CN102308443A - 平面波导型激光器以及显示器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明所涉及的平面波导型激光器具备：平板状的激光介质(5)；半导体激光器(1)，对激光介质(5)的端面(5a)入射激励光；第1以及第2包覆层(4a、4b)，与激光介质(5)的下表面以及上表面接合而在铅垂方向上形成波导；梳型的散热器(2)，与第1包覆层(4a)的下表面接合；以及热透镜产生单元(20)，与第2包覆层(4b)的上表面接合。在该结构中，在铅垂方向上，以激光介质(5)的波导模式进行激光振荡，在水平方向上，通过热透镜产生单元(20)在激光介质(5)形成周期性的透镜效果而以多个共振器模式进行激光振荡。由此，能够不依赖于通过激励得到的热透镜的大小而形成往返损耗小的共振器，能够使脉冲工作、CW工作的上升特性变得平滑，得到高输出且稳定的输出。

Description

平面波导型激光器以及显示器装置
技术领域
本发明涉及平面波导型激光器以及使用了该平面波导型激光器的显示器装置，特别涉及适用于打印机、激光电视机、激光加工机用光源的高输出激光装置以及波长变换激光装置等的平面波导型激光器以及使用了该平面波导型激光器的显示器装置。
背景技术
在打印机、投影电视机等中，作为光源要求R(红)、G(绿)、B(蓝)这3种颜色的光源。作为该光源，开发出了将900nm带、1μm带、或者1.3μm带的激光用作基波激光，使用非线性材料将该基波激光变换为2次谐波(SHG：Second Harmonic Generation)、3次谐波(THG：Third Harmonic Generation)等高次谐波激光的波长变换激光器。在高次谐波中，为了实现从基波激光向高次谐波激光的高变换效率，要求非线性材料上的基波激光的功率密度提高、且波面像差小的高亮度的激光。
在二维波导型激光器中，可以提高基波激光的功率密度，所以可以实现向高次谐波激光的高变换效率。另一方面，存在由于高的功率密度引起的破坏极限，所以对高输出化有限制。另外，可与二维波导耦合的针对二维方向波束质量良好的LD光也存在限制，所以在高输出化中存在限制。
作为实现这样的波长变换激光装置的方法，有使用使波导成为一维的平面波导型激光器的技术(例如，参照专利文献1)。在平面波导型激光器中，在平板面内在与激光轴铅垂的方向上以空间模式进行激光振荡，在该方向上使激光的波束直径扩展、或者多模化，而实现了高输出化。在这样的激光器中，作为激励源的LD光在一维方向上与平面波导耦合即可，所以可以使用高输出的宽区域LD，可以得到高输出的激光。进而，可以使用在一维方向上排列了LD光的发光点的多发射极LD，所以可以得到更大的激光输出。
此处，在一维的平面波导型激光器中，激光在波导方向上局限于波导，所以可以稳定地工作。另一方面，在平面方向上空间传输，所以为了得到稳定的工作，需要在激光共振器内配置曲率反射镜、透镜等。
图13示出现有的结构。在图13中，1是半导体激光器，2是梳型的散热器，3是接合剂，4是在散热器2的上表面通过接合剂3接合的包覆层(低折射率部)，5是在包覆层4的上表面设置的激光介质，5a、5b是激光介质5的端面，6是表示半导体激光器1的激光振荡方向的光学轴。在图13所示的结构中，来自半导体激光器1的激励光从激光介质5的端面5a入射，被激光介质5吸收，在激光介质5内产生针对基波激光的增益。通过在激光介质5内产生的增益，基波激光从与激光介质5的光学轴6垂直的端面5b射出。
此时，在图13的结构中，通过梳型的散热器2对在激光介质5中产生的热进行排热。通过这样构成，在激光介质5内，产生图14(a)所示那样的温度分布，产生图14(b)所示那样的热的流动。激光介质5通过半导体激光器1被激励，从而热依赖于半导体激光器1的激励光的波长与在激光介质5中产生的光的波长之间的波长差而产生。这样，激光介质5由于激励而温度上升。激光介质5随着温度上升，其折射率变高，所以产生透镜效果。将这样的透镜称为热透镜。由于与激光工作同时产生热透镜，所以无需在平面方向上配置曲率反射镜、透镜等光学部件，而可以实现稳定的激光工作。因此，激光共振器的两端可以构成为平面，所以具有可以通过简单的结构得到激光输出等特征。
在通过这样的热透镜形成共振器的激光中，热透镜的强度(光焦度)需要设定在激光共振器稳定地工作的范围内。在所使用的热透镜的强度小于或者大于得到激光器稳定工作条件的热透镜的情况下，激光器都不振荡。另一方面，在使用了得到稳定工作条件的范围内的热透镜时，得到激光输出。另外，在稳定工作条件的范围内的热透镜在接近激光器不振荡的条件的情况下，激光共振器中的激光共振损耗变大而造成的激光输出低等特征。因此，为了稳定地得到激光输出，热透镜需要具有由激光共振器决定的一定的范围内的光焦度。因此，通过适当地设定在激光介质5中产生的热量、梳型的散热器2的形状和热容量等，能够将热透镜的光焦度设定于稳定工作范围内。在这样的情况下，在热透镜稳定的稳态下能够稳定地得到高输出的激光输出。
