專利名稱：具有光子晶體的構(gòu)造體和表面發(fā)射激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有光子晶體的構(gòu)造體，以及一種包括具有光子 晶體的構(gòu)造體的表面發(fā)射激光器。
背景技術(shù)：
近年來，報(bào)導(dǎo)了許多應(yīng)用于半導(dǎo)體激光器的光子晶體的示例。日
本專利申請(qǐng)?zhí)亻_第2000-332351號(hào)公開一種表面發(fā)射激光器光源，其 中設(shè)置包含發(fā)光材料的有源層，并且在有源層的附近形成二維光子晶 體。
該二維光子晶體在半導(dǎo)體層上周期性地設(shè)置有柱形孔，并且在折 射率分布上具有二維周期性。
由于該周期性，在有源層中產(chǎn)生的光諧振(resonated in harmony),并形成駐波，從而執(zhí)行激光器振蕩。
進(jìn)一步地，光通過初級(jí)衍射在與平面垂直的方向上被提取 (extract)，從而允許充當(dāng)表面發(fā)射激光器而工作。
在包括這種光子晶體的表面發(fā)射激光器中，當(dāng)二維光子晶體的尺 寸受到限制時(shí)，在平面內(nèi)方向上發(fā)生光的泄漏。平面內(nèi)方向上的這種 泄漏光引起損耗，并且導(dǎo)致振蕩閾值的增大和光學(xué)輸出的降低。
因此，至今為止，日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_第2003-273456號(hào)提出了一 種二維光子晶體發(fā)光激光器，其中，通過使用光子帶隙(band gap) 允許在平面內(nèi)方向上泄漏的光反射的構(gòu)造體被布置于二維光子晶體 周圍。
結(jié)果，在平面內(nèi)方向上泄漏的光返回到二維光子晶體的區(qū)域內(nèi)部。
如上文所述，在光子晶體表面發(fā)射激光器中，當(dāng)二維光子晶體的
尺寸受到限制時(shí)，在平面內(nèi)方向上發(fā)生光泄漏。
為了防止該泄漏，當(dāng)光子晶體^L制作得大時(shí)，出現(xiàn)器件尺寸變大 的問題。
進(jìn)一步地，類似于日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_第2003-273456號(hào)，甚至在 反射平面內(nèi)方向上泄漏的光的構(gòu)造體被布置于光子晶體周圍的情況 下，也會(huì)發(fā)生下列問題。
即，日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_第2003-273456號(hào)釆用一種結(jié)構(gòu)，其中通 過利用光子帶隙來反射平面內(nèi)方向上泄漏的光。
在這種結(jié)構(gòu)中，由于光通過多次反射而被周期結(jié)構(gòu)反射，隨著必 要反射率的增大，必要的周期數(shù)增大，結(jié)果，出現(xiàn)尺寸變大的問題。
考慮到上述問題，本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供一種構(gòu)造體，該構(gòu)造 體具有能夠以小尺寸有效反射平面內(nèi)方向上泄漏的光并能夠被再使 用的光子晶體，以及一種包括具有光子晶體的構(gòu)造體的表面發(fā)射激光 器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種具有光子晶體的構(gòu)造體和一種包括具有光子晶
體的構(gòu)造體的表面發(fā)射激光器。
本發(fā)明針對(duì)一種具有二維光子晶體的構(gòu)造體，在該構(gòu)造體中，具 有不同折射率的結(jié)構(gòu)以二維周期布置，所述構(gòu)造體包括沿著與在所述
