CN102318151A - 平面波导型激光装置 - Google Patents

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Abstract

一种平面波导型激光装置，通过具有双折射的平板状的激光介质(1)、以及和激光介质(1)的与厚度方向垂直的面中的至少一个面相接合的包层(2a、2b)来形成波导，并且按照通过入射到激光介质(1)的激发光发生的增益，对激光进行放大，进行激光振荡，其特征在于，激光介质(1)是由在与激光的行进方向即光轴垂直的截面内具有光学轴的材料构成，包层(2a、2b)是由具有针对在激光介质(1)中沿着光轴行进的、振动面相互正交的两个偏振光的折射率之间的范围的折射率的材料构成，易于振荡线偏振的激光。

Description

平面波导型激光装置
技术领域
本发明涉及具有适用于打印机、投影电视等的光源的平面波导型结构的平面波导型激光装置。
背景技术
平面波导型激光器具有用折射率比激光介质低的包层来夹持在激光的行进方向上延伸的薄的平板状的激光介质的上下两面的结构，并具有使激光介质还作为波导发挥功能的结构。该平面波导型激光器由于波导厚度较薄且激励密度较高，所以在使用了受激发射截面积较小的激光介质的情况下也得到较大的增益，可以实现高效的振荡动作。进而，通过在宽度方向上扩大波导，由此可以实现将激发密度保持为规定值的情况下的输出的定标(scaling)。另一方面，由于增益高、且容易振荡出多个波导模式，所以通过波长变换时所需的线偏振来进行激光振荡或限制为期望的模式来进行激光振荡成为课题。另外，抑制不需要的光的放大(寄生放大)或通过包层外部的面与端面处的全反射被封入到波导内而振荡的寄生振荡，来高效地输出激光成为课题。
因此，以往，提出了实现期望模式的激光振荡的平面波导型激光装置(例如参照非专利文献1)。该平面波导型激光装置具有如下结构：将Nd:YAG(Yttrium Aluminum Garnet：Y3Al5O12)作为芯，在该芯的上下两面接合无添加YAG而构成波导芯，进而用作为包层的蓝宝石晶体来夹持该波导芯的上下两面(即无添加YAG的表面)。在该波导结构中，有时在多个波导模式下振荡，但通过仅使芯的中心附近具有增益，由此可使在波导基本模式与波导高次模式之间产生增益的差，仅在波导基本模式下振荡。另外，对于波导的宽度方向的振荡模式，通过使激发光的入射形状与基本模式的形状一致，由此仅使基本模式选择性地振荡。
非专利文献1：Jacob I.Mackenzie，Cheng Li，and DavidP.Shepherd，“MulitiWatt，High Efficiency，Diffraction-Limited Nd:YAG Planar Waveguide Laser”，IEEE Journal of QuantumEletronics，Vol.39(2003)，p.495
但是，在上述非专利文献1的平面波导型激光装置中，波导传播TE(Transverse Electric，横向电场)偏振(振动面与由c轴和激光的行进方向即光轴构成的平面垂直并且存在于包括光轴的平面内的偏振，还称为寻常光)和TM(Transverse Magnetic，横向磁场)偏振(振动面存在于由c轴和光轴构成的平面内的偏振，还称为异常光)模式，并且针对TE偏振与TM偏振的增益相等。因此，存在振荡出这些两种偏振的激光，无法得到线偏振输出这样的问题。
另外，还存在如下问题：通过不满足芯中的全反射条件的光的包层的外部的面、和平面波导型激光装置的激光射出方向的端面的反射，发生在波导内部绕转的寄生振荡或寄生放大，降低作为目的的激光的激光振荡效率。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于得到一种线偏振的激光振荡容易的平面波导型激光装置。另外，其目的在于抑制波导内部的寄生放大、寄生振荡而得到高效的平面波导型激光装置。
为了达成上述目的，本发明提供一种平面波导型激光装置，通过具有双折射的平板状的激光介质、以及和上述激光介质的与厚度方向垂直的面中的至少一个面相接合的包层来形成波导，并且按照通过入射到上述激光介质的激发光发生的增益，对激光进行放大，进行激光振荡，其特征在于，上述激光介质是由在与上述激光的行进方向即光轴垂直的截面内具有光学轴的双折射材料构成，上述包层是由具有针对在上述激光介质中沿着上述光轴行进的、振动面相互正交的两个偏振光的折射率之间的范围的折射率的材料构成。
