JP6824605B2 - 増幅素子、光源装置及び撮像装置 - Google Patents
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Description
図2は、本実施形態の光源装置の一例を示す模式図である。本実施形態の光源装置は、MEMS−VCSEL200、光学系300、MEMS−面発光型SOA100、制御部400を備えている。
Q=ω0τ=λ0/Δλ≒ω0/Δω ・・・式1
なお、ω0がΔωに対して十分大きいため、λ0/Δλをω0/Δωと近似することができる
この構成を達成するために、例えば、MEMS−面発光型SOA100とMEMS−VCSEL200の共振器長、梁、上部反射鏡の構成を同じにして、制御部400から各梁への駆動電圧信号を同じ位相、同じ振幅、同じ周波数とすればよい。その構成であれば、ディップの半値全幅内にMEMS−VCSEL200の発振波長が入るように、第1梁106、第2梁206を駆動することができる。
上部反射鏡と下部反射鏡は、例えば、高屈折率の層と低屈折率の層とが光学厚さ1/4波長で交互に積層された分布ブラッグ反射鏡(Distributed Bragg Reflector:以下DBRという)で構成されている。反射鏡は、波長可変範囲を広くするためには、出来る限り広帯域において高反射率を有することが好ましい。上部反射鏡および下部反射鏡には、半導体で構成されたDBR、誘電体で構成されたDBRのどちらを用いることもできる。一般的に、誘電体で構成されたDBRの方が半導体で構成されたDBRよりも、高屈折率の層と低屈折率の層の屈折率差を大きくしやすいため、少ない積層数で高い反射率を実現できる。一方、半導体で構成されたDBRはペア数が多くなってしまうが、結晶成長中に同時に成膜でき、ドーピングにより電流を流すことができる等のプロセス上の利点がある。また、半導体で構成されたDBRは、梁と兼用することができる。
梁は、2箇所の支持領域で支持されていてもよいし、3箇所以上の支持領域で支持されていてもよい。また、梁は、シリコンカンチレバーのような1箇所で支持する構成も構わない。また、梁には、結晶成長時の歪みや、動作環境温度に由来する応力などを緩和するための構造が形成されていてもよい。
上部スペーサ層と下部スペーサ層は、同じ半導体材料で構成されていてもよいし、異なる半導体材料で構成されていてもよい。半導体材料は、GaAs、AlGaAsなどを用いることができる。
活性層は電流を注入することで光を発生する材料であれば特に限定されない。850nm付近の波長帯域の光を出射させる場合、AlnGa1−nAs(0≦n≦1)からなる量子井戸構造を有する材料を用いることができる。また、1060nm付近の波長帯域の光を出射させる場合、InnGa1−nAs(0≦n≦1)からなる材料などを用いることができる。
電流狭窄層は、選択酸化プロセスにより、選択的に酸化される酸化領域を高抵抗部、酸化されない非酸化領域を低抵抗部として電流狭窄構造を形成している。選択酸化プロセスにより電流狭窄層となる被酸化層は、AlAs層またはAl組成比の高い、例えばAl0.98Ga0.02As層が好ましい。高温水蒸気雰囲気中で電流狭窄層を選択酸化することで、AlxOyが形成され、電流狭窄構造が形成される。非酸化領域の形状を制御することによって発光形状を制御できる。発光部内部に形成される非酸化領域、すなわち発光領域の大きさは5μm乃至15μm程度である。また、発光部と支持領域の間の領域では、電流狭窄層は漏れ電流が生じないように選択酸化された酸化領域である。非酸化領域は酸化された酸化領域により囲まれている。
間隙には、通常固体が存在しない。よって、その雰囲気により間隙は真空であってもよいし、空気、不活性ガス、水のような液体といった流体が存在してもよい。なお、間隙の構造体の厚さ方向の長さは、波長可変帯域幅や可動反射鏡のプルインを考慮して決定することができる。例えば、間隙を空気とした1060nmを中心として波長可変帯域幅100nmで可変する際には、間隙の長さは2μm程度となる。
