＰの多重量子井戸構造、波長変換媒質はＢＢＯの非線形結晶を用いている。
フォトニック結晶を構成するロッドは断面が幅１３０ｎｍ、ｚ方向の厚さ１６０ｎｍの長方形であり、フォトニック結晶の周期は６４０ｎｍ、欠陥の±ｚ方向にはあらわには図示してないが、それぞれ４周期ずつのフォトニック結晶構造が設けられている。
共振器のｘ、ｙ平面領域の大きさはおよそ１０μｍ、欠陥部分は一辺が９００ｎｍの立方体である。
In this embodiment, as the material of the laser resonator, the photonic crystal portion is GaN, the light emitting medium is an InGaAsP multiple quantum well structure, and the wavelength conversion medium is a BBO nonlinear crystal.
The rod constituting the photonic crystal is a rectangle having a cross section of 130 nm in width and a thickness in the z direction of 160 nm, the period of the photonic crystal is 640 nm, and not shown in the ± z direction of the defect. A periodic photonic crystal structure is provided.
The size of the x and y plane region of the resonator is approximately 10 μm, and the defect portion is a cube having a side of 900 nm.
ここで、電極１７から電流を注入すると、活性媒質１５にキャリアが注入され発光し、発光した光が欠陥共振器で増幅され、レーザ発振する。
発振したレーザ光（基本波）は、波長変換媒質１６を構成する非線形媒質によって波長変換される。本実施例では、２次の非線形光学効果である、第２次高調波発生現象（Ｓｅｃｏｎｄ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：ＳＨＧ）を利用している。
ここで、波長変換効率を高めるためには、非線形媒質を導入する位置と、基本波、変換波の位相整合条件が重要になる。
Here, when current is injected from the
The oscillated laser beam (fundamental wave) is wavelength-converted by a nonlinear medium constituting the
Here, in order to increase the wavelength conversion efficiency, the position where the nonlinear medium is introduced and the phase matching conditions of the fundamental wave and the converted wave are important.
まず、波長変換媒質である非線形媒質を導入する位置について説明する。
本実施例においては、共振器の形状と大きさの条件より、ｘ，ｙ，ｚの３方向で共振が起こる。
共振器内部の共振方向に対しては、それぞれ定在波状態となっているため光密度の大きい領域と小さい領域が生じる。
波長変換効率を高めるためには、少なくともこのうち光密度の大きい領域には、非線形媒質が導入されていることが必要となる。
First, a position where a nonlinear medium that is a wavelength conversion medium is introduced will be described.
In this embodiment, resonance occurs in the three directions x, y, and z due to the condition of the shape and size of the resonator.
With respect to the resonance direction inside the resonator, each is in a standing wave state, so that a region with a high optical density and a region with a small optical density are generated.
In order to increase the wavelength conversion efficiency, it is necessary to introduce a nonlinear medium at least in a region where the light density is high.
次に、位相整合条件について説明する。ＢＢＯなどの複屈折性を示す非線形光学結晶は、光の共振方向に対して光学軸を一定角度傾けることにより、位相整合条件を満たせることが知られている。
簡単のため、一つの共振方向について考えると、複屈折のない媒質における位相整合条件は、次のようになる。
［数式１］
ω２ｎ２ ＝ ２ω１ｎ１
ω１、ω２はそれぞれ基本波、２倍波の周波数、ｎ１、ｎ２はそれぞれω１、ω２における屈折率である。
上の条件は、複屈折性のない結晶では満たされないが、複屈折結晶においては常光成分と異常光成分を用いて満たすことができる。
Next, phase matching conditions will be described. It is known that a nonlinear optical crystal exhibiting birefringence such as BBO can satisfy the phase matching condition by tilting the optical axis by a certain angle with respect to the resonance direction of light.
For simplicity, considering one resonance direction, the phase matching condition in a medium without birefringence is as follows.
