專利名稱：波長可變光源的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及波長可變光源。
背景技術：
半導體單晶體是周期且有規(guī)律地排列特定的原子而成的物質。其電子傳輸特性由半導體單晶體中的原子間隔所決定。即半導體具有能帶間隙(禁帶)，該能帶間隙因電子的波動性以及原子的周期電位而確定。
另一方面，光子學晶體(photonic crystal)是按光的波長左右的周期排列、且相對于光具有電位差的物質、即具有折射率差的物質而成的3維構造體。這樣的光子學晶體構成的物質是由雅畢勒諾維奇(Yablonovich)等提出來的。
在光子學晶體內，光傳輸特性受到光的波動性的束縛條件的限制。即，光子學晶體中的光傳輸與半導體中的電子傳輸同樣地受限制。在光子學晶體中，存在對光的禁帶、即所謂的光子帶系，由于該帶系的存在，所以，特定波長帶域的光將不能傳經晶體內。
以往，人們提出有各種各樣的光子學晶體。例如，有按光的波長左右的周期排列亞微米尺寸的粒子而成的晶體。如果是微波波帶，眾所周知的則有在空間中排列作為粒子的聚合物球而成的物質。
此外，還有在金屬內使聚合物球固化后通過化學地溶解聚合物球，在金屬中形成周期的微小空間的物質、等間隔地在金屬中穿設孔的物質、在固體材料中使用激光光形成折射率與周圍不同的區(qū)域的物質、使用光刻蝕技術將光聚合性聚合物加工成了溝狀的物質等。這些通過加工而形成的光子學晶體可以具有由其構造而均勻地確定的光子帶系。
使用了這樣的光子學晶體的波長可變光源可以選擇輸出輸入輸出光的規(guī)定波長區(qū)域。這里，在說明中將輸入到光子學晶體的光作為輸入光，將通過光子學晶體內并從光子學晶體輸出的光作為輸出光。

發(fā)明內容
但是，由于在波長可變光源中不能充分地使光子學晶體的光子帶系變化，故不能其輸出光的波長可變。本發(fā)明即為鑒于這樣的課題而開展的工作，目的在于通過使用利用外力使之變形的光子學晶體提供可以使輸出光的波長充分地變化的波長可變光源。
涉及本發(fā)明的波長可變光源通過在單元內組入可塑性的光子學晶體、對光子學晶體外加外力的外力外加裝置、對光子學晶體輸入具有多種波長的光的光源、輸出經光子學晶體選擇了的規(guī)定的波長帶域的光的輸出部而成。
從光源輸入到光子學晶體內的光對應于通過外力外加裝置施加的外力而變化其波長帶域。即，對應于光子學晶體的光子帶系，輸出光的波長帶域將發(fā)生變化。在本發(fā)明中，由于光子學晶體是可塑的，故可以使輸出光的波長帶域較大地產生變化，由于它們被組入在單元內，故可以集約化光源整體。
在上述光源是燈時，從燈中輸出的光被導入可塑性的光子學晶體內，對應于光子學晶體的光子帶系，選擇規(guī)定的波長帶域并中介于輸出部將之輸出到外部。
在上述光源是激光光源時，從激光光源輸出的光被導入可塑性的光子學晶體內，對應于光子學晶體的光子帶系，選擇規(guī)定的波長帶域并中介于輸出部將之輸出到外部。
特別地，在本發(fā)明中，其特征在于上述激光光源是具有出射光的2個對向端面的半導體激光器，從上述的一側端面出射的光中介于光子學晶體被輸入到反射鏡，在反射面與上述端面的另一側之間構成激光共振器(振蕩器)，上述端面的另一側光學地結合在輸出部上，對應于通過外力外加裝置施加的外力變化從輸出部出射的光的波長帶域。
此時，由于在反射面與上述端面的另一側之間構成的激光共振器配置在光子學晶體內，故發(fā)生共振的波長受到光子學晶體選擇，所選擇的波長帶域中介于輸出部被輸出到外部。
