[发明专利]可变波长表面发射激光器

说明书

技术领域

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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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 tunable1.55μm-VCSEL with102nm continuous single-mode tuning”,Optics Express,vol.19,2011,pp.17336-17343中被讨论。

此外，日本专利申请公开No.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。

根据“Surface micromachined tunable1.55μm-VCSEL with102nm continuous single-mode tuning”,Optics Express,vol.19,2011,pp.17336-17343，自由谱范围（free spectral 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一。

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1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）。

FSR=λ22L+λ]]>    …公式1

L=qλ/2    …公式2换句话说，在确定了要振荡的波长λ和纵模的阶次q时，确定谐振腔长度L，由此确定FSR。

对于可以在比FSR宽的波长范围中振荡的谐振腔，可能出现以多个纵模同时振荡或者在纵模之间不稳定的振荡状态。

例如，如图10中所示出的在一对反射镜之间具有固定谐振腔长度L₁的谐振腔在波长是λ₁时可以工作为q=4的谐振腔，并且在波长是λ₂时可以工作为q=5的谐振腔。在这种谐振腔中，在两个波长中存在有源层的增益带时，可以出现λ₁和λ₂的同时振荡或者不稳定的振荡状态。

可以通过减少谐振腔长度L而使FSR变宽，使得可以抑制以多个纵模同时振荡或者在纵模之间不稳定的振荡状态。然而，在电流注入方法要被用作激励可变波长VCSEL的方法时，谐振腔长度倾向于增大，这是因为层应该被配置为包括电流注入所必需的电流扩散层和接触层。对于更大的谐振腔长度，FSR更窄，波长扫描范围变得更小。

日本专利申请公开No.2005-183871讨论如下的表面发射激光器，其中设置多个不同的空气间隙以便对于每个空气间隙获得不同的振荡波长。然而，这意图用于提高制造成品率，而没有关注于波长扫描范围的变宽。

发明内容

实施例的一个公开的方面涉及能够在宽的范围中扫描波长的可变波长VCSEL。