(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長可変光子源（２００）を提供する方法であって、
−  中実の素子であるなどの第１の素子（１０１）であって、第１のミラー（１０６）を備える第１の素子（１０１）を設けることと、
−  中実の素子であるなどの第２の素子（１０２）であって、第２のミラー（１０８）を備える第２の素子（１０２）を設けることと、
−  中実の素子であるなどの第３の素子（１０３）であって、光子放出体（１１０）を備える第３の素子（１０３）を設けることと、
−  前記第１の素子（１０１）および前記第２の素子（１０２）および前記第３の素子（１０３）を、互いに関して、
ｉ．前記第１のミラー（１０６）および前記第２のミラー（１０８）が、光学キャビティの少なくともの一部を画定するように、かつ、
ｉｉ．前記光子放出体（１１０）が、前記光学キャビティの内部に配置されるように配置することと、
−  少なくとも前記第１の素子（１０１）および前記第２の素子（１０２）および前記第３の素子（１０３）を、封止された容積である内部容積（２１４）を取り囲むコヒーレント構造でともに結合することと、
−  前記内部容積（２１４）に隣接した接合界面（２１２）であって、気密であり、第１の側で前記第１の素子（１０１）に当接し、かつ、第２の側で前記第３の素子（１０３）に当接する接合界面（２１２）を形成することとを含み、
前記接合界面（２１２）を形成することが、直接接合によって前記接合界面を形成することを含み、
前記封止された内部容積が、１０年当たり１０ｍｂａｒに相当するよりも少ない漏れ量を有し、かつ／または前記封止された内部容積が、１大気差圧にて１×１０−２０ｃｃガス／秒以下の漏れ量を有し、
前記第１のミラー（１０６）が、前記内部容積（２１４）の内部で移動できるように、前記第１のミラー（１０６）が前記内部容積（２１４）に配置され、前記内部容積の少なくとも一部分が、前記第１のミラーの、前記光学キャビティに面する側に配置され、前記内部容積の少なくとも一部分、例えば、前記内部容積の別の一部分が、前記第１のミラーの反対側、例えば、前記第１のミラーの、前記光学キャビティに面する側の反対側である、前記第１のミラーの側に配置され、前記方法が、
−  前記第１のミラー（１０６）を、前記内部容積（２１４）の内部で移動させることを可能にするための手段（４１８Ｃ、４１８Ｄ）を設けること
をさらに含む、方法。
【請求項２】
前記接合界面（２１２）を形成する前記ステップの前に、大気圧を上回るか、または下回る圧力を供給するステップを先行させ、これにより、前記接合界面を形成する前記ステップの後に、前記内部容積（２１４）内の対応する圧力が前記大気圧を上回るか、または下回るようにする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法であって、前記内部容積の境界を定める前記第３の素子（１０３）の表面の少なくとも一部分に、反射防止コーティング（４２６）を配置することを含む、方法。
【請求項４】
−  第１のミラー（１０６）を備える第１の素子（１０１）と、
−  第２のミラー（１０８）を備える第２の素子（１０２）と、
−  光子放出体（１１０）を備える第３の素子（１０３）と
を備える波長可変光子源（２００）であって、
前記第１の素子（１０１）および前記第２の素子（１０２）および前記第３の素子（１０３）が互いに関して、
ｉ．前記第１のミラー（１０６）および前記第２のミラー（１０８）が、光学キャビティの少なくともの一部を画定するように、かつ、
ｉｉ．前記光子放出体（１１０）が、前記光学キャビティの内部に配置されるように配置され、
少なくとも前記第１の素子（１０１）および前記第２の素子（１０２）および前記第３の素子（１０３）が、封止された容積である内部容積（２１４）を取り囲むコヒーレント構造でともに結合され、
前記コヒーレント構造が、前記内部容積（２１４）に隣接した接合界面（２１２）であって、気密であり、第１の側で前記第１の素子（１０１）に当接し、かつ、第２の側で前記第３の素子（１０３）に当接する接合界面（２１２）を備え、
前記接合界面（２１２）が、直接接合されており、
前記封止された内部容積が、１０年当たり１０ｍｂａｒに相当するよりも少ない漏れ量を有し、かつ／または前記封止された内部容積が、１大気差圧にて１×１０−２０ｃｃガス／秒以下の漏れ量を有し、
前記第１のミラー（１０６）が、前記内部容積（２１４）の内部で移動できるように、前記第１のミラー（１０６）が前記内部容積（２１４）に配置され、前記内部容積の少なくとも一部分が、前記第１のミラーの、前記光学キャビティに面する側に配置され、前記内部容積の少なくとも一部分、例えば、前記内部容積の別の一部分が、前記第１のミラーの反対側、例えば、前記第１のミラーの、前記光学キャビティに面する側の反対側である、前記第１のミラーの側に配置され、前記波長可変光子源（２００）が、前記第１のミラーを、前記内部容積の内部で移動させることを可能にするための手段（４１８Ｃ、４１８Ｄ）をさらに備える、波長可変光子源（２００）。
【請求項５】
前記第１のミラー（１０６）を前記内部容積（２１４）の内部で移動させることを可能にするための前記手段（４１８Ｃ、４１８Ｄ）が電極（４１８Ｃ、４１８Ｄ）を備え、前記第１のミラー（１０６）と前記電極との間の電界を維持し、これにより、前記第１のミラーを移動させる、請求項４に記載の波長可変光子源（２００）。
【請求項６】
前記光子放出体が、レーザー利得媒質であり、前記波長可変光子源が、レーザー光を放出できるようになっている、請求項４〜５のいずれか一項に記載の波長可変光子源（２００）。
【請求項７】
基準波長ラムダで光子を放出するようになっている請求項４〜６のいずれか一項に記載の波長可変光子源（２００）であって、前記第１のミラー（１０６）と前記第２のミラー（１０８）との間の光路長（ＯＰＬ）が、ラムダの５倍（５×λ０）未満であり、かつ／または前記第１のミラー（１０６）と、対向する中実の素子との間の前記内部容積（２１４）内の前記光学キャビティの光路に沿った距離が、ラムダの１．０倍（１．０×λ０）未満である、波長可変光子源（２００）。
【請求項８】
基準波長ラムダで光子を放出するようになっている請求項４〜７のいずれか一項に記載の波長可変光子源（２００）であって、前記接合界面によって境界が定められた領域が、前記基準波長の二乗（ラムダ２）の５０００倍未満である、波長可変光子源（２００）。
【請求項９】
基準波長に対する可変範囲が５％を上回る、請求項４〜８のいずれか一項に記載の波長可変光子源（２００）。
【請求項１０】
前記第１のミラー（１０６）を、前記内部容積（２１４）の内部で移動させることを可能にするための前記手段（４１８Ｂ、４１８Ｃ、４１８Ｄ）が、
ｉ．電極（４１８Ｃ、４１８Ｄ）であって、前記第１のミラー（１０６）と前記電極との間の電界を維持し、これにより、前記第１のミラーを移動させ、前記電界が、前記第２のミラー（１０８）から遠ざかる方向に前記第１のミラー（１０６）を移動させるようになっている、電極（４１８Ｃ、４１８Ｄ）と、
ｉｉ．電極（４１８Ｂ、４１８Ｃ）であって、前記第１のミラー（１０６）と前記電極との間の電界を維持し、これにより、前記第１のミラーを移動させ、前記電界が、前記第２のミラー（１０８）に向かう方向に前記第１のミラー（１０６）を移動させるようになっている、電極（４１８Ｂ、４１８Ｃ）と
を備える、請求項５〜９のいずれか一項に記載の波長可変光子源（２００）。
【請求項１１】
前記内部容積内の圧力が、大気圧を上回るか、または下回る、請求項４〜１０のいずれか一項に記載の波長可変光子源（２００）。
【請求項１２】
光子を生成するために使用される、請求項４〜１１のいずれか一項に記載の波長可変光子源（２００）。
【請求項１３】
光コヒーレンス断層撮影法（ＯＣＴ）のために使用される、請求項１２に記載の波長可変光子源（２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光子源に関し、より具体的には、本発明は、波長可変光子源に関する。
【背景技術】
【０００２】
波長可変光子源は、放出された波長が調節可能であることが有利であり得る多くの用途に適用することができる。
【０００３】
