CN105264726B - 波导型激光装置 - Google Patents

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Abstract

可得到一种波导型激光装置，该波导型激光装置具有：波长选择元件(14)，其选择性地反射通过波长转换元件(13)后的激光的基波振荡波长中的激光振荡模式不同的波长λ＝λ0、λ1、λ2、···、λn(n≥1)的激光；以及波长转换元件(13)，其将由波长选择元件(14)反射后的激光振荡模式不同的波长λ＝λ0、λ1、λ2、···、λn(n≥1)的激光转换成谐波，在使用增益波段较宽的材料作为固体激光元件(12)的激光介质(121)的情况下，能够以该增益波段中的多个波长高效地进行波长转换。

Description

波导型激光装置
技术领域
本发明涉及在平面波导内进行激光的波长转换的波导型激光装置。
背景技术
在打印机或投影电视等显示彩色图像的装置中，作为光源需要R(红)、G(绿)、B(蓝)这3种颜色的光源。
近年来，作为这些光源已开发出如下的波长转换激光装置(激光振荡器)：将900nm波段、1μm波段、1.3μm波段的激光设为基波激光，使用非线性材料将基波激光转换成一半波长(2倍频率)的二次谐波(SHG(Second Harmonic Generation：二次谐波产生))。
在SHG中，为了高效地提取具有期望波长的激光，需要实现从基波激光向二次谐波的较高的转换效率。
为了在波长转换元件内从基波激光转换到二次谐波，在转换前的基波激光与转换后的二次谐波之间必须满足相位匹配条件。
相位匹配条件是在波长转换元件中校正基波激光与二次谐波的相位偏差的条件。
作为满足相位匹配条件而进行波长转换的元件，例如公知有使用周期构造的准相位匹配(QPM(Quasi Phase Matching))波长转换元件。
在该QPM波长转换元件中，在作为非线性光学晶体的周期性极化铌酸锂(PPLN(Periodically Poled Lithium Niobate))等中形成光波导，沿着波导方向使极化周期性地反转。
在下述专利文献1中提出一种波长转换元件和波长转换激光装置，该平面波导型的波长转换元件具有平板状的非线性光学材料，并且在与光轴垂直的方向即与平板状的主面垂直的方向上以多个激光振荡模式传播激光的基波而进行基波的波长转换，其特征在于，非线性光学材料以具有包含多个激光振荡模式中的至少2个激光振荡模式的相位匹配条件的相位匹配带宽的方式改变极化反转的周期，形成非极化反转区域和极化反转区域。
专利文献1中的波长转换元件由于以具有包含至少2个激光振荡模式的相位匹配条件的相位匹配带宽的方式改变非线性光学材料的极化反转的周期，因此，能够针对所述2个激光振荡模式，对基波波长进行波长转换。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2009/034625号公报
发明内容
发明要解决的课题
在上述专利文献1的波长转换激光装置中，能够通过使波长转换元件的极化反转周期的节距逐渐地变化，扩宽进行波长转换的基波波长波段。
然而，使极化反转周期的节距逐渐地变化后的波长转换元件的转换效率比极化反转周期恒定的转换效率低。
因此，存在难以实现较宽的基波转换波长波段和较高的转换效率双方这样的课题。
本发明正是为了解决上述课题而完成的，其目的在于，得到一种波导型激光装置，在使用增益波段较宽的材料作为激光介质的情况下，以其中的多个波长实现高效的波长转换。
用于解决课题的手段
本发明的波导型激光装置具有：波长选择元件，其选择性地反射通过波长转换元件后的激光的基波振荡波长中的激光振荡模式不同的波长λ＝λ0、λ1、λ2、···、λn(n≥1)的激光；以及波长转换元件，其将由波长选择元件反射后的激光振荡模式不同的波长λ＝λ0、λ1、λ2、···、λn(n≥1)的激光转换成谐波。
发明效果
根据本发明，具有如下效果：在使用增益波段较宽的材料作为固体激光元件的激光介质的情况下，能够以该增益波段中的多个波长高效地进行波长转换。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式1的波导型激光装置的侧面剖视图。
图2是示出本发明的实施方式1的波导型激光装置的俯视图。
图3是示出激光介质的感应吸收截面积的波长依赖性的一例的特性图。
图4是示出波长选择元件的立体图。
图5是示出波长转换元件的立体图。
图6是示出波长转换元件的极化反转图案的说明图。
图7是示出激光振荡模式向高次模式转移的说明图。