[Formula 1]
ω 2 n 2 = 2ω 1 n 1
ω 1 and ω 2 are fundamental wave and double wave frequencies, respectively, and n 1 and n 2 are refractive indexes at ω 1 and ω 2 , respectively.
The above condition is not satisfied by a crystal having no birefringence, but can be satisfied by using an ordinary light component and an extraordinary light component in a birefringent crystal.
つぎに、基本波の共振方向に対する、ＢＢＯの非線形光学結晶の配置の仕方について説明する。
図２にＢＢＯの非線形媒質による第二高調波発生のための模式的な結晶配置を示す。
図２において、２１はＢＢＯの非線形光学結晶、２２は結晶への入射光線（基本波ω１）、２３は変換された２倍波（ω２）である。
入射光線に対して、結晶の光学軸である［００１］軸を所定の角度傾けてやることにより、上式が満足される。
このとき
［数式２］
ω２ ｎ２ｅ＝ ２ω１ｎ１ｏ の関係が成り立つ。
ω１、ω２はそれぞれ基本波、２倍波の周波数、ｎ１ｏはω１における常光成分の屈折率、ｎ２ｅはω２における異常光成分の屈折率である。
このように複屈折性の非線形結晶を用いることで位相整合条件が満たされ、変換効率を高めることができる。ＢＢＯにおいては、θ＝４８°である。
以上、共振モードの空間分布に従い、光密度の大きな場所に位相整合条件を満たすような結晶角度で非線形媒質を導入することにより、高い変換効率を実現することができる。
さらに、本実施例においては、共振方向が複数方向あるため、それぞれの共振方向について、結晶の角度を４８°とした非線形結晶を複数配置することが好ましい。
Next, the arrangement of the BBO nonlinear optical crystal with respect to the resonance direction of the fundamental wave will be described.
FIG. 2 shows a schematic crystal arrangement for second harmonic generation by a BBO nonlinear medium.
In FIG. 2, 21 is a nonlinear optical crystal of BBO, 22 is a ray incident on the crystal (fundamental wave ω 1 ), and 23 is a converted double wave (ω 2 ).
The above equation is satisfied by tilting the [001] axis, which is the optical axis of the crystal, by a predetermined angle with respect to the incident light beam.
At this time, [Formula 2]
The relationship of ω 2 n 2e = 2ω 1 n 1o is established.
ω 1 and ω 2 are fundamental wave and double wave frequencies, n 1o is the refractive index of the ordinary light component at ω 1 , and n 2e is the refractive index of the extraordinary light component at ω 2 .
Thus, by using a birefringent nonlinear crystal, the phase matching condition is satisfied, and the conversion efficiency can be increased. In BBO, θ = 48 °.
As described above, according to the spatial distribution of the resonance mode, high conversion efficiency can be realized by introducing the nonlinear medium at a crystal angle satisfying the phase matching condition in a place where the light density is large.
Furthermore, in this embodiment, since there are a plurality of resonance directions, it is preferable to dispose a plurality of nonlinear crystals with a crystal angle of 48 ° in each resonance direction.
本実施例のような、レーザ共振器は以下のような工程を用いて製造することができる。
まず、井桁構造のフォトニック結晶を、ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＬＩＧＨＴＷＡＶＥ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ， ＶＯＬ． １７， ｐ１９４８に掲載されているような、公知の半導体スタッキング技術を用いて作製する。
この方法によれば、内部に中空構造を有する３次元フォトニック結晶構造を、制御よく作製することができる。
さらに、中空構造中に非線形媒質を導入し、熱融着法により中空構造内部に固定する。非線形媒質は、中空構造に入る部分をドライエッチングを用いて加工し、張り合わせた後の共振器に入らない部分は研磨により除去する。
表面をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法などにより平滑化した後、フォトニック結晶層を積層し、中空構造を延長する。
その後レーザ活性媒質を同様に熱融着法により導入する。
レーザ活性媒質は、あらかじめ別のウエハにエピタキシャル成長しておき、ドライエッチングを用いて中空構造大の大きさに加工する。
その後、ウエハごと欠陥内部に融着した後、ウェットエッチングにより上部の基板を除去する。除去するために、ウエハの活性層下部にあらかじめエッチングストップ層を導入しておく。
そして、再び井桁構造のフォトニック結晶を中空構造を覆うように作製し共振器が完成する。最後に電極を真空蒸着する。
The laser resonator as in this embodiment can be manufactured using the following process.
