(57)【要約】【課題】波長可変幅を向上し得る波長可変レーザ装置及びその波長可変レーザ装置を用いた光干渉断層計を提供する。【解決手段】第１の反射鏡と、第２の反射鏡と、第１の反射鏡と第２の反射鏡との間に形成された活性層と、逆バイアス電圧が印加されることにより量子閉じ込めシュタルク効果が生ずる量子井戸構造層と、量子井戸構造層に逆バイアス電圧を印加するための電極と、を有し、活性層と第２の反射鏡との間に間隙が形成され、間隙の長さが変化することで共振波長が掃引され、共振波長の掃引時において、電極は、間隙の長さに応じて、量子井戸構造層に印加する逆バイアス電圧の印加を変える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の反射鏡と、
第２の反射鏡と、
前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡との間に形成された活性層と、
逆バイアス電圧が印加されることにより、量子閉じ込めシュタルク効果が生ずる量子井戸構造層と、
前記量子井戸構造層に逆バイアス電圧を印加するための電極と、を有し、
前記活性層と前記第２の反射鏡との間に間隙が形成され、
前記間隙の長さが変化することで共振波長が掃引され、
前記共振波長の掃引時において、前記電極は、前記間隙の長さに応じて、前記量子井戸構造層に印加する前記逆バイアス電圧を変える
ことを特徴とする波長可変レーザ装置。
【請求項２】
前記間隙の長さが所定値以上の際に前記量子井戸構造層に印加される電圧は、前記間隙の長さが前記所定値未満である際に前記量子井戸構造層に印加される電圧より大きい
ことを特徴とする請求項１記載の波長可変レーザ装置。
【請求項３】
前記間隙の長さを減少させる際に前記量子井戸構造層に印加される電圧は、前記間隙の長さを増加させる際に前記量子井戸構造層に印加される電圧より大きい
ことを特徴とする請求項１又は２記載の波長可変レーザ装置。
【請求項４】
前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡とのうち少なくとも一方は、第１の層と、前記第１の層より屈折率が高い第２の層とが交互に積層された分布ブラッグ反射鏡を含む
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の波長可変レーザ装置。
【請求項５】
前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡とのうち少なくとも一方は、高屈折率差サブ波長回折格子を含む
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の波長可変レーザ装置。
【請求項６】
前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡との間隔を変化させていない状態における前記間隙の長さは、１．７μｍより大きい
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の波長可変レーザ装置。
【請求項７】
前記量子井戸構造層は、多重量子井戸構造を有する
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の波長可変レーザ装置。
【請求項８】
前記量子井戸構造層に電圧を印加するための一対の電極を更に有し、
前記量子井戸構造層は、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とを有し、
前記一対の電極のうちの一方は、前記ｐ型半導体層に電気的に接続し、前記一対の電極のうちの他方は、前記ｎ型半導体層に電気的に接続している
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の波長可変レーザ装置。
【請求項９】
前記第２の反射鏡を支持する支持部に交番電圧を印加して前記第２の反射鏡を振動させ、
前記交番電圧の振幅変化に対応させて、前記電極は、前記量子井戸構造層に印加する前記逆バイアス電圧を変える
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の波長可変レーザ装置。
【請求項１０】
所定の波長より短い波長における前記活性層の利得は、前記所定の波長より長い波長における前記活性層の利得よりも大きい
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の波長可変レーザ装置。
【請求項１１】
前記電極が前記量子井戸構造層に前記逆バイアス電圧を印加しない場合には、前記量子井戸構造層の吸収端は、前記共振波長の掃引範囲の最短の波長よりも短波長側にある
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の波長可変レーザ装置。
【請求項１２】
所定の波長よりも長い波長で発振させる場合に、前記電極は、前記量子井戸構造層に前記逆バイアス電圧を印加する
ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の波長可変レーザ装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の波長可変レーザ装置と、
前記波長可変レーザ装置からの光を、測定対象物へ照射される照射光と参照光とに分岐させ、前記測定対象物に照射された前記照射光の反射光と前記参照光とによる干渉光を発生させる干渉光学系と、
前記干渉光を受光する光検出部と、
前記光検出部からの信号に基づき、前記測定対象物の情報を取得する情報取得部と
を有することを特徴とする光干渉断層計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長可変レーザ装置及びその波長可変レーザ装置を用いた光干渉断層計に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時では、出射するレーザ光の波長を変化させ得る波長可変レーザ装置が注目を集めている。波長可変レーザ装置の１つとして、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting LASER）装置が提案されている。垂直共振器型面発光レーザ装置では、２つの反射鏡のうちの一方を変位させることにより、２つの反射鏡の間隔を変化させ、これにより、レーザ光の発振波長、即ち、共振波長を変化させる。反射鏡を変位させるための可動部（可動機構）としては、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ：Micro Electro Mechanical Systems）技術を応用したものが提案されている。ＭＥＭＳ技術を応用した垂直共振器型面発光レーザ装置は、ＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬと称される。
【０００３】
ＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬは、波長を連続的に変化させることが可能である。また、ＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬは、可動部が微細であるため、可動部を高速で変位させることができ、従って、波長を高速で変化させることが可能である。また、ＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬは、消費電力も低い。このような特徴を有しているため、ＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬは大きな注目を集めている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Connie J. Chang-Hasnain, Fellow, IEEE, “Tunable VCSEL”, IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics, Vol. 6, No. 6, pp.978-987, 2000