但是，在脉冲工作、连续(continuous-wave，CW)工作的上升时，产生热透镜的过渡响应。在激光器工作前，没有产生热，所以也没有热透镜。当由于利用半导体激光器的激励而开始产生热时，热透镜的光焦度按照由热量、梳型的散热器2的形状和热容量等决定的时间常数变大，在一定的时间后产生稳定状态的光焦度。此时，热透镜的光焦度在激励开始的瞬间是0，随着时间逐渐变强。因此，从激励开始的瞬间至成为得到激光器的稳定工作条件的热透镜为止，激光器不振荡。进而，如果光焦度变大，则输出增加，在稳定状态的光焦度中，由于激光共振器损耗小，所以可以稳定地得到高输出的激光。
专利文献1：国际公开第2005/033791号小册子
发明内容
发明所要解决的技术问题
在通过在平面方向上利用热透镜来得到稳定工作的平面波导型激光器中，存在如下问题：在脉冲工作、连续(CW)工作的上升时等热透镜的过渡响应工作时，有时激光器不振荡，或者激光器输出变小等，输出的时间稳定性低。
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于得到一种平面波导型激光器以及使用了该平面波导型激光器的显示器装置，所述平面波导型激光器能够从激励开始的瞬间就得到与稳定状态相同的激光输出。
用于解决技术问题的手段
本发明提供一种平面波导型激光器，其特征在于，具备：大致平板状的激光介质；半导体激光器，在所述激光介质的光学轴上接近所述激光介质的一个端面而配置，对所述激光介质入射激励光；第1包覆层，接合在所述激光介质的下表面，相对所述激光介质在垂直方向上形成波导；第2包覆层，接合在所述激光介质的上表面，相对所述激光介质在垂直方向上形成波导；散热器，与所述第1包覆层的下表面接合；波长选择波导，在所述激光介质的光学轴上接近所述激光介质的另一个端面而配置，对从所述激光介质射出的基波激光中的一部分规定的波长的激光进行反射，并使其他波长透射；以及热透镜产生单元，与所述第2包覆层的上表面接合，其中，在垂直方向上，以所述激光介质或者所述波长选择波导的波导模式进行激光振荡，在水平方向上，通过所述热透镜产生单元在所述激光介质中形成周期性的热透镜效应而以多个共振器模式进行激光振荡，用非线性材料构成所述波长选择波导，将入射到所述波长选择波导的基波激光变换为不同波长的激光而输出。
发明效果
本发明提供一种平面波导型激光器，其特征在于，具备：大致平板状的激光介质；半导体激光器，在所述激光介质的光学轴上接近所述激光介质的一个端面而配置，对所述激光介质入射激励光；第1包覆层，接合在所述激光介质的下表面，相对所述激光介质在垂直方向上形成波导；第2包覆层，接合在所述激光介质的上表面，相对所述激光介质在垂直方向上形成波导；散热器，与所述第1包覆层的下表面接合；波长选择波导，在所述激光介质的光学轴上接近所述激光介质的另一个端面而配置，对从所述激光介质射出的基波激光中的一部分规定的波长的激光进行反射，并使其他波长透射；以及热透镜产生单元，与所述第2包覆层的上表面接合，其中，在垂直方向上，以所述激光介质或者所述波长选择波导的波导模式进行激光振荡，在水平方向上，通过所述热透镜产生单元在所述激光介质中形成周期性的热透镜效应而以多个共振器模式进行激光振荡，用非线性材料构成所述波长选择波导，将入射到所述波长选择波导的基波激光变换为不同波长的激光而输出，所以能够从激励开始的瞬间得到与稳定状态相同的激光输出。
附图说明
图1A是示出根据本发明的实施方式1的平面波导型激光器的结构的侧面图。
图1B是示出根据本发明的实施方式1的平面波导型激光器的结构的剖面图。
图1C是示出根据本发明的实施方式1的平面波导型激光器的结构的剖面图。
图1D是示出根据本发明的实施方式1的平面波导型激光器的结构的俯视图。
图2是示出根据本发明的实施方式1的平面波导型激光器的结构的放大部分剖面图。
图3是说明了根据本发明的实施方式1的平面波导型激光器中没有产生热透镜的情况的工作的说明图。
图4是说明了根据本发明的实施方式1的平面波导型激光器中产生了热透镜的情况的工作的说明图。
图5是说明了根据本发明的实施方式1的平面波导型激光器中没有产生热透镜的情况的半导体激光器、产生的热、光焦度、激光输出的脉冲工作的时间波形的说明图。
图6是说明了根据本发明的实施方式1的平面波导型激光器中产生了热透镜的情况的半导体激光器、产生的热、光焦度、激光输出的脉冲工作的时间波形的说明图。
图7是说明了根据本发明的实施方式1的平面波导型激光器中的热透镜产生单元的工作并非连续工作的情况的半导体激光器、产生的热、光焦度、激光输出的脉冲工作的时间波形的说明图。
图8是示出在根据本发明的实施方式1的平面波导型激光器中沿着光学轴在输出侧配置了非线性材料7的结构的侧面图。
图9是示出根据本发明的实施方式2的平面波导型激光器的结构的放大部分剖面图。
图10是示出根据本发明的实施方式3的平面波导型激光器的结构的剖面图。
图11是示出根据本发明的实施方式3的平面波导型激光器的结构的放大部分剖面图。
图12是示出将根据本发明的实施方式1～3的平面波导型激光器用作光源的显示器装置的结构的结构图。
图13是示出以往的平面波导型激光器的结构的图。
图14是示出了以往的平面波导型激光器中的温度分布以及热的流动的说明图。
具体实施方式
以下，为了更详细说明本发明，根据附图，说明用于实施本发明的具体实施方式。
实施方式1.
