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JP2009200133A - Wavelength scanning light source, and wavelength scanning optical coherence tomographic apparatus using the same - Google Patents

Wavelength scanning light source, and wavelength scanning optical coherence tomographic apparatus using the same Download PDF

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JP2009200133A JP2008038236A JP2008038236A JP2009200133A JP 2009200133 A JP2009200133 A JP 2009200133A JP 2008038236 A JP2008038236 A JP 2008038236A JP 2008038236 A JP2008038236 A JP 2008038236A JP 2009200133 A JP2009200133 A JP 2009200133A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wavelength scanning light source of a simple configuration using a distributed reflector type semiconductor laser, capable of scanning wavelength at high speed, and to provide a wavelength scanning optical coherence tomographic apparatus using the light source. <P>SOLUTION: The wavelength scanning light source contains the distributed reflector type semiconductor laser having an active region and a distributed reflector region including a passive waveguide layer and current blocks on a semiconductor substrate. The current blocks are made of a material showing a refraction factor approximately equal to that of the surrounding portion when a current is not applied and harder to flow current than the surrounding portion. The current blocks are arranged so that their intervals vary gradually in the waveguide direction of the passive waveguide layer. When current is applied, the current blocks spatially vary the density of the current crossing the passive waveguide layer regularly by their current regulating action to produce regions whose refraction factor varies spatially and regularly in the passive waveguide layer. As the result, light coming from the active region laser-oscillates at a wavelength in accordance with the spatial regularity. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は高速に波長を走査する波長走査型光源に関するものであり、またそれを用いた波長走査型光コヒーレンストモグラフィ装置に関する。   The present invention relates to a wavelength scanning light source that scans a wavelength at high speed, and to a wavelength scanning optical coherence tomography apparatus using the same.

近年、医療分野等で用いられる非破壊断層計測技術の1つとして、時間的に低コヒーレンスな光をプローブ(探針)として用いる光断層画像化法「光コヒーレンストモグラフィ」(OCT;Optical Coherence Tomography)がある。光コヒーレンストモグラフィには、波長走査型光コヒーレンストモグラフィ、フーリエドメイン光コヒーレンストモグラフィ、偏光感受型光コヒーレンストモグラフィ等の種類があるが、図8はこのうちの波長走査型光コヒーレンストモグラフィ装置の一例を示すものである(例えば、特許文献1、図1参照)。   In recent years, as one of non-destructive tomographic techniques used in the medical field, etc., optical tomographic imaging method “Optical Coherence Tomography” (OCT; Optical Coherence Tomography) using temporally low coherence light as a probe (probe) ) Optical coherence tomography includes types such as wavelength scanning optical coherence tomography, Fourier domain optical coherence tomography, polarization sensitive optical coherence tomography, etc. FIG. 8 shows a wavelength scanning optical coherence tomography device. (For example, refer to Patent Document 1 and FIG. 1).

この図8に示す波長走査型光コヒーレンストモグラフィ装置80では、波長走査型光源200から出射された出力光を、第1ファイバ81を通してファイバカップラー82に送る。この出力光を、ファイバカップラー82において、第2ファイバ83を通して被計測物体84への照射する物体光と、第3ファイバ85を通して固定参照鏡86に照射する参照光に分割する。   In the wavelength scanning optical coherence tomography apparatus 80 shown in FIG. 8, the output light emitted from the wavelength scanning light source 200 is sent to the fiber coupler 82 through the first fiber 81. In the fiber coupler 82, the output light is divided into object light that is irradiated onto the measurement object 84 through the second fiber 83 and reference light that is irradiated onto the fixed reference mirror 86 through the third fiber 85.

物体光は、第2ファイバ83、レンズ87、角度が可変な走査鏡88及びレンズ89を介して、被計測物体84に照射、反射され、同じルートでファイバカップラー82に戻る。参照光は、第3ファイバ85、レンズ90及びレンズ91を介して固定参照鏡86に照射、反射されて同じルートでファイバカップラー82に戻る。   The object light is irradiated and reflected on the object to be measured 84 through the second fiber 83, the lens 87, the scanning mirror 88 and the lens 89 having variable angles, and returns to the fiber coupler 82 through the same route. The reference light is irradiated and reflected on the fixed reference mirror 86 through the third fiber 85, the lens 90, and the lens 91, and returns to the fiber coupler 82 through the same route.

そして、これらの物体光と参照光はファイバカップラー82で重ねられ、第4ファイバ92を通して光検知器93(フォトダイオード等)に送られ、スペクトル干渉信号として検出され、コンピュータ等の処理手段94に取り込まれる。光検知器93における検知出力に基づいて、被計測物体84の奥行き方向(A方向)と走査鏡88の走査方向(B方向)の断面画像が形成される。尚、95は処理手段94に接続されたディスプレー等の表示手段である。   Then, the object light and the reference light are overlapped by the fiber coupler 82, sent to the light detector 93 (photodiode or the like) through the fourth fiber 92, detected as a spectrum interference signal, and taken into the processing means 94 such as a computer. It is. Based on the detection output of the light detector 93, cross-sectional images in the depth direction (A direction) of the measurement object 84 and the scanning direction (B direction) of the scanning mirror 88 are formed. Reference numeral 95 denotes display means such as a display connected to the processing means 94.

波長走査型光源200は、時間的に波長を変化させて走査する光源であり、即ち波長が時間依存性を有する光源である。これにより、固定参照鏡86を走査(移動。Aスキャン)することなく、 被計測物体84の奥行き方向の反射率分布を得て奥行き方向の構造を取得することができ、1次方向の走査(Bスキャン)をするだけで、二次元の断層画像を形成することができる。   The wavelength scanning light source 200 is a light source that scans while changing the wavelength with time, that is, a light source whose wavelength has time dependency. This makes it possible to obtain the reflectance distribution in the depth direction of the object to be measured 84 and to obtain the structure in the depth direction without scanning (moving, A-scanning) the fixed reference mirror 86, and scanning in the primary direction ( A two-dimensional tomographic image can be formed only by performing (B scan).

次に、このような波長走査型光コヒーレンストモグラフィ装置80に用いられる波長走査型光源の構成の一例を図9に示す(例えば、特許文献2、図1参照)。   Next, FIG. 9 shows an example of the configuration of the wavelength scanning light source used in such a wavelength scanning optical coherence tomography apparatus 80 (see, for example, Patent Document 2 and FIG. 1).

この波長走査型光源200は、光ファイバ201を含んでループを形成している。このループの一部に、ゲイン媒体202、光サーキュレータ203、光カップラ204及び偏波コントローラ205を設けている。ゲイン媒体202は、エルビウムドープドファイバ206と、このエルビウムドープドファイバ206にポンプ光を入射するファイバ励起用の半導体レーザ207、及びWDMカップラ208を有している。この励起用半導体レーザ207は、エルビウムドープドファイバ206を透過する光を増幅する。光サーキュレータ203は、光ファイバ201を透過する光の方向を図示のように矢印方向に規制する。光カップラ204は光ファイバループの光の一部を抽出するものであり、偏波コントローラ205は、光ファイバループを透過する光の偏波方向を一定方向に規定する。   This wavelength scanning light source 200 includes an optical fiber 201 to form a loop. A gain medium 202, an optical circulator 203, an optical coupler 204, and a polarization controller 205 are provided in a part of this loop. The gain medium 202 includes an erbium-doped fiber 206, a fiber-pumped semiconductor laser 207 that makes pump light incident on the erbium-doped fiber 206, and a WDM coupler 208. This pumping semiconductor laser 207 amplifies the light transmitted through the erbium doped fiber 206. The optical circulator 203 regulates the direction of light passing through the optical fiber 201 in the direction of the arrow as shown. The optical coupler 204 extracts a part of the light in the optical fiber loop, and the polarization controller 205 defines the polarization direction of the light transmitted through the optical fiber loop in a certain direction.