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の垂直共振器型面発光レーザ装置は、必ずしも十分に広い波長可変幅が得られなかった。
【０００６】
本発明の目的は、波長可変幅を向上し得る波長可変レーザ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一観点によれば、第１の反射鏡と、第２の反射鏡と、前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡との間に形成された活性層と、逆バイアス電圧が印加されることにより量子閉じ込めシュタルク効果が生ずる量子井戸構造層と、前記量子井戸構造層に逆バイアス電圧を印加するための電極とを有し、前記活性層と前記第２の反射鏡との間に間隙が形成され、前記間隙の長さが変化することで共振波長が掃引され、前記共振波長の掃引時において、前記電極は、前記間隙の長さに応じて、前記量子井戸構造層に印加する前記逆バイアス電圧を変えることを特徴とする波長可変レーザ装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、可変波長幅の広い波長可変レーザ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態による波長可変レーザ装置を示す断面図及び平面図である。
【図２】本実施形態による波長可変レーザ装置の上部反射鏡の断面図である。
【図３】間隙の長さと発振波長とモードとの関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第１実施形態による波長可変レーザ装置における初期の間隙の長さと波長可変幅との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第１実施形態による測定装置を示す概略図である。
【図６】本発明の第２実施形態による波長可変レーザ装置を示す断面図及び平面図である。
【図７】本発明の第３実施形態による波長可変レーザ装置の駆動方法を示す図である。
【図８】本発明の第４実施形態による波長可変レーザ装置を示す断面図である。
【図９】参考例による垂直共振型面発光レーザ装置におけるシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１０】比較例による波長可変レーザ装置における間隙の長さと発振波長とモードとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
従来の垂直共振器型面発光レーザ装置では、必ずしも十分に広い波長可変幅が得られなかった。従来の垂直共振器型面発光レーザ装置において必ずしも十分に広い波長可変幅が得られなかったのは、以下のような理由によるものである。
【００１１】
即ち、垂直共振器型面発光レーザ装置においては、例えば上部反射鏡を支持する梁状の支持部に電圧を印加することにより、梁状の支持部を変位させる。梁状の支持部に電圧が印加されると、静電引力が生じ、上部反射鏡と下部反射鏡との間に存在している間隙の長さが小さくなる方向に梁状の支持部が変位する。梁状の支持部におけるばねの反発力と静電引力とがつりあった状態で、梁状の支持部が保持される。梁状の支持部に印加する電圧がある電圧を超えると、梁状の支持部におけるばねの反発力と静電引力とのつりあいがとれなくなり、梁状の支持部の下方に存在する部材に梁状の支持部が接触してしまう。一般的には、初期の間隙の長さの３分の１程度の変位が梁状の支持部に生じると、梁状の支持部におけるばねの反発力と静電引力とのつりあいがとれなくなり、梁状の支持部の下方に存在する部材に梁状の支持部が接触してしまう。このように、梁状の支持部の変位は、初期の間隙の長さの３分の１程度に制限される。このような制限は、３分の１制限と称される。初期の間隙の長さの３分の１程度に梁状の支持部の変位量が制限されるため、３分の１制限の観点からは、初期の間隙の長さは大きい方が好ましい。
【００１２】
一方、単に下部反射鏡と上部反射鏡との間隔を変化させた場合には、あるモードから他のモードへの移行、即ち、モードホッピングが生じてしまう。モードホッピングは、レーザ発振が可能な波長域内に複数の縦モードが存在するために生ずる。レーザ発振が可能な波長域よりも縦モード間隔の方が広ければ、モードホッピングは生じない。即ち、レーザ発振が可能な波長域内に他の縦モードが存在しなければ、ホッピング先のモードが存在しないため、モードホッピングは生じない。レーザ発振が可能な波長域内に他の縦モードが存在しなければ、レーザ発振が可能な波長域の全体において発振波長、即ち、共振波長を変化させることができる。縦モード間隔を広げるための手法としては、下部反射鏡と上部反射鏡との間隔を狭めることが挙げられる。下部反射鏡と上部反射鏡との間隔を狭めれば、間隙の長さも狭まる。従って、モードホッピングを抑制するという観点からは、間隙の長さは小さくする方が好ましい。
【００１３】
このように、垂直共振器型面発光レーザ装置においては、３分の１制限の観点からは、初期の間隙の長さは大きくする方がよく、モードホッピングを抑制するという観点からは、初期の間隙の長さは小さくする方がよい。即ち、垂直共振器型面発光レーザ装置においては、初期の間隙の長さに関してトレードオフの関係が存在している。
【００１４】
図９は、参考例による垂直共振型面発光レーザ装置におけるシミュレーション結果を示すグラフである。一点鎖線のプロットは、初期の間隙の長さの３分の１の変位を梁状の支持部に生じさせた際に生ずる発振波長の変化量を示している。即ち、一点鎖線のプロットは、変位前の発振波長と変位後の発振波長との差、即ち、変位の前後における発振波長の波長差を示している。破線のプロットは、初期の間隙の長さに対応する縦モード間隔、即ち、初期の間隙の長さに対応するモード間の波長差を示している。
【００１５】
図９から分かるように、初期の間隙の長さの３分の１の変位を生じさせた際の波長差は、初期の間隙の長さが長いほど大きくなる。一方、初期の間隙の長さに対応する縦モード間隔は、初期の間隙の長さが長くなるほど小さくなる。
【００１６】
図９から分かるように、最も大きい波長差が得られるのは、初期の間隙の長さを１．７μｍ程度とした場合である。初期の間隙の長さを１．７μｍ程度に設定すれば、７０ｎｍ程度の波長差、即ち、７０ｎｍ程度の波長可変幅が得られる。
【００１７】
上記のような理由により、従来の波長可変レーザ装置では、必ずしも十分に広い波長可変幅が得られなかった。
【００１８】
本願発明者は、鋭意検討した結果、以下のようにして波長可変幅を向上することに想到した。
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による波長可変レーザ装置及びその波長可変レーザ装置を用いた測定装置について図１乃至図４を用いて説明する。
【００２１】
（波長可変レーザ装置）
まず、本実施形態による波長可変レーザ装置１０について説明する。
【００２２】