根据本发明，将具有激光介质的针对TE偏振光的折射率和针对TM偏振光的折射率之间的折射率的材料用作包层，所以具有如下效果：TE偏振和TM偏振中的某一个不满足全反射条件，可以实现满足全反射条件的一种偏振的激光振荡。
附图说明
图1-1是示意性地示出本发明的平面波导型激光装置的实施方式1的结构的立体图。
图1-2是示意性地示出平面波导型激光装置的实施方式1的结构的截面图。
图2是示意性地示出本实施方式1的平面波导型激光装置中的激光传播的偏振依赖性的图。
图3-1是示意性地示出本发明的平面波导型激光装置的制造方法的步骤的一个例子的图(其1)。
图3-2是示意性地示出本发明的平面波导型激光装置的制造方法的步骤的一个例子的图(其2)。
图3-3是示意性地示出本发明的平面波导型激光装置的制造方法的步骤的一个例子的图(其3)。
图3-4是示意性地示出本发明的平面波导型激光装置的制造方法的步骤的一个例子的图(其4)。
图3-5是示意性地示出本发明的平面波导型激光装置的制造方法的步骤的一个例子的图(其5)。
图3-6是示意性地示出本发明的平面波导型激光装置的制造方法的步骤的一个例子的图(其6)。
图4是示意性地示出实施方式1的平面波导型激光装置中的激光的光路的一个例子的图。
图5-1是示意性地示出本发明的平面波导型激光装置的实施方式2的结构的立体图。
图5-2是示意性地示出平面波导型激光装置的实施方式2的结构的截面图。
图6是示意性地示出本实施方式2的平面波导型激光装置中的激光传播的样子的图。
符号说明
1激光介质
2a、2b包层
3基板
4接合剂
5a、5b吸收层
具体实施方式
以下，参照附图，详细说明本发明的平面波导型激光装置的优选的实施方式。另外，本发明不限于这些实施方式。另外，以下的实施方式中使用的平面波导型激光装置的立体图、截面图是示意性地表示的图，层的厚度与宽度的关系、各层的厚度的比例等与现实不同。
实施方式1
图1-1是示意性地示出本发明的平面波导型激光装置的实施方式1的结构的立体图，图1-2是示意性地示出平面波导型激光装置的实施方式1的结构的截面图。该平面波导型激光装置具备：具有平板状的激光介质1；和设置在该激光介质1的上下两面的包层2a、2b。进而，基板3经由接合剂4与某一个包层2a、2b(在此是包层2b)的外侧的面相接合。另外，在图1-1～图1-2中，在与激光介质1的面积最广的上下的矩形状的面平行的面内，将与该面的正交的两个边平行的方向分别设为x轴和z轴，将与这些x轴和z轴这双方垂直的方向设为y轴。在此，将z轴方向设为激光的传播方向(行进方向)即光轴。另外，与激光介质1的xy平面平行的形状成为x轴方向比y轴方向长的矩形形状。
激光介质1例如由双折射材料(光学各向异性体的材料)构成，该双折射材料通过激发光而形成反转分布状态，对通过受激发射而生成的激光进行放大。而且，该激光介质1被配置成其材料内的光波的速度(折射率)只有一个的方向即光学轴(optic axis)成为xy平面内，但特别地，激光介质1的光学轴优选被配置成成为图中的x轴方向或y轴方向。在以下的说明中，以将激光介质1的光学轴配置成成为x轴或y轴的情况为例子进行说明。另外，在从设计上的点考虑时，激光介质1在双折射材料中还是优选光学轴与晶轴的c轴方向一致的光学单轴性晶体。
包层2a、2b由如下材料构成：在将激光介质1中的针对x轴方向的偏振光的折射率设为nx、将针对y轴方向的偏振光的折射率设为ny时，包层2a、2b的折射率nc成为nx与ny之间的范围。另外，在此，以将具有成为nx＜nc＜ny那样的折射率nc的材料用于包层2a、2b的情况为例子。
作为满足这样的条件的激光介质1与包层2a、2b的组合，例如，可以举出如下材料的组合：激光介质1是以YVO4为母材的材料，包层2a、2b是Ta2O5材料的组合；以及激光介质1是以GdVO4为母材的材料，包层2a、2b是Ta2O5材料的组合。
在作为激光介质1将Nd:YVO4(正方晶系)配置成c轴(既是晶轴、也是光学轴)成为y轴方向的情况下，该Nd:YVO4在波长914nm下，具有寻常光(x轴方向的偏振光)折射率no～1.96(＝nx)、异常光(y轴方向的偏振光)折射率ne～2.17(＝ny)。另外，在波长914nm下具有约2.08的折射率nc的Ta2O5电介体膜由于具有Nd:YVO4的寻常光折射率(no＝nx)与异常光折射率(ne＝ny)之间的折射率，所以可以用作包层2a、2b。
在制造由激光介质1和包层2a、2b构成的波导后，为了提高刚性而易于处理，将基板3通过接合剂4与包层2b接合。作为该基板3，例如，可以使用无添加YVO4等没有添加激光介质1的活性离子的母材等。另外，可以将粘接剂用作接合剂4。另外，在仅通过激光介质1和包层2a、2b就具有充分的刚性的情况下，也可以不设置基板3。