光サーキュレータ203の端子203cは、光ファイバ211を介してコリメートレンズ212に接続される。コリメートレンズ212は光ファイバ211からの光を平行光とするもので、その光軸上には偏光子213、ポリゴンミラー214が配置される。ポリゴンミラー214は紙面に垂直な軸に沿って回転させることによって、平行光を図示の範囲で角度を変化させて反射する。この反射光の光軸にはシリンドリカルレンズ215、バンドパスフィルタ216及びミラー217が設けられている。シリンドリカルレンズ215は、ポリゴンミラー214の回転角度にかかわらずその反射光を常に一定方向となるように屈折する。ミラー217はシリンドリカルレンズ215より出射される光軸に対して反射面が垂直に配置されている。バンドパスフィルタ216は誘電体多層膜を多数積層した光干渉型の誘電体多層膜フィルタとし、図示の光の走査方向に対して多層膜の光学膜厚を変化させ、選択波長を連続的に変化させるように構成されている。駆動部218はポリゴンミラー214を一定速度で回転させる。偏光子213はコリメートレンズ212とポリゴンミラー214間を透過する光の偏光方向を所定方向に規定する。   A terminal 203 c of the optical circulator 203 is connected to the collimating lens 212 via the optical fiber 211. The collimating lens 212 converts the light from the optical fiber 211 into parallel light, and a polarizer 213 and a polygon mirror 214 are disposed on the optical axis. The polygon mirror 214 reflects the parallel light by changing the angle within the range shown in the drawing by rotating along the axis perpendicular to the paper surface. A cylindrical lens 215, a band pass filter 216, and a mirror 217 are provided on the optical axis of the reflected light. The cylindrical lens 215 refracts the reflected light so that it is always in a constant direction regardless of the rotation angle of the polygon mirror 214. The mirror 217 has a reflecting surface perpendicular to the optical axis emitted from the cylindrical lens 215. The band-pass filter 216 is an optical interference type dielectric multilayer filter in which a large number of dielectric multilayer films are stacked. The optical film thickness of the multilayer film is changed with respect to the scanning direction of the illustrated light, and the selected wavelength is continuously changed. It is configured to let you. The drive unit 218 rotates the polygon mirror 214 at a constant speed. The polarizer 213 defines the polarization direction of light transmitted between the collimating lens 212 and the polygon mirror 214 in a predetermined direction.

このように構成された波長走査型光源200は、次のように動作する。励起用の半導体レーザ207を駆動し、WDMカップラ208を介して光ファイバループをポンピングする。光サーキュレータ203の作用によって端子203aから加わった光が端子203cより光ファイバ211に入り、コリメートレンズ212によって平行光となる。そしてポリゴンミラー214の回転位置によって例えば図9に実線で示すような位置に反射され、シリンドリカルレンズ215によってミラー217の反射面に垂直な光軸に変換される。そしてバンドパスフィルタ216を透過する波長の光はミラー217に入射し、ミラー217で反射されて再びバンドパスフィルタ216、シリンドリカルレンズ215、ポリゴンミラー214を介してコリメートレンズ212に加わる。更にコリメートレンズ212を介して光サーキュレータ203より光ファイバループに加わる。又偏波コントローラ205は光ファイバループを透過する光の偏波を一定方向に調整する。こうして光ファイバループで発振したレーザ光の一部を光カップラ204を介して取り出す。
特開2007−101365号公報 特開2006−24876号公報
The wavelength scanning light source 200 configured in this manner operates as follows. The pumping semiconductor laser 207 is driven to pump the optical fiber loop through the WDM coupler 208. Light added from the terminal 203 a by the action of the optical circulator 203 enters the optical fiber 211 from the terminal 203 c and becomes parallel light by the collimating lens 212. Then, the light is reflected at a position indicated by a solid line in FIG. 9 according to the rotational position of the polygon mirror 214, and converted to an optical axis perpendicular to the reflection surface of the mirror 217 by the cylindrical lens 215. Light having a wavelength that passes through the bandpass filter 216 enters the mirror 217, is reflected by the mirror 217, and is added to the collimator lens 212 via the bandpass filter 216, the cylindrical lens 215, and the polygon mirror 214 again. Further, the light beam is added to the optical fiber loop from the optical circulator 203 through the collimator lens 212. The polarization controller 205 adjusts the polarization of light transmitted through the optical fiber loop in a certain direction. A part of the laser light oscillated in the optical fiber loop in this way is taken out via the optical coupler 204.
JP 2007-101365 A JP 2006-24876 A

このように構成された波長走査型光源では、ポリゴンミラー、レンズ等で波長走査を行う構成であるので、装置(波長走査光源)に衝撃や振動が加わった場合には、レンズや偏光子等の光学系部品が破損してしまったり、また走査する波長が変化してしまう恐れがあった。また、励起用光源、光ファイバ、ポリゴンミラー、レンズ等の多数の部品から構成されているので、装置自体が大型化するという問題も有していた。   Since the wavelength scanning light source configured in this way is configured to perform wavelength scanning with a polygon mirror, a lens, etc., when an impact or vibration is applied to the device (wavelength scanning light source), a lens, a polarizer, etc. There is a risk that the optical system parts may be damaged or the wavelength to be scanned may be changed. In addition, since the apparatus is composed of a large number of components such as an excitation light source, an optical fiber, a polygon mirror, and a lens, there is a problem that the apparatus itself is increased in size.

さらに、波長を走査させる構成としてポリゴンミラーを用いているので、走査の最大速度は約20kHzが限界であった(例えば、特許文献2の段落0030参照)。   Furthermore, since a polygon mirror is used as a configuration for scanning the wavelength, the maximum scanning speed is limited to about 20 kHz (see, for example, paragraph 0030 of Patent Document 2).

前記目的を達成するために、本発明の請求項1の波長走査型光源は、
半導体基板(23)の上方に、活性層(25)を含む活性領域(51)と、前記活性層と連続して形成された受動導波路層(24)および前記受動導波路層の近傍で前記受動導波路層の導波方向に規則的に複数個配置された電流ブロック(31)を含む分布反射領域(50)とが、前記受動導波路層の導波方向に形成されており、また、前記半導体基板の下方に電極(40)、前記活性領域の上方に励起用電極(71)、前記分布反射領域の上方に複数の反射用電極(41)が形成された分布反射型半導体レーザ(60、70)を含む波長走査型光源であって、
前記電流ブロックは、前記電極と前記反射用電極との間に電流が注入されていない状態で周囲部分とほぼ等しい屈折率を示し、該周囲部分より電流が流れにくくなる材質で形成され、且つ前記受動導波路層の導波方向に沿ってその間隔が徐々に変化するように形成されており、
前記電極と前記反射用電極との間に電流が注入された状態で、前記電流ブロックは、当該電流ブロックの電流規制作用により前記受動導波路層を横切る電流の密度を空間的に規則的に変化させて前記受動導波路層に屈折率が空間的に規則的に変化する領域を生じさせ、前記活性領域から入射された光が当該空間的規則性に従った波長でレーザ発振し、
前記複数の反射用電極に変調信号が重畳されたバイアス電流が各々に位相差を持って注入されることで当該バイアス電流が注入されている部分が空間的に連続的に移動し、前記発振波長が走査されることを特徴としている。
In order to achieve the above object, a wavelength scanning light source according to claim 1 of the present invention comprises:
An active region (51) including an active layer (25) above the semiconductor substrate (23), a passive waveguide layer (24) formed continuously with the active layer, and the vicinity of the passive waveguide layer A distributed reflection region (50) including a plurality of current blocks (31) regularly arranged in the waveguide direction of the passive waveguide layer is formed in the waveguide direction of the passive waveguide layer; A distributed reflection type semiconductor laser (60) in which an electrode (40) is formed below the semiconductor substrate, an excitation electrode (71) is formed above the active region, and a plurality of reflection electrodes (41) are formed above the distributed reflection region. 70) including a wavelength scanning light source,
The current block is formed of a material having a refractive index substantially equal to that of the surrounding portion in a state where no current is injected between the electrode and the reflecting electrode, and the current is less likely to flow from the surrounding portion, and It is formed so that the interval gradually changes along the waveguide direction of the passive waveguide layer,
In a state where current is injected between the electrode and the reflective electrode, the current block spatially and regularly changes the density of the current across the passive waveguide layer by the current regulating action of the current block. Causing the passive waveguide layer to have a region in which the refractive index changes spatially and regularly, and the light incident from the active region oscillates at a wavelength according to the spatial regularity,
A bias current in which a modulation signal is superimposed on each of the plurality of reflection electrodes is injected with a phase difference, so that the portion where the bias current is injected moves spatially and continuously, and the oscillation wavelength Are scanned.