本実施形態による波長可変レーザ装置１０は、ＭＥＭＳ技術を応用した波長可変レーザ装置、より具体的には、ＭＥＭＳ技術を応用した垂直共振器型面発光レーザ装置（ＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬ）である。
【００２３】
図１（ａ）は、本実施形態による波長可変レーザ装置を示す断面図である。
【００２４】
図１（ａ）に示すように、基板１０１上には、反射鏡（第１の反射鏡、下部反射鏡）１０２が形成されている。基板１０１としては、例えばｎ型のＧａＡｓ基板が用いられている。下部反射鏡１０２としては、例えばＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector、分布ブラッグ反射鏡）が形成されている。下部反射鏡１０２は、例えば、光学膜厚がそれぞれλｃ１の４分の１であるＧａＡｓ層及びＡｌＡｓ層を１ペアとし、これを３０ペア含む交互積層によって構成されている。λｃ１は、下部反射鏡１０２の高反射帯域の中心波長であり、本実施形態では例えば１０５７ｎｍ程度となっている。なお、本願明細書において、反射鏡の高反射帯域とは、レーザ発振を可能とするのに十分な反射率が反射鏡において得られる波長帯域のことであり、具体的には、９８％以上の反射率が反射鏡において得られる波長帯域を意味する。なお、基板１０１の裏面（下面）には、電極（ｎ側電極、裏面電極）１１０が形成されている。
【００２５】
下部反射鏡１０２上、即ち、第１の反射鏡上には、活性層１０３が形成されている。活性層１０３は、厚さ８ｎｍ程度のＩｎ０．３５ＧａＡｓ層（図示せず）をＧａＡｓＰ層（図示せず）で挟んだ量子井戸（図示せず）を含んでいる。また、活性層１０３は、厚さ８ｎｍ程度のＩｎ０．３２ＧａＡｓ層（図示せず）をＧａＡｓＰ層（図示せず）で挟んだ量子井戸（図示せず）を更に含んでいる。Ｐ（燐）は、ＧａＡｓに対して格子定数を小さくする作用がある。一方、Ｉｎ（インジウム）は、ＧａＡｓに対して格子定数を大きくする作用がある。このため、ＩｎＧａＡｓ層とＧａＡｓＰ層とを含む活性層１０３においては、累積歪が抑制されている。活性層１０３の導電型は、例えばｉ型（アンドープ）とする。閾値電流が最小値となるときの波長が、反射鏡１０２，１０６の高反射帯域の中心波長λｃ１、λｃ２に対して短波長側に位置するように、活性層１０３が構成されている。λｃ１、λｃ２より短い波長における活性層１０３の利得は、λｃ１、λｃ２より長い波長における活性層１０３の利得よりも大きくなっている。なお、ここで、閾値電流とは、レーザ発振が可能な最小電流のことである。
【００２６】
活性層１０３上には、２つの支持部１０７が互いに離間して配されている。活性層１０３の上方には、量子閉じ込めシュタルク効果（ＱＣＳＥ：Quantum Confined Stark Effect）が生ずる量子井戸構造層（多重量子井戸構造層、ＱＣＳＥ層）１０５が形成されている。量子閉じ込めシュタルク効果とは、量子井戸構造に電界を印加すると吸収端波長が長波長側にシフトする現象のことである。量子井戸構造層１０５によって梁状の支持部１２２が形成されている。即ち、量子井戸構造層１０５が、梁状の支持部１２２を兼ねている。梁状の支持部１２２は、ＭＥＭＳ技術を用いて形成されている。梁状の支持部１２２の両端は、支持部１０７によって固定されている。梁状の支持部１２２は、上部反射鏡１０６を変位自在に支持している。このような梁状の支持部１２２によって、下部反射鏡１０２と上部反射鏡１０６との間隔を変化させる機構（可動機構、支持機構）が構成されている。換言すれば、梁状の支持部１２２によって、下部反射鏡１０２と上部反射鏡１０６との間の間隙を変化させる機構が構成されている。なお、量子井戸構造層１０５と上部反射鏡１０６とが相俟って可動機構（可動部）１２２を構成していると考えることも可能である。支持部１０７の厚さは、例えば３．８μｍ程度に設定されている。このため、梁状の支持部１２２に電圧を印加していない状態、即ち、初期状態における間隙（エアギャップ）１０４の長さは、例えば３．８μｍ程度となっている。即ち、本実施形態では、梁状の支持部１２２に電圧を印加していない状態、即ち、下部反射鏡１０２と上部反射鏡１０６との間隔を変化させていない状態における間隙１０４の長さは、１．７μｍに対して大きくなっている。即ち、梁状の支持部１２２に電圧を印加していない際における間隙１０４の長さは、１．７μｍより大きくなっている。
【００２７】
量子井戸構造層１０５は、例えば、厚さ６ｎｍ程度のＩｎ０．３２ＧａＡｓ層（図示せず）をＧａＡｓ層（図示せず）で挟んだ量子井戸（図示せず）を有している。量子井戸構造層１０５は、量子井戸構造が多重化された多重量子井戸構造であることが好ましい。量子井戸構造層１０５の下面側には、例えばｎ型半導体層（図示せず）が形成されている。ｎ型半導体層としては、例えば、ｎ型にドーピングされたＡｌ０．２ＧａＡｓ層が形成されている。一方、量子井戸構造層１０５の上面側には、例えばｐ型半導体層（図示せず）が形成されている。ｐ型半導体層としては、例えば、ｐ型にドーピングされたＡｌ０．２ＧａＡｓ層が形成されている。このように量子井戸構造層１０５は、ｉ型（ノンドープ）の量子井戸構造の上下にｐ型半導体層とｎ型半導体層とが形成されたｐ−ｉ−ｎ構造となっている。量子井戸構造層１０５に電圧を印加するということは、量子井戸構造層１０５のｐ−ｉ−ｎ構造に電圧を印加すること、より具体的には、量子井戸構造層１０５のｐ型半導体層とｎ型半導体層との間に逆バイアス（逆方向電圧）を印加することを意味する。ｐ型半導体層側に負電圧、ｎ型半導体層側に正電圧を印加することで、量子井戸構造層１０５に逆バイアスが印加される。
【００２８】
量子井戸構造層１０５に電圧を印加していない状態においては、量子井戸構造層１０５の吸収端波長が反射鏡１０２，１０６の高反射帯域内に位置しないように、量子井戸構造層１０５のバンドギャップが設定されている。量子井戸構造層１０５に逆バイアス電圧が印加されていない状態では、量子井戸構造層１０５の吸収端は、共振波長の掃引範囲の最短の波長よりも短波長側にある。量子井戸構造層１０５に電圧を印加していない状態、即ち、逆バイアスを印加していない状態においては、量子井戸構造層１０５は、反射鏡１０２，１０６の高反射帯域内での発振に対して特段の影響を及ぼさない。
【００２９】
一方、量子井戸構造層１０５に電圧を印加した状態においては、量子井戸構造層１０５の吸収端波長が反射鏡１０２，１０６の高反射帯域内に位置するように、量子井戸構造層１０５のバンドギャップが設定されている。具体的には、量子井戸構造層１０５に電圧を印加した際に、反射鏡１０２，１０６の高反射帯域の中心波長λｃ１、λｃ２よりも短波長側において吸収が生じるように、量子井戸構造層１０５が構成されている。このため、量子井戸構造層１０５に電圧を印加した状態においては、反射鏡１０２，１０６の高反射帯域の中心波長λｃ１、λｃ２に対して短波長側において、発振が阻害される。つまり、所定の波長よりも長い波長で発振させる場合に、量子井戸構造層１０５に逆バイアス電圧が印加されている。
【００３０】
量子井戸構造層１０５上、即ち、梁状の支持部１２２上には、反射鏡（第２の反射鏡、上部反射鏡）１０６が形成されている。上部反射鏡１０６は、梁状の支持部１２２によって変位可能に支持されている。上部反射鏡１０６としては、例えばＤＢＲが形成されている。図２は、本実施形態による波長可変レーザ装置の上部反射鏡の断面図である。図２に示すように、上部反射鏡１０６は、例えば、光学膜厚がそれぞれλｃ２の４分の１であるＳｉＯ２層３０１及びＴｉＯ２層３０２を１ペアとし、これを１５ペア含む交互積層膜を有している。λｃ２は、上部反射鏡１０６の高反射帯域の中心波長であり、本実施形態では例えば１０５７ｎｍ程度となっている。
