CN104838549A - 平面波导型激光装置 - Google Patents

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Abstract

激光介质(21)呈平板状，在与光轴垂直的面的厚度方向上具有波导构造。非线性材料(31)在激光介质(21)的光轴上接近激光介质(21)配置，在与激光介质(21)的波导构造相同的方向上具有波导构造。在该非线性材料(31)的垂直于光轴的面中、与接近激光介质(21)的面相反侧的面接近地配置1/4波长板(41)。

Description

平面波导型激光装置
技术领域
本发明涉及具有适合于例如打印机和投影电视机等的光源的平面波导构造的平面波导型激光装置。
背景技术
平面波导型激光器具有利用折射率比激光介质低的包层夹持沿激光光的行进方向延伸的薄平板状的激光介质的上下两面的构造，并具有使激光介质也作为波导发挥作用的构造。该平面波导型激光器由于波导厚度薄、激励密度高，因而即使是采用受激发射截面积较小的激光介质时也能够得到较大的增益，能够实现高效率的振荡动作。另外，通过沿宽度方向扩宽波导，能够在将激励密度保持为规定值的状态下实现输出的比例缩放。另一方面，以波长变换时需要的线偏振光进行激光振荡还是课题。
因此，过去提出了例如如专利文献1所示的实现线偏振光的激光振荡的平面波导型激光装置。该平面波导型激光装置由具有双折射的激光介质和包层材料构成，该包层材料具有针对在激光介质中沿着光轴前进的、振动面相互垂直的两种偏振光(TE(Transverse Electric，横电波)偏振光(振动面位于与c轴和激光的行进方向即光轴所形成的平面垂直、且包含光轴的平面内的偏振光，也称为通常光)、和TM(TransverseMagnetic，横磁波)偏振光(振动面位于c轴与光轴所形成的平面内的偏振光，也称为异常光))的折射率之间的范围内的折射率。由于将具有激光介质对TE偏振光的折射率和对TM偏振光的折射率之间的折射率的材料用作包层，因而TE偏振光或者TM偏振光中的任意一种偏振光不再满足全反射条件，能够实现满足全反射条件的任意一种偏振光的激光振荡。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2009/016703号
发明内容
发明要解决的问题
但是，在上述专利文献1的平面波导型激光装置中，在作为激光介质使用没有双折射性的材料的情况下，激光介质对TE偏振光的折射率和对TM偏振光的折射率相同，因而不能仅选择出一种偏振光。因此，期望的偏振光以外的偏振光不能被波长变换，波长变换效率下降。另外，未被波长变换的偏振光成分的光也消耗激光介质内的增益并放大，因而对于被波长变换的偏振光成分的光的放大率也下降，存在难以高效地进行波长变换的问题。
另外，能够用作包层材料的材料，其折射率必须是在激光介质对TE偏振光的折射率和对TM偏振光的折射率之间的折射率。例如，在激光介质使用Nd：YVO4、并以c轴(光学轴)为y轴方向进行配置的情况下，具有通常光(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)。此时，包层材料必须是具有1.96和2.17之间的折射率的材料，因而也存在能够使用的材料因折射率而受到大幅制约的问题。
本发明正是为了解决上述问题而提出的，其目的在于，提供一种平面波导型激光装置，即使是使用不具有双折射性的激光介质时，也能够高效地进行波长变换。并且，本发明的目的也在于，增加可被选择为包层材料的种类。
用于解决问题的手段
本发明的平面波导型激光装置具有：激光介质，其呈平板状，在与光轴垂直的面的厚度方向上具有波导构造；非线性材料，其在激光介质的光轴上接近该激光介质配置，在与激光介质的波导构造相同的方向上具有波导构造；以及1/4波长板，其与非线性材料的垂直于光轴的面中的和接近激光介质的面相反侧的面接近配置。
