專利名稱：光源裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及例如適合于小型投影儀的光源裝置。
背景技術：
在將R波長區(qū)域、G波長區(qū)域以及B波長區(qū)域的光投影到銀幕上而顯示彩色圖像的投影儀中，為了形成彩色圖像，需要將各波長區(qū)域的光投射到一點。作為將各波長區(qū)域的光投射到一點的結構，已知以下的技術通過使用了 MEMS(微電子機械系統(tǒng))的反射鏡機構， 掃描各波長區(qū)域的光。該結構有以下這樣的問題在通過反射鏡對被整合到水平方向的各波長區(qū)域的光進行掃描時，投射各波長區(qū)域的光的定時的時間偏離；各波長區(qū)域的掃描角范圍不同。作為解決該問題的現(xiàn)有技術，已知專利文獻1。在專利文獻1中，揭示了使用被稱為XCUBE的將4體的直角棱鏡組合起來而成的波束(beam)耦合器、解決了該X射線管所具有的問題的由3個光學部分構成的波束耦合器等的分光棱鏡(dichroic prism)，對RGB的光波進行合波。另外，已知在通常使用的投影儀中，使用十字棱鏡對RGB的光波進行合波。另外，關于使用棱鏡對從半導體激光器出射的激光波束進行合波的技術，例如已知有專利文獻2、3。另外，作為在光通信中使用方向性耦合器進行光合波分波的裝置，例如提出了專利文獻4、5。在專利文獻4、5中，揭示了以下一點由波導(waveguide)構成方向性耦合器， 對2個波長進行合波或分波?，F(xiàn)有技術文獻專利文獻專利文獻1 日本特表2007-5；34987號公報(段落0002 專利文獻2 日本特開平9-109353號公報(段落00 )專利文獻3 日本特開平11-64793號(段落0014)專利文獻4 日本特開平11-6931號(段落0027,0028)專利文獻5 日本特開2000-9952號(段落0053 0057)專利文獻6 日本特公昭56-27846號(第2欄)專利文獻7 日本特開2008-261942號(段落0045、0046)
0005,0017 0022)

發(fā)明內容
發(fā)明要解決的課題如上所述，使用了分光棱鏡、十字棱鏡的空間光學系統(tǒng)的合波器有以下的問題對于RGB的各發(fā)光元件需要3維的校準，進行該校準的調芯工序很復雜。另外還有以下的問題為了低損耗地對各波束進行耦合，需要透鏡等光學元件，部件個數(shù)增加。在光通信領域中，已知使用方向性耦合器來代替使用了棱鏡的空間光學系統(tǒng)的合波器的技術，期待通過將該方向性耦合器應用于投影儀中，解決用于校準的調芯工序、部件個數(shù)增加這樣的問題。但是，專利文獻4、5所示的方向性耦合器對2個波長進行合波或分波，而對于投影儀所需要的至少全彩色顯示所需要的寬范圍的波長范圍中的3個特定波長的合成法，并沒有具體記述。另一方面，在專利文獻6中，提出了以下這樣的方向性耦合器型分波器選擇從3 個端口中之一入射的具有多個中心波長的光波中的具有特定的中心波長的光波并將其取出到另一個間距變換器，從另一個端口取出剩余的光波。但是，該方向性耦合器型分波器是利用基于N個方向性耦合器的波長選擇性、基于N-I個Y字形光分支回路的光能量耦合的結構，因此有以下的問題，即除了方向性耦合器以外，還需要Y字形光分支回路，結構復雜，部件個數(shù)增加。另外，作為解決上述那樣的問題的一般結構，考慮了配置發(fā)光元件、方向性耦合器等光學元件的結構，但是在這樣配置各光學元件而形成實際的光源裝置時，為了將發(fā)光元件與方向性耦合器之間光學地連接起來，需要光纖等導光體、對它們進行光學連接的光連接器。為此，需要光連接用的構件、空間(space)，依然會產(chǎn)生部件個數(shù)的增加、大型化的問題。另外，還提出了具備對從多個光源輸出的光進行合波而輸出的光合波單元的光源裝置。該光合波單元揭示了以下的結構通過在預定區(qū)間使2條光波導接近而使光進行合波(例如參考專利文獻7)。具備該光合波路徑的光源裝置可以通過將光源與光合波單元集成到元件安裝面上而使光學系統(tǒng)小型化，但對于半導體激光元件、受光元件等電氣系統(tǒng)的元件，是配置在子襯底(sub mount)、承載構件上并且通過電線進行電氣連接的結構。這樣的結構有以下的問題，即成為阻礙光源裝置和具備光源裝置的投影儀裝置小型化的因素，無法充分發(fā)揮使光學系統(tǒng)小型化、集成化的效果。