短光脉冲产生装置、太赫兹波产生装置、成像装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及短光脉冲产生装置、太赫兹波产生装置、照相机、成像装置以及测量装置，能够得到所希望的脉冲宽度的光脉冲。其中，短光脉冲产生装置（100）包括：光脉冲生成部（10），其具有量子阱结构，生成光脉冲；频率线性调频部（12），其具有量子阱结构，对光脉冲的频率进行线性调频；光分支部（14），其使进行了线性调频的光脉冲分支；群速度色散部（16），其具有被以进行模式耦合的距离配置且被光分支部（14）分支出的多个光脉冲分别入射的多个光波导，针对分支出的多个光脉冲产生与波长对应的群速度差，从被光分支部（14）分支到入射至群速度色散部（16）的多个光波导为止的多个光路中的光脉冲的光路长彼此相等。
【专利说明】短光脉冲产生装置、太赫兹波产生装置、成像装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及短光脉冲产生装置、太赫兹波产生装置、照相机、成像装置、以及测量装置。
【背景技术】
[0002]近年来，频率为IOOGHz以上30ΤΗζ以下的电磁波即太赫兹波受到关注。太赫兹波例如能够用于成像、分光测量等各种测量、无损探伤等。
[0003]产生太赫兹波的太赫兹波产生装置例如具有:短光脉冲产生装置，该短光脉冲产生装置产生具有亚皮秒(几百飞秒)左右的脉冲宽度的光脉冲；和光电导天线，该光电导天线通过被由短光脉冲产生装置产生的光脉冲照射而产生太赫兹波。
[0004]作为构成太赫兹波产生装置的短光脉冲产生装置，例如在专利文献I中公开了一种具备群速度色散补偿器的半导体短脉冲激光元件。
[0005]这里，对群速度色散补偿器进行说明。根据自相位调制效应，当光脉冲在介质中传播时，光脉冲的频率随时间而增加(正向线性调频:up-chirp )、或光脉冲的频率随时间而减小(反向线性调频:down-chirp)。此时,若进行了正向线性调频的光脉冲通过具有负的群速度色散特性的介质，则光脉冲的后半部与前半部相比群速度变大，脉冲宽度变窄。另外，若进行了反向线性调频的光脉冲通过具有正的群速度色散特性的介质，则光脉冲的后半部与前半部相比群速度变大，脉冲宽度变窄。这样利用群速度色散使脉冲宽度变窄、即进行脉冲压缩的是群速度色散补偿器。
[0006]专利文献1:日本特开平10 - 213714号公报
[0007]然而，在专利文献I的群速度色散补偿器中，不能控制群速度色散补偿器是具有正的群速度色散特性，还是具有负的群速度色散特性。因此，在具备专利文献I的群速度色散补偿器的短光脉冲产生装置中，存在不能得到所希望的脉冲宽度的问题。例如，即使进行了正向线性调频的光脉冲通过群速度色散补偿器，若群速度色散补偿器具有正的群速度色散特性，则脉冲宽度也变宽。另外，同样地即便进行了反向线性调频的光脉冲通过群速度色散补偿器，若群速度色散补偿器具有负的群速度色散特性，则脉冲宽度也变宽。另外，若群速度色散补偿器具有正的群速度色散特性和负的群速度色散特性双方，则导致脉冲波形失真，结果，存在不能得到所希望的脉冲宽度的情况。这样，在短光脉冲产生装置中，若不能控制群速度色散补偿器的群速度色散特性，则存在不能得到所希望的脉冲宽度的情况。
【发明内容】
[0008]本发明的几个方式的目的之一在于，提供一种能够得到所希望的脉冲宽度的光脉冲的短光脉冲产生装置。另外，本发明的几个方式的目的之一在于，提供包括上述短光脉冲产生装置的太赫兹波产生装置、照相机、成像装置、以及测量装置。
[0009]本发明涉及的短光脉冲产生装置包括:光脉冲生成部，其具有量子阱结构，生成光脉冲；频率线性调频部，其具有量子阱结构，对上述光脉冲的频率进行线性调频；光分支部，其使进行了线性调频的上述光脉冲分支；和群速度色散部，其具有被以进行模式耦合的距离配置且由上述光分支部分支出的多个上述光脉冲分别入射的多个光波导，针对上述分支出的多个光脉冲产生与波长对应的群速度差，从被上述光分支部分支到入射至上述群速度色散部的上述多个光波导为止的多个光路中的上述光脉冲的光路长彼此相等。
[0010]根据这样的短光脉冲产生装置，由于从被光分支部分支到入射至群速度色散部的多个光脉冲的光路长彼此相等，所以能够使被分支并入射至群速度色散部的多个光脉冲为同位相。由此，群速度色散部能够具有正的群速度色散特性。这样，根据该短光脉冲产生装置，由于能够将群速度色散部控制成具有正的群速度色散特性，所以能够得到所希望的脉冲宽度的光脉冲。