二維光子晶體的平面內(nèi)方向上傳播的光的共振方向垂直的方向發(fā)射 的結(jié)構(gòu)，其中該構(gòu)造體包括一維光子晶體，在所述一維光子晶體中，
具有不同折射率的構(gòu)造以一維周期排列，并且，沿著所述二維光子晶 體的平面內(nèi)方向傳播的光被所述一維光子晶體的光子帶邊(band edge)反射。
所述一維光子晶體可以被設(shè)置在該構(gòu)造體中的二維光子晶體的 區(qū)域之外，在與光的發(fā)射方向垂直的方向上、并且在與光的共振方向 垂直的方向上，并且，泄漏到二維光子晶體的區(qū)域以外的光通過光子 帶邊的反射返回到該區(qū)域內(nèi)部。
所述一 維光子晶體可以使得被泄漏的光中的多個(gè)共振模式之一 能夠選擇性地反射。
所述一維光子晶體在特定波長(zhǎng)中可以使得相交的偏振方向之一 能夠選擇性地反射或者透射。
在具有光子晶體的所述構(gòu)造體中，可以僅有一對(duì)所述一維光子晶 體被布置在夾著所述二維光子晶體而相對(duì)的位置上。
所述一維光子晶體可以被布置在夾著所述二維光子晶體而相對(duì) 的所有位置上。
所述一維光子晶體可以被折射率低于所述一維光子晶體的部件 夾在中間。
所述二維光子晶體和所述一維光子晶體被布置在這樣的位置在 該位置上，在所述二維光子晶體區(qū)域中諧振的光和被所述一維光子晶 體返回的光在強(qiáng)度上互相增強(qiáng)或削弱。
所述二維光子晶體可以具有陣列結(jié)構(gòu)，其中，多個(gè)二維光子晶體 被布置在相同的平面內(nèi)，并且所述一維光子晶體被布置在所布置的所 述二維光子晶體之間。
本發(fā)明針對(duì)一種表面發(fā)射激光器，其包括具有所述光子晶體的構(gòu)造體。
根據(jù)本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)一種具有能夠以小尺寸有效反射平面內(nèi)方 向上泄漏的光并能夠被再使用的光子晶體的構(gòu)造體，以及一種包括具 有光子晶體的構(gòu)造體的表面發(fā)射激光器。
根據(jù)下文參考附圖對(duì)示例性實(shí)施例的描述，本發(fā)明的進(jìn)一步特征 將變得清晰。


圖1是用于描述本發(fā)明第一實(shí)施例中具有光子晶體的構(gòu)造體的 透視圖。
圖2A、 2B、 2C和2D是描述光子帶隙和光子帶邊的光反射譜的視圖。 圖3A、 3B和3C是示出本發(fā)明第一實(shí)施例中一維光子晶體結(jié)構(gòu) 的三種結(jié)構(gòu)的反射鐠的計(jì)算結(jié)果的曲線圖。
圖4A和4B是描述本發(fā)明第一實(shí)施例中的一維光子晶體結(jié)構(gòu)的 示意圖。
圖5A和5B是描述本發(fā)明第一實(shí)施例中的一維光子晶體結(jié)構(gòu)的 布局的示意圖。
圖6A和6B是描述本發(fā)明第二實(shí)施例中使用具有本發(fā)明的光子 晶體的構(gòu)造體的表面發(fā)射激光器的示意圖。
圖7A和7B是描述本發(fā)明第一示例中二維光子晶體表面發(fā)射激
光器的示意圖。
圖8是描述本發(fā)明第二示例中二維光子晶體表面發(fā)射激光器的 示意圖。
圖9是描述本發(fā)明第三示例中二維光子晶體激光器陣列的示意圖。
圖10A和10B是描述光子帶隙和光子帶邊的光子波帶視圖。
具體實(shí)施例方式
接下來，將描述本發(fā)明的實(shí)施例。 [第一實(shí)施例
作為本發(fā)明的第一實(shí)施例，將描述一種包括二維光子晶體的構(gòu)造 體，在所述二維光子晶體中，折射率不同的構(gòu)造以二維周期排列，該 構(gòu)造體還包括在與二維光子晶體平面內(nèi)方向上傳播的光的共振方向
垂直的方向上輻射光的結(jié)構(gòu)。
在圖1中，示出用于描述本實(shí)施例中具有光子晶體的構(gòu)造體的透 視圖，其中垂直方向凈皮表示為1040。