因此，本發(fā)明的目的在于解決上述的問題，在使3個以上的波長的光波進行合波而出射的光源裝置中，提高光學系統(tǒng)元件和電氣系統(tǒng)元件的集成度，另外，其目的在于小型化。解決上述課題的手段為了達到上述目的，本發(fā)明通過在半導體襯底上形成光學系統(tǒng)元件和電氣系統(tǒng)元件，而不需要光連接器等光學構件，節(jié)省了這些光學構件所需要的空間而縮小了配置間隔， 另外縮小了電氣電路的配線所需要的空間，提高了光學系統(tǒng)元件和電氣系統(tǒng)元件的各元件的集成度。進而，在將分別配置的光學系統(tǒng)元件與電氣系統(tǒng)元件連接起來的結構中，除了分別配置光學系統(tǒng)元件和電氣系統(tǒng)元件的空間以外，還需要將光學系統(tǒng)元件和電氣系統(tǒng)元件連接起來的連接空間，另外，還需要跨過該連接空間將光學系統(tǒng)元件與電氣系統(tǒng)元件電連接起來的布線。與此相對，本發(fā)明通過將光學系統(tǒng)元件與電氣系統(tǒng)元件形成在同一半導體襯底上，可以不要用于連接光學系統(tǒng)元件和電氣系統(tǒng)元件的連接空間，還可以將布線也形成在半導體襯底上，因此，也不需要跨過連接空間而將光學系統(tǒng)元件和電氣系統(tǒng)元件電連接起來的布線。本發(fā)明將光學系統(tǒng)元件和電氣系統(tǒng)元件形成在半導體襯底上，對于光學系統(tǒng)元件，在半導體襯底上形成對發(fā)光元件的發(fā)光進行合波的多波長合波器、將發(fā)光元件和多波長合成器之間光學地連接起來的波導，由此，不需要光連接器等光學構件，并且能夠節(jié)省這些光學構件所需要的空間，縮小配置間隔。另外，對于電氣元件，在半導體襯底上形成將檢測發(fā)光元件、發(fā)光量的檢測器、控制部件等電連接起來的布線，由此，不設置外部布線就能夠進行電連接。另外，通過在同一半導體襯底上層狀地形成光學系統(tǒng)元件和電氣元件，還能夠縮小需要分別同時設置光學系統(tǒng)元件和電氣元件的結構的面積。本發(fā)明的光源裝置具備形成有布線的半導體襯底；電極端子，其被形成在半導體襯底上，將布線與外部電連接；多個激光元件，其被安裝在半導體襯底上，并且與布線連接，波長不同；多條波導，其被形成在半導體襯底上，對各激光元件所發(fā)出的光波進行導向； 多波長合波器，其被形成在半導體襯底上，具有波導型方向性耦合器，對通過各波導導向的光波進行合波。以半導體襯底作為光學元件襯底而形成波導和多波長合波器，另外以半導體襯底作為電氣元件襯底而形成布線，進而在該半導體襯底上安裝發(fā)光元件、檢測器、控制部件等，由此將發(fā)光元件、檢測器、控制部件、以及波導、多波長合波器配置在半導體襯底上。另外，也可以是在半導體襯底內形成檢測器、控制部件的電氣電路的結構。半導體襯底例如可以使用硅。進而，通過在半導體襯底上，與波導的一方端部相對地配置發(fā)光元件，不需要光連接器就將由發(fā)光元件發(fā)出的光波導入到波導。在作為光學元件襯底的半導體襯底上，可以在進行了光軸匹配的狀態(tài)下形成波導和多波長合波器，因此，能夠不使用光連接器而將從發(fā)光元件導入到波導的光波導入到多波長合波器。多波長合波器對經(jīng)由波導導入的波長不同的多個光波進行合波后出射。本發(fā)明通過在共用的半導體襯底上配置發(fā)光元件、波導、多波長合波器的結構，能夠不需要光連接器等光學構件而減少部件個數(shù)，通過省去這些光學構件所需要的間隙，能夠縮小配置間隔，使光源裝置小型化。在本發(fā)明的光源裝置所具備的多波長合波器中，波導型方向性耦合器的間距間隔與發(fā)光元件的間距間隔不同。通常，發(fā)光元件由激光元件等與波導不同的半導體的發(fā)光元件形成，因此發(fā)光元件的間距間隔比波導型方向性耦合器的間距間隔寬。另外，在由單個元件構成各波長的發(fā)光元件的情況下，由于將各發(fā)光元件安裝在半導體襯底上，所以需要隔開預定的配置間隔進行配置。因此，需要使發(fā)光元件間距間隔與波導型方向性耦合器的間距間隔匹配。為了使發(fā)光元件的間距間隔與波導型方向性耦合器的間距間隔匹配，通常在發(fā)光元件與波導型方向性耦合器之間設置光學地將它們連接起來的波導，通過使該波導彎曲，而逐漸地減小間距間隔?？