参考文献“Ｈｉｇｈ  ｓｐｅｅｄ  ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙ  ｔｕｎａｂｌｅ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ  ｗｉｔｈ  Ｓｉ−ＭＥＭＳ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”，ＫＡＮＢＡＲＡ  Ｎｏｂｕｈｉｋｏ  ｅｔ．  ａｌ．，Ｙｏｋｏｇａｗａ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｒｅｐｏｒｔ  Ｅｎｇｌｉｓｈ  Ｅｄｉｔｉｏｎ  Ｎｏ．４７（２００９）は、可変面発光レーザーについて記述している。このレーザーは、一方の側の誘電体ミラーがない半ＶＣＳＥＬ（垂直共振器面発光レーザー）チップと、凹面形状のミラーを有する、マイクロマシン技術を用いて作製したＳＯＩ（絶縁体上シリコン）基板とから構成されている。これらの２つのチップは、高精度な金属熱圧着法を用いて、ともに接合されている。ミラーを有するシリコンメンブレンと、シリコン基板との間に可変電圧を印加することにより、高速に、広い波長範囲のチューニングが達成される。プロトタイプでは、５００ｋＨｚ超の高性能の波長変調、５５ｎｍの広い可変波長範囲がモードホップなしで得られ、また、６０ｄＢ超のサイドモード抑圧比が得られている。
【０００４】
可変光子源が改良されれば有利であろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、改良された波長可変光子源を提供する方法を提供することであると考えられ得る。本発明のさらなる目的は、従来技術に代わる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
したがって、上述の目的および他のいくつかの目的は、波長可変光子源を提供する方法であって、
−  中実の素子であるなどの第１の素子であって、第１のミラーを備える第１の素子を設けるステップと、
−  中実の素子であるなどの第２の素子であって、第２のミラーを備える第２の素子を設けるステップと、
−  中実の素子であるなどの第３の素子であって、光子放出体を備える第３の素子を設けるステップと、
−  第１の素子および第２の素子および第３の素子を、互いに関して、
ｉ．第１のミラーおよび第２のミラーが、光学キャビティの少なくとも一部を画定するように、かつ、
ｉｉ．光子放出体が、光学キャビティの内部に配置されるように配置するステップと、
−  例えば、物理的接合および／または化学的接合などによる接合および／または堆積によって、少なくとも第１の素子および第２の素子および第３の素子を、例えば、物理力および／または化学力によって一体に保持されたコヒーレント構造、例えば、空気および／または液体が出入りできないように封止されるなどの内部容積、例えば、非中実の内部容積などの密閉して封止された内部容積を取り囲む、剛性を有しかつコヒーレントな構造でともに結合するステップと、
−  内部容積に隣接した接合界面であって、気密であり、第１の側で第１の素子に当接し、かつ、第２の側で第３の素子に当接する接合界面を形成するステップと
を含み、
第１のミラーが、例えば、第２のミラーに対して移動するように、内部容積の内部で移動できるように、第１のミラーが内部容積に配置され、方法が、
−  第１のミラーを、内部容積の内部で移動させることを可能にするための手段、例えば、第１のミラーに電気的にアクセスするための手段、第１のミラーを静電気によって移動させるための手段、光学キャビティのキャビティ長を変えることが可能であるように第１のミラーを移動させるための手段を設けるステップ
をさらに含む、方法を提供することにより、本発明の第１の態様において達成することができる。
【０００７】
この方法は、内部容積が封止された波長可変光子源を得る比較的単純な方法を提供するため、本発明は、そのような波長可変光子源を得るのに特に有利であるが、これに限定されるものではない。内部容積が封止されていることは、有利であると見なすことができる。なぜなら、大気の調整（圧力および流体組成など）が可能になることで、さらには、（移動の振幅を大きくするためにＱ値を増大させたり、またはリンギングを回避するためにＱ値を減少させたりなど）第１のミラーのＱ値を向上させることが可能になるからである。さらに、内部容積が封止されることにより、汚染物質が内部容積の中に入れないため、光子源の安定性、および／または汚染に対する耐性を強化することが可能である。この方法は、第１の素子、第２の素子および第３の素子を、第１の素子が第１のミラーおよび内部容積に対する境界壁としての２重の機能を果たすとともに、第２の素子および／または第３の素子が同様に、それぞれ第２のミラー／光子放出体および内部容積に対する境界壁としての２重の機能を果たすように組み合わせる単純であるが有効な方法を提供する。
【０００８】
本発明は、記述されるように素子をともに接合することで、第１のミラーが移動可能な封止された内部容積を十分実現し得る、という見識に基づくと考えられる。「第１のミラーが移動可能な」および／または「第１のミラーが内部容積の内部で移動できるように」と言う場合、それは一般に、例えば、第１のミラーが第１の容積の内部で移動可能に吊り下げられたり、第１の容積の外部の構造的特徴部を動かす必要なしに、第１のミラーが第１の容積の内部で移動可能であったり、第１のミラーが内部容積と境界を接する外壁と一緒に移動するという制限がないなど、第１のミラーが、第１の容積の内部で移動できると理解されるべきであることに留意されたい。第１のミラーが第１の容積の内部で移動できるように、第１のミラーを設けることの利点は、第１のミラーの機械的性質が、例えば、第１の容積内の気体の圧力などの流体組成を制御することにより直接制御されるなど、制御可能であることであると考えられる。第１のミラーが第１の容積の内部で移動できるように、第１のミラーを設けることの利点は、第１のミラーの機械的性質が、大気条件などの内部容積の外部の流体の圧力によって影響を受けないことであると考えられる。
【０００９】
「波長可変光子源」とは、光子の波長が制御可能に調節され得る光子の源であると理解される。
【００１０】
「第１の素子」とは、第１のミラーを備える構造的素子であると理解してもよい。
【００１１】
「第１のミラー」とは、光学キャビティにおけるミラー表面を画定することが可能なミラーであると理解してもよい。第１のミラーは、例えば、光学キャビティの光路長を変えるように移動するなど、第２のミラーに対して移動できると理解される。例えば、第１のミラーが微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）構造であるなど、第１のミラーは、ＭＥＭＳ構造の少なくとも一部であり、前記ＭＥＭＳ構造が、例えば第２のミラーに対して移動するなど、内部容積の内部で移動できるように、前記ＭＥＭＳ構造が内部容積に配置されてもよいことが理解され得る。前記ＭＥＭＳ構造は、内部容積内に配置され、内部容積の少なくとも一部分が、前記ＭＥＭＳ構造の、光学キャビティに面する側に配置され、内部容積の少なくとも一部分、例えば、内部容積の別の一部分が、ＭＥＭＳ構造の反対側、例えば、前記ＭＥＭＳ構造の、光学キャビティに面する側の反対の位置にある、前記ＭＥＭＳ構造の側に配置されることが理解され得る。
【００１２】
特定の実施形態では、第１の素子が、高屈折率差サブ波長格子（ＨＣＧ）型の予めパターニングされた絶縁体上シリコン（Ｓ０Ｉ）基板によって形成され、例えば、参照によりその内容全体が本明細書に組み込まれる国際公開第２０１２／０１４９４９７Ａ２号パンフレットに記述されるような、下部ミラー反射器としてスペーサ層間に設けられたＨＣＧなどの、埋め込まれたＨＣＧを備えてもよい。
【００１３】
「第２の素子」とは、第２のミラーを備える構造的素子であると理解してもよい。
【００１４】
「第２のミラー」とは、光学キャビティにおけるミラー表面を画定することが可能なミラーであると理解してもよい。いくつかの実施形態では、例えば、第２のミラーから構成されるなどした、第２の素子が実質的に具体化されてもよい。この第２の素子は、例えば、第３の素子の上に置かれるなどした、別の素子の上に置かれた、第２のミラーであるなどの２番目の第２の素子である。
【００１５】
例示的な実施形態では、第１のミラーおよび／または第２のミラーのいずれか１つが、分布ブラッグ反射器またはＨＣＧを備えてもよい。他の実施形態では、ミラーおよび／または第２のミラーが、金属ミラーおよび／または、参照により内容全体が本明細書に含まれる、“Ｆｉｒｓｔ  ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｈｉｇｈｌｙ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  ａｎｄ  ｈｉｇｈｌｙ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  ｇｒａｔｉｎｇｓ（ＧＩＲＯ−ｇｒａｔｉｎｇｓ）ｆｏｒ  ｌｏｎｇ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ＶＣＳＥＬｓ”，Ｇｏｅｍａｎ  Ｓ．，ｅｔ．  ａｌ．，Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，ＩＥＥＥ（Ｖｏｌｕｍｅ：１０，Ｉｓｓｕｅ：９），Ｓｅｐｔ．１９９８，Ｐａｇｅ（ｓ）：１２０５−１２０７に記述されるような、高い反射率と高い偏向選択性を有する回析格子（ＧＩＲＯ−ｇｒａｔｉｎｇｓ）のいずれか１つを備えてもよい。種々のタイプのミラーの組み合わせが、本発明に包含され得る。