在圖1中，附圖標(biāo)記1000表示光子晶體層，其通過為由具有第 一折射率(m)的第一材料構(gòu)成的第一部件提供周期性布置的多個(gè)孔 1010和一維周期結(jié)構(gòu)1030而構(gòu)成。
進(jìn)一步，附圖標(biāo)記1020表示鄰近光子晶體層1000的包層(clad
layer )。
如果二維光子晶體在平面內(nèi)方向上的尺寸受到限制，則光泄漏到 設(shè)置有二維光子晶體結(jié)構(gòu)的區(qū)域之外。
泄漏光1050引起損耗，并導(dǎo)致構(gòu)造體的特性惡化。
這里，如果布置了一維光子晶體結(jié)構(gòu)1030，則在入射到一維光 子晶體結(jié)構(gòu)上的光當(dāng)中，波長(zhǎng)等同于光子帶邊的光諧振，并以理論上 接近100%的效率被反射。
結(jié)果，通過一維光子晶體的光子帶邊，在二維光子晶體的平面內(nèi) 方向上傳播的光被反射，并且泄漏到設(shè)置有二維光子晶體結(jié)構(gòu)的區(qū)域 內(nèi)的光可以返回。
接下來，將描述在本實(shí)施例中所采用的光子晶體中的光子帶邊處
的反射。
在光子晶體中，光子帶隙的光反射為人熟知。在光子晶體中，存 在一種光子帶隙，其中對(duì)于特定的波帶，不存在光的模式。
在該波帶中，光不能傳播，并被反射而不能深入光子晶體。
圖10A和10B示出"Physical Review B， vol. 65， p. 235112， (2002)，，中描述的二維光子晶體片(slab)的光子波帶視圖。
圖10A和10B是具有電場(chǎng)分量的模式(圖10A )和具有與二維 光子晶體片的片表面平行的磁場(chǎng)分量的模式(圖10B)的波帶視圖， 所述二維光子晶體片具有晶格常數(shù)a、孔半徑0.2a、片厚度0.5a和片 介電常數(shù)12。
在圖IOA和10B的結(jié)構(gòu)中，盡管在嚴(yán)格意義上不存在禁止所有 方向上光的傳播的光子帶隙，但是在受限意義上存在禁止特定方向上 的傳播的光子帶隙。
例如，在圖10A的歸一化頻率0.2的附近，有一個(gè)頻帶，其中不
存在向r-x方向傳播光的模式，該頻帶的光被反射而不能在r-x方向上傳播。
另一方面，通過不同于光子帶隙處的反射的原理而發(fā)生光子帶邊 處的反射。
入射到光子晶體上的光與位于光線上方的模式耦合，以便被轉(zhuǎn)換
成光子晶體中的導(dǎo)波模式(mode wave-guided )。
之后，光與發(fā)射模式耦合，以便再次被發(fā)射到光子晶體之外。 通過在直接透射而不與波導(dǎo)模式耦合的光和與波導(dǎo)模式耦合一
次并再次被發(fā)射到外部的光之間的干涉，發(fā)生奇特的透射和反射現(xiàn)
象，例如，效率為100%的反射。
該反射現(xiàn)象可以在除了光子帶邊之外的地方發(fā)生，在這種情況
下，光的入射和反射方向?qū)τ诠庾泳w的晶體表面具有特定角度。 等同于垂直入射的模式是位于圖10A和iob的點(diǎn)r處的模式，并
且等同于光子帶邊。
在本實(shí)施例的具有光子晶體的構(gòu)造體中，利用在該光子帶邊處的反射。
本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)具有的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是可以使得用于反射的結(jié)構(gòu)的 尺寸比其它結(jié)構(gòu)小。
例如，與利用日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_第2003-273456號(hào)的光子帶隙的 結(jié)構(gòu)相比，具有可以使得用于反射的結(jié)構(gòu)較小的優(yōu)勢(shì)。