用包层2a、2b夹持该激光介质1的上下两面的结构针对激光介质1内的折射率大于包层2a、2b的折射率nc的线偏振激光形成了光波导。即，针对这样的激光(线偏振光)，激光介质1作为激光介质发挥功能，并且还作为对通过由照射激发光引起的受激发射而产生的激光进行引导的芯发挥功能。
在此，说明具有这样的结构的平面波导型激光装置的动作。图2是示意性地示出本实施方式1的平面波导型激光装置中的激光传播的偏振依赖性的图。在此，如上所述，以具有如下结构的平面波导型激光装置为例子进行说明：在由以使c轴(光学轴)成为y轴方向的方式形成为平板状的Nd:YVO4构成的激光介质1的上下两面，形成有由Ta2O5电介体膜构成的包层2a、2b。此时的各折射率成为nx(＝no)～1.96、ny(＝ne)～2.17、nc＝2.08。
首先，从图2的激光介质1的左端侧沿着z轴，入射激发光。激光介质1吸收从激光介质1的外部入射来的激发光而发生增益。于是，如果将在z轴方向上行进的自发发射光等作为种子，通过受激发射来产生激光，则激光介质1对所产生的激光提供增益对激光进行放大。在此，在芯折射率(激光介质1的折射率)比包层折射率大的情况下，在波导内传播的光中的在芯与包层2a、2b的界面上满足全反射条件的分量被封入到芯内，作为波导模式而传播。另一方面，在芯折射率比包层折射率小的情况下，成为光在芯与包层2a、2b的界面上向包层2a、2b漏出的辐射模式，发生较大的损耗。
例如，如图2所示，在激光介质1中在z轴方向上传播的激光中的具有y轴方向偏振的激光(TM模式的激光)受到的折射率是ny～2.17，比包层折射率nc～2.08大，所以在平面波导型激光装置中以波导模式传播。另一方面，具有x轴方向偏振的激光(TE模式的激光)受到的折射率是nx～1.96，比包层折射率nc～2.08小，所以在芯(激光介质1)与包层2a、2b的边界处不发生全反射，成为辐射模式。其结果，在该TE模式的激光在平面波导型激光装置中传播的期间发生较大的损耗。因此，在该例子的平面波导型激光装置中，仅选择TM模式的激光进行放大。
这样，通过使激光与z轴方向平行地入射到平面波导型激光装置，由此平面波导型激光装置作为仅对y轴方向的偏振分量进行放大而输出的激光放大器动作。另外，在与激光介质1的z轴垂直的面的一面(激发光源侧)上设置全反射镜，在另一面上设置部分反射镜时，在全反射镜与部分反射镜之间发生激光振荡，输出从部分反射镜振荡的激光的一部分。此时，TE模式的激光由于受到较大的损耗而激光振荡被抑制，只有TM模式的激光进行激光振荡，得到线偏振光输出。因此，在本实施方式1的平面波导型激光装置中，无需追加偏振镜等限制偏振的光学元件，而可以高效地得到线偏振光输出。另外，全反射镜和部分反射镜也可以通过在与激光介质1的z轴垂直的面上直接形成电介体膜或金属膜来实现。
以上说明的结构尤其在激光介质1的x轴方向与y轴方向的受激发射截面积大致相等时特别有效，通过抑制x轴方向的振荡，可以高效地振荡出在y轴方向上线偏振的激光。
接下来，说明具有这样的结构的平面波导型激光装置的制造方法。图3-1～图3-6是示意性地示出本发明的平面波导型激光装置的制造方法的步骤的一个例子的图。首先，在将激光介质1切断为平板状之后，对面积最广的面(zx面)中的一个面进行研磨(图3-1)。
接下来，对激光介质1的研磨后的面，接合由具有nx＜nc＜ny的折射率nc的材料构成的包层2b(图3-2)。该包层2b既可以通过光学接触或扩散接合等方法与激光介质1直接接合，也可以使用具有比激光介质1小的折射率的光学粘接剂接合于激光介质1。另外，也可以在激光介质1的研磨后的面上，使用溅射法或蒸镀法、CVD(Chemical Vacuum Deposition，化学气相沉积)法等来形成包层2b的薄膜。
接下来，在包层2b的和与激光介质1接合的面相反一侧的面上接合基板3(图3-3)。该基板3既可以通过光学接触或扩散接合等方法与包层2b直接接合，也可以将由金属或光学部件构成的基板3通过具有比激光介质1小的折射率的光学粘接剂来粘接。在此，利用粘接剂3来接合包层2b与基板3。另外，在对包层2b接合基板3之前，为了使包层2b的表面平坦化，也可以进行研磨。
之后，将激光介质1的没有用基板3保持的一侧的面(zx面)研磨至规定的厚度(图3-4)。然后，对研磨后的激光介质1的面，接合由具有nx＜nc＜ny的折射率nc的材料构成的包层2a(图3-5)。该包层2a也可以通过与在图3-2中接合的包层2b同样的方法来接合。之后，从与基板面垂直的方向切断激光介质1、包层2a、2b以及基板3的层叠体，制造出期望大小的平面波导型激光装置(图3-6)。