紤]到光的泄漏等而限制波導彎曲的曲率半徑，因此為了使間距間隔匹配，而需要在發(fā)光元件與波導型方向性耦合器之間隔開預定距離。該發(fā)光元件與波導型方向性耦合器的距離成為光源裝置大型化的原因。因此，本發(fā)明的光源裝置通過設置間距變換器，能夠使發(fā)光元件的間距間隔與波導型方向性耦合器的間距間隔匹配。間距變換器是使發(fā)光元件的間距間隔與波導型方向性耦合器的間距間隔匹配的光學元件。通過在發(fā)光元件與波導型方向性耦合器之間設置間距變換器，能夠縮短發(fā)光元件與波導型方向性耦合器之間的距離，進一步使光源裝置小型化。通過與SHG波長變換元件相同的各向異性介質，作為光學元件襯底在半導體襯底上與波導和波導型方向性耦合器一起還形成間距變換器，由此能夠減少耦合位置，使多波長合波器小型化。可以由使光軸方向彎曲的彎曲元件來構成間距變換器，但通過特別地使用由使光軸方向變更90度的全反射反射鏡構成的90度彎曲變換器，能夠成為縮短多波長合波器的長度的結構。90度彎曲變換器將波導的方向變更90度。也可以由使用了各向異性介質的全反射反射鏡構成90度彎曲變換器。將與入射波的波長對應的各向異性介質所具有的2個折射率作為參數(shù)來確定全反射反射鏡的相對于入射波的反射面的角度。例如，在設各向異性介質的折射率為!^、!^時，通過下式求出設反射角為90度時的全反射反射鏡的反射面的角度θ ne2+n02-sin2 θ (n02-ne2) _2n02tan θ = 0通過將該各向異性介質的折射率rv 作為參數(shù)求出反射面的角度θ，能夠使入射波的光軸與出射波的光軸為90度。根據(jù)本發(fā)明的光源裝置的結構，不用使光源裝置尺寸大型化，就能夠配置光源裝置所具備的構成元件，能夠安裝安裝部件。在此，作為安裝部件，有作為發(fā)光元件的激光元件、控制發(fā)光元件的發(fā)光的控制部件、將形成在半導體襯底上的布線與外部電連接起來的電極端子。設本發(fā)明的光源裝置的半導體襯底的形成為四角形狀，將多個發(fā)光元件安裝在四角形狀的一邊側，將使由多波長合波器合波了的光出射的出射端設置在與安裝發(fā)光元件的邊成直角的另一邊側。大致根據(jù)波導型方向性耦合器的尺寸來確定四角形狀的各邊的長度。因此，通過分別將發(fā)光元件和出射端設置在四角形狀的具有垂直關系的2邊，能夠抑制因所安裝的發(fā)光元件、出射端導致的尺寸的擴大。通過將發(fā)光元件和出射端設置在四角形狀的不同的邊來分散安裝位置，由此能夠抑制因2個安裝部件位于同一安裝位置而造成的安裝面積的擴大。另外，本發(fā)明的光源裝置具備控制部件，其控制多個發(fā)光元件的發(fā)光；電極端子，其將形成在半導體襯底上的布線與外部電連接起來，其中，將控制部件安裝在安裝發(fā)光元件的半導體襯底的一邊側，將電極端子形成在安裝發(fā)光元件的半導體襯底的另一邊側?？刂撇考梢詷嫵蔀榘寗影l(fā)光元件的驅動電路和控制該驅動電路所提供的電流的控制電路，可以由IC電路構成?？刂撇考税惭b在半導體襯底上以外，還可以在半導體襯底內由集成電路形成工序(IC工序)形成。對于控制部件和電極端子，也與上述的發(fā)光元件和出射端子一樣，通過分別設置在四角形狀的具有垂直關系的2邊上，能夠抑制因控制部件和電極端子所造成的尺寸的擴大。本發(fā)明的多波長合波器與對2個入射波進行合波的波導型方向性耦合器多級地連接。各級的波導型方向性耦合器分級地對波長不同的多個入射波進行合波，最末級的波導型方向性耦合器構成對由前面的各段波導型方向性耦合器進行合波后的多個入射波進行合波的多波長合波器。本發(fā)明的多波長合波器為簡單地將波導型方向性耦合器進行多級連接這樣的簡單結構，通過各級的波導型方向性耦合器依次耦合波長不同的光波，由此分級地對多個入射波進行合波。根據(jù)該結構，可以不使用棱鏡等空間光學系統(tǒng)的元件地對多個波長不同的光波進行合波，能夠抑制部件個數(shù)的增加，實現(xiàn)小型化。本發(fā)明的多波長合波器所具備的波導型方向性耦合器對于所合波的波長分別具有波長選擇性。本發(fā)明的多波長合波器的各級的波導型方向性耦合器通過各級的波長選擇性而使由各級進行合波的光波的波長不同，通過組合由這些各級選擇并進行合波的波長， 階段性地進行合波，能夠進行多個不同波長的光波的合波。