即，4艮據(jù)日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_第2003-273456號(hào)的結(jié)構(gòu)，如上文所 述，由于光通過周期性結(jié)構(gòu)的多次反射而被反射，隨著必要反射率的 增大，必要的周期數(shù)增大，結(jié)果，尺寸變大。
在下文中，將進(jìn)一步詳細(xì)描述這些方面。
根據(jù)我們的研究，在晶格常數(shù)為105nm，孔半徑為21nm，基材 料折射率為2.5，柱形孔折射率為1的二維方形晶格光子晶體中，為 了在入射光中波長(zhǎng)為500nm的類TE模式(TE-like mode，電場(chǎng)振蕩 方向?yàn)槠矫鎯?nèi)方向的模式)的情況下獲得99.9%或更大的反射率，對(duì) 于泄漏光的行進(jìn)方向，要求周期數(shù)為22或更大。這在長(zhǎng)度方面是 2.3jim或更大。
圖2A到2D示出用于描述光子帶隙和光子帶邊的光反射譜的視圖。
圖2A是示出類TE模式光2010入射到上述結(jié)構(gòu)的二維光子晶體
的情況下的布局圖的視圖。附圖標(biāo)記2020表示偏振方向。 進(jìn)一步地，圖2B是示出反射譜計(jì)算結(jié)果的視圖。 在500nm的波長(zhǎng)附近，獲得99.9%的反射率。 另一方面，在通過利用用于本發(fā)明的光子帶隙進(jìn)行反射的結(jié)構(gòu)
中，甚至當(dāng)泄漏光行進(jìn)方向上的長(zhǎng)度近似為利用光子帶隙的情況下的
幾分之一時(shí)，也可以獲得近似100%的反射。
圖2C是示出類TE模式的光入射到一維光子晶體的情況下的布
局圖的^L圖。附圖標(biāo)記2030表示相同晶體的長(zhǎng)度。 進(jìn)一步，圖2D是示出反射i脊計(jì)算結(jié)果的視圖。 也包括一維光子晶體的泄漏光的行進(jìn)方向的凹槽的長(zhǎng)度為
640nm，晶格周期為333nm。在500nm波長(zhǎng)附近，獲得近似100%的
反射率。
當(dāng)在圖2B和2D之間進(jìn)行比較時(shí)，圖2D的示出高反射率的波帶 更窄。這可以使波長(zhǎng)選擇性高的反射成為可能。
在本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中，可以允許類TE模式和類TM模式 (TM-like mode )也被選擇性地反射。
圖3A到3C示出三種結(jié)構(gòu)的反射譜的計(jì)算結(jié)果。
圖3A示出晶格周期為333rnn、與周期方向垂直的方向的高折射 率部件的長(zhǎng)度為140nm、并且周期方向的高折射率部件的長(zhǎng)度為 167nm的一維光子晶體的反射讒計(jì)算結(jié)果。
圖3B示出晶格周期為333nm、與周期方向垂直的方向的高折射 率部件的長(zhǎng)度為150nm、并且周期方向的高折射率部件的長(zhǎng)度為 217nm的一維光子晶體的反射鐠計(jì)算結(jié)果。
圖3C示出波長(zhǎng)等同于上述二維正方晶格光子晶體的光子帶隙的
反射譜計(jì)算結(jié)果。
在圖3C中，類TE模式和類TM模式二者都類似地示出高反射率。
另一方面，在圖3A中，只有類TE模式的光被強(qiáng)烈地反射，在 圖3B中，只有類TM模式的光被強(qiáng)烈地反射。以這種方式，在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，通過設(shè)計(jì)的變化，可以選擇性
地反射僅類TE模式或僅類TM模式。
通過使用FDTD方法和轉(zhuǎn)移矩陣方法實(shí)施該仿真。
在二維光子晶體的光學(xué)共振模式中，存在多個(gè)模式。
在本說明書中，諸如在光子晶體結(jié)構(gòu)中形成駐波的模式被定義為
