CN101027821A - 模式控制波导型激光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供模式控制波导型激光装置。通过在激光介质内使多个振荡模式振荡，从而可获得输出的标定容易、高亮度的基波输出，可进行高效率的二次谐波转换。具有激光介质(5)、包层(4)、及散热器(3)；该激光介质(5)形成为平板状，在相对光轴6垂直的截面厚度方向具有波导构造，在与上述光轴(6)和上述厚度方向垂直的方向具有周期性的透镜效果；该包层(4)接合于上述激光介质(5)的一面；该散热器(3)通过上述包层(4)接合于上述激光介质(5)的一面侧；激光振荡具有按上述激光介质(5)的波导模式振荡的激光振荡和按由上述激光介质(5)的周期性透镜效果形成的多个共振器模式振荡的激光振荡。

Description

模式控制波导型激光装置
技术领域
本发明涉及一种模式控制波导型激光装置，该模式控制波导型激光装置用于适合于打印机、投影电视的光源的大功率激光装置及波长转换激光装置。
背景技术
在打印机、投影电视中，作为光源，要求R(红)、G(绿)、B(蓝)3种颜色的光源。作为该光源，开发出这样的波长转换激光器，该波长转换激光器以900nm波长区、1μm波长区、1.3μm波长区的激光作为基波激光，使用非线性材料产生二次谐波(SHG：SecondHarmonic Generation)。在SHG中，为了实现从基波激光到二次谐波激光的高转换效率，要求提高非线性材料上的基波激光的功率密度，以及波面像差少的高亮度激光。
作为实现这样的波长转换激光装置的方法，具有图15所示激光共振器内二次谐波发生激光装置(例如参照非专利文献1)。图15所示激光装置具有出射激励光的激励用半导体激光器101，输送激励光的光纤102，使激励光聚光的聚光光学系统103，反射基波激光、透射激励光的第1反射镜105，激光介质104，反射基波激光的第2反射镜106，反射基波激光、透射二次谐波激光的第3反射镜107，将基波激光转换成二次谐波激光的非线性材料109，以及反射基波激光和二次谐波激光的第4反射镜108。符号110为由第1反射镜和第4反射镜构成的基波激光共振器的共振器内的传输形状，符号111为二次谐波激光的输出。
在图15中，从激励用半导体激光器101输出的激励光由光纤102输送和输出，由聚光光学系统103调整光轴和光束尺寸并进行聚光，使得与基波的传输形状110一致，由激光介质104吸收。这样，在激光介质104中产生相对基波激光的增益，由第1反射镜105～第4反射镜108构成的共振器中发生基波激光的激光振荡。
此时，入射到非线性材料109的基波激光的一部分转换成二次谐波激光，由第3反射镜107作为二次谐波激光输出111输出到外部。由第1反射镜105～第4反射镜108构成的共振器构成为使得相对基波激光可获得高亮度激光振荡，实现波面像差少的高亮度激光振荡。另外，如由传输形状110所示那样，利用非线性材料109减小基波激光的光束尺寸，提高基波激光的功率密度，从而实现高效率的SHG。
非专利文献1：ELSEVIER社发行的光学通信，205(2002)，361页
然而，在图15所示激光装置中，需要入射激励光的聚光光学系统、构成共振器的多个反射镜，需要多个光学部件。因此，存在装置体积庞大而变得昂贵的问题。
另外，需要能够获得高亮度的激光振荡地构成共振器，但除了共振器的长度、反射镜的曲率、反射角度外，由于激光介质的热透镜效果、振荡模式变化大，所以，存在着难以获得稳定的激光输出的课题。
另外，由于使用了反射镜的空间型的共振器，校准调整复杂，另外，由于来自外部的干扰容易产生校准偏差，所以，存在着难以获得高可靠性的课题。
另外，为了增加激光输出，需要增加激励光，但由于可入射到光纤的激励光的功率受到限制，所以，增加从1根光纤的输出受到限制，另外，在使用多个光纤的输出入射到激光介质的场合，聚光光学系统的构成变得复杂，所以，存在着难以增加二次谐波激光输出的课题。
发明内容
本发明用于解决上述课题，其目的在于获得一种可进行高效率的二次谐波转换的模式控制波导型激光装置，该模式控制波导型激光装置通过在激光介质内进行多个振荡模式的振荡，从而可获得容易进行输出定标的、高亮度的基波输出。
本发明的模式控制波导型激光装置的特征在于：具有激光介质、包层、及散热器；该激光介质形成为平板状，在相对光轴垂直的截面厚度方向具有波导构造，在与上述光轴和上述厚度方向垂直的方向具有周期性的透镜效果；该包层而接合于上述激光介质的一面；该散热器通过上述包层接合于上述激光介质的一面侧；激光振荡具有按上述激光介质的波导模式振荡的激光振荡和按由上述激光介质的周期性透镜效果形成的多个共振器模式振荡的激光振荡。
按照本发明，通过在激光介质内使多个振荡模式振荡，可获得输出标定容易的、高亮度的基波输出，可进行高效率的二次谐波转换。
附图说明
图1为示出本发明实施形式1的模式控制波导型激光装置的构成的侧面图。
图2为从非线性材料侧观看图1的a-a′截面的截面图。
图3放大示出图2中的散热器2～激光介质5的截面图的一部分，为说明在激光介质5中发生的温度分布的图。
图4为用于说明本发明实施形式1的模式控制波导型激光装置的动作的图。
图5A说明同时地制造将基板、激光介质、包层及散热器一体化的波导的工序的图，示出激光介质的研磨工序。
图5B为示出图5A之后的基板与激光介质的接合工序的图。
图5C为示出图5B之后的激光介质的研磨工序的图。
图5D为示出图5C之后的包层的接合工序的图。
图5E为图5D之后的一体化波导的切断工序的图。
图5F为图5E之后的包层与散热器的接合工序的图。
图6为示出与图2和图3所示散热器形状不同的形状的例子的图。
图7为示出使用半导体激光器5A代替图1的激光介质5的场合的模式控制波导型激光装置的构成的侧面图。
图8为示出本发明实施形式2的模式控制波导型激光装置的构成的侧面图。
图9为示出本发明实施形式3的模式控制波导型激光装置的激光介质和非线性材料的图。
图10示出本发明实施形式4的模式控制波导型激光装置的构成，为从侧面观看激光装置的图。
图11示出本发明实施形式4的模式控制波导型激光装置的构成，为从上面观看激光装置的图。
图12为示出本发明实施形式5的模式控制波导型激光装置的构成的侧面图。
图13为示出本发明实施形式6的模式控制波导型激光装置的激光介质的图，仅示出图12中的激光介质5。
图14示出在用于本发明实施形式7的模式控制波导型激光装置的激光介质形成折射率分布的构成，为从激光出射面侧观看激光装置的图。
图15为示出公开于ELSEVIER社发行的光学通信，205(2002)，361页的现有激光装置的构成的图。
具体实施方式
下面，为了更详细地说明本发明，根据附图说明用于实施本发明的最佳形式。
实施形式1
图1和图2为示出本发明实施形式1的模式控制波导型激光装置的构成的图，图1为侧面图，图2为从非线性材料侧观看图1的a-a′截面的截面图。
