(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの周波数を備える光波（１０７）を生成するレーザデバイス（１００）であって、このようなレーザデバイス（１００）は、
第１のミラー（１０３）により画定される１つの第１の端と出射領域により画定される第２の端との間に位置する利得領域（１０４）を備える第１の要素（１１１）と、
前記第１の要素（１１１）とは別体である第２のミラー（１０６）であって、前記利得領域（１０４）、および前記出射領域と前記第２のミラー（１０６）との間のギャップ（１０５）を含む光学キャビティを前記第１のミラー（１０３）とともに形成するように構成される、第２のミラー（１０６）と、
前記光波（１０７）を生成するように前記利得領域（１０４）を励起する手段（１２０）とを備える、レーザデバイス（１００）において、
前記レーザデバイス（１００）は、
前記光波（１０７）の少なくとも２つの横モードを選択するように構成される前記光波（１０７）の光強度を成形する手段であって、前記光強度を成形する前記手段は、少なくとも１つのマスクを備え、各マスクは、不均一な吸光度を持つ表面を用いてパターニングされ、前記表面は、少なくとも１つの吸収エリアおよび／または少なくとも１つの透過エリアを含む、手段と、
前記光波（１０７）の縦および／または横位相プロファイルを成形し、かつ前記光波（１０７）の少なくとも２つの横モードを調節するように構成される手段であって、前記位相プロファイルを成形する前記手段は、前記利得領域（１０４）の少なくとも１つの一端において位置し、かつ前記光波（１０７）の横位相および／または横強度を成形するためにパターニングされている少なくとも１つのフォトニック結晶および／または回折格子を備える、手段と
をさらに備えることを特徴とするレーザデバイス（１００）。
【請求項２】
各マスクは、ナノメートル厚の層である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記吸収エリアは、前記透過エリアの前記吸光度よりも少なくとも２倍大きい吸光度を提供する、請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項４】
各マスクは、前記光学キャビティの内部で前記光波（１０７）の波腹値に位置する、請求項１から３のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項５】
前記光波の位相プロファイルを成形するための前記手段は、前記光波（１０７）の前記少なくとも２つの横モード間の周波数差を調節するためにその横断面に沿って不均一な光波長を提供する分光フィルタを備える、請求項１から４のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項６】
前記分光フィルタは、２次元マイクロエッチング網状物を備え、この２次元マイクロエッチング網状物の、直径および２次元の繰り返しパターンのような特徴的寸法は、前記少なくとも２つの横モード間の周波数差値を一定にすることを可能にする、前記光学キャビティ内で共振している各横モードの前記分光フィルタの前記光波長と、前記光学キャビティ内で共振している各横モードの位相シフトとの予め決められた横プロファイルを生成するために調節される、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記分光フィルタは、さらに、制御可能な結晶液体画素マトリクスのような、前記分光フィルタの前記光波長の前記横プロファイルを動的制御するための手段を備える、請求項６に記載のデバイス。
【請求項８】
前記利得領域（１０４）を励起する前記手段（１２０）は、
ポンプレーザビーム（１１０）を発するポンプレーザ（１０８）と、
前記ポンプレーザビーム（１１０）の強度を空間的に成形するように構成される手段と、
前記ポンプレーザビーム（１１０）の強度を空間的に成形し、かつ前記光波（１０７）の前記少なくとも２つの選択された横モードに対応する前記第１の要素（１１１）の前記出射領域にポンプビーム強度パターンを投影するように構成される手段と
を備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記第２のミラー（１０６）は、凹面鏡または位相共役ミラーである、請求項１から８のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記光学キャビティの長さを変更するように前記第２のミラー（１０６）を動かす調整手段をさらに備える請求項１から９のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記光波（１０７）の前記少なくとも２つのモードの周波数差を調整する手段をさらに備える請求項１から１０のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記デバイスのために、周波数差を調整する手段は、前記第１の要素（１１１）の横方向に向かって熱勾配を確立するよう構成される熱調整手段である、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
熱調整する前記手段は、下記の構成要素：
前記第１の要素（１１１）に横に取り付けられ、熱を伝導するか、散逸させるように構成される少なくとも１つの局所発熱要素、ならびに／または、
前記第１の要素（１１１）の前記出射領域および／もしくは空間的にフィルタリングする前記手段を加熱するためにポンプレーザ（１０８）パワーを変調する手段、ならびに／または、
前記光波（１０７）の伝播方向に対する前記横方向と交差する前記熱勾配を拡大かつ／もしくは最適化した、成形されたポンプレーザビーム（１１０）
のうちの１つを備える、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
少なくとも２つの周波数を備える光波（１０７）を生成する方法であって、
利得領域（１０４）の内側で光波（１０７）を生成する工程と、
励起する手段（１２０）を用いて前記光波（１０７）を励起する工程と、
位相プロファイルを成形する手段が前記利得領域（１０４）の少なくとも１つの一端において位置されておりかつ前記光波（１０７）の横位相および／または横強度を成形するためにパターニングされている少なくとも１つのフォトニック結晶および／または回折格子を備えることによって、少なくとも２つの横モード光波（１０７）を選択するために前記光波（１０７）の光強度および／またはプロファイルを成形する工程と
のうちの少なくとも１つを備える方法。
【請求項１５】