[0011]在本发明涉及的短光脉冲产生装置中，上述光分支部具有:第一半导体波导，其由半导体材料构成，被入射进行了线性调频的上述光脉冲；和第二半导体波导以及第三半导体波导，它们由上述半导体材料构成，并从上述第一半导体波导分支，上述第二半导体波导的长度和上述第三半导体波导的长度可以彼此相等。
[0012]根据这样的短光脉冲产生装置，能够使被分支并入射至群速度色散部的多个光脉冲为同相位。
[0013]本发明涉及的短光脉冲产生装置包括:光脉冲生成部，其具有量子阱结构，生成光脉冲；频率线性调频部，其具有量子阱结构，对上述光脉冲的频率进行线性调频；光分支部，其使进行了线性调频的上述光脉冲分支；和群速度色散部，其具有被以进行模式耦合的距离配置且被上述光分支部分支出的多个上述光脉冲分别入射的多个光波导，针对上述分支出的多个光脉冲产生与波长对应的群速度差，上述光分支部使上述分支出的多个光脉冲成为相互相反相位而产生入射至上述群速度色散部的光路差。
[0014]根据这样的短光脉冲产生装置，由于光分支部使分支出的多个光脉冲成为相互相反相位而产生入射至群速度色散部的光路差，所以能够使被分支并入射至群速度色散部的多个光脉冲为相反相位。由此，群速度色散部能够具有负的群速度色散特性。这样，根据该短光脉冲产生装置，由于能够将群速度色散部控制成具有负的群速度色散特性，所以能够得到所希望的脉冲宽度的光脉冲。
[0015]在本发明涉及的短光脉冲产生装置中，上述光分支部具有:第一半导体波导，其由半导体材料构成，被入射进行了线性调频的上述光脉冲；和第二半导体波导以及第三半导体波导，它们由上述半导体材料构成，并从上述第一半导体波导分支，上述光路差可以通过上述第二半导体波导的长度和上述第三半导体波导的长度之差来产生。
[0016]根据这样的短光脉冲产生装置，能够使分支并入射至群速度色散部的多个光脉冲为相反相位。
[0017]在本发明涉及的短光脉冲产生装置中，上述光分支部也可以具有:第一半导体波导，其由半导体材料构成，被入射进行了线性调频的上述光脉冲；第二半导体波导以及第三半导体波导，它们由上述半导体材料构成，并从上述第一半导体波导分支；第一电极，其向上述第二半导体波导施加电压；第二电极，其向上述第三半导体波导施加电压。
[0018]根据这样的短光脉冲产生装置，可通过第一电极使构成第二半导体波导的半导体层的折射率变化，通过第二电极使构成第三半导体波导的半导体层的折射率变化。因此，能够使分支出的多个光脉冲成为相互相反相位而产生入射至群速度色散部的光路差。[0019]本发明涉及的太赫兹波产生装置包括:本发明涉及的短光脉冲产生装置；和光电导天线，其被照射由上述短光脉冲产生装置产生的短光脉冲而产生太赫兹波。
[0020]根据这样的太赫兹波产生装置，由于包括本发明涉及的短光脉冲产生装置，所以能够实现小型化。
[0021]本发明涉及的照相机包括:本发明涉及的短光脉冲产生装置；光电导天线，其被照射由上述短光脉冲产生装置产生的短光脉冲而产生太赫兹波；太赫兹波检测部，其对从上述光电导天线射出且透过了对象物的上述太赫兹波或者被对象物反射的上述太赫兹波进行检测；以及存储部，其存储上述太赫兹波检测部的检测结果。
[0022]根据这样的照相机，由于包括本发明涉及的短光脉冲产生装置，所以能够实现小型化。
[0023]本发明涉及的成像装置包括:本发明涉及的短光脉冲产生装置；光电导天线，其被照射由上述短光脉冲产生装置产生的短光脉冲而产生太赫兹波；太赫兹波检测部，其对从上述光电导天线射出且透过了对象物的上述太赫兹波或者被对象物反射的上述太赫兹波进行检测；以及图像形成部，其基于上述太赫兹波检测部的检测结果，生成上述对象物的图像。
[0024]根据这样的成像装置，由于包括本发明涉及的短光脉冲产生装置，所以能够实现小型化。
[0025]本发明涉及的测量装置包括:本发明涉及的短光脉冲产生装置；光电导天线，其被照射由上述短光脉冲产生装置产生的短光脉冲而产生太赫兹波；太赫兹波检测部，其对从上述光电导天线射出且透过了对象物的上述太赫兹波或者被对象物反射的上述太赫兹波进行检测；以及测量部，其基于上述太赫兹波检测部的检测结果，测量上述对象物。
[0026]根据这样的测量装置，由于包括本发明涉及的短光脉冲产生装置，所以能够实现小型化。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是示意地表示第一实施方式涉及的短光脉冲产生装置的立体图。
[0028]图2是示意地表示第一实施方式涉及的短光脉冲产生装置的俯视图。
[0029]图3是示意地表示第一实施方式涉及的短光脉冲产生装置的剖视图。
[0030]图4是表示由光脉冲生成部生成的光脉冲的一个例子的图。
