波长可变光源的制作方法_4

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(collimated light)变换时而聚光成小光束。因此,波长可变光源1A能够采用对应于用途配合于试样的光的照射方法。
[0107]在具备了分光器的分光装置中,在实现lnm以下的波长分辨率的情况下狭缝宽度变细并且光利用率显著劣化。另外,波长可变光源1A因为是激光振荡所以基本上容易实现lnm以下的波长分辨率。
[0108]还有,第2激光媒介物M2的第2光L2也可以直接入射到第2滤光器FP2,但是也可以以在与第1激光媒介物Ml的第1光L1相同的方向上出射的形式进行配置并且以使用全反射镜等光学元件来引导到第2滤光器FP2的形式进行配置。
[0109]〈波长可变光源的具体结构〉
[0110]以下是就波长可变光源1A的具体结构进行说明。在波长可变光源1A的制造过程中是使用MEMS技术即表面微加工技术。根据表面微加工,则能够以小型化并且以廉价来制造波长可变光源1A。
[0111]如图8所示,波长可变光源1B具有MEMS结构体3。该MEMS结构体3是一种在硅基板(半导体基板)2上形成有第1滤光器FP1、第2滤光器FP2、第3滤光器FP3、第1驱动机构A1、第2驱动机构A2的MEMS结构体。在娃基板2的背面2a上形成有由金属模构成的全反射镜4。在娃基板2上形成基板电极12。在该MEMS结构体3上配置激光二极管LD1、激光二极管LD2、透镜P1、透镜P2、全反射镜6、半反射镜K2、半反射镜K3以及输出透镜Pu。
[0112]MEMS结构体3具有下部反射镜层BM、上部反射镜层TM。下部反射镜层BM是从硅基板2的表面2b向上分开来进行配置的。上部反射镜层TM是从下部反射镜层BM向上方分开来进行配置的。下部反射镜层BM以及上部反射镜层TM具有为了法布里-珀罗型波长选择滤光器的布拉格反射镜结构。在娃基板2与下部反射镜BM之间配置多个支撑下部反射镜层BM的支撑部7。在多个支撑部7之间形成多个气隙AG1。在下部反射镜层BM与上部反射镜层TM之间配置支撑上部反射镜层TM的支撑部8。在多个支撑部8之间形成多个气隙AG2。上部反射镜层TM被形成于下部反射镜层BM上的结构是一种成为法布里-珀罗干涉滤光器的结构。下部反射镜层BM以及上部反射镜层TM被支撑部7分割成多个法布里-珀罗干涉滤光器。因此,在MEMS结构体3中,在沿着硅基板2表面2b的方向上并列设置多个法布里-珀罗干涉滤光器。
[0113]如图9所示,下部反射镜层BM被形成于硅基板2的氧化硅膜T1上。下部反射镜层BM的厚度K1相对于出射光Lout的波长带BL的中心波长Ac被设定成(1/4 XAc/n)。11为各层的折射率。下部反射镜BM具有4层多晶硅膜T2和3层氮化硅膜T3被交替层叠的结构。在成为下部反射镜层BM表面的多晶硅膜T2a上电连接下部电极9。
[0114]下部反射镜层BM为了形成气隙AG1的蚀刻孔12a。第2滤光器FP2下的气隙AG1的高度以成为下部反射镜层BM的一部分的形式相对于出射光Lout的中心波长被设定成(1/4λc)。
[0115]如图10(a)所示,下部电极9被设置于成为下部反射镜层BM表面的多晶硅膜T2a的左中央部。在下部电极9上连接配线图形11a的一端。配线图形11a的另一端被连接于圆状的可动部11。可动部11被用于与周围区域13进行电绝缘的绝缘图形lib包围。可动部11与周围区域13相电绝缘。另外,可动部11相对于周围区域13物理性地被一体化。
[0116]如图9所示,上部反射镜层TM通过被形成于多晶硅膜T2a上的氧化硅膜T4被形成于下部反射镜层BM上。上部反射镜层TM具有与下部反射镜层BM相同的结构。在成为上部反射镜层TM表面的多晶硅膜T2b上电连接上部电极14。为了形成气隙AG2的蚀刻孔12b被形成于上部反射镜层TM。