图1和图2所示本实施形式1的模式控制波导型激光振荡器具有半导体激光器1、激光介质5、包层4、散热器2、以及非线性材料7；该激光介质5构成为平板状，在相对表示激光振荡方向的光轴6垂直的截面厚度方向具有波导构造，沿与光轴6和厚度方向垂直的方向具有周期性的透镜效果；该包层4接合于激光介质5的下面；该散热器2由接合剂3接合到与激光介质5的下面接合的包层4的下面；该非线性材料7邻近地配置在激光介质的光轴上，在与激光介质5的波导构造相同的方向具有波导构造。
激光介质5的与光轴6垂直的端面5a、端面5b的形状例如为长方形，典型地说，具有y轴方向的厚度为数～数十μm，x轴方向的宽度为数百μm～数mm的大小。为了进行说明，使用以长方形的长边方向为x轴、短边方向为y轴、光轴6的方向为z轴的座标系。激光介质5的端面5a、端面5b的短边侧也可为圆形，端面不一定非要为长方形。
包层4具有比激光介质5小的折射率，接合到激光介质5的平行于xz平面的一个面。包层4例如通过蒸镀以光学材料为原料的膜而构成，或通过利用光学接触或扩散接合等将光学材料与激光介质5光学地接合而构成。另外，也可使用具有比激光介质5小的折射率的光学粘接剂。
散热器2由导热系数大的材料构成，在与光轴6垂直的截面(xy平面)具有梳齿形状。散热器2的梳齿的前端部分通过接合剂3接合到包层4。
接合剂3通过包层4将由激光介质5产生的热排出到散热器2。该接合剂3可由金属焊锡、光学粘接剂、导热粘接剂等实现。包层4的与激光介质5接合的面相对的面为了提高与接合剂3的接合强度，也可进行金属喷镀(附着金属膜)。另外，在由光学材料构成散热器2的场合，例如也可由光学接触或扩散接合等直接接合包层4与散热器2。
另外，半导体激光器1邻近激光介质5的端面5a而配置，根据需要，接合图中未示出的冷却用的散热器。半导体激光器1的x轴方向的大小与激光介质5的x轴方向的大小大致相等，沿x轴方向大致一样地输出激励光。从半导体激光器1输出的激励光从端面5a沿xz平面方向入射到激光介质5，由激光介质5吸收。
非线性材料7的与光轴6垂直的截面具有与激光介质5大致相同的形状，具有与光轴6垂直的端面7a和7b，端面7a邻近激光介质5的端面5b而配置。
在这里，激光介质5的端面5a形成有反射基波激光的全反射膜，端面5b形成透射基波激光的反射防止膜，非线性材料7的端面7a形成透射基波激光、反射二次谐波激光的光学膜，端面7b形成反射基波激光、透射二次谐波激光的光学膜。这些全反射膜、部分反射膜及光学膜例如通过层叠电介质薄膜而构成。在从半导体激光器1输出的激励光从激光介质5的端面5a入射的场合，端面5a的全反射膜成为透射激励光、反射基波激光的光学膜。
作为激光介质5，可使用一般的固体激光材料。例如使用Nd:YAG、Nd:YLF、Nd:Glass、Nd:YVO4、Nd:GdVO4、Yb:YAG、Yb:YLF、Yb:KGW、Yb:KYW、Er:Glass、Er:YAG、Tm:YAG、Tm:YLF、Ho:YAG、Ho:YLF、Tm、Ho:YAG、Tm、Ho:YLF、Ti:Sapphire、Cr:LiSAF等。
另外，作为非线性材料7，可使用一般的波长转换用材料。例如，使用KTP、KN、BBO、LBO、CLBO、LiNbO3、LiTaO3等。另外，如使用对光损伤的抵抗能力强的MgO添加LiNbO3、MgO添加LiTaO3、定比LiNbO3、定比LiTaO3，则可提高入射的基波激光的功率密度，所以，可进行高效率的波长转换。另外，如使用具有周期反反转极化构造的MgO添加LiNbO3、MgO添加LiTaO3、定比LiNbO3、定比LiTaO3、KTP，则由于非线性常数大，可进行更高效率的波长转换。
下面，根据图3说明激光介质5中发生的温度分布。图3为放大示出图2中的散热器2～激光介质5的截面图的一部分的图。激光介质5将吸收了的激励光的功率的一部分转换成热而产生热。发生的热通过包层4和接合剂3排出到散热器2。
此时，由于散热器2为梳形，由接合剂3接合的范围仅为梳齿的前端部分，所以，在二个梳齿间的中间部分发生从二个梳齿的大约中心到x轴方向两侧的热流。因此，二个梳齿的大致中心的温度为最高，温度随着接近梳齿的部分而下降。
激光介质5等的光学材料的折射率与温差大致成比例地变化。作为激光介质5的光学材料，在使用每单位温度的折射率变化dn/dT为正的材料的场合，温度高的二个梳齿中心部分的折射率变大，随着接近梳齿的部分，折射率变小。结果，在x轴方向发生以二个梳齿的中心部分为光轴的热透镜效果。
入射到激光介质5的由半导体激光器1产生的激励光沿x轴方向被大致均匀地激励，散热器2的梳形的梳齿沿x轴方向配置成大致等间隔。因此，热透镜效果也周期地发生，如设梳齿的根数为m根，则可获得按大致等间隔排列(m-1)个透镜的效果。周期发生的热透镜效果的强度和周期可根据散热器2的梳齿的间隔、梳齿的粗细、梳齿的长度、导热系数、接合剂3的导热系数、厚度、包层4的材料、厚度任意地调整。
同样，作为激光介质5的光学材料，在使用每单位温度的折射率变化dn/dT为负的材料的场合，成为与温度分布相反的折射率分布，与梳接合的部分的折射率变大，二个梳齿的中心部分的折射率变小。结果，在x轴方向发生以与梳接合的部分为光轴的热透镜效果。在该场合，如设梳齿的根数为m根，即可获得按大致等间隔排列m个透镜的效果。
另外，散热器2的梳齿间的空隙通常为空气，但也可由具有比散热器2小的导热系数的热绝缘材料填充。在该场合，上述激光介质5内的折射率分布生成按上述梳齿的前端与上述绝缘材料的导热系数的差发生的周期性温度分布。
如这样构成，则可进一步调整热透镜效果的强度、分布。另外，通过填入绝热材料，还可提高散热器2的刚性。另外，由于不管dn/dT是正还是负，都可获得同样的效果，以后只要不特别明示，则都使用dn/dT为正的场合进行说明。
下面使用图4说明实施形式1的模式控制波导型激光装置的动作。
图4为从z轴方向观看图1所示激光装置的图。在这里，为了明确基波激光的振荡模式与散热器2的梳齿的关系，由虚线示出梳齿使得可看到散热器2的梳齿部分。
从激光介质5的侧面5a入射的激励光由激光介质5吸收，在激光介质5内部发生相对基波激光的增益。通过在激光介质5内部发生的增益，基波激光在激光介质5的与光轴6垂直的端面5a与非线性材料7的端面7b间进行激光振荡。
使非线性材料7的晶轴角度、温度或周期反转极化的周期最佳化，使得当基波激光入射时通过非线性效果转换成二次谐波激光。因此，当在端面5a与端面7a间振荡的基波激光入射到非线性材料7时，基波激光的一部分转换成二次谐波激光，从端面7b输出到外部。
另外，未转换成二次谐波激光而残留的基波激光在端面7b受到全反射，再次通过非线性材料7，转换成二次谐波激光。残留的基波激光的一部分得到转换而发生的二次谐波激光由端面7a进行全反射，从端面7b输出到外部。