【００３１】
ＳｉＯ２層３０１とＴｉＯ２層３０２とから成る交互積層膜のうちの最上層のＴｉＯ２層３０２の上側には、ＳｉＯ２とＴｉＯ２との中間の屈折率を有する中間屈折率層３０３が形成されている。中間屈折率層３０３としては、例えばＳｉＮ層が用いられている。中間屈折率層３０３の光学膜厚は、上部反射鏡１０６の高反射帯域の中心波長λｃ２の４分の１より大きく設定されている。より具体的には、中間屈折率層３０３の光学膜厚は、例えば、上部反射鏡１０６の高反射帯域の中心波長λｃ２の４分の１の１．０５倍に設定されている。
【００３２】
このような中間屈折率層３０３が上部反射鏡１０６に形成されているため、中間屈折率層３０３の厚さに応じた波長に、上部反射鏡１０６の反射率が極小となる点、即ち、ディップが観測される。本実施形態では、中間屈折率層３０３の光学膜厚が上部反射鏡１０６の高反射帯域の中心波長λｃ２の４分の１より大きいため、上部反射鏡１０６の高反射帯域の中心波長λｃ２に対して長波長側にディップが観測される。上部反射鏡１０６の高反射帯域の中心波長λｃ２に対して長波長側にディップが観測されるため、上部反射鏡１０６の高反射帯域の中心波長λｃ２に対して長波長側においては、閾値利得が相対的に高くなっている。このため、上部反射鏡１０６の高反射帯域の中心波長λｃ２に対して短波長側においては、閾値利得が相対的に低くなっている。なお、閾値利得とは、利得が損失を上回ってレーザ発振が得られるときの利得のことである。このように、本実施形態では、短波長側における閾値利得が相対的に低くなり、高波長側における閾値利得が相対的に高くなるように、上部反射鏡１０６が構成されている。このため、量子井戸構造層１０５に電圧を印加していない状態においては、上部反射鏡１０６の高反射帯域の中心波長λｃ２に対して短波長側において発振が生じやすい。
【００３３】
図１（ｂ）は、本実施形態による波長可変レーザ装置の平面図である。図１（ｂ）は、本実施形態による波長可変レーザ装置１０を上面側から見たものである。
【００３４】
図１（ｂ）に示すように、基板１０１上には、２つの支持部１０７が互いに離間して配されている。ＭＥＭＳ技術を用いて形成された梁状の支持部１２２の両端が、支持部１０７によって固定されている。図１（ｂ）において破線で示された領域１２３は、発光が生ずる領域を概念的に示している。発光が生ずる領域１２３は、レーザ部１２４の一部である。
【００３５】
電極１１１は、活性層１０３に電流を注入するためのものであり、活性層１０３の上面に接している。電極１１３は、量子井戸構造層１０５に電圧を印加するためのものであり、量子井戸構造層１０５の上面に位置するｐ型半導体層に接続されている。電極１１２は、量子井戸構造層１０５に電圧を印加するためのものであり、量子井戸構造層１０５の下面に位置するｎ型半導体層に接続されている。量子井戸構造層１０５に逆バイアスを印加する際には、量子井戸構造層１０５の下面に位置するｎ型半導体層に接続されている電極１１２の電位は、量子井戸構造層１０５の上面に位置するｐ型半導体層に接続されている電極１１３の電位よりも高く設定される。本実施形態では、一対の電極１１２，１１３、即ち、一方の電極１１２と他方の電極１１３との間に印加する電圧を変化させることにより、量子井戸構造層１０５に対する制御を行うことができる。
【００３６】
また、本実施形態では、電極１１０と電極１１２との間に印加する電圧を変化させることにより、梁状の支持部１２２を変位させ、発振波長、即ち、共振波長を掃引することができる。
【００３７】
本実施形態による波長可変レーザ装置１０の共振器１２は、下部反射鏡１０２と、活性層１０３と、量子井戸構造層１０５と、上部反射鏡１０６と、下部反射鏡１０２と上部反射鏡１０６との間隔を変化させる機構（可動機構）１２２とを含んでいる。そして、下部反射鏡１０２と上部反射鏡１０６との間隔の変化に応じて長さが変化する間隙１０４が、下部反射鏡１０２と上部反射鏡１０６との間に存在している。
【００３８】
こうして、本実施形態による波長可変レーザ装置１０が構成されている。
【００３９】
図３は、間隙の長さと発振波長とモードとの関係を示すグラフである。横軸は間隙１０４の長さを示している。縦軸は、レーザ光の発振波長を示している。
【００４０】
図３から分かるように、梁状の支持部１２２に電圧が印加されていない状態では、間隙１０４の長さは、例えば３．８μｍ程度となっている。間隙１０４の長さが３．８μｍ程度の際には、例えば波長１０９８ｎｍ程度で共振するモードが存在する。この共振モード（縦モード）を、ここでは、モードＢと称することとする。図３から分かるように、間隙１０４の長さが３．８μｍ程度の際には、１０９８ｎｍよりも短い波長で共振するモードが更に存在する。この共振モードを、ここでは、モードＡと称することとする。
【００４１】
間隙１０４の長さが例えば３．０μｍ程度となるまで反射鏡１０２と反射鏡１０６との間隔を小さくすると、モードＢの発振波長は例えば１００７ｎｍ程度となる。図３から分かるように、間隙１０４の長さが３．０μｍ程度の際には、１００７ｎｍよりも長い波長で共振するモードが更に存在する。この共振モードを、ここでは、モードＣと称することとする。
【００４２】
本実施形態では、反射鏡１０２，１０６の高反射帯域内、即ち、レーザ光の発振波長を変化させ得る範囲内に、複数のモード、即ち、２つ以上のモードが存在する。より具体的には、本実施形態では、レーザ光の発振波長を変化させ得る範囲内に、３つのモードが存在する。このため、単に下部反射鏡１０２と上部反射鏡１０６との間隔を変化させた場合には、モードＢから他のモードＡ，Ｃへの移行、即ちモードホッピングが生じ得る。
【００４３】
そこで、本実施形態では、下部反射鏡１０２と上部反射鏡１０６との間の間隙の長さに応じて量子井戸構造層１０５に印加する電圧を適宜制御することにより、モードホッピングを防止し、広い波長帯域でモードＢでの発振が維持されるようにしている。
【００４４】
反射鏡１０２、１０６の高反射帯域の中心波長λｃ１，λｃ２である１０５７ｎｍより長い波長で共振させる際には、活性層１０３に電流を注入するとともに、量子井戸構造層１０５に電圧（逆バイアス）を印加する。具体的には、電極１１２の電位が電極１１３の電位より例えば１０Ｖ程度高くなるように、電極１１２の電位及び電極１１３の電位を設定する。量子井戸構造層１０５に逆バイアスを印加すると、量子井戸構造層１０５における吸収端波長が長波長側にシフトするため、反射鏡１０６の高反射帯域の中心波長λｃ１，λｃ２に対して短波長側での発振が阻害される。従って、量子井戸構造層１０５に逆バイアスを印加した場合には、比較的長い波長での確実な発振が実現される。
【００４５】
一方、反射鏡１０２、１０６の高反射帯域の中心波長λｃ１，λｃ２である１０５７ｎｍより短い波長で共振させる際には、活性層１０３への電流の注入は行うが、量子井戸構造層１０５には電圧を印加しない。具体的には、電極１１２と電極１１３との間の電位差を、０Ｖとする。量子井戸構造層１０５に電圧を印加しなければ、量子井戸構造層１０５の吸収端波長は、反射鏡１０２，１０６の高反射帯域よりも短い波長となる。上述したように、本実施形態では、短波長側における閾値利得が相対的に低くなり、高波長側における閾値利得が相対的に高くなるように、上部反射鏡１０６が構成されている。このため、量子井戸構造層１０５に電圧を印加していない状態においては、上部反射鏡１０６の高反射帯域の中心波長λｃ２に対して短波長側において発振が生じやすい。このため、量子井戸構造層１０５に電圧を印加していない状態においては、比較的短い波長域での確実な発振が実現される。
【００４６】