此外，上述激光光源也可以是在其共振器內配置光子學晶體而成的鈦藍寶石激光器，鈦藍寶石激光器可以發(fā)出飛秒級時間寬度的脈沖光，該波長帶域可以受配置在共振器內的光子學晶體作用而變化。


圖1是波長可變光源的說明圖；圖2是光子學晶體2的斜視圖；圖3所示是通過二向色鏡的輸出光的透過率(任意常數)的波長(nm)依存性曲線；圖4是涉及其他實施形態(tài)的波長可變光源的說明圖；圖5是另外的涉及其他實施形態(tài)的波長可變光源的說明圖。
具體實施例方式
下面，對涉及實施形態(tài)的波長可變光源進行說明。在同一要素或者具有同一功能的要素上使用同一符號并略去其重復的說明。
圖1是波長可變光源的說明圖。該波長可變光源在基座1上配備有出射多種波長的光的光源5，從光源5出射的光被輸入到光子學晶體2中。光子學晶體2放置在基座1上。光子學晶體2被對其施加壓力、或者減少對其外加的壓力的壓電元件(外力外加裝置)3壓緊。光子學晶體2從該輸入光的波長帶域中選擇所期望的波長帶域并中介于輸出窗(輸出部)6將之作為輸出光輸出。這些元件2、3、5與基座1以及輸出窗6一起配置在構成外殼的殼罩構件C內被單元化。
光子學晶體2是隨外加的外力而精度良好地發(fā)生變形，進而對應于變形而變化光子帶系的物質。如果利用壓電元件3使光子學晶體2變形，則其光子帶系也將發(fā)生變化。通過壓電元件3施加的外力的大小以及其外加時間由驅動裝置4進行控制。
從光源5輸出的輸入光輸入到光子學晶體2，輸入光中的特定波長成分不能透過光子學晶體2，而規(guī)定的波長帶域則可對應于光子帶系(光學響應特性)被選擇并作為輸出光從光子學晶體2輸出。輸出光被輸入到進行光傳輸的輸出窗6，中介于輸出窗6輸出到本波長可變光源外部。即，通過外加外力可改變光源5以及輸出窗6之間的光學結合特性。
本波長可變光源是通過對光子學晶體外加外力使光子學晶體2的光子帶系發(fā)生變化的波長可變光源，其光子學晶體2是可塑性的。這里，光子學晶體2也可以具有彈性。
因為光子學晶體2是可塑性的，故如果給予其以外力使光子學晶體2產生變化，則光子帶系也將較大地發(fā)生變化，實現了從光子學晶體2的輸出光的波長也充分地發(fā)生變化。在這樣的波長可變光源中，由于即使在減小了光子學晶體2本身的容積時也可以有效地進行波長選擇，故也可以小型化裝置整體。
以上，如所說明過的那樣，本實施形態(tài)的波長可變光源在單元內組入了可塑性的光子學晶體2、對光子學晶體2施加外力的壓電元件3、向光子學晶體2輸入具有多種波長的光的光源5和輸出由光子學晶體2選擇的規(guī)定的波長帶域的輸出窗6。
從光源5輸入到光子學晶體2內的光對應于通過壓電元件3施加的外力變化其波長帶域。即，對應于光子學晶體2的光子帶系而變化其輸出光的波長帶域。因為光子學晶體2是可塑性的，故可以使輸出光的波長帶域較大地發(fā)生變化，由于將它們組入單元內，故光源整體緊湊。
在上述光源是水銀燈等燈類時，從燈中輸出的光被導入可塑性的光子學晶體2內，對應于光子學晶體2的光子帶系，選擇規(guī)定的波長帶域的光，并中介于輸出窗6將之輸出到外部。
這里，在本例中，上述光子學晶體2是凝膠狀的物質，被收容在透明容器V內。
在上述光源5是激光光源時，從激光光源輸出的光被導入可塑性的光子學晶體2內，對應于光子學晶體2的光子帶系，選擇規(guī)定的波長帶域的光并中介于輸出窗6將之輸出到外部。
圖2是光子學晶體2的斜視圖。