前記目的を達成するために、本発明の請求項2の波長走査型光源は、
半導体基板(23)の上方に、活性層(25)を含む活性領域(51)と、前記活性層と連続して形成された受動導波路層(24)および前記受動導波路層の近傍で前記受動導波路層の導波方向に規則的に複数個配置された電流ブロック(31)を含む分布反射領域(50)とが、前記受動導波路層の導波方向に形成されており、また、前記半導体基板の下方に電極(40)、前記活性領域の上方に励起用電極(71)、前記分布反射領域の上方に複数の反射用電極(41)が形成されている分布反射型半導体レーザにして、
前記電流ブロックは、前記電極と前記反射用電極との間に電流が注入されていない状態で周囲部分とほぼ等しい屈折率を示し、該周囲部分より電流が流れにくくなる材質で形成され、且つ前記受動導波路層の導波方向に沿ってその間隔が徐々に変化するように形成されている前記分布反射型半導体レーザ(60、70)と、
前記複数の反射用電極にバイアス電流を注入する、前記複数の反射用電極毎に設けられた複数の電流駆動部(10)と、
前記バイアス電流を変調するための変調信号を生成し、当該変調信号を前記バイアス電流に重畳する変調信号印加部(11)と、
前記複数の反射用電極に注入する電流を変調してそれらの間に所定の位相差が生じるよう、前記複数の電流駆動部及び前記変調信号印加部を制御する制御部(12)とを備え、
前記電極と前記反射用電極との間に電流が注入された状態で、前記電流ブロックは、当該電流ブロックの電流規制作用により前記受動導波路層を横切る電流の密度を空間的に規則的に変化させて前記受動導波路層に屈折率が空間的に規則的に変化する領域を生じさせ、前記活性領域から入射された光が当該空間的規則性に従った波長でレーザ発振し、
前記複数の反射用電極に変調信号が印加されたバイアス電流が各々に位相差を持って注入されることで当該バイアス電流が注入されている部分が空間的に連続的に移動し、前記発振波長が走査されることを特徴としている。
In order to achieve the above object, the wavelength scanning light source according to claim 2 of the present invention comprises:
An active region (51) including an active layer (25) above the semiconductor substrate (23), a passive waveguide layer (24) formed continuously with the active layer, and the vicinity of the passive waveguide layer A distributed reflection region (50) including a plurality of current blocks (31) regularly arranged in the waveguide direction of the passive waveguide layer is formed in the waveguide direction of the passive waveguide layer; A distributed reflection type semiconductor laser in which an electrode (40) is formed below the semiconductor substrate, an excitation electrode (71) is formed above the active region, and a plurality of reflection electrodes (41) is formed above the distributed reflection region. And
The current block is formed of a material having a refractive index substantially equal to that of the surrounding portion in a state where no current is injected between the electrode and the reflecting electrode, and the current is less likely to flow from the surrounding portion, and The distributed reflection type semiconductor laser (60, 70) formed so that its interval gradually changes along the waveguide direction of the passive waveguide layer;
A plurality of current drivers (10) provided for each of the plurality of reflection electrodes, for injecting a bias current into the plurality of reflection electrodes;
A modulation signal applying unit (11) for generating a modulation signal for modulating the bias current and superimposing the modulation signal on the bias current;
A control unit (12) for controlling the plurality of current driving units and the modulation signal applying unit so as to modulate a current injected into the plurality of reflection electrodes and generate a predetermined phase difference therebetween;
In a state where current is injected between the electrode and the reflective electrode, the current block spatially and regularly changes the density of the current across the passive waveguide layer by the current regulating action of the current block. Causing the passive waveguide layer to have a region in which the refractive index changes spatially and regularly, and the light incident from the active region oscillates at a wavelength according to the spatial regularity,
The bias current applied with the modulation signal to the plurality of reflection electrodes is injected with a phase difference, so that the portion where the bias current is injected moves spatially and continuously, and the oscillation wavelength Are scanned.

前記目的を達成するために、本発明の請求項3の波長走査型光源は、請求項1〜2のいずれか1項に記載の波長走査型光源において、
前記電流ブロックは、前記受動導波路層の上下に設けられたn型クラッド層(23)またはp型クラッド層(22)の少なくともいずれか一方の内部に形成されていることを特徴としている。
In order to achieve the object, a wavelength scanning light source according to a third aspect of the present invention is the wavelength scanning light source according to any one of the first and second aspects,
The current block is formed in at least one of an n-type cladding layer (23) and a p-type cladding layer (22) provided above and below the passive waveguide layer.

前記目的を達成するために、本発明の請求項4の波長走査型光源は、請求項3に記載の波長走査型光源において、
前記電流ブロックは、周囲のクラッド層の導電型と反対の導電型を有していることを特徴としている。
In order to achieve the above object, a wavelength scanning light source according to claim 4 of the present invention is the wavelength scanning light source according to claim 3,
The current block has a conductivity type opposite to that of the surrounding cladding layer.

前記目的を達成するために、本発明の請求項5の波長走査型光源は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の波長走査型光源において、
前記電流ブロックは、高抵抗材料からなることを特徴としている。
In order to achieve the object, the wavelength scanning light source according to claim 5 of the present invention is the wavelength scanning light source according to any one of claims 1 to 3,
The current block is made of a high resistance material.

前記目的を達成するために、本発明の請求項6の波長走査型光源は、請求項1〜5のいずれか1項に記載の波長走査型光源において、
前記受動導波路層の幅が前記受動導波路層の導波方向に沿って変化するように形成されていることを特徴としている。
In order to achieve the object, a wavelength scanning light source according to a sixth aspect of the present invention is the wavelength scanning light source according to any one of the first to fifth aspects,
The width of the passive waveguide layer is formed so as to change along the waveguide direction of the passive waveguide layer.

前記目的を達成するために、本発明の請求項7の波長走査型光コヒーレンストモグラフィ装置は、
波長走査型光源と、前記波長走査型光源からの出力光をファイバカップラーを経由して各々受ける固定参照鏡および走査鏡と、前記固定参照鏡および前記走査鏡からの各々の戻り光を前記ファイバカップラーを経由して受ける光検知器と、前記光検知器からの信号を受けて処理する処理手段とを含む波長走査型光コヒーレンストモグラフィ装置において、
前記波長走査型光源が請求項1〜6のいずれか1項に記載の波長走査型光源であることを特徴としている。
In order to achieve the above object, a wavelength scanning optical coherence tomography apparatus according to claim 7 of the present invention includes:
A wavelength scanning light source, a fixed reference mirror and a scanning mirror that respectively receive output light from the wavelength scanning light source via a fiber coupler, and return light from the fixed reference mirror and the scanning mirror, respectively. In a wavelength scanning optical coherence tomography apparatus including a photodetector that receives the signal from the optical detector and a processing unit that receives and processes a signal from the photodetector,
The wavelength scanning light source is the wavelength scanning light source according to any one of claims 1 to 6.

このように、本発明の波長走査型光源は、分布反射型半導体レーザ、電流駆動部、変調信号印加部、および制御部で構成しており、基本構成は半導体発光素子のみであるので、装置(波長走査光源)に衝撃や振動が加わった場合にも、光学系部品の破損や走査波長に変化を生じてしまうことがなく、また装置自体の小型化も可能である。また、波長の走査は制御された分布反射型半導体レーザ単体で行うので、波長の走査速度を飛躍的に向上させることができる。具体的には10MHz以上の走査速度が実現可能である。さらに、部品点数が少ないので部品コスト及び製造コストを抑えることができ、低コストで製造することが可能である。   As described above, the wavelength scanning light source of the present invention includes the distributed reflection type semiconductor laser, the current driving unit, the modulation signal applying unit, and the control unit, and the basic configuration is only the semiconductor light emitting element. Even when an impact or vibration is applied to the wavelength scanning light source), the optical system component is not damaged or the scanning wavelength is not changed, and the apparatus itself can be downsized. Further, since the wavelength scanning is performed by the controlled distributed reflection type semiconductor laser alone, the wavelength scanning speed can be remarkably improved. Specifically, a scanning speed of 10 MHz or more can be realized. Furthermore, since the number of parts is small, the part cost and the manufacturing cost can be suppressed, and it is possible to manufacture at a low cost.

