可变波长表面发射激光器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及可变波长表面发射激光器。一种表面发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个包括光谐振腔以及半导体层，所述光谐振腔包括一对反射镜，所述半导体层被配置为发射光并且布置在光谐振腔内，光的振荡波长通过使反射镜的位置在半导体层的厚度方向上移位而变化，半导体层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）阶（n为1或更大的整数）纵模振荡的谐振腔长度，第二激光器具有用于以n阶纵模振荡的谐振腔长度，以及由第一激光器和第二激光器振荡的光的各个波长带不同。
【专利说明】可变波长表面发射激光器
【技术领域】
[0001]实施例的一个公开的方面涉及光的振荡波长可以变化的表面发射激光器。
【背景技术】
[0002]已经在通信网络和检查装置的领域中使用了可以改变振荡波长的各种激光源。
[0003]在通信网络的领域中期望波长的高速切换，并且在检查装置的领域中期望高速和宽的波长扫描。
[0004]用于检查装置的可变波长(扫描)光源的应用包括激光分光器、色散测量仪器、膜厚计、以及扫描光源光学相干层析术(SS-OCT)装置。
[0005]光学相干层析术是用于使用光学相干性对对象的层析图像(tomogram)进行成像的成像技术。近年来，已经在医学领域中进行了对光学相干层析术的许多研究，这是因为该技术提供了微米量级的空间分辨率以及非侵入的处理。
[0006]SS-OCT被预期为，因为SS-OCT使用用于获得深度信息的谱干涉而不使用分光器，所以光量的损失很少并且可以以高信噪比捕获图像。
[0007]此外，已知的是由SS-OCT成像的层析图像的分辨率由波长扫描范围确定，并且分辨率随着波长扫描范围越宽而越高。因此，期望获得宽带波长扫描光源。
[0008]适用于SS-OCT的波长扫描光源之一是垂直腔表面发射激光器(VCSEL),其通过使用微机电系统(MEMS)的技术移动反射镜改变谐振腔长度来提供可变振荡波长，这在“Surface micromachined tunable1.55 μ m-VCSEL withl02nm continuous single-modetuning”，Optics Express, vol.19, 2011, pp.17336-17343 中被讨论。
[0009]此外，日本专利申请公开N0.2005-183871讨论包括在芯片上形成的两个发光区域的表面发射激光器。在这个表面发射激光器中，上反射器层和下反射器层被设置在有源层的两侧以便构成光谐振腔，并且具有不同的间隙长度的空气间隙被设置在垂直方向上，以便对于每个空气间隙获得不同的振荡波长。
[0010]根据“Surface micromachined tunable 1.55 μ m-VCSEL withl02nm continuoussingle-mode tuning”，Optics Express, vol.19, 2011, pp.17336-17343,自由谱范围(freespectral range, FSR)是限制可变波长表面发射激光器(VCSEL)的波长扫描范围的因素之
[0011]此外，FSR由谐振腔长度L和可变波长VCSEL的波长λ确定，如公式I所表示的。谐振腔长度L用公式2表示，其中q是谐振波长的纵模的阶次(order)。
【权利要求】
1.一种表面发射激光器，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个包括光谐振腔以及半导体层，所述光谐振腔包括一对反射镜，所述半导体层被配置为发射光并且布置在光谐振腔内， 光的振荡波长通过使反射镜的位置在半导体层的厚度方向上移位而变化， 半导体层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)阶纵模振荡的谐振腔长度，η为I或更大的整数， 第二激光器具有用于以η阶纵模振荡的谐振腔长度，以及 由第一激光器和第二激光器振荡的光的各个振荡波长带不同。
2.根据权利要求1所述的表面发射激光器，其中满足下面表示的公式，其中入10^和入lmax分别为第一激光器的振荡波长带的下限和上限，并且λ 2_和λ 2max分别为第二激光器的振荡波长带的下限和上限:
3.根据权利要求1所述的表面发射激光器，其中由第一激光器和第二激光器振荡的光的波长带的一部分交迭。