在此，波導型方向性耦合器由并列配置的2條波導構成。根據(jù)使并列配置的2條波導平行而接近的耦合長度來確定波導型方向性耦合器的波長選擇性。波導型方向性耦合器耦合長通常將波導的0次模式和1次模式的傳輸常數(shù)以及波長作為參數(shù)來確定波導型方向性耦合器的耦合長度。在2條波導接近的長度是耦合長度時，一方波導的光波轉移到另一方波導，如果接近的長度與耦合長度偏離，則不進行波導間的光波的轉移。本發(fā)明在波導型方向性耦合器的光波的轉移中，利用了波導間的光波的轉移狀態(tài)依存于耦合長的長度而周期地變動這樣的耦合長的周期性、以及該耦合長的周期性因波長而不同這樣的波長依存性，通過組合該耦合長的周期性和波長依存性，使波導型方向性耦合器具有波長選擇性，利用該波長選擇性，通過多級地構成的波導型方向性耦合器階段地對多個不同波長的光波進行合波。本發(fā)明根據(jù)波導型方向性耦合器的耦合長的周期性和波長依存性，發(fā)現(xiàn)在各波長所具有的多個耦合長的組合中有耦合長的長度相同的部分，并通過使波導型方向性耦合器的耦合長成為該長度，來對多個不同的波長的光波進行合波。在通過1個波導型方向性耦合器對不同波長的多個光波進行合波時，需要選擇適合于合波器的光波的耦合長。以前提出的波導型方向性耦合器通常是在波導之間轉移1個波長的光波而進行合波的結構，因此，選擇與轉移的波長對應的耦合長。在這樣根據(jù)只與1 個波長對應的耦合長對多個不同波長的光波進行合波的情況下，無法對與共用的耦合長不對應的波長的光波進行合波。因此，在簡單地對波導型方向性耦合器進行從屬連接的結構中，在要使在后級的波導型方向性耦合器中對由前級的波導型方向性耦合器進行合波而得的光波進一步與其他波長的光波進行合波時，通過前級合波后的波長分量被分支到其他波導，無法對多個波長進行合波。本發(fā)明的波導型方向性耦合器通過在各段中進行合波的多個波長的周期中，選擇耦合長相同的長度的組合，能夠對多個波長進行合波。能夠通過多級進行該波導型方向性耦合器的波長的合波，對希望的多個波長進行合波。本發(fā)明的波導型方向性耦合器的一個結構是配置2條波導，橫跨耦合長的長度平行地接近而成，從2個輸入端口入射波長不同的至少2個的多個入射波，對根據(jù)波長選擇性從這些多個入射波內選擇的多個入射波進行合波，從1個輸出端口出射合波后的光波。從剩余的輸出端口出射沒有被合波的波長的光波。
本發(fā)明的波導型方向性耦合器可以將合波的光波設為可視光區(qū)域波長的可視光， 具備該波導型方向性耦合器的多波長合波器能夠將合波后的可視光投射到投影儀的銀幕上進行顯示。在該波導型方向性耦合器中，入射波是不同的可視光區(qū)域波長的可視光，可視光包含R波長分量、G波長分量以及B波長分量。在對該R波長分量、G波長分量、以及B波長分量進行合波的情況下，多級的波導型方向性耦合器由2級形成，第一級的波導型方向性耦合器對從3個波長分量中選擇出的2個波長分量進行合波，第二級的波導型方向性耦合器對由第一級波導型方向性耦合器進行合波后的光波和剩余的1個波長分量的光波進行合波。通過該結構，從第二級的波導型方向性耦合器的輸出端口出射對R波長分量、G波長分量以及B波長分量的3個波長分量進行了合波后的光波。在此，可以從半導體激光器或二次諧波產(chǎn)生激光器(SHG激光器)的發(fā)光元件發(fā)出可視光。例如，可視光的R波長分量和B波長分量可以從半導體激光器的發(fā)光元件發(fā)出，G 波長分量可以從二次諧波產(chǎn)生激光器(SHG激光器)的發(fā)光元件發(fā)出。本發(fā)明的波導通過由形成在半導體襯底上的導光性材料構成的膜的圖案形成來形成。導光性材料可以使用氮化硅膜、摻雜了鍺的氧化硅膜、樹脂膜等。可以通過使用了等離子體的干式蝕刻來進行氮化硅膜、摻雜了鍺的硅氧化膜的圖案形成。關于樹脂膜的圖案形成，在UV感光性樹脂的情況下可以通過UV光的曝光來進行，在UV非感光性樹脂的情況下，可以通過O2等離子體處理來進行，另外也可以通過將模按壓到熱硬化樹脂、UV硬化樹脂來進行的納米壓印技術來進行。可以將單獨的波導模式設置為單一模式，而以多個的方式來形式波導。波導的第一方式是通過構成光學元件襯底的半導體襯底上的薄膜來形成芯而成的平面型波導，可以只在耦合長的長度的間隙中使2條芯平行地相鄰或融合來形成波導型方向性耦合器。波導的第二方式是在構成光學元件襯底的半導體襯底上形成脊部而成的脊型波導，可以只在耦合長的長度的間隙中使2個脊部平行地相鄰或融合來形成波導型方向性耦