另外，在上述说明中，说明了将具有nx＜nc＜ny的折射率nc的包层2a、2b设置在激光介质1的上下两面的情况，但在将具有这样的折射率nc的包层仅设置在激光介质1的上下两面中的任一单侧的面的情况下，也可以得到同样的效果。在该情况下，在激光介质1的没有设置具有折射率nc的包层的一侧的面上，也可以什么都不设置而使其与空气接触(也可以将空气作为包层)，或者也可以将具有比激光介质1的针对x轴方向的偏振光的折射率nx小的任意的折射率的材料用作包层。
另外，在图1-1～图1-2中，也可以去除基板3侧的包层2b，利用具有比激光介质1的针对x轴方向的偏振光的折射率nx小的任意的折射率的接合剂4将激光介质1与基板3接合，或者，也可以将具有比激光介质1的针对x轴方向的偏振光的折射率nx小的任意的折射率的基板3直接接合到激光介质1。在对激光介质1直接接合基板3的情况下，可以使用光学接触或扩散接合。
另外，在上述说明中，说明了激光介质1的光学轴朝向y轴方向、包层2a、2b的折射率nc是nx＜nc＜ny的情况，但也可以构成为由相同材料构成的激光介质1的光学轴朝向x轴方向、包层2a、2b的折射率nc成为ny＜nc＜nx。在该情况下，仅选择在x轴方向上偏振的TM模式的激光。
除此以外，在由激光介质1的寻常光(TE模式的偏振光)折射率no比异常光(TM模式的偏振光)折射率ne大的材料构成的情况下，也可以构成为激光介质1的光学轴朝向y轴方向、包层2a、2b的折射率nc成为ny(＝ne)＜nc＜nx(＝no)，或者构成为激光介质1的光学轴朝向x轴方向、包层2a、2b的折射率nc成为nx(＝ne)＜nc＜ny(＝no)。如果这样构成，则与上述说明相反地，具有与光学轴垂直的方向偏振的激光(TE模式的激光)以波导模式在平面波导型激光装置中传播，具有光学轴方向偏振的激光(TM模式的激光)成为辐射模式在平面波导型激光装置中传播的过程中发生较大的损耗。其结果，仅选择TE模式的激光进行放大，得到在x轴或y轴方向上线偏振的激光的输出。
进而，通过将激光介质1的光学轴配置为任意方向，并使用折射率nc成为在激光介质1中传播的两个线偏振光的折射率ne、no之间的范围的包层2a、2b，由此可以得到在任意的方向上线偏振的激光。
根据本实施方式1，在激光介质1的上下两面中的至少一个面上，将具有成为针对在激光介质1中产生的两个偏振光的折射率no、ne之间的范围的折射率nc的材料用作包层2a、2b，所以具有仅将与比折射率nc大的激光介质1的折射率对应的偏振光以波导模式在平面波导型激光装置中引导这样的效果。
实施方式2
图4是示意性地示出实施方式1的平面波导型激光装置中的激光的光路的一个例子的图。在实施方式1中，当包层2a、2b的外侧的折射率比包层2a、2b的折射率小的情况下，有时产生如下现象：除了以波导模式L1振荡的激光以外，以辐射模式向包层2a、2b漏出的激光在包层2a、2b与外部的边界处反射，并再次入射到激光介质1被放大(以下将由希望输出的激光以外光的放大称为寄生放大)，消耗掉积蓄在激光介质1中的增益的现象。作为这样的情况，有：在包层2a、2b与外部的边界处反射的激光原样地从输出端面输出的包层外部传播光L2；和以辐射模式向包层2a、2b漏出并在包层2a、2b与外部的边界处全反射的激光在激光介质1的输出端面也满足全反射条件的情况下，被完全封入到激光介质1和包层2a、2b内的全反射绕转模式L3。
特别，在全反射条件下反射的激光L2、L3由于损耗较小，所以在激光介质1和包层2a、2b的内部发生激光振荡(以下称为寄生振荡)，消耗激光介质1中的增益。其结果，导致使平面波导型激光装置的作为放大器以及激光振荡器的效率降低。因此，在本实施方式2中，说明可以抑制以辐射模式向包层2a、2b漏出的激光在包层2a、2b与外部的边界处的反射，仅将期望的激光高效地放大以及振荡的平面波导型激光装置。
图5-1是示意性地示出本发明的平面波导型激光装置的实施方式2的结构的立体图，图5-2是示意性地示出平面波导型激光装置的实施方式2的结构的截面图。在这些图中，x轴、y轴以及z轴的方向与实施方式1的图1-1～图1-2相同。该平面波导型激光装置具备：平板状的激光介质1；与该激光介质1的上下两面接合的包层2a、2b；以及包层2a、2b的和与激光介质1的接合面对向的面相接合的吸收激光的吸收层5a、5b。吸收层5a、5b只要是吸收激光的材料即可，例如可以使用铬(Cr)或钛(Ti)等。