激光介质5的y轴方向，厚度为波长的数～数十倍程度，由折射率比激光介质5小的包层4和空气夹住，所以，作为在折射率高的激光介质5中封入基波激光的波导而起作用，基波激光按波导的模式而有选择地振荡。波导的模式可通过调整包层4的折射率和激光介质5的y轴方向的厚度而任意地设定，可仅按低次模式或单一模式导波，实现高亮度振荡。虽然排热产生的热分布使得在y轴方向也发生折射率分布，但如果包层4与激光介质5以及空气与激光介质5的折射率差同由热分布产生的折射率变化相比足够大，则波导模式处于优势，可忽略热的影响。
由于非线性材料7由空气或具有比非线性材料7小的折射率的未图示的包层夹住与y轴垂直的上下面，厚度为波长的数～数十倍左右，所以，与激光介质5同样，y轴方向作为波导起作用。另外，在非线性材料7吸收激光而发热的场合，也可在非线性材料7的下面或与非线性材料7接合的包层上接合散热器进行排热。
在将散热器直接接合于非线性材料7的场合，可在散热器材料上使用具有比非线性材料7小的折射率的光学材料，或使用具有比非线性材料7小的折射率的接合剂，例如光学接合剂等，使得可将非线性材料7的y轴方向用作波导。
激光共振器内的y轴方向的激光振荡按激光介质5或非线性材料7的波导模式而有选择地振荡。激光介质5的导波模式和非线性材料7的导波模式可分别根据厚度、与包层的折射率差而任意地设定，可仅按低次模式或单一模式导波，实现高亮度振荡。
激光介质5的导波模式与非线性材料7的导波模式不一定非要一致，例如如果将任一导波模式设为多模，将另一方的导波模式设为单一模式，则激光振荡的模式由最低次的模式限制，所以，可按单一模式选择地振荡。当然，也可采用成为相同导波模式的构成。
由于激光介质5和非线性材料7的宽度同基波激光和二次谐波激光的波长相比足够大，所以，激光共振器内的x轴方向的激光振荡不根据波导进行模式选择，而是成为空间型的共振器。在激光介质5中，根据散热器2的梳形构造，周期性地发生以二个梳齿的中心为光轴的热透镜效果。另一方面，在非线性材料7的x轴方向，由于折射率分布不存在，所以，成为自由空间内的传输。
因此，激光振荡的模式由在激光介质5发生的热透镜提供，生成在各个光轴独立的振荡模式。独立的各个振荡模式通过利用包含非线性材料7的共振器调整激光介质5的热透镜的强度、周期，使得仅成为低次模式或单一模式，从而可实现高亮度振荡。
在散热器2的梳形构造中，梳齿不一定非要为等间隔，例如在半导体激光器1的x轴方向的输出存在分布的场合，通过对应于发热量而改变梳齿的间隔，可按激光介质5的所有振荡模式实现高亮度振荡。
如这样构成，则激光介质5和非线性材料7的x轴方向成为空间型的共振器，所以，可自由地设定x轴方向的宽度。另外，由于在半导体激光器1的x轴方向要求高的光束质量，所以，通过配合半导体激光器1的x轴方向的宽度而调整激光介质5和非线性材料7的宽度，从而可自由设定半导体激光器1的x轴方向的宽度。
因此，可使用大功率化容易的、具有大宽度的发光区域的宽区LD、或将发射器配置成一列的LD阵列，实现激励光的大功率化，可输出大功率的二次谐波激光。
另外，由于激光介质5的y轴方向的厚度小，入射到非线性材料7的基波激光的功率密度变大，所以，可高效率地输出二次谐波激光。
另外，由于激光介质5的y轴方向的厚度小，激励光的功率密度变大，所以，可使用小增益的激光介质、或低能级吸收大的三能级激光介质而获得大的增益。结果，可高效率地输出基波激光。
另外，由于激光介质5的y轴方向的厚度小，激励光的功率密度变大，所以，可使用小增益的激光介质、或低能级吸收大的三能级激光介质而获得大的增益。结果，可高效率地使基波激光振荡，所以，可高效率地输出二次谐波激光。
另外，由于激光介质5的y轴方向的厚度小，所以，激光介质5的温升变小，可使用温升导致增益下降的三能级激光介质而高效率地输出基波激光，所以，可高效率地输出二次谐波激光。
另外，由于半导体激光器1、激光介质5、及非线性材料7可邻近配置，所以，不需要激励光用的聚光光学系统和构成共振器的透镜、反射镜，可构成小型、廉价的激光装置。
另外，在图1所示波导型的激光装置中，激光振荡大多按导波模式的增益/损失比获得直线偏振。因此，即使在使用基波激光要求直线偏振光的非线性材料7的场合，也可高效率地输出二次谐波激光。
另外，如激光介质5使用增益随晶轴方向而不同的激光介质(基体材料(ホスト)为YLF、YVO4、GdVO4、KGW、KYW、Sapphire等由具有双折射的晶体构成的激光介质)，则可容易地获得增益高的方向的直线偏振振荡，所以，即使在使用基波激光要求直线偏振光的非线性材料7的场合，也可高效率地输出二次谐波激光。
另外，在图1所示激光装置中，在激光介质5具有增益的范围内，按照波长稍不同的多个纵模发生振荡。当进行包含SHG的波长转换时，在基波激光的振荡波长区域宽的场合，相位失配导致转换效率下降。因此，为了实现高转换效率，要求具有窄波长带区的基波激光，最好为按照单一纵模的振荡。
在驻波型的激光振荡器中，由于在共振器内部形成驻波，所以，存在电场强度为零的波节和电场强度最大的波腹的部分。当波长不同时，由于各个波长的驻波的波腹与波节的位置错开，当在光轴6方向周期性地施加损失时，由损失与电场的重叠，可对各波长提供不同的损失，可选择地仅使所期望的波长振荡。
另外，在图1所示模式控制波导型激光装置中，虽然y轴方向按封入到激光介质5内部的波导模式振荡，但在包层4内部稍存在由渗出而产生的电场。因此，通过对包层4施加周期性的损失，可选择性地仅使所期望的波长振荡。另外，当包层4的折射率周期性地变化时，由于激光介质5内部的激光的封入强度变化，可获得与周期性施加损失相同的效果。
作为对包层4施加损失的方法，例如具有将吸收激光的离子添加到包层4的方法，相对1μm的激光、周期性地添加Cr4+离子即可。作为在包层4产生折射率变化的方法，例如可通过将强度大的激光的干涉光照射到包层4并周期性地使折射率变化而实现。
如这样构成，则可选择性地仅使所期望的波长振荡，所以，可获得适合于波长转换的基波激光的振荡。
另外，在激光介质5由对多种波长具有增益的激光介质构成的场合，由于激光介质5的y轴方向的厚度小，所以，在各个波长下发生非常大的增益。为此，当在激光介质5的端面5b、非线性材料7的端面7a、7b发生所期望波长以外的波长的反射时，有时在端面5a与反射面间发生不需要波长的激光振荡(寄生振荡)。在图1所示模式控制波导型激光装置中，虽然y轴方向按封入到激光介质5内部的波导的模式振荡，但在包层4内部也稍存在由渗出产生的电场。
因此，如包层4使用相对所期望波长透射、吸收不需要波长的材料，则可使不需要波长的损失增加，可抑制寄生振荡。为了由包层4吸收不需要的波长，例如只要使用将这样的离子添加到玻璃或晶体中的材料即可，该离子相对所期望的波长不吸收，但吸收不需要的波长。
另外，在图1所示模式控制波导型激光装置中，由于激光介质5的y轴方向的厚度小，发生非常大的增益。为此，在透过基波激光的端面5b或端面7a，当基波激光稍稍反射时，在反射面与端面5a间有时发生不需要的激光振荡(寄生振荡)。