ο波導的第三方式是固定在構成光學元件襯底的半導體襯底上的光纖，可以只在耦合長的長度的間隙中使2條光纖的芯平行地相鄰或融合來形成。本發(fā)明可以將上述多波長合波器、產(chǎn)生各波長區(qū)域的入射波的多個發(fā)光元件形成在同一半導體襯底上來構成光源裝置。光源裝置可以構成為具備檢測器，其檢測進行多級連接的多個波導型方向性耦合器中的、除了最末級的波導型方向性耦合器以外的波導型方向性耦合器的合波輸出的輸出端口以外的輸出端口的出射波的光強度；檢測器，其檢測在第一級的波導型方向性耦合器中耦合的入射波的光強度；控制部件，其控制發(fā)光元件所產(chǎn)生的入射波的強度。控制部件可以反饋由各檢測器檢測的光強度而控制發(fā)光元件，將出射的光量保持為恒定。另外，在光源裝置中，可以通過在同一半導體襯底上具備產(chǎn)生R波長區(qū)域、G波長區(qū)域、以及B波長區(qū)域的各波長區(qū)域的入射波的多個發(fā)光元件，來構成RGB光源裝置。在該RGB光源裝置中，可以構成為具備第一檢測器，檢測R波長區(qū)域的入射波；第二檢測器，檢測第一級的波導型方向性耦合器的泄漏輸出的光強度；第三檢測器，檢測第二級波導型方向性耦合器的泄漏輸出的光強度；以及控制部件，控制發(fā)光元件所產(chǎn)生的入射波的強度?？刂撇考答佊筛鳈z測器檢測的光強度，來控制發(fā)光元件。根據(jù)本發(fā)明的波導型方向性耦合器，可以由形成在構成光學元件襯底的半導體襯底上的波導、光纖來一體地形成方向性耦合器。另外，根據(jù)本發(fā)明的波導型方向性耦合器，可以通過根據(jù)耦合長的周期性來適當?shù)剡x擇由各波導型方向性耦合器耦合的合波的組合，來縮短多波長合波器的全長。根據(jù)本發(fā)明的光源裝置，可以通過縮短多波長合波器的長度，來縮短全長。還可以通過在發(fā)光元件和波導型方向性耦合器之間設置90度彎曲變換器，來縮短光源裝置的全長?？梢酝ㄟ^對形成在半導體襯底上的金屬膜進行圖案形成，來形成本發(fā)明的形成在半導體襯底上的布線。另外，通過金屬膜的圖案形成，而與布線一起形成接合部。該接合部將激光元件接合起來。金屬膜可以是由Au構成的膜。根據(jù)本發(fā)明，在對多個波長的光波進行合波后出射的光源裝置中，能夠提高光學系統(tǒng)元件和電氣系統(tǒng)元件的集成度，實現(xiàn)小型化。


圖1是典型的波導型方向性耦合器的概念圖和表示其動作原理的圖。圖2是用于說明1個光波在波導之間轉移時的耦合長的周期性的圖。圖3是用于說明將波長λ 2的光波耦合到波長λ 1的光波的情況的圖。圖4是用于說明將波長λ 1的光波耦合到波長λ 2的光波的情況的圖。圖5是用于說明將波長λ 1和波長λ 2的合波耦合到波長λ 3的光波的情況的圖。圖6是用于說明將波長λ 3的光波耦合到波長λ 1和波長λ 2的合波的情況的圖。圖7是用于說明針對本發(fā)明的3條波導通過2級將2個波導型方向性耦合器連接起來的例子的圖。圖8是用于說明針對本發(fā)明的3條波導通過2級將2個波導型方向性耦合器連接起來的例子的合波狀態(tài)的圖。圖9是用于說明針對本發(fā)明的3條波導通過2級將2個波導型方向性耦合器連接起來的另一個例子的圖。圖10是用于說明將本發(fā)明的多個波導型方向性耦合器連接起來的結構例子的概要圖。圖11是用于說明本發(fā)明的對4個不同波長的光波進行耦合而形成合波的結構例子的概要圖。圖12是用于說明本發(fā)明的對4個不同波長的光波進行耦合而形成合波的結構例子的概要圖。圖13是用于說明本發(fā)明的對4個不同波長的光波進行耦合而形成合波的結構例子的概要圖。圖14是用于說明本發(fā)明的多波長合波器的結構例子的圖。圖15是用于說明本發(fā)明的多波長合波器的結構例子的圖。