[0031]图5是表示频率线性调频(chirp)部的线性调频特性的一个例子的图。
[0032]图6是用于说明群速度色散部中的光脉冲的模式的图。
[0033]图7是表示由群速度色散部生成的光脉冲的一个例子的图。
[0034]图8是示意地表示第一实施方式涉及的短光脉冲产生装置的制造工序的剖视图。
[0035]图9是示意地表示第一实施方式涉及的短光脉冲产生装置的制造工序的剖视图。
[0036]图10是示意地表示第一实施方式的第一变形例的短光脉冲产生装置的俯视图。
[0037]图11是示意地表示第一实施方式的第一变形例的短光脉冲产生装置的剖视图。
[0038]图12是示意地表示第一实施方式的第二变形例的短光脉冲产生装置的俯视图。
[0039]图13是示意地表示第一实施方式的第二变形例的短光脉冲产生装置的剖视图。
[0040]图14是示意地表示第一实施方式的第三变形例的短光脉冲产生装置的俯视图。[0041]图15是示意地表示第一实施方式的第三变形例的短光脉冲产生装置的剖视图。
[0042]图16是示意地表示第一实施方式的第四变形例的短光脉冲产生装置的俯视图。
[0043]图17是示意地表示第一实施方式的第四变形例的短光脉冲产生装置的剖视图。
[0044]图18是示意地表示第一实施方式的第五变形例的短光脉冲产生装置的立体图。
[0045]图19是示意地表示第一实施方式的第五变形例的短光脉冲产生装置的俯视图。
[0046]图20是示意地表示第二实施方式涉及的短光脉冲产生装置的立体图。
[0047]图21是示意地表示第二实施方式涉及的短光脉冲产生装置的俯视图。
[0048]图22是用于说明群速度色散部中的光脉冲的模式的图。
[0049]图23是表示由群速度色散部生成的光脉冲的一个例子的图。
[0050]图24是示意地表示第二实施方式的第一变形例的短光脉冲产生装置的俯视图。
[0051]图25是示意地表示第二实施方式的第一变形例的短光脉冲产生装置的剖视图。
[0052]图26是示意地表示第二实施方式的第二变形例的短光脉冲产生装置的俯视图。
[0053]图27是示意地表示第二实施方式的第二变形例的短光脉冲产生装置的剖视图。
[0054]图28是表示第三实施方式涉及的太赫兹波产生装置的构成的图。
[0055]图29是表示第四实施方式涉及的成像装置的框图。
[0056]图30是示意地表示第四实施方式涉及的成像装置的太赫兹波检测部的俯视图。
[0057]图31是表示对象物在太赫兹频段下的光谱的图。
[0058]图32是表示对象物的物质A、B以及C的分布的图像的图。
[0059]图33是表示第五实施方式涉及的测量装置的框图。
[0060]图34是表示第六实施方式涉及的照相机的框图。
[0061]图35是示意地表示第六实施方式涉及的照相机的立体图。
【具体实施方式】
[0062]以下，使用附图详细地对本发明的优选实施方式进行说明。其中，以下说明的实施方式并不对要求保护的范围所记载的本发明的内容进行不恰当地限定。另外，不限定以下说明的全部构成都是本发明的必须构成要件。
[0063]1.第一实施方式
[0064]1.1.短光脉冲产生装置的构成
[0065]首先，参照附图对第一实施方式涉及的短光脉冲产生装置100进行说明。图1是示意地表示本实施方式涉及的短光脉冲产生装置100的立体图。图2是示意地表示本实施方式涉及的短光脉冲产生装置100的俯视图。
[0066]如图1以及图2所示，短光脉冲产生装置100包括:生成光脉冲的光脉冲生成部10 ;对光脉冲的频率进行线性调频的频率线性调频(frequency chirp)部12 ;使进行了线性调频后的光脉冲分支的光分支部14 ;和针对分支后的多个光脉冲产生与波长对应的群速度差的群速度色散部16。
[0067]光脉冲生成部10生成光脉冲。这里，光脉冲是指强度在短时间内急剧变化的光。光脉冲生成部10生成的光脉冲的脉冲宽度(半峰全宽FWHM)没有特别限定，例如是Ips (皮秒)以上IOOps以下。光脉冲生成部10例如是具有量子阱结构(芯层108)的半导体激光器，在图示的例子中是DFB (Distributed Feedback:分布反馈激光器)激光器。此外,光脉冲生成部10例如也可以是DBR激光器、模式同步激光器等半导体激光器。另外，光脉冲生成部10并不局限于半导体激光器，例如也可以是超辐射发光二极管(SLD)。由光脉冲生成部10生成的光脉冲在由第一包层106、芯层108、以及第二包层110构成的光波导I中传播而入射至频率线性调频部12的光波导2。