【００１６】
特定の実施形態では、第２の素子が、参照により内容全体が本明細書に組み入まれる国際公開第２０１２／０１４９４９７Ａ２号パンフレットに記述されるような、上部ミラー（すなわち第２のミラー）反射器と、前記上部ミラー反射器の真下の活性領域（すなわち光子放出体）とを有する半ＶＣＳＥＬレーザーヘテロ構造で第３の素子と一体化されてもよい。
【００１７】
「第３の素子」とは、光子放出体を備える構造的素子であると理解してもよい。「光子放出体」とは、例えば、光子または電子を受けて光子を放出することが可能であるなど、光子を放出することが可能な要素であると理解してもよい。例示的な光子放出体は、一般に、（レーザー利得媒質など）光利得媒質を含んでもよい。いくつかの実施形態では、光子放出体が、１つまたは複数の量子井戸、量子細線または量子ドットを含んでもよい。特定の実施形態では、光子放出体が、半導体材料、例えば、バルク状の半導体、または１つもしくは複数の量子井戸、量子細線もしくは量子ドット形態の半導体を備える。「第３の素子」は、例えば、エピタキシャルウェーハ工場から調達可能なＩＩＩ−Ｖ族半導体エピタキシャルウェーハを、商業的供給業者から購入してもよい。
【００１８】
「光学キャビティ」は、当技術分野において公知であり、光波用の定常波キャビティ共振器を形成するミラーの配置を表すと理解されたい。
【００１９】
「光子放出体が、光学キャビティの内部に配置される」とは（例えば、光子放出体が光学キャビティの内部に配置されるステップを含む方法などという場合）、例えば、直接キャビティモードへと放出されるなど、光子が直接キャビティに放出され得るように、光子放出体が配置されることであると理解される。キャビティの内部に光子放出体が配置されることによって、キャビティに入る光子の損失が生じる可能性が排除される。さらに、光子放出体が活性レーザー媒質である場合には、レーザー（ＬＡＳＥＲ）が設けられてもよい。
【００２０】
「接合」とは、２つの表面を、例えば、化学的接合および／または物理的接合などの、化学力および／または物理力によって恒久的かつ／または不可逆的に結合するなどの結合方法であると理解される。接合、例えば、恒久的な接合は、融着、接着、熱圧着、または共晶接合などの任意の１つの方法を用いて達成することができる。
【００２１】
「融着」は、当技術分野において公知であり、第１の素子および第２の素子の、（平面性および平滑性にすぐれた）２つの表面をプレス処理することにより達成されるが、一般的には、任意の２つの素子をともに接合させて化学的接触を形成することであると理解されたい。接合強度は、高温でアニール処理されることにより増大させることができる。
【００２２】
「接着」は、当技術分野において公知であり、スプレーを使用するか、またはポリマー、例えば、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）を、第１の素子と第２の素子との間の中間層としてスピンコーティングすることにより達成され得るが、一般的には、任意の２つの素子を接合させることであると理解されたい。第１の素子および第２の素子を、または一般的には接合されるべき任意の２つの素子を、ともにプレス処理した後に、ポリマーを硬化させる。
【００２３】
「熱圧着」は、当技術分野において公知であり、第１の素子および第２の素子上で、または一般的には、接合されるべき任意の２つの素子上で、金属薄膜（例えば、ＡｕまたはＡｕＳｎ）をパターニングして、高温下でそれらを一体化させることにより達成され得ると理解されたい。
【００２４】
「共晶接合」は、当技術分野において公知であり、第１の素子もしくは第２の素子上で、または一般的には、接合されるべき任意の２つの素子上で、例えば、Ａｕなどの金属薄膜をパターニングして、高温でそれらをともに結合させることにより達成され得ると理解されたい。
【００２５】
（素子をともに）「結合させる」とは、それらを互いに付着させることであると理解してもよい。一実施形態では、結合させるステップが、１つまたは複数の接合するステップを含む。一実施形態では、結合させるステップが、例えば、第２のミラー（この場合には、第２のミラーは第２の素子であってもよい）を、第３の素子の上に堆積させるなどの１つまたは複数の堆積させるステップを含む。
【００２６】
「コヒーレント構造」とは、例えば、結合された素子からなる剛性構造など、結合された素子からなる構造を形成するように、互いに結合されている１つまたは複数の素子を備える構造であると理解される。一実施形態では、コヒーレント構造が、物理的接合および／または化学的接合によって一体に保持されている。
【００２７】
「封止された容積」とは、例えば、空気などの気体および／または液体が、封止された容積に進入することができないように、例えば、実際の状況で封止された容積に進入することができないように封止されるなど、実用目的で周囲の容積に対して封止されているなどの封止された容積であると理解される。しかしながら、「封止された容積」は、必ずしも封止が無限に良好であることを示唆するものではないこともまた理解されたい。ゼロではない何らかの漏れがあり得る。一実施形態では、封止された内部容積の漏れ量が、（標準大気条件で配置されている場合に）１０年当たり１０ｍｂａｒに相当する漏れ量よりも低く、例えば１０年当たり１ｍｂａｒ未満、１０年当たり０．１ｍｂａｒ未満などである。別の実施形態では、封止された内部容積の漏れ量が、１大気差圧にて１×１０−２０ｃｃガス／秒以下であり（ここではｃｃは、立方センチメートルを指す）、例えば１大気差圧にて５×１０−２１ｃｃガス／秒以下、１大気差圧にて１×１０−２１ｃｃガス／秒以下、１大気差圧にて５×１０−２２ｃｃガス／秒以下、１大気差圧にて１×１０−２２ｃｃガス／秒以下などである。
【００２８】
「内部容積」は、「封止された内部容積」であり、「封止された容積」および「内部容積」を、互換的に使用してもよいと理解される。波長可変光子源（例えば第１の素子および／または第３の素子、例えば第１の素子、第２の素子および／または第３の素子など）は、構造的に安定しており、例えば、周囲圧力の変化に対して剛性を有することにより、例えば大気圧の変化など、周囲圧力の変化などの実際の状況の著しい変化において、封止された容積の数量的な容積が変化しないようになっていると理解してもよい。
【００２９】
「内部容積」は、第１の素子および／または第３の素子の中に非貫通孔、例えば、最終構造において内部容積の少なくとも一部に相当する非貫通孔を有することにより設けられてもよい。内部容積は、基準波長の三乗（ラムダ３）の５０００倍未満、すなわち、５０００×λ０３未満に定量的に相当し、例えば、基準波長の三乗の２５００倍未満、基準波長の三乗の１０００倍未満、基準波長の三乗の５００倍未満、基準波長の三乗の２５０倍未満、基準波長の三乗の１１０倍未満、基準波長の三乗の１００倍未満、基準波長の三乗の５０倍未満、基準波長の三乗の１０倍未満などに相当してもよい。容積がこのように相対的に小さいことの利点は、全体の、例えば、外形寸法の小型化が可能になるということであり得る。
【００３０】
「密閉して封止された」は、当技術分野において公知であり、例えば、流体に対して不浸透性であり、気体または液体などの流体が密閉して封止された容積に出入りできないなど、実質的に不浸透性の封止として理解してもよい。
【００３１】
「非中実の内部容積」とは、例えば、内部容積が気体、液体などの流体を含んでいるなどして、内部容積が中実ではないことであると理解してもよい。
【００３２】
「接合界面を形成する」とは、接合によって２つの素子をともに結合することにより、それらの接合された面が界面を形成することであると理解してもよい。「接合界面」とは、ともに接合される２つの素子間の界面であると理解される。本発明は、接合界面が、２つの素子の材料に加えて、２つの素子を接続する材料などの追加の材料を備えることを包含し、また、接合界面が材料を備えず、例えば２つの素子がともに直接接合されていることを包含する。「内部容積に隣接した」とは、接合界面が、内部容積の隣りに、かつ／または、例えば内部容積を包囲するなど、物理的に接触して配置されていると理解される。
【００３３】
「気密」とは、気体が、通り抜けることができないことであると理解してもよい。例えば、気密界面が、封止された容積を包囲してもよい。上述の「封止された容積」との類似において、「気密」は、例えば、気密接合界面が、無限に気密であることを必ずしも示唆するものではないと理解される。本明細書に関連する「気密」によって、上述したような「封止された容積」の形成が可能になり、例えば、上述したような封止された容積が、「気密」界面によって包囲され得ると理解してもよい。
【００３４】
「当接する」とは、例えば、物理的接触をしているなど、隣接していることであると理解してもよい。
【００３５】