图1A～图1D是示出根据本发明的实施方式1的平面波导型激光器的结构的图。图1A是根据本发明的实施方式1的平面波导型激光器的侧面图，图1B是图1A记载的a-a’剖面图，图1C的(c1)以及(c2)是图1B记载的b-b’剖面图，图1D是示出激光共振器的振荡模式的俯视图。如这些图所示，根据本实施方式1的平面波导型激光器包括半导体激光器1、梳型的散热器2、接合剂3、第1以及第2包覆层(低折射率部)4a、4b、激光介质5、以及热透镜产生单元20。另外，6是表示激光器振荡方向的光学轴。另外，也可以如图1所示，为了增强激光介质5的强度，而进一步配置接合剂21以及基板22。另外，有时如图8所示，在平面波导型激光器的输出侧配置非线性材料7。从平面波导型激光器输出的基波激光入射至非线性材料7，非线性材料7对其一部分进行反射，将剩余的一部分变换为波长不同的激光而输出。
激光介质5是在水平方向上配置的、大致长方形的平板状的部件，相对光学轴6垂直的端面5a以及端面5b的形状都是长方形。端面5a以及端面5b具体而言，y轴方向(铅垂方向)的厚度有几～几十μm、x轴方向(水平方向)的宽度有几百μm～几mm的大小。另外，在以下的说明中，使用以激光介质5的长方形的长度方向为x轴、以高度方向为y轴、以光学轴6方向为z轴的坐标系。
第1以及第2包覆层4a、4b具有比激光介质5小的折射率，分别与激光介质5的xz平面平行的面接合。具体而言，第1包覆层4a接合在激光介质5的下表面，第2包覆层4b接合在激光介质5的上表面。另外，例如，通过在激光介质5上蒸镀以光学材料为原料的膜、或者根据光学接触或者扩散接合等在激光介质5上光学地接合光学材料，形成第1以及第2包覆层4a、4b。第1以及第2包覆层4a、4b用于在相对激光介质5的xz平面铅垂的方向上形成波导。
散热器2如图1B所示，具有梳型形状。散热器2由导热系数大的材料构成，经由接合剂3，与第1包覆层4a接合。
接合剂3将在激光介质5产生的热经由第1包覆层4a排热到散热器2。该接合剂3由金属焊锡、光学粘结剂、或热传导粘结剂等构成。为了提高第1包覆层4a的下表面、即涂覆了接合剂3的面与接合剂3的接合强度，也可以进行金属化(附着金属膜)。另外，在由光学材料构成了散热器2的情况下，也可以不使用接合剂3，而通过例如光学接触、或者扩散接合等直接接合第1包覆层4a和散热器2。
半导体激光器1如图1A所示，配置为接近激光介质5的端面5a，对激光介质5的端面5a入射激励光。虽然省略了图示，但也可以根据需要，对半导体激光器1接合冷却用的散热器。半导体激光器1的x轴方向的大小如图1C所示，与激光介质5的x轴方向的大小大致相同。由此，半导体激光器1在x轴方向上大致同样地输出激励光。另外，半导体激光器1也可以是如图1C所示，在x轴方向上排列输出LD光的多个活性层1a的多发射极半导体激光器。在该情况下，由于从多个活性层1a输出多个LD光，所以得到在x轴方向上并排的多个的激光输出光。从半导体激光器1输出的LD光从端面5a在xz平面方向上入射到激光介质5，被激光介质5吸收。
热透镜产生单元20配置于在激光介质5的上表面配置的第2包覆层4b的上表面。热透镜产生单元20是如图1A～图1C所示，与表示激光振荡方向的光学轴6平行的带状部件，在从上面观察的情况下，如图1C所示，配置于梳型的散热器2的梳齿之间。另外，在是存在多个活性层1a的多发射极的半导体激光器的情况下，也可以针对每个发射极设置带状的热透镜产生单元20。另外，在该情况下，热透镜产生单元20配置成位于从半导体激光器1各自的活性层1a输出的激励光的大致上表面。
热透镜产生单元20可以由带状的薄膜电阻构成。此时，热透镜产生单元20由于对带状的薄膜电阻的两端施加电压而产生热。在多发射极的半导体激光器1中，作为排列多个带状的薄膜电阻而构成热透镜产生单元的例子，有图1C(c1)以及(c2)所示的两个例子。即，既可以如图1C(c1)那样，并联连接多个带状的薄膜电阻，或者，也可以如图1C(c2)那样，串联连接多个带状的薄膜电阻。通过对这样连接的薄膜电阻的两端施加电压，热透镜产生单元20能够在多个激励光的上部分别产生热。
另外，对于构成热透镜产生单元20的带状的薄膜电阻，可以通过在第2包覆层4b的上表面整体蒸镀、镀覆形成了之后，通过蚀刻选择性地残留并设成带状。薄膜电阻的材料使用例如Ni-P、Cr等。进而，也可以使用能够进行蒸镀、镀覆的其他材料。
此处，对激光介质5的端面5a涂覆对基波激光进行反射的全反射膜，对端面5b涂覆使基波激光透射的防反射膜。另外，如图8所示，在平面波导型激光器的输出侧配置了非线性材料7的情况下，如果将入射激光输出的端面作为端面7a，将输出二次谐波激光的端面作为端面7b，则对端面7a，涂覆使基波激光透射并对二次谐波激光进行反射的光学膜，对端面7b，实施对基波激光进行反射并使二次谐波激光透射的光学膜。这些全反射膜、防反射膜、以及光学膜是例如层叠电介质薄膜而构成的。另外，在从激光介质5的端面5a入射从半导体激光器1输出的激励光的情况下，端面5a的全反射膜成为使激励光透射并对基波激光进行反射的光学膜。
