[發(fā)明專利]可變波長(zhǎng)表面發(fā)射激光器

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310363081.7
• 申請(qǐng)日: 2013-08-20
• 公開（公告）號(hào): CN103633561A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 稻生耕久;內(nèi)田護(hù)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 佳能株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01S5/42
• 分類號(hào): H01S5/42
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 歐陽帆

技術(shù)領(lǐng)域

實(shí)施例的一個(gè)公開的方面涉及光的振蕩波長(zhǎng)可以變化的表面發(fā)射激光器。

背景技術(shù)

已經(jīng)在通信網(wǎng)絡(luò)和檢查裝置的領(lǐng)域中使用了可以改變振蕩波長(zhǎng)的各種激光源。

在通信網(wǎng)絡(luò)的領(lǐng)域中期望波長(zhǎng)的高速切換，并且在檢查裝置的領(lǐng)域中期望高速和寬的波長(zhǎng)掃描。

用于檢查裝置的可變波長(zhǎng)（掃描）光源的應(yīng)用包括激光分光器、色散測(cè)量?jī)x器、膜厚計(jì)、以及掃描光源光學(xué)相干層析術(shù)（SS-OCT）裝置。

光學(xué)相干層析術(shù)是用于使用光學(xué)相干性對(duì)對(duì)象的層析圖像（tomogram）進(jìn)行成像的成像技術(shù)。近年來，已經(jīng)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中進(jìn)行了對(duì)光學(xué)相干層析術(shù)的許多研究，這是因?yàn)樵摷夹g(shù)提供了微米量級(jí)的空間分辨率以及非侵入的處理。

SS-OCT被預(yù)期為，因?yàn)镾S-OCT使用用于獲得深度信息的譜干涉而不使用分光器，所以光量的損失很少并且可以以高信噪比捕獲圖像。

此外，已知的是由SS-OCT成像的層析圖像的分辨率由波長(zhǎng)掃描范圍確定，并且分辨率隨著波長(zhǎng)掃描范圍越寬而越高。因此，期望獲得寬帶波長(zhǎng)掃描光源。

適用于SS-OCT的波長(zhǎng)掃描光源之一是垂直腔表面發(fā)射激光器（VCSEL），其通過使用微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）的技術(shù)移動(dòng)反射鏡改變諧振腔長(zhǎng)度來提供可變振蕩波長(zhǎng)，這在“Surface?micromachined?tunable1.55μm-VCSEL?with102nm?continuous?single-mode?tuning”,Optics?Express,vol.19,2011,pp.17336-17343中被討論。

此外，日本專利申請(qǐng)公開No.2005-183871討論包括在芯片上形成的兩個(gè)發(fā)光區(qū)域的表面發(fā)射激光器。在這個(gè)表面發(fā)射激光器中，上反射器層和下反射器層被設(shè)置在有源層的兩側(cè)以便構(gòu)成光諧振腔，并且具有不同的間隙長(zhǎng)度的空氣間隙被設(shè)置在垂直方向上，以便對(duì)于每個(gè)空氣間隙獲得不同的振蕩波長(zhǎng)。

根據(jù)“Surface?micromachined?tunable1.55μm-VCSEL?with102nm?continuous?single-mode?tuning”,Optics?Express,vol.19,2011,pp.17336-17343，自由譜范圍（free?spectral?range，F(xiàn)SR）是限制可變波長(zhǎng)表面發(fā)射激光器（VCSEL）的波長(zhǎng)掃描范圍的因素之一。

此外，F(xiàn)SR由諧振腔長(zhǎng)度L和可變波長(zhǎng)VCSEL的波長(zhǎng)λ確定，如公式1所表示的。諧振腔長(zhǎng)度L用公式2表示，其中q是諧振波長(zhǎng)的縱模的階次（order）。

FSR=λ22L+λ]]>????…公式1

L=qλ/2????…公式2換句話說，在確定了要振蕩的波長(zhǎng)λ和縱模的階次q時(shí)，確定諧振腔長(zhǎng)度L，由此確定FSR。

對(duì)于可以在比FSR寬的波長(zhǎng)范圍中振蕩的諧振腔，可能出現(xiàn)以多個(gè)縱模同時(shí)振蕩或者在縱模之間不穩(wěn)定的振蕩狀態(tài)。

例如，如圖10中所示出的在一對(duì)反射鏡之間具有固定諧振腔長(zhǎng)度L₁的諧振腔在波長(zhǎng)是λ₁時(shí)可以工作為q=4的諧振腔，并且在波長(zhǎng)是λ₂時(shí)可以工作為q=5的諧振腔。在這種諧振腔中，在兩個(gè)波長(zhǎng)中存在有源層的增益帶時(shí)，可以出現(xiàn)λ₁和λ₂的同時(shí)振蕩或者不穩(wěn)定的振蕩狀態(tài)。

可以通過減少諧振腔長(zhǎng)度L而使FSR變寬，使得可以抑制以多個(gè)縱模同時(shí)振蕩或者在縱模之間不穩(wěn)定的振蕩狀態(tài)。然而，在電流注入方法要被用作激勵(lì)可變波長(zhǎng)VCSEL的方法時(shí)，諧振腔長(zhǎng)度傾向于增大，這是因?yàn)閷討?yīng)該被配置為包括電流注入所必需的電流擴(kuò)散層和接觸層。對(duì)于更大的諧振腔長(zhǎng)度，F(xiàn)SR更窄，波長(zhǎng)掃描范圍變得更小。

日本專利申請(qǐng)公開No.2005-183871討論如下的表面發(fā)射激光器，其中設(shè)置多個(gè)不同的空氣間隙以便對(duì)于每個(gè)空氣間隙獲得不同的振蕩波長(zhǎng)。然而，這意圖用于提高制造成品率，而沒有關(guān)注于波長(zhǎng)掃描范圍的變寬。

發(fā)明內(nèi)容

實(shí)施例的一個(gè)公開的方面涉及能夠在寬的范圍中掃描波長(zhǎng)的可變波長(zhǎng)VCSEL。