「第１のミラーを内部容積の内部で移動させることを可能にするための手段」とは、静電駆動用に設けられた電極への電気的接続、（第１のミラーを機械的に作動させるために圧電性素子を設けてもよい場合には）圧電素子への電気的接続、または抵抗加熱によって第１のミラーを加熱することが可能な抵抗性バイモルフ素子への電気的接続などの、熱応動を可能にする電気的接続であると理解してもよい。
【００３６】
別の実施形態では、接合界面を形成するステップが、直接接合によって接合界面を形成するステップを含む、方法が提供される。「直接接合」とは、シリコン系の基板および／または化合物半導体系の基板が、例えば溶融などの直接接合によって、互いにその表面がともに接合されることであると理解してもよい。「直接接合」とは、融着、シリコンと酸化物の接合、酸化物と酸化物の接合のいずれか１つであると理解してもまたよい。この実施形態の利点は、素子間の距離に影響を及ぼしたり距離を増加させたりする中間層がないため、素子間の距離にわたって良好に制御された接合界面を形成し得ることであり、さらに、素子間の距離を最小限にとどめられることであり得る。その結果、光学キャビティ長を明確に画定し、かつ／または相対的に短くすることができる。直接接合のための試料を準備するために、化学−機械的研磨法（ＣＭＰ）などの方法を用いて、下に直接接合される表面の表面粗さを低減することが可能であり、例えば１ｎｍ未満、０．５ｎｍ未満まで表面粗さを低減することが可能であると理解してもよい。例えば、溶融などの直接接合によって、互いにその表面がとも接合されるシリコン系の基板および／または化合物半導体系の基板が、かなりの圧力、電界、および／または中間層の補助を一切必要とせずに、接触可能であることは、有利であると考えられる。なお、直接接合は、参考文献“３Ｄ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  ＶＬＳＩ  Ｓｙｓｔｅｍｓ”，Ｅｄｉｔｅｄ  ｂｙ  Ｃｈｕａｎ  Ｓｅｎｇ  Ｔａｎ，Ｋｕａｎ−Ｎｅｎｇ  Ｃｈｅｎ  ａｎｄ  Ｓｔｅｖｅｎ  Ｊ．Ｋｏｅｓｔｅｒ，ｂｙ  Ｐａｎ  Ｓｔａｎｆｏｒｄ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ｐｔｅ．Ｌｔｄ（２０１２）に記述されていることに留意されたい。
【００３７】
別の実施形態では、接合界面を形成するステップの前に、標準大気圧などの大気圧を上回るか、または下回る圧力を供給するステップ、あるいは大気とは異なる流体組成を供給するステップを先行させ、これにより、接合界面を形成するステップの後に、内部容積内の対応する圧力が大気圧を上回るか、または下回るようにし、かつ／あるいは内部容積内の流体組成が、標準大気圧における大気とは実質的に異なる流体組成、例えば、圧力が標準大気圧を上回るか、または下回る気体であるようにする方法が提供される。この実施形態の利点は、低圧により第１のミラーが、例えば、高いＱ値を有する第２のミラーなど、減衰を小さくして移動しやすくするということであり得る。この実施形態の利点は、高圧により第１のミラーが、例えば、臨界減衰された第２のミラーなど、減衰を大きくして移動しやすくして、これにより、セッティング時間が速くなり、すなわち、リンギングが減少するということであり得る。別の実施形態では、方法が、大気ガスの組成とは異なるように気体組成を調節するステップを含んでもよい。これは、例えば、内部容積内の気体組成の熱的性能を向上させるのに有利であり得る。
【００３８】
別の実施形態では、内部容積の境界を定める第３の素子の表面の少なくとも一部分に反射防止（ＡＲ）コーティングを配置するステップを含む、方法が提供される。反射防止コーティングは、当技術分野において公知であり、例えば、ＴｉＯ２／ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯＮ、ＢＣＢのいずれか１つを含んでもよい。一実施形態では、ＡＲコーティングは、酸窒化ケイ素などの誘電体コーティングである。一実施形態では、ＡＲコーティングは、屈折率が、ＡＲコーティングが配置される素子の屈折率の平方根と実質的に等しい。
【００３９】
一実施形態では、表面の少なくとも一部分の上に、例えば、第１のミラーによって画定された光学キャビティなど、内部容積の境界を定める第３の素子の表面の上に反射防止コーティングがなく、第２のミラーが前記光学キャビティ内に追加のミラーを備えている。
【００４０】
別の実施形態では、接合界面を形成するステップが、第２の素子および／または第３の素子が当接するように、素子を配置するステップを含む方法が提供される。これにより、小型の光子源を比較的単純なやり方で提供することが可能となり得る。さらに、実施形態は、実施形態に関連した利点を有する部分の一体化を伴ってもよい。
【００４１】
本発明の第２の態様によれば、
−  第１のミラーを備える第１の素子と、
−  第２のミラーを備える第２の素子と、
−  光子放出体を備える第３の素子と
を備える波長可変光子源であって、
第１の素子および第２の素子および第３の素子が互いに関して、
ｉ．第１のミラーおよび第２のミラーが、光学キャビティの少なくとも一部を画定するように、かつ、
ｉｉ．光子放出体が、光学キャビティの内部に配置されるように配置され、
少なくとも第１の素子および第２の素子および第３の素子が、例えば物理的接合および／または化学的接合により結合されてともに接合され、かつ／または、堆積により結合されるなどして、例えば、空気および／または液体が、内部容積を出入りできないように封止されるなど、封止された容積である内部容積、例えば、密閉して封止されるといったような非中実の内部容積などの封止された内部容積を取り囲むコヒーレント構造でともに結合され、
コヒーレント構造が、内部容積に隣接した接合界面であって、接合素子が気密であり、第１の側で第１の素子に当接し、かつ、第２の側で第３の素子に当接する接合界面を備え、
第１のミラーが、例えば、内部容積の内部で第２のミラーに対して動くなど、移動できるように、第１のミラーが内部容積に配置され、波長可変光子源が、第１のミラーを内部容積の内部で移動させることを可能にするための手段、例えば、第１のミラーを静電気によって移動させる手段、光学キャビティのキャビティ長を変えることを可能にするように第１のミラーを移動させるための手段など、第１のミラーに電気的にアクセスするための手段をさらに備える、波長可変光子源が提供される。
【００４２】
本発明のこの態様は、本態様による光子源を、第１の態様による方法に従って実施することができるという点で特に有利であるが、これに限定されるものではない。
【００４３】
一実施形態では、例えば、電極などの、電気的ポンピングのための手段を備え、電気的にポンピングされた波長可変光子源が提供される。電気的ポンピングの利点は、ｐｎ接合に接続された電極などの電気的にポンピングさせる構造を設けると、電流を供給するだけでポンピングを行うことが可能になることであり得る。これは、例えば、光学的ポンピングの場合に光子を供給することに比べてかなり単純であると考えられる。
【００４４】
一実施形態では、例えば、ポンプレーザーなどのポンプ光源を備えるなど、光学的ポンピングのための手段を備え、光学的にポンピングされた波長可変光子源が提供される。ポンプ光源は、基準波長よりも小さい波長を有する光を放出することができる。光学的ポンピングの利点は、例えば、電気的ポンピングの場合における電極なしで済ませることができるため、波長可変光子源の構造を比較的簡単に保つことができる点であり得る。
【００４５】
別の実施形態では、第１のミラーを内部容積の内部で移動させることを可能にするための手段が、電極、例えば、一式の電極を備え、第１のミラーと電極との間の電界を維持し、これにより、例えば、第２のミラーに向かう方向に、または第２のミラーから遠ざかる方向に第１のミラーを移動させるなど、第１のミラーを移動させる波長可変光子源が提供される。電極は、波長可変光子源の外部から電気的にアクセス可能であり、電界が、静電駆動によって第１のミラーを移動させることが可能になるように設けることができる。この実施形態の利点は、単純であるが有効な方法で第１のミラーを移動させることが可能になることであり得る。一実施形態では、電極が、例えば、第１のミラーを第２のミラーから遠ざかるように移動させるなど、静的に移動させるようになっている。
【００４６】
別の実施形態では、電界が、第１のミラーを第２のミラーから遠ざかる方向に移動させるようになっている波長可変光子源が提供される。その利点は、いわゆる引き込みの影響を軽減し得ることであり得る。このことは特に、第１のミラーが、その共振周波数を大幅に下回る周波数で、例えば静的に、駆動される用途に関連することがある。
【００４７】
別の実施形態では、第１のミラー（１０６）を内部容積（２１４）の内部で移動させることを可能にするための手段が、電極（４１８Ｂ、４１８Ｃ）を備え、第１のミラー（１０６）と電極との間の電界を維持し、これにより、第１のミラーを移動させ、電界が、第２のミラー（１０８）に向かう方向に第１のミラー（１０６）を移動させるようになっている、波長可変光子源が提供される。