反射鏡１０２、１０６の高反射帯域の中心波長λｃ１，λｃ２である１０５７ｎｍに対応する間隙１０４の長さは、例えば３．４μｍ程度である。従って、間隙１０４の長さが例えば３．４μｍ以上である際には、比較的長い波長での確実な発振を実現すべく、量子井戸構造層１０５に電圧を印加する。一方、間隙１０４の長さが例えば３．４μｍ未満である際には、比較的短い波長での確実な発振を実現すべく、量子井戸構造層１０５に電圧を印加しない。
【００４７】
間隙１０４の長さは、梁状の支持部１２２に印加する電圧を変化させることにより変化させ得る。即ち、間隙１０４の長さは、電極１１０と電極１１２との間に印加する電圧を変化させることにより変化させ得る。なお、梁状の支持部１２２に印加する電圧を変化させると、間隙１０４の長さが変化するのは、梁状の支持部１２２に印加する電圧を変化させると、梁状の支持部１２２に働く静電引力が変化するためである。つまり、梁状の支持部１２２に交番電圧を印加して上部反射鏡１０６が振動することで、間隙の長さが変化する。また、支持部１２２に印加される交番電圧の振幅変化に対応させて、量子井戸構造層１０５に印加する逆バイアス電圧の印加が変えられる。
【００４８】
間隙１０４の長さが例えば３．４μｍとなる際における電極１１２への印加電圧は、予め求めることが可能である。従って、電極１１２への印加電圧が間隙１０４の長さが３．４μｍ以上となるような電圧である場合には、量子井戸構造層１０５に電圧を印加する。即ち、電極１１２への印加電圧が所定電圧以下である場合には、電極１１２と電極１１３との間の電圧を、例えば１０Ｖ程度とする。一方、間隙１０４の長さが３．４μｍ未満となるような電圧が電極１１２に印加されている場合には、量子井戸構造層１０５に電圧を印加しない。即ち、電極１１２への印加電圧が所定電圧より大きい場合には、電極１１２と電極１１３との間の電圧を０Ｖとする。
【００４９】
本実施形態では、例えば、反射鏡１０２、１０６の高反射帯域の中心波長λｃ１，λｃ２を中心として、レーザ光の発振波長が掃引される。
【００５０】
このように量子井戸構造層１０５への電圧の印加を制御するため、間隙の長さが所定値以上の際に量子井戸構造層１０５に印加される電圧は、間隙の長さが所定値未満である際に量子井戸構造層１０５に印加される電圧より大きい。
【００５１】
このように、本実施形態では、比較的長い波長で発振させる際には、量子井戸構造層１０５に電圧を印加することにより、比較的長い波長での確実な発振を実現する。一方、比較的短い波長で発振させる際には、量子井戸構造層１０５に電圧を印加しないことにより、比較的短い波長での確実な発振を実現する。このため、本実施形態によれば、モードホッピングを確実に防止することができ、波長可変幅の広い波長可変レーザ装置を得ることができる。
【００５２】
（評価結果）
次に、本実施形態による波長可変レーザ装置の評価結果について説明する。
【００５３】
図１０は、比較例による波長可変レーザ装置における間隙の長さと発振波長とモードとの関係を示すグラフである。比較例は、下部反射鏡と上部反射鏡との間隔を単に変化させることにより発振波長を変化させるものである。即ち、比較例では、本実施形態のような量子井戸構造層１０５は設けられていない。
【００５４】
比較例では、初期の間隙の長さは、１．５μｍ程度とした。初期の間隙の長さが１．５μｍの場合、初期の間隙の長さの３分の１の変位を生じさせると、間隙の長さは１．０μｍとなる。
【００５５】
図１０から分かるように、間隙の長さを１．５μｍから１．０μｍまで変化させると、発振波長は６８ｎｍ程度変化する。間隙の長さを１．０μｍより小さくすると、３分の１制限を満たさなくなり、梁状の支持部におけるばねの反発力と静電引力とのつりあいがとれなくなる虞があるため、間隙の長さを１．０μｍより小さくすることは好ましくない。このため、比較例による波長可変レーザ装置では、波長可変幅は６８ｎｍ程度であった。
【００５６】
これに対し、本実施形態では、共振波長の掃引時において、下部反射鏡１０２と上部反射鏡１０６との間隙の長さに応じて、量子井戸構造層１０５に対する電圧の印加を制御するため、モードホッピングを確実に防止することができる。従って、本実施形態では、図９において破線でプロットしたような縦モード間隔による制約が存在しない。従って、本実施形態によれば、梁状の支持部１２２に電圧を印加していない際における間隙１０４の長さを、著しく大きくすることができる。本実施形態によれば、初期の間隙１０４の長さを著しく大きくすることができるため、初期の間隙１０４の長さの３分の１程度の長さも十分に厚くなる。このため、本実施形態によれば、極めて広い波長域で発振波長を変化させることが可能となる。
【００５７】
間隙１０４の長さを例えば３．８μｍから３．０μｍに変化させた場合には、図３から分かるように、例えば１００７ｎｍ〜１０９８ｎｍ程度の波長域において、モードＢから他のモードＡ，Ｃへのモードホッピングを生じることなく、発振波長を変化させ得る。波長１０９８ｎｍと波長１００７ｎｍとの波長差は９１ｎｍである。即ち、本実施形態では、例えば９１ｎｍ程度の波長可変幅が得られる。
【００５８】
図４は、本実施形態による波長可変レーザ装置における初期の間隙の長さと波長可変幅との関係を示すグラフである。横軸は、初期の間隙の長さを示しており、縦軸は、波長可変幅を示している。
【００５９】
図４から分かるように、初期の間隙１０４の長さを３．８μｍに設定した場合には、波長可変幅を９１ｎｍ程度とすることができる。
【００６０】
発振波長を１０９８ｎｍから１００７ｎｍまで変化させた際には、間隙１０４の長さは３．８μｍから３．０μｍまで変化する。長さ３．８μｍと長さ３．０μｍとの差、即ち、間隙１０４の長さの変化量は０．８μｍ程度である。０．８μｍという間隙１０４の長さの変化量は、初期の間隙１０４の長さの３分の１に対して十分に小さい。従って、発振波長を１０９８ｎｍから１００７ｎｍまで変化させても、３分の１制限に対する余裕は十分に存在する。
【００６１】
このように、本実施形態によれば、波長可変幅の極めて広い波長可変レーザ装置を得ることができる。
【００６２】
（測定装置）
次に、本実施形態による波長可変レーザ装置を用いた測定装置について図５を用いて説明する。図５は、本実施形態による測定装置を示す概略図である。
【００６３】
なお、ここでは、光干渉断層計（ＯＣＴ装置：Optical Coherence Tomography apparatus）の光源部８０１に本実施形態による波長可変レーザ装置１０を用いる場合を例に説明するが、これに限定されるものではない。本実施形態による波長可変レーザ装置１０は、光干渉断層計の光源部８０１に限定されるものではなく、様々な用途に用いることが可能である。波長可変レーザ装置を光源部８０１に用いた光干渉断層計は、分光器を用いることを要しないため、光量のロスが少なく、高Ｓ／Ｎ比の断層像の取得が可能である。
【００６４】
図５に示すように、本実施形態による測定装置（ＯＣＴ装置）８は、光源部８０１と、干渉光学系８０２と、光検出部８０３と、情報取得部８０４とを有している。
【００６５】
光源部８０１には、本実施形態による波長可変レーザ装置１０が用いられる。
【００６６】
情報取得部８０４は、フーリエ変換器（図示せず）を有している。ここで、情報取得部８０４がフーリエ変換器を有しているとは、情報取得部８０４が、入力されたデータに対してフーリエ変換する機能を有していることを意味し、フーリエ変換器の態様は特に限定されるものではない。一つの例は、情報取得部８０４が演算部（図示せず）を有しており、当該演算部がフーリエ変換する機能を有している場合である。より具体的には、当該演算部がＣＰＵ（Central Processing Unit）を有するコンピュータであり、当該コンピュータが、フーリエ変換機能を有するアプリケーションを実行する場合である。他の例は、情報取得部８０４がフーリエ変換機能を有するフーリエ変換回路を有している場合である。