[0117]如图10(b)所示,上部反射镜层TM具有圆形状的可动部17。可动部17与上部电极14被电连接的周围区域16电绝缘。可动部17为了从周围区域16进行电绝缘而被绝缘图形18包围。通过相对于周围区域16对可动部17实施电绝缘,从而能够在将电压施加于下部电极9的时候由起因于其电位差的静电力而被拉紧并避免上部反射镜层TM的可动部17发生移动。可动部17与周围区域16相电绝缘。另外,可动部17相对于周围区域16物理性地被一体化。
[0118]接着,参照图11(a)并就上部反射镜层TM以及下部反射镜层BM的反射特性的具体例子作如下说明。图11(a)的横轴是表示波长。纵轴是表示反射率。曲线GP5(实线)是表示上部反射镜层TM的反射特性。曲线GP6(虚线)是表示下部反射镜层BM的反射特性。如果确认曲线GP5以及曲线GP6的话则可以了解到上部反射镜层TM和下部反射镜层BM在出射光Lout的波长带宽BL(例如1.2μπι?1.4μπι)具有98%以上的反射率。根据上部反射镜层TM以及下部反射镜层ΒΜ,则在中心波长为1.3μπι且在可变波长范围±100nm能够构成透过98%以上的光的法布里-珀罗干涉滤光器。
[0119]如图8所示,就由下部反射镜层BM和上部反射镜层TM形成的第1滤光器FP1以及第2滤光器FP2作如下说明。第1滤光器FP1是是由下部反射镜层BM的周围区域13和上部反射镜层TM来形成的。MEMS结构体3具有互相等价的3个第1滤光器FPla、第1滤光器FPlb、第1滤光器FP1 c。第2滤光器FP2是由下部反射镜层BM的可动部11和上部反射镜层TM来形成的。
[0120]第1滤光器FP1的透过波长λρ?以及第2滤光器FP2的透过波长λρ2是由气隙AG2来决定的。透过波长λρ 1与气隙AG2的关系为AG2 = 1 /2 X λρ 1。另外,透过波长λρ2与气隙AG2的关系为AG2 = 1/2 X λρ2。气隙AG2是通过相对于下部反射镜层ΒΜ接近或者分开上部反射镜层ΤΜ来进行变化的。
[0121]参照图11(b)并就第1滤光器FP1的透过波长λρ?的特性、第2滤光器FP2的透过波长λρ2的特性以及第3滤光器FP3的透过波长λρ3的特性的具体例子作如下说明。第1滤光器FP1、第2滤光器FP2以及第3滤光器FP3是由具有图11(a)所表示的反射特性的上部反射镜层ΤΜ以及下部反射镜层ΒΜ来构成的。图11(b)的横轴是表示透过波长。纵轴是表示透过率。曲线GP7是表示气隙AG2为1.76μπι的时候的波长特性。曲线GP8是表示气隙AG2为1.9μπι的时候的波长特性。曲线GP9是表示气隙AG2为2.0μπι的时候的波长特性。曲线GP10是表示气隙AG2为2.13μπι的时候的波长特性。如果确认曲线GP7、曲线GP8、曲线GP9、曲线GP10的话则可以了解到因为将第1滤光器FP1的透过波长λρ?、第2滤光器FP2的透过波长λρ2以及第3滤光器FP3的透过波长λρ3设定于1.2μηι?1.4μηι所以如果在1.76μηι?2.13μηι之间使气隙AG2进行变化的话即可。对于这些气隙AG2中的无论哪一个来说都可以了解到透过波长在峰值点能够获得98%以上的透过率。