さらに、本発明の波長走査型光コヒーレンストモグラフィ装置では、上記した10MHz以上の走査速度を持つ波長走査型光源を採用しているので、被計測物体の計測時間を大幅に短縮することが可能である。   Furthermore, since the wavelength scanning optical coherence tomography apparatus of the present invention employs the wavelength scanning light source having a scanning speed of 10 MHz or more as described above, it is possible to significantly reduce the measurement time of the object to be measured. is there.

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

[第1実施形態]
図1〜図3は、実施形態の波長走査型光源1の構造を示している。この波長走査型光源1は、分布反射型半導体レーザ60と、分布反射型半導体レーザ60の個々の電極41にバイアス電流Iを注入する電流駆動部10と、バイアス電流を変調する変調信号を生成し、その変調信号をバイアス電流に重畳する変調信号印加部11と、電流駆動部10と変調信号印加部11とを制御する制御部12とから構成されている。なお、図2は分布反射型半導体レーザ60の平面図、図3は分布反射型半導体レーザ60の正面図を示している。
[First Embodiment]
1 to 3 show the structure of the wavelength scanning light source 1 of the embodiment. The wavelength scanning light source 1 generates a distributed reflection semiconductor laser 60, a current driver 10 that injects a bias current I into each electrode 41 of the distributed reflection semiconductor laser 60, and a modulation signal that modulates the bias current. The modulation signal applying unit 11 superimposes the modulation signal on the bias current, and the control unit 12 that controls the current driving unit 10 and the modulation signal applying unit 11. 2 is a plan view of the distributed reflection type semiconductor laser 60, and FIG. 3 is a front view of the distributed reflection type semiconductor laser 60. As shown in FIG.

分布反射型半導体レーザ60は、分布反射領域50と活性領域51とから構成されている。分布反射領域50は、n型インジウム・リン(n−InP)からなるn型基板23を有し、その上方に、一定幅の受動導波路層24、p型インジウム・リン(p−InP)からなるp型クラッド層22が順次形成されている。n型基板23の上層部は、p型クラッド層22ともに光の外部への漏れを防止するためのn型クラッド層として作用する。なお、n型基板23と受動導波路層24との間にn型インジウム・リン(n−InP)からなるn型クラッド層を別途設けてもよい。   The distributed reflection type semiconductor laser 60 is composed of a distributed reflection region 50 and an active region 51. The distributed reflection region 50 includes an n-type substrate 23 made of n-type indium phosphorus (n-InP), and a passive waveguide layer 24 having a constant width above the n-type substrate 23 and p-type indium phosphorus (p-InP). The p-type cladding layers 22 are sequentially formed. The upper layer portion of the n-type substrate 23 functions as an n-type clad layer for preventing leakage of light to the outside together with the p-type clad layer 22. Note that an n-type cladding layer made of n-type indium phosphorus (n-InP) may be separately provided between the n-type substrate 23 and the passive waveguide layer 24.

受動導波路層24は、例えばインジウムガリウム砒素リン(InGaAsP)により所定幅で連続するように形成され、光を伝搬する導波路をなすようにクラッド層よりもバンドギャップが小さく(屈折率が大きく)設定されている。   The passive waveguide layer 24 is formed, for example, by indium gallium arsenide phosphorus (InGaAsP) so as to be continuous with a predetermined width, and has a smaller band gap (higher refractive index) than the cladding layer so as to form a waveguide that propagates light. Is set.

p型クラッド層22の内部で受動導波路層24の近傍には、所定長さの電流ブロック31が受動導波路層24と交差する向きで受動導波路層24に沿って規則的に並んでいる。具体的には、幅一定の受動導波路層24に沿って並んだ電流ブロック31のピッチΛxが、活性領域51に向かうにしたがって徐々に広がる構造、すなわちチャープトグレーティング構造を成している。   Inside the p-type cladding layer 22, a current block 31 having a predetermined length is regularly arranged along the passive waveguide layer 24 in a direction intersecting the passive waveguide layer 24 in the vicinity of the passive waveguide layer 24. . Specifically, a pitch Λx of the current blocks 31 arranged along the passive waveguide layer 24 having a constant width gradually increases toward the active region 51, that is, a chirped grating structure.

活性領域51は、分布反射領域50のp型クラッド層22、n型基板23(n型クラッド層を含む)を一端側に延長し、その延長したp型クラッド層22とn型基板23との間に、光を放出するためのバンドギャップを有する活性層25を形成している。   The active region 51 extends the p-type cladding layer 22 and the n-type substrate 23 (including the n-type cladding layer) of the distributed reflection region 50 to one end side, and the extended p-type cladding layer 22 and the n-type substrate 23 An active layer 25 having a band gap for emitting light is formed therebetween.

電流ブロック31は、電流非注入状態で周囲の部分(この場合p型クラッド層22)とほぼ等しい屈折率を示し、電流注入状態で周囲の部分(この場合p型クラッド層22)より電流が流れにくく形成されている。例えば、p型クラッド層との間にpn接合を形成して電流を流れにくくするn−InPの材料や、あるいはFeドープのi−InPでp型クラッド層22より高い電気抵抗を示す材料により形成されている。   The current block 31 exhibits a refractive index substantially equal to that of the surrounding portion (in this case, the p-type cladding layer 22) in the current non-injection state, and current flows from the surrounding portion (in this case, the p-type cladding layer 22) in the current injection state. It is difficult to form. For example, a pn junction is formed between the p-type cladding layer and an n-InP material that makes it difficult for current to flow, or an Fe-doped i-InP material that has a higher electrical resistance than the p-type cladding layer 22. Has been.

分布反射領域50と活性領域51の下面側(n型基板23側)には、共通電極40(以下、単に電極と呼ぶ場合もある)がほぼ全面にわたって形成されている。なお、分布反射領域50と活性領域51とで別々の電極で構成してもよいことは言うまでもない。   On the lower surface side (n-type substrate 23 side) of the distributed reflection region 50 and the active region 51, a common electrode 40 (hereinafter sometimes simply referred to as an electrode) is formed over almost the entire surface. Needless to say, the distributed reflection region 50 and the active region 51 may be composed of separate electrodes.

分布反射領域50の上方には、電流ブロック31を共通電極40との間で挟み、間隔が異なる領域にそれぞれ独立に電流を注入できるように複数Nの反射用電極41〜41が一定間隔で配置されている。そして、活性領域51の上方には、励起用電極71が配置されている。 Above the distributed reflection region 50, a plurality of N reflection electrodes 41 1 to 41 N are arranged at regular intervals so that the current block 31 is sandwiched between the common electrodes 40 and currents can be injected independently into regions having different intervals. Is arranged in. An excitation electrode 71 is disposed above the active region 51.

上記構成の分布反射型半導体レーザ60で、共通電極40と反射用電極41〜41のいずれの間にも電流注入しない場合、受動導波路層24は一端側60aから活性領域に接する端24aまで屈折率がほぼ一定の導波路となる。 In the distributed reflection type semiconductor laser 60 having the above configuration, when no current is injected between any of the common electrode 40 and the reflection electrodes 41 1 to 41 N , the passive waveguide layer 24 is connected to the active region from one end side 60a. Thus, the waveguide has a substantially constant refractive index.

電流駆動部10〜10は、複数Nの反射用電極41〜41毎に構成され、それぞれの電極41〜41にバイアス電流I〜Iを注入する。 The current driving portions 10 1 to 10 N are configured in the reflective electrode 41 every 1 to 41 N of the plurality N, it injects a bias current I 1 ~I N to each of the electrodes 41 1 to 41 N.