发明效果
根据本发明的平面波导型激光装置，由于与非线性材料的垂直于光轴的面中的、和接近激光介质的面相反侧的面接近配置1/4波长板，因而在通过1/4波长板使谐振器内部的激光振荡光每环绕一圈时偏振光旋转90°。其结果是，谐振器内部的激光振荡光在环绕两圈的过程中必定是以TM偏振和TE偏振各环绕一圈的方式在谐振器内往复，在激光介质内产生的各种偏振成分的光都是在两圈中有一圈被实施波长变换，因而即使是激光介质使用不具有双折射性的材料时，也能够得到效率良好的波长变换激光器。
附图说明
图1是本发明的实施方式1的平面波导型激光装置的结构图。
图2是沿图1中的a-a’线剖面图。
图3是示意性示出本发明的实施方式1的平面波导型激光装置的振荡器内部的基波激光的偏振状态的说明图。
图4是使用半导体激光器11取代图1的激光介质21时的偏振光控制平面波导型激光装置的结构图。
图5是本发明的实施方式2的平面波导型激光装置的结构图。
图6是示意性示出本发明的实施方式2的平面波导型激光装置的振荡器内部的基波激光的偏振状态的说明图。
图7是使用半导体激光器11取代图5的激光介质21时的平面波导型激光装置的结构图。
图8是在激光介质21的侧面配置了半导体激光器11的实施方式2的平面波导型激光装置的结构图。
图9是本发明的实施方式3的偏振光控制平面波导型激光装置的结构图。
图10是沿图9中的b-b’线的剖面图。
具体实施方式
下面，为了更详细地说明本发明，参照附图说明用于实施本发明的方式。
实施方式1
图1是本实施方式的平面波导型激光装置的结构图，图2是沿图1中的a-a’线的剖面图。本实施方式1的平面波导型激光装置具有：激光介质21，其呈平板状，在与表示激光振荡方向的光轴10垂直的截面的厚度方向上具有波导构造；非线性材料31，其在与激光介质21的波导构造相同的方向上具有波导构造；以及1/4波长板41，其配置在非线性材料31的前方。
激光介质21的与光轴10垂直的端面22a、端面22b的形状例如是长方形，其典型形状是具有y轴方向上的厚度为几～几百μm、x轴方向上的宽度为几百μm～几mm的尺寸。下面为了便于说明，采用以长方形的长边方向为x轴、短边方向为y轴、光轴10方向为z轴的坐标系。另外，激光介质21的端面22a、端面22b的短边侧也可以成为圆边，端面不一定是长方形。
非线性材料31的与光轴10垂直的截面具有与激光介质21大致相同的形状，非线性材料31具有与光轴10垂直的端面32a和端面32b，端面32a接近激光介质21的端面22b配置。
具有比激光介质21小的折射率的包层23a、23b被接合在激光介质21的上下面(与xz平行的面)的两面或者其中任意一个面上。包层23a、23b例如通过蒸镀以光学材料为原料的膜而构成，或者将光学材料通过光学接触(optical contact)或扩散接合(diffusion bonding)等与激光介质21以光学方式接合而构成。另外，也可以使用具有比激光介质21小的折射率的光学粘接剂。另外，也可以没有包层23a、23b，在这种情况下空气承担包层的作用。
具有比非线性材料31小的折射率的包层33a、33b被接合在非线性材料31的上下面(与xz平行的面)的两面或者任意一个面上。包层33a、33b与上述包层23a、23b一样，通过蒸镀以光学材料为原料的膜而构成，或者将光学材料通过光学接触或扩散接合等与非线性材料31以光学方式接合而构成。另外，也可以使用具有比非线性材料31小的折射率的光学粘接剂。另外，也可以没有包层33a、33b，在这种情况下空气承担包层的作用。
另外，半导体激光器11接近激光介质21的端面22a配置，根据需要与未图示的冷却用散热器接合。半导体激光器11的x轴方向上的尺寸与激光介质21的x轴方向上的尺寸大致相等，并沿x轴方向大致均匀地输出激励光。由半导体激光器11输出的激励光从端面22a沿xz平面方向入射到激光介质21，被激光介质21吸收。