圖16是用于說明本發(fā)明的光源裝置的結構例子的圖。圖17是用于說明本發(fā)明的光源裝置的一個實施例的圖。圖18是用于說明本發(fā)明的光源裝置的另一個實施例的圖。圖19是用于說明本發(fā)明的光源裝置的另一個實施例的圖。圖20是用于說明本發(fā)明的光源裝置的另一個實施例的圖。圖21是用于說明本發(fā)明的光源裝置的另一個實施例的圖。圖22是用于說明本發(fā)明的光源裝置的間距變換器的效果的圖。圖23是用于說明本發(fā)明的光源裝置的間距變換器的效果的圖。圖M是用于說明本發(fā)明的波導的波導參數(shù)和y偏光的基模(fundamental mode) 的光強度分布的圖。圖25是表示本發(fā)明的波導的有效折射率特性的圖。圖沈是表示本發(fā)明的波導型方向性耦合器的形狀的一個例子的圖。圖27是表示本發(fā)明的波導型方向性耦合器的插入損耗的圖。圖觀是表示本發(fā)明的其他結構的波導的波導參數(shù)和y偏光的基模的光強度分布的圖。圖四是表示波導的波長分散特性的圖。圖30是表示波導的合波所需要的耦合長的圖。圖31是使用了本發(fā)明的各向異性介質的全反射反射鏡的概要圖。圖32是表示使用了本發(fā)明的各向異性介質的全反射反射鏡的參數(shù)的關系的圖。圖33是用于說明出射角θ 2的計算的圖。圖34是用于說明RGB的各波長的反射角的圖。圖35是用于說明出射角θ 2的計算的圖。圖36是用于說明RGB的各波長的反射角的圖。圖37是表示本發(fā)明的90度彎曲波導的構造和通過FDTD法進行的分析例子的圖。圖38是用于說明本發(fā)明的90度彎曲波導的模型的圖。圖39是表示在x-z面看到的Ex分量的基模的圖。圖40是表示在χ-y面看到的Ex分量的基模的圖。圖41是用于說明本發(fā)明的90度彎曲波導的其他結構例子的圖。圖42是用于說明本發(fā)明的90度彎曲波導的其他結構例子的圖。圖43是用于說明本發(fā)明的90度彎曲波導的其他結構例子的圖。圖44是用于說明氮化硅(SiN)膜的光波導的形成的流程圖。圖45是用于說明氮化硅(SiN)膜的光波導的形成的概要圖。圖46是用于說明UV感光樹脂材料的光波導的形成的流程圖。圖47是用于說明UV感光樹脂材料的光波導的形成的概要圖。圖48是用于說明UV非感光樹脂材料的光波導的形成的流程圖。圖49是用于說明UV非感光樹脂材料的光波導的形成的概要圖。圖50是用于說明UV感光樹脂材料的光波導的形成的流程圖。圖51是用于說明熱硬化樹脂材料的光波導的形成的流程圖。圖52是用于說明UV硬化樹脂材料或熱硬化樹脂材料的光波導的形成的概要圖。
圖53是用于說明在光學系統(tǒng)元件和電氣元件的形成中在后工序中安裝檢測器和控制部件的處理步驟的流程圖。圖M是用于說明在光學系統(tǒng)元件和電氣元件的形成中在后工序中安裝檢測器和控制部件的處理步驟的概要圖。圖55是在光學系統(tǒng)元件和電氣元件的形成中在后工序中安裝檢測器和控制部件的處理的各步驟的結構圖。圖56是在光學系統(tǒng)元件和電氣元件的形成中在后工序中安裝檢測器和控制部件的處理的各步驟的結構圖。圖57是在光學系統(tǒng)元件和電氣元件的形成中在后工序中安裝檢測器和控制部件的處理的各步驟的結構圖。圖58是用于說明在光學系統(tǒng)元件和電氣元件的形成中將檢測器和控制部件做到半導體襯底內的處理的步驟的流程圖。圖59是用于說明在光學系統(tǒng)元件和電氣元件的形成中將檢測器和控制部件做到半導體襯底內的處理的步驟的流程圖。圖60是在光學系統(tǒng)元件和電氣元件的形成中將檢測器和控制部件做到半導體襯底內的處理的各步驟的結構圖。圖61是在光學系統(tǒng)元件和電氣元件的形成中將檢測器和控制部件做到半導體襯底內的處理的各步驟的結構圖。圖62是在光學系統(tǒng)元件和電氣元件的形成中將檢測器和控制部件做到半導體襯底內的處理的各步驟的結構圖。圖63是在光學系統(tǒng)元件和電氣元件的形成中將檢測器和控制部件做到半導體襯底內的處理的各步驟的結構圖。圖64是用于說明SBG的配置的圖。圖65是用于說明使用了本發(fā)明的光源裝置的投影儀的圖。