图8是示出波长转换元件内的波长λ0、λ1、λ2的激光振荡模式与极化反转周期的关系的说明图。
图9是示出实施方式1与以往的波长转换元件中的基波的波长转换效率与激光振荡模式的关系的说明图。
图10是示出具有使波长转换元件的反转周期啁啾状变化的构造时的波长转换元件内的波长λ0、λ1、λ2的激光振荡模式与极化反转周期的关系的说明图。
具体实施方式
以下，参照附图详细地说明本发明的波导型激光装置的优选实施方式。
以后，在各图中，相同标号表示相同或者相当部分。
另外，本发明并不限于本实施方式。
实施方式1
图1是从侧面方向观察本发明的实施方式1的波导型激光装置的结构的剖视图，图2是示出波导型激光装置的结构的俯视图。
另外，在图1和图2中示出表示激光振荡方向的光轴R。
波导型激光装置构成为包含半导体激光器11、固体激光元件12、波长转换元件13以及波长选择元件14。
半导体激光器11从1个～多个活性层输出1个～多个LD(Laser Diode：激光二极管)光。
半导体激光器11在输出多个LD光的情况下，使LD光阵列状射出，使固体激光元件12进行多发射极(multi emitter)振荡。
固体激光元件12是使基波激光振荡的元件，具有激光介质121和包层(低折射率部)122。
波长转换元件13是将振荡出的基波激光转换成二次谐波激光并射出转换后的二次谐波激光的元件。
波长转换元件13具有片状(slab)的波导构造，具有非线性光学材料131和包层132。
波长选择元件14具有片状的波导构造，作为内部形成有布拉格光栅构造的体积型相位光栅，具有VBG(Volume Bragg Grating：体积布拉格光栅)141和包层142。
以下，为了便于说明，将光轴R设为z轴方向，将与波导型激光装置的主面垂直的方向设为y轴方向，将与y轴和z轴双方垂直的方向(波长转换元件13等的宽度方向)设为x轴方向进行说明。
半导体激光器11、激光介质121、非线性光学材料131、VBG141分别呈大致矩形的平板状，以各平板状的主面与xz平面平行的方式配置(在1个平面内并排设置)。
激光介质121以1个侧面(与z轴垂直的端面123a)接近半导体激光器11，以与该侧面相对的侧面(与z轴垂直的端面123b)接近非线性光学材料131。
非线性光学材料131的1个侧面(与z轴垂直的端面133a)接近激光介质121的端面123b，以与该侧面相对的侧面(与z轴垂直的端面133b)接近VBG141。
VBG141的1个侧面(与z轴垂直的端面143a)接近非线性光学材料131的端面133b，从与该侧面相对的侧面(与z轴垂直的端面143b)射出二次谐波。
半导体激光器11与激光介质121接近的接近面在半导体激光器11和激光介质121中具有大致相同的面形状(大致矩形)，激光介质121与非线性光学材料131接近的接近面在激光介质121和非线性光学材料131中具有大致相同的面形状(大致矩形)，非线性光学材料131与VBG141接近的接近面在非线性光学材料131和VBG141中具有大致相同的面形状(大致矩形)。
换言之，在波导型激光装置中，以半导体激光器11的出射面、激光介质121的端面123a、123b、非线性光学材料131的端面133a、133b、VBG141的端面143a、143b分别平行的方式配置半导体激光器11、固体激光元件12、波长转换元件13、波长选择元件14。
在半导体激光器11中也可以根据需要接合冷却用的散热器(未图示)。
半导体激光器11的x轴方向的宽度与激光介质121的x轴方向的宽度大致相等，半导体激光器11在x轴方向上大致相同地输出激励光。
半导体激光器11例如是配置有多个输出LD光的活性层的多发射极半导体激光器等。
在半导体激光器11是多发射极半导体激光器的情况下，在半导体激光器11中，以活性层排列在激光出射面的x轴方向上的方式配置各活性层。
在该情况下，由于半导体激光器11从多个活性层输出多个LD光，因此，固体激光元件12能够从在x轴方向上排列多个的各活性层得到各自的激光输出光。
从半导体激光器11输出的LD光从端面123a入射到激光介质121的xz平面方向(与xy平面垂直的光轴R方向)，被激光介质121吸收。
激光介质121的端面123a是反射基波激光的全反射膜，激光介质121的端面123b是透过基波激光的反射防止膜。
非线性光学材料131的端面133a是使基波激光透过并反射二次谐波激光的光学膜，非线性光学材料131的端面133b是使基波激光透过并使二次谐波激光透过的光学膜。
VBG141的端面143a是使基波激光和二次谐波激光透过的光学膜，VBG的端面143b是反射基波激光并使二次谐波激光透过的光学膜(部分反射膜)。
这些全反