[發明專利]二維光子晶體面發射激光器

有效

• 申請號: 201580044945.6
• 申請日: 2015-08-28
• 公開（公告）號: CN106663918B
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發明（設計）人: 野田進;北川均;梁永;渡邊明佳;廣瀨和義
• 申請（專利權）人: 國立大學法人京都大學;羅姆股份有限公司;浜松光子學株式會社;三菱電機株式會社
• 主分類號: H01S5/18
• 分類號: H01S5/18;H01S5/10
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 劉慧群

本發明提供一種能夠提高射出的光的特性特別是光輸出的二維光子晶體面發射激光器。二維光子晶體面發射激光器(10X)具有：在板狀的母材(121)上將折射率與其不同的異折射率區域(122)周期性地配置為二維狀而成的二維光子晶體(123)；設置于二維光子晶體(123)的一側的活性層(11)；和夾著二維光子晶體(123)以及所述活性層(11)設置的向活性層(11)供給電流的第1電極(15A)以及覆蓋與其相同或更大的范圍的第2電極(16)，將第1電極(15A)形成為以根據第1電極(15A)的面內位置而不同的密度向活性層(11)供給電流。

技術領域

本發明涉及半導體激光器，特別是涉及使用二維光子晶體對光進行放大的二維光子晶體面發射激光器。

背景技術

半導體激光器具有小型、廉價、低功耗、長壽命等眾多優點，在光記錄用光源、通信用光源、激光顯示器、激光打印機、激光指示器等廣泛領域得到普及。另一方面，在激光加工的領域中，需要光輸出至少超過1W的激光，但當前實用化的半導體激光器由于后述的理由，并未達到該輸出。因此，就現狀而言，在激光加工的領域中并未使用半導體激光器，而是使用二氧化碳激光器等氣體激光器。

當前已經實用化的半導體激光器的光輸出小的理由如下。為了提高半導體激光器的光輸出，從元件射出的激光束的剖面積(出射面積)較大為好。另一方面，為了提高加工精度，向被加工物照射的激光束的剖面積(光斑面積)較小為好。因此，理想而言，期望的是從激光源射出的激光束不擴散而維持原狀地到達被加工物。但是，對于半導體激光器而言，越增大出射面積，激光束的擴散角就越大，而且，激光的波面紊亂。若激光的波面紊亂，則即使使用光學系統進行聚光，也難以縮小光斑面積。因此，對于當前實用化的半導體激光器而言，難以在縮小擴散角的同時使光輸出成為1W以上。

最近，由作為本發明的一部分發明者的野田、梁(Liang)等開發出了一種二維光子晶體面發射激光器，其具有如下特性，即，光輸出為1.5W，并且光束擴散角為3°以下(非專利文獻1以及2)。二維光子晶體面發射激光器具有在板狀的母材上周期性地配置了折射率與其不同的異折射率區域的二維光子晶體和活性層。在二維光子晶體面發射激光器中，通過向活性層注入電流從而由該活性層產生的光當中，只有與異折射率區域的周期對應的給定波長的光被放大而產生激光振蕩，在與二維光子晶體垂直的方向上作為激光束而射出。二維光子晶體面發射激光器由于從二維光子晶體中的一定范圍內發光(面發光)，因此與端面發光型的半導體激光器相比，其出射面積較大，能夠容易提高光輸出，并且也能夠縮小擴散角。關于二維光子晶體，以往已知異折射率區域的平面形狀(圓形、正三角形等)或配置(三角格子狀、正方格子狀)等不同的各種各樣的二維光子晶體，但在非專利文獻1以及2所記載的二維光子晶體面發射激光器中，通過將平面形狀為直角三角形的異折射率區域配置在與它們的正交邊平行的正方格子的格子點上，從而相比于現有的二維光子晶體面發射激光器，能夠提高光輸出。

在先技術文獻

非專利文獻

非專利文獻1：Kazuyoshi Hirose等5名著，″Watt-class high-power，high-beam-quality photonic-crystal lasers″(瓦級高輸出高光束質量光子晶體激光器)，NaturePhotonics(自然光子學)，(英國)，第8卷，第406～411頁，2014年4月13日發行

非專利文獻2：國立大學法人京都大學，浜松Photonics株式會社著，”瓦級高輸出光子晶體激光器：領先于全球而實現-世界首次由面發光型激光器以高光束質量達成瓦級的高輸出化-”，[online]，國立大學法人京都大學Web Page，[2014年8月11日檢索]，因特網<http：//www.kyoto-u.ac.jp/ja/news_data/h/h1/news6/2014/documents/140414_1/01.pdf>，2014年4月10日

發明內容

發明要解決的課題