在此，激光介质21的端面22a被加工有使基波激光反射的全反射膜，端面22b被加工有使基波激光透过的防止反射膜，非线性材料31的端面32a被加工有使基波激光透过而使第二谐波激光反射的光学膜，端面32b被加工有使基波激光和第二谐波激光透过的光学膜，1/4波长板41的端面42a被加工有使基波激光和第二谐波激光透过的光学膜，端面42b被加工有使基波激光反射而使第二谐波激光透过的光学膜。这些全反射膜、局部反射膜和光学膜例如是将电介质薄膜层叠而构成的。另外，在使由半导体激光器11输出的激励光从激光介质21的端面22a入射的情况下，端面22a的全反射膜成为使激励光透过并使基波激光反射的光学膜。
激光介质21能够使用普通的固体激光材料。例如，使用Nd：YAG、Nd：YLF、Nd：Glass(玻璃)、Nd：YVO4、Nd：GdVO4、Yb：YAG、Yb：YLF、Yb：KGW、Yb：KYW、Er：Glass(玻璃)、Er：YAG、Tm：YAG、Tm：YLF、Ho：YAG、Ho：YLF、Tm、Ho：YAG、Tm、Ho：YLF、Ti：Sapphire(蓝宝石)、Cr：LiSAF等。
另外，非线性材料31能够使用普通的波长变换用材料。例如，使用KTP、KN、BBO、LBO、CLBO、LiNbO3、LiTaO3等。并且，如果使用抗光损伤性较强的掺杂MgO的LiNbO3、掺杂MgO的LiTaO3、化学计量比LiNbO3、化学计量比LiTaO3，则能够提高入射的基波激光的功率密度，因而能够实现高效率的波长变换。另外，如果使用具有周期反转极化构造的掺杂MgO的LiNbO3、掺杂MgO的LiTaO3、化学计量比LiNbO3、化学计量比LiTaO3、KTP，则非线性常数较大，能够进一步实现高效率的波长变换。
下面，说明实施方式1的平面波导型激光装置的动作。图3是示意性示出实施方式1的平面波导型激光装置的谐振器内部的基波激光的偏振状态的图。从激光介质21的端面22a入射的激励光在激光介质21内被吸收，在激光介质21内部产生针对基波激光的增益。通过在激光介质21内部产生的增益，基波激光在激光介质21的端面22a和1/4波长板41的端面42b之间进行激光振荡。
在此，说明由激光介质21产生的基波激光以TE偏振及TM偏振这两种偏振进行振荡的情况(激光介质21使用不具有双折射性的各向同性材料的情况，或者激光介质21使用具有双折射性的材料并使用具有比激光介质21的通常光折射率及异常光折射率都低的折射率的包层的情况)。
在此，说明非线性材料31使用具有六方晶系的周期反转极化构造的掺杂MgO的LiNbO3的情况。设非线性材料31的c轴(晶体轴，也是光学轴)为y轴方向。并且，设a轴(晶体轴)为光轴10方向。在这种情况下，在非线性材料31中仅进行TM偏振光的波长变换。另外，非线性材料31的温度或者周期反转极化的周期被优化，以便在基波激光入射时通过非线性效应被变换为第二谐波激光。
首先，说明TM偏振的基波激光入射到非线性材料31的情况。在TM偏振的基波激光51入射到非线性材料31时，如图中的A所示，基波激光的一部分被变换为第二谐波，并通过端面32b、1/4波长板41，作为波长变换光52从端面42b向外部输出。未被变换为第二谐波激光而残留的基波激光51向1/4波长板41入射，在端面42b被全反射，并再一次通过1/4波长板41，从端面32b再次入射到非线性材料31。此时，通过残留的基波激光51在1/4波长板41中的往复，如图中的B所示，偏振光旋转90°，而作为TE偏振光入射到非线性材料31。因此，该残留的基波激光51如图中的C所示未被波长变换即在非线性材料31中通过，从端面22b向激光介质21入射。返回到激光介质21的残留的基波激光51通过激光介质21内的增益被放大，在端面22a被全反射，并再次在激光介质21内通过而被放大，并从端面32a向非线性材料31入射。该残留且被放大的基波激光51是TE偏振光，因而未被波长变换即在非线性材料31中通过，与上述情况一样，在1/4波长板41中往复，偏振光旋转90°而变为TM偏振光，并向非线性材料31入射。变为TM偏振光并向非线性材料31入射的基波激光51的一部分被变换为第二谐波，在端面32a被全反射，并在端面32b、1/4波长板41中通过，作为波长变换光52从端面42b向外部输出。