上部電極、中間電極及び下部電極は、チタンや金などの単体の金属や合金、または金属膜の積層体を用いることができる。例えば、Ti/Au、AuGe/Ni/Auを電極材料として用いることができる。また、梁と中間電極との間に静電引力を働かせて梁を駆動する場合、上部電極は、梁の支持領域に配置されていなくても、可動部分に配置されていてもよい。下部電極は、キャリアが注入できれば、下部反射鏡の下側ではなく、下部反射鏡の上側であってもよい。
図6は、本実施形態の光源装置の一例の断面模式図である。本実施形態の光源装置は、MEMS−VCSEL200とMEMS−面発光型SOA150を、1つのCANパッケージ(以下CANpkgという)の中に集積する構成例を示す。MEMS−VCSEL200は、実施形態1で説明した構成と同じである。MEMS−面発光型SOA150は、実施形態1で説明したMEMS−面発光型SOA100とは、以下の点で異なっている。すなわち、MEMS−面発光型SOA150は、第1基板151のMEMS−VCSEL200からの光を受ける面に凸レンズ面302が形成されている。それ以外については、MEMS−面発光型SOA150は、実施形態1で説明したMEMS−面発光型SOA100と同じである。この凸レンズ面302は、図2の凸レンズ301と同様の機能を有している。CANpkgは、例えばVCSELの光実装として一般的に用いられる。
図7は本実施形態の光源装置の一例を示す断面模式図である。本実施形態の光源装置は、MEMS−VCSEL250とMEMS−面発光型SOA600が同一の基板601上に、XY面内方向に配置されるようにモノリシックに形成された構成である。MEMS−VCSEL250とMEMS−面発光型SOA600は、共通の活性層を含むhalf−VCSEL603と、共通の下部反射鏡602、共通の下部電極610を有する。
図8は、本実施形態の光源装置の一例を示す模式図である。本実施形態は、増幅素子1から波長可変レーザ2への戻り光をさらに低減する構成である。本実施形態の光源装置は、波長可変レーザ2と増幅素子1の他に、サーキュレータ303を備えている。サーキュレータ303は、3つのポートを有している。サーキュレータ303は、第1ポート304に入射した光は第2ポート305から、第2ポートに入射した光は第3ポート306から射出する特性を有している。第2ポート305から第1ポート304に入射される光は、第2ポート305から第3ポート306に入射される光に対して−20dB以下である。このため、第2ポート305からサーキュレータ303に入射した光は、第1ポート304にほとんど戻らない。
本実施形態では、実施形態1乃至4のいずれかの光源装置を用いた情報取得装置の例について説明する。波長可変型の光源装置は、光通信用光源や光計測用光源として利用することができる。さらに、波長可変型の光源装置は、非侵襲、非破壊で測定対象物の内部の情報を取得する情報取得装置の光源装置として利用することができる。以下では、本実施形態の光源装置を用いた情報取得装置の一例として、光干渉断層撮像装置(以下、OCT装置という)について図9を用いて説明する。
2 波長可変レーザ
Claims (16)
- 波長可変レーザと、
増幅素子と、
前記波長可変レーザが射出する光を、前記増幅素子に入射させるための光学素子と、を有する光源装置であって、
前記増幅素子は、共振器を構成する一対の反射鏡と、前記一対の反射鏡の間に配置された活性層と、前記活性層を励起するための励起手段と、を有し、
前記共振器と前記励起手段によって励起された前記活性層によって、前記増幅素子に入射されるレーザ光の強度を増幅し、
前記共振器は、前記レーザ光の波長に合わせて、共振器長が変化するように構成され、前記増幅素子の発光領域は、前記波長可変レーザの発光領域よりも大きく、
前記光学素子はレンズであり、前記波長可変レーザの発光領域に比べて、前記増幅素子に入射する光の領域が大きくなるように構成されていることを特徴とする光源装置。 - 波長可変レーザと、
増幅素子と、
前記波長可変レーザが射出する光を、前記増幅素子に入射させるための光学素子と、を有する光源装置であって、
前記増幅素子は、共振器を構成する一対の反射鏡と、前記一対の反射鏡の間に配置された活性層と、前記活性層を励起するための励起手段と、を有し、
前記共振器と前記励起手段によって励起された前記活性層によって、前記増幅素子に入射されるレーザ光の強度を増幅し、