前記光波（１０７）の前記少なくとも２つの横モードを選択する前記工程は、前記光波（１０７）の強度を空間的にフィルタリングすることに含まれる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記少なくとも２つの光波（１０７）周波数をシフトするために光学キャビティの長さを適合させる工程をさらに備える請求項１４または１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも２つのモード間の周波数差を調整する前記工程をさらに備える請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記選択された少なくとも２つのモードは、導波路に入射させられる、フォトミキシング技術を用いるＴＨｚ生成のための請求項１〜１３のいずれか１項に記載のレーザデバイス（１００）の利用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直外部キャビティ面発光レーザデバイス（ＶｅＣＳＥＬ）に関し、特に、このようなデバイスを用いた２つの安定横モードの生成に関する。
【０００２】
本発明の技術分野は、半導体レーザ・テラ・ヘルツ（ＴＨｚ）源およびその応用であるが、これに限定されない。
【背景技術】
【０００３】
ＴＨｚ波は、マイクロ波と赤外線との間の電磁スペクトルをカバーする。用途の領域は、たとえば、天文学、レーダシステム、時間周波数計量、生医学的センシングおよびイメージング、高データ速度無線通信またはセキュリティにおけるような、いくつかの有望な用途で非常に大きく広がっている。ＴＨｚ発光のための多種多様な解決手段が、光学からエレクトロニクスまで存在する。しかしながら、既存の解決手段は多くの場合で扱いにくい。すなわち、出力、コヒーレンス、波長選択性および／または変調帯域幅に関して限定される。ＴＨｚスペクトルの上部帯域では、光源は通常、パルス化され、かつ／または低温動作を必要とし、ＴＨｚスペクトルの下部帯域では、エレクトロニクスベースの光源は通常、連続波動作において室温で容易に動作し、一定の発光周波数で動作する。さらに、周波数多重光源により拡張された波長選択性がもたらされるが、同時に、十分な出力および広い変調帯域幅、コンパクト性または値段の手ごろさはもたらされない。
【０００４】
様々な技術がＴＨｚ波を生成するために実施されており、これらは２つのカテゴリにまとめられる。
一つ目は、２つの光源の周波数差を広範囲に調整できる、フォトミキシング実験の場合の２つのレーザセットアップに存在する。他方、２つの個別の光源を用いるので、双方のドリフト効果の影響を受け易く、したがって、ビート安定性は低い。
二つ目は、２つのモードレーザに存在する。このケースでは、２つのモードが共通の効果の影響を受け易く、同じようにドリフトするので、周波数差は元々、より安定する。
【０００５】
コンパクトであり、安定し、連続的に波長選択可能であり、コヒーレントであり、出力の大きい二重周波数レーザをもたらす多数の周知の試みがテラヘルツ生成に対してすでに提案されているが、これらのどれも、完全にはこれらの要求を満たさない。
【０００６】
これらのうちの１つは、モードカップリングを低減させるのに用いられ、２軸キャビティ内のレーザビームを分離するものである。これは、波長選択性およびコヒーレンスに関していくつかの優れた結果を示す。しかしながら、波長選択は段階的に起こり、出力は、数ミリワットに制限され、キャビティは、キャビティ内可動要素によって複雑になり、単一のデバイスに集積するのはほぼ不可能であり、コヒーレンスは低下する。
【０００７】
別の技術は、二重周波数安定性をもたらすことができる分光フィルタを用いる外部キャビティ・ダイオード・レーザである。しかしながら、レーザが２つのモードではなく２セットの縦モードを操作することを意図しているので、出力パワー、キャビティの複雑さ、アライメントの影響の受け易さ／受けにくさ、ビーム品質およびコヒーレンスが悪化する。
【０００８】
垂直外部キャビティ面発光レーザデバイス（ＶｅＣＳＥＬ）は、周知のデバイスであり、元来、コンパクトであり、波長柔軟性があり、広範囲に波長選択可能であり、出力が大きく、（スペクトル的に、空間的に、さらに偏光に関して）非常にコヒーレントであるので、二重周波数レーザの非常に有望な解決手段である。
【０００９】
ＶｅＣＳＥＬにおけるＴＨｚ生成のための、２つの縦モードの共在を基礎とする二重周波数レーザ動作は、Ｍ．ウィヒマン他にすでに記載されている。「垂直外部キャビティ面発光レーザのシングルモードおよびマルチモード動作の体系的研究（Ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ  ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｉｎｇｌｅ  ａｎｄ  ｍｕｌｔｉ−ｍｏｄｅ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｖｅｒｔｉｃａｌ−ｅｘｔｅｒｎａｌ−ｃａｖｉｔｙ  ｓｕｒｆａｃｅ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｌａｓｅｒｓ）」Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ  ８９６６０Ｎ。しかしながら、このような設計では、両方のレーザラインの同時動作が不可能である。
【００１０】
他のＶｅＣＳＥＬ例は、Ｇａｙａ  Ｂａｉｌｉ他「緩和発振のない可変波長二重周波数半導体レーザの実験的実証（Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ  ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  ｔｕｎａｂｌｅ  ｄｕａｌ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｌａｓｅｒ  ｆｒｅｅ  ｏｆ  ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ  ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｓ）」Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，第３４巻，第２１号，３４２１〜３４２３頁，２００９年に記載されている。Ｇａｙａ  Ｂａｉｌｉ他には、ＧＨｚレンジにあるＶｅＣＳＥＬの使用と、利得チップ上で内部キャビティビームスプリッティングを受ける二重偏光ビームを基礎とするＶｅＣＳＥＬの使用とが記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、前述の課題を解決することであり、さらに利点のいくつかをもたらすことである。
【００１２】
本発明の目的は、単一のキャビティ内で２つの横モードの、安定しかつ堅牢である／制御されたレーザ発振効果を提供することである。
【００１３】
本発明の別の目的は、ビート周波数の非常に高い安定性（すなわち、高いコヒーレンスまたは低い位相ノイズ）を実現するレーザ源を提供することである。
【００１４】
本発明の別の目的は、良好なコヒーレンスおよび良好な安定性を持つ高出力動作を実現するレーザ源を提供することである。