光學(xué)共振模式或簡(jiǎn)單地定義為共振模式，構(gòu)成駐波的行波和反射波的
行進(jìn)方向被定義為共振方向。
共振模式取決于偏振方向而被分為類TE模式和類TM模式，各
模式的波長(zhǎng)一般不同。
進(jìn)一步，關(guān)于波導(dǎo)模式的階數(shù)和衍射的階數(shù)，存在從最低到最高
的多個(gè)階數(shù)， 一般來說，各模式具有不同的波長(zhǎng)，并且已知階數(shù)越低，
它就位于越長(zhǎng)的波長(zhǎng)側(cè)。
如果利用上述一維光子晶體的特性，則在多個(gè)共振模式當(dāng)中，只
有具有特定偏振方向和波長(zhǎng)的模式的光可以被選擇性地反射。
接下來，將描述構(gòu)成本實(shí)施例的構(gòu)造體的一維光子晶體的布局。 在構(gòu)造體中的二維光子晶體區(qū)域之外，在與光的發(fā)射方向垂直的
方向上，此外，在與光的共振方向垂直的方向上，設(shè)置該一維光子晶體。
這時(shí)， 一維光子晶體可以這樣布置以便圍繞二維光子晶體的全部 或部分。
例如，如圖5A所示， 一維光子晶體可以被構(gòu)成為布置在通過夾 著二維光子晶體而相對(duì)的所有位置處。
進(jìn)一步，如圖5B所示，該結(jié)構(gòu)可以是這樣的通過彼此相對(duì)的 一對(duì)一維光子晶體，x方向的光被反射，y方向的光被泄漏。
為了在一維光子晶體中實(shí)現(xiàn)高反射率，必需把光限制在一維光子 晶體內(nèi)部。
為此，不是如圖4A所示僅簡(jiǎn)單形成周期結(jié)構(gòu)4000，而是如圖 4B所示，兩端被低折射率的部件4010夾在中間的結(jié)構(gòu)是所希望的。 該部件可以是空氣或者可以被透明樹脂等填充。
進(jìn)一步地，在本實(shí)施例中，二維光子晶體和一維光子晶體可以如 此構(gòu)成以便在二維光子晶體區(qū)域中諧振的光和被一維光子晶體返回 的光被布置于在強(qiáng)度上互相增強(qiáng)或削弱的位置。
例如，二維光子晶體區(qū)域和一維光子晶體區(qū)域之間的距離如此布 置，以便從二維光子晶體泄漏并被一維光子晶體反射并再次返回到二 維光子晶體的光在相位上匹配二維光子晶體中的光。
特別地，也考慮到在反射時(shí)刻的相位變化，從二維光子晶體末端 到一維光子晶體的往返光路長(zhǎng)度匹配波長(zhǎng)的整數(shù)倍。
相反，當(dāng)光路長(zhǎng)度被布置為從波長(zhǎng)的整數(shù)倍平移到波長(zhǎng)的一半 時(shí)，二維光子晶體中的光和返回光相互抵消。
通過利用該事實(shí)，可以僅使某特定模式難于振蕩。
例如，僅類TM模式的光被設(shè)計(jì)為被一維光子晶體選擇性地反 射，反射光被布置在一個(gè)位置以便抵消二維光子晶體中的光，從而可 以抑制類TM模式的振蕩。
根據(jù)包括本實(shí)施例中的光子晶體的結(jié)構(gòu)，通過把一維光子晶體結(jié) 構(gòu)夾在二維光子晶體結(jié)構(gòu)之間，泄漏光幾乎可以被完全反射，二維光 子晶體激光器元件之間的干涉可以減少。
進(jìn)一步地，根據(jù)本實(shí)施例的構(gòu)造體，與允許通過利用光子帶隙進(jìn) 行反射的構(gòu)造體相比，甚至可以允許小結(jié)構(gòu)以高效率反射，因此，它 適于布置在狹窄間距的二維光子晶體結(jié)構(gòu)陣列中。
進(jìn)一步地，根據(jù)本實(shí)施例的構(gòu)造體，由于二維光子晶體結(jié)構(gòu)各自 通過包含一維光子晶體的凹槽而互相電絕緣，這使它也能夠充當(dāng)電元 件隔離。
[第二實(shí)施例
作為第二實(shí)施例，將描述通過包含具有本發(fā)明的光子晶體的構(gòu)造
體而構(gòu)成的表面發(fā)射激光器。