[0068]频率线性调频部12对由光脉冲生成部10生成的光脉冲的频率进行线性调频。频率线性调频部12例如由半导体材料构成，具有量子阱结构。在图示的例子中，频率线性调频部12构成为包括具有量子阱结构的芯层108。频率线性调频部12具有与光波导I连接的光波导2。若光脉冲在光波导2中传播,则光波导材料的折射率根据光克尔效应而变化，电场的相位发生变化(自相位调制效应)。根据该自相位调制效应，光脉冲的频率被线性调频。这里,频率线性调频是指光脉冲的频率随时间发生变化的现象。
[0069]由于频率线性调频部12由半导体材料构成，所以对于具有Ips至IOOps左右的脉冲宽度的光脉冲而言，响应速度慢。因此，在频率线性调频部12中，对光脉冲赋予与该光脉冲的强度(电场振幅的平方)成正比的频率线性调频(正向线性调频或反向线性调频)。这里，正向线性调频是指光脉冲的频率随时间增加的情况，反向线性调频是指光脉冲的频率随时间减少的情况。换言之，正向线性调频是指光脉冲的波长随时间变短的情况，反向线性调频是指光脉冲的波长随时间变长的情况。
[0070]光分支部14使在频率线性调频部12中进行了线性调频后的光脉冲分支。光分支部14具有进行了线性调频后的光脉冲入射的光波导4、和从光波导4分支出的多个(在图示的例子中为两个)光波导4a、4b。光波导4以及光波导4a、4b是由半导体材料构成的半导体波导。光波导4与频率线性调频部12的光波导2连接。光波导4a从光波导4分支，与群速度色散部16的光波导6a连接。另外，光波导4b从光波导4分支，与群速度色散部16的光波导6b连接。
[0071]这里，光波导4a的长度L1和光波导4b的长度L2彼此相等。其中，如图2所示，光波导4a的长度L1是光波导4中传播的光脉冲沿着分支的分支点F与群速度色散部16的光波导6a的入射面17a之间的光波导4a的距离。另外，光波导4b的长度L2是沿着分支点F与群速度色散部16的光波导6b的入射面17b之间的光波导4b的距离。另外，由于光波导4a和光波导4b由相同的半导体材料构成，所以折射率相等。因此，从在分支点F分支到在光波导4a中传播并入射至光波导6a (入射面17a)为止的光脉冲的光路长、与从在分支点F分支到在光波导4b中传播并入射至光波导6b (入射面17b)为止的光脉冲的光路长彼此相等。这里，光路长是指光当在折射率η的介质中沿光路行进距离d时，折射率和距离的积nd。这样，在光分支部14中，由于从在光分支部14分支到入射至群速度色散部16为止的光路长彼此相等，所以在光波导4a中传播并入射至群速度色散部16的光脉冲和在光波导4b中传播并入射至群速度色散部16的光脉冲在群速度色散部16的入射面17a、17b中成为同相位。因此,群速度色散部16中的光脉冲的模式成为偶模式。由此,群速度色散部16能够具有正的群速度色散特性。即，能够将群速度色散部16作为正常色散介质。将在后述的“1.4.群速度色散部的群速度色散特性”中说明其原因。
[0072]其中，同相位是指两个光的相位差为O度。另外，偶模式是指两个光波导所具备的电场分布具有同相的波峰(最大值)的模式(参照图6)。即，在偶模式中，光脉冲在群速度色散部16的两个光波导6a、6b中被以彼此相同的符号的电场传播。另外，正常色散是指折射率随着波长变短而变大的现象。
[0073]群速度色散部16针对被光分支部14分支后的光脉冲产生与波长(频率)对应的群速度差。具体而言，群速度色散部16可以针对进行了线性调频后的光脉冲产生光脉冲的脉冲宽度变小那样的群速度差(脉冲压缩)。由于入射的光脉冲彼此为同相位，所以群速度色散部16具有正的群速度色散特性。因此，在群速度色散部16中，可使进行了反向线性调频的光脉冲产生正的群速度色散而减小脉冲宽度。这样，在群速度色散部16中进行基于群速度色散的脉冲压缩。不对被群速度色散部16压缩的光脉冲的脉冲宽度进行特别限定，例如为Ifs (飞秒)以上800fs以下。
[0074]群速度色散部16具有被以进行模式耦合的距离配置、且被光分支部14分支后的多个光脉冲分别入射的多个(两支)光波导6a、6b。即,两个光波导6a、6b构成所谓的I禹合波导。其中，进行模式耦合的距离是在光波导6a以及光波导6b中传播的光能够相互往返的距离。在群速度色散部16中，通过两个光波导6a、6b中的模式耦合，能够产生大的群速度差。群速度色散部16的光波导6a与光分支部14的光波导4a连接。群速度色散部16的光波导6b与光分支部14的光波导4b连接。
[0075]1.2.短光脉冲产生装置的构造
[0076]接下来，对短光脉冲产生装置100的构造进行说明。图3是示意地表示本实施方式涉及的短光脉冲产生装置100的剖视图。其中，图3是图2的II1-1II线剖视图。