【００１５】
本発明の別の目的は、幅広い周波数レンジにわたって、連続的に波長選択性を実現するか、あるいはきめの細かい波長選択性を実現するレーザ源を提供することである。
【００１６】
本発明の別の目的は、連続波にて室温で動作するコンパクトレーザ源を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
このような目的は、少なくとも２つの周波数を備える光波を生成するレーザデバイスであって、このようなレーザデバイスは、第１のミラーにより画定される１つの第１の端と出射領域により画定される第２の端との間に位置する利得領域を備える第１の要素と、第１の要素とは別体である第２のミラーであって、利得領域、および出射領域と第２のミラーとの間のギャップを含む光学キャビティを第１のミラーとともに形成するように構成される、第２のミラーと、光波を生成するように利得領域を励起する手段とを備える、レーザデバイスで達成され、レーザデバイスは、光波の光強度および／または位相プロファイルを成形し、かつ光波の少なくとも２つの横モード、特にラゲール・ガウス・モードを選択するように構成される手段をさらに備える。
【００１８】
好ましい実施形態では、光強度を成形する手段は、少なくとも１つのマスクを備えてもよく、各マスクは、不均一な吸光度を持つ表面を用いてパターニングされ、前記表面は、少なくとも１つの吸収エリアおよび／または少なくとも１つの透過エリアを含み、光波の位相プロファイルを成形する手段は、光波の少なくとも２つの横モードを調節するように構成され、少なくとも２つの横モードを選択するために、利得領域の少なくとも一端において位置し、かつ光波の横位相および／または横強度を成形するためにパターニングされている少なくとも１つのフォトニック結晶および／または回折格子を備える。
【００１９】
これの代わりに、（任意の）利得領域は、第２のミラーとは別体の要素であってもよい。
【００２０】
より一般的には、本発明に係るレーザの安定した発光周波数の数は、選択された横モードの数に対応する。
【００２１】
本発明のいくつかの実施形態では、利得領域を励起する手段は、光学的手段および電気手段を含んでもよい。第１の要素は、半ＶＣＳＥＬ型半導体要素、または横モードがキャビティの内部で共振することができる他の任意の種類のレーザであってもよい。本発明に係るレーザデバイスは、出力パワー、安定性および堅牢性に関してＶｅＣＳＥＬ構造から利益を受ける。さらに、半ＶＣＳＥＬを用いることで、連続波動作において室温で本発明に係るレーザデバイスを用いることが可能になり、その使用がきわめて単純化され、多目的に使用できるようになる。キャビティの固有の光学品質は非常に優れており、このような用途にきわめて好適である。すなわち、光学損失は低く、自然放出増幅がなく、高コヒーレント波をもたらす。最後に、非線形でかつ複雑な動的挙動がない。利得がなくキャビティモードカップリングがないので、周波数は非常に広い周波数レンジにわたって連続的に調整することができる。このようにして、ＶｅＣＳＥＬ単軸キャビティでの２つの横モードの安定化を基礎とする二重周波数高コヒーレントレーザを生成することができる。
【００２２】
特に、本発明の少なくとも２つの光波選択横モードは、（ｉ）安定したラゲール・ガウス・モードおよび／または（ｉｉ）安定したエルミート・ガウス・モードおよび／または（ｉｉｉ）安定したベッセル・ガウス・モードまたは任意のレーザ発振状態から選択されてもよい。すなわち、他の横キャビティモード基底（光固有状態）または不安定なレーザキャビティモードを、同時に生成可能な後すぐに用いてもよい。
【００２３】
より一般的には、光波を空間的にフィルタリングする手段は、（ｉ）光を回折する手段、（ｉｉ）光を拡散する手段および（ｉｉｉ）光を吸収する手段から選択してもよい。本発明のいくつかの他の実施形態では、光波を空間的にフィルタリングする手段は、キャビティの内部において定常縦場の波腹に位置してもよい。
【００２４】
好ましい実施形態では、光を吸収する手段は、１つのシングルマスクを備えてもよい。前記マスクは、光波の少なくとも２つの横モードを選択するためにパターニングされる。
【００２５】
以下に記載されるように、前述されている光を吸収または回折する手段は、半導体要素上に集積してもよい。したがって、アライメント手順はなく、機械的ノイズは振動によって生じない。したがって、本発明により、分離されたそれらの横モードを選択していくつかの不要なモードとのカップリングを防止することによってキャビティの内部の共振モードを安定させることが可能になる。本発明に係るレーザ源は、非常に高い安定したビート周波数を提供する。
【００２６】
別の好ましい実施形態では、各マスクは、数ナノメートル厚の層またはサブ波長厚の層であってもよい。
【００２７】
別の好ましい実施形態では、吸収エリアは、透過の吸光度よりも少なくとも２倍大きい吸光度を提供する。いくつかの他の実施形態では、透過エリアは９９％を超える透過率を提供してもよく、吸収エリアは５％〜１００％の吸光度を提供してもよい。
【００２８】
別の好ましい実施形態では、各マスクは、キャビティの内部で光波の波腹値に位置してもよく、あるいは前記波腹値の近傍に位置してもよい。
【００２９】
本発明の任意の実現化モードに係る別の実現化モードでは、光波の縦位相プロファイルを成形する手段は、発光波長利得の強度を横に変調し、かつ光波の少なくとも２つの横モードの周波数差を調節するために、光学キャビティの内部で不均一な横利得分布を提供してもよい。
【００３０】
特に、光波の縦位相プロファイルを成形する手段は、１つの利得領域内の注入された電荷キャリアを局所的に調整してこれらの領域上の発光波長利得を修正することによって、２つのモードの周波数差を調節するために、少なくとも、２つのモード間の横に不均一な損失マスクをさらに備えてもよい。
【００３１】
最終的に、光学キャビティの内部で共振している横モードの精密な調節は、光学キャビティの内部で不均一な横熱分布を生成するように構成される熱源を備える、位相プロファイル成形手段によって実現することができ、したがって、光波の少なくとも２つの横モードの周波数差を決定し、制御することができる。
【００３２】
好ましくは、これの代わりにまたはこれに加えて、光波の位相プロファイルの成形手段は、光波の少なくとも２つの横モードの周波数差を調節するためにその横断面に沿って不均一な光波長を提供する分光フィルタを備えてもよい。
【００３３】
より一般的には、位相プロファイルを成形する手段は、光波によって、また光学キャビティ内で共振している横モードの少なくとも１つによって屈折率「ｖｕ」を修正するためにパターニングされてもよい。屈折率は、光波が横切る媒体の温度、圧力および湿度に特に相関するので、前記手段は、光学キャビティの内部の光波の少なくとも部分的な経路の温度、圧力および／または湿度調節手段を備えてもよい。
【００３４】
この特定のケースでは、位相プロファイルの成形手段は、熱伝導および／または対流および／または放射によって熱エネルギーを拡散させるために、たとえば、近傍に構成される電気抵抗を用いる、光学キャビティの少なくとも一部の加熱手段を備えてもよい。