圖6A和6B示出本實(shí)施例中的表面發(fā)射激光器的示意圖。 圖6A是頂視圖，圖6B是沿著線6B-6B切割的截面圖。 在圖6A和6B中，附圖標(biāo)記6000表示襯底，附圖標(biāo)記1020表
示包層，附圖標(biāo)記6010表示有源層，并且附圖標(biāo)記IOOO表示光子晶 體層。
在本實(shí)施例的表面發(fā)射層中，在有源層6010中產(chǎn)生的光形成并
且放大二維光子晶體中的駐波，從而實(shí)現(xiàn)激光器振蕩。
有源層中的發(fā)射波長(zhǎng)由有源層的材料和層配置決定，形成二維光 子晶體中的駐波的波長(zhǎng)由晶格周期和孔直徑?jīng)Q定。
為了允許執(zhí)行激光器振蕩，必需將所有這些波長(zhǎng)都設(shè)計(jì)得匹配。 進(jìn)一步，通過匹配一維光子晶體的反射波長(zhǎng)和激光器振蕩波長(zhǎng)，
泄漏光被一維光子晶體反射，返回到二維光子晶體，從而使它能夠再
次被再使用。
接下來，將描述本實(shí)施例的表面發(fā)射激光器中的有源層、包層、 襯底等。
有源層6010具有使用諸如GalnP/AlGalnP和GaN/InGaN之類
的材料的多量子阱結(jié)構(gòu)。
包層1020例如由AlGalnP、 AlGaN等組成。 襯底6000例如由GaAs、 GaN等組成。
根據(jù)本實(shí)施例的表面發(fā)射層可以通過光激勵(lì)系統(tǒng)或電流注入系 統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。在圖6A和6B中，省略了電極等。
示例
在下文中，將描述本發(fā)明的示例。示例1
在示例1中，將描述通過應(yīng)用本發(fā)明而構(gòu)成的二維光子晶體表面 發(fā)射激光器。
圖7A和7B示出描述本示例中的二維光子晶體表面發(fā)射激光器 的示意圖。圖7A是頂視圖，圖7B是沿著線7B-7B切割的截面圖。
在圖7A和7B中，附圖標(biāo)記1000表示光子晶體層，其包含通過 以方形晶格形狀在由AksGaAs組成的層上設(shè)置柱形孔而構(gòu)成的二維 光子晶體結(jié)構(gòu)。
層的厚度為250nm，孔的間隔為210nm，孔的半徑為42nm，孔
的深度為250nm。進(jìn)一步地，附圖標(biāo)記1020表示由Al。,9GaAs組成的 包層。附圖標(biāo)記6010表示GalnP/AlGalnP多量子阱有源層。
在二維光子晶體結(jié)構(gòu)中，等同于真空中波長(zhǎng)為670nm的光具有 光學(xué)共振模式，并且形成駐波。
通過匹配有源層的發(fā)射波長(zhǎng)與該波，激光器被振蕩，激光在與二 維光子晶體表面(即具有周期結(jié)構(gòu)的平面)垂直的發(fā)射方向上被發(fā)射。
當(dāng)二維光子晶體結(jié)構(gòu)在平面內(nèi)方向上的尺寸受到限制時(shí)，光在與 二維光子晶體結(jié)構(gòu)中光共振方向相同的方向上被導(dǎo)波，并且被泄漏到 設(shè)置有二維光子晶體結(jié)構(gòu)的區(qū)域以外。
二維光子晶體結(jié)構(gòu)外圍布置有具有一維折射率周期結(jié)構(gòu)的一維 光子晶體結(jié)構(gòu)。
該一維光子晶體結(jié)構(gòu)允許泄漏光中多個(gè)共振模式之一被選擇性 地反射。
即，通過匹配一維光子晶體結(jié)構(gòu)的反射波長(zhǎng)與二維光子晶體結(jié)構(gòu) 的共振模式波長(zhǎng)，在平面內(nèi)方向上泄漏的光可以被再次返回到二維光 子晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)部，從而對(duì)激光器振蕩做出貢獻(xiàn)。