4.根据权利要求3所述的表面发射激光器，其中满足下面表示的公式，其中入10^和入lmax分别为第一激光器的振荡波长带的下限和上限，并且λ 2_和λ 2max分别为第二激光器的振荡波长带的下限和上限:
5.根据权利要求1所述的表面发射激光器，其中满足下面表示的两个公式，其中FSR1为第一激光器的自由谱范围，FSR2为第二激光器的自由谱范围，Δ λ I为由第一激光器振荡的光的波长带的宽度，Δ λ 2为由第二激光器振荡的光的波长带的宽度，并且Λ入3为Λ λι和Λ λ 2交迭的范围的宽度:
6.根据权利要求1所述的表面发射激光器，其中由第一激光器振荡的波长λ工满足下面表示的公式3，并且由第二激光器振荡的波长λ 2满足下面表示的公式4，其中Λ λ3为交迭的波长带的宽度并且λ。为交迭的波长带的中心波长:
7.根据权利要求1所述的表面发射激光器，其中该对反射镜包括上反射镜和下反射镜，并且上反射镜被配置为是可移位的。
8.根据权利要求7所述的表面发射激光器,其中下反射镜由第一激光器和第二激光器共用。
9.根据权利要求7所述的表面发射激光器,其中用于第一激光器的上反射镜的反射率在振荡波长带内为99%或更大，并且用于第二激光器的上反射镜的反射率在振荡波长带内为99%或更大。
10.根据权利要求7所述的表面发射激光器，其中用于第一激光器的下反射镜的反射率在振荡波长带内为99%或更大，并且用于第二激光器的上反射镜的反射率在振荡波长带内为99%或更大。
11.根据权利要求7所述的表面发射激光器，还包括控制单元，所述控制单元被配置为响应于由上反射镜的移位引起的第一激光器和第二激光器的谐振腔长度的改变而控制给第一激光器和给第二激光器的电流注入的定时。
12.根据权利要求7所述的表面发射激光器，其中上反射镜的移位由静电吸引造成。
13.根据权利要求1所述的表面发射激光器，其中该对反射镜中的至少一个为包括HCG的反射镜。
14.根据权利要求1所述的表面发射激光器，其中该对反射镜中的至少一个为多层膜反射镜。
15.根据权利要求1所述的表面发射激光器，其中η在5到30的范围内。
16.根据权利要求1所述的表面发射激光器，其中交迭的波长带的宽度Λλ 3在从Onm到70nm的范围之内。
17.根据权利要求16所述的表面发射激光器，其中交迭的波长带的宽度Λλ3在从5nm到40nm的范围之内。
18.一种光源装置，包括: 根据权利要求1所述的表面发射激光器；以及 光率禹合器，被配置为稱合分别从表面发射激光器的第一激光器和第二激光器发射的激光。
19.一种用于驱动根据权利要求18所述的光源装置的方法，包括: 以一定周期执行两个激光器中的一个激光器的两个反射镜中的一个反射镜的第一驱动； 以与所述一定周期相同的周期，并且以与所述一定周期180度相位差，来执行另一个激光器的两个反射镜中的一个反射镜的第二驱动； 在第一驱动期间在交迭的波长范围内的特定波长处停止电流注入；以及 在第二驱动期间在所述特定波长处开始电流注入， 其中在振荡波长在对于第一激光器和第二激光器相同的一定方向上变化时执行停止电流注入和开始电流注入中的每一个。
20.—种光学相干层析成像设备,包括: 根据权利要求17所述的光源装置； 对象测量单元，被配置为利用来自光源单元的光照射对象并且传送从对象反射的光；参考单元，被配置为利用来自光源单元的光照射参考镜并且传送从参考镜反射的光；干涉单元，被配置为在来自对象测量单元的反射光与来自参考单元的反射光之间引起干涉; 光检测单元，被配置为检测来自干涉单元的干涉光；以及图像处理单元，被配置为基于由光检测单元检测的光来获得对象的层析图像。
21.—种表面发射激光器,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个包括光谐振腔以及半导体层，所述光谐振腔包括一对反射镜，所述半导体层被配置为发射光并且布置在光谐振腔内， 光的振荡波长通过使反射镜的位置在半导体层的厚度方向上移位而变化， 半导体层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`振荡的光的各个波长带不同。
【文档编号】H01S5/42GK103633561SQ201310363081
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年8月20日 优先权日:2012年8月23日
【发明者】稻生耕久, 内田护 申请人:佳能株式会社