下面，说明TE偏振的基波激光51入射到非线性材料31的情况。在TE偏振的基波激光51入射到非线性材料31时，如图中的C所示，不被波长变换即在非线性材料31中通过，从端面42a入射到1/4波长板41，在端面42b被全反射，并再一次通过1/4波长板41，从端面32b再次入射到非线性材料31。此时，通过基波激光51在1/4波长板41中的往复，如图中的B所示，偏振光旋转90°而作为TM偏振光入射到非线性材料31。变为TM偏振光入射到非线性材料31的基波激光51的一部分如图中的A所示被变换为第二谐波，并在端面32a被全反射，在端面32b、1/4波长板41中通过，作为波长变换光52从端面42b向外部输出。未被波长变换而残留的基波激光51从端面22b向激光介质21入射，通过激光介质内的增益被放大，在端面22a被全反射，并再次在激光介质21内通过而被放大，从端面32a入射到非线性材料31。入射到非线性材料31的基波激光51的一部分被变换为第二谐波，并在端面32b、1/4波长板41中通过，作为波长变换光52从端面42b向外部输出。未被波长变换而残留的基波激光51再次在1/4波长板41中往复，偏振光旋转90°而变为TE偏振光，未被波长变换即在非线性材料31中通过，并返回激光介质21。
这样，在激光介质21内产生的TM偏振光/TE偏振光各自的偏振成分的激光都是在振荡器内环绕两圈时有一圈一定作为TM偏振光而环绕，并被波长变换，因而能够得到效率良好的波长变换激光器。
另外，在图1所示的平面波导型激光装置中，激光介质21使用了在半导体激光器11中被激励而产生增益的固体激光介质，但也可以如图4所示使用半导体激光器11作为激光介质。半导体激光器11通过对半导体激光器1的上下面施加电压而使电流流过，由此使期望波长的激光产生增益，但省略了图示。
根据这种结构，与图1所示的平面波导型激光装置相比，能够减少部件数目，因而能够降低制造成本。并且，由于光学部件少，因而能够构成调整较少、可靠性较高的平面波导型激光装置。
另外，在此作为激光介质对在TE偏振光及TM偏振光这双方的偏振方向进行振荡的材料进行了说明，但即使是使用只有未被波长变换的偏振成分(作为非线性材料31使用具有六方晶系的周期反转极化构造的掺杂MgO的LiNbO3时是TE偏振光)进行振荡的激光介质的情况下，在图1、图4所示的结构中，每当进行环绕时就切换偏振方向，因而在环绕两圈时一定有一圈成为被波长变换的偏振成分，并且基波激光51在非线性材料31内通过，因而也能够得到效率良好的波长变换激光。
另外，关于非线性材料31说明了仅对TM偏振光进行波长变换的材料，但在使用仅对TE偏振光进行波长变换的材料的情况下，也能够适用本发明。
另外，在上述记述中没有进行特殊说明，但1/4波长板41也可以具有与激光介质21的波导构造相同方向的波导构造，也可以是不具有波导构造的块体(bulk body)。
如以上说明的那样，根据实施方式1的平面波导型激光装置，其具有：激光介质，其呈平板状，在与光轴垂直的面的厚度方向上具有波导构造；非线性材料，其在激光介质的光轴上与激光介质接近配置，在与激光介质的波导构造相同的方向上具有波导构造；以及1/4波长板，其与非线性材料的垂直于光轴的面中的接近激光介质的面的相反侧的面接近配置，因而能够得到可高效地进行波长变换的平面波导型激光装置。并且，能够增加可选择为包层材料的种类。