[0122]上部反射镜层TM是由发生于上部反射镜层TM与下部反射镜层BM之间的静电力而被驱动。例如,图6 (a)的曲线GP1所表示的控制信号被输入到上部电极14,图6(b)的曲线GP2所表示的控制信号被输入到下部电极9,基准电位(GND)的控制信号被输入到基板电极12。此时,在上部反射镜层TM与下部反射镜层BM之间产生规定的电位差,并且由平行平板电容器的原理而发生对应于这个电位差的静电力。因此,第1滤光器FP1的透过波长λρ?、第2滤光器FP2的透过波长λρ2以及第3滤光器FP3的透过波长λρ3周期性地进行变化。在波长可变光源1Β中,上部反射镜层ΤΜ对应于第1反射镜Sla、第2反射镜S2a、第3反射镜S3a。另外,上部反射镜层TM对应于使各个反射镜动作的第1驱动机构A1的框架F1以及驱动源D1。下部反射镜层BM对应于第2反射镜S2b。另外,下部反射镜层BM对应于使第2反射镜S2b动作的第2驱动机构A2的框架F2以及驱动源D2。
[0123]在被输入到下部电极9的控制信号的电压与被输入到基板电极12的控制信号的电压不相同的情况下,在下部反射镜层BM的可动部11与硅基板2之间发生电位差。因此,下部反射镜层BM的可动部11与硅基板2之间发生静电力,并且下部反射镜层BM的可动部11与硅基板2之间的气隙AG1发生变化。但是,因为在下部反射镜层BM的周围区域13与硅基板2之间不发生电位差,所以下部反射镜层BM不动作。因此,该状态是第2滤光器FP2的第2间隙G2与第1滤光器FP1的第1间隙G1不同的第1状态。即,在被输入到下部电极9的控制信号的电压和被输入到基板电极12的控制信号的电压互相不同的时候,第2反射镜S2b成为第1状态。
[0124]另外,在被输入到下部电极9的控制信号的电压与被输入到基板电极12的控制信号的电压相等情况下即在是接地电位(GND)的情况下,因为在下部反射镜层BM的全体与硅基板2之间不发生电位差所以不发生静电力。为此,下部反射镜层BM不会动作。在该状态的时候,下部反射镜层BM与上部反射镜层TM之间的气隙AG2不会每个地方不同,且成为互相相同的宽度。因此,第2滤光器FP2的透过波长λρ2变成与第1滤光器FPla和第1滤光器FPlb以及第1滤光器FPlc的透过波长λρ?、第3滤光器FP3的透过波长λρ3相等。即,在被输入到下部电极9的控制信号的电压和被输入到基板电极12的控制信号的电压互相相等的时候,第2反射镜S2b成为第2状态。
[0125]如图8所示,激光二极管LD1是一种第1激光媒介物Ml和全反射镜K1A被一体化的激光二极管。例如,能够将表面发光激光元件(VCSEL:Vertical Cavity Surface EmittingLASER)用于激光二极管LD1。激光二极管LD1激光二极管LD1是以第1光LI的出射方向相对于第1滤光器FPla进行倾斜的形式被配置于MEMS结构体3上。在激光二极管LD1与第1滤光器FP 1 a之间的第1光路OP 1上配置透镜P1。
[0126]激光二极管LD2是一种第2激光媒介物M2和全反射镜K1B被一体化的激光二极管。激光二极管LD2是以第2光L2的出射方向相对于第2滤光器FP2进行倾斜的形式被配置于MEMS结构体3上。激光二极管LD2的第2光L2的出射方向和硅基板2的表面所成的角度与激光二极管LD1的第1光L1的出射方向和MEMS结构体3的表面3a所成的角度相同。在激光二极管LD2与第2滤光器FP2之间的第2光路0P2上配置透镜P2。
[0127]半反射镜K2是一种为了第1光共振器R1或者第2光共振器R2的半反光镜。半反射镜K2被配置的地方是MEMS结构体3上并且是在透过第1滤光器FPlb的光的行进方向上。透过第1滤光器FPlb的第1光L1或者第2光L2被入射到半反射镜K2。为了平行校正透过半反射镜K2的光的输出透镜Pu被配置在透过半反射镜K2的光的行进方向上。半反射镜K3为用于第3光共振器R3的半反射镜。半反射镜K3被配置的地方是MEMS结构体3上并且是在透过第3滤光器FP3的光的行进方向上。透过第3滤光器FP3的第1光L1或者第2光L2被入射到半反射镜K3。