作为激光介质5，可以使用一般的固体激光材料。例如，使用Nd:YAG、Nd:YLF、Nd:玻璃、Nd:YVO4、Nd:GdVO4、Yb:YAG、Yb:YLF、Yb:KGW、Yb:KYW、Er:玻璃、Er:YAG、Tm:YAG、Tm:YLF、Ho:YAG、Ho:YLF、Tm、Ho:YAG、Tm、Ho:YLF、Ti:蓝宝石、Cr:LiSAF等。
另外，作为非线性材料7，可以使用一般的波长变换用材料。例如，使用KTP、KN、BBO、LBO、CLBO、LiNbO3、LiTaO3等。另外，如果使用抗光损伤能力强的MgO掺杂LiNbO3、MgO掺杂LiTaO3、计量比(stoichiometric)LiNbO3、计量比LiTaO3，则能够提高所入射的基波激光的功率密度，所以能够实现高效的波长变换。进而，如果使用具有周期性极化反转结构的MgO掺杂LiNbO3、MgO掺杂LiTaO3、计量比LiNbO3、计量比LiTaO3、KTP，则非线性常数大，所以能够实现更高效的波长变换。
接下来，使用图2，说明激光介质5中产生的温度分布。图2是示出了图1B所示的从散热器2至基板22的结构的放大部分剖面图。
如图2所示，在激光介质5内，在发热区域中，从半导体激光器1入射而吸收的激励光的功率的一部分变换为热，而产生热。所产生的热经由第1包覆层4a以及接合剂3，传导到散热器2，通过散热器排热到外部。此时，散热器2呈现梳型形状，通过接合剂3与第1包覆层4a接合的部分仅为梳齿的顶端部，所以在两个梳齿的中间部，从两个梳齿的大致中心向x轴方向的两侧产生热的流动。因此，两个梳齿的大致中心的温度成为最大，随着接近梳齿的部分，温度降低(参照图2(a)的温度分布)。
激光介质5等光学材料的折射率与温度差大致成比例地变化。在使用了每单位温度的折射率变化dn/dT是正的材料的情况下，温度高的两个梳齿的中心部的折射率变大，随着接近梳齿的部分，折射率变小。其结果，在x轴方向上，产生以两个梳齿的中心部为光轴的热透镜(热透镜效应)。这样，由于通过热透镜产生单元20，产生以各梳齿的中心部为光轴的热透镜(热透镜效应)，所以在激光介质5中形成周期性的热透镜效应。
激光介质5通过半导体激光器1由多个活性层1a等间隔地被激励，在从上面观察的情况下，激励位于散热器2的梳齿之间。散热器2的梳齿也在x轴方向上大致等间隔地配置。因此，热透镜效应也周期性地产生，如果将梳齿的根数设为m根，则得到大致等间隔地排列了(m-1)个透镜的效果。周期性地产生的热透镜的强度、以及周期可以根据散热器2的梳齿的间隔、梳齿的粗细、梳齿的长度和导热系数、接合剂3的导热系数和厚度、以及第1和第2包覆层4a和4b的材料和厚度，而任意地调整。
这样，取决于半导体激光器1的工作，而在激光介质5内产生半导体激光器1的热透镜。另一方面，由于热透镜产生单元20由薄膜电阻构成，所以可以通过电压的施加而发热。由于热透镜产生单元20配置于由半导体激光器1进行激励的轴上，所以可以加强由激励产生的热透镜的光焦度。另外，即使在没有进行激励的情况下，也可以通过构成热透镜产生单元20的薄膜电阻而产生的热，在激光介质5中产生热透镜。
接下来说明工作。
从激光介质5的端面5a入射的激励光在激光介质5被吸收，在激光介质5内部产生对于基波激光的增益。图1A～图1B示出在激光介质5的端面5b形成对基波激光的一部分进行反射的部分反射膜，在与激光介质5的光学轴6垂直的端面5a以及端面5b之间进行激光振荡的基波激光。进而，图8示出在激光介质5的端面5b形成使基波激光透射的防反射膜5c，并沿着光学轴6配置了非线性材料7的结构。
在图8的结构中，根据在激光介质5内部产生的增益，在激光介质5的端面5a以及非线性材料7的端面7a之间，基波激光进行激光振荡。另外，非线性材料7的晶轴角、温度、或者周期性极化反转的周期被最优化，使得在入射了基波激光时，通过非线性效果，基波激光变换为二次谐波激光。因此，在端面5a与端面7a之间振荡得到基波激光入射到非线性材料7时，基波激光的一部分波长被变换，变换为二次谐波激光，从端面7b输出到外部。
另外，没有变换为二次谐波激光而残留的基波激光在端面7b被全反射，再次通过非线性材料7，变换为二次谐波激光。这样残留的基波激光的一部分被变换而产生的二次谐波激光在端面7a全反射，从端面7b输出到外部。
这样，非线性材料7在激光介质5的光学轴6上，配置为接近激光介质5的端面5b，作为对期望的波长的基波激光的一部分进行反射并使其他波长透射的波长选择波导而工作。
本发明可以应用于输出基波激光的结构、以及输出进行波长变换的高次谐波激光的结构，下面对输出基波激光的结构进行说明，但对通过配置作为波长变换元件的非线性材料7，输出进行波长变换的高次谐波激光的结构也具有同样的特征。
