可變波長表面發(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包括光諧振腔以及半導(dǎo)體層，所述光諧振腔包括一對反射鏡，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)，光的振蕩波長通過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度，第二激光器具有用于以n階縱模振蕩的諧振腔長度，以及由第一激光器和第二激光器振蕩的光的各個波長帶不同。
【專利說明】可變波長表面發(fā)射激光器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]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(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的各種激光源。
[0003]在通信網(wǎng)絡(luò)的領(lǐng)域中期望波長的高速切換，并且在檢查裝置的領(lǐng)域中期望高速和寬的波長掃描。
[0004]用于檢查裝置的可變波長(掃描)光源的應(yīng)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(shù)(SS-OCT)裝置。
[0005]光學相干層析術(shù)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(shù)。近年來，已經(jīng)在醫(yī)學領(lǐng)域中進行了對光學相干層析術(shù)的許多研究，這是因為該技術(shù)提供了微米量級的空間分辨率以及非侵入的處理。
[0006]SS-OCT被預(yù)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。
[0007]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。
[0008]適用于SS-OCT的波長掃描光源之一是垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL),其通過使用微機電系統(tǒng)(MEMS)的技術(shù)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 tunable1.55 μ m-VCSEL withl02nm continuous single-modetuning”，Optics Express, vol.19, 2011, pp.17336-17343 中被討論。
[0009]此外，日本專利申請公開N0.2005-183871討論包括在芯片上形成的兩個發(fā)光區(qū)域的表面發(fā)射激光器。在這個表面發(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度的空氣間隙被設(shè)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。
[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)是限制可變波長表面發(fā)射激光器(VCSEL)的波長掃描范圍的因素之
[0011]此外，F(xiàn)SR由諧振腔長度L和可變波長VCSEL的波長λ確定，如公式I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)。
【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包括光諧振腔以及半導(dǎo)體層，所述光諧振腔包括一對反射鏡，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)， 光的振蕩波長通過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度，以及 由第一激光器和第二激光器振蕩的光的各個振蕩波長帶不同。
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帶的寬度，Δ λ 2為由第二激光器振蕩的光的波長帶的寬度，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λ 2滿足下面表示的公式4，其中Λ λ3為交迭的波長帶的寬度并且λ。為交迭的波長帶的中心波長:
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。
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，其中該對反射鏡中的至少一個為包括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，其中該對反射鏡中的至少一個為多層膜反射鏡。
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)行兩個激光器中的一個激光器的兩個反射鏡中的一個反射鏡的第一驅(qū)動； 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，來執(zhí)行另一個激光器的兩個反射鏡中的一個反射鏡的第二驅(qū)動； 在第一驅(qū)動期間在交迭的波長范圍內(nèi)的特定波長處停止電流注入；以及 在第二驅(qū)動期間在所述特定波長處開始電流注入， 其中在振蕩波長在對于第一激光器和第二激光器相同的一定方向上變化時執(zhí)行停止電流注入和開始電流注入中的每一個。
20.—種光學相干層析成像設(shè)備,包括: 根據(jù)權(quán)利要求17所述的光源裝置； 對象測量單元，被配置為利用來自光源單元的光照射對象并且傳送從對象反射的光；參考單元，被配置為利用來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，被配置為在來自對象測量單元的反射光與來自參考單元的反射光之間引起干涉; 光檢測單元，被配置為檢測來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單元檢測的光來獲得對象的層析圖像。
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包括光諧振腔以及半導(dǎo)體層，所述光諧振腔包括一對反射鏡，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)， 光的振蕩波長通過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`振蕩的光的各個波長帶不同。
【文檔編號】H01S5/42GK103633561SQ201310363081
【公開日】2014年3月12日 申請日期: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 申請人:佳能株式會社