另外，根据实施方式1的平面波导型激光装置，将激光介质设为半导体激光器，因而能够减少部件数目，所以能够降低制造成本。并且，由于光学部件少，因而能够构成调整较少、可靠性较高的平面波导型激光装置。
并且，根据实施方式1的平面波导型激光装置，将激光介质设为被与激光介质接近配置的半导体激光器激励而产生增益的固体激光介质，因而能够得到效率良好的波长变换激光。
并且，根据实施方式1的平面波导型激光装置，1/4波长板在与激光介质的波导构造相同的方向上具有波导构造，因而能够得到效率良好的波长变换激光。
实施方式2
在实施方式1中说明了在非线性材料31的端面32b侧配置1/4波长板41的情况，但在激光介质21的端面22a侧配置1/4波长板41时，同样也能够控制谐振器内部的基波激光偏振方向，得到效率良好的波长变换激光。下面，将该例作为实施方式2进行说明。
图5是实施方式2的平面波导型激光装置的结构图。本实施方式2的平面波导型激光装置具有：激光介质21，其呈平板状，在与表示激光器振荡方向的光轴10垂直的截面的厚度方向上具有波导构造；非线性材料31，其在与激光介质21的波导构造相同的方向上具有波导构造；以及1/4波长板41，其配置在激光介质21的后方。
在此，激光介质21的端面22a和端面22b被加工有使基波激光透过的防止反射膜，非线性材料31的端面32a被加工有使基波激光透过、使第二谐波激光反射的光学膜，端面32b被加工有使基波激光反射、使第二谐波激光透过的光学膜，1/4波长板41的端面42a被加工有使基波激光全反射的光学膜，端面42b被加工有使基波激光透过的防止反射膜。这些全反射膜、部分反射膜和光学膜例如是将电介质薄膜层叠而构成的。另外，在使由半导体激光器11输出的激励光在1/4波长板41中通过、并从激光介质21的端面22a入射的情况下，端面42a成为使激励光透过、使基波激光反射的光学膜，端面42b和端面22a成为使激励光和基波激光透过的光学膜。
实施方式2的平面波导型激光装置除1/4波长板41的配置位置、各端面的光学膜的种类不同以外，其它结构均与实施方式1相同。
下面，说明实施方式2的平面波导型激光装置的动作。图6是示意性示出实施方式1的偏振控制平面波导型激光装置的谐振器内部的基波激光51的偏振状态的图。从激光介质21的端面22a入射的激励光在激光介质21内被吸收，在激光介质21内部产生针对基波激光51的增益。借助在激光介质21内部产生的增益，基波激光51在1/4波长板41的端面42a和非线性材料31的端面32b之间进行激光振荡。
在此，说明由激光介质21产生的基波激光51以TE偏振及TM偏振这两种偏振进行振荡的情况(激光介质21使用不具有双折射性的各向同性材料的情况、或者激光介质21使用具有双折射性的材料，并使用具有比激光介质21的通常光折射率及异常光折射率都低的折射率的包层的情况)。
在此，说明作为非线性材料31使用了具有六方晶系的周期反转极化构造的掺杂MgO的LiNbO3的情况。设非线性材料31的c轴(晶体轴，也是光学轴)为y轴方向。并且，设a轴(晶体轴)为光轴10方向。在这种情况下，在非线性材料31中仅对TM偏振的光进行波长变换。另外，关于非线性材料31，温度或者周期反转极化的周期被优化，以便在基波激光入射时借助非线性效应而被变换为第二谐波激光。
首先，说明TM偏振的基波激光51入射到非线性材料31的情况。在TM偏振的基波激光51入射到非线性材料31时，如图中的A所示，基波激光51的一部分被变换为第二谐波，作为波长变换光52从端面32b向外部输出。未被变换为第二谐波激光而残留的基波激光51被端面32b全反射，而再次入射到非线性材料31。残留的基波激光51的一部分被变换为第二谐波，被端面32a被全反射，作为波长变换光52从端面32b向外部输出。未被变换为第二谐波激光而残留的基波激光51在激光介质21中通过，借助激光介质内的增益被放大。