激光介质5的y轴方向厚度是波长的几～几十倍左右，折射率高的激光介质5被与激光介质5相比折射率小的第1和第2包覆层4a和4b、以及空气夹住，所以作为在折射率高的激光介质5中封闭基波激光的波导而工作，基波激光以波导的模式选择性地振荡。波导的模式可以通过调整第1和第2包覆层4a和4b的折射率、以及激光介质5的y轴方向的厚度而任意地设定，可以仅对低阶的模式、或者单模进行波导，而实现高亮度振荡。另外，根据由排热而产生的热分布，在y轴方向上也产生折射率分布，但如果第1和第2包覆层4a和4b与激光介质5的折射率差、以及空气与激光介质5的折射率差远大于由于热分布引起的折射率变化，则波导的模式成为主导，而由于热引起的影响可以忽略。
在非线性材料7中，由具有比空气、或者非线性材料7小的折射率的包覆层(图示省略)夹住与y轴垂直的上下表面，厚度是波长的几～几十倍左右，所以与激光介质5同样地，在y轴方向上作为波导而工作。另外，在非线性材料7吸收激光而发热的情况下，也可以在非线性材料7的下表面、或者与非线性材料7接合的包覆层上接合散热器而排热。另外，在非线性材料7上直接接合散热器的情况下，可以使用具有比非线性材料7小的折射率的光学材料、或者具有比非线性材料7小的折射率的接合剂、例如光学粘结剂等作为散热器材料，将非线性材料7的y轴方向用作波导。
激光共振器内的y轴方向上的激光振荡是以激光介质5、或者非线性材料7的波导的模式选择性地振荡的。激光介质5的波导模式和非线性材料7的波导模式可以分别通过厚度、以及与包覆层的折射率差而任意地设定，可以仅使低阶的模式、或者单模波导，而实现高亮度振荡。
激光介质5的波导模式和非线性材料7的波导模式无需一致，例如，如果将某一个波导模式设成多模，将另一方的波导模式设成单模，则激光振荡的模式被限制为最低阶的模式，所以可以以单模选择性地振荡。当然，也可以构成为成为相同的波导模式。
在激光共振器内的x轴方向上的激光振荡中，由于激光介质5以及非线性材料7的宽度远大于基波激光和二次谐波激光的波长，所以不进行基于波导的模式选择，而成为空间型的共振器。即，在x轴方向上，通过热透镜产生单元20在激光介质5中形成周期性的热透镜效应而以多个共振器模式进行激光振荡。
接下来，说明通过热透镜产生单元20没有产生热透镜的情况和产生了热透镜的情况的工作。
首先，说明通过热透镜产生单元20没有产生热透镜的情况。图5示出半导体激光器的工作、产生的热、光焦度(1/热透镜焦距)、激光输出的脉冲工作的时间波形。另外，图3示出关于脉冲或者CW工作的上升时的工作的说明图。如果在脉冲工作、以及CW工作的上升时，LD电流波形(图5(a))是矩形形状，则固体激光介质中的产生的热(图5(b))也大致依赖于LD电流波形而成为矩形形状。但是，对于热透镜的产生，由于产生的热量、散热器2的梳齿的间隔、梳齿的粗细、梳齿的长度和散热器2的导热系数、接合剂3的导热系数和厚度、第1以及第2包覆层4的材料、厚度、各材料的热电阻等，造成响应的延迟。因此，光焦度(1/热透镜焦距)(图5(c))从LD电流的工作开始起逐渐增加，在时间t1之后成为稳定状态的光焦度。另外，在LD电流停止后，光焦度(图5(c))逐渐变弱。如图3的说明，由于在光焦度小的情况下，激光共振的单模波束尺寸变大，所以往返损耗变大，与激光介质5的放大增益相比，往返损耗更大，所以不振荡。另一方面，光焦度逐渐变强，到大于比1/f1，从而开始激光振荡。由于激光共振单模波束尺寸变小，共振损失逐渐变小，所以激光输出增加。在光焦度比1/f2强且比1/f6弱的范围中，由于波束直径的大小引起的往返损耗的产生变小，往返的激光的其他损失因素(例如波导的波导损失、激光介质5的端面涂层的反射损失、与波长变换元件7的耦合损失等)成为主导，所以激光输出不依赖于波束直径而成为恒定。进而，光焦度变强，最终在成为稳定状态的光焦度1/f3的工作点(1)，激光工作稳定。像这样光焦度从LD电流的工作开始起变强，所以如图5(d)所示，在直至光焦度成为1/f1的时间t2的期间，不进行振荡，而得不到激光输出。接下来，在光焦度从1/f1变至1/f2的期间t3，波束直径变小，从而往返损耗变小，所以激光输出增加。在光焦度从1/f2变强至稳定状态的1/f3的期间，已经以稳定状态输出激光输出。因此，为了以稳定状态稳定地输出激光，不得不从LD电流的工作开始起等待经过时间(t2+t3)。在考虑将这样的光源利用于例如使用激光器作为光源的电视机的情况下，存在由于上升时的输出小，所以所显示的颜色变化，成为低质量的画质等问题。