另外，本实施方式2中的激光介质1和包层2a、2b具有与实施方式1的图1-1～图1-2所示的激光介质1和包层2a、2b分别同样的结构和功能。另外，虽然省略了图示，但如实施方式1的图1-1～图1-2所示，也可以使用接合剂4将基板3接合于某一个吸收层5a、5b的外侧。
在此，说明具有这样的结构的平面波导型激光装置的动作。图6是示意性地示出本实施方式2的平面波导型激光装置中的激光传播的样子的图。在此，如上所述，以具有如下结构的平面波导型激光装置为例子进行说明：在由以使c轴(光学轴)成为y轴方向的方式形成为平板状的Nd:YVO4构成的激光介质1的上下两面，形成有由Ta2O5电介体膜构成的包层2a、2b。此时的各折射率成为nx(＝no)～1.96、ny(＝ne)～2.17、nc＝2.08。
在没有设置吸收层5a、5b的平面波导型激光装置中，如图4的说明那样，存在：在芯(激光介质1)与包层2a、2b的边界处全反射而在芯内部传播的波导模式L1；在包层2a、2b与外部的边界处反射而传播，从输出端面输出的包层外部传播光L2；在包层2a、2b与外部的边界处反射，进而在输出端面中也满足全反射条件，激光被完全封入在激光介质1与包层2a、2b的内部的全反射绕转模式L3。其中，包层外部传播光L2和全反射绕转模式L3是如已经说明那样，由于在激光介质1中产生的两个偏振光中与比包层2a、2b的折射率低的折射率对应的偏振光所引起的。
在发生了包层外部传播光L2以及全反射绕转模式L3时，消耗掉积蓄在激光介质1中的增益，所以针对期望的激光(波导模式L1的激光)的增益降低而激光的放大以及振荡的效率降低。此时，波导模式L1以外的分量在包层2a、2b与外部的边界处被反射。因此，如图6所示，在包层2a、2b的外部配置吸收层5a、5b，吸收在包层2a、2b的外部反射的激光的分量，从而可以抑制包层外部传播光L2和全反射绕转模式L3，高效地放大以波导模式L1传播的期望的激光。
在具有这样的吸收层5a、5b的平面波导型激光装置的制造方法中，在实施方式1的图3-2和图3-5中将包层2b、2a接合到激光介质1之后，可以通过利用溅射法或蒸镀法在包层2b、2a的和与激光介质1的接合面对向的面上成膜，来形成由铬或钛等构成的吸收层5b、5a。
另外，铬或钛的金属膜由于吸收率的波长依赖性较小，所以可以吸收宽的波长带的激光。因此，在作为激光介质1使用Nd:YVO4来放大914nm的激光的情况下，可以抑制Nd:YVO4具有增益的914nm、1064nm、以及1342nm的寄生振荡。
另外，作为吸收层5a、5b，也可以使用选择性地吸收激光介质1具有最大增益的波长的材料。例如，在将Nd:YVO4用作激光介质1，并对914nm的激光进行放大的情况下，由于Nd:YVO4对1064nm具有较大的增益，所以抑制1064nm的寄生放大、寄生振荡是重要的。因此，作为吸收层5a、5b，也可以使用Cr4+:YAG。通过这样使用Cr4+:YAG，可以选择性地吸收1064nm附近的激光，抑制1064nm的寄生放大、寄生振荡。
进而，在上述说明中，说明了在包层2a、2b的与激光介质1对向的面上设置吸收层5a、5b的情况，但只要可以抑制在平面波导型激光装置中发生的包层外部传播光L2以及全反射绕转模式L3，则可以是任意的结构。例如，代替吸收层5a、5b，也可以将包层2a、2b的外部的面设为粗糙面。在该情况下，可以通过粗糙面使在包层2a、2b与外部的边界处反射的光散射，对寄生放大、寄生振荡的分量给予损耗。另外，也可以对包层2a、2b的粗糙面附着吸收层5a、5b。根据这样的结构，通过利用粗糙面实现的激光的散射、和利用吸收层5a、5b实现的激光的吸收，来抑制寄生放大或寄生振荡，可以高效地放大期望的激光。
进而，即使将包层2a、2b和吸收层5a、5b仅设置在激光介质1的某一单侧的面上，也得到同样的效果。此时，对于激光介质1的没有设置包层和吸收层的一例，也可以什么都不设置而使其与空气接触(也可以将空气作为包层)，或者也可以设置具有比在激光介质1中两个偏振光受到的折射率之中小的折射率小的任意的折射率的材料的包层或基板。
另外，例如在图5-1～图5-2中，在去除了包层2a和吸收层5b的情况下，也可以利用具有比针对在激光介质1中产生的两个偏振光的折射率之中小的折射率小的任意的折射率的接合剂4，将去除了该包层2a和吸收层5b的一侧的激光介质1与基板3接合，或者，也可以将具有比针对在激光介质1中的两个偏振光的折射率之中小的折射率小的任意的折射率的基板3直接接合到激光介质1。在将基板3直接接合到激光介质1的情况下，可以使用光学接触或扩散接合。