【００４８】
別の実施形態では、第１のミラー（１０６）を内部容積（２１４）の内部で移動させることを可能にするための手段（４１８Ｂ、４１８Ｃ、４１８Ｄ）が、
ｉ．電極（４１８Ｃ、４１８Ｄ）であって、第１のミラー（１０６）と、電極との間の電界を維持し、これにより、第１のミラーを移動させ、電界が、第２のミラー（１０８）から遠ざかる方向に第１のミラー（１０６）を移動させるようになっている、電極（４１８Ｃ、４１８Ｄ）と、
ｉｉ．電極（４１８Ｂ、４１８Ｃ）であって、第１のミラー（１０６）と電極との間の電界を維持し、これにより、第１のミラーを移動させ、電界が、第２のミラー（１０８）に向かう方向に第１のミラー（１０６）を移動させるようになっている、電極（４１８Ｂ、４１８Ｃ）と
を備える、波長可変光子源が提供される。
【００４９】
ミラーを能動的に、例えば静的に、両方向に移動可能であることの利点は、ミラーの移動に対して、より優れた制御が可能になることであり得る。なぜなら、第１のミラーを能動的に、例えば静的に、両方向に、すなわち第２のミラーから遠ざかる方向および第２のミラーに向かう方向のいずれにも、摂動させ、かつ／または、移動させることが可能になるからである。
【００５０】
別の実施形態では、光子放出体が、レーザー利得媒質であり、波長可変光子源が、レーザー光を放出できるようになっている、波長可変光子源が提供される。一実施形態では、波長可変光子源が、波長可変レーザーである。レーザーは、当技術分野において公知である。
【００５１】
別の実施形態では、第１のミラーが、高コントラスト解析格子（ＨＣＧ）を備える波長可変光子源が提供される。別の実施形態では、光学キャビティが、少なくとも１つの反射防止コーティングを備える波長可変光子源が提供される。
【００５２】
別の実施形態では、基準波長ラムダで光子を放出するようになっている波長可変光子源であって、第１のミラーと第２のミラーとの間の光路長（ＯＰＬ）が、ラムダの５倍（５×λ０）未満である、波長可変光子源、例えば、ラムダの２．５倍（２．５×λ０）未満、ラムダの１．５倍（１．５×λ０）未満などの波長可変光子源が提供される。ＯＰＬが小さいことの利点は、自由スペクトル域を相対的に大きくし、かつ／または、波長調整効率をさらに高めることが可能になることであり得る。一実施形態では、ラムダの４倍（４×λ０）未満の電気的にポンピングされたキャビティ長、例えば、ラムダの２倍（２×λ０）未満などのキャビティ長が提供される。一実施形態では、ラムダの３．５倍（３．５×λ０）未満の光学的にポンピングされたキャビティ長、例えば、ラムダの２．５倍（２．５×λ０）未満、ラムダの１．５倍（１．５×λ０）未満などのキャビティ長が提供される。
【００５３】
「キャビティ長」と言う場合、それは光学キャビティ長と互換的に使用されるが、キャビティを１回通過する場合の光路長（ＯＰＬ）、例えば、２つのミラー（すなわち第１のミラーおよび第２のミラー）間の光路長であると理解される。往復の光路長は、これらの線状のキャビティでは２倍であってもよい。また、２つのミラーで構成されるキャビティでは２倍となる。
【００５４】
「基準波長」（ラムダ（λ０））とは、波長に対するレーザー出力をグラフ化すれば、最も強度の強い波長として示されるなどの光子源の中央動作波長であり、例えば、第１のミラーが非動作位置にある場合などの通常使用時における最も強度の強い波長であると理解してもよい。基準波長は、例示的な実施形態では、１マイクロメートル程度、例えば、１００ｎｍ〜１０マイクロメートルの範囲内、３５０ｎｍ〜５．５マイクロメートルの範囲内、８００ｎｍ〜３マイクロメートルの範囲内、３５０ｎｍ、８００ｎｍ、１マイクロメートル、１．３マイクロメートル、１．５マイクロメートル、２マイクロメートル、３マイクロメートル、５．５マイクロメートル、１０マイクロメートルなどであってもよい。
【００５５】
別の実施形態では、基準波長ラムダで光子を放出するようになっている波長可変光子源であって、第１のミラーと、対向する中実の素子との間の内部容積内の光学キャビティの光路に沿った距離が、ラムダの１．０倍（１．０×λ０）未満である波長可変光子源、例えば、ラムダの０．７５倍（０．７５×λ０）未満、ラムダの０．５倍（０．５×λ０）未満、ラムダの０．２５倍（０．２５×λ０）未満などである、波長可変光子源が提供される。所与の距離を有する一実施形態を、第１のミラーを動的に作動させるように構成すること、および／または使用することは、有利であり得る。距離が相対的に小さいことの利点は、それに相応してＯＰＬの小型化が可能になることであり得る。「対向する中実の素子」とは、光子が、内部容積内の非中実である気体または流体を通って、光路上を第１のミラーから第２のミラーに向かって移動するときに、接触する第１の中実の媒体である素子と理解してもよい。実施形態では、対向する素子が、（反射防止コーティングを任意に含む）第３の素子によって具体化されてもよい。
【００５６】
別の実施形態では、基準波長ラムダで光子を放出するようになっている波長可変光子源であって、第１のミラーと、対向する中実の素子との間の内部容積内の光学キャビティの光路に沿った距離が、λ０の１／１０未満、すなわちラムダの０．１倍（０．１×λ０）未満である、波長可変光子源、例えば、ラムダの０．０７５倍（０．０７５×λ０）未満、ラムダの０．０５倍（０．０５×λ０）未満、ラムダの０．０２５倍（０．０２５×λ０）未満、ラムダの０．０１倍（０．０１×λ０）未満などである、波長可変光子源が提供される。所与の距離を有する一実施形態を、第１のミラーを静的に作動させるように構成すること、および／または使用することは、有利であり得る。距離が相対的に小さいことの利点は、それに相応してＯＰＬの小型化が可能になることであり得る。特定の実施形態では、距離が、ラムダの１．０倍（１．０×λ０）未満、例えば、ラムダの０．７５倍（０．７５×λ０）未満、ラムダの０．５倍（０．５×λ０）未満、ラムダの０．２５倍（０．２５×λ０）未満などであってもよい。
【００５７】
別の実施形態では、基準波長ラムダで光子を放出するようになっている波長可変光子源であって、接合界面によって境界が定められた領域が、基準波長の二乗（ラムダ２）の５０００倍未満すなわち５０００×λ０２未満である、波長可変光子源、例えば、基準波長の二乗の２５００倍未満、基準波長の二乗の１０００倍未満、基準波長の二乗の５００倍未満、基準波長の二乗の２５０倍未満、基準波長の二乗の１００倍未満などである、波長可変光子源が提供される。一実施形態では、その領域が、１００００マイクロメータ２未満、例えば、５０００マイクロメータ２未満、２５００マイクロメータ２未満、１０００マイクロメータ２未満、５００マイクロメータ２未満、４００マイクロメータ２未満、２００マイクロメータ２未満などである。このように領域が相対的に小さいことの利点は、波長可変光子源が、内部容積と周囲環境との間の、さらに大きな圧力差にも耐え得るようになることであり得る。一実施形態では、接合界面によって境界が定められた領域が、内部容積と、通常使用時の、例えば１気圧の、大気などの外部容積との間の圧力差が、ラムダの１／１０００を超える内部容積の壁の偏位、例えばラムダの１／１００を超える偏位を生じないように設けられる。
【００５８】
別の実施形態では、第１のミラーの共振周波数が、０．５ＭＨｚよりも高い波長可変光子源、例えば、１ＭＨｚよりも高い、５ＭＨｚよりも高い、１０ＭＨｚよりも高い、５０ＭＨｚよりも高い、１００ＭＨｚよりも高いなどの波長可変光子源が提供される。このように共振周波数が相対的に高いことの利点は、この相対的に高い周波数で、相対的に大きな振幅を有して、相対的に少ない電力消費量で、第１のミラーが駆動可能、すなわち移動可能になることであり得る。
【００５９】
別の実施形態では、基準波長に対する可変範囲が５％を上回る、波長可変光子源、例えば、７．５％を上回る、１０％を上回る、１２．５％を上回る、１５％を上回るなどの波長可変光子源が提供される。このような相対的に大きな可変波長範囲が可能であることは、光子源が、より広範囲にわたる波長に適用可能であるということであり得る。一実施形態では、可変波長範囲が１０％を上回る、光学的にポンピングされた光子源、例えば、１２．５％を上回る、１５％を上回るなどの光子源が提供される。一実施形態では、可変波長範囲が５％を上回る、電気的にポンピングされた光子源、例えば、６．５％を上回る、７．５％を上回る、１０％を上回るなどの光子源が提供される。
【００６０】
別の実施形態では、内部容積内の圧力が、標準大気圧などの大気圧を上回るか、または下回る波長可変光子源が提供される。
【００６１】
別の実施形態では、第１のミラーが、内部容積に配置され、内部容積の少なくとも一部分が、第１のミラーの、光学キャビティに面する側に配置され、内部容積の少なくとも一部分、例えば、内部容積の別の一部分が、第１のミラーの反対側、例えば、第１のミラーの、光学キャビティに面する側の反対側である、第１のミラーの側に配置される、波長可変光子源が提供される。