変調信号印加部11は、電流駆動部10からのバイアス電流I〜Iを変調する変調信号を生成し、その変調信号をバイアス電流I〜Iに重畳する。変調周波数信号は、例えば正弦波信号とする。なお、変調周波数信号は正弦波信号に限定されるものではなく、三角波信号などの周期信号であってもよい。 Modulation signal applying unit 11 generates a modulation signal for modulating a bias current I 1 ~I N from the current driver 10 superimposes the modulated signal to the bias current I 1 ~I N. The modulation frequency signal is, for example, a sine wave signal. The modulation frequency signal is not limited to a sine wave signal, and may be a periodic signal such as a triangular wave signal.

制御部12は、反射用電極41〜41に流す電流を変調し、それらの間に適切な位相差を持たせて連続的な波長走査動作となるように、電流駆動部10と変調信号印加部11とを制御する。 The control unit 12 modulates the current flowing through the reflecting electrodes 41 1 to 41 N and gives a suitable phase difference between them, so that a continuous wavelength scanning operation is performed and the current driving unit 10 and the modulation signal. The application unit 11 is controlled.

ここで、図4、5を用いて上記構成の分布反射型半導体レーザ60の動作原理を説明する。図4は、分布反射領域50の一部を模式的に示したものであり、ここでは電流ブロック31のピッチをΛで等間隔としている。図4のように電極41、40の間に所定電流Iを注入すると、その電流のうち、p型クラッド層22から受動導波路層24へ向かう電流は、電流ブロック31の隙間に集中して流れることになる。 Here, the operation principle of the distributed reflection type semiconductor laser 60 having the above configuration will be described with reference to FIGS. Figure 4, which shows a part of the distributed reflection region 50 schematically here are equally spaced pitch of the current block 31 at lambda 1. When a predetermined current I X is injected between the electrodes 41 X and 40 as shown in FIG. 4, the current from the p-type cladding layer 22 toward the passive waveguide layer 24 is concentrated in the gap of the current block 31. Will flow.

したがって、受動導波路層24の電流ブロック31が設けられている部分では、図5のように、電流ブロック31の間隔Λに対応した間隔で電流密度が粗の部分と密の部分が交互に発生し、プラズマ効果によって電流密度が密の領域の屈折率が粗の領域の屈折率より小さくなる。 Therefore, in the portion where the current block 31 of the passive waveguide layer 24 is provided, as shown in FIG. 5, the portions having a coarse current density and the dense portions are alternately arranged at intervals corresponding to the interval Λ 1 of the current block 31. Due to the plasma effect, the refractive index of the dense region is smaller than the refractive index of the coarse region.

つまり、受動導波路層24内に屈折率が異なる領域が電流ブロック31の間隔Λで周期的に生じることになり、屈折率が変化する境界部から反射する光同士が強調し合うブラッグ反射の条件、
λ1=2nΛ(nは導波路の等価屈折率)
を満たす波長λ1で反射が起こる。
In other words, the region where the refractive index in the passive waveguide layer 24 are different becomes periodically occur that at intervals lambda 1 of the current block 31, the refractive index of the Bragg reflection of light between reflected from the boundary portion that changes mutually stressed conditions,
λ B 1 = 2n 1 Λ 1 (n 1 is the equivalent refractive index of the waveguide)
Reflection occurs at a wavelength λ B 1 that satisfies

そして、第1実施形態の分布反射型半導体レーザ60では、電流ブロック31はチャープトグレーティング構造を成しているので、分布反射領域50の共通電極40、反射用電極41〜41間に所定電流I〜Iを注入した場合には、受動導波路層24は電流が注入されている部分のブラッグ波長でレーザ発振が生じる状態となる。 In the distributed reflection type semiconductor laser 60 of the first embodiment, since the current block 31 has a chirped grating structure, a predetermined distance is provided between the common electrode 40 and the reflection electrodes 41 1 to 41 N in the distributed reflection region 50. When the currents I 1 to I N are injected, the passive waveguide layer 24 enters a state where laser oscillation occurs at the Bragg wavelength of the portion where the current is injected.

次に、このように構成された波長走査型光源1の動作を説明する。励起用電極71と共通電極40との間に所定電流Iを注入すると、活性層25で光が放出され、その一部が受動導波路層の端24aから受動導波路層24に入射する。 Next, the operation of the wavelength scanning light source 1 configured as described above will be described. When a predetermined current Id is injected between the excitation electrode 71 and the common electrode 40, light is emitted from the active layer 25, and a part of the light enters the passive waveguide layer 24 from the end 24a of the passive waveguide layer.

ここで、分布反射領域50の電流ブロック31の反射波長は、この放出光の帯域内にあるものとする。分布反射領域50では、各電極41〜41に変調信号が重畳されたバイアス電流I´〜I´が各々に位相差を持って注入される。そして、受動導波路層24に入射された光は素子端面60aと電流ブロック31との間で反射・増幅され、その一部が例えば素子端面60bから連続的な波長を有する光として出射される。 Here, it is assumed that the reflection wavelength of the current block 31 in the distributed reflection region 50 is within the band of the emitted light. In the distributed reflection region 50, bias currents I 1 ′ to I N ′ in which modulation signals are superimposed on the electrodes 41 1 to 41 N are injected with a phase difference. The light incident on the passive waveguide layer 24 is reflected and amplified between the element end face 60a and the current block 31, and a part of the light is emitted as light having a continuous wavelength from the element end face 60b, for example.

つまり、共通電極40と反射用電極41との間に電流が注入された状態で、電流ブロック31は、当該電流ブロック31の電流規制作用により受動導波路層24を横切る電流の密度を空間的に規則的に変化させて受動導波路層24に屈折率が空間的に規則的に変化する領域を生じさせる。そして、活性領域51から入射された光が当該空間的規則性に従ってブラッグ波長でレーザ発振する。複数の反射用電極41〜41に変調信号が印加されたバイアス電流I´〜I´が各々に位相差を持って注入されることで当該バイアス電流I´〜I´が注入されている部分が空間的に連続的に移動し、ブラッグ波長が走査される。なお、走査速度は10MHz以上となる。 That is, in a state where current is injected between the common electrode 40 and the reflection electrode 41, the current block 31 spatially changes the density of current crossing the passive waveguide layer 24 due to the current regulating action of the current block 31. A region where the refractive index is spatially regularly changed is generated in the passive waveguide layer 24 by changing regularly. The light incident from the active region 51 oscillates at a Bragg wavelength according to the spatial regularity. Bias currents I 1 ′ to I N ′ in which modulation signals are applied to the plurality of reflection electrodes 41 1 to 41 N are injected with a phase difference between the bias currents I 1 ′ to I N ′. The injected part moves continuously in space, and the Bragg wavelength is scanned. The scanning speed is 10 MHz or higher.

なお、上記の説明では、p型クラッド層22の内部にn型または高抵抗材の電流ブロック31を並べていたが、n型クラッド層(n型基板23のうちの受動導波路層24寄りの部分)にp型あるいは高抵抗材の電流ブロック31を並べて電流ブロック群30を形成してもよく、また、両クラッド層に電流ブロック31をピッチを合わせて並べてもよい。   In the above description, the n-type or high-resistance material current block 31 is arranged inside the p-type clad layer 22, but the n-type clad layer (the portion of the n-type substrate 23 near the passive waveguide layer 24). P-type or high-resistance material current blocks 31 may be arranged to form the current block group 30, or the current blocks 31 may be arranged on both cladding layers at the same pitch.

また、受動導波路層24の近傍でクラッド層との中間の屈折率を有する層を形成し、その内部に電流ブロック31を形成することもできる。   It is also possible to form a layer having a refractive index intermediate to that of the cladding layer in the vicinity of the passive waveguide layer 24 and to form the current block 31 therein.

次に、上記分布反射型半導体レーザ60の基本構造の製造方法を図6に基づいて説明する。   Next, a manufacturing method of the basic structure of the distributed reflection type semiconductor laser 60 will be described with reference to FIG.