First, a photonic crystal having a girder structure was prepared using JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 17, p1948, and is manufactured using a known semiconductor stacking technique.
According to this method, a three-dimensional photonic crystal structure having a hollow structure inside can be produced with good control.
Further, a non-linear medium is introduced into the hollow structure, and is fixed inside the hollow structure by a heat fusion method. As for the nonlinear medium, a portion that enters the hollow structure is processed by dry etching, and a portion that does not enter the resonator after being bonded is removed by polishing.
After the surface is smoothed by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method or the like, a photonic crystal layer is laminated to extend the hollow structure.
Thereafter, the laser active medium is similarly introduced by the thermal fusion method.
The laser active medium is epitaxially grown in advance on another wafer and processed into a size of a hollow structure using dry etching.
Thereafter, the entire wafer is fused inside the defect, and then the upper substrate is removed by wet etching. In order to remove it, an etching stop layer is introduced in advance under the active layer of the wafer.
Then, a photonic crystal having a cross-beam structure is again produced so as to cover the hollow structure, and the resonator is completed. Finally, the electrode is vacuum deposited.
最後に、光の取り出しについて説明する。
図３はレーザ共振器１１を構成するフォトニック結晶内部を伝播する光の周波数と、波数との分散関係を表した（フォトニックバンド図）例示的な模式図ある。図中の網掛け部分３１は欠陥モード以外の分散曲線が存在せず、この周波数帯の光がフォトニック結晶の欠陥以外の部分に存在できないことを表し、ＰＢＧ中の光が欠陥に閉じ込められていることを表している。
太線３２は共振器の欠陥モード、ω１、ω２はそれぞれ基本波、変換波の周波数である。
Finally, light extraction will be described.
FIG. 3 is an exemplary schematic diagram showing the dispersion relationship between the frequency of light propagating inside the photonic crystal constituting the
The
図３に示す通り、基本波はＰＢＧ内の周波数を持っているため、欠陥モードとして結晶中に存在するのみであり、外部に漏れることはない。
従って、活性媒質を有し、完全閉じ込めが成立している共振器内で発振させることができる。
一方、変換波に対しては、その周波数の位置に分散曲線が存在しＰＢＧは存在しないことがわかる。
このような場合、フォトニック結晶は変換波に対して透明であり、光は自由に外部へ取り出すことができる。
以上のような原理から、本実施例においてはレーザ発振に用いる基本波の閉じ込めを弱めることなく、変換波を外部に取り出すことができる。
As shown in FIG. 3, since the fundamental wave has a frequency within the PBG, it only exists in the crystal as a defect mode and does not leak outside.
Therefore, it can oscillate in a resonator having an active medium and complete confinement.
On the other hand, with respect to the converted wave, it can be seen that a dispersion curve exists at the position of the frequency and no PBG exists.
In such a case, the photonic crystal is transparent to the converted wave, and light can be freely extracted outside.
From the above principle, in this embodiment, the converted wave can be extracted outside without weakening the confinement of the fundamental wave used for laser oscillation.
図４に、本実施例を適用した外部装置による光の放射制御の一例を示す。
図４において、４１は本実施例により構成されたレーザ素子、４２はレーザ素子から放射されるレーザ光、４３は楕円ミラー、４４は集光レンズ、４５は光ファイバ支持具、４６は光ファイバである。
本実施例のようなレーザ素子の場合、共振器構造を反映してレーザ光線は空間のｘ，ｙ，ｚ，３方向に放射されることになる。
このような場合、図４のように楕円ミラーを用いて光を一点に集光し、光ファイバなどに結合させて使用することで光を効率よく使用でき、なおかつ使用に際する利便性も向上する。
FIG. 4 shows an example of light emission control by an external device to which this embodiment is applied.