【００３５】
空間的にフィルタリングするための手段が２次元マイクロエッチング網状物（すなわちフォトニック結晶）を備える場合には、直径および２次元の繰り返しパターンのような特徴的寸法は、前記少なくとも２つの横モード間の周波数差値を一定にすることを可能にする、キャビティ内で共振している各横モードの前記空間的にフィルタリングするための手段の光波長と、キャビティ内で共振している各横モードの位相シフトとの予め決められた横プロファイルを生成するために調節することができる。
【００３６】
この構成により、網状物の一方および／または他方の寸法を変更することで、いかなる位相プロファイルでも有効に決定することができる。この変更は、単調であってもよく、単調でなくてもよく、連続的であってもよく、あるいは不連続であってもよい。すなわち、マイクロキャビティ網状物の寸法変更によって提供されるフィルタリングを精密に制御することができる。
【００３７】
好ましくは、分光フィルタは、さらに、制御可能な結晶液体画素マトリクスのような、前記分光フィルタの光波長横プロファイルの動的制御手段を備えてもよい。すなわち、２つの横モードの周波数差の安定化のためにこれを変更かつ／または制御するために、２つの横モードの周波数差を、デバイス動作中に制御することが可能である。
【００３８】
上記の改善のいずれかに係る別の一実現化モードでは、利得領域を励起する手段は、（ｉ）ポンプレーザビームを発するポンプレーザと、（ｉｉ）ポンプレーザビーム強度を空間的に成形するように構成される手段とを備えてもよく、光波の少なくとも２つの横モードを選択する手段は、ポンプレーザビーム強度を空間的に成形する手段を備えてもよく、光波の少なくとも２つの選択された横モードに対応する第１の要素の出射領域にポンプビーム強度パターンを投影するように構成される。
【００３９】
したがって、光学キャビティで共振している少なくとも２つの横モードと、前記少なくとも２つの横モードの周波数差とを精密に調節するために、本発明に係るレーザを制御することができる。
【００４０】
別の一実現化モードでは、第２のミラーは、凹面鏡または位相共役ミラーであってもよい。
【００４１】
別の一実現化モードでは、分光フィルタをキャビティに挿入してもよく、複数のミラーのうちの１つの表面上に挿入してもよく、あるいはギャップに挿入してもよい。
【００４２】
好ましい実施形態では、本発明に係るレーザデバイスは、光学キャビティの長さを変更するように第２のミラーを動かす調整手段をさらに備えてもよい。したがって、外部ミラーを動かすことで、レーザ平均周波数を調節することができる。これは、たとえば圧電アクチュエータのような任意の周知の手段を用いて実現することができ、あるいは、その基板の上にあるペルチェモジュールによって半導体の温度を調節することによって実現することができる。これにより、均一に全体温度が上昇するようになる。
【００４３】
別の実現化モードでは、本発明に係るレーザデバイスは、光波の少なくとも２つのモードの周波数差を調整する手段をさらに備えてもよい。
【００４４】
好ましい実施形態では、周波数差を調整する手段は、半導体要素の横方向に向かって熱勾配を確立するよう構成される熱調整手段であってもよい。熱調整は、光学キャビティ温度（すなわち光路長）を変更するための非常に優れた手段であり、したがって、（それは本実施形態を用いて実現することができる）いくつかの非常にきめの細かい周波数シフトである。したがって、本発明に係るレーザデバイスは、継続して堅牢である点で有用である。
【００４５】
別の好ましい実施形態では、熱調整する手段は、複数の構成要素、すなわち、半導体要素に横に取り付けられ、熱を伝導するか、散逸させるように構成される少なくとも１つの局所発熱要素、ならびに／または、半導体要素の出射領域および／もしくは空間的にフィルタリングする手段を加熱する、好ましくは局所的に加熱するためにポンプレーザパワーを変調する手段、ならびに／または、たとえば、花びら様のポンプ強度ビームレーザプロファイルを用いて、熱勾配もしくは２つのビームと交差する不均一な横熱分布を拡大かつ／もしくは最適化した、成形されたポンプビームのうちの１つを備える。
【００４６】
本発明の別の態様は、少なくとも２つの周波数を備える光波を生成する方法であって、（ｉ）利得領域の内側で光波を生成する工程と、（ｉｉ）励起する手段を用いて光波を励起する工程と、（ｉｉｉ）光波の少なくとも２つの横モードを選択するために光波の光強度および／または位相プロファイルを成形する工程とのうちの少なくとも１つを備える方法を提案するものである。
【００４７】
好ましい実施形態では、光波の少なくとも横モードを選択する工程は、光波強度を空間的にフィルタリングすることに含まれてもよい。
【００４８】
別の好ましい一実施形態では、本発明に係る方法は、少なくとも光波周波数をシフトするために光学キャビティの長さを適合させる工程をさらに備えてもよい。
【００４９】
別の好ましい一実施形態では、本発明に係る方法は、少なくとも２つのモードの周波数差を調整する工程をさらに備えてもよい。
【００５０】
本発明の別の態様は、選択された少なくとも２つのモードは、導波路に入射させられる、フォトミキシング技術を用いるＴＨｚ生成のための本発明に係るレーザデバイスの利用を提案するものである。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
本発明の実施形態に係る方法は、図面を参照してよりよく理解することができ、図面は例示目的のみで与えられ、限定されることは意図していない。本発明の他の態様、目的および利点は、以下に与えられる記載から明らかである。
【図１】本発明に係る二重周波数レーザの概略図を記載する。
【図２】半導体要素の内部で測定し得る横温度プロファイルの図である。
【図３】半導体要素にわたる熱調整の概略図である。
【図４】二重周波数ＶｅＣＳＥＬデバイスの光透過スペクトルの概略図である。
【図５】電子ビームリソグラフィによって本発明に係るマスクを製造するのに用いるマスクデザインを持つファイルの例である。
【図６】本発明に係る金属クロム吸収マスクの光学顕微鏡画像である。
【図７】半導体要素上に位置する金属吸収マスクを有する本発明に係るレーザデバイスの概略図である。
【図８】半導体要素上に位置する、スペーサをともなう２つの金属吸収マスクを有する本発明の第２の実施形態に係るレーザデバイスの概略図である。
【図９】本発明に係るレーザデバイスのファーフィールド強度マップである。
【図１０】本発明に係るレーザデバイスの測定光スペクトルである。
【図１１】光励起パワーの関数としてのレーザ出力パワーのグラフである。
【図１２】半導体要素上に回折マスクを有する本発明に係るレーザデバイスである。
【図１３】別の一回折マスクデザインを示す。
【図１４】フォトミキシングを用いた二重周波数ラゲールガウスＶｅＣＳＥＬのＴＨｚスペクトルと、そのモード強度の時間的発展とを示す。