先ず、図6の(a)に示すように、n型InP基板100上に、InGaAsPからなる下部光閉じ込め層101(以下、下部SCH層101と記す)、InGaAsPからなる活性層102、InGaAsPからなる上部光閉じ込め層103(以下、上部SCH層103と記す)を、有機金属気相成長法により成長させる(以下、これを単に「成長する」と記す)。   First, as shown in FIG. 6A, on an n-type InP substrate 100, a lower optical confinement layer 101 made of InGaAsP (hereinafter referred to as a lower SCH layer 101), an active layer 102 made of InGaAsP, and made of InGaAsP. Upper optical confinement layer 103 (hereinafter referred to as upper SCH layer 103) is grown by metal organic vapor phase epitaxy (hereinafter referred to simply as “grow”).

なお、SCH層101、103および活性層102は、さらに多層の内部構造を有することが一般的である。即ち、グレーデッドインデックスSCH構造や多重量子井戸活性層構造など、広く知られている構造が可能である。量子井戸層にはInGaAsPだけでなく、InGaAsを用いてもよいし、Alを含む層が含まれていてもよい。各層の組成は目的とする発振波長帯に合わせて、適宜設計可能である。またSCH層は必須でない。   Note that the SCH layers 101 and 103 and the active layer 102 generally have a multilayer internal structure. That is, widely known structures such as a graded index SCH structure and a multiple quantum well active layer structure are possible. The quantum well layer may use not only InGaAsP but also InGaAs or a layer containing Al. The composition of each layer can be appropriately designed in accordance with the target oscillation wavelength band. Further, the SCH layer is not essential.

次いで、表面にSiO膜104を形成した後、全面にフォトレジスト(以下、単にレジストと記す)を塗布し、活性領域となる部分にのみレジストが残るようにフォトリソグラフィ工程を行う。そして、反応性イオンエッチングなどのドライエッチング法あるいはフッ酸等によるウェットエッチング法を用いて露出したSiOを除去し、引き続き残ったSiO膜104をエッチングマスクとしてドライエッチング法あるいは硫酸などによるウェットエッチング法を用いて上部SCH層101、活性層102、下部CH層103を部分的に除去する。図6の(b)は、残留レジストまで除去した状態を示している。 Next, after a SiO 2 film 104 is formed on the surface, a photoresist (hereinafter simply referred to as a resist) is applied to the entire surface, and a photolithography process is performed so that the resist remains only in a portion that becomes an active region. Then, the exposed SiO 2 is removed by using a dry etching method such as reactive ion etching or a wet etching method such as hydrofluoric acid, and then using the remaining SiO 2 film 104 as an etching mask, wet etching using sulfuric acid or the like. The upper SCH layer 101, the active layer 102, and the lower CH layer 103 are partially removed using a method. FIG. 6B shows a state where even the residual resist has been removed.

この後、SiO膜104を成長阻害マスクとして、露出したInP基板100上にInGaAsPからなる受動導波路層105を成長し、SiO膜104をフッ酸により除去したのが図6の(c)の状態である。 Thereafter, using the SiO 2 film 104 as a growth inhibition mask, a passive waveguide layer 105 made of InGaAsP is grown on the exposed InP substrate 100, and the SiO 2 film 104 is removed by hydrofluoric acid, as shown in FIG. It is a state.

受動導波路層105のInGaAsPの組成は、活性層102の組成よりバンドギャップエネルギーを大きくする。例えば、波長1.55μmのレーザであれば、1.2〜1.45μmの範囲に設定する。   The composition of InGaAsP in the passive waveguide layer 105 makes the band gap energy larger than that of the active layer 102. For example, in the case of a laser having a wavelength of 1.55 μm, the range is set to 1.2 to 1.45 μm.

続けて、図6の(d)に示しているように、全面にp型InPスペーサ層106と、n型InPの電流ブロック層107を成長する。なお、スペーサ層106は、後にクラッド層を成長する際にクラッド層と一体化してその一部となる。   Subsequently, as shown in FIG. 6D, a p-type InP spacer layer 106 and an n-type InP current blocking layer 107 are grown on the entire surface. The spacer layer 106 is integrated with the clad layer and becomes a part thereof when the clad layer is grown later.

次に、全面にレジストを塗布した後、電子ビーム描画法あるいは干渉露光法によって分布反射領域(電流ブロック群)となる部分に回折格子状レジスト108を形成する。図6の(e)は、活性領域のレジストを全面除去した状態を表しているが、活性領域全面にレジストが残っていてもよい。   Next, after applying a resist to the entire surface, a diffraction grating resist 108 is formed in a portion that becomes a distributed reflection region (current block group) by an electron beam drawing method or an interference exposure method. FIG. 6E shows a state in which the resist in the active region is completely removed, but the resist may remain on the entire active region.

そして、飽和臭素水等を用いたエッチャントによってウェットエッチングを行い、電流ブロック31を回折格子状にエッチングする。n型InPとp型InPのエッチングレートの差は僅かなので、図6の(f)のようにエッチングがスペーサ層106の途中まで進んだところでエッチングを停止するように時間調整を行う。図6の(f)は、エッチング後にレジストを除去した状態を描いてある。なお、活性領域全面がレジストで覆われていた場合には、活性領域のp型InP、スペーサ層106は全くエッチングされないのは言うまでもない。   Then, wet etching is performed with an etchant using saturated bromine water or the like, and the current block 31 is etched into a diffraction grating shape. Since the difference between the etching rates of n-type InP and p-type InP is slight, time adjustment is performed so that the etching is stopped when the etching progresses partway through the spacer layer 106 as shown in FIG. FIG. 6F shows a state in which the resist is removed after etching. Needless to say, when the entire active region is covered with resist, the p-type InP and spacer layer 106 in the active region are not etched at all.

次いで、これらの全面を覆うようにp型InPクラッド層106′を成長する。前記スペーサ層106とクラッド層106′は同一組成のため、図6の(f)でも一体化して描いている。   Next, a p-type InP clad layer 106 'is grown so as to cover these entire surfaces. Since the spacer layer 106 and the clad layer 106 ′ have the same composition, they are also depicted integrally in FIG.

最後に、細かい工程は省略するが、フォトリソグラフィとエッチングによって全体をストライプ状のメサに成形し、メサの両側をp型InPおよびn型InPによるBH層110、111で埋め込み、全体の上面にp型InP上部クラッド層112、p型InGaAsコンタクト層113を成長して、結晶成長工程は完了する。   Finally, although the detailed steps are omitted, the whole is formed into a striped mesa by photolithography and etching, both sides of the mesa are embedded with BH layers 110 and 111 of p-type InP and n-type InP, and p is formed on the entire upper surface. The type InP upper cladding layer 112 and the p-type InGaAs contact layer 113 are grown to complete the crystal growth process.

引き続き、p型InGaAsコンタクト層113上にp側電極114を蒸着により形成するが、活性領域と分布反射領域とに別々の電流を流せるように電極は分離して形成する。   Subsequently, the p-side electrode 114 is formed on the p-type InGaAs contact layer 113 by vapor deposition, but the electrodes are formed separately so that different currents can flow in the active region and the distributed reflection region.

また、分離抵抗をより高めるために、分離部分のコンタクト層113をエッチングによって除去することが望ましい。n型InP基板100は、研磨によって100μm程度の厚さに削った後、n型電極115を形成する。こうして出来上がった構造の断面図と正面図とを、図6の(h)、(i)に示す。端面は劈開によって形成され、必要に応じて誘電体多層膜によるコーティングを施す。なお、分布反射領域の上方に形成するp側電極は実際には複数個で構成されるが、図6の(h)では図示を省略して1個のみとしている。   In order to further increase the isolation resistance, it is desirable to remove the contact layer 113 at the isolation portion by etching. The n-type InP substrate 100 is polished to a thickness of about 100 μm by polishing, and then an n-type electrode 115 is formed. A cross-sectional view and a front view of the resulting structure are shown in FIGS. 6 (h) and 6 (i). The end face is formed by cleaving, and is coated with a dielectric multilayer film as necessary. Note that a plurality of p-side electrodes formed above the distributed reflection region are actually configured, but in FIG. 6H, only one is omitted from the illustration.