另一方面，在图1所示模式控制波导型激光装置中，端面5b、端面7a不需要分别与端面5a、端面7b平行，也可使端面5b和端面7a相对由激光介质5发生的热透镜提供的光轴倾斜。在该场合，光轴在倾斜的端面折射，当通过倾斜的端面时角度变化，但如使端面5a和端面7a相对角度变化了的光轴垂直地设置，则可获得上述同样的效果。
如这样构成，即使在端面5b或端面7a发生基波激光的反射，也不能在与端面5a间构成稳定的共振器，所以，可抑制寄生振荡。
另外，在图1所示波导型的激光装置中，由于激光介质的y轴方向的厚度小，所以，发生非常大的增益。为此，在端面5a、5b反射的激光在包层4的接合于散热器的面和激光介质5的上面反射，有时按与所期望波导模式不同的模式发生寄生振荡。因此，在包层4的与散热器接合的面上形成用于吸收激光的吸收膜，增加相对与所期望波导模式不同模式的激光的损失，可抑制寄生振荡。吸收膜使用相对寄生振荡的激光波长具有吸收的材料即可，例如形成Cr金属膜即可。如这样构成，则所期望的波导模式仅是很少量地渗出到激光介质5和包层4，所以，不发生由吸收膜带来的损失，可抑制寄生振荡。
另外可以得知，在上述激光装置中，端面7a形成透射基波激光、反射二次谐波激光的光学膜，但即使在端面5a形成对基波激光和二次谐波激光进行全反射的全反射膜，在端面7a形成透射基波激光和二次谐波激光的反射防止膜，也可获得同样的效果。
另外，半导体激光器1虽然邻接激光介质5的端面5a配置，但也可邻接与yz面平行的侧面配置。如这样配置，则由于基波激光的漏光不直接入射到半导体激光器1，所以，半导体激光器1破损的可能性降低，可构成可靠性高的激光装置。
而且，虽然激光介质5的与包层4所接合的面相对的面接触空气，但也可接合具有比激光介质5小的折射率的第2包层。
如这样构成，则通过调整激光介质5与第2包层的折射率差，从而可任意地调整激光介质5的y轴方向的传输模式。另外，如增大第2包层的y轴方向的厚度，则可不影响激光介质5的导波模式地提高激光介质5的刚性。
另外，虽然激光介质5的与包层4所接合的面相对的面接触空气，但也可通过具有比激光介质5小的折射率的第2接合剂接合基板。第2接合剂例如使用光学粘接剂。另外，基板例如可使用光学材料、金属等。
如这样构成，则通过调整激光介质5与接合剂的折射率差，从而可任意地调整激光介质5的y轴方向的传输模式。另外，如增大基板的y轴方向的厚度，则可不影响激光介质5的导波模式地提高激光介质5的刚性。
另外，在激光介质5的温升导致热膨胀的场合，光学粘接剂的刚性比晶体、玻璃材料低，所以，相应于激光介质5的膨胀产生变形，由此可缓和施加于激光介质5的应力。
另外，虽然激光介质5的与包层4接合的面相对的面接触空气，但也可形成具有比激光介质5小的折射率的光学膜，在光学膜的表面进一步通过光学接触、扩散接合而与具有与激光介质5大致相同热膨胀率的基板接合。
如这样构成，则通过调整激光介质5与光学膜的折射率差，从而可任意地调整激光介质5的y轴方向的传输模式。另外，如增大基板的y轴方向的厚度，则可不影响激光介质5的导波模式地提高激光介质5的刚性。
另外，由于激光介质5与基板具有大致相同的热膨胀率，所以，在由激光介质5的温升产生热膨胀的场合，基板也按大致相同的比例膨胀。此时，与晶体、玻璃材料相比，光学膜的密度低、刚性低，所以，相应于基板的膨胀产生变形，可缓和施加于激光介质5的应力。另外，当接合光学膜与基板时，通过选择容易进行光学接合的光学膜材料和基板，从而可提高接合的强度。
另外，上述激光介质5由于厚度为数～数十μm，所以，难以按单体制造。因此，例如可按图5A～图5F所示方法制造。
在图5A中，首先对激光介质5的一面进行研磨。
在图5B中，接下来，相对在图5A中研磨后的面，通过光学接触或扩散接合等直接接合具有比激光介质5小的折射率的基板，或通过具有比激光介质5小的折射率的光学粘接剂接合由金属或光学材料构成的基板，或在将具有比激光介质5小的折射率的光学膜形成于激光介质后，通过光学接触或扩散接合等将基板接合到光学膜。
在图5C中，对激光介质5的与接合了基板的面相对的面进行研磨，使激光介质5成为所期望的厚度。
在图5D中，蒸镀具有比激光介质5小的折射率的包层4，或使用光学接合、光学粘接剂进行接合，制造将基板、激光介质5、包层4一体化了的波导。
在图5E中，切断一体化了的波导，制造多个所期望大小的波导。
在图5F中，使用接合剂接合包层4与散热器3。
如以上那样，可同时制造多个一体化了的波导，可降低制造成本。制造后，如激光介质5单体的刚性足够，则也可拆卸基板。
另外，激光介质5和包层4也可由同一基体材料制造。一般情况下，在将活性离子添加到基体材料而制造激光介质的场合，基体材料和激光介质的折射率产生微小变化。因此，使用当添加活性离子时折射率变高的基体材料，仅对激光介质5的区域添加活性离子，包层4不添加活性离子，即可获得同样的效果。
如这样构成，则在通过光学接触或扩散接合光学地接合激光介质5与包层4的场合，由于成为同种材料的接合，所以，可获得高接合强度。另外，也可粉碎晶体，加工成粉状，压缩成型，然后进行烧结，由这样的陶瓷制造方法可一体制造添加了活性离子的激光介质5和未添加活性离子的包层4。另外，在使用陶瓷制造方法的场合，可按比晶体高的浓度添加活性离子，所以，可实现激光介质5的高吸收效率化、高增益化。
另外，虽然上述散热器2在与光轴6垂直的截面具有梳形，但如为可使激光介质5内部产生温度分布的形状，则可为任何形状。图6为用于说明散热器形状的另一例的图，示出散热器2A、接合剂3A、包层4、及激光介质5。
包层4和激光介质5具有与图3所示包层4和激光介质5同样的构成，只要未特别说明，则具有与图3所示包层4和激光介质5同样的功能。
散热器2A由导热系数大的材料构成，在与光轴6垂直的截面(xy平面)具有周期性的凸凹形状。散热器2A的凸凹面通过接合剂3A与包层4接合。
通常，散热器2A和接合剂3A具有不同的导热系数。在接合剂3A具有比散热器2A小的导热系数的场合，图6中的接合剂3A的厚度较薄的部分，即散热器2A的凸部的排热效率高，温度下降，接合剂3A的厚度较厚的部分，即散热器2A凹部的排热效率低，温度变高。
结果，在激光介质5的x轴方向，发生以散热器2A的凹部为光轴的热透镜效果，可获得与梳形的散热器2同样的效果。另外，如这样构成，则包层4的排热侧的整个表面与接合剂3A接合，排出由激光介质5发生的热，所以，可抑制激光介质5的温度上升。另外，由于包层4的排热侧的整个面接合于接合剂3A，所以，与仅在梳形的前端固定包层4的场合相比，可获得高刚性。
在图1所示模式控制波导型激光装置中，激光介质5使用由半导体激光器1激励而发生增益的固体激光介质5，但也可如图7所示那样，使用半导体激光器5A作为激光介质5。
半导体激光器5A虽然省略了图示，但通过在半导体激光器5A的上下面施加电压，使电流流过，从而使所期望波长的激光发生增益。此时，电流的一部分转换成热，在半导体激光器5A内发生热。
因此，如图2所示那样，通过使用散热器2，从而沿x轴方向发生以二个梳齿的中心部分为光轴的周期性热透镜效果。