该基波激光51从端面42b向1/4波长板41入射，被端面42a全反射，而再一次通过1/4波长板41，再次向激光介质21内入射。此时，通过基波激光51在1/4波长板41中往复，如图中的B所示偏振光旋转90°，而作为TE偏振光在激光介质21中通过，借助激光介质内的增益被放大。成为TE偏振光的基波激光51从端面32a向非线性材料31内入射，但如图中的C所示，未被进行波长变换，而被端面32b反射在非线性材料31中通过，再次向激光介质21入射。与上述情况一样，在激光介质内通过并在1/4波长板41中往复，由此偏振光旋转90°再次成为TM偏振光，并向非线性材料31入射而被波长变换。
下面，说明TE偏振的基波激光51入射到非线性材料31的情况。在TE偏振的基波激光51入射到非线性材料31时，如图中的C所示，未被波长变换地在非线性材料31中通过，被端面32b全反射，而再次在非线性材料31中通过并从端面22b入射到激光介质21。向激光介质21入射的基波激光51在激光介质21中通过，借助激光介质内的增益被放大。该基波激光51从端面42b向1/4波长板41入射，被端面42a全反射，而再一次在1/4波长板41中通过，再次向激光介质21入射。此时，通过基波激光51在1/4波长板41中往复，如图中的B所示偏振光旋转90°，作为TM偏振光在激光介质21中通过，借助激光介质内的增益被放大。成为TM偏振光的基波激光51从端面32a再次向非线性材料31内入射，如图中的A所示，一部分被变换为第二谐波，作为波长变换光52从端面32b向外部输出。未被变换为第二谐波激光而残留的基波激光51被端面32b全反射，而再次入射到非线性材料31。残留的基波激光51的一部分被变换为第二谐波，被端面32a全反射，作为波长变换光52从端面32b向外部输出。
这样，在激光介质21内产生的TM偏振及TE偏振中的每种偏振成分的激光都是在振荡器内环绕两圈时必有一圈作为TM偏振光环绕而被波长变换，因而能够得到效率良好的波长变换激光器。并且，所输出的波长变换激光不通过1/4波长板41，因而作为线偏振光被输出。
另外，在图5所示的平面波导型激光装置中，激光介质21使用了被半导体激光器11激励而产生增益的固体激光介质，但也可以如图7所示使用半导体激光器11作为激光介质。半导体激光器11通过对半导体激光器11的上下面施加电压使电流流过，由此使期望的波长的激光产生增益，但省略了图示。
根据这种结构，与图5所示的平面波导型激光装置相比，能够减少部件数目，因而能够降低制造成本。并且，由于光学部件少，因而能够构成调节较少、可靠性较高的平面波导型激光装置。
另外，在图5的结构中，1/4波长板41配置在半导体激光器11和激光介质21之间，因而根据1/4波长板41的光轴方向的厚度，存在不能接近激光介质21的端面22a配置半导体激光器11的情况。在这种情况下，如图8所示，也可以接近激光介质21的侧面配置半导体激光器11。
在此，关于激光介质，对在TE偏振及TM偏振这双方的偏振方向进行振荡的材料进行了说明，但即使是使用只有未被波长变换的偏振成分(非线性材料31使用具有六方晶系的周期反转极化构造的掺杂MgO的LiNbO3时是TE偏振)进行振荡的激光介质的情况下，在图5～图8所示的结构中，每当进行环绕时就切换偏振方向，因而在环绕两圈时必有一圈成为被波长变换的偏振成分，并且基波激光在非线性材料31内通过，因而也能够得到效率良好的波长变换激光。
另外，关于非线性材料31说明了仅对TM偏振光进行波长变换的材料，但在使用仅对TE偏振光进行波长变换的材料的情况下，也能够适用本发明。
另外，在上述记述中没有进行特殊说明，1/4波长板41也可以具有与激光介质21的波导构造相同方向的波导构造，也可以是不具有波导构造的块体。