如果假設(shè)一維光子晶體結(jié)構(gòu)的尺寸為晶格周期447nm,在與周 期方向垂直的方向上的高折射率部件的長(zhǎng)度為107nm，在周期方向上 的高折射率部件的長(zhǎng)度為225nm，則可以在670nm的波長(zhǎng)附近獲得
高折射率。
這里，二維光子晶體結(jié)構(gòu)中的模式(形成駐波)取決于偏振方向 而可以被分成類TE模式和類TM模式。
一般來說，類TE模式和類TM模式位于稍微不同的波長(zhǎng)處，因 此，模式跳躍等發(fā)生，從而變成不穩(wěn)定激光器振蕩波長(zhǎng)的因素。
如上文所述，在一維光子晶體結(jié)構(gòu)中，在特定的波長(zhǎng)中，可以允 許以直角相交的偏振方向之一被選擇性地反射或透射。在根據(jù)本示例 的結(jié)構(gòu)中，僅允許類TE模式以高效率反射。
結(jié)果，與類TM模式的光相比，類TE模式的損耗可以被減小， 并且使得通過類TE模式更容易振蕩，使得模式跳躍等很難發(fā)生，從
而使其能夠以單個(gè)波長(zhǎng)穩(wěn)定地振蕩。
示例2
在第二示例中，將描述與通過應(yīng)用本發(fā)明而構(gòu)成的第一示例不同 的實(shí)施例的二維光子晶體表面發(fā)射激光器。
圖8示出描述本示例中的二維光子晶體表面發(fā)射激光器的示意圖。
本示例中的層結(jié)構(gòu)和二維光子晶體的結(jié)構(gòu)與第一示例相同。 第二示例與第一示例不同之處在于，只有一對(duì)一維光子晶體結(jié)構(gòu)
被布置在通過夾著二維光子晶體結(jié)構(gòu)而相對(duì)的位置處。
即使是相同類TE模式的光，取決于行進(jìn)方向，平面內(nèi)的偏振方 向也不同。
具體來說，在x方向上行進(jìn)的類TE模式的光具有y方向的偏振 光，在y方向上行進(jìn)的類TE模式的光具有x方向的偏振光。
從這些光中，通過返回只在x方向上行進(jìn)的光，具有y方向偏振 光的模式被更強(qiáng)地激勵(lì)，其結(jié)果為可以獲得在y方向上偏振的輸出激 光。
[示例3
在第三示例中，將描述通過應(yīng)用本發(fā)明而構(gòu)成的二維光子晶體激 光器陣列。
圖9示出描述本示例中的二維光子晶體激光器的示意圖。 本示例具有這樣的陣列結(jié)構(gòu)其中多個(gè)二維光子晶體布置在相同
的平面內(nèi)， 一維光子晶體布置在多個(gè)所布置的二維光子晶體之間。 以這種方式，在多個(gè)二維光子晶體結(jié)構(gòu)當(dāng)中，布置一維光子晶體
結(jié)構(gòu)，并且一維光子晶體結(jié)構(gòu)的兩側(cè)被空氣凹槽夾在中間。 層結(jié)構(gòu)以及一維和二維光子晶體的結(jié)構(gòu)與第一示例相同。 當(dāng)二維光子晶體激光器被陣列布置時(shí)，經(jīng)常有這樣的情況從各
二維光子晶體激光器元件泄漏的光影響相鄰的二維光子晶體激光器
元件，從而惡化各元件的特性。
根據(jù)本示例的結(jié)構(gòu)，通過把一維光子晶體結(jié)構(gòu)夾在二維光子晶體
結(jié)構(gòu)之間，泄漏光幾乎可以被完全反射，二維光子晶體激光器元件之 間的干涉可以被減少。
進(jìn)一步地，根據(jù)本示例的結(jié)構(gòu)，如上文所述，與通過利用光子帶 隙執(zhí)行反射的結(jié)構(gòu)相比，甚至小結(jié)構(gòu)也可以以高效率反射，因此，它 適合于布置在狹窄間距的二維光子晶體陣列布局中。
進(jìn)一步地，根據(jù)本示例的結(jié)構(gòu)，由于二維光子晶體結(jié)構(gòu)各自通過 包含一維光子晶體的凹槽而互相電絕緣，這使其也能夠充當(dāng)電元件隔 離。