如这样构成，则与图1所示模式控制波导型激光装置相比，可减少部件数量，所以，可降低制造成本。另外，由于光学部件少，所以，可构成调整少、可靠性高的模式控制波导型激光装置。
实施形式2
在不进行波长选择的通常的激光共振器中，在激光介质具有增益的范围内发生波长稍不同的多个纵模的振荡，振荡波长区变宽。在包含SHG的波长转换中，当基波激光的振荡波长区宽时，相位失配导致转换效率下降。因此，为了实现高转换效率，要求具有窄波长带区的基波激光，最好进行按照单一模式的振荡。
在上述实施形式1中，作为选择性地仅使所期望的波长振荡的方法，说明了使包层4产生损失的方法。但是，在将损失施加于包层4的场合，在所期望的波长也发生损失，基波激光的效率下降。
在该实施形式2中，公开了使用选择波长的元件消除上述问题的构成。
图8为示出本发明实施形式2的模式控制波导型激光装置的构成的侧面图。在图8中，作为新的符号，符号8为波长选择波导，半导体激光器1～非线性材料7示出与图1所示半导体激光器1～非线性材料7同样的构成，如未特别说明，则具有与图1所示半导体激光器1～非线性材料7同样的功能。
波长选择波导8的与光轴6垂直的截面具有与激光介质5和非线性材料7大致相同的形状，具有与光轴6垂直的端面8a和8b，端面8a邻近非线性材料7的端面7b配置。
波长选择波导8对所期望波长的基波激光进行全反射，透射其它波长的基波激光和二次谐波激光。波长选择波导8反射的波长带区设定成使得通过非线性材料7的波长转换产生的相位失配足够小。
作为将波长选择性施加到波长选择波导8的反射中的方法，例如可在波长选择波导8的端面8b形成对所期望的波长进行反射、使其它波长透射的光学膜，或在波长选择波导8中沿光轴6的方向形成折射率分布，构成仅反射所期望波长的衍射光栅。光学膜例如由电介质多层膜构成。另外，作为使波长选择波导8具有折射率变化的方法，例如可将强度大的激光的干涉光照射到波长选择波导8，使折射率周期性变化。
另外，波长选择波导8由空气或具有比波长选择波导8小的折射率的包层(省略了图示)夹住与y轴垂直的上下面，厚度为波长的数～数十倍程度，y轴方向作为波导起作用。波长选择波导8具有与激光介质5和非线性材料7的波导模式大致相同的波导模式。
基波激光振荡在激光介质5的与光轴6垂直的端面5a和波长选择波导8间发生，端面5a形成反射基波激光的全反射膜，端面5b形成透射基波激光的反射防止膜，端面7a形成透射基波激光、反射二次谐波激光的光学膜，端面7b形成透射基波激光和二次谐波激光的反射防止膜。这些全反射膜、反射防止膜及光学膜例如通过层叠电介质薄膜而构成。
如这样构成，则不施加损失即可获得所期望波长的基波激光的激光振荡，所以，在非线性材料7中，可实现向二次谐波的高转换效率。
另外，在图8所示激光装置中，虽然波长选择波导8具有与激光介质5和非线性材料7的波导模式大致相同的波导模式，但也可调整波长选择波导8的y轴方向的厚度和包层的折射率，仅进行低次模式或单一模式的导波地构成。
如这样构成，则y轴方向的激光振荡受共振器中的最低次的模式的限制，所以，即使在沿激光介质5和非线性材料7的y轴方向不能获得所期望导波模式的场合，由于按波长选择波导8的低次模式或单一模式振荡，所以，也可实现高亮度振荡。
实施形式3
本实施形式3公开从一个激光装置输出多个波长的二次谐波激光的构成。
图9为示出本发明实施形式3的模式控制波导型波长转换激光装置的激光介质和非线性材料的图。在图9中，激光介质5和非线性材料7A～7C分别具有与图1所示激光介质5和非线性材料7同样的构成，只要未明确说明，则具有与图1所示激光介质5和非线性材料7同样的功能。
激光介质5的x轴方向形成以散热器2的二个梳齿的中心为光轴的多个独立振荡模式。因此，通过使形成于激光介质5的端面5a、端面5b的全反射膜、部分反射膜的波长特性对每个振荡模式发生变化，并排列设计成按各个波长转换成二次谐波激光的多个非线性材料7A～7C，从而可从一个激光装置获得具有多个波长的高亮度的二次谐波激光输出。
激光介质5由对多个波长具有增益的激光介质构成，例如由对946nm(波长1)、1064nm(波长2)、1338nm(波长3)具有增益的Nd:YAG构成。区域A～C分别表示输出的二次谐波激光的范围。
在图9中，在激光介质5的区域A的端面5a形成对波长1进行全反射、使波长2、波长3透射的光学膜，在激光介质5的区域A的端面5b形成透射波长1～3的光学膜，在非线性材料7A的端面7Aa形成透射波长1～3、反射波长1的二次谐波激光的光学膜，在非线性材料7A的端面7Aa形成对波长1进行全反射、使波长2、波长3、及波长1的二次谐波激光透射的光学膜。
同样，在激光介质5的区域B的端面5a形成对波长2进行全反射、使波长1、波长3透射的光学膜，在激光介质5的区域B的端面5b形成使波长1～3透射的光学膜，在非线性材料7B的端面7Ba形成使波长1～3透射、对波长2的二次谐波激光进行反射的光学膜，在非线性材料7B的端面7Ba形成对波长2进行全反射、使波长1、波长3、及波长2的二次谐波激光透射的光学膜。
同样，在激光介质5的区域C的端面5a形成对波长3进行全反射、使波长2、波长3透射的光学膜，在激光介质5的区域C的端面5b形成使波长1～3透射的光学膜，在非线性材料7C的端面7Ca形成使波长1～3透射、对波长3的二次谐波激光进行反射的光学膜，在非线性材料7C的端面7Ca形成对波长3进行全反射、使波长1、波长2、及波长3的二次谐波激光透射的光学膜。
因此，在区域A中，发生波长1的激光振荡，仅输出波长1的二次谐波激光，在区域B，发生波长2的激光振荡，仅输出波长2的二次谐波激光，在区域C，发生波长3的激光振荡，仅输出波长3的二次谐波激光。
如这样构成，则可从一个激光装置同时输出多个波长的二次谐波激光，所以，可构成小型的激光装置。在上述例中，可以看出，波长的数量为3，但如为2波长以上，也可获得同样的效果。另外，最大可同时输出独立振荡的振荡模式的数量的波长。
另外，也可使用具有周期极化反转构造的非线性材料作为非线性材料7A～7C的材料，在一个基板形成对各个波长最佳化的多个反转周期构造。如这样构成，则可一体地构成非线性材料7A～7C，所以，可减少光学部件的数量，可构成廉价、小型的波长转换激光装置。
实施形式4
在上述实施形式1中，示出这样的模式控制波导型激光装置，该模式控制波导型激光装置按独立的多个共振器模式使基波激光振荡，通过非线性材料在共振器内进行波长转换，高效率地输出二次谐波激光。另一方面，作为波长转换方式，具有外部波长转换方式，该外部波长转换方式将基波激光输出到共振器外部，将输出的基波激光入射到非线性材料，进行波长转换。
在该方式中，由于可分别构成输出基波激光的激光装置和进行波长转换的非线性材料，所以，具有容易设计的优点。另一方面，即使为相同光束直径，与共振器内部相比，共振器外部的基波激光的功率密度也较小，为了实现高效率的波长转换，要求可聚光成小光束直径的高亮度的基波激光输出。