如以上说明的那样，根据实施方式2的平面波导型激光装置具有：激光介质，其呈平板状，在与光轴垂直的面的厚度方向上具有波导构造；非线性材料，其在激光介质的光轴上接近激光介质配置，在与激光介质的波导构造相同的方向上具有波导构造；以及1/4波长板，其与垂直于激光介质的光轴的面中的接近非线性材料的面相反侧的面接近配置，因而能够得到能够高效地进行波长变换的平面波导型激光装置。并且，能够增加可选择为包层材料的种类。
实施方式3
在实施方式1、2中，对使用1/4波长板使基波激光的偏振每环绕一圈时旋转90°的方法进行了说明，但通过倾斜配置非线性材料的光学轴，能够使非线性材料31具有与波长板同等的功能。下面，将该例作为实施方式3进行说明。
图9是实施方式3的平面波导型激光装置的结构图，图10是示出沿图9中的b-b’线的截面和非线性材料31的光学轴方向的示意图。本实施方式3的平面波导型激光装置的特征在于具有：激光介质21，其呈平板状，在与表示激光振荡方向的光轴10垂直的截面的厚度方向上具有波导构造；以及非线性材料31，其在与激光介质21的波导构造相同的方向上具有波导构造，该非线性材料31的c轴在与光轴10垂直的平面内相对于y轴倾斜角度θ。
在此，激光介质21的端面22a被加工有使基波激光反射的全反射膜，端面22b被加工有使基波激光透过的防止反射膜，非线性材料31的端面32a被加工有使基波激光透过而使第二谐波激光反射的光学膜，端面32b被加工有使基波激光反射而使第二谐波激光透过的光学膜。这些全反射膜、局部反射膜和光学膜例如是将电介质薄膜层叠而构成的。另外，在使由半导体激光器11输出的激励光从激光介质21的端面22a入射的情况下，端面22a的全反射膜成为使激励光透过而使基波激光反射的光学膜。
该实施方式3的平面波导型激光装置除了没有1/4波长板41、非线性材料31的光学轴倾斜以及各端面的光学膜的种类不同以外，其它是与实施方式1相同的结构。
在设非线性材料31的c轴和y轴形成的夹角为θ，在非线性材料31内的基波激光的c轴方向的偏振成分与a轴方向的偏振成分的相位差为Γ(＝2π(ne-no)·L/λ)，c轴偏振成分的强度透过率为ηc，a轴偏振成分的强度透过率为ηa(在非线性材料31使用具有六方晶系的周期反转极化构造的掺杂MgO的LiNbO3时，ηc＝1-(波长变换效率)，ηa＝1)时，基波激光在非线性材料31中往复时的Jones矩阵用下式表示。其中，L表示非线性材料31的晶体长度，λ表示基波激光的波长
J = cos θ sin θ - sin θ cos θ η a 0 0 η c e i Γ / 2 0 0 e - i Γ / 2 η a 0 0 η c e i Γ / 2 0 0 e - i Γ / 2 cos ( - θ ) sin ( - θ ) - sin ( - θ ) cos ( - θ )
在设入射到非线性材料31的基波激光的电场成分为(Ex，Ey)时，在非线性材料31中往复后的基波激光的电场成分为(Ex’，Ey’)使用上述的Jones矩阵表示如下。
E x ′ E y ′ = J E x E y
如果以使在非线性材料31中往复后的基波激光的电场成分(Ex’，Ey’)的偏振方向相对于入射到非线性材料31的基波激光的电场成分(Ex，Ey)的偏振方向旋转90°的方式(使x方向的电场成分与y方向的电场成分的相位差为π)，决定非线性材料31的c轴和y轴形成的夹角θ，则能够使非线性材料31具有与1/4波长板41同等的效果。这样，当基波激光在非线性材料31往复两次的过程中偏振光进行一次旋转，当基波激光在谐振器内环绕两圈的过程中必定具有被波长变换的偏振成分，因而能够得到效率良好的波长变换光。
另外，即使以使在非线性材料31中往复后的基波激光的电场成分(Ex’，Ey’)的偏振方向相对于入射到非线性材料31的基波激光的电场成分(Ex，Ey)的偏振方向旋转90°/n的方式(使x方向的电场成分与y方向的电场成分的相位差为π/n)，决定非线性材料31的c轴和y轴形成的夹角θ，也能够得到与上述同等的效果。即，当基波激光在非线性材料31往复2n次的过程中偏振光进行一次旋转，因而当基波激光在谐振器内环绕两圈的过程中必定具有被波长变换的偏振成分，所以能够得到效率良好的波长变换光。