なお、上記説明では、電流ブロック31をn型としていたが、Feドープ等による絶縁性InP(高抵抗材)であってもよい。   In the above description, the current block 31 is n-type, but may be an insulating InP (high resistance material) such as Fe-doped.

[第2実施形態]
次に、本発明の別の波長走査型光源を図7に基づいて説明する。なお、図7は第2実施形態の波長走査型光源の分布反射型半導体レーザ70のみを示している。制御部12、電流駆動部10、および変調信号印加部11の構成は第1実施形態と同様であり、図示を省略している。
[Second Embodiment]
Next, another wavelength scanning light source of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows only the distributed reflection type semiconductor laser 70 of the wavelength scanning light source of the second embodiment. The configurations of the control unit 12, the current driving unit 10, and the modulation signal applying unit 11 are the same as those in the first embodiment, and are not shown.

この第2実施形態の波長走査型光源における分布反射型半導体レーザ70では、電流ブロック31の間隔Λxを一方端70aに向かうにしたがって徐々に広がるようにした、チャープトグレーティング構造としている。さらに、受動導波路層24の幅が一方端70aに向かうにしたがって徐々に拡大するとともに、一方端70aに対して受動導波路層24が曲がって接する曲がり導波路構造としている。この受動導波路層幅を徐々に拡大する構造と曲がり導波路構造とによって、実効的なチャープトグレーティングを実現している。したがって、上記した電流ブロック31のチャープトグレーティング構造と合わさることで、より大きな波長走査幅を実現できる。また、受動導波路層24に対して素子端面60aが斜めになることで、不要光に対する端面反射率を低く抑え、より良好なスペクトラム特性を得ることができる。   The distributed reflection type semiconductor laser 70 in the wavelength scanning light source of the second embodiment has a chirped grating structure in which the interval Λx of the current blocks 31 is gradually increased toward the one end 70a. Further, the width of the passive waveguide layer 24 gradually increases toward the one end 70a, and a curved waveguide structure is formed in which the passive waveguide layer 24 is bent and in contact with the one end 70a. An effective chirped grating is realized by the structure of gradually increasing the passive waveguide layer width and the bent waveguide structure. Therefore, a larger wavelength scanning width can be realized by combining with the chirped grating structure of the current block 31 described above. In addition, since the element end face 60a is inclined with respect to the passive waveguide layer 24, the end face reflectivity with respect to unnecessary light can be suppressed to be low, and better spectrum characteristics can be obtained.

なお、電流ブロック31の間隔Λxが等間隔である場合において、受動導波路層24を、幅が徐々に拡大する直線導波路構造、あるいは幅が一定の曲がり導波路構造、としても、実効的なチャープトグレーティングを作り出すことができる。走査できる波長幅は上記実施形態に比べて小さくなるものの、本発明の波長可変型光源に適用が可能である。   In the case where the intervals Λx of the current blocks 31 are equal, the passive waveguide layer 24 can be effectively used as a straight waveguide structure whose width gradually increases or a curved waveguide structure whose width is constant. A chirped grating can be created. Although the wavelength width that can be scanned is smaller than that of the above-described embodiment, it can be applied to the wavelength-tunable light source of the present invention.

[第3実施形態]
次に、本発明の波長走査型光コヒーレンストモグラフィ装置について説明する。本発明の波長走査型光コヒーレンストモグラフィ装置の基本構成は、図8に示した従来の波長走査型光コヒーレンストモグラフィ装置と同一である。図8における波長走査型光源200に、第1及び第2実施形態で説明した本発明の波長走査型光源を適用したものである。
[Third Embodiment]
Next, the wavelength scanning optical coherence tomography apparatus of the present invention will be described. The basic configuration of the wavelength scanning optical coherence tomography apparatus of the present invention is the same as that of the conventional wavelength scanning optical coherence tomography apparatus shown in FIG. The wavelength scanning light source 200 of the present invention described in the first and second embodiments is applied to the wavelength scanning light source 200 in FIG.

第1及び第2実施形態の波長走査型光源では、10MHz以上の走査速度を実現しているので、これを適用した本発明の波長走査型光コヒーレンストモグラフィ装置においては、被計測物体の計測時間を従来に比べて大幅に短縮することが可能である。   Since the wavelength scanning light source of the first and second embodiments achieves a scanning speed of 10 MHz or higher, the wavelength scanning optical coherence tomography apparatus of the present invention to which this is applied has a measurement time of an object to be measured. Can be significantly shortened compared to the prior art.

本発明の第1実施形態の波長走査光源Wavelength scanning light source of first embodiment of the present invention 本発明の第1実施形態の波長走査光源の分布反射型半導体レーザの平面図The top view of the distributed reflection type semiconductor laser of the wavelength scanning light source of 1st Embodiment of this invention 本発明の第1実施形態の波長走査光源の分布反射型半導体レーザの正面図The front view of the distributed reflection type semiconductor laser of the wavelength scanning light source of 1st Embodiment of this invention 実施形態の分布反射領域の動作説明図Operation explanatory diagram of distributed reflection area of embodiment 実施形態の分布反射領域の動作説明図Operation explanatory diagram of distributed reflection area of embodiment 実施形態の波長走査光源の分布反射型半導体レーザの製造方法を説明するための図The figure for demonstrating the manufacturing method of the distributed reflection type semiconductor laser of the wavelength scanning light source of embodiment 本発明の第2実施形態の波長走査光源の分布反射型半導体レーザの構造図Structure diagram of distributed reflection type semiconductor laser of wavelength scanning light source of second embodiment of the present invention 波長走査型光コヒーレンストモグラフィ装置の構成を示す図The figure which shows the structure of a wavelength scanning optical coherence tomography apparatus 従来の波長走査型光源の構成を示す図The figure which shows the structure of the conventional wavelength scanning type light source

符号の説明Explanation of symbols

1……波長走査型光源
10……電流駆動部
11……変調信号印加部
12……制御部
22……p型クラッド層
23……n型基板
24……受動導波路層
25……活性層
31……電流ブロック
40……共通電極
41〜41……反射電極
50……分布反射領域
51……活性領域
60,70……分布反射型半導体レーザ
71……励起用電極
80……波長走査型光コヒーレンストモグラフィ装置
81,83,85,92……光ファイバ
82……ファイバカップラー、
84……被計測物
86……固定参照鏡
87……レンズ
88……走査鏡
89,90,91……レンズ
93……光検知器
94……処理手段
95……表示手段
200……波長走査型光源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wavelength scanning light source 10 ... Current drive part 11 ... Modulation signal application part 12 ... Control part 22 ... p-type clad layer 23 ... n-type substrate 24 ... Passive waveguide layer 25 ... Active layer 31... Current block 40... Common electrode 41 1 to 41 N ... Reflective electrode 50... Distributed reflection region 51... Active region 60 and 70. Scanning optical coherence tomography apparatus 81, 83, 85, 92 ... optical fiber 82 ... fiber coupler,
84 …… Measurement object 86 …… Fixed reference mirror 87 …… Lens 88 …… Scanning mirrors 89, 90, 91 …… Lens 93 …… Photo detector 94 …… Processing means 95 …… Display means 200 …… Wavelength scanning Mold light source

Claims (7)