前記共振器は、前記レーザ光の波長に合わせて、共振器長が変化するように構成され、前記波長可変レーザは、一対の反射鏡と、前記一対の反射鏡の間に配置された活性層とを有し、
前記波長可変レーザの前記一対の反射鏡の一方と、前記増幅素子の前記一対の反射鏡の一方と、は共通であり、
前記波長可変レーザの前記活性層と、前記増幅素子の前記活性層と、は共通であることを特徴とする光源装置。 - 波長可変レーザと、
増幅素子と、
前記波長可変レーザが射出する光を、前記増幅素子に入射させるための光学素子と、を有する光源装置であって、
前記増幅素子は、共振器を構成する一対の反射鏡と、前記一対の反射鏡の間に配置された活性層と、前記活性層を励起するための励起手段と、を有し、
前記共振器と前記励起手段によって励起された前記活性層によって、前記増幅素子に入射されるレーザ光の強度を増幅し、
前記共振器は、前記レーザ光の波長に合わせて、共振器長が変化するように構成され、前記光学素子は、前記増幅素子の前記波長可変レーザから射出された光を受ける面に形成されたレンズであることを特徴とする光源装置。 - 前記レーザ光の波長が短いほど、前記共振器の前記共振器長が短くなることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光源装置。
- 前記レーザ光の波長が、前記増幅素子の反射率スペクトルのディップの半値全幅内に含まれるように、前記共振器の前記共振器長が変化することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光源装置。
- 前記増幅素子の一対の反射鏡のそれぞれの反射率は、ともに99.0%以下であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の光源装置。
- 前記一対の反射鏡の少なくとも一方の反射鏡と前記活性層との間に間隙が形成されており、
前記増幅素子は、前記少なくとも一方の反射鏡を動かす電極を有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の光源装置。 - 前記励起手段は、前記活性層に電流を注入するための電極を有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の光源装置。
- 前記増幅素子は、前記一対の反射鏡と前記活性層とが積層された方向に、光を射出することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の光源装置。
- 前記一対の反射鏡と前記活性層は、基板の上に、基板に垂直な方向に積層されていることを特徴とする請求項9に記載の光源装置。
- 前記レーザ光は、前記増幅素子に、前記一対の反射鏡と前記活性層とが積層された方向から入射されることを特徴とする請求項9又は10に記載の光源装置。
- 前記一対の反射鏡の少なくとも一方の反射鏡と前記活性層との間に間隙が形成されており、
前記増幅素子は、前記少なくとも一方の反射鏡を動かす制御部を有し、
前記制御部は、前記波長可変レーザが射出する光の波長が、前記増幅素子の反射率スペクトルのディップの半値全幅内に含まれるように、前記少なくとも一方の反射鏡を動かすことを特徴とする請求項1に記載の光源装置。 - 前記波長可変レーザの発光領域が2μm以上10μm以下であることを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の光源装置。
- 前記波長可変レーザから射出する光の横モードがシングルモードであることを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項に記載の光源装置。
- 前記増幅素子の発光領域が15μm以上30μm以下であることを特徴とする請求項1乃至14のいずれか1項に記載の光源装置。
- 請求項1乃至15のいずれか1項に記載の光源装置と、
前記光源装置からの光を測定対象物へ照射する照射光と参照光とに分岐させ、前記測定対象物に照射された光の反射光と前記参照光による干渉光を発生させる干渉光学系と、
前記干渉光を受光する検出部と、を有することを特徴とする撮像装置。
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