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フォトニック結晶レーザ 外国出願あり

国内特許コード P130009571
整理番号 2865
掲載日 2013年7月10日
出願番号 特願2012-503170
登録番号 特許第5709178号
出願日 平成23年3月1日(2011.3.1)
登録日 平成27年3月13日(2015.3.13)
国際出願番号 JP2011054566
国際公開番号 WO2011108510
国際出願日 平成23年3月1日(2011.3.1)
国際公開日 平成23年9月9日(2011.9.9)
優先権データ
  • 特願2010-044255 (2010.3.1) JP
発明者
  • 野田 進
  • 北村 恭子
  • 黒坂 剛孝
  • 酒井 恭輔
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 フォトニック結晶レーザ 外国出願あり
発明の概要 本発明は、従来よりも幅の狭い径偏光リング状レーザビームを得ることができるフォトニック結晶レーザを提供することを目的としている。フォトニック結晶レーザ10は、活性層11と、活性層11の一方の側に設けられた板状の母材121内に、同一形状であって母材121とは屈折率が異なる多数の異屈折率領域(空孔)122がリング状に、そのリングの周方向に周期的に並び、各異屈折率領域122が、その中心を通ってリングの径方向に延びる軸に関して非対称な同一形状を有するリング状フォトニック結晶123と、活性層11及びリング状フォトニック結晶123を挟むように設けられた第1電極131及び第2電極141と、第2電極141に設けられた、リング状フォトニック結晶123で生成されるレーザ光を透過可能な窓とを備える。
従来技術、競合技術の概要


蛍光顕微鏡やラマン分光測定装置等の光学測定装置における光源では、測定精度を高めるために、レーザビームをできるだけ小さい点に集光することが求められている。しかし、単に集光レンズでレーザビームを集光するだけでは、レーザビームのスポット径の大きさは、レーザビームの波長及び集光レンズの開口数により決定される回折限界値以下にすることはできない。



非特許文献1には、スポット径を小さくすることに適したレーザビームについて記載されている。図21(a)にそのレーザビームに垂直な面における該レーザビームの断面(以下、この断面を単に「レーザビームの断面」と呼ぶ)を模式的に示す。図中で塗りつぶされた部分は光が存在する領域を示している。また、図中の太矢印は偏光の方向を示す。レーザビームは、中心部に強度を持たないリング状の断面形状を有し、その中心から外側に向かう方向(径方向)に偏光している。以下、このような断面形状及び偏光を有するレーザビームを「径偏光リング状レーザビーム」と呼ぶ。非特許文献1によれば、このような径偏光リング状レーザビーム21を集光することにより、ビーム径が回折限界値よりも小さいレーザビームが得られる。従来、そのような小さなビーム径は光軸方向に1波長程度のごく狭い領域においてしか得られなかったが、このビームを用いることにより10波長以上の領域において得ることができる(非特許文献2参照)。



また、径偏光リング状レーザビーム21をレンズ23で集光すると、図21(b)に示すように、集光点22において、レーザビームに垂直な方向(x方向、y方向)の電界の振動成分が打ち消される一方、レーザビームに平行な成分(z方向)の電界の振動成分が打ち消されずに残る。その結果、集光点22においては、光の進行方向に平行な方向に電界が振動するという、通常の光では光軸上に生じない偏光(z偏光)が、光軸上に10波長程度の広範囲で得られる(非特許文献2参照)。このようなz偏光を用いると、例えばラマン散乱測定において、レーザビームに垂直な偏光を用いた場合には生じなかった散乱を観測することができる、という利点がある(非特許文献3参照)。

産業上の利用分野


本発明は、蛍光顕微鏡やラマン分光測定装置等における光源に好適に用いることができるフォトニック結晶レーザに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
a) 活性層と、
b) 前記活性層の一方の側に設けられた板状の母材内に、同一形状であって前記母材とは屈折率が異なる多数の異屈折率領域がリング状に、該リングの周方向に周期的に並び、各異屈折率領域が、該異屈折率領域の中心を通って該リングの径方向に延びる軸に関して非対称な形状を有するリング状フォトニック結晶と、
c) 前記活性層及び前記リング状フォトニック結晶を挟むように設けられた第1電極及び第2電極と、
d) 前記第2電極に設けられた、前記リング状フォトニック結晶で生成されるレーザ光を透過可能な窓と、
を備えることを特徴とするフォトニック結晶レーザ。

【請求項2】
前記第1電極が前記リング状フォトニック結晶に重なる径及び幅を有するリング状電極であることを特徴とする請求項1に記載のフォトニック結晶レーザ。

【請求項3】
前記リング状電極と前記リング状フォトニック結晶の間に、該リング状電極と同形状の電流通過部と、該電流通過部の周囲を覆う絶縁部を有する電流狭窄部を備えることを特徴とする請求項2に記載のフォトニック結晶レーザ。

【請求項4】
前記リング状フォトニック結晶の外周側及び内周側にリング状の溝を備えることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載のフォトニック結晶レーザ。

【請求項5】
前記窓に、前記リング状フォトニック結晶側から前記第2電極側に向かって凸であるリング状レンズを備えることを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載のフォトニック結晶レーザ。

【請求項6】
前記リング状フォトニック結晶の外周側における前記異屈折率領域の幅である外周幅が、該リング状フォトニック結晶の内周側における該異屈折率領域の幅である内周幅と異なることを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載のフォトニック結晶レーザ。

【請求項7】
前記外周幅が前記内周幅よりも大きく且つ(r22/r12)倍未満(ここでr1は前記リング状フォトニック結晶の内径、r2は該リング状フォトニック結晶の外径)であることを特徴とする請求項6に記載のフォトニック結晶レーザ。

【請求項8】
前記外周幅が前記内周幅の(r2/r1)倍であることを特徴とする請求項7に記載のフォトニック結晶レーザ。

【請求項9】
前記異屈折率領域が、主異屈折率領域と、該主異屈折率領域から前記リングの方向に所定の距離だけ離れて配置され、前記母材とは屈折率が異なり且つ該主異屈折率領域とは形状、大きさ及び屈折率のうち少なくとも1つが異なる副異屈折率領域から成ることを特徴とする請求項1~8のいずれかに記載のフォトニック結晶レーザ。

【請求項10】
前記主異屈折率領域と前記副異屈折率領域の間の距離が、前記異屈折率領域の周期の1/4であることを特徴とする請求項9に記載のフォトニック結晶レーザ。
産業区分
  • 固体素子
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2012503170thum.jpg
出願権利状態 登録
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