[0077]如图1?图3所示，短光脉冲产生装置100被一体设置有光脉冲生成部10、频率线性调频部12、光分支部14、以及群速度色散部16。即，对于短光脉冲产生装置100而言，光脉冲生成部10、频率线性调频部12、光分支部14、以及群速度色散部16被设置在同一基板102 上。
[0078]具体而言，短光脉冲产生装置100包括基板102、缓冲层104、第一包层106、芯层108、第二包层110、盖(cap)层112、绝缘层120、电极130、以及电极132而构成。
[0079]基板102例如是第一导电型(例如η型)的GaAs基板。如图1所示，基板102具有:形成光脉冲生成部10的第一区域102a、形成频率线性调频部12的第二区域102b、形成光分支部14的第三区域102c、和形成群速度色散部16的第四区域102d。
[0080]缓冲层104被设置在基板102上。缓冲层104例如是η型的GaAs层。缓冲层104能够使形成于其上方的层的结晶性提高。
[0081]第一包层106被设置在缓冲层104上。第一包层106例如是η型的AlGaAs层。
[0082]芯层108具有第一引导层108a、MQW层108b、第二引导层108c。
[0083]第一引导层108a被设置在第一包层106上。第一引导层108a例如是i型的AlGaAs层。
[0084]MQW层108b被设置在第一引导层108a上。MQW层108b例如具有重叠了三个由GaAs阱层和AlGaAs阻挡层构成的量子阱结构的多重量子阱结构。在图示的例子中，MQW层108b的量子阱数(GaAs阱层和AlGaAs阻挡层的层叠数)在第一区域102a?第四区域102d的上方是相同的。即，在光脉冲生成部10、频率线性调频部12、光分支部14、以及群速度色散部16中，MQW层108b的量子阱数相同。此外，第一区域102a的上方的MQW层108b的量子阱数、第二区域102b的上方的MQW层108b的量子阱数、第三区域102c的上方的MQW层108b的量子阱数、以及第四区域102d的上方的MQW层108b的量子阱数也可以不同。即，构成光脉冲生成部10的MQW层108b的量子阱数、构成频率线性调频部12的MQW层108b的量子阱数、构成光分支部14的MQW层108b的量子阱数、以及构成群速度色散部16的MQW层108b的量子阱数也可以不同。其中，量子阱结构是指半导体发光装置领域中的一般的量子阱结构，是使用具有不同带隙的2种以上材料，用带隙大的材料薄膜夹着带隙小的材料薄膜(nm数量级)而成的构造。
[0085]第二引导层108c被设置在MQW层108b上。第二引导层108c例如是i型的AlGaAs层。对第二引导层108c设置有构成DFB型共振器的周期构造。如图1所示，周期构造被设置在第一区域102a的上方。周期构造由折射率不同的两个层(第二引导层108c和第二包层110)构成。
[0086]能够由第一引导层108a、MQW层108b、以及第二引导层108c构成使MQW层108b中产生的光(光脉冲)传播的芯层108。第一引导层108a以及第二引导层108c是在将注入载流子(电子以及空穴)封入MQW层108b的同时，将光封入芯层108的层。
[0087]其中，芯层108只要至少在第一区域102a以及第二区域102b的上方具有量子阱结构(MQW层108b)即可。例如，芯层108也可以不在第三区域102c、第四区域102d的上方具有量子阱结构。即，构成光分支部14的芯层108、以及构成群速度色散部16的芯层108也可以不具有量子阱结构。该情况下，光分支部14以及群速度色散部16的芯层108例如是单层AlGaAs层。
[0088]第二包层110被设置在芯层108上。第二包层110例如是第二导电型(例如P型)的 AlGaAs 层。
[0089]在图示的例子中，由第一包层106、芯层108、以及第二包层110构成光波导1、光波导2、光波导4、光波导4a、4b、光波导6a、6b。在图不的例子中，各光波导l、2、4、4a、4b、6a、6b被设置成直线状。如图2所示，光波导l、2、4、4a、4b、6a、6b从芯层108的侧面109a连续至芯层108的侧面109b。
[0090]光波导4a、4b被排列在与半导体层104?112的层叠方向垂直的方向。在图示的例子中，光波导4a、4b被排列在基板102的面内方向。在图示的例子中，光波导4a的宽度和光波导4b的宽度的大小相同。此外，光波导4a的宽度和光波导4b的宽度也可以具有不同的大小。