根据本实施方式2，可以吸收或散射由于与针对在激光介质1中产生的两个偏振光的折射率之中小的折射率对应的偏振光而引起的包层外部传播光以及全反射绕转模式，来抑制寄生放大以及寄生振荡，高效地放大以波导模式传播的期望的激光。
产业上的可利用性
如上所述，本发明的平面波导型激光装置对取出线偏振光的激光光源是有用的。

Claims (5)

1.一种平面波导型激光装置，通过具有双折射的平板状的激光介质、以及和上述激光介质的与厚度方向垂直的面中的至少一个面相接合的包层来形成波导，并且按照通过入射到上述激光介质的激发光发生的增益，对激光进行放大，进行激光振荡，其特征在于，
上述激光介质是由在与上述激光的行进方向即光轴垂直的截面内具有光学轴的双折射材料构成，
上述包层是由具有针对在上述激光介质中沿着上述光轴行进的、振动面相互正交的两个偏振光的折射率之间的范围的折射率的材料构成。
2.根据权利要求1所述的平面波导型激光装置，其特征在于，上述激光介质是添加了活性离子的YVO4或GdVO4，上述包层是Ta2O5电介体膜。
3.根据权利要求1或2所述的平面波导型激光装置，其特征在于，上述包层的和与上述激光介质的接合面对向的面是使激光散射的粗糙面。
4.根据权利要求1所述的平面波导型激光装置，其特征在于，在上述包层的和与上述激光介质的接合面对向的面上，还配置吸收激光的吸收层。
5.根据权利要求4所述的平面波导型激光装置，其特征在于，上述吸收层是铬、钛、以及Cr4+:YAG中的某一个。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105874661A (zh) * 2013-12-27 2016-08-17 三菱电机株式会社 平面波导型激光装置
CN109143465A (zh) * 2018-09-03 2019-01-04 中国科学院微电子研究所 一种光学波导器件的形成方法
CN109313310A (zh) * 2016-06-14 2019-02-05 三菱电机株式会社 平面波导
CN109565141A (zh) * 2016-07-28 2019-04-02 三菱电机株式会社 平面波导型激光装置
CN109565142A (zh) * 2016-08-17 2019-04-02 三菱电机株式会社 脊波导型激光装置
CN109830879A (zh) * 2019-03-27 2019-05-31 中国科学院理化技术研究所 一种基于双折射晶体的激光模块及激光器

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2395611A4 (en) 2009-02-05 2017-10-25 Mitsubishi Electric Corporation Plane waveguide type laser, and display device
WO2010134178A1 (ja) * 2009-05-21 2010-11-25 三菱電機株式会社 光導波路型偏光子、それを用いた光スイッチング装置及びｑスイッチレーザ装置
JP5868003B2 (ja) * 2011-01-14 2016-02-24 三菱電機株式会社 平面導波路型レーザ装置およびその製造方法
JP5645753B2 (ja) * 2011-05-26 2014-12-24 三菱電機株式会社 平面導波路型レーザ装置
JP2013038096A (ja) * 2011-08-03 2013-02-21 Mitsubishi Electric Corp 平面導波路型レーザ装置
JP5933246B2 (ja) * 2011-12-15 2016-06-08 三菱電機株式会社 モード制御平面導波路型レーザ装置
JP5855229B2 (ja) * 2012-03-19 2016-02-09 三菱電機株式会社 レーザ装置
US9312655B2 (en) * 2012-12-03 2016-04-12 Mitsubishi Electric Corporation Planar waveguide laser pumping module and planar waveguide wavelength conversion laser device
US9450370B2 (en) 2012-12-10 2016-09-20 Mitsubishi Electric Corporation Planar waveguide laser device