符號說明1 多波長合波器；2波導型方向性耦合器；2A、2B、2C 波導型方向性耦合器；2a、 2b 波導型方向性耦合器；3 間距變換器；3A、;3B、3C 間距變換器；4 激光元件；如藍色發(fā)光元件；4b 紅色發(fā)光元件；4c 綠色發(fā)光元件；5、5a、5b、5C、5n 檢測器；6、6A、6B 控制部件；7 :光波導；8 光學元件襯底；9 布線襯底；10、10A、10B、10C、10D、10E 光源裝置； 11A、1 IBUlC 90度彎曲波導；Ila 波導；lib 反射鏡部分；Ilc 反射鏡背面；Ild 下包層 (under clad)表面；lie 脊下部截面；12 波導；20 投影儀；21 控制器；22 光源裝置； 23 偏轉裝置；24投影透鏡；31 圖像信號；32 控制信號；33 控制信號；34 光束；35 偏轉光束；100 襯底；101 =SiO2膜；102 =SiNII ；103抗蝕膜；105納米印刷用模；106 =Au膜； 107 抗蝕膜；108 集成電路部件；109 保護膜；110感光樹脂材料；111 非感光樹脂材料； 112 硬化樹脂材料；113 熱硬化樹脂材料；122 通孔；200 包層(clad) ；201下包層
具體實施例方式利用附圖，說明本發(fā)明的實施方式。以下，首先，利用圖1 圖6說明本發(fā)明的波導型方向性耦合器中的耦合長和波長選擇性，利用圖7 圖13說明本發(fā)明的波導型方向性耦合器的多段連接，利用圖14 圖16 說明本發(fā)明的多波長合波器和RGB光源裝置的結構，利用圖17 圖64說明本發(fā)明的多波長合波器的各結構的實施例，利用圖65說明使用了光源裝置的投影儀的結構例子。首先，利用圖1 圖6說明本發(fā)明的波導型方向性耦合器中的耦合長和波長選擇性。圖1是典型的波導型的方向性耦合器的概念圖和表示其動作原理的圖，圖1 (a)表示波導型方向性耦合器的全體的概要結構，圖1(b)表示耦合長部分的動作原理。作為等價的構造，在圖1所示的區(qū)間的長度Lc之間，接近并平行地配置2條光波導(圖中的波導I (WaveguideI)、波導II (WaveguidelD)0在此，2條波導在分別個別地進行導向時，假設是單模式(single mode)。在平行地接近配置2條波導的位置，并不是相互波導的模式干涉而耦合的單模式。方向性耦合器內的電場在可以不考慮反射的情況下，可以通過作為2個行進波的偶模式(Even mode) Eeven (y) (0次模式)和奇模式(Odd mode) Eodd (y)(—次模式)的重合來近似。在此，如果設偶模式的傳輸常數(shù)為β 0(等價折射率η even)，設奇模式的傳輸常數(shù)為β (等價折射率η odd)，設傳輸方向為ζ軸方向，則在ζ位置的電場E(y，ζ)可以用下式表不。[公式1]E(y, ζ) = Eeven (y)exp (-j β evenz) +Eodd (y) exp (-j β。ddz) ......(1)與一方的波導(圖中的波導I)耦合的ζ = 0位置的入射電場El (y)為[公式2]IE (y，0) I = | Eeven (y) +Eodd (y) | = E1 (y)……O)在此，入射電場El (y)是波導1(圖中的波導I)的固有模式。另外，ζ = Ji/(^even-^odd)的位置處的入射電場El (y)為[公式3]E(y, ζ) = Eeven (y)-Eodd (y) | = E2 (y)……(3)這時(z = L)的電場E2(y)是波導II(圖中的波導II)的固有模式，波導1(圖中的波導I)的入射電場El (y)在公式(4)所示的耦合長(coupling Length) Lc下，完全轉移到波導11(圖中的波導II)的電場E2(y)。因此，在圖1(b)中，從波導I的端口 1入射的光波在耦合長L之間從波導I轉移到波導II，從波導II的端口 3出射。[公式4]
權利要求
1.一種光源裝置，其特征在于包括 形成有布線的半導體襯底；電極端子，其被形成在上述半導體襯底上，將上述布線與外部電連接； 多個激光元件，其被安裝在上述半導體襯底上，并且與上述布線連接，波長不同； 多條波導，其被形成在上述半導體襯底上，對上述各激光元件所發(fā)出的光波進行導向；多波長合波器，其被形成在上述半導體襯底上，具有波導型方向性耦合器，對通過上述各波導導向的光波進行合波。
2.根據(jù)權利要求1所述的光源裝置，其特征在于上述多波長合波器具備多級連接的對至少2個入射波進行合波的波導型方向性耦合器，上述各級波導型方向性耦合器分級地對波長不同的多個入射波進行合波， 最末級的波導型方向性耦合器對由前級的各級波導型方向性耦合器進行合波的多個入射波進行合波。
3.根據(jù)權利要求2所述的光源裝置，其特征在于上述波導型方向性耦合器具有基于并列配置的2條波導的耦合長的波長選擇性。