[0091]光波导6a和光波导6b构成了稱合波导。光波导6a以及光波导6b被排列在与半导体层104?112的层叠方向垂直的方向。在图不的例子中，光波导6a、6b被排列在基板102的面内方向。在图示的例子中，光波导6a的宽度和光波导6b的宽度的大小相同。此夕卜，光波导6a的宽度和光波导6b的宽度也可以具有不同的大小。
[0092]在光脉冲生成部10中，例如由P型的第二包层110、未掺杂杂质的芯层108、以及η型的第一包层106构成pin 二极管。第一包层106以及第二包层110分别是带隙比芯层108大，折射率比芯层108小的层。芯层108具有产生光，并且将光放大后进行导波的功能。第一包层106以及第二包层110夹着芯层108而具有封闭注入载流子(电子以及空穴)以及光的功能(抑制光漏出的功能)。
[0093]在光脉冲生成部10中，若在电极130和电极132之间施加pin 二极管的正向偏压，则在芯层108 (MQW层108b)中发生电子和空穴的再次复合。通过该再次复合而产生发光。以该产生的光(光脉冲)为起点，连锁地发生受激发射，在光波导I内光(光脉冲)的强度被放大。
[0094]盖层112被设置在第二包层110上。盖层112能够与电极132欧姆接触。盖层112例如是P型的GaAs层。
[0095]盖层112和第二包层110的一部分构成了柱状部111。例如，在光脉冲生成部10中，根据柱状部111的平面形状来决定电极130、132间的电流路径。
[0096]遍及第一区域102a、第二区域102b、第三区域102c、第四区域102d设置缓冲层104、第一包层106、芯层108、第二包层110、盖层112。即，这些层104、106、108、110、112是光脉冲生成部10、频率线性调频部12、光分支部14、以及群速度色散部16共用的层，是连续的层。
[0097]绝缘层120被设置在第二包层110上的柱状部111的侧方。并且，绝缘层120被设置在第二区域102b、第三区域102c、第四区域102d的上方的盖层112上。绝缘层120例如是SiN层、SiO2层、SiON层、Al2O3层、聚酸亚胺层等。
[0098]在使用了上述的材料作为绝缘层120的情况下，电极130、132之间的电流能够避开绝缘层120而在被该绝缘层120夹住的柱状部111中流动。另外，绝缘层120能够具有比第二包层110的折射率小的折射率。该情况下，未形成柱状部111的部分的垂直剖面的有效折射率比形成了柱状部111的部分的垂直剖面的有效折射率小。由此，在平面方向上，能够高效地将光封入光波导l、2、4、4a、4b,6a、6b内。此外,虽未图不,但也可以不使用上述的材料而将空气层作为绝缘层120。该情况下，空气层作为绝缘层120发挥功能。
[0099]电极130被设置于基板102之下的整个面。电极130与和该电极130欧姆接触的层(在图示的例子中为基板102)相接。电极130经由基板102与第一包层106电连接。电极130是用于驱动光脉冲生成部10的一个电极。作为电极130，例如能够使用从基板102侧按Cr层、AuGe层、Ni层、Au层的顺序层叠各层而成的电极等。此外，电极130也可以仅被设置于基板102的第一区域102a的下方。
[0100]电极132被设置在盖层112的上表面的第一区域102a的上方。并且，电极132也可以设置在绝缘层120上。电极132经由盖层112与第二包层110电连接。电极132是用于驱动光脉冲生成部10的另一个电极。作为电极132，例如能够使用从盖层112侧按Cr层、AuZn层、Au层的顺序层叠各层而成的电极等。此外，在图示的例子中，是电极130被设置在基板102的下表面侧且电极132被设置在基板102的上表面侧的两面电极构造，但也可以是电极130和电极132被设置在基板102的同一面侧(例如上面侧)的单面电极构造。
[0101]这里，作为本实施方式涉及的短光脉冲产生装置100的一个例子，对使用AlGaAs系的半导体材料的情况进行了说明，但并不局限于此，例如，也可以使用AlGaN系、GaN系、InGaN系、GaAs系、InGaAs系、InGaAsP系、ZnCdSe系等其他的半导体材料。
[0102]此外，虽未图示，但也可以设置用于对频率线性调频部12施加反向偏压的电极。此时，不在频率线性调频部12的盖层112上设置绝缘层120，用于对频率线性调频部12施加反向偏压的电极与盖层112欧姆接触。由此，能够控制频率线性调频部12的吸收特性，能够调整频率的线性调频量。