根据本实施方式3，通过使非线性材料31具有波长板的效果，与实施方式1和2相比，能够减少部件数目，因而能够降低制造成本。并且，由于光学部件少，因而能够构成调节较少、可靠性比较高的平面波导型激光装置。
另外，在图9所示的平面波导型激光装置中，激光介质21使用了被半导体激光器11激励而产生增益的固体激光介质，但激光介质也可以如半导体激光器11。这样，能够进一步减少部件数目，能够构成低成本、高可靠性的平面波导型激光装置。
另外，在上述实施方式1～3中说明了第二谐波的情况，但也能够适用于其它的波长变换激光器(例如第三谐波、和频波(sum frequency)、差频波(differencefrequency)、光参量振荡等)。
如以上说明的那样，根据实施方式3的平面波导型激光装置，其具有：激光介质，其呈平板状，在与光轴垂直的面的厚度方向上具有波导构造；以及非线性材料，其在激光介质的光轴上接近激光介质配置，在与激光介质的波导构造相同的方向上具有波导构造，非线性材料是在与光轴垂直的面内相对于波导方向倾斜规定的角度来配置光学轴的双折射材料，因而能够得到能够高效地进行波长变换的平面波导型激光装置。并且，能够增加可选择为包层材料的种类。
另外，本申请发明能够在本发明的范围内进行各实施方式的自由组合、或者各实施方式的任意构成要素的变形、或者在各实施方式中省略任意的构成要素。
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具有利用折射率比激光介质低的包层夹持沿激光的行进方向延伸的薄平板状的激光介质的上下两面的构造，适合用于打印机和投影电视机等的光源。
标号说明
10光轴；11半导体激光器；21激光介质；22a、22b端面；31非线性材料；32a、32b端面；33a、33b包层；411/4波长板；42a、42b端面；51基波激光；52波长变换光。

Claims (6)

1.一种平面波导型激光装置，其特征在于，该平面波导型激光装置具有：
激光介质，其呈平板状，在与光轴垂直的面的厚度方向上具有波导构造；
非线性材料，其在所述激光介质的光轴上接近该激光介质配置，在与所述激光介质的波导构造相同的方向上具有波导构造；以及
1/4波长板，其与所述非线性材料的垂直于光轴的面中的和接近所述激光介质的面相反侧的面接近配置。
2.一种平面波导型激光装置，其特征在于，该平面波导型激光装置具有：
激光介质，其呈平板状，在与光轴垂直的面的厚度方向上具有波导构造；
非线性材料，其在所述激光介质的光轴上接近该激光介质配置，在与所述激光介质的波导构造相同的方向上具有波导构造；以及
1/4波长板，其与所述激光介质的垂直于光轴的面中的和接近所述非线性材料的面相反侧的面接近配置。
3.一种平面波导型激光装置，其特征在于，该平面波导型激光装置具有：
激光介质，其呈平板状，在与光轴垂直的面的厚度方向上具有波导构造；以及
非线性材料，其在所述激光介质的光轴上接近该激光介质配置，在与所述激光介质的波导构造相同的方向上具有波导构造，
所述非线性材料是光学轴在与光轴垂直的面内相对于波导方向倾斜规定的角度配置的双折射材料。
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，
激光介质是半导体激光器。
5.根据权利要求1所述的平面波导型激光装置，其特征在于，
激光介质是通过接近该激光介质配置的半导体激光器激励而产生增益的固体激光介质。
6.根据权利要求1所述的平面波导型激光装置，其特征在于，
1/4波长板在与激光介质的波导构造相同的方向上具有波导构造。
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