【００６７】
光源部８０１から出力された光は、干渉光学系８０２を経て、測定対象（測定対象物）である物体８１２の情報を含む干渉光となり、当該干渉光は光検出部８０３において受光される。
【００６８】
なお、光検出部８０３は、差動検出型の光検出器でもよいし、単純な強度モニタ型の光検出器でもよい。
【００６９】
光検出部８０３によって受光された干渉光の強度の時間波形の情報は、光検出部８０３から情報取得部８０４に出力される。
【００７０】
情報取得部８０４では、受光された干渉光の強度の時間波形のピーク値を取得してフーリエ変換を行うことにより、物体８１２の情報（例えば断層像の情報）を取得する。
【００７１】
以下、光源部８０１から光が発せられてから、測定対象である物体８１２の断層像の情報が得られるまでについて、詳細に説明する。
【００７２】
光源部８０１から出た光は、ファイバ８０５内を通って、カップラ８０６に入り、照射光用のファイバ８０７内を通る照射光と、参照光用のファイバ８０８内を通る参照光とに分岐される。カップラ８０６としては、分岐比が１：１のカップラである３ｄＢカップラが用いられている。カップラ８０６は、光源部８０１から発せられる光の波長帯域においてシングルモードで動作し得る。
【００７３】
ファイバ８０７内を伝搬する照射光は、コリメーター８０９を通って平行光になり、ミラー８１０で反射される。ミラー８１０で反射された光は、レンズ８１１を通って物体８１２に照射され、物体８１２の奥行き方向の各層で反射される。
【００７４】
一方、ファイバ８０８内を伝搬する参照光は、コリメーター８１３を通ってミラー８１４で反射される。
【００７５】
カップラ８０６では、物体８１２からの反射光とミラー８１４からの反射光とによる干渉光が発生する。こうして干渉した光は、ファイバ８１５内を通り、コリメーター８１６を通って集光され、光検出部８０３によって受光される。
【００７６】
光検出部８０３によって受光された干渉光の強度の情報は、電圧等の電気的な情報に変換されて、情報取得部８０４に送られる。
【００７７】
情報取得部８０４では、干渉光の強度のデータを処理し、具体的には、フーリエ変換を行い、断層像の情報を得る。フーリエ変換が行われる干渉光の強度のデータは、通常は、等波数間隔にサンプリングされたデータであるが、これに限定されるものではなく、等波長間隔にサンプリングされたデータであってもよい。
【００７８】
こうして取得された断層像の情報は、情報取得部８０４から画像表示部８１７に送られ、画像として表示することができる。
【００７９】
なお、照射光の入射する方向に対して垂直な方向にミラー８１０を走査することで、測定対象の物体８１２の３次元の断層像を得ることもできる。
【００８０】
また、図示しないが、光源部８０１から出る光の強度を逐次モニタリングし、そのデータを干渉光の強度の信号の振幅補正に用いるようにしてもよい。
【００８１】
情報取得部８０４は、電気回路８１８を介して、光源部８０１の制御を行うことができる。上述したように、本実施形態では、比較的長い波長で波長可変レーザ装置を発振させる際には、量子井戸構造層１０５に電圧を印加する。一方、比較的短い波長で波長可変レーザ装置を発振させる際には、量子井戸構造層１０５に電圧を印加しない。量子井戸構造層１０５に対する電圧の印加の制御は、例えば情報取得部８０４によって行うことができる。即ち、情報取得部８０４は、量子井戸構造層１０５に対する電圧の印加を制御する制御部として機能し得る。情報取得部（制御部）８０４は、電気回路８１８を介して電極１１２と電極１１３との間の電圧を適宜設定することにより、量子井戸構造層１０５に対する電圧の印加を制御する。また、情報取得部（制御部）８０４は、電気回路８１８を介して電極１１０と電極１１２との間の電圧を適宜設定することにより、可動機構１２２を変位させ、これにより波長可変レーザ装置１０から発せられるレーザ光の発振波長を変化させる。また、情報取得部（制御部）８０４は、電極１１１に接続された活性層１０３に電気回路８１８を介して電流を注入する。
【００８２】
なお、ここでは、情報取得部８０４が量子井戸構造層１０５に対する電圧の印加を制御する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。情報取得部８０４とは別個の制御部（図示せず）を用いて、量子井戸構造層１０５に対する電圧の印加を制御するようにしてもよい。また、情報取得部８０４とは別個の制御部によって、可動機構１２２に接続された電極１１２に印加する電圧を制御し、波長可変レーザ装置１０から発せられるレーザ光の発振波長を変化させてもよい。また、情報取得部８０４とは別個の制御部によって、活性層１０３に電流を注入してもよい。この場合、情報取得部８０４とは別個の制御部は、光源部８０１内に設けられていてもよいし、光源部８０１と別個に設けられていてもよい。
【００８３】
本実施形態による測定装置８は、例えば、眼科、歯科、皮膚科等の分野において、動物や人のような生体の断層像に関する情報を取得する際に有用である。なお、生体の断層像に関する情報とは、生体の断層像自体のみならず、生体の断層像を得るために必要な数値データをも含む。特に、本実施形態による測定装置８は、測定対象が人体の眼底であり、眼底の断層像に関する情報を取得する際に好適である。
【００８４】
本実施形態による波長可変レーザ装置１０は、上述したように波長可変幅が極めて広い。このため、本実施形態による波長可変レーザ装置１０を用いれば、高分解の断層像を取得し得る測定装置８を実現することができる。
【００８５】
なお、ここでは、本実施形態による波長可変レーザ装置１０を、測定装置８の光源に用いる場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、本実施形態による波長可変レーザ装置１０を、光通信用の光源に用いるようにしてもよいし、光計測用の光源に用いるようにしてもよい。
【００８６】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による波長可変レーザ装置について図６を用いて説明する。図６（ａ）は、本実施形態による波長可変レーザ装置を示す断面図である。図６（ｂ）は、本実施形態による波長可変レーザ装置を示す平面図である。図１乃至図５に示す第１実施形態による波長可変レーザ装置等と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
【００８７】
本実施形態による波長可変レーザ装置は、高屈折率差サブ波長回折格子（ＨＣＧ：High-index Contrast subwavelength Grating）２０４によって上部反射鏡２０６が構成されているものである。
【００８８】
図６に示すように、活性層１０３の上方には、量子井戸構造層２０２が形成されている。量子井戸構造層２０２により、梁状の支持部（可動機構）２２２が構成されている。なお、量子井戸構造層２０２と後述する上部反射鏡層２０１とが相俟って可動機構２２２が構成されていると考えることも可能である。
【００８９】
量子井戸構造層２０２上には、高屈折率差サブ波長回折格子２０４を有する上部反射鏡２０６を形成するための上部反射鏡層２０１が形成されている。上部反射鏡２０６を構成する高屈折率差サブ波長回折格子２０４の複数の格子溝（グレーティング溝）２０３は、上部反射鏡層２０１のみならず、量子井戸構造層２０２にも形成されている。格子溝２０３は、上部反射鏡層２０１の上面から量子井戸構造層２０２の下面に達するように形成されている。