[0103]另外，也可以设置用于对光分支部14施加电压的电极。例如，也可以设置用于对光分支部14的光波导4a施加电压的电极、以及用于对光分支部14的光波导4b施加电压的电极。此时，不在光分支部14的盖层112上设置绝缘层120，用于对光分支部14施加电压的电极与盖层112欧姆接触。由此，能够根据非线性光学效应来控制光波导4a以及光波导4b的折射率,能够控制在光波导4a中传播的光脉冲的光路长、以及在光波导4b中传播的光脉冲的光路长。因此，例如能够修正因器件的制造偏差而产生的光路长的偏差，能够调整成最佳的光路长。
[0104]另外，也可以设置用于对群速度色散部16施加电压的电极。例如，也可以在群速度色散部16中设置用于对光波导6a施加电压的电极、以及用于对光波导6b施加电压的电极。此时，不在群速度色散部16的盖层112上设置绝缘层120，用于对群速度色散部16施加电压的电极与盖层112欧姆接触。由此，能够控制群速度色散部16的群速度色散量。因此，例如能够修正因器件的制造偏差而产生的群速度色散值的偏差，能够调整成最佳的分群速度散值。
[0105]1.3.短光脉冲产生装置的动作
[0106]接下来，对短光脉冲产生装置100的动作进行说明。图4是表示由光脉冲生成部10生成的光脉冲Pl的一个例子的图。图4所示的图表的横轴t是时间，纵轴I是光强度(电场振幅的平方)。图5是表示频率线性调频部12的线性调频特性的一个例子的图。图5所示的图表的横轴t是时间，纵轴Δω是线性调频量(频率的变化量)。其中，在图5中，以点划线表示光脉冲Ρ1，以实线表示与光脉冲Pl对应的线性调频量△ ω。图6是用于说明群速度色散部16中的光脉冲的模式的图。其中，图6所示的图表的横轴X是距离，纵轴E是电场。图7是表示由群速度色散部16生成的光脉冲Ρ3的一个例子的图。图7所示的图表的横轴t是时间，纵轴I是光强度。
[0107]光脉冲生成部10例如生成图4所示的光脉冲Pl。在光脉冲生成部10中，通过在电极130和电极132之间施加pin 二极管的正向偏压，来生成光脉冲Pl。在图示的例子中，光脉冲Pl是高斯波形。在图 示的例子中，光脉冲Pl的脉冲宽度(半峰全宽FWHM)t是IOps(皮秒)。光脉冲Pl在光波导I中传播，并入射至频率线性调频部12的光波导2。
[0108]频率线性调频部12具有与光强度成正比的线性调频特性。下述式(I)是表示频率线性调频的效果的式子。
[0109]【式I】
[oho] Δω = —字，阁2 {I)
2 CTr
[0111]这里，Λ ω是线性调频量(频率的变化量)，c是光速，^是非线性折射率效应的响应时间，n2是非线性折射率，I是波导长，Otl是光脉冲的中心频率，E是电场的振幅。
[0112]频率线性调频部12对在光波导2中传播的光脉冲Pl赋予式(I)所示的频率线性调频。具体而言，如图5所示，频率线性调频部12针对光脉冲P1，在光脉冲Pl的前部使频率随时间减少，在光脉冲Pl的后部使频率随时间增加。即，频率线性调频部12使光脉冲Pl的前部反向线性调频，使光脉冲Pl的后部正向线性调频。因此，由光脉冲生成部10生成的光脉冲Pl通过频率线性调频部12而成为前部被反向线性调频、后部被正向线性调频的光脉冲(以下称为“光脉冲P2”)。进行了线性调频的光脉冲P2 (未图示)入射至光分支部14的光波导4。
[0113]光分支部14使进行了线性调频的光脉冲P2分支。具体而言，光波导4中传播的光脉冲P2在分支点F被分支成在光波导4a中传播的光脉冲P2、和在光波导4b中传播的光脉冲P2。而且，光波导4a中传播的光脉冲P2入射至群速度色散部16的光波导6a，光波导4b中传播的光脉冲P2入射至群速度色散部16的光波导6b。这里，在光分支部14中，光波导4a的长度L1和光波导4b的长度L2相等。因此，从被光分支部14分支到入射至群速度色散部16为止的两个光路中的光脉冲P2的光路长彼此相等。因此，在光波导4a中传播并入射至群速度色散部16的光脉冲P2、和在光波导4b中传播并入射至群速度色散部16的光脉冲P2在群速度色散部16的入射面17a、17b中成为同相位。
[0114]群速度色散部16针对进行了线性调频的光脉冲P2产生与波长(频率)对应的群速度差(群速度色散)，来进行脉冲压缩。在群速度色散部16中，光脉冲P2通过由光波导6a、6b构成的耦合波导而使光脉冲P2产生群速度差。这里，在群速度色散部16中，由于入射至光波导6a、6b的光脉冲P2为同相位，所以如图6所示，群速度色散部16中的光脉冲P2的模式成为偶模式。由此，群速度色散部16能够具有正的群速度色散特性。
[0115]如图7所示，群速度色散部16使光脉冲P2产生正的群速度色散，对进行了反向线性调频的光脉冲P2的前部进行压缩。由此，生成光脉冲P3。在图示的例子中，光脉冲P3的脉冲宽度t是0.33ps。光脉冲P3从设置于芯层108的侧面109b的光波导6a的端面以及光波导6b的端面的至少一方射出。
