可變波長(zhǎng)表面發(fā)射激光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及可變波長(zhǎng)表面發(fā)射激光器。一種表面發(fā)射激光器包括第一激光器以及第二激光器，其中第一激光器和第二激光器中的每一個(gè)包括光諧振腔以及半導(dǎo)體層，所述光諧振腔包括一對(duì)反射鏡，所述半導(dǎo)體層被配置為發(fā)射光并且布置在光諧振腔內(nèi)，光的振蕩波長(zhǎng)通過(guò)使反射鏡的位置在半導(dǎo)體層的厚度方向上移位而變化，半導(dǎo)體層由第一激光器和第二激光器共用，第一激光器具有用于以（n+1）階（n為1或更大的整數(shù)）縱模振蕩的諧振腔長(zhǎng)度，第二激光器具有用于以n階縱模振蕩的諧振腔長(zhǎng)度，以及由第一激光器和第二激光器振蕩的光的各個(gè)波長(zhǎng)帶不同。
【專利說(shuō)明】可變波長(zhǎng)表面發(fā)射激光器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]實(shí)施例的一個(gè)公開(kāi)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)】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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(lái)，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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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(guò)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(lái)提供可變振蕩波長(zhǎng)，這在“Surface micromachined tunable1.55 μ m-VCSEL withl02nm continuous single-modetuning”，Optics Express, vol.19, 2011, pp.17336-17343 中被討論。
[0009]此外，日本專利申請(qǐng)公開(kāi)N0.2005-183871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)。
[0010]根據(jù)“Surface micromachined tunable 1.55 μ m-VCSEL withl02nm continuoussingle-mode tuning”，Optics Express, vol.19, 2011, pp.17336-17343,自由譜范圍(freespectral range, FSR)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
[0011]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I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)。
【權(quán)利要求】
1.一種表面發(fā)射激光器，包括: 第一激光器；以及 第二激光器， 其中第一激光器和第二激光器中的每一個(gè)包括光諧振腔以及半導(dǎo)體層，所述光諧振腔包括一對(duì)反射鏡，所述半導(dǎo)體層被配置為發(fā)射光并且布置在光諧振腔內(nèi)， 光的振蕩波長(zhǎng)通過(guò)使反射鏡的位置在半導(dǎo)體層的厚度方向上移位而變化， 半導(dǎo)體層由第一激光器和第二激光器共用， 第一激光器具有用于以(n+1)階縱模振蕩的諧振腔長(zhǎng)度，η為I或更大的整數(shù)， 第二激光器具有用于以η階縱模振蕩的諧振腔長(zhǎng)度，以及 由第一激光器和第二激光器振蕩的光的各個(gè)振蕩波長(zhǎng)帶不同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面發(fā)射激光器，其中滿足下面表示的公式，其中入10^和入lmax分別為第一激光器的振蕩波長(zhǎng)帶的下限和上限，并且λ 2_和λ 2max分別為第二激光器的振蕩波長(zhǎng)帶的下限和上限:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面發(fā)射激光器，其中由第一激光器和第二激光器振蕩的光的波長(zhǎng)帶的一部分交迭。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的表面發(fā)射激光器，其中滿足下面表示的公式，其中入10^和入lmax分別為第一激光器的振蕩波長(zhǎng)帶的下限和上限，并且λ 2_和λ 2max分別為第二激光器的振蕩波長(zhǎng)帶的下限和上限:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面發(fā)射激光器，其中滿足下面表示的兩個(gè)公式，其中FSR1為第一激光器的自由譜范圍，F(xiàn)SR2為第二激光器的自由譜范圍，Δ λ I為由第一激光器振蕩的光的波長(zhǎng)帶的寬度，Δ λ 2為由第二激光器振蕩的光的波長(zhǎng)帶的寬度，并且Λ入3為Λ λι和Λ λ 2交迭的范圍的寬度:
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面發(fā)射激光器，其中由第一激光器振蕩的波長(zhǎng)λ工滿足下面表示的公式3，并且由第二激光器振蕩的波長(zhǎng)λ 2滿足下面表示的公式4，其中Λ λ3為交迭的波長(zhǎng)帶的寬度并且λ。為交迭的波長(zhǎng)帶的中心波長(zhǎng):