4.根據(jù)權利要求3所述的光源裝置，其特征在于通過形成在上述半導體襯底上的由光導向性材料構成的膜的圖案形成來形成上述波導，上述波導型方向性耦合器使圖案形成后的2條上述波導在耦合長的長度之間平行地相鄰或融合。
5.根據(jù)權利要求4所述的光源裝置，其特征在于對氮化硅膜、摻雜了鍺的氧化硅膜、樹脂膜中的任意一個進行圖案形成來形成上述波導。
6.根據(jù)權利要求3所述的光源裝置，其特征在于上述波導是在半導體襯底上形成高折射率區(qū)域而形成的平面型波導， 上述波導型方向性耦合器使2條芯在耦合長的長度之間平行地相鄰或融合。
7.根據(jù)權利要求3所述的光源裝置，其特征在于上述波導是在半導體襯底上形成等價折射率不同的脊部而形成的脊型波導， 上述波導型方向性耦合器使2個脊部在耦合長的長度之間平行地相鄰或融合。
8.根據(jù)權利要求3所述的光源裝置，其特征在于上述波導是固定在半導體襯底上的光纖，使2條光纖的芯在耦合長的長度之間平行地相鄰或融合。
9.根據(jù)權利要求1 8中任意一項所述的光源裝置，其特征在于包括間距變換器，其將上述波導彼此之間的間隔從將上述多個激光元件配置在上述半導體襯底上的間距間隔切換為上述波導型方向性耦合器的波導之間的間距間隔。
10.根據(jù)權利要求9所述的光源裝置，其特征在于上述間距變換器是將上述波導的方向變更90度的90度彎曲變換器。
11.根據(jù)權利要求10所述的光源裝置，其特征在于上述半導體襯底是四角形狀，上述多個激光元件被安裝在四角形狀的一邊側，使通過上述多波長合波器進行合波后的光出射的出射端被設置在與安裝有上述激光元件的邊成直角的另一邊側。
12.根據(jù)權利要求1 11中任意一項所述的光源裝置，其特征在于 通過形成在上述半導體襯底上的金屬膜的圖案形成來形成上述布線。
13.根據(jù)權利要求12所述的光源裝置，其特征在于具備通過上述金屬膜的圖案形成而與上述布線一起形成的由金屬材料構成的接合部， 在上述接合部接合上述激光元件。
14.根據(jù)權利要求12或13所述的光源裝置，其特征在于 上述金屬膜是由Au構成的膜。
15.根據(jù)權利要求1 14中任意一項所述的光源裝置，其特征在于具備控制部件，其具有經(jīng)由形成在上述半導體襯底上的布線來驅動上述各激光元件的驅動電路。
16.根據(jù)權利要求15所述的光源裝置，其特征在于在上述半導體襯底的內部通過集成電路形成工序來形成上述控制部件。
17.根據(jù)權利要求15所述的光源裝置，其特征在于由安裝在上述半導體襯底上的集成電路構成上述控制部件。
18.根據(jù)權利要求15 17中任意一項所述的光源裝置，其特征在于 具備檢測器，其對出射波的光強度進行檢測，該出射波來自多級連接的多個波導型方向性耦合器中的、除了最末級的波導型方向性耦合器以外的波導型方向性耦合器的進行合波輸出的輸出端口以外的輸出端口；檢測器，其檢測在起始級的波導型方向性耦合器中耦合的入射波的光強度；以及控制部件，其控制上述激光元件所產(chǎn)生的入射波的強度，上述控制部件反饋由上述各檢測器檢測出的光強度，控制上述發(fā)光元件。
19.根據(jù)權利要求1 18中任意一項所述的光源裝置，其特征在于 具備對上述激光元件所發(fā)出的光波進行波長變換的波長變換元件， 上述波導對通過上述波長變換元件進行變換后的光波進行導向。
20.根據(jù)權利要求1 19中任意一項所述的光源裝置，其特征在于上述各波導對R波長區(qū)域、G波長區(qū)域、以及B波長區(qū)域的各波長區(qū)域的光波進行導向。全文摘要
本發(fā)明提供一種對3個以上波長的光波進行合波并出射的光源裝置，通過在半導體襯底上形成光學系統(tǒng)元件和電氣系統(tǒng)元件，而不需要光連接器等光學構件，節(jié)省了這些光學構件所需要的空間而縮小了配置間隔，另外縮小了電氣電路的布線所需要的空間，提高了光學系統(tǒng)元件和電氣系統(tǒng)元件的各元件的集成度。通過在同一半導體襯底上層狀地形成光學系統(tǒng)元件和電氣元件，與分別并列設置光學系統(tǒng)元件和電氣元件的結構所需要的面積相比，能夠減小面積。
文檔編號G02B6/122GK102449520SQ201080023408
公開日2012年5月9日 申請日期2010年5月27日 優(yōu)先權日2009年5月28日
發(fā)明者井出昌史, 瀧澤亨 申請人:西鐵城控股株式會社