【図１５】光学キャビティで共振している光波の位相プロファイルの成形を可能にする分光フィルタの概略図である。
【００５２】
【図１６】不均一な利得媒体により、選択された２つの横モードの周波数差の調節が可能になる、本発明に係るデバイスの実現化モードを概略的に示す。  この本発明は複数の実施形態とともに記載されているが、いくつかの代替例、修正例および変形例が、当業者には明確であろうこと、または明確であることは明らかである。したがって、この本発明の精神および範囲内にあるすべてのこのような代替例、修正例、均等例および変形例を含むことを意図する。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
以下、形容詞「縦（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ）」は、光波１０７伝播またはキャビティ軸の１つに対応する方向を指す。形容詞「横（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ）」は、縦のものに対する直交方向を指す。
【００５４】
以下の記載では、第１の要素１１１は、本発明を限定しないようにしつつ、半導体要素であると考える。
【００５５】
包括実現化モード
図１を参照して、本発明の包括実現化モードが記載されている。このモードにより、室温で作動し、堅牢でありかつ安定な二重周波数横モードを持ち、波長選択可能な、安定でありかつコンパクトなレーザモジュールが可能になる。
【００５６】
本発明は周知のＶｅＣＳＥＬに基づき、ＩＩＩ−Ｖ技術を用いる機能および外部凹型光学キャビティを統合する。
【００５７】
ＶｅＣＳＥＬ技術は基本的には、光放射を生じさせる利得媒体と第１のミラー１０３とを有する半導体要素を備える。利得媒体はたとえば量子井戸または量子ドットを備えてもよく、電気的または光学的に励起されてもよい。第１のミラー１０３は、光波１０７を反射するブラッググレーティングを構成する連続する層を備えてもよい。半導体要素は、温度を安定化し制御するペルチェモジュールを有するヒートシンクに取り付けられる。
【００５８】
以下の表は、第１の実現化モードにおける半ＶＥＣＳＥＬに対する構成要素となる層を示す。
【表１】
0006805149.tif 000002
【００５９】
異なる種類の層を有し、多数の他の材料および他の幅を有する多数の他の構成が開発される場合がある。本発明は、すべてのこれらの解決手段をカバーすることを意図する。
【００６０】
ブラッグミラーは、高い反射率（９９％を超えるか、出力ミラーよりも大きい）を持つ。たとえば、２７．５ペアのＡｌＡｓ／ＧａＡｓ  １／４波層で構成されてもよい。
【００６１】
利得領域１０４は、たとえば、キャビティにおいてレーザ場の波腹に構成される６つの歪み均衡ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ（Ｐ）量子井戸で形成される。ブラッグから空気までの活性領域の全光学的厚さは、１３／２半波層である。
【００６２】
このような半導体要素は、周知の半導体の製造技術（半導体ＭＢＥエピタキシ、電子リソグラフィ、ドライエッチングおよびウエットエッチング）によって製造される。
【００６３】
凹形状を持つ第２の外部ミラーが設けられ、第１のミラー１０３とともに外部光学キャビティを形成し、かついくつかの横モードを安定させるように構成される。なお、本発明はラゲール・ガウス・モードおよび／またはエルミート・ガウス・モードおよび／またはベッセル・ガウス・モードを安定させることができ、このことは本発明に合致する。
【００６４】
外部光学キャビティは半導体要素とは別体の部分を備えるので、外部光学キャビティは「外部的」と呼ばれる。外部光学キャビティは、レーザの適切な動作用に、内部にこれ以上なんらの構成要素も必要としない。好ましくは、外部光学キャビティの外側の部分は空気で満たされるが、いくつかの他の実施形態では、本発明に係るレーザデバイス１００の光学キャビティは、モノリシックキャビティを形成するために、出射領域と第２のミラー１０６との間に忠中実スペーサを含んでもよい。例として、このようなモノリシックキャビティは、サフィールモノリス（Ｓａｐｈｉｒ  ｍｏｎｏｌｉｔｈ）またはガラスで形成することができる。
【００６５】
好ましい実施形態では、外部キャビティは軸対称を持つ。
【００６６】
第２のミラー１０６は誘電ガラスベースのミラーであってもよく、あるいは半導体、またはエッチングされた表面上にあるいくつかのフォトニック結晶を有してもよい。第２のミラー１０６は、レーザビームがレーザから出射するのを可能にするように数パーセントの透過率を持つ。一般的に、第２の外部ミラーは、半導体要素から１ｍｍの位置に配置され、約１０ｍｍの曲率半径を持つ。図１に示されている例では、エアギャップ１０５により、凹形状の外部ミラーは半導体要素から隔てられる。
【００６７】
この場合、光励起を用いて、シングル・モード・レーザ・ダイオードにより電子を低エネルギー準位からいくつかの高エネルギー準位に上昇させる。例として、波長は７８５ｎｍであってもよく、出力は３００ｍＷであってもよい。ポンプレーザビーム１１０は、５０〜１００μｍスポットサイズを提供するために半ＶＥＣＳＥＬ面に収束させるものである。
【００６８】
ＶｅＣＳＥＬは少なくとも２つの横モードを示す安定したレーザ状態を生成するために設計され、この設計では、各横モードは直線偏光状態の１つの縦モードに作用し、したがって、完全な単一周波数状態で動作する。
【００６９】
本発明に係るレーザデバイス１００の波長選択能力を以下に詳述する。
【００７０】
図２は、半導体要素１１１の内部で測定し得る温度横プロファイル２０１と、いくつかのラゲールガウス（ＬＧ）横モード２０２，２０３および２０４の強度とを示す。温度横プロファイルはガウス分布であり、モードＬＧ００  ２０２，ＬＧ０２  ２０３およびＬＧ０３  ２０４が表わされている。２つの横ＬＧモード間のビート周波数は熱効果に依存し、より正確には、光励起によって生成する径方向熱勾配２０１に依存する。すなわち、ポンプビームは量子効率欠陥を持つ半ＶＣＳＥＬ上に収束させられるので、径方向熱勾配が生成する。
【００７１】
したがって、半導体利得スペクトルの平均波長は、この勾配にしたがって一般的には１００ＧＨｚ／Ｋの割合でシフトする。結果として、横モードの周波数差は熱空間分布（すなわちモード温度）に依存し、モードを制限すると、最高の動作波長が観測される。このようにして、光学ポンプパワーを調整することで、ビート周波数を調整することができる。
【００７２】
図３は、半導体要素１１１にわたる熱調整の概略図である。半導体要素１１１の上面１１２上に収束させられるポンプレーザビーム１１０は熱勾配３０１を生じさせる。したがって、屈折率はキャビティ内部で空間依存性を持ち、２つの軸経路（たとえば２つのモード）で異なる場合がある。
【００７３】
したがって、これにより、１つ以上の周波数３０２の存在が可能になり、単に利得領域１０４の温度を調整することによって２つのモードの周波数差を調整することができる。温度の制御は連続的に実現することができるので、周波数ビートの調整も熱調整によって連続的に実現することができる。