[0128]半反射镜K2以及半反射镜K3与MEMS结构体3的表面3a所成的倾斜角度相对于激光二极管LD1以及激光二极管LD2的光出射方向与MEMS结构体3的表面3a所成的倾斜角度为-90°。但是,激光二极管LD1以及激光二极管LD2的倾斜角度、半反射镜K2以及半反射镜K3的倾斜角度其本身并不是本质性的东西。各个配置角度能够设定成0° (相对于第1滤光器FP1以及第2滤光器FP2进行垂直输入的情况)以外的所希望的角度。但是,如果倾斜角度变大的话则会有相对于第1滤光器FP1以及第2滤光器FP2的透过波长特性的角度依存性变大的情况。因此,倾斜角度优选为45°以下。
[0129]激光二极管LD1、第1滤光器FPla以及激光二极管LD2是以激光二极管LD1的第1光L1在第1滤光器FPla上进行反射却不入射到激光二极管LD2的形式被配置。
[0130]激光二极管LD1、第1滤光器FPla以及全反射透镜6是以激光二极管LD1的第1光L1在第1滤光器FPla上进行反射却不入射到全反射镜6的形式被配置。根据如此的配置,则通过第1光L1在第1滤光器FPla上被反射从而就能够防止不想要的光共振器被形成。
[0131]半反射镜K2和半反射镜K3被互相分开配置。如果由该配置的话则在第2滤光器FP2上被反射的激光二极管LD2的第2光L2在全反射镜6以及第1滤光器FPlc上被反射并且在半反射镜K2与半反射镜K3之间行进。因此,通过在第1滤光器FPlc上被反射的第2光L2追寻着相反的路径而入射到激光二极管LD2,从而就能够防止不想要的光共振器被形成。
[0132]全反射镜6是以相对于表面3a成为平行的形式被配置于激光二极管LD2与半反射镜K2之间。透过第2滤光器FP2的第1光L1或者在第2滤光器FP2上被反射的第2光L2入射到全反射镜6。全反射镜6向第1滤光器FP 1 c反射第1光L1以及第2光L2。
[0133]全反射镜4是由金属膜构成并被形成于硅基板2的背面2a。透过第1滤光器FPla的第1光L1入射到全反射镜4并向第2滤光器FP2反射。在第2滤光器FP2上被反射的第1光L1入射到全反射镜4。全反射镜4向第1滤光器FPlb反射第1光L1。透过第2滤光器FP2的第2光L2被入射到全反射镜4。全反射镜4向第1滤光器FPlb反射第2光L2。在由全反射镜6进行反射之后透过第1滤光器FPlc的第1光L1或者第2光L2入射到全反射镜4。全反射镜4朝着第1滤光器FPld的方向反射第1光L1或者第2光L2。
[0134]接着,就波长可变光源1B的动作作如下说明。在第1振荡状态(参照图4)的区间Z1,Z3[参照图6(a)]将控制信号[图6(a)的曲线GP1]输入到上部电极14,并将控制信号[图6(a)的曲线GP2 ]输入到下部电极9,将基板电极12连接于接地电位(GND)。如图12所示,下部反射镜层BM的可动部11[参照图10(a)]因为硅基板2的电位是GND,所以被拉到硅基板2侧并且与上部反射镜层TM的气隙AG2被扩大。即,第1滤光器FPla和第1滤光器FPlb以及第1滤光器FPlc的气隙AG2与第2滤光器FP2的气隙AG2不同。第2滤光器FP2的透过波长λρ2与第1滤光器FPla、第1滤光器FPlb、第1滤光器FPlc以及第1滤光器FPld的透过波长λρ?不同。因此,在第1滤光器FP1上透过的光在第2滤光器FP2上被反射。
[0135]如图12所示,在第1振荡状态下激光二极管LD1的第1光L1透过第1滤光器FPla并在全反射镜4上被反射,并且进一步在第2滤光器FP2
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