[0116]1.4.群速度色散部的群速度色散特性
[0117]接下来，对群速度色散部16的群速度色散特性进行说明。
[0118]利用下述式(2)来表不由波导a和波导b构成的I禹合波导中的电场E。
[0119]【式2】
[0120]E=A (z) Ex+B (z) E2*** (2)
[0121]这里，E1是仅存在波导a的情况的电场，E2是仅存在波导b的情况的电场。另外，A(Z)是波导a的电场振幅，B(Z)是波导b的电场振幅。
[0122]这里，以下述式(3)来表示A (Z)以及B (z)。
[0123]【式3】
[0124]
【权利要求】
1.一种短光脉冲产生装置，其特征在于，包括: 光脉冲生成部，其具有量子阱结构，生成光脉冲； 频率线性调频部，其具有量子阱结构，对上述光脉冲的频率进行线性调频； 光分支部，其使进行了线性调频的上述光脉冲分支；以及 群速度色散部，其具有被以进行模式耦合的距离配置且被上述光分支部分支出的多个上述光脉冲分别入射的多个光波导，针对上述分支出的多个光脉冲产生与波长对应的群速度差， 从被上述光分支部分支到入射至上述群速度色散部的上述多个光波导为止的多个光路中的上述光脉冲的光路长彼此相等。
2.根据权利要求1所述的短光脉冲产生装置，其特征在于， 上述光分支部具有:第一半导体波导，其由半导体材料构成，被入射进行了线性调频的上述光脉冲；和第二半导体波导以及第三半导体波导，它们由上述半导体材料构成，并从上述第一半导体波导分支， 上述第二半导体波导的长度和上述第三半导体波导的长度彼此相等。
3.一种短光脉冲产生装置，其特征在于，包括: 光脉冲生成部，其具有量子阱结构，生成光脉冲； 频率线性调频部，其具有量子阱结构，对上述光脉冲的频率进行线性调频； 光分支部，其使进行了线性调频的上述光脉冲分支；以及 群速度色散部，其具有被以进行模式耦合的距离配置且被上述光分支部分支出的多个上述光脉冲分别入射的多个光波导，针对上述分支出的多个光脉冲产生与波长对应的群速度差， 上述光分支部使上述分支出的多个光脉冲成为相互相反相位而产生入射至上述群速度色散部的光路差。
4.根据权利要求3所述的短光脉冲产生装置，其特征在于， 上述光分支部具有:第一半导体波导，其由半导体材料构成，被入射进行了线性调频的上述光脉冲；和第二半导体波导以及第三半导体波导，它们由上述半导体材料构成，并从上述第一半导体波导分支， 上述光路差通过上述第二半导体波导的长度和上述第三半导体波导的长度之差而产生。
5.根据权利要求3所述的短光脉冲产生装置，其特征在于， 上述光分支部具有:第一半导体波导，其由半导体材料构成，被入射进行了线性调频的上述光脉冲；第二半导体波导以及第三半导体波导，它们由上述半导体材料构成，并从上述第一半导体波导分支；第一电极，其对上述第二半导体波导施加电压；和第二电极，其对上述第三半导体波导施加电压。
6.一种太赫兹波产生装置，其特征在于，包括: 权利要求1至5中任意一项所述的短光脉冲产生装置、和被照射由上述短光脉冲产生装置产生的短光脉冲而产生太赫兹波的光电导天线。
7.一种照相机，其特征在于，包括: 权利要求1至5中任意一项所述的短光脉冲产生装置；被照射由上述短光脉冲产生装置产生的短光脉冲而产生太赫兹波的光电导天线；对从上述光电导天线射出并透过了对象物的上述太赫兹波或者被对象物反射的上述太赫兹波进行检测的太赫兹波检测部；以及 存储上述太赫兹波检测部的检测结果的存储部。
8.一种成像装置，其特征在于，包括: 权利要求1至5中任意一项所述的短光脉冲产生装置； 被照射由上述短光脉冲产生装置产生的短光脉冲而产生太赫兹波的光电导天线；对从上述光电导天线射出并透过了对象物的上述太赫兹波或者被对象物反射的上述太赫兹波进行检测的太赫兹波检测部；以及 基于上述太赫兹波检测部的检测结果，生成上述对象物的图像的图像形成部。
9.一种测量装置，其特征在于，包括: 权利要求1至5中任意一项所述的短光脉冲产生装置； 被照射由上述短光脉冲产生装置产生的短光脉冲而产生太赫兹波的光电导天线；对从上述光电导天线射出并透过了对象物的上述太赫兹波或者被对象物反射的上述太赫兹波进行检测的太赫兹波检测部；以及 基于上述太赫兹 波检测部的检测结果，测量上述对象物的测量部。
【文档编号】H01S1/02GK104009370SQ201410061334
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年2月24日 优先权日:2013年2月27日
【发明者】中山人司 申请人:精工爱普生株式会社