接下来，说明由热透镜产生单元20产生了热透镜的情况。图6示出半导体激光器的工作、产生的热、光焦度(1/热透镜焦距)、激光输出的脉冲工作的时间波形。另外，图4示出关于脉冲、或者CW工作的上升时的工作的说明图。由热透镜产生单元20稳定地产生热(图6(b)记载的E2)，从LD的工作前产生1/f4的光焦度。1/f4的光焦度被设定为在得到稳定状态的激光输出的光焦度范围(1/f2～1/f6)之间。因此，在激光工作开始时，在图4的工作点(2)工作。如果在脉冲工作和CW工作的上升时，LD电流波形(图6(a))是矩形形状，则在固体激光介质中产生的量的产生热(图6(b)记载的E1)也大致依赖于LD电流波形而成为矩形形状。因此，在LD电流工作时，产生由热透镜产生单元20和激励生成的产生热的合计的热量。由从LD电流的工作开始起由激励而得到的产生热，光焦度逐渐变强，在经过时间t1之后，成为稳定状态的光焦度1/f5。在LD电流停止之后，光焦度逐渐变弱，成为由热透镜产生单元20得到的光焦度的1/f4。此处，通过将LD电流工作时的稳定状态的热透镜1/f5设定为处于得到稳定状态的激光输出的光焦度范围(1/f2～1/f6)之间，可以不依赖于由LD电流的工作引起的光焦度的变化，而得到始终恒定的激光输出。因此，在稳定状态下，在图4的工作点(3)工作。因此，具有从LD电流工作刚刚开始之后就得到最大输出，在脉冲工作以及CW工作的上升时的所有时间都得到输出稳定的激光等效果。
在光焦度位于1/f2～1/f6的范围中，由于单模波束尺寸引起的往返损耗的产生变小，往返的激光的其他损失因素(例如波导的波导损失、激光介质5的端面涂层的反射损失、与波长变换元件7的耦合损失等)成为主导，所以激光输出不依赖于波束直径，而成为恒定。另一方面，由于半导体激光器而激励区域没有变化，所以在单模波束尺寸变化了的情况下，激光振荡的波束的横模变化。在单模波束尺寸变小时，进行高阶横模下的激光振荡。因此，虽然激光输出没有变化，但波束质量变化。这样，存在在热透镜的光焦度处于非稳定状态的脉冲工作以及CW工作的上升时，波束质量不为恒定而变化等特征。
接下来，说明设定成热透镜产生单元20的工作并非连续工作，而仅在半导体激光器没有驱动的时间下工作的情况。如图7(b)所示，设定成使热透镜产生单元20的产生热成为与由于LD电流驱动时的激励引起的产生热相同的热量，仅在半导体激光器没有驱动时间下工作。因此，产生热的合计不依赖于LD电流的工作，而始终恒定。因此，即使在进行了脉冲工作的情况下，也不会产生光焦度的变化。因此，具有如下效果：在脉冲工作以及CW工作的上升的所有时间，都得到输出稳定的激光，进而，没有热透镜的变化，所以也没有激光共振的单模波束直径的变化，激光输出的波束质量始终被保持为恒定。
如上所述，本实施方式1所涉及的平面波导型激光器具备：大致平板状的激光介质5，配置于水平方向上；半导体激光器1，在激光介质5的光学轴6上，接近激光介质5的一个端面5a而配置，而对激光介质5入射激励光；第1包覆层4a，接合在激光介质5的下表面，在激光介质5的铅垂方向上形成波导；第2包覆层4b，接合在激光介质5的上表面，在激光介质5的铅垂方向上形成波导；散热器2，与第1包覆层4a的下表面接合；波长选择波导，在激光介质5的光学轴6上，接近激光介质5的另一个端面5b而配置，对从激光介质5射出的基波激光中的一部分规定的波长的激光进行反射，并使其他波长透射；以及热透镜产生单元20，与第2包覆层4b的上表面接合。另外，用非线性材料7构成波长选择波导，将入射到上述波长选择波导的基波激光变换为不同波长的激光而输出。通过该结构，本实施方式1所涉及的平面波导型激光器在y轴方向(铅垂方向)上，以激光介质5的波导模式(如果设置了非线性材料7，则为非线性材料7的波导模式)进行激光振荡，在x轴方向(水平方向)上，通过热透镜产生单元20在激光介质5形成周期性的透镜效果而以多个共振器模式进行激光振荡，所以能够形成不依赖于由于激励得到的热透镜的大小，而往返损耗小的共振器，能够使脉冲工作、CW工作的上升特性变得平滑，得到高输出且稳定的输出。
另外，本实施方式1的平面波导型激光器例如可以利用于将激光用作光源的电视机、显示器装置。作为将激光用作光源的例子，有作为背面投影TV、正面投影TV、液晶TV的背光的利用等，而且还可以利用于这些以外的各种电视机以及显示器装置。作为代表例，图12示出将本发明的波长变换激光用作光源的激光电视机的结构。如图12所示，激光电视机25包括红色光源26、绿色光源27、蓝色光源28、与这些光源26～28连接的光传输单元29、与光传输单元29连接的光学系统30、以及投影来自光学系统30的图像的屏幕31。由红色光源26、绿色光源27以及蓝色光源28射出的各光通过光传输单元29耦合而射出到光学系统30，通过光学系统30投影到屏幕31。另外，用根据本实施方式1的平面波导型激光器构成这些红色光源26、绿色光源27以及蓝色光源28。这样，通过将本实施方式1的平面波导型激光器用作电视机用光源以及显示器装置用光源，能够实现颜色再现性优良，高亮度、高分辨率、高颜色范围、低功耗的激光电视机以及显示器装置。
实施方式2.