【００９０】
高屈折率差サブ波長回折格子２０４の格子溝２０３が上部反射鏡層２０１のみならず量子井戸構造層２０２にも形成されているが、量子井戸構造層２０２に印加されるバイアスが逆バイアスであるため、電流等によって悪影響が及ぼされることはない。
【００９１】
高屈折率差サブ波長回折格子２０４を用いた可動機構２２２は、軽く、しかも、薄い。このため、本実施形態によれば、高速で可動機構２２２を変位させることが可能である。このため、本実施形態によれば、高速で波長を可変し得る波長可変レーザ装置を提供することができる。
【００９２】
このように、高屈折率差サブ波長回折格子２０４によって上部反射鏡２０６を構成してもよい。本実施形態によっても、波長可変幅の極めて広い波長可変レーザ装置を得ることができる。
【００９３】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態による波長可変レーザ装置について図７を用いて説明する。図７は、本実施形態による波長可変レーザ装置の駆動方法を示す図である。図１Ａ乃至図６Ｂに示す第１又は第２実施形態による波長可変レーザ装置等と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
【００９４】
本実施形態による波長可変レーザ装置の構成は、例えば、第１実施形態による波長可変レーザ装置１０と同様である。
【００９５】
本実施形態では、梁状の支持部１２２を変位させるための電極１１２に印加する電圧を０Ｖから徐々に上昇させ、電極１１２に印加する電圧が所定電圧に達するまでは、量子井戸構造層１０５に電圧を印加する。かかる所定電圧は、例えば、発振波長が波長可変域の中心波長より若干長い波長となるときの電圧とする。より具体的には、かかる所定電圧は、発振波長が例えば１０６３ｎｍとなるときの電圧とする。量子井戸構造層１０５に電圧を印加している際には、比較的短い波長での発振が阻害されるため、比較的長い波長で確実に発振する。このため、例えば１０６３ｎｍより長い波長で発振させる際には、モードＢで発振することとなる。こうして、量子井戸構造層１０５に電圧を印加した状態、即ち、量子井戸構造層１０５に逆バイアスを印加した状態で、間隙１０４の長さが減少させられる。
【００９６】
そして、梁状の支持部１２２を変位させるための電極１１２に印加する電圧が、所定電圧に達した際には、量子井戸構造層１０５への電圧の印加を中止する。そうすると、モードＢより短波長側のモードＡが発振しやすくなり、モードＢからモードＡへの移行、即ち、モードホッピングが生ずる。モードＢからモードＡへのモードホッピングが生ずると、発振波長は例えば１００５ｎｍ程度となる。上述したように、短波長側における閾値利得が相対的に低くなり、高波長側における閾値利得が相対的に高くなるように、上部反射鏡１０６が構成されている。このため、量子井戸構造層１０５に電圧を印加していない状態においては、上部反射鏡１０６の高反射帯域の中心波長λｃ２に対して短波長側において発振が生じやすい。従って、量子井戸構造層１０５に電圧を印加していない状態においては、比較的短い波長で確実に発振する。
【００９７】
モードホッピングが生じた後には、梁状の支持部１２２を変位させるための電極１１２への印加電圧は徐々に低下させる。電極１１２への印加電圧を徐々に低下させる際には、モードＡでの発振が維持され、電極１１２への印加電圧が０Ｖになると、発振波長は１０４８ｎｍ程度となる。こうして、量子井戸構造層１０５に電圧が印加されていない状態で、間隙１０４の長さが増加させられる。
【００９８】
この後、量子井戸構造層１０５への電圧の印加を再開すると、発振波長は例えば１０９８ｎｍ程度となる。即ち、量子井戸構造層１０５に電圧を印加すると、発振波長が初期状態に戻る。量子井戸構造層１０５に電圧を印加すると、比較的低い波長での発振が阻害されるため、モードＡからモードＢへのモードホッピングを確実に生じさせることができる。
【００９９】
このような制御を行うため、本実施形態では、間隙１０４の長さを減少させる際に量子井戸構造層１０５に電圧を印加される電圧は、間隙１０４の長さを増加させる際に量子井戸構造層１０５に電圧を印加される電圧より大きい。
【０１００】
このように、本実施形態では、敢えてモードホッピングを生じさせる。本実施形態において梁状の支持部１２２を往復させることにより得られる波長可変幅は、第１実施形態において得られる波長可変幅とほぼ同等である。従って、本実施形態のように波長可変レーザ装置を動作させてもよい。本実施形態では、モードホッピングを生じさせた後には、梁状の支持部１２２を変位させるための電極１１２に印加させる電圧を徐々に低下させるため、梁状の支持部１２２の変位量は第１実施形態の場合の約半分である。本実施形態によれば、梁状の支持部１２２に印加する電圧が小さくてもよいため、消費電力の低減等を図ることができる。
【０１０１】
上述した掃引においては、間隙１０４の長さを減少させる際に量子井戸構造層１０５に印加される電圧は、間隙１０４の長さを増加させる際に量子井戸構造層１０５に印加される電圧より大きく設定されていた。しかし、間隙１０４の長さの増減と、量子井戸構造層１０５に印加する電圧との関係は上述した組み合わせに限定されるものではなく、逆の組み合わせによっても同じ波長範囲を掃引することが可能である。具体的には、間隙１０４の長さを減少させる際に量子井戸構造層１０５に印加される電圧を、間隙１０４の長さを増加させる際に量子井戸構造層１０５に印加される電圧より小さくして、波長掃引を行うことも可能である。この場合には、図７に示す矢印とは逆向きの駆動を行う。まず、量子井戸構造層１０５に印加される電圧を比較的低い状態、つまり、図７に示すモードＡでの発振の状態で、間隙１０４の長さを減少させる。これにより、発振波長は、１０４８ｎｍ程度から１００５ｎｍ程度にまで掃引される。この後、量子井戸構造層１０５に印加する電圧を大きくし、モードホップを起こさせ、発振モードをモードＢに変更する。これにより発振波長は１０６３ｎｍ前後となる。この後、量子井戸構造層１０５に印加する電圧を維持した状態で、つまりモードＢで発振する状態で間隙１０４の長さを増加させることによって発振波長を増加させ、発振波長を１０９８ｎｍ付近にまで掃引することができる。
【０１０２】
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態による波長可変レーザ装置について図８を用いて説明する。図８（ａ）は、本実施形態による波長可変レーザ装置を示す断面図である。図８（ｂ）は、本実施形態による波長可変レーザ装置を示す平面図である。図１乃至図７に示す第１乃至第３実施形態による波長可変レーザ装置等と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
【０１０３】
本実施形態による波長可変レーザ装置は、活性層１０３上に量子井戸構造層１０５が形成されているものである。
【０１０４】
図８に示すように、活性層１０３上には量子井戸構造層１０５が形成されている。量子井戸構造層１０５は、活性層１０３上に直接形成されている。
【０１０５】
量子井戸構造層１０５上には、互いに離間して支持部１０７が形成されている。
【０１０６】
量子井戸構造層１０５の上方には、上部反射鏡１０６が位置している。上部反射鏡１０６の両端は、支持部１０７によって固定されている。本実施形態では、上部反射鏡１０６によって、可動機構１２２が構成されている。
【０１０７】