該光子學晶體2通過在凝膠狀的物質2G內含有多個二氧化硅或者鈦酸鋇的微小球(光學的微晶體)2B而成?？梢允乖摴庾訉W晶體2容易地產生變形。微小球2B按光的波長左右的周期規(guī)則、均勻地排列在物質2G內。微小球2B的間隔為所要選擇的光的波長的一般到四分之一，相對于該波長，微小球2B是透明的。如果波長帶域Δλ(包含λ1)的光入射到光子學晶體2，則對應于光子帶系，只有特定的波長帶域λ1的成分透過光子學晶體2。
因為凝膠容易受到外力而變形，故光子學晶體2的光子帶系容易發(fā)生變化。隨著該變化，通過光子學晶體2的上述波長帶域λ1也將變化。這里，微小球2B和物質2G折射率不同，此外，雙方對所選擇的光的波長都是透明的。
例如，作為溶膠的材料，使用混雜了紫外線硬化樹脂的材料，通過對其照射紫外線可以進行凝膠化。代表性的紫外線硬化樹脂是在丙稀酰胺中混雜了交聯劑以及光聚合開始劑的材料，對此人們以往就已了解。
由于該微小球2B的周期構造數最好是50左右，故光子學晶體2最大使用100微米程度的元件即有足夠的功能。因而，如果使用該光子學晶體2，將可以達成裝置的小型化。這里，也可以代替微小球2B使用氣泡。
圖3所示是通過多層膜構造的光子學晶體、即二向色鏡的輸出光的透過率(任意常數)的波長(nm)依存性曲線。輸入光是白光。該曲線雖然不是上述的光子學晶體2本身，但在完全等間隔地排列了微小球2B時，關于特定的方向，其光學特性與同圖所示的情況一樣。在本例中，波長帶域400nm附近的光的透過率低于其周圍的波長帶域。
圖4是涉及其他實施形態(tài)的波長可變光源的說明圖。作為上述的激光光源5，該波長可變光源使用的是具有出射光的2個對向端面5A、5B的半導體激光器。從這些端面的一側5A輸出的光中介于光子學晶體2被輸入到反射鏡7中，反射鏡7和上述端面的其他側5B之間構成激光共振器?？紤]激光光源的基波以及高頻波設定這樣的光子學晶體2的光子帶系，以使共振可以由這些波長進行。
光纖的芯6插入設置在殼罩構件C上的開口內，光纖芯6的前端部配置在固定在基座1上的V型溝座1V上，半導體激光器5固定在固定在基座1上的降溫裝置1H上。
半導體激光器5的上述端面的另一側5B光學地結合在作為輸出部6的光纖芯6上，對應于壓電元件3所施加的外力變化從光纖芯6出射的光的波長帶域。
光纖芯6的周圍被光纖包層6’所包圍，它們構成了光纖。
在本實施形態(tài)中，由于光子學晶體2配置在構成于反射鏡7和上述端面的其他側5B之間的激光共振器內，故可由光子學晶體2選擇共振的波長，并中介于輸出部6將所選擇的波長帶域輸出到外部。
這里，作為市場上銷售的波長可變光源，眾所周知的有通過旋轉衍射光柵使之作為波長選擇元件工作并選擇特定波長輸出的光源。與這樣的市場上銷售的產品其裝置規(guī)模較大的情況相反，在上述實施形態(tài)的波長可變光源中，由于使用了可塑性的光子學晶體2，即由于使用了凝膠化了的光子學晶體，故與市場上銷售的產品相比，可以小型化裝置整體。
例如，也可以使用半導體微細加工技術(微機電MEMS技術)制造光子學晶體2。通過加工半導體電路板(沒有圖示)形成上述的容器V，可以在該半導體電路板上形成壓電元件3。此時，因為是在形成在半導體電路板上的容器、特別是在凹部內配置光子學晶體2，在該半導體電路板上形成壓電元件3，故可以使用半導體微細加工技術形成它們，小型化裝置整體。當然，也可以在半導體電路板內形成壓電元件3的驅動電路、電源、帶波長濾光片的光電二極管等。