【００６２】
したがって、第１のミラーの、光学キャビティに面する側は、例えば、内部容積の外壁と接触して配置されるのではなく、内部容積の外壁から離れて配置され、第１のミラーの反対側は、例えば、内部容積の外壁と接触して配置されるのではなく、内部容積の外壁から離れて配置されると理解してもよい。「内部容積の一部分」とは、例えば、内部容積の副部など、内部容積の一部と理解してもよい。「内部容積の別の一部分」とは、例えば、内部容積の別の副部など、内部容積の別の一部と理解してもよい。
【００６３】
−  第１のミラーの、光学キャビティに面する側にある内部容積の一部分、および
−  第１のミラーの、反対側に配置されている内部容積の一部分
を、例えば、第１のミラー内の貫通孔を介して接続するなど、流体的に接続することができると理解してもよい。これら２つの部分を流体的に接続させることの利点は、例えば、第１のミラーの各側の内部容積の部分など、内部容積の２つの部分でそれぞれ、同じ圧力を確保することが可能になるという点であり得る。
【００６４】
一実施形態では、封止された内部容積が、例えば、１０年当たり１ｍｂａｒ未満、１０年当たり０．１ｍｂａｒ未満など、１０年当たり１０ｍｂａｒに相当するよりも少ない漏れ量を有する。漏れ量は、標準大気条件で配置される場合に、波長可変光子源に対して与えられ得ると理解してもよい。
【００６５】
別の実施形態では、封止された内部容積が、例えば、１大気差圧にて５×１０−２１ｃｃガス／秒以下、１大気差圧にて１×１０−２１ｃｃガス／秒以下、１大気差圧にて５×１０−２２ｃｃガス／秒以下、１大気差圧にて１×１０−２２ｃｃガス／秒以下など、１大気差圧にて１×１０−２０ｃｃガス／秒以下の漏れ量を有する（ここではｃｃは、立方センチメートルを指す）。
【００６６】
一実施形態では、内部容積内の圧力が、例えば、標準大気圧を上回るか、または下回るなど、大気圧を上回るか、または下回る。
【００６７】
一実施形態では、封止された内部容積が、例えば、１０年当たり１ｍｂａｒ未満、１０年当たり０．１ｍｂａｒ未満など、１０年当たり１０ｍｂａｒに相当するよりも少ない漏れ量を有する。漏れ量は、標準大気条件で配置され、かつ、内部容積内の圧力が、例えば、標準大気圧を上回るか、または下回るなど、大気圧を上回るか、または下回る場合に、波長可変光子源に対して与えられ得ると理解してもよい。
【００６８】
別の実施形態では、封止された内部容積が、例えば、１大気差圧にて５×１０−２１ｃｃガス／秒以下、１大気差圧にて１×１０−２１ｃｃガス／秒以下、１大気差圧にて５×１０−２２ｃｃガス／秒以下、１大気差圧にて１×１０−２２ｃｃガス／秒以下など、１大気差圧にて１×１０−２０ｃｃガス／秒以下の漏れ量を有し（ここではｃｃは、立方センチメートルを指す）、かつ、内部容積内の圧力が、例えば、標準大気圧を上回るか、または下回るなど、大気圧を上回るか、または下回る。
【００６９】
本発明の第３の態様によれば、例えば、互いに関して波長が異なる複数の光子を生成するためなど、光子を生成するための、第１の態様に従って提供されるような光子源、または第２の態様に従って提供されるような光子源の使用が提供される。
【００７０】
本発明は、第１の態様に従って、または第２の態様に従って提供されるような光子源の光子放出体から光子を放出して、第１のミラーを移動させることによって、例えば、互いに関して波長が異なる複数の光子を生成するためなど、光子を生成するための方法にさらに関する。
【００７１】
別の実施形態では、光子源の、光コヒーレンス断層撮影法（ＯＣＴ）のための使用が提供され、例えば、１ａｔｍ未満、１ｂａｒ未満、１００ｍｂａｒ未満、１０ｍｂａｒ未満、１ｍｂａｒ未満、０．１ｍｂａｒ未満など、標準大気圧を下回る圧力で動的に作動させるなど、第２のミラーを動的に作動させる光コヒーレンス撮影法のための前記光子源の使用が提供される。相対的に低い圧力を有することの実現可能な利点は、第１のミラーの移動のＱ値が増大することであり、さらには、少ない電力使用で移動が達成可能になるということであり得る。
【００７２】
別の実施形態では、特許請求の範囲に記載の光子源の、光通信のための使用が提供され、例えば、少なくとも１ｂａｒ、少なくとも１ａｔｍ、少なくとも標準大気圧、標準大気圧よりも高い圧力、少なくとも１．５ｂａｒ、少なくとも２ｂａｒなどの少なくとも０．９ｂａｒの圧力で静的に作動させるなど、第２のミラーを静的に作動させる光通信のための前記光子源の使用が提供される。相対的に高い圧力を有することの実現可能な利点は、例えば、臨界減衰されるなど、移動が減衰され、第１のミラーの移動のＱ値が減少するということであり得る。これにより、さらには、リンギングが低減されるため、さらに迅速なミラーの位置の変化が実施可能になる。第４の態様では、本発明は、第１の態様および／または第２の態様による波長可変光子源などの波長可変光子検出器であって、光子放出体が、光子吸収体に置き換えられ、かつ／または、光子放出体が、光子吸収体としてもまた機能することができる波長可変光子検出器に関する。この態様の利点は、光子の波長の選択的な検出が可能になるということであり得る。いくつかの実施形態では、波長可変光子検出器であって、例えば、光子放出体が、光子吸収体としてもまた機能することができるなど、同時に波長可変光子源であり得る波長可変光子検出器が提供されると理解してもよい。例えば、光子放出体および光子吸収体は、同一の素子であってもよい。例えば、その場合には、電流が供給されると、光子が放出され、光子が吸収されると、測定可能な電流が生成される。一実施形態では、波長可変光子検出器が、１つまたは複数の吸収された光子を示す光電流などの電流を定量化する電流計を備える。さらなる実施形態では、光子放出体の電気的なポンピングのための電流源、および／または光学的なポンピングのための光源もまた提供される。
【００７３】
一実施形態では、第１の態様および／または第２の態様による波長可変光子源が、電気的なポンピングのための電流源、および／または、光学的なポンピングのための光源を備える。
【００７４】
本明細書の第１の態様、第２の態様および第３の態様を、それぞれ他の任意の態様と組み合わせることができる。本発明のこれらの態様および他の態様が、本明細書において以下で説明する実施形態を参照することにより明白かつ明瞭となる。
【００７５】
次に、本発明による波長可変光子源を、添付の図面を参照してより詳細に説明する。図面は、本発明を実施する１つの方法を示しており、添付の特許請求の範囲の範囲内にある他の可能な実施形態を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】図１は、第１の素子、第２の素子および第３の素子を示す。
【図２】図２は、可変光子源の実施形態を示す。
【図３】図３は、可変光子源の実施形態を示す。
【図４】図４は、可変光子源の詳細概略図（側面図）を示す。
【図５】図５は、図４の概略図に対応する概略図（上面図）を示す。
【図６】図６は、製造方法を図示する。
【図７】図７は、製造方法を図示する。
【図８】図８は、製造方法を図示する。
【図９】図９は、製造方法を図示する。
【図１０】図１０は、製造方法を図示する。
【図１１】図１１は、製造方法を図示する。
【図１２】図１２は、製造方法を図示する。
【図１３】図１３は、製造方法を図示する。
【図１４】図１４は、製造方法を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００７７】
図１は、第１のミラー１０６を備える第１の素子１０１と、第２のミラー１０８を備える第２の素子１０２と、光子放出体１１０を備える第３の素子１０３とを示す。各素子は、間隔をあけて示されている。図は、側面断面図であり、また、素子は任意の形状、例えば、上から見たときに円形または正方形であってもよいことが理解され得る。特に、図は、第１の素子を通る断面図を図示し、また、第１の素子１０１の凹部は、第１のミラー１０６を備える非貫通孔であってもよいことが理解され得る。
【００７８】
図２は、
−  第１のミラー１０６を備える第１の素子１０１と、
−  第２のミラー１０８を備える第２の素子１０２と、
−  光子放出体１１０を備える第３の素子１０３と
を備える波長可変光子源２００を示し、第１の素子１０１および第２の素子１０２および第３の素子１０３が、互いに関して、
ｉｉｉ．第１のミラー１０６および第２のミラー１０８が、光学キャビティの少なくとも一部を画定するように、かつ、