In FIG. 4, 41 is a laser element constructed according to this embodiment, 42 is laser light emitted from the laser element, 43 is an elliptical mirror, 44 is a condensing lens, 45 is an optical fiber support, and 46 is an optical fiber. is there.
In the case of the laser element as in this embodiment, the laser beam is radiated in the x, y, z, and 3 directions of the space reflecting the resonator structure.
In such a case, as shown in FIG. 4, the light can be collected efficiently at one point using an elliptical mirror and combined with an optical fiber or the like, so that the light can be used efficiently and the convenience in use is also improved. To do.
また、以上のような構成に限らず、前述したように、変換波に対してもＰＢＧを持つようにフォトニック結晶を設計しておき、導波路などを用いて光の放射を制御するようにしてもよい。
また、本実施例において、３次元フォトニック結晶は例示的に井桁構造を用いたが、共振器内部に活性媒質および波長変換媒質を埋め込むことができるフォトニック結晶構造であればいかなるものでもよい。
他に用いることができる構造としては、現在までに公知のものでも、オパール・逆オパール構造、螺旋構造など多数の構造が考えられる。
また、発光媒質は以上ではＩｎＧａＡｓＰとした。
しかし、これはＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓＳｂ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮＡｓなどのＩＩＩ−Ｖ族系半導体、ＺｎＳｅ、ＺｎＣｄＳ、ＺｎＳＳｅなどのＩＩ−ＶＩ族系半導体いずれでもよい。
In addition to the above configuration, as described above, a photonic crystal is designed to have a PBG for a converted wave, and light emission is controlled using a waveguide or the like. May be.
In this embodiment, the three-dimensional photonic crystal is illustratively a cross-beam structure. However, any photonic crystal structure can be used as long as the active medium and the wavelength conversion medium can be embedded in the resonator.
As other structures that can be used, many structures such as an opal / inverse opal structure and a spiral structure are conceivable.
The light emitting medium is InGaAsP in the above.
However, this may be any of III-V group semiconductors such as InGaAs, AlGaInP, AlGaAs, AlGaAsSb, GaN, InGaN, AlGaN, and GaInNAs, and II-VI group semiconductors such as ZnSe, ZnCdS, and ZnSSe.
波長変換媒質については、本実施例では非線形結晶ＢＢＯによるＳＨＧ変換を用いたが、高調波発生であれば、３次、４次の高調波を用いることもできる。
さらに、非線形媒質としては前述したような高調波発生、和周波及び差周波発生媒質はすべて用いることができる。
また、ラマン変換媒質を用い誘導ラマン散乱現象によるラマン変換も利用することができる。
さらに、波長変換部をそのままＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族半導体により作製することで、前述したような化合物半導体の大きな非線形性を利用した波長変換技術も利用することができる。
As for the wavelength conversion medium, SHG conversion by the nonlinear crystal BBO is used in this embodiment, but third-order and fourth-order harmonics can also be used if harmonics are generated.
Furthermore, the above-described harmonic generation, sum frequency, and difference frequency generation media can all be used as the nonlinear medium.
In addition, Raman conversion by stimulated Raman scattering using a Raman conversion medium can also be used.
Furthermore, the wavelength conversion technique using the large non-linearity of the compound semiconductor as described above can be used by manufacturing the wavelength conversion part as it is with a III-V group or II-VI group semiconductor.
