[發明專利]可變波長表面發射激光器

在審

• 申請號: 201310363081.7
• 申請日: 2013-08-20
• 公開（公告）號: CN103633561A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 稻生耕久;內田護
• 申請（專利權）人: 佳能株式會社
• 主分類號: H01S5/42
• 分類號: H01S5/42
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 歐陽帆

技術領域

實施例的一個公開的方面涉及光的振蕩波長可以變化的表面發射激光器。

背景技術

已經在通信網絡和檢查裝置的領域中使用了可以改變振蕩波長的各種激光源。

在通信網絡的領域中期望波長的高速切換，并且在檢查裝置的領域中期望高速和寬的波長掃描。

用于檢查裝置的可變波長（掃描）光源的應用包括激光分光器、色散測量儀器、膜厚計、以及掃描光源光學相干層析術（SS-OCT）裝置。

光學相干層析術是用于使用光學相干性對對象的層析圖像（tomogram）進行成像的成像技術。近年來，已經在醫學領域中進行了對光學相干層析術的許多研究，這是因為該技術提供了微米量級的空間分辨率以及非侵入的處理。

SS-OCT被預期為，因為SS-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掃描范圍確定，并且分辨率隨著波長掃描范圍越寬而越高。因此，期望獲得寬帶波長掃描光源。

適用于SS-OCT的波長掃描光源之一是垂直腔表面發射激光器（VCSEL），其通過使用微機電系統（MEMS）的技術移動反射鏡改變諧振腔長度來提供可變振蕩波長，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，日本專利申請公開No.2005-183871討論包括在芯片上形成的兩個發光區域的表面發射激光器。在這個表面發射激光器中，上反射器層和下反射器層被設置在有源層的兩側以便構成光諧振腔，并且具有不同的間隙長度的空氣間隙被設置在垂直方向上，以便對于每個空氣間隙獲得不同的振蕩波長。

根據“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，FSR）是限制可變波長表面發射激光器（VCSEL）的波長掃描范圍的因素之一。

此外，FSR由諧振腔長度L和可變波長VCSEL的波長λ確定，如公式1所表示的。諧振腔長度L用公式2表示，其中q是諧振波長的縱模的階次（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λ和縱模的階次q時，確定諧振腔長度L，由此確定FSR。

對于可以在比FSR寬的波長范圍中振蕩的諧振腔，可能出現以多個縱模同時振蕩或者在縱模之間不穩定的振蕩狀態。

例如，如圖10中所示出的在一對反射鏡之間具有固定諧振腔長度L₁的諧振腔在波長是λ₁時可以工作為q=4的諧振腔，并且在波長是λ₂時可以工作為q=5的諧振腔。在這種諧振腔中，在兩個波長中存在有源層的增益帶時，可以出現λ₁和λ₂的同時振蕩或者不穩定的振蕩狀態。

可以通過減少諧振腔長度L而使FSR變寬，使得可以抑制以多個縱模同時振蕩或者在縱模之間不穩定的振蕩狀態。然而，在電流注入方法要被用作激勵可變波長VCSEL的方法時，諧振腔長度傾向于增大，這是因為層應該被配置為包括電流注入所必需的電流擴散層和接觸層。對于更大的諧振腔長度，FSR更窄，波長掃描范圍變得更小。

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

發明內容

實施例的一個公開的方面涉及能夠在寬的范圍中掃描波長的可變波長VCSEL。