【００７４】
熱調整は、任意の手段および任意の方法によって実現してもよい。
【００７５】
好ましい一実施形態では、熱調整は光ポンプレーザビーム１１０によってなされる。ポンプレーザビーム１１０のパワーを制御することによって、半導体要素内部の温度拡散を制御することができる。したがって、熱勾配を制御するために半導体要素の内部で生じた熱を局所的に修正することが可能である。
【００７６】
別の好ましい一実施形態では、半導体要素の表面上に構成される局所金属ヒータにより、熱励起を実現することができる。加熱時に熱勾配を生じさせるために、いくつかの薄膜金属層を横方向にパターニングする。
【００７７】
図４は、二重周波数ＶＥＣＳＥＬデバイスのための光透過スペクトルの概略図を表わす。その固有の特徴に起因して、横モードは、いくつかのきわめて顕著な周波数領域４０１，４０２および４０３に位置する異なる共振周波数を持つ。したがって、図４に示されているように、Ｎ次モード４０１はスペクトルの左側に位置し、Ｎ＋１次およびＮ＋Ｍ次４０２，４０３は右側に位置する。したがって、次数毎に、自由スペクトルレンジ４０２付近にグーイシフト差を加えたものに由来する、次の次数から離れている周波数くし４１１，４１２，４１３にラゲールガウス横モードが存在する。これらの周波数くし間の切り替えは、キャビティ長を調整することによって実現してもよい。切り替えを実現してなお、この種の調整はビート周波数に影響を及ぼさない。
【００７８】
影響は及ぼさないが、このような動作は、安定した二重周波数動作に十分ではない。すなわち、横モード動作は、横モードホップを防止し、かつアライメントの影響を受け難くするために、堅牢でなければならず、安定化されなければならない。これを達成するために、本発明は、２つの横モードを選択していくつかの他の有害な横モードの出現を防止するために、光学キャビティの内部で共振している光波１０７の光強度および／または光位相を成形する手段に存在する打開策を提案する。
【００７９】
いくつかの第１の実施形態では、強度を成形する手段は、共振器の光波１０７を空間的にフィルタリングする手段であってもよい。フィルタリングする手段は、たとえば、少なくとも、半導体要素１１１上またはその内部に、好ましくは、レーザ場の波腹に構成されるマスク上にあってもよく、マスクは、光波１０７が透過させられ得るいくつかの第１の領域と、光波１０７伝播が大部分止められ得るいくつかの他の領域とを提供するために特定の形状を持つ。言い換えれば、本発明に係る横空間フィルタにより、不要なキャビティモードに対して所定の強い損失が生じ、所望のモードに対して低い損失が生じる。
【００８０】
横空間フィルタは、たとえば、回折デバイス、拡散デバイスおよび吸収デバイスのようなすべての種類の光フィルタリングデバイスを含む。空間的にフィルタリングする２つの異なる実現化モードを以下に記載する。好ましい実施形態では、これらのデバイスは、金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）および電子ビームリソグラフィによって製造してもよいが、本発明は、この製造プロセスに限定されない。
【００８１】
いくつかの他の実施形態では、共振器の内部の光波１０７の強度を成形する手段は、強度パターン化レーザ・ビーム・ポンピング・デバイスであってもよい。
【００８２】
このようにして、本発明に係るレーザデバイス１００は、非常に適合性が高く、安定している。すなわち、ビート周波数調整は、熱効果に依存するので、波長選択性は、半導体要素の内部の温度勾配の制御によって、たとえば、ポンプレーザビーム１１０パワーの制御および／または半導体要素上のいくつかの追加のヒータによってある程度の範囲で調節することができる。
【００８３】
第１の実現化モード：吸収マスク
以下の記載では、本発明のモードまたは実現例に係るデバイスは、ラゲールガウス横モードをフィルタリングするのに好適である。
【００８４】
図５、図６および図７を参照して、サブ波長パターニング吸収層が記載されている。パターニング吸収層は、半導体要素の場合にはその上面に堆積させられ得るので、全寸法が適当である。
【００８５】
好ましい実施形態では、パターニング吸収層は、第１のミラー１０３と出射領域との間において、キャビティの内部の任意の位置に堆積させ得る。
【００８６】
パターニング吸収層は、所定の吸収エリア５３０と所定の透過エリア５２０とで構成される。典型的には、キャビティの内部で共振している光波１０７の不要な横モードの強度を吸収エリア５３０によって５％〜１００％吸収してもよく、他方、透過エリア５２０は可能な限り（典型的には１％未満に）損失を減らすようにする。
【００８７】
これらのエリアの形状は、選択しようとする横モードの横パターンに適合させるために設計される。
【００８８】
図５は、本発明に係るレーザデバイス１００を設計し、かつ半導体要素１１１の上面に空間フィルタを集積するために、ウエハ５００にリソグラフィを行なうのに用いるファイルを示す。多種のデザインがいくつかの異なる寸法仕様を用いてウエハ上にパターニングされる。これらのいくつかは、ビームサイズおよびポンプレーザビーム１１０に応じて、横モード選択を最適化するために、他のものよりも大きい。さらに、２種類のデザイン、すなわち、いくつかの線で十字形５０１もしくは星形５０２に形成されているいくつかの単純なデザイン５０１，５０２、または、いくつかのより複雑な花形デザイン５１１，５１２がある。１種類の横モード次数のフィルタリングを目的とするので、これらのデザインは、ほぼ等価である。これにより、横モードのいくつかの異なる次数をフィルタリングすることが可能になる。
【００８９】
たとえば、図６は、本発明に係る金属クロムマスク６１０，６２０，６３０，６４０の光学顕微鏡画像と、このようなフィルタ６１５，６２５，６３５，６４５を用いてシミュレーションによってそれぞれ得られる対応するラゲールガウス横モードとを示す。
【００９０】
画像６．ａおよび画像６．ｂは、横ラゲール・ガウス・モードの２つの異なる次数用のいくつかの金属マスク６１０，６２０，６３０，６４０を示す。画像６ａおよびそれぞれ画像６．ｂについて、十字デザイン６１０，６３０および花形デザイン６２０，６４０は、画像６．ｃおよび画像６．ｄの方にそれぞれ見ることができるように、等価である。より正確には、画像６．ｃおよび画像６．ｄは、これらの吸収マスクで得られ得る、対応するＬＧ横モードを示す。すなわち、６１０および６２０デザインマスクにより、モードＬＧ００＋ＬＧ０２（６１５および６２５）を分離することができる一方で、６３０および６４０デザインマスクにより、モードＬＧ００＋ＬＧ０３（６３５および６４５）を分離することができる。
【００９１】