電極１１３は、可動機構１２２の上面に電気的に接続されている。電極１１２は、量子井戸構造層１０５の上面に電気的に接続されている。電極１１１は、活性層１０３の上面、即ち、量子井戸構造層１０５の下面に、電気的に接続されている。可動機構１２２は、電極１１３と電極１１２との間に印加する電圧を変化させることにより変位する。電極１１２と電極１１１との間に電圧を印加することにより、量子井戸構造層１０５における量子閉じ込めシュタルク効果が制御される。活性層１０３への電流注入は、電極１１１と電極１１０の間に電圧を印加することにより行われる。
【０１０８】
本実施形態による波長可変レーザ装置の駆動方法は、第１実施形態又は第３実施形態による波長可変レーザ装置の動作方法と同様であるため、説明を省略する。
【０１０９】
このように、量子井戸構造層１０５が間隙１０４よりも下方に位置していてもよい。本実施形態によっても、波長可変幅の極めて広い波長可変レーザ装置を得ることができる。
【０１１０】
［変形実施形態］
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【０１１１】
例えば、第３実施形態では、第１実施形態の波長可変レーザ装置において敢えてモードホッピングを生じさせる場合を例に説明したが、第２又は第４実施形態による波長可変レーザ装置においても、敢えてモードホッピングを生じさせるようにしてもよい。第２又は第４実施形態による波長可変レーザ装置においても、量子閉じ込めシュタルク効果を生ずる量子井戸構造層１０５が設けられている。このため、第２又は第４実施形態による波長可変レーザ装置においても、第３実施形態のように動作させることは可能である。
【０１１２】
また、上記実施形態では、活性層１０３の構造が量子井戸構造である場合を例に説明したが、活性層１０３の構造は量子井戸構造に限定されるものではない。例えば、バルクや量子ドットなど、他の構造の活性層であってもよい。
【０１１３】
また、第１、第３、第４実施形態では、反射鏡１０２，１０６としてＤＢＲを用いる場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、高屈折率差サブ波長グレーティング等を反射鏡１０２，１０６として用いるようにしてもよい。
【０１１４】
また、第２実施形態では、上部反射鏡１０６に高屈折率差サブ波長回折格子を用いる場合を例に説明したが、下部反射鏡１０２に高屈折率差サブ波長回折格子を用いるようにしてもよい。
【０１１５】
また、上記実施形態では、反射鏡１０２、１０６、２０６の高反射帯域の中心波長λｃ１，λｃ２を中心として発振波長を掃引する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、反射鏡１０２、１０６、２０６の高反射帯域の中心波長λｃ１，λｃ２と、発振波長を変化させる帯域の中心波長とがずれていてもよい。
【０１１６】
また、上記実施形態では、第１の反射鏡１０２の高反射領域の中心波長λｃ１と第２の反射鏡１０６、２０６の高反射領域の中心波長λｃ２とが同じである場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、第１の反射鏡１０２の高反射領域の中心波長λｃ１と第２の反射鏡１０６、２０６の高反射領域の中心波長λｃ２とがずれていてもよい。
【０１１７】
また、上記実施形態では、活性層１０３よりも上側に量子井戸構造層１０５が位置している場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。活性層１０３よりも下側に量子井戸構造層１０５を位置させてもよい。
【０１１８】
また、上記実施形態では、電極１１２が、可動機構１２２に電圧を印加するための電極と、量子井戸構造層１０５に電圧を印加するための電極とを兼ねている場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。可動機構１２２に電圧を印加するための電極と、量子井戸構造層１０５に電圧を印加するための電極とを別個に設けてもよい。
【０１１９】
また、第１実施形態では、量子井戸構造層１０５が可動機構１２２を構成している場合を例に説明したが、量子井戸構造層１０５と別個に梁状の支持部（可動機構）１２２を設けるようにしてもよい。
【０１２０】
また、第２実施形態では、量子井戸構造層２０２が可動機構１２２を構成している場合を例に説明したが、量子井戸構造層２０２と別個に梁状の支持部（可動機構）１２２を設けるようにしてもよい。
【０１２１】
また、第４実施形態では、上部反射鏡１０６が可動機構１２２を構成している場合を例に説明したが、上部反射鏡１０６と別個に梁状の支持部（可動機構）１２２を設けるようにしてもよい。
【０１２２】
また、上記実施形態では、梁状の支持部（可動機構）１２２の両端が固定されている場合、即ち、可動機構１２２が両端固定梁である場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、可動機構１２２が、片側だけが固定された片持ち梁であってもよい。
【０１２３】
また、上記実施形態では、梁状の支持部より成る可動機構１２２によって下部反射鏡１０２と上部反射鏡１０６、２０６との間隔を変化させる場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。下部反射鏡１０２と上部反射鏡１０６、２０６との間隔を変化させることが可能な様々な機構（可動機構、支持機構）を、適宜用いることができる。
【０１２４】
また、上記実施形態では、波長可変域の中心波長が１０５７ｎｍの波長可変レーザ装置、即ち、１０６０ｎｍ帯の波長可変レーザ装置を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、８５０ｎｍ帯の波長可変レーザ装置に本発明を適用することも可能である。各構成要素の組成や膜厚を適宜設定することにより、様々な波長帯波長可変レーザ装置を得ることができる。
【０１２５】
また、上記実施形態では、中間屈折率層３０３を形成することにより、短波長側における閾値利得を相対的に低くしたが、短波長側における閾値利得を相対的に低くするための手法は、これに限定されるものではない。例えば、反射鏡１０６中の１つ又は複数の層の光学膜厚を反射鏡の中心波長λｃの２分の１程度に設定することによっても、短波長側における閾値利得を相対的に低くすることは可能である。
【０１２６】
また、上記実施形態では、上部反射鏡２０６に高屈折率差サブ波長回折格子２０４を設ける場合を例に説明したが、下部反射鏡１０２に高屈折率差サブ波長回折格子を設けるようにしてもよい。
【０１２７】
また、上記実施形態では、中間屈折率層を上部反射鏡１０６に形成したが、これに限定されるものではなく、例えば下部反射鏡１０２に中間屈折率層を形成してもよい。この場合には、例えば、ＧａＡｓ層及びＡｌＡｓ層とから成る交互積層膜のうちの最下層のＡｌＡｓ層の下側に、ＧａＡｓとＡｌＡｓとの中間の屈折率を有する中間屈折率層を形成すればよい。
【０１２８】
（その他の実施例）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【符号の説明】
【０１２９】
８…測定装置
１０…波長可変レーザ装置
１２…共振器
１０１…基板
１０２…下部反射鏡
１０３…活性層
１０５…量子井戸構造層
１０６…上部反射鏡
１０７…支持部
１１０，１１１，１１２，１１３…電極
１２２…梁状の支持部、可動機構
【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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