［実施例２］
実施例１は、本発明を適用してレーザ共振器を構成したものである。
図５に、実施例２におけるレーザ共振器の模式図を示す。
図５（ａ）、図５（ｂ）及び図５（ｃ）の関係は、それぞれ実施例１における図１（ａ）、図１（ｂ）及び図１（ｃ）の関係と同様である。
本実施例においては、共振器の両端に２種類のそれぞれ発光波長の異なる活性層５１、５２を有している。
また、波長変換媒質５３は、ある一定の間隔を空け周期的に配列されており、注入電流を遮らない構造になっている。
素子全体の大きさ、および共振器となるフォトニック結晶の材質は、実施例１と同様である。
また、製造方法に関しても、実施例１と同様のプロセスを適用できる。
[Example 2]
In Example 1, a laser resonator is configured by applying the present invention.
FIG. 5 shows a schematic diagram of a laser resonator in the second embodiment.
5A, FIG. 5B, and FIG. 5C are the same as the relationships of FIG. 1A, FIG. 1B, and FIG. 1C in the first embodiment, respectively.
In this embodiment, two types of
Further, the
The overall size of the element and the material of the photonic crystal that becomes the resonator are the same as those in the first embodiment.
In addition, the same process as that of the first embodiment can be applied to the manufacturing method.
本実施例では、２つの活性層は互いに組成の異なるＩｎＧａＡｓＰの多重量子井戸構造で構成されている。
また、波長変換媒質５３を構成する非線形光学媒質には、ＡｇＧａＳ２（ＡＧＳ）を用いている。
フォトニック結晶を構成するロッドは断面が幅１６０ｎｍ、ｚ方向の厚さ２００ｎｍの長方形である。また、フォトニック結晶の周期は８００ｎｍ、欠陥部のＺ軸方向の大きさは１６００ｎｍ、波長変換媒質の断面は１辺が６００ｎｍの正方形であり、波長変換媒質ごとの間隔は２００ｎｍである。
波長変換媒質は、Ｘ軸、Ｙ軸方向それぞれに３列ずつ配置されている。電極から電流を注入すると、両活性層５１、５２より、それぞれ波長の異なった光が発せられる。
共振器はそれら両方の光に対してＰＢＧを持つよう設計されているため、それぞれの光は共振器内に閉じ込められ増幅され発振する。
ここで、非線形媒質は活性層５１、５２より放出する光と、それらの変換光による３波混合の条件で位相整合するように角度調整され配置されている。
本実施例においては、活性層５１、５２より放出される光は、それぞれ波長１３２０ｎｍ、１４５０ｎｍの近赤外光である。
これら２波長の光の差周波をとり、波長８．７５μｍ程度の中赤外光を得ることができる。
In this embodiment, the two active layers are composed of InGaAsP multiple quantum well structures having different compositions.
Further, AgGaS 2 (AGS) is used for the nonlinear optical medium constituting the
The rod constituting the photonic crystal has a rectangular cross section with a width of 160 nm and a thickness in the z direction of 200 nm. The period of the photonic crystal is 800 nm, the size of the defect portion in the Z-axis direction is 1600 nm, the cross section of the wavelength conversion medium is a square having a side of 600 nm, and the interval between the wavelength conversion media is 200 nm.
Three rows of wavelength conversion media are arranged in each of the X-axis and Y-axis directions. When current is injected from the electrodes, light having different wavelengths is emitted from both
Since the resonator is designed to have PBG for both of these lights, each light is confined in the resonator and amplified and oscillated.
Here, the nonlinear medium is arranged with an angle adjusted so as to be phase-matched under the condition of the light emitted from the
In the present embodiment, the light emitted from the
By taking the difference frequency between these two wavelengths of light, mid-infrared light having a wavelength of about 8.75 μm can be obtained.