二重周波数レーザ動作用のマスクデザインは、いくつかの物理的パラメータに関して設計される。キャビティ光学パラメータが分かれば、ラゲール・ガウス・モードを計算することができる。ガウス・ポンプ・ビームを構造の中心に収束させるので、これらのモードの多くはレーザ発振動作に達することができない。したがって、低次数横モードのみの存在が許容される。マスクジオメトリが与えられると、損失をラゲール・ガウス・モード毎に計算することができ、たとえば、選択されたモードＬＧ００およびＬＧ０２についての最低損失が当然に得られる。これらのモードの、強い相補性のある横分布に起因して、これらの２つのモードは、横空間ホールバーニングのために当然共存する。
【００９２】
本発明は、少なくとも２つの横モードを安定させ／分離するすべての構成をカバーする。すなわち、１つのマスクで、１つ、２つまたはそれ以上の横モードを分離することができてもよい。図８に記載されることになるが、２つのマスク８２０，８３０を、各々が少なくとも１つの異なる横モードを分離する目的で組み合わせてもよい。
【００９３】
典型的には、マスクは、半ＶｅＣＳＥＬ上に、厚さ１０ｎｍで、幅数ミクロンのクロム層を堆積させることによって形成される。横寸法の仕様はビーム径に依存して約数ミクロンであり、縦寸法に沿って、マスクは、キャビティの内部で伝播させようとする横モードを吸収しないことを目的に、十分に薄くしなければならない。マスクは、光が回折している状態にしないように十分に薄くしなければならない。厚さ１０ｎｍは、たとえばクロムのための最適条件であるが、条件は材料の吸収係数に依存する。より一般的には、厚さは、対応する光波１０７の波長よりも小さい。
【００９４】
その場合、好ましい実施形態では、マスクは、光学キャビティの内部で共振している光波１０７の波腹に堆積させられる。堆積材料は、本発明を限定するものではない。求められる用途、技術波長および／または性能に応じて、所定の金属材料、ドープした半導体材料、または化学的に処理した材料（ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ  ａｔｔａｃｋｅｄ  ｍａｔｅｒｉａｌ）および／もしくは所定の誘電体を堆積させることができる。
【００９５】
図７は、半ＶｅＣＳＥＬ  １１１の上面７０１上に施される、本発明に係るこのような吸収マスク７１０の実装形態を示す。吸収エリアおよび透過エリアにより、２つの横モード７２０，７３０が選択され、最終的に、利得領域１０４での横空間ホールバーニングに起因してレーザ光学キャビティの内部で安定する。これらのモードは、半導体要素１１１の内部に位置するブラッグミラー１０３と第２の外部凹面ミラー１０６との間で共振している。図の右において、グラフはキャビティの内部の場強度伝播７４０を示す。すなわち、ブラッググレーティングミラーの内部の伝播波と、光励起中の活性ゾーンおよび利得領域１０４を通って共振している伝播波とを示す。
【００９６】
図８は、２つの金属マスク８２０，８３０を有する本発明の別の実施形態に係るレーザデバイス８００の概略図を示す。各マスクを順に堆積させる。まず、ブラッグミラー１０３を基板１０２上に堆積させる。その後、利得領域１０４を有する活性領域をブラッグミラー上に堆積させ、リソグラフィを行なう。その後、図示されている例では、第１のデザインを持つ第１のマスク８１０を表面上に堆積させる。第１のマスク８１０は厚さ１０ｎｍのクロムマスクである。その後、スペーサ８２０を波長に依存する厚さで堆積させる。図示されている例では、厚さは波長の１／２である。その後、第１のデザインと異なってもよい第２のデザインを持つ第２の吸収金属マスク８３０をスペーサ上に堆積させる。
【００９７】
好ましい実施形態では、本レーザデバイスにより生成される光波１０７の波腹に各マスクを配置する。
【００９８】
したがって、２つの吸収マスクを組み合せることで、横ラゲール・ガウス・モードの空間的フィルタリングを変化させることができる。
【００９９】
図９は、集積した金属吸収マスクを有する、本発明に係るレーザのファーフィールド強度マップを示し、２つのラゲール・ガウス・モードの両方が共存すること、すなわち、レーザデバイス１００が本発明にしたがうことを示す。
【０１００】
図１０は、本発明に係るレーザの光スペクトルである。図１０は、本発明に係るレーザが二重周波数動作を提供すること示し、二重周波数動作は、１６２ＧＨｚの２つのモードの周波数差でプロットされた２つの極値によって示されている。吸収マスクデザインを変更することによって、４５０ＧＨｚまでビート周波数を変更することができる。
【０１０１】
図１１は、レーザ出力パワーが光励起パワーの関数としてプロットされているグラフである。第１の横モードの閾値の後で、レーザ出力パワーは、第２の横モードの閾値まで第１の傾きをともなって直線状であり、第２の横モードの閾値からレーザ出力パワーの傾きが増加する。すなわち、第２のモードが現れる際には、本発明に係るレーザはより効率的になる。図１１に示されている例では、第１のモードの閾値のポンプパワーは約１５０ｍＷであり、第２のモードの閾値は約２５０ｍＷである。
【０１０２】
第２の実現化モード：回折マスク
図１２は、上述されているような半導体要素１１１上に設けられる回折マスクを有する、本発明に係るレーザデバイス１００である。レーザデバイス１００は、周期ａの正方形格子上に構成される直径ｄの孔１２２０の２次元配列にしたがって穿孔されている単一のＳｉ３Ｎ４層１２１０からなる。孔の直径は求められる効果を考慮して一定であってもよく、あるいは変化してもよい。穿孔した単一の層Ｓｉ３Ｎ４は、フォトニック結晶ミラーであり、吸収マスクに対してするのと同様に半ＶｅＣＳＥＬ  １１１の上面上に堆積させられる。原理は吸収マスクに近いが、原理は吸収効果の代わりに回折効果に基づいている。したがって、不要なラゲール・ガウス・モードを回折するために光を回折する。
【０１０３】
図１３は、レーザキャビティの内部で共振している光波１０７に対して損失を引き起こす別の一回折マスクデザインを示す。この実施形態に係る回折マスク１３１０は、空間フィルタ１３１０の２つの対称軸上に対してエッチングされている４つの回折格子１３２０，１３４０，１３６０，１３８０で構成されている。示されている例では、ピッチは１μｍであり、各マークのサイズは２００ｎｍである。２つのモードがこの種の結晶フォトニクス回折マスクにより選択される。すなわち、マスク上に中心に配置されている円形の線のような主モードＴＥＭ００  １３０５と、マスクの各角にある１本の凹状の閉じた形状の曲線（１３０１〜１３０４）のようなＬＧ０２モードとが選択される。
【０１０４】
回折構造がエッチングされる誘電体堆積物の典型的な厚さは、約波長の１／２〜波長の１／８である。
【０１０５】
回折マスクは、吸収マスクに対してするのと同様に、いくつかのマイクロエレクトロニクス技術によって製造してもよい。
【０１０６】
第３の実現化モード：強度パターン化レーザ・ビーム・ポンピング・デバイス
この特定の実現化モードでは、レーザキャビティの内部で共振している光波１０７の光強度を成形する手段は、所定の損失を提供するマスクではもはやなく、この手段はこの場合は光励起に関する。
【０１０７】