该实施形式4用于实现这样的模式控制波导型激光装置，该模式控制波导型激光装置按适于外部波长转换的、独立的多个模式振荡，输出高亮度的基波激光。
图10和图11为示出本发明实施形式4的模式控制波导型激光装置的构成的图，图10为从侧面观看激光装置的图，图11为从上面观看激光装置的图。图10和图11所示本实施形式4的模式控制波导型激光装置的构成包括：半导体激光器1、散热器(折射率分布附加单元)2、接合剂3、包层(低折射率部分)4、及激光介质5。另外，符号6为表示激光振荡方向的光轴。半导体激光器1～激光介质5具有与图1所示半导体激光器1～激光介质5同样的构成，只要未明确说明，则具有与图1所示半导体激光器1～激光介质5同样的功能。
在这里，激光介质5的端面5a形成反射基波激光的全反射膜，端面5b形成反射基波激光的一部分、透射一部分的反射防止膜。这些全反射膜和部分反射膜例如通过层叠电介质薄膜而构成。在从激光介质5的端面5a入射从半导体激光器1输出的激励光的场合，端面5a的全反射膜成为透射激励光、反射基波激光的光学膜。
下面使用图10说明动作。
从激光介质5的端面5a入射的激励光由激光介质5吸收，在激光介质5内部发生相对基波激光的增益。通过在激光介质5内部发生的增益，基波激光在激光介质5的垂直于光轴6的端面5a和端面5b间进行激光振荡，振荡光的一部分从端面5b输出到共振器外部。
激光共振器内的y轴方向的激光振荡按激光介质5的波导的模式选择性地振荡。激光介质5的波导模式可根据厚度、与包层的折射率差而任意地设定，仅使低次的模式或单一模式导波，可实现高亮度振荡。
激光共振器内的x轴方向的激光振荡由于激光介质5的宽度同基波激光的波长相比足够大，所以，不由波导进行模式选择，而是成为空间型的共振器。在激光介质5中，由于散热器2的梳形构造，周期性地发生以二个梳齿的中心为光轴的热透镜效果，所以，激光振荡的模式由在激光介质5发生的热透镜提供，生成在各个光轴独立的振荡模式。独立的各个振荡模式通过调整激光介质5的热透镜强度、周期，使得仅成为低次模式或单一模式从而可实现高亮度振荡。
在散热器2的梳齿构造中，梳齿不一定非要为相等间隔，例如在半导体激光器1的x轴方向的输出存在分布的场合，通过相应于发热量改变梳齿的间隔，从而可按激光介质5的所有独立的振荡模式实现高亮度振荡。
如这样构成，则激光介质5的x轴方向成为空间型的共振器，所以，可自由地设定x轴方向的宽度。另外，由于在半导体激光器1的x轴方向不要求高光束质量，所以，通过相应于半导体激光器1的x轴方向的宽度调整激光介质5的宽度，从而可自由设定半导体激光器1的x轴方向的宽度。因此，可使用大功率化容易的、具有大宽度的发光区域的宽区LD、或将发射器配置成一列的LD阵列，实现激励光的大功率化，可按适于波长转换的高亮度输出大功率的基波激光。
另外，由于激光介质5的y轴方向的厚度小，激励光的功率密度大，所以，可使用小增益的激光介质、低能级吸收大的三能级激光介质而获得大的增益。结果，可高效率地输出适于波长转换的高亮度的基波激光。
另外，由于激光介质5的y轴方向的厚度小，所以，激光介质5的温升小，可使用温升导致增益下降的三能级激光介质高效率地输出适于波长转换的高亮度的基波激光。
另外，由于邻近激光介质5配置半导体激光器1，所以，不需要激励光用的聚光光学系统和构成共振器的光学系统，可构成小型、廉价的激光装置。
另外，由于不需要共振器的校准调整，所以，可构成可靠性高的激光装置。
另外，在图10所示波导型的激光装置中，激光共振大多按导波模式的增益/损失比而可获得直线偏振。因此，即使在波长转换中基波激光要求直线偏振光，也可输出适于波长转换的高亮度基波激光。另外，如激光介质5使用增益随晶轴方向而不同的激光介质(基体材料为YLF、YVO4、GdVO4、KGW、KYW、Sapphire等由具有双折射的晶体构成的激光介质)，则可容易地获得增益高的方向的直线偏振振荡，所以，即使在波长转换中基波激光要求直线偏振光，也可输出适于波长转换的高亮度基波激光。
另外，在图1所示激光装置中，在激光介质5具有增益的范围内，按照波长稍不同的多个纵模发生振荡。当进行包含SHG的波长转换时，在基波激光的振荡波长区宽的场合，相位失配导致转换效率下降。因此，为了实现高转换效率，要求具有窄波长带区的基波激光，最好为按照单一纵模的振荡。
在驻波型的激光振荡器中，由于在共振器内部形成驻波，所以，存在电场强度为零的波节和电场强度最大的波腹的部分。当波长不同时，由于各个波长的驻波的波腹与波节的位置错开，所以，当在光轴6方向周期性地施加损失时，由损失与电场的重叠，可对各波长提供不同的损失，可有选择地仅使所期望的波长振荡。
另外，在图10所示模式控制波导型激光装置中，虽然y轴方向按封入到激光介质5内部的波导模式振荡，但在包层4内部稍存在由渗出产生的电场。因此，通过对包层4施加周期性的损失，从而可选择性地仅使所期望的波长振荡。
另外，当包层4的折射率周期性地变化时，由于激光介质5内部的激光的封入强度变化，所以，可获得与周期性施加损失相同的效果。
作为对包层4施加损失的方法，例如具有将吸收激光的离子添加到包层4的方法，相对1μm的激光周期性地添加Cr4+离子即可。作为在包层4产生折射率变化的方法，例如可通过将强度大的激光的干涉光照射到包层4从而周期性地使折射率变化而实现。如这样构成，则可选择性地仅使所期望的波长振荡，所以，可获得适合于波长转换的基波激光的振荡。
另外，在激光介质5由对多种波长具有增益的激光介质构成的场合，由于激光介质5的y轴方向的厚度小，所以，在各个波长下发生非常大的增益。为此，当在激光介质5的端面5b发生所期望波长以外的波长的反射时，有时在端面5a与反射面间发生不需要波长的激光振荡(寄生振荡)。
在图10所示模式控制波导型激光装置中，虽然y轴方向按封入到激光介质5内部的波导的模式振荡，但在包层4内部也稍存在由渗出产生的电场。因此，包层4如使用透射所期望波长、吸收不需要波长的材料，则可使不需要波长的损失增加，可抑制寄生振荡。为了由包层4吸收不需要的波长，例如只要使用将这样的离子添加到玻璃或晶体中的材料即可，该离子相对所期望的波长不吸收，但吸收不需要的波长。
另外，半导体激光器1虽然邻接激光介质5的端面5a配置，但也可邻接与yz面平行的侧面配置。如这样配置，则由于基波激光的漏光不直接入射到半导体激光器1，所以，半导体激光器1破损的可能性降低，可构成可靠性高的激光装置。
而且，虽然激光介质5的与包层4所接合的面相对的面接触空气，但也可接合具有比激光介质5小的折射率的第2包层。如这样构成，则通过调整激光介质5与第2包层的折射率差，从而可任意地调整激光介质5的y轴方向的传输模式。另外，如增大第2包层的y轴方向的厚度，则可不影响激光介质5的导波模式地提高激光介质5的刚性。
另外，虽然激光介质5的与包层4所接合的面相对的面接触空气，但也可通过具有比激光介质5小的折射率的第2接合剂接合基板。第2接合剂例如使用光学粘接剂。另外，基板例如可使用光学材料、金属等。