半導体基板(23)の上方に、活性層(25)を含む活性領域(51)と、前記活性層と連続して形成された受動導波路層(24)および前記受動導波路層の近傍で前記受動導波路層の導波方向に規則的に複数個配置された電流ブロック(31)を含む分布反射領域(50)とが、前記受動導波路層の導波方向に形成されており、また、前記半導体基板の下方に電極(40)、前記活性領域の上方に励起用電極(71)、前記分布反射領域の上方に複数の反射用電極(41)が形成された分布反射型半導体レーザ(60、70)を含む波長走査型光源であって、
前記電流ブロックは、前記電極と前記反射用電極との間に電流が注入されていない状態で周囲部分とほぼ等しい屈折率を示し、該周囲部分より電流が流れにくくなる材質で形成され、且つ前記受動導波路層の導波方向に沿ってその間隔が徐々に変化するように形成されており、
前記電極と前記反射用電極との間に電流が注入された状態で、前記電流ブロックは、当該電流ブロックの電流規制作用により前記受動導波路層を横切る電流の密度を空間的に規則的に変化させて前記受動導波路層に屈折率が空間的に規則的に変化する領域を生じさせ、前記活性領域から入射された光が当該空間的規則性に従った波長でレーザ発振し、
前記複数の反射用電極に変調信号が重畳されたバイアス電流が各々に位相差を持って注入されることで当該バイアス電流が注入されている部分が空間的に連続的に移動し、前記発振波長が走査されることを特徴とする波長走査型光源。
An active region (51) including an active layer (25) above the semiconductor substrate (23), a passive waveguide layer (24) formed continuously with the active layer, and the vicinity of the passive waveguide layer A distributed reflection region (50) including a plurality of current blocks (31) regularly arranged in the waveguide direction of the passive waveguide layer is formed in the waveguide direction of the passive waveguide layer; A distributed reflection type semiconductor laser (60) in which an electrode (40) is formed below the semiconductor substrate, an excitation electrode (71) is formed above the active region, and a plurality of reflection electrodes (41) are formed above the distributed reflection region. 70) including a wavelength scanning light source,
The current block is formed of a material having a refractive index substantially equal to that of the surrounding portion in a state where no current is injected between the electrode and the reflecting electrode, and the current is less likely to flow from the surrounding portion, and It is formed so that the interval gradually changes along the waveguide direction of the passive waveguide layer,
In a state where current is injected between the electrode and the reflective electrode, the current block spatially and regularly changes the density of the current across the passive waveguide layer by the current regulating action of the current block. Causing the passive waveguide layer to have a region in which the refractive index changes spatially and regularly, and the light incident from the active region oscillates at a wavelength according to the spatial regularity,
A bias current in which a modulation signal is superimposed on each of the plurality of reflection electrodes is injected with a phase difference, so that the portion where the bias current is injected moves spatially and continuously, and the oscillation wavelength A wavelength scanning type light source characterized by being scanned.
半導体基板(23)の上方に、活性層(25)を含む活性領域(51)と、前記活性層と連続して形成された受動導波路層(24)および前記受動導波路層の近傍で前記受動導波路層の導波方向に規則的に複数個配置された電流ブロック(31)を含む分布反射領域(50)とが、前記受動導波路層の導波方向に形成されており、また、前記半導体基板の下方に電極(40)、前記活性領域の上方に励起用電極(71)、前記分布反射領域の上方に複数の反射用電極(41)が形成されている分布反射型半導体レーザにして、
前記電流ブロックは、前記電極と前記反射用電極との間に電流が注入されていない状態で周囲部分とほぼ等しい屈折率を示し、該周囲部分より電流が流れにくくなる材質で形成され、且つ前記受動導波路層の導波方向に沿ってその間隔が徐々に変化するように形成されている前記分布反射型半導体レーザ(60、70)と、
前記複数の反射用電極にバイアス電流を注入する、前記複数の反射用電極毎に設けられた複数の電流駆動部(10)と、
前記バイアス電流を変調するための変調信号を生成し、当該変調信号を前記バイアス電流に重畳する変調信号印加部(11)と、
前記複数の反射用電極に注入する電流を変調してそれらの間に所定の位相差が生じるよう、前記複数の電流駆動部及び前記変調信号印加部を制御する制御部(12)とを備え、
前記電極と前記反射用電極との間に電流が注入された状態で、前記電流ブロックは、当該電流ブロックの電流規制作用により前記受動導波路層を横切る電流の密度を空間的に規則的に変化させて前記受動導波路層に屈折率が空間的に規則的に変化する領域を生じさせ、前記活性領域から入射された光が当該空間的規則性に従った波長でレーザ発振し、
前記複数の反射用電極に変調信号が印加されたバイアス電流が各々に位相差を持って注入されることで当該バイアス電流が注入されている部分が空間的に連続的に移動し、前記発振波長が走査されることを特徴とする波長走査型光源。
An active region (51) including an active layer (25) above the semiconductor substrate (23), a passive waveguide layer (24) formed continuously with the active layer, and the vicinity of the passive waveguide layer A distributed reflection region (50) including a plurality of current blocks (31) regularly arranged in the waveguide direction of the passive waveguide layer is formed in the waveguide direction of the passive waveguide layer; A distributed reflection type semiconductor laser in which an electrode (40) is formed below the semiconductor substrate, an excitation electrode (71) is formed above the active region, and a plurality of reflection electrodes (41) is formed above the distributed reflection region. And
The current block is formed of a material having a refractive index substantially equal to that of the surrounding portion in a state where no current is injected between the electrode and the reflecting electrode, and the current is less likely to flow from the surrounding portion, and The distributed reflection type semiconductor laser (60, 70) formed so that its interval gradually changes along the waveguide direction of the passive waveguide layer;
A plurality of current drivers (10) provided for each of the plurality of reflection electrodes, for injecting a bias current into the plurality of reflection electrodes;
A modulation signal applying unit (11) for generating a modulation signal for modulating the bias current and superimposing the modulation signal on the bias current;
A control unit (12) for controlling the plurality of current driving units and the modulation signal applying unit so as to modulate a current injected into the plurality of reflection electrodes and generate a predetermined phase difference therebetween;
In a state where current is injected between the electrode and the reflective electrode, the current block spatially and regularly changes the density of the current across the passive waveguide layer by the current regulating action of the current block. Causing the passive waveguide layer to have a region in which the refractive index changes spatially and regularly, and the light incident from the active region oscillates at a wavelength according to the spatial regularity,
The bias current applied with the modulation signal to the plurality of reflection electrodes is injected with a phase difference, so that the portion where the bias current is injected moves spatially and continuously, and the oscillation wavelength A wavelength scanning type light source characterized by being scanned.
前記電流ブロックは、前記受動導波路層の上下に設けられたn型クラッド層(23)またはp型クラッド層(22)の少なくともいずれか一方の内部に形成されていることを特徴とする請求項1〜2のいずれか1項に記載の波長走査型光源。   The current block is formed in at least one of an n-type cladding layer (23) and a p-type cladding layer (22) provided above and below the passive waveguide layer. The wavelength scanning light source of any one of 1-2. 前記電流ブロックは、周囲のクラッド層の導電型と反対の導電型を有していることを特徴とする請求項3に記載の波長走査型光源。   4. The wavelength scanning light source according to claim 3, wherein the current block has a conductivity type opposite to that of a surrounding clad layer. 前記電流ブロックは、高抵抗材料からなることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の波長走査型光源。   The wavelength scanning light source according to claim 1, wherein the current block is made of a high resistance material. 前記受動導波路層の幅が前記受動導波路層の導波方向に沿って変化するように形成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の波長走査型光源。   6. The wavelength scanning light source according to claim 1, wherein a width of the passive waveguide layer is formed so as to change along a waveguide direction of the passive waveguide layer. . 波長走査型光源と、前記波長走査型光源からの出力光をファイバカップラーを経由して各々受ける固定参照鏡および走査鏡と、前記固定参照鏡および前記走査鏡からの各々の戻り光を前記ファイバカップラーを経由して受ける光検知器と、前記光検知器からの信号を受けて処理する処理手段とを含む波長走査型光コヒーレンストモグラフィ装置において、
前記波長走査型光源が請求項1〜6のいずれか1項に記載の波長走査型光源であることを特徴とする波長走査型光コヒーレンストモグラフィ装置。
A wavelength scanning light source, a fixed reference mirror and a scanning mirror that respectively receive output light from the wavelength scanning light source via a fiber coupler, and return light from the fixed reference mirror and the scanning mirror, respectively. In a wavelength scanning optical coherence tomography apparatus including a photodetector that receives the signal from the optical detector and a processing unit that receives and processes a signal from the photodetector,
The wavelength scanning optical coherence tomography apparatus, wherein the wavelength scanning light source is the wavelength scanning light source according to any one of claims 1 to 6.
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