图9是示出根据本发明的实施方式2的平面波导型激光器的结构的图。图9所示的结构只要没有特别明示，就与图1所示的结构基本相同。因此，在以下的说明中，对与图1结构的不同点进行说明。图9是放大了图1A记载的a-a’剖面图的一部分的放大部分剖面图。另外，根据本实施方式2的平面波导型激光器也与实施方式1同样可以用于激光电视机以及显示器装置。
在本实施方式2中，如图9所示，将热透镜产生单元20配置于第1包覆层4a的下表面。热透镜产生单元20可以与实施方式1同样地，由带状的薄膜电阻构成。对于构成热透镜产生单元20的带状的薄膜电阻，可以在第1包覆层4a的整个下表面通过蒸镀、镀覆形成之后，通过蚀刻而选择性地残留设成带状。另外，构成热透镜产生单元20的带状的薄膜电阻如图9所示，配置于散热器2的梳型构造的梳齿之间。另外，作为对该梳齿的顶端涂覆的接合剂3使用树脂等粘结剂，由此可以对相邻的薄膜电阻之间进行绝缘，所以可以如图1C(c1)以及(c2)所示，串联或者并联地连接薄膜电阻。另外，在作为接合剂3使用焊锡等金属类的接合剂的情况下，优选仅选择性地接合散热器2的梳齿的上部。另外，为了使向薄膜电阻的布线变得容易，优选使基板22以及接合剂21(省略图示)的大小小于激光介质5的平板面的大小。
如上所述，在本实施方式2中，也与上述实施方式1同样地，在y轴方向(铅垂方向)上，以激光介质5或者波长选择波导的波导模式进行激光振荡，在x轴方向(水平方向)上，通过热透镜产生单元20在激光介质5形成周期性的透镜效果而以多个共振器模式进行激光振荡，所以能够不依赖于由激励得到的热透镜的大小，而形成往返损耗小的共振器，能够使脉冲工作、CW工作的上升特性变得平滑，得到高输出且稳定的输出。
另外，在本实施方式2中，通过将热透镜产生单元20配置于第1包覆层4a的下表面，并连续产生热，于是在LD电流工作刚刚开始之后得到最大输出，在脉冲工作以及CW工作的上升的所有时间都得到输出稳定的激光。
另外，通过使热透镜产生单元20仅在半导体激光器1没有驱动的时间内工作，在脉冲工作以及CW工作的上升时都得到输出稳定的激光，进而，由于没有热透镜的变化，所以也没有激光共振的单模波束直径的变化，激光输出的波束质量始终被保持恒定。
另外，通过将热透镜产生单元20配置于第1包覆层4a的下表面，在第2包覆层4b与基板22的接合面上没有台阶，而得到强的接合强度，所以元件整体的刚性提高，长期可靠性提高。另外，由于没有台阶，所以也不需要接合剂21，相应地，制造工序变得容易，而且成本得以削减。
实施方式3.
图10以及图11是示出根据本发明的实施方式3的平面波导型激光器的结构的图。图10所示的结构只要没有特别明示，就与图1所示的结构基本相同。因此，在以下的说明中，对与图1结构的不同点进行说明。图10是图1A记载的a-a’剖面图，图11是放大了图10的a-a’剖面图的一部分的放大部分剖面图。另外，根据本实施方式3的平面波导型激光器也可以与实施方式1和2同样地，利用于激光电视机以及显示器装置。
在本实施方式3中，配置于激光介质5的下表面的第1包覆层4a通过接合材3与散热器2b的整个表面接合。另外，本实施方式3中的散热器2b不呈现梳型的形状，而接合面是平面形状。这样，将第1包覆层4a的整个表面经由接合剂3与散热器2b的整个表面接合，所以具有平面波导型激光器的刚性提高，长期可靠性提高等效果。
但是，通过对第1包覆层4a进行全面接合，由半导体激光器1的激励而得到的热透镜的光焦度变小。激励区域成为发热区域，热在扩散的同时被排热到散热器2b。与上述实施方式1以及2中说明的进行梳型接合的情况相比，在本实施方式3中，接合面更大，所以热电阻更小，激光介质5的温度上升更小。因此，在热透镜的光焦度小，热透镜产生单元20不工作的情况下，比即使在稳定状态的热透镜中也能够进行激光振荡的单模波束直径要大，而共振器损耗变大，激光振荡变得困难。
因此，在本实施方式3中，通过在热透镜产生单元20中始终电气地产生充分的发热，以便即使在热电阻小的情况下也可以得到能够进行激光振荡的热透镜。在脉冲工作以及CW工作的上升时，由于通过激励LD得到的产生热，温度上升，热透镜的光焦度变强，但由于散热器2b的整个表面被接合，热电阻小，所以与梳型的散热器2接合的情况相比，通过激励LD的工作引起的光焦度的变化更小。因此，具有如下效果：通过使热透镜产生单元20工作而产生热以得到共振器损失充分变小的单模波束尺寸，从而从LD电流的驱动开始起稳定地得到高输出的激光输出，并且由于利用激励LD得到的产生热引起的光焦度的变化小，所以波束质量的变化也小。另外，热透镜产生单元20只要施加恒定的DC电流即可，无需进行依赖于激励LD的工作的控制，具有控制简便等效果。
如上所述，在本实施方式3中，也与上述实施方式1以及2同样地，在y轴方向(铅垂方向)上，以激光介质5或者波长选择波导的波导模式进行激光振荡，在x轴方向(水平方向)上，通过热透镜产生单元20在激光介质5形成周期性的透镜效果而以多个共振器模式进行激光振荡，所以能够不依赖于通过激励得到的热透镜的大小，而形成往返损耗小的共振器，能够使脉冲工作、CW工作的上升特性变得平滑，得到高输出且稳定的输出。
