[发明专利]二维光子晶体面发光激光光源

说明书

技术领域

本发明涉及一种自平面状的光源沿垂直于其面的方向放射激光的面发光激光光源。

背景技术

迄今，正使用着利用了法布里-珀罗共振器的法布里-珀罗型激光光源、及利用了衍射光栅的分布式反馈(Distributed Feedback：DFB)型激光光源。这些激光光源都是通过共振或衍射使规定波长的光放大而使激光起振的光源。

与之相对，近年来，正在开发采用了光子晶体的新型的激光光源。光子晶体是在电介质所构成的母材上人工形成周期构造的晶体。周期构造通常通过在母材内周期性设置折射率不同于母材的区域(异折射率区域)而形成。通过该周期构造，在晶体内产生布拉格衍射，另外，在光的能带中出现带隙。光子晶体激光光源具有利用带隙效果并将点缺陷作为共振器使用的构成、和利用光的群速度为0的带端的驻波的构成。均将规定波长的光放大而得到激光振荡。

专利文献1中记载有一种在包含发光材料的活性层的附近形成有二维光子晶体的激光光源。该二维光子晶体中，在由半导体构成的板状的母材中将圆柱状的空孔周期性(三角晶格状、正方晶格状、六角晶格状)地进行设置，母材的折射率的分布具有二维的周期性。通过该周期与由来自电极的载流子的注入在活性层所生成的光的介质内波长一致，在二维光子晶体的内部形成二维驻波，由此，光被增强而进行激光振荡。

图1示意地表示专利文献1中记载的二维光子晶体的内部所形成的驻波。该图中，仅一维地表示结晶面内的一方向(x方向)的驻波，但在例如正方晶格的情况下，在与之垂直的方向也形成驻波。着眼于电场，该驻波形成为在二维光子晶体11内的空孔12的部分具有波节和具有波腹的两个模式。若将通过某空孔12的中心的轴(z轴)定义为对称轴，则相对于该轴而前者为反对称、后者为对称。在此，在考虑与外部平面波耦合的情况下，沿z方向传播的平面波的分布函数关于x方向是一样的，与之相对，关于对称轴而言，在反对称模式下为奇函数，在对称模式下为偶函数。在假设二维光子晶体的大小为无限的情况下，由于在对称模式下与外部平面波的重叠积分不为0，因此，产生沿面垂直方向的一级次衍射光。与之相对，在反对称模式下与外部平面波的重叠积分为0，因此，通过干涉而不会产生沿面垂直方向的一级次衍射光。因此，该反对称模式不能沿面垂直方向取出光。

实际上由于二维光子晶体的大小是有限的，由此，反对称模式的光的对称性也溃坏，就能够沿面垂直方向取出。但是，该情况下，沿面垂直方向取出的光的强度受到干涉的影响而被减弱。

为抑制这样的干涉的影响而提高光沿面垂直方向取出的取出效率，迄今对二维光子晶体的面内的折射率分布的对称性溃坏的情况进行了探讨。专利文献2中记载了具有二维光子晶体的面发光激光光源，该二维光子晶体通过形成有平移对称性但没有旋转对称性的晶格构造而使平行于母材的面内的对称性溃坏。这样的对称性通过将例如异折射率区域的空孔配置成正方晶格状，且将各空孔的平面形状(平行于二维光子晶体的截面的形状)作成三角形而被形成。该情况下，晶格具有四维旋转对称性，空孔具有三维旋转对称性，由于两者的旋转对称性不一致，故晶体整体就没有旋转对称性。另外，也有在正方晶格的一个晶格点将平面形状为完整圆而直径不同的两个空孔邻接设置的方法。该情况下，在晶格点没有旋转对称性，因此，晶体整体也就没有旋转对称性。这些激光光源中，由于二维光子晶体的晶格构造的对称性比图1所示的晶格构造的低，故可抑制反对称模式的光的干涉的影响，从而可使沿面垂直方向取出的光的强度比目前的要强。

专利文献1：特开2000-332351号公报([0037]～[0056]、图1)

专利文献2：特开2004-296538号公报([0026]～[0037]、图1～5)