図６に非線形光学結晶を用いた３波混合による差周波発生の様子を図示する。図６において、６１は非線形光学結晶ＡＧＳ、６２、６３は、それぞれ２つの別々の活性層から発光したレーザ光、６４はＡＧＳにより変換された差周波光である。
差周波発生における位相整合条件は次のようになる。
［数式３］
ω３ｎ３ｅ＝ ω１ｎ１ｏ − ω２ｎ２ｏ
ここでも実施例１と同様、結晶の［００１］軸をある所定の角度だけ光の共振方向に対して傾けて配置することにより、位相整合条件を満足することができる。本実施例における位相整合角θは３６°となる。
FIG. 6 illustrates a state of difference frequency generation by three-wave mixing using a nonlinear optical crystal. In FIG. 6, 61 is a nonlinear optical crystal AGS, 62 and 63 are laser beams emitted from two separate active layers, and 64 is a difference frequency light converted by AGS.
The phase matching condition in the difference frequency generation is as follows.
[Formula 3]
ω 3 n 3e = ω 1 n 1o − ω 2 n 2o
Again, as in the first embodiment, the phase matching condition can be satisfied by arranging the [001] axis of the crystal to be inclined with respect to the resonance direction of the light by a certain predetermined angle. The phase matching angle θ in this embodiment is 36 °.
図７は、本実施例におけるフォトニック結晶のバンド構造を模式的に表したものである。
図７において、７１の網掛け部分がＰＢＧ、７２の太線が欠陥モードを表している。
ω１、ω２はそれぞれ２つの別々の活性層から発する光の角周波数、ω３は差周波発生による変換光の周波数であり、これを共振器外に取り出す。
図７に示すように、ω１、ω２に対してＰＢＧを持ち、ω３のみを透過するようにフォトニック結晶構造を設計することで、ω１、ω２の共振状態を弱めることなく、変換波ω３を取り出すことができる。
FIG. 7 schematically shows the band structure of the photonic crystal in this example.
In FIG. 7, the shaded
ω 1 and ω 2 are angular frequencies of light emitted from two separate active layers, respectively, and ω 3 is a frequency of converted light by difference frequency generation, which is taken out of the resonator.
As shown in FIG. 7, by designing the photonic crystal structure so that it has PBG for ω 1 and ω 2 and transmits only ω 3 , without weakening the resonance state of ω 1 and ω 2 , The converted wave ω 3 can be taken out.
本実施例では、差周波の条件を満たすように結晶角度を調整しているが、もちろん和周波の条件を満たすように調整することもできる。
従って、活性層から放出される光の波長を自由に変えることで、非常に広範囲に渡る波長の光を放出可能である。
ここで用いることのできる材料は、フォトニック結晶、活性層、非線形媒質それぞれについて、実施例１で述べたような多くの材料を適用することができる。
また、フォトニック結晶も３次元フォトニック結晶であれば井桁構造以外のすべての構造を用いることができる。
なお、以上に述べた内容は全て一例に過ぎず、本発明はこれらによって何ら限定されるものではない。
In this embodiment, the crystal angle is adjusted so as to satisfy the condition of the difference frequency, but of course, it can also be adjusted so as to satisfy the condition of the sum frequency.
Therefore, light having a very wide range of wavelengths can be emitted by freely changing the wavelength of light emitted from the active layer.
As materials that can be used here, many materials as described in Embodiment 1 can be applied to the photonic crystal, the active layer, and the nonlinear medium.
Further, if the photonic crystal is also a three-dimensional photonic crystal, any structure other than the cross-beam structure can be used.
The contents described above are merely examples, and the present invention is not limited to these.
［実施例３］
次に本発明の別の実施例について説明する。この実施例３は出射光に指向性を設ける例である。
図８を用いて、本発明における共振器の、第２の構成について説明する。
図８（ａ）は該第２の構成の共振器を斜め上方から見た斜視図であり、（ｂ）は概共振器のａ―ｂ線におけるｙｚ平面に平行な断面図である。
８０１は実施例１において図１に示した共振器である。８０２は図１の共振器の外側に設けられた、周期、ロッド断面積が図１の共振器とは異なるフォトニック結晶である。８０３は本構成の共振器に設けられた電極である。
本共振器の構成においては、共振器８０１は、周期、ロッド断面積が８０１とは異なるフォトニック結晶８０２に囲まれた構造をしている。
８０２のフォトニック結晶は、その周期およびロッド断面積が図１のフォトニック結晶のすべて半分となっている。
フォトニック結晶８０２の長さは、共振器８０１のフォトニック結晶と同じく４周期以上設けるのが好ましい。
[Example 3]
Next, another embodiment of the present invention will be described. The third embodiment is an example in which directivity is provided to outgoing light.