另外，在本实施方式3中，没有使散热器2b成为梳型，而使接合面成为平面形状，并将散热器2b与第1包覆层4a的整个表面接合，所以热电阻变小，由激励LD的工作得到的光焦度的变化变小，所以通过使热透镜产生单元20以共振器损失充分变小的方式产生热地进行工作，从而得到从LD电流的驱动开始起稳定地得到高输出的激光输出这样的效果。
另外，在上述说明中，对将本实施方式3应用于图1所示的实施方式1的结构的例子进行了说明。但是，也可以将本实施方式3应用于图9所示的实施方式2的结构，在该情况下，当然也得到同样的效果。

Claims (8)

1.一种平面波导型激光器，其特征在于，具备：
大致平板状的激光介质；
半导体激光器，在所述激光介质的光学轴上接近所述激光介质的一个端面而配置，对所述激光介质入射激励光；
第1包覆层，接合在所述激光介质的下表面，相对所述激光介质在垂直方向上形成波导；
第2包覆层，接合在所述激光介质的上表面，相对所述激光介质在垂直方向上形成波导；
散热器，与所述第1包覆层的下表面接合；
波长选择波导，在所述激光介质的光学轴上接近所述激光介质的另一个端面而配置，对从所述激光介质射出的基波激光中的一部分规定的波长的激光进行反射，并使其他波长透射；以及
热透镜产生单元，与所述第2包覆层的上表面接合，其中
在垂直方向上，以所述激光介质或者所述波长选择波导的波导模式进行激光振荡，
在水平方向上，通过所述热透镜产生单元在所述激光介质中形成周期性的热透镜效应而以多个共振器模式进行激光振荡，
用非线性材料构成所述波长选择波导，将入射到所述波长选择波导的基波激光变换为不同波长的激光而输出。
2.一种平面波导型激光器，其特征在于，具备：
大致平板状的激光介质；
半导体激光器，在所述激光介质的光学轴上接近所述激光介质的一个端面而配置，对所述激光介质入射激励光；
第1包覆层，接合在所述激光介质的下表面，相对所述激光介质在垂直方向上形成波导；
第2包覆层，接合在所述激光介质的上表面，相对所述激光介质在垂直方向上形成波导；
散热器，与所述第1包覆层的下表面接合；以及
热透镜产生单元，与所述第2包覆层的上表面接合，其中
在垂直方向上，以所述激光介质的波导模式进行激光振荡，
在水平方向上，通过所述热透镜产生单元在所述激光介质中形成周期性的热透镜效应而以多个共振器模式进行激光振荡。
3.一种平面波导型激光器，其特征在于，具备：
大致平板状的激光介质；
半导体激光器，在所述激光介质的光学轴上接近所述激光介质的一个端面而配置，对所述激光介质入射激励光；
第1包覆层，接合在所述激光介质的下表面，相对所述激光介质在垂直方向上形成波导；
第2包覆层，接合在所述激光介质的上表面，相对所述激光介质在垂直方向上形成波导；
散热器，与所述第1包覆层的下表面接合；
波长选择波导，在所述激光介质的光学轴上接近所述激光介质的另一个端面而配置，对从所述激光介质射出的基波激光中的一部分规定的波长的激光进行反射，并使其他波长透射；以及
热透镜产生单元，与所述第1包覆层的下表面接合，其中
在垂直方向上，以所述激光介质或者所述波长选择波导的波导模式进行激光振荡，
在水平方向上，通过所述热透镜产生单元在所述激光介质中形成周期性的热透镜效应而以多个共振器模式进行激光振荡，
用非线性材料构成所述波长选择波导，将入射到所述波长选择波导的基波激光变换为不同波长的激光而输出。
4.一种平面波导型激光器，其特征在于，具备：
大致平板状的激光介质；
半导体激光器，在所述激光介质的光学轴上接近所述激光介质的一个端面而配置，对所述激光介质入射激励光；
第1包覆层，接合在所述激光介质的下表面，相对所述激光介质在垂直方向上形成波导；
第2包覆层，接合在所述激光介质的上表面，相对所述激光介质在垂直方向上形成波导；
散热器，与所述第2包覆层的下表面接合；
热透镜产生单元，与所述第1包覆层的下表面接合，其中
在垂直方向上，以所述激光介质的波导模式进行激光振荡，
在水平方向上，通过所述热透镜产生单元在所述激光介质中形成周期性的热透镜效应而以多个共振器模式进行激光振荡。
5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的平面波导型激光器，其特征在于，
所述散热器在与所述光学轴垂直的剖面内具有梳型构造，所述散热器的接合面是所述梳型构造的梳齿的顶端部，且以通过在所述激光介质中产生的热传导到所述梳齿的顶端部并排热而产生的周期性的温度分布，形成所述周期性的热透镜效应。
6.根据权利要求1～4中的任意一项所述的平面波导型激光器，其特征在于，
所述热透镜产生单元具有与所述光学轴平行、并且在与来自所述半导体激光器的所述激励光邻接的部分选择性地形成的多个带状构造。
7.根据权利要求6所述的平面波导型激光器，其特征在于，
所述热透镜产生单元的所述带状构造由薄膜电阻构成。
8.一种显示器装置，其特征在于，
将权利要求1～7中的任意一项所述的平面波导型激光器用作光源。
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