WO2014097370A1 (ja) * 2012-12-17 2014-06-26 三菱電機株式会社 導波路型レーザ装置
US9601904B1 (en) 2015-12-07 2017-03-21 Raytheon Company Laser diode driver with variable input voltage and variable diode string voltage
JP6245587B1 (ja) 2016-10-28 2017-12-13 大学共同利用機関法人自然科学研究機構 レーザー部品
JP6192883B1 (ja) * 2016-11-09 2017-09-06 三菱電機株式会社 平面導波路

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06331824A (ja) * 1993-05-19 1994-12-02 Asahi Optical Co Ltd 偏光光学素子
WO1995021479A1 (en) * 1994-02-04 1995-08-10 Spectra-Physics Lasers, Inc. Thermal lens of controlled ellipticity
JP2004296671A (ja) * 2003-03-26 2004-10-21 Japan Science & Technology Agency 固体レーザ装置
CN1886680A (zh) * 2003-12-24 2006-12-27 皮雷利&C.有限公司 可调谐振光栅滤光器
CN1894831A (zh) * 2003-10-30 2007-01-10 康宁股份有限公司 单偏振光纤激光器和放大器
CN1905293A (zh) * 2006-07-28 2007-01-31 中国科学院上海光学精密机械研究所 包层掺杂的平板波导激光放大器

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3421097A (en) * 1963-03-25 1969-01-07 American Optical Corp Laser amplifier having angularly disposed reflection reducing end surface
US3874782A (en) * 1973-10-01 1975-04-01 Bell Telephone Labor Inc Light-guiding switch, modulator and deflector employing antisotropic substrate
JP2781211B2 (ja) 1989-07-03 1998-07-30 日本電信電話株式会社 光論理素子
JP3147561B2 (ja) 1993-01-19 2001-03-19 日本電信電話株式会社 ３次元光導波路及びその製作方法
JPH10123343A (ja) 1996-10-23 1998-05-15 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 導波形デバイス及びその製造方法
JPH1123875A (ja) 1997-07-01 1999-01-29 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 光集積化素子
US6141365A (en) * 1997-12-31 2000-10-31 Lasertron Semiconductor laser with kink suppression layer
US6738396B2 (en) * 2001-07-24 2004-05-18 Gsi Lumonics Ltd. Laser based material processing methods and scalable architecture for material processing
WO2004114480A2 (de) * 2003-06-20 2004-12-29 Vision Crystal Technology Ag Festkörperlasermedium
EP1669799B1 (en) 2003-10-01 2013-06-19 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Wavelength conversion laser and image display