如这样构成，则通过调整激光介质5与接合剂的折射率差，从而可任意地调整激光介质5的y轴方向的传输模式。另外，如增大基板的y轴方向的厚度，则可不影响激光介质5的导波模式地提高激光介质5的刚性。另外，在激光介质5的温升导致热膨胀的场合，光学粘接剂的刚性比晶体、玻璃材料低，所以，相应于激光介质5的膨胀产生变形，由此可缓和施加于激光介质5的应力。
另外，虽然激光介质5的与包层4所接合的面相对的面接触空气，但也可形成具有比激光介质5小的折射率的光学膜，在光学膜的表面进一步通过光学接触、扩散接合、与具有与激光介质5大致相同热膨胀率的基板进行接合。
如这样构成，则通过调整激光介质5与光学膜的折射率差，可任意地调整激光介质5的y轴方向的传输模式。另外，如增大基板的y轴方向的厚度，则可不影响激光介质5的导波模式地提高激光介质5的刚性。另外，由于激光介质5与基板具有大致相同的热膨胀率，所以，在由激光介质5的温升产生热膨胀的场合，基板也按大致相同的比例膨胀。此时，与晶体、玻璃材料相比，光学膜的密度低，刚性低，所以，相应于基板的膨胀产生变形，可缓和施加于激光介质5的应力。另外，当接合光学膜与基板时，通过选择容易进行光学接合的光学膜材料和基板，从而可提高接合的强度。
另外，激光介质5与包层4及上述第2包层也可由同一基体材料制造。一般情况下，在将活性离子添加到基体材料而制造激光介质的场合，基体材料和激光介质的折射率产生稍小变化。因此，如使用当添加活性离子时折射率变高的基体材料，仅对激光介质5的区域添加活性离子，包层4和第2包层不添加活性离子，则可获得同样的效果。
如这样构成，则在通过光学接触或扩散接合而光学地接合激光介质5与包层4、激光介质5与第2包层的场合，由于成为同种材料的接合，所以，可获得高接合强度。另外，也可粉碎晶体，加工成粉状，压缩成型，然后进行烧结，由这样的陶瓷制造方法可一体制造添加了活性离子的激光介质5和未添加活性离子的包层4和第2包层。另外，在使用陶瓷制造方法的场合，可按比晶体高的浓度添加活性离子，所以，可实现激光介质5的高吸收效率化、高增益化。
实施形式5
在不进行波长选择的通常的激光共振器中，在激光介质具有增益的范围内发生波长稍不同的多个纵模的振荡，振荡波长区变宽。在包含SHG的波长转换中，当基波激光的振荡波长区宽时，相位失配导致转换效率下降。因此，为了实现高转换效率，要求具有窄波长带区的基波激光，最好进行按照单一纵模的振荡。
在上述实施形式4中，作为选择性地仅使所期望的波长振荡的方法，说明了使包层4产生损失的方法。但是，在将损失施加于包层4的场合，在所期望的波长也发生损失，基波激光的效率下降。
在该实施形式5中，公开了使用选择波长的元件消除上述问题的构成。
图12为示出本发明实施形式5的模式控制波导型激光装置的构成的侧面图。半导体激光器1～激光介质5示出与图10所示半导体激光器1～激光介质5同样的构成，如未特别说明，则具有与图10所示半导体激光器1～激光介质5同样的功能。另外，波长选择元件8A具有与图8所示波长选择元件8同样的构成，如未特别说明，则具有与图8所示波长选择元件8同样的功能。
波长选择波导8A的与光轴6垂直的截面具有与激光介质5大致相同的形状，具有与光轴6垂直的端面8a和8b，端面8a邻近激光介质5的端面5b配置。
波长选择波导8A对所期望波长的基波激光的一部分进行反射，透射其它波长的基波激光。波长选择波导8A反射的波长带区设定成使得由设置于共振器外部的非线性材料的波长转换所产生的相位失配足够小。
作为将波长选择性施加到波长选择波导8A的反射的方法，例如可使波长选择波导8A的端面8b形成对所期望的波长进行反射、使其它波长透射的光学膜，或在波长选择波导8A沿光轴6的方向形成折射率分布，构成仅反射所期望波长的衍射光栅。光学膜例如由电介质多层膜构成。另外，作为使波长选择波导8A产生折射率变化的方法，例如可将强度大的激光的干涉光照射到玻璃或晶体，使折射率周期性变化而实现。
另外，波长选择波导8A由空气或具有比波长选择波导8A小的折射率的包层(省略了图示)夹住与y轴垂直的上下面，厚度为波长的数～数十倍程度，y轴方向作为波导起作用。波长选择波导8A具有与激光介质5的波导模式大致相同的波导模式。
基波激光振荡在激光介质5的与光轴6垂直的端面5a和波长选择波导8间发生，端面5a形成反射基波激光的全反射膜，端面5b形成透射基波激光的反射防止膜。这些全反射膜、反射防止膜例如通过层叠电介质薄膜而构成。
如这样构成，则不产生损失即可获得所期望波长的基波激光的激光振荡，所以，可按适于波长转换的高亮度输出大功率的基波激光。
另外，在图12所示激光装置中，虽然波长选择波导8A具有与激光介质5的波导模式大致相同的波导模式，但也可调整波长选择波导8的y轴方向的厚度和包层的折射率，构成为仅进行低次模式或单一模式的导波。
如这样构成，则y轴方向的激光振荡受共振器中的最低次的模式的限制，所以，即使在沿激光介质5的y轴方向不能获得所期望导波模式的场合，由于按波长选择波导8A的低次模式或单一模式振荡，所以，也可实现高亮度振荡。
实施形式6
本实施形式6公开了从一个激光装置输出多个波长的基波激光的构成。
图13为示出本发明实施形式6的模式控制波导型激光装置的激光介质的图，仅示出图12的激光介质5。在图13中，符号5具有与图12所示激光介质5同样的构成，只要未明确说明，则具有与图12所示激光介质5同样的功能。
激光介质5的x轴方向形成以散热器2的二个梳齿的中心为光轴的多个独立的振荡模式。因此，通过使形成于激光介质5的端面5a、端面5b的全反射膜、部分反射膜的波长特性对每个振荡模式变化，从而可从一个激光介质5获得具有多个波长的高亮度的激光振荡光。
激光介质5由对多个波长具有增益的激光介质构成，例如由对946nm(波长1)、1064nm(波长2)、1338nm(波长3)具有增益的Nd：YAG构成。反射膜5a～5f表示形成于激光介质5的端面5a、端面5b的全反射膜和部分反射膜。
在图13中，反射膜5c对波长1进行全反射，透射波长2、波长3，反射膜5d对波长1进行部分反射，透射波长2、波长3。另外，反射膜5e对波长2进行全反射，透射波长1、波长3，反射膜5f对波长2进行部分反射，透射波长1、波长3。另外，反射膜5g对波长3进行全反射，透射波长2、波长3，反射膜5h对波长3进行部分反射，透射波长1、波长2。
因此，在由反射膜5c与反射膜5d夹住的激光介质5内，仅发生波长1的激光振荡，在由反射膜5e与反射膜5f夹住的激光介质5内，仅发生波长2的激光振荡，在由反射膜5g与反射膜5h夹住的激光介质5内，仅发生波长3的激光振荡。
如这样构成，则可从一个激光介质5同时输出多个波长的激光，所以，可构成小型的激光装置。
在上述例中，可以看出，波长的数量为3，但如为2波长以上，也可获得同样的效果。另外，最大可同时输出独立振荡的振荡模式的数量的波长。
实施形式7
在上述实施形式1～6中，示出这样的模式控制波导型激光装置，该模式控制波导型激光装置使用梳构造的散热器2、在激光介质5的内部发生周期性的透镜效果。根据本实施方式7的模式控制波导型激光装置，通过对激光介质5周期性地施加应力而产生折射率分布，在激光介质5内部产生周期性的透镜效果。