雖然已經(jīng)參考示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解本發(fā)明 并不局限于公開的示例性實(shí)施例。應(yīng)給與下列權(quán)利要求的范圍最寬的 解釋，以包括所有這樣的修改以及等同結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1.一種具有二維光子晶體的構(gòu)造體，在該構(gòu)造體中，具有不同折射率的結(jié)構(gòu)以二維周期布置，所述構(gòu)造體包括沿著與在所述二維光子晶體的平面內(nèi)方向上傳播的光的共振方向垂直的方向發(fā)射的結(jié)構(gòu)，其中該構(gòu)造體包括一維光子晶體，在所述一維光子晶體中，具有不同折射率的構(gòu)造以一維周期排列，并且，沿著所述二維光子晶體的平面內(nèi)方向傳播的光被所述一維光子晶體的光子帶邊反射。
2. 如權(quán)利要求1所述的具有光子晶體的構(gòu)造體，其中所迷一維 光子晶體被設(shè)置在該構(gòu)造體中的二維光子晶體的區(qū)域之外，在與光的 發(fā)射方向垂直的方向上、并且在與光的共振方向垂直的方向上，并且，泄漏到二維光子晶體的區(qū)域以外的光通過光子帶邊的反射 返回到該區(qū)域內(nèi)部。
3. 如權(quán)利要求2所述的具有光子晶體的構(gòu)造體，其中所迷一維 光子晶體使得被泄漏的光中的多個(gè)共振模式之一能夠選擇性地反射。
4. 如權(quán)利要求1所述的具有光子晶體的構(gòu)造體，其中所述一維 光子晶體在特定波長(zhǎng)中使得相交的偏振方向之一能夠選擇性地反射 或者透射。
5. 如權(quán)利要求1所述的具有光子晶體的構(gòu)造體，其中僅有一對(duì) 所述一維光子晶體被布置在夾著所述二維光子晶體而相對(duì)的位置上。
6. 如權(quán)利要求1所述的具有光子晶體的構(gòu)造體，其中所述一維 光子晶體被布置在夾著所述二維光子晶體而相對(duì)的所有位置上。
7. 如權(quán)利要求1所述的具有光子晶體的構(gòu)造體，其中所迷一維 光子晶體被折射率低于所述一維光子晶體的部件夾在中間。
8. 如權(quán)利要求1所述的具有光子晶體的構(gòu)造體，其中所述二維 光子晶體和所述一維光子晶體被布置在這樣的位置在該位置上，在 所述二維光子晶體區(qū)域中諧振的光和被所述一維光子晶體返回的光 在強(qiáng)度上互相增強(qiáng)或削弱。
9. 如權(quán)利要求1所述的具有光子晶體的構(gòu)造體，其中所述二維 光子晶體具有陣列結(jié)構(gòu)，其中，多個(gè)二維光子晶體^L布置在相同的平 面內(nèi)，并且所述一維光子晶體被布置在所布置的所述二維光子晶體之間。
10. —種表面發(fā)射激光器，包括根據(jù)權(quán)利要求l所述的具有光子 晶體的構(gòu)造體。
全文摘要
一種具有二維光子晶體的構(gòu)造體，在該構(gòu)造體中，具有不同折射率的結(jié)構(gòu)以二維周期布置，所述構(gòu)造體包括沿著與在所述二維光子晶體的平面內(nèi)方向上傳播的光的共振方向垂直的方向發(fā)射的結(jié)構(gòu)，其中該構(gòu)造體包括一維光子晶體，在所述一維光子晶體中，具有不同折射率的構(gòu)造以一維周期排列，并且，沿著所述二維光子晶體的平面內(nèi)方向傳播的光被所述一維光子晶體的光子帶邊反射。
文檔編號(hào)H01S5/125GK101369715SQ20081014533
公開日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2008年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月8日
發(fā)明者內(nèi)田武志, 長(zhǎng)友靖浩 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社