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面發(fā)射激光器，其中該對(duì)反射鏡包括上反射鏡和下反射鏡，并且上反射鏡被配置為是可移位的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的表面發(fā)射激光器,其中下反射鏡由第一激光器和第二激光器共用。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的表面發(fā)射激光器,其中用于第一激光器的上反射鏡的反射率在振蕩波長(zhǎng)帶內(nèi)為99%或更大，并且用于第二激光器的上反射鏡的反射率在振蕩波長(zhǎng)帶內(nèi)為99%或更大。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的表面發(fā)射激光器，其中用于第一激光器的下反射鏡的反射率在振蕩波長(zhǎng)帶內(nèi)為99%或更大，并且用于第二激光器的上反射鏡的反射率在振蕩波長(zhǎng)帶內(nèi)為99%或更大。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的表面發(fā)射激光器，還包括控制單元，所述控制單元被配置為響應(yīng)于由上反射鏡的移位引起的第一激光器和第二激光器的諧振腔長(zhǎng)度的改變而控制給第一激光器和給第二激光器的電流注入的定時(shí)。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的表面發(fā)射激光器，其中上反射鏡的移位由靜電吸引造成。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面發(fā)射激光器，其中該對(duì)反射鏡中的至少一個(gè)為包括HCG的反射鏡。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面發(fā)射激光器，其中該對(duì)反射鏡中的至少一個(gè)為多層膜反射鏡。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面發(fā)射激光器，其中η在5到30的范圍內(nèi)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面發(fā)射激光器，其中交迭的波長(zhǎng)帶的寬度Λλ 3在從Onm到70nm的范圍之內(nèi)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的表面發(fā)射激光器，其中交迭的波長(zhǎng)帶的寬度Λλ3在從5nm到40nm的范圍之內(nèi)。
18.一種光源裝置，包括: 根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面發(fā)射激光器；以及 光率禹合器，被配置為稱合分別從表面發(fā)射激光器的第一激光器和第二激光器發(fā)射的激光。
19.一種用于驅(qū)動(dòng)根據(jù)權(quán)利要求18所述的光源裝置的方法，包括: 以一定周期執(zhí)行兩個(gè)激光器中的一個(gè)激光器的兩個(gè)反射鏡中的一個(gè)反射鏡的第一驅(qū)動(dòng)； 以與所述一定周期相同的周期，并且以與所述一定周期180度相位差，來(lái)執(zhí)行另一個(gè)激光器的兩個(gè)反射鏡中的一個(gè)反射鏡的第二驅(qū)動(dòng)； 在第一驅(qū)動(dòng)期間在交迭的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的特定波長(zhǎng)處停止電流注入；以及 在第二驅(qū)動(dòng)期間在所述特定波長(zhǎng)處開(kāi)始電流注入， 其中在振蕩波長(zhǎng)在對(duì)于第一激光器和第二激光器相同的一定方向上變化時(shí)執(zhí)行停止電流注入和開(kāi)始電流注入中的每一個(gè)。
20.—種光學(xué)相干層析成像設(shè)備,包括: 根據(jù)權(quán)利要求17所述的光源裝置； 對(duì)象測(cè)量單元，被配置為利用來(lái)自光源單元的光照射對(duì)象并且傳送從對(duì)象反射的光；參考單元，被配置為利用來(lái)自光源單元的光照射參考鏡并且傳送從參考鏡反射的光；干涉單元，被配置為在來(lái)自對(duì)象測(cè)量單元的反射光與來(lái)自參考單元的反射光之間引起干涉; 光檢測(cè)單元，被配置為檢測(cè)來(lái)自干涉單元的干涉光；以及圖像處理單元，被配置為基于由光檢測(cè)單元檢測(cè)的光來(lái)獲得對(duì)象的層析圖像。
21.—種表面發(fā)射激光器,包括: 第一激光器；以及 第二激光器， 其中第一激光器和第二激光器中的每一個(gè)包括光諧振腔以及半導(dǎo)體層，所述光諧振腔包括一對(duì)反射鏡，所述半導(dǎo)體層被配置為發(fā)射光并且布置在光諧振腔內(nèi)， 光的振蕩波長(zhǎng)通過(guò)使反射鏡的位置在半導(dǎo)體層的厚度方向上移位而變化， 半導(dǎo)體層由第一激光器和第二激光器共用，以及 由第一激光器和第二激光器`振蕩的光的各個(gè)波長(zhǎng)帶不同。
【文檔編號(hào)】H01S5/42GK103633561SQ201310363081
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月23日
【發(fā)明者】稻生耕久, 內(nèi)田護(hù) 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社