图14示出在用于本发明实施形式7的模式控制波导型激光装置的激光介质中形成折射率分布的构成，为从激光出射面侧观看激光装置的图。本实施形式7的模式控制波导型激光振荡器由激光介质5、包层4A、包层4B、接合剂9A、接合剂9B、散热器10、基板11构成。
包层4A、包层4B具有与图3所示包层4同样的构成，只要不特别说明，具有与图3所示包层4同样的功能。激光介质5具有与图3所示激光介质5同样的构成，如未特别说明，则具有与图3所示激光介质5同样的功能。
散热器10在与光轴6垂直的截面(xy平面)具有周期性的凸凹形状，散热器10的凸凹面通过接合剂9A接合于包层4A。另外，散热器10由导热系数大的材料构成，在激光介质5发生的热通过接合剂9A排出到散热器10。
基板11在与光轴6垂直的截面(xy平面)具有周期的凸凹形状，基板11的凸凹面通过接合剂9B接合于包层4B。另外，散热器10的凸部和基板11的凸部配置成使得x轴方向的位置相同。
接合剂9A和接合剂9B使用刚性比散热器10和基板11低、柔软的材料，例如由金属焊锡、光学粘接剂、导热粘接剂等实现。
散热器10和基板11可从外侧施加压力使得沿激光介质5的y轴方向施加应力。
下面，使用图14说明在激光介质5中发生的应力分布。从外侧在散热器10和基板11上施加压力时，通过比散热器10和基板11柔软的接合剂9A、接合剂9B将应力施加于激光介质5。此时，在散热器10、基板11的凹部，由于接合剂9A、接合剂9B的厚度较大，所以，由接合剂9A和9B的压缩缓和压力，施加于激光介质5的应力变小。另一方面，在散热器10、基板11的凸部，由于接合剂9A、接合剂9B的厚度较薄，所以，接合剂9A、接合剂9B的压缩量小，对激光介质5施加大的应力。
激光介质等光学材料当受到应力时，折射率变化。因此，如使用当附加压缩应力时折射率变大的材料，则在散热器10、基板11的凸部位置，激光介质5的折射率变大，随着接近凹部，折射率变小。结果，在x轴方向发生以凸部为光轴的周期性的透镜效果。
如这样构成，则可获得与上述实施形式1所示梳形的散热器同样的效果。
另外，由于可由应力施加周期性的透镜效果，所以，可构成不依存于激励光的强度或分布的稳定的激光装置。
另外，由于包层4A的排热侧的整个面接合于接合剂9A，将由激光介质5发生的热排出，所以，可抑制激光介质5的温度上升。另外，由于包层4A的排热侧的整个面接合于接合剂9A，所以，与仅在梳形的前端固定包层4A的场合相比，可获得高刚性。
另外，虽然激光介质5夹于包层4A与包层4B，但如在接合剂9A和接合剂9B使用具有比激光介质5小的折射率的材料，则也可没有包层4A和包层4B，或将接合剂9A和接合剂9B直接接合于激光介质5。
按照本发明，通过在激光介质内按多个振荡模式振荡，从而可获得输出的标定容易、高亮度的基波输出，可进行高效率的二次谐波转换，用于适合于打印机、投影电视的光源的大功率激光装置和波长转换激光装置。

Claims (14)

1.一种模式控制波导型激光装置，其特征在于：具有激光介质、包层、及散热器；
该激光介质形成为平板状，在相对光轴垂直的截面厚度方向具有波导构造，在与上述光轴和上述厚度方向垂直的方向具有周期性的透镜效果；
该包层接合于上述激光介质的一面；
该散热器通过上述包层接合于上述激光介质的一面侧；
激光振荡具有按上述激光介质的波导模式振荡的激光振荡和按由上述激光介质的周期性透镜效果形成的多个共振器模式振荡的激光振荡。
2.根据权利要求1所述的模式控制波导型激光装置，其特征在于：
还具有非线性材料，该非线性材料邻近配置在上述激光介质的光轴上，沿与上述激光介质的波导构造相同的方向具有波导构造；
按上述波导模式振荡的激光振荡是按上述激光介质和上述非线性材料中的任一波导模式振荡，
入射到上述非线性材料的基波激光转换成不同波长的激光而输出。
3.根据权利要求2所述的模式控制波导型激光装置，其特征在于：
还具有波长选择波导，该波长选择波导邻近配置在上述非线性材料的光轴上，反射所期望波长的激光，透射其它波长；
按上述波导模式振荡的激光振荡是按上述激光介质、上述非线性材料、及上述波长选择波导中的任一个波导模式振荡；
基波激光按上述波长选择波导反射的所期望波长进行激光振荡。
4.根据权利要求1所述的模式控制波导型激光装置，其特征在于：
还具有波长选择波导，该波长选择波导邻近配置在上述激光介质的光轴上，反射所期望波长的激光，透射其它波长；
按上述波导模式振荡的激光振荡是按上述激光介质和上述波长选择波导中的任一个波导模式振荡；
按上述波长选择波导反射一部分的所期望波长进行激光振荡。
5.根据权利要求1～4中任何一项所述的模式控制波导型激光装置，其特征在于：
上述激光介质为半导体激光器。
6.根据权利要求1～4中任何一项所述的模式控制波导型激光装置，其特征在于：
上述激光介质为固体激光介质，该固体激光介质由邻近上述激光介质配置的半导体激光器激励而获得增益。
7.根据权利要求1～4中任何一项所述的模式控制波导型激光装置，其特征在于：
上述激光介质由上述激光介质内的折射率分布而生成周期性的透镜效果。
8.根据权利要求7所述的模式控制波导型激光装置，其特征在于：
上述散热器相对上述包层的接合面在与光轴垂直的截面内具有梳构造，
上述激光介质内的折射率分布是按将上述梳构造的梳齿的前端接合于上述包层而发生的周期性温度分布而生成的。
9.根据权利要求8所述的模式控制波导型激光装置，其特征在于：
上述梳构造的梳齿间由导热系数比上述散热器小的绝热材料填充，
上述激光介质内的折射率分布是按由上述梳齿的前端与上述绝热材料的导热系数的差发生的周期性温度分布而生成的。
10.根据权利要求7所述的模式控制波导型激光装置，其特征在于：
上述散热器的接合面在与光轴垂直的截面内具有周期性的凸凹构造，由具有比上述散热器小的导热系数的接合剂接合于上述包层，
上述激光介质内的折射率分布是按由上述接合剂的厚度差发生的周期性温度分布而生成的。
11.根据权利要求7所述的模式控制波导型激光装置，其特征在于：
上述激光介质内的折射率分布通过对上述激光介质施加周期性的压力而生成。
12.根据权利要求1或2所述的模式控制波导型激光装置，其特征在于：
上述包层在与上述激光介质的接合面设有周期性地吸收激光的吸收部分，按所期望的波长进行激光振荡。
13.根据权利要求1或2所述的模式控制波导型激光装置，其特征在于：
上述包层在与上述激光介质的接合面形成有周期性的折射率变化，按所期望的波长进行激光振荡。
14.根据权利要求1～4中任何一项所述的模式控制波导型激光装置，其特征在于：
上述包层由这样的材料构成，该材料相对上述激光介质发生增益的多个波长、使一个波长透射、吸收其它波长；按所期望的波长进行激光振荡。
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