US7720116B2 (en) * 2004-01-22 2010-05-18 Vescent Photonics, Inc. Tunable laser having liquid crystal waveguide
JP4392024B2 (ja) 2005-03-30 2009-12-24 三菱電機株式会社 モード制御導波路型レーザ装置
EP2395611A4 (en) 2009-02-05 2017-10-25 Mitsubishi Electric Corporation Plane waveguide type laser, and display device

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06331824A (ja) * 1993-05-19 1994-12-02 Asahi Optical Co Ltd 偏光光学素子
WO1995021479A1 (en) * 1994-02-04 1995-08-10 Spectra-Physics Lasers, Inc. Thermal lens of controlled ellipticity
JP2004296671A (ja) * 2003-03-26 2004-10-21 Japan Science & Technology Agency 固体レーザ装置
CN1894831A (zh) * 2003-10-30 2007-01-10 康宁股份有限公司 单偏振光纤激光器和放大器
CN1886680A (zh) * 2003-12-24 2006-12-27 皮雷利&C.有限公司 可调谐振光栅滤光器
CN1905293A (zh) * 2006-07-28 2007-01-31 中国科学院上海光学精密机械研究所 包层掺杂的平板波导激光放大器

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105874661A (zh) * 2013-12-27 2016-08-17 三菱电机株式会社 平面波导型激光装置
CN105874661B (zh) * 2013-12-27 2019-02-19 三菱电机株式会社 平面波导型激光装置
CN109313310A (zh) * 2016-06-14 2019-02-05 三菱电机株式会社 平面波导
CN109313310B (zh) * 2016-06-14 2020-06-16 三菱电机株式会社 平面波导
CN109565141A (zh) * 2016-07-28 2019-04-02 三菱电机株式会社 平面波导型激光装置
CN109565141B (zh) * 2016-07-28 2021-03-05 三菱电机株式会社 平面波导型激光装置
CN109565142A (zh) * 2016-08-17 2019-04-02 三菱电机株式会社 脊波导型激光装置
US10985521B2 (en) 2016-08-17 2021-04-20 Mitsubishi Electric Corporation Ridge waveguide laser device
CN109143465A (zh) * 2018-09-03 2019-01-04 中国科学院微电子研究所 一种光学波导器件的形成方法
CN109830879A (zh) * 2019-03-27 2019-05-31 中国科学院理化技术研究所 一种基于双折射晶体的激光模块及激光器

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Publication number Publication date
EP2175533A4 (en) 2017-12-06
CN102318151B (zh) 2013-04-24
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US8149887B2 (en) 2012-04-03
EP2175533B1 (en) 2019-06-19
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WO2009016703A1 (ja) 2009-02-05

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