A second configuration of the resonator according to the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 8A is a perspective view of the resonator having the second configuration when viewed obliquely from above, and FIG. 8B is a cross-sectional view parallel to the yz plane along the line ab of the general resonator.
In the configuration of this resonator, the
The
It is preferable that the length of the
図８に示すように８０１の共振器は、共振器面６面のうち５面が８０２のフォトニック結晶に覆われ、残りの１面のみが露出した構造となっている。フォトニック結晶８０２を構成する材料は８０１の共振器と同様ＧａＮである。
８０２のフォトニック結晶は、フォトニックバンドギャップが８０１の共振器のフォトニック結晶の半波長となるため、８０１の共振器により放射される第２高調波に対してミラーとして機能する。
従って、８０１の共振器により放射された第２高調波は、８０２のフォトニック結晶の設けられていない窓部８５０からのみ放射される。
本構成の共振器も、８０１の共振器における個々の作製プロセスと同じプロセス方法を用いて作製する。しかし、８０２のフォトニック結晶が８０１に対して周期、ロッドの断面積とも全て半分の大きさを持つようにつくる。
本構成の共振器を用いることにより、図１の放射光のうちある１方向の光のみを取り出すことができるようになる。すなわち、指向性を確保できる。
さらに、８０２のフォトニック結晶の窓部を設ける面が異なると光の共振モードが異なるため、放射される光のパターンもそれぞれ異なる。従って、窓部を設ける面により、出射光の方向を１方向に固定でき、かつ放射パターンを制御することができる。
As shown in FIG. 8, the
The
Therefore, the second harmonic radiated by the
The resonator having this configuration is also manufactured by using the same process method as that for individual manufacturing processes in the
By using the resonator of this configuration, it becomes possible to extract only light in one direction out of the radiated light in FIG. That is, directivity can be secured.
Furthermore, since the resonant mode of light differs depending on the surface on which the window portion of the
１１：３次元フォトニック結晶を構成部材とするレーザ共振器
１２：フォトニック結晶共振器構成部材（ＧａＮ）
１３：フォトニック結晶共振器中空構造
１４：ＧａＮ基板
１５：ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸構造（活性媒質）
１６：β−ＢａＢ２Ｏ４（ＢＢＯ）非線形光学結晶（波長変換媒質）
１７：電極
11: Laser resonator including a three-dimensional photonic crystal as a constituent member 12: Photonic crystal resonator constituent member (GaN)
13: Hollow structure of photonic crystal resonator 14: GaN substrate 15: InGaAsP multiple quantum well structure (active medium)
16: β-BaB 2 O 4 (BBO) nonlinear optical crystal (wavelength conversion medium)
17: Electrode
Claims (1)
三次元フォトニック結晶を含み構成される共振器、
波長変換媒質、
第１の波長の光を発生する第１の活性媒質、
該１の波長と異なる第２の波長の光を発生する第２の活性媒質、を備え、
該第１及び第２の波長の光が、該波長変換媒質により、前記第１及び第２のとは異なる第３の単一波長の光に変換され、該共振器の外部に放出されることを特徴とする発光装置。 A light emitting device,
A resonator comprising a three-dimensional photonic crystal,
Wavelength conversion medium,
A first active medium that generates light of a first wavelength;
A second active medium that generates light having a second wavelength different from the one wavelength;
The light of the first and second wavelengths is converted into light of a third single wavelength different from the first and second by the wavelength conversion medium and emitted to the outside of the resonator. A light emitting device characterized by the above.
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