圖5是另外的涉及其他實施形態(tài)的波長可變光源的說明圖。該波長可變光源與圖4所示的光源的不同之處在于作為激光光源5使用激勵光源5E以及激光介質5M，并在代替光纖芯6配置了的輸出鏡6和反光鏡7之間構成了包含激光介質5M的激光共振器。
從激勵光源5E出射的激勵光被輸入到激光介質5M內，激勵激光介質5M并從其端面出射激光光。出射的激光光連續(xù)往復、放大、振蕩于對向配置在單元內的2片反射鏡6、7之間，經過放大了的激光光中介于反射率低的一側的反射鏡(輸出鏡)6輸出到外部。
可以往復于該激光共振器內的激光光波長受到光子學晶體2限制并隨壓電元件3所施加的外力而變化。在本例中，也對應于壓電元件3的驅動量變化輸出光的波長帶域。
在本例中，取激光介質5M為Ti藍寶石。使用了該激光介質5M的激光光源5是在其共振器內配置光子學晶體2而成的鈦藍寶石激光器。在鈦藍寶石激光器中，時間寬度也與波長同時變化。鈦藍寶石激光器可以產生飛秒級時間寬度的脈沖光，可以由配置在共振器內的光子學晶體2使該波長帶域變化。這里，作為激光介質5M，也可以使用Cr3+LiSrAlF6晶體或Cr3+LiCaAlF6晶體。
這里，法布里珀羅干涉計或多層膜鏡(二向色鏡)也可以是0維或者1維的光子學晶體。光子學晶體2也可以應用于這樣的用途。此外，期待上述這樣的柔軟的光子學晶體2今后能夠隨著對其微小球2B或氣泡的大小或排列的穩(wěn)定性、用于提高其控制性的機械精度、凝膠的長期穩(wěn)定性、溫度穩(wěn)定性、與光纖或其他光學部件的連接方法、凝膠封入容器、可以每次都外加同樣的外力的外力外加機構等的研究的進步而進步。
本發(fā)明可以利用于波長可變光源。
權利要求
1.一種波長可變光源，其特征在于在單元內組入可塑性的光子學晶體、對光子學晶體外加外力的外力外加裝置、對光子學晶體輸入具有多種波長的光的光源、輸出經光子學晶體選擇了的預定的波長帶域的光的輸出部。
2.根據權利要求1所記述的波長可變光源，其特征在于上述光源是燈。
3.根據權利要求1所記述的波長可變光源，其特征在于上述光源是激光光源。
4.根據權利要求3所記述的波長可變光源，其特征在于上述激光光源是具有出射光的2個對向端面的半導體激光器，從上述的一側端面出射的光中介于上述光子學晶體被輸入到反射鏡，在上述反射鏡與上述端面的另一側之間構成激光共振器，上述端面的上述另一側光學地結合在上述輸出部上，對應于通過上述外力外加裝置施加的外力而變化從上述輸出部出射的光的波長帶域。
5.根據權利要求1所記述的波長可變光源，其特征在于上述激光光源是在其共振器內配置上述光子學晶體而成的鈦藍寶石激光器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種波長可變光源。如果利用壓電元件(3)對可塑性的光子學晶體外加外力，則先子學晶體(2)將產生變形，由此可容易地變化光子帶系。如果光子帶系發(fā)生變化，則特定波長的光的通過將受到限制。因而，可利用光子學晶體(2)充分地變化并輸出期望波長的光，該光中介于輸出窗(6)被取出到外部。本發(fā)明中，在使用小型且可達成波長充分可變的可塑性的光子學晶體(2)的同時，由于單元化了它們，故可以小型化波長可變光源整體。
文檔編號G02B6/12GK1466699SQ01816325
公開日2004年1月7日 申請日期2001年9月26日 優(yōu)先權日2000年9月26日
發(fā)明者瀧口義浩, 伊藤研策, 山中淳平, 口 浩, 平, 策 申請人:浜松光子學株式會社