上記で開示されている２つの実現化モードでは、光励起は、励起が起こる半導体要素の活性面上の所望のビームサイズ（ガウス型またはシルクハット型プロファイル）にわたってきわめて均一である。
【０１０８】
空間フィルタによりもたらされる結果よりも等価になる結果が、不均一な励起パターンで得られることが本発明で示される。
【０１０９】
吸収エリアと呼ばれるいくつかのエリアでポンプレーザビーム１１０の強度を減少させ、透過エリアと呼ばれるいくつかの他のエリアで光透過を可能にするために、ポンプレーザビーム１１０を半導体要素の活性面に収束させる光学構成要素上に空間横フィルタを取り付ける。ポンプレーザビーム１１０上のそれらのエリアの形状および位置は、半導体要素上の活性面に投影し、かつ遮ろうとする横ラゲール・ガウス・モード上に重ねるために設計されている。選択しようとする横ラゲール・ガウス・モードに対応するもののみを、不均一な強度のポンプレーザによって効果的に励起する。
【０１１０】
本発明のいくつかの他の実施形態では、別の種類のポンプ成形技術は、花びら様形状のポンプエリアを生成するために２つの楕円ポンプビーム（交差した軸）を半導体チップに収束させるものであってもよい。
【０１１１】
図１４は、フォトミキシングを用いた二重周波数ラゲールガウスＶｅＣＳＥＬのＴＨｚスペクトルと、そのモード強度の時間的発展とを示す。適度なパワー（３５ｍＷ）の３００Ｋの連続波動作時の、２つの相互にコヒーレントな（すなわち、相対的な位相ノイズが小さいことを示す）光波の、固有のＶｅＣＳＥＬキャビティの内部での同時レーザ生成が示されている。
【０１１２】
ＵＴＣフォトダイオード中のフォトミキシング二重周波数ＬＧ  ＶＥＣＳＥＬによるコヒーレントＴＨｚ波生成が示されており、二重周波数ＶＥＣＳＥＬの定常状態での２つのＬＧモードの同時発光を示すレーザ動力学の理論的研究が確認される。
【０１１３】
図１５は、光学キャビティで共振している光波の位相プロファイルの成形を可能にする分光フィルタの概略図である。
【０１１４】
図（ａ）は、２つの横モードが選択される（手段は表わされていない）光学キャビティを示し、光学キャビティは２つのモードの周波数差を調節するために分光フィルタを含む。図（ｂ）は、前記分光フィルタの正面図を示す。図（ｃ）は、一方で、光学キャビティの内部で共振している２つの横モードについて、このような分光フィルタの帯域幅を示し、他方で増幅媒体の利得を示す。
【０１１５】
特定の実現化モードに係れば、本発明に係るデバイスは、光学キャビティを形成する２つのミラーＭ１およびＭ２の間に、少なくとも２つの横モードを選択するための表わされていない手段の他に、横モード間の位相シフトを生成し、光学キャビティの内部で共振している２つの横モード（λ１，λ２）の周波数差を調節するためにパターニングされた吸収分光フィルタおよび／または増幅分光フィルタ１５０３を備えてもよい。光学キャビティ内の２つの横モード間の強度は、１５０４によって示されている。
【０１１６】
このフィルタリングはたとえば、利得媒体および／または損失媒体を備えるライオットフィルタまたはファブリ・ペロー・フィルタによって実現してもよい。光学キャビティの調節は、各共振モードλ１，λ２がフィルタを横切って異なる光波長を辿るように前記フィルタを調節することで実現してもよい。言い換えれば、分光フィルタは、２つの共振横モードの間の位相シフトを生成するために、屈折率を示すように構成され、不均一な横光波長を示すようにさえ構成される。
【０１１７】
限定しない例として、このようなフィルタは、半導体構造（すなわち、たとえばＶＣＳＥＬ）に堆積させる低反射率のブラッグミラー（１〜１０ペア）によって実現してもよい。このようなミラーは、マイクロエレクトロニクスコーティングプロセスによって形成してもよい。このような分光フィルタにより、２つの横モード間の周波数差の「標準工場設定（ｓｔａｎｄａｒｄ  ｆａｃｔｏｒｙ  ｓｅｔｔｉｎｇ）」を有効に実現することが可能になる。
【０１１８】
しかしながら、このような分光フィルタは、光学キャビティの内部で共振している２つの横モード間の周波数差を制御するための手段を提供することを目的として、動的であってもよい。たとえば、制御可能な液晶画素マトリクスであってもよい。
【０１１９】
このようなミラーの特徴的寸法を調節することで、キャビティの内部で共振している各横モードの「検出された」屈折率の制御が可能になり、たとえば、第１のモードの分、第１の交差光学材料の厚さを増やすことができ、本発明に係るデバイスの所望の周波数差を精密に制御することができる。特に、前記フィルタの中央領域の屈折率値（したがって、厚さ）を周辺の領域と比較して修正する。たとえば、他の横モードと比較した横モードの１つについてのλ／２未満の厚さの位相シフト堆積層をブラッグミラー面上でエッチングすることができる。
【０１２０】
位相シフト構造、たとえば、網状物の特徴的寸法によって空間的に制御される屈折率を持つフォトニック結晶またはメタマテリアルを加えることもできる。たとえば、これは、その直径および周期性が、横モードの位相プロファイルを決定する特定のパターンにしたがって変化する２次元孔網状物であってもよい。このようにして、特に連続的であり、モード間の精密な調節を可能にする、所望の特定の位相プロファイルを実現することができる。
【０１２１】
さらに、この周波数差をスペクトル上で変位させることを目的として、上記のように、材料の屈折率値を局所的に修正するために不均一な横加熱を実現することができ、２つの横モード間の位相シフトを制御することで周波数差を制御することができる。
【０１２２】
図１６は、本発明に係るデバイスの実現化モードを概略的に示し、不均一な利得媒体により、選択された２つの横モードの周波数差の調節が可能になる。２つの横モードを選択する手段は表わされていない。
【０１２３】
図（ａ）は、不均一な利得媒体を備える光学キャビティを示す。図（ｂ）は、利得媒体の正面図を示す。図（ｃ）は、利得媒体の帯域幅を示す。
【０１２４】
本発明に係るデバイスは、光学キャビティを形成する２つのミラーＭ１およびＭ２の間に、キャビティの内部で共振している２つの横モード（λ１，λ２）の周波数差を調節するよう構成される利得媒体１６０１，１６０２を少なくとも備えてもよい。キャビティの内部で共振している横モードの強度は、１６０３によって示されている。
【０１２５】
たとえば半導体レーザの場合、このような調節は、利得媒体中の不均一な横損失および／または利得媒体の内部の電荷キャリアの不均一な分布を用いて実現することができる。このようにして、発光波長利得の強度は横に変化し、この強度により横モード間の周波数差を調節することができる。
【０１２６】
これに加えてまたはこれの代わりに、本発明に係るデバイスは、２つのモード間の周波数差を調節するために、２つのモード間の少なくとも１つの横に不均一な損失マスクを備えてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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