ｉｖ．光子放出体１１０が、光学キャビティの内部に配置されることで、光子放出体１１０から放出された光子２１６が、直接キャビティモードに入ることができるように配置される。少なくとも第１の素子１０１および第２の素子１０２および第３の素子１０３が、封止された容積である内部容積２１４を取り囲むコヒーレント構造でともに結合されている（ここでは、第１の素子１０１および第３の素子１０３がともに接合され、第２のミラーを備える第２の素子が、第３の素子に接合された支持構造の上に置かれている）。また、コヒーレント構造は、内部容積２１４に隣接した、（第１の素子と第３の素子との間のグレーの領域によって図示される）接合界面２１２を備え、接合界面２１２は、気密であり、第１の側で第１の素子１０１に当接し、第２の側で第３の素子１０３に当接し、第１のミラー１０６が内部容積２１４の内部で移動できるように、第１のミラー１０６が内部容積２１４に配置され、波長可変光子源２００は、第１のミラーを内部容積の内部で移動させることを可能にするための手段をさらに備えている。図は、光子放出体が、第１のミラーと第２のミラーとの間の光学キャビティの内部に配置されていることを示す。これにより、放出された光子２１６を、キャビティ内部から、直接キャビティモードへと放出することができる。別の実施形態では、第２の素子を、実質的に第２のミラーから構成することも可能であることができる。その場合には、第２の素子を、直接第３の素子の上に置くことによって、第３の素子に結合させることも可能であることができる。
【００７９】
図３は、反射防止体３２６が第３の素子３０３の表面に配置されている点以外は、図２の光子源２００に類似した光子源３００である。反射防止体３２６は、内部容積３１４に面しており、そのコーティングにより、光子、例えば、ある一定の波長の光子はほとんど、またはまったく反射せずに、確実にこの表面を通過する。図３に示される実施形態では、放出された光子３１６は、直接キャビティモードへと放出される。さらに、この実施形態では、第２の素子３０２が、直接第３の素子３０３上に置かれた第２のミラー３０８と一体化している。
【００８０】
図４は、可変光子源の詳細概略図（側面図）を示す。本実施形態では、波長可変光子源は電気的にポンピングされた波長可変レーザーであり、第１の素子４０１を備える。第１の素子４０１は、
−  ドープされたＳｉなどのキャリアウェーハ４２０と、
−  容積４１４の下部を取り囲んでいる、非貫通孔を有するスペーサ層４２２であって、ＨＦによってエッチングされたＳｉＯ２であってもよいスペーサ層４２２と、
−  シリコンに作製されたＨＣＧミラーなど、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）のミラーである第１のミラー４０６と、
−  熱成長ＳｉＯ２またはＬＰＣＶＤ  Ｓｉ３Ｎ４などのスペーサ４２４と
を備える。シリコン基板に向かってＳｉＯ２の残りの厚さが、基準波長の４分の１の奇整数倍と実質的に等しいように、スペーサ層４２２をエッチングすることにより、基板に対して部分的なＡＲコーティングをほどこしてもよい。
【００８１】
第１のミラーを、例えば、第１のミラーに配置された電極４１８Ｃおよびキャリアウェーハ４２０に配置された電極４１８Ｄに電圧を印加することにより作動させ、それにより、第１のミラー４０６とキャリアウェーハ４２０との間に電界を生成して、第１のミラー４０６をキャリアウェーハ４２０に引きつけるようにしてもよい。このように静電位を印加することによって、ミラーを、単方向矢印４３４によって表示されるように静的に偏位、すなわち第２のミラーから遠ざけてもよい。第１のミラーを、例えば、第１のミラーに配置された電極４１８Ｃおよびｎ型にドープされた半導体４２８に配置された電極４１８Ｂに電圧を印加することにより作動させ（半導体それ自体は、（例えば、ＴｉＯ２／ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯＮなどの）反射防止（ＡＲ）コーティング４２６上に配置される）、それにより、第１のミラー４０６とｎ型にドープされた半導体４２８との間に電界を生成して、第１のミラー４０６をｎ型にドープされた半導体４２８に引きつけるようにしてもよい。このように静電位を印加することによって、ミラーを第２のミラーに向かって、すなわち単方向矢印４３４によって表示される方向と反対の方向に静的に偏位させてもよい。第１のミラー４０６の機械的共振周波数の半分（またはその整数倍）に一致する周波数を有する時間的正弦波の電位などの動的に変動する電位を、電極４１８Ｂと電極４１８Ｃとの間か、または電極４１８Ｃと電極４１８Ｄとの間に印加することによって、第１のミラーを動的に作動させ、双方向矢印４３６によって表示されるように、その平衡位置を中心に動的に振動させるようにしてもよい。第１の素子４０１は、気密接合界面４１２で、第３の素子４０３に接合される。第３の素子は、活性電気光学材料（例えば、量子井戸（ＱＷ））である光子放出体４１０を備える。本実施形態では、光子放出体４１０が、活性領域４２９内に含まれる。より一般的な実施形態では、活性領域が、量子構造（例えば、量子井戸、量子細線、量子ドットなど）を備えてもよい。本実施形態における第３の素子は、
−  反射防止（ＡＲ）コーティング４２６（例えば、ＴｉＯ２／ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯＮ）と、
−  ｎ型にドープされた半導体４２８と、
−  光子放出体４１０の上方に配置された、電流を閉じ込める構造４３０と、
−  ｐ型にドープされた半導体４３２と
をまた備える。
【００８２】
光子放出体４１０は、電極４１８Ａおよび電極４１８Ｂを介して電気的にポンピングされてもよい（電極４１８Ａ、４１８Ｂを、第３の素子４０３の一部と見なしてもまたよい）。代替の実施形態では、光子放出体４１０が、例えば、光子源の基準波長よりも小さい波長の光を放出する外部の光源を介して、光学的にポンピングされるとともに、外部の光源からの光が、例えば、第２のミラー４０８を通して、光学キャビティへと導かれてもよい。
【００８３】
電流を閉じ込める構造は、材料系によって決まる。この構造は、レーザー発光が起こるなど、構造の中央だけを電流が確実に流れるようにするための手段である。それは、数々の方法で、（例えば、ＡｌＯｘを生成する酸化されたＡｌＧａＡｓ、または深いトラップ、例えば、水素または鉄を注入することによる半絶縁性半導体などの）、絶縁材料によって実現することができる。あるいは、ｐ−ｎ遷移のうちの１つがトンネル接合であるｎ−ｐ−ｎ構造によって、電流を制御してもよい。このトンネル接合は、注入によってパターニングまたは相互に混合されて、電流障壁を形成してもよい。あるいは、電流をエアポスト構造によって制御してもよい。電流を閉じ込める構造は、当業者には公知であり、例えば、参考文献、米国特許出願公開第２０１２／１０００８６５８Ａ１号明細書において（「誘電体開口部」または「電流開口部」として）記述されている。なお本参考文献は、参照によりその内容全体が本明細書に組み込まれる。光子源４００は、第２のミラー４０８をさらに備える。第２のミラー４０８は、本実施形態ではＤＢＲミラー（例えば、Ｓｉ／ＳｉＯ２）であってもよい。
【００８４】
図はキャビティ４１４、すなわち内部容積をさらに示し、内部容積内で、第１のミラー４０６が移動することができる。キャビティ４１４は、大気圧を下回る圧力、例えば真空下に保たれることで、Ｑ値を増大させるのに有利となり得る（それは、動的モードで動作される場合に有利となり得る）。あるいは、キャビティ内の圧力が大気圧を上回ることで、減衰を増大させるのに有利となり得る（それは、静的モードで動作される場合に有利となり得る）。
【００８５】
特定の実施形態では、キャビティ４１４に、大気とは組成が異なる気体、例えば、Ｈｅ、Ｈ２またはＮ２の量が相対的に多い気体を充填してもよい。不活性ガスを内部容積、すなわちキャビティ４１４の内部に封止することは、有利な場合がある。なぜなら熱的性能を向上させ、かつ／または、第１のミラー４０６の、（例えば、同じ圧力での大気に対する）減衰を増減し得るからである。一般に、熱伝導を向上させるために、かつ／または、特性を具体的な用途に適合させるように減衰を増減させるために、（例えば、熱伝導性を相対的に高く、減衰を低くなど）、当業者が圧力および気体組成を選択してもよいと理解される。ヘリウムは、粘性が相対的に低いため、例えば、熱的性能を向上させ、（例えば、同じ圧力での大気と比較して）減衰をさらに低減し得る。一実施形態では、大気に対する熱伝導性および粘性が相対的に高い、六フッ化硫黄（ＳＦ６）などの気体を（例えば、０．１、０．５、０．７５、０．９、１．０、１．２５、２．０ａｔｍの圧力で）、キャビティ４１４に充填してもよい。その利点は、第１のミラーから遠ざかる熱の輸送を助長すると同時に、リンギングを回避するための高い減衰を確保することができることであり得る。
図５は、図４の概略図に対応する上面図を示す。
【実施例】
【００８６】
実施例１  −  光子源の製造方法
この実施例では、例示的な製造方法を説明する。
【００８７】
図６は、例えば、ウェーハ工場から調達された、所定の厚さを有する（またはデバイス層を薄くすることが可能な）、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓまたはＧＯＩ／ＳＯＩウェーハ（ＭＥＭＳウェーハ）を示す。図示された構造、すなわちＳＯＩウェーハは、シリコン層６２０と、（厚さが約２マイクロメートルである）ＳｉＯ２層６２２である、いわゆるＢＯＸ酸化層と、（厚さが約５８０ｎｍである）トップシリコン層６０５とを備える。
【００８８】
図７は、図６の構造を示し、ここでは、トップシリコン層６０５の上部１７０ｎｍを熱酸化させて、（厚さが約３８８ｎｍである）酸化シリコン層７２４（この酸化シリコン層が、最終的に図４に示されるスペーサ４２４に相当することになる）を成長させている。
【００８９】
図８は、図７の構造を示し、ここでは、遠紫外線（ｄｅｅｐ  ＵＶ）リソグラフィ、ナノインプリントリソグラフィまたは電子ビームリソグラフィを用いて、（第１のミラー８０６に相当する）高屈折率差サブ波長格子（ＨＣＧ）用の、ドライエッチングマスクがパターニングされている。第１のミラー８０６は、トップシリコン層６０５に形成される微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）もまた形成する。パターンは、（当技術分野において周知の）反応性イオンエッチングにより転写される。
【００９０】
レジスト９３８が、スピンコートされる。ＵＶリソグラフィを用いて、レジストがパターニングされる。このパターンは、スペーサ７２４に転写されて、ＳｉＯ２層６２２に非貫通孔を形成する。この非貫通孔が、内部容積の少なくとも一部を形成することになる。スペーサ７２４は、Ｓｉ構造化が行なわれている領域でのみ除去される。それはウェーハの大部分において残存し、接合に使用される。通気路を、当技術分野において公知であるような接合領域の一部として適用してもよい。
【００９１】
図９は、図８の構造を示し、ここでは、液相または気相のフッ化水素（ＨＦ）酸を使用して、ＭＥＭＳ（すなわち第１のミラー８０６）の、犠牲層の剥離（ＢＯＸ酸化層６２２のエッチング）が行われている。密着性を向上させるために、Ｃｒか、またはレジスト９３８の密着性を促進させる他の公知の方法を用いることができる。
【００９２】
図１０は、図９の構造を示し、ここでは、レジスト９３８が、酸素プラズマアッシング処理または溶剤により除去され、ウェットエッチングにより除去された任意選択の接着層およびウェーハが、ＲＣＡ１（ＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ）およびＲＣＡ２（ＨＣｌ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ）で洗浄され、臨界点乾燥を用いて乾燥されている。図８に示される構造は、図４における第１の素子４０１に対応する第１の素子１００１に相当する。
【００９３】
図１１は、例えば、エピタキシャルウェーハ工場から調達された、半ＶＣＳＥＬ構造を示す。エピタキシャル構造は、エッチストップ層１１４２、例えばＩｎＧａＡｓと、ｐ型にドープされた層１１３２、例えばＩｎＰ：ｐと、電流狭窄層１１３０（トンネル接合部／プロトン注入部／誘電体開口部）と、多重量子井戸などの光子放出体１１１０を備える活性領域１１２９、例えばＡｌＩｎＧａＡｓと、ｎ型にドープされた層１１２８、例えば、ＩｎＰ：ｎとを備える。このような電流狭窄を使用する代わりに、メサがエッチングされた設計を用いることができる。図は、基板１１４０をさらに示す。誘電体コーティング１１４４（反射防止コーティング）を、半ＶＣＳＥＬ上に、例えば、ｎ型にドープされた層１１２８の屈折率の平方根と実質的に等しい屈折率を有する酸窒化ケイ素の上に堆積させる。
【００９４】
ｐ型にドープされた層１１３２、電流狭窄層１１３０、多重量子井戸などの光子放出体１１１０を備える活性領域１１２９、例えば、ＡｌＩｎＧａＡｓ、およびｎ型にドープされた層１１２８は、（図４における第３の素子４０３に対応する）第３の素子１１０３に相当し、第３の素子１１０３は、この図においては１．５〜４．５ラムダの厚さであることに留意されたい。本実施形態では、第３の素子１１０３は、誘電体コーティング１１４４もまた備える。
【００９５】
図１２は、図１１の半ＶＣＳＥＬ構造（ただし、図１１と比べると上下が逆である）および図１０からの第１の素子１００１を示し、ここでは、半ＶＣＳＥＬおよび第１の素子（ＭＥＭＳウェーハ）が、（例えば、融着を用いて）ともに接合されることで、第１の素子１００１と、第３の素子（より詳細には第３の素子１１０３の誘電体コーティング１１４４）との間に気密接合界面１２１２を形成するようになっている。
【００９６】
図１３は、図１２の構造を示し、ここでは、（図１１の）基板１１４０が、例えば、塩酸（ＨＣｌ）を使用したウェットエッチングによって除去されている。エッチストップ層１１４２（すなわちＩｎＧａＡｓ層）が、ウェットエッチング（例えば、硫酸と過酸化水素との混合物）によって除去されている。
【００９７】
図１４は、図１３の構造を示し、ここでは、薄膜積層体、すなわち第２のミラーに対応する分布ブラッグ反射器１４０８（そしてここでは第２のミラーは第２の素子に相当する）が、リソグラフィによってパターニングされるか、またはリソグラフィと、ウェットエッチングもしくはドライエッチングとによってパターニングされた、リフトオフレジスト上に置かれている。代替の実施形態では、別個の構造の上に第２のミラーを置くことも可能であることができる。別個の構造は、第２のミラーと一緒に第２の素子を形成し、第２の素子がその後、例えば、接合されるなどして、第１の素子および第２の素子に結合される。
【００９８】
図４における光子源４００に類似した構造に到達するために、ＵＶリソグラフィと、ウェットエッチングまたはドライエッチングとを用いて、ｎ型にドープされた層にイントラキャビティコンタクトさせるための構造／メサをパターニングしてもよい。ＵＶリソグラフィと、ウェットエッチングまたはドライエッチングとを用いて、第１のミラー、すなわちＭＥＭＳの一部に接触させるための構造／メサをパターニングしてもよい。電気的接触は、ＵＶリソグラフィによって、例えば、リフトオフか、またはウェットエッチングもしくはドライエッチングのいずれかによってパターニングされる。任意選択で、処理中にウェーハの裏面に随時金属を堆積させることができる。オーム性接触用の金属積層体は、当技術分野において周知である。
【００９９】
要約すれば、波長可変光子源（２００）を提供する方法であって、第１のミラー（１０６）を有する第１の素子（１０１）、第２のミラー（１０８）を有する第２の素子（１０２）、および光子放出体を有する第３の素子（１０３）を、封止された容積である内部容積（２１４）を取り囲む構造でともに接合するステップと、気密である接合界面（２１２）を形成することで、第１のミラー（１０６）が、内部容積（２１４）の内部で移動できるように、第１のミラー（１０６）が内部容積（２１４）に配置されるようにするステップとを含む方法が提示されている。この方法は、内部容積が封止された波長可変光子源を得る比較的単純な方法を提供する。本発明はさらに、対応する光子源、およびそのような光子源の使用に関する。
【０１００】
本発明を特定の実施形態との関連で説明してきたが、本発明は提示の例に何らかの点で限定されると解釈されるべきではない。本発明の範囲は添付の請求項で規定されている。請求項に関連して、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」または「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」という用語は、他の可能性のある構成要素またはステップを除外するものではない。また、「１つ（ａ）」または「１つ（ａｎ）」などへの言及は、複数であることを除外すると解釈されるべきではない。図面に示される要素に関して請求項内で参照符号を使用することも、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。さらに、別々の請求項において言及される個々の特徴は、有利に組み合わせられる可能性があり、別々の請求項でこれらの特徴を言及しても、特徴を組み合わせることの可能性および利点を除外するものではない。
【図１】
0006557653.tif 000002
【図２】
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【図３】
0006557653.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0006557653.tif 000008
【図８】
0006557653.tif 000009
【図９】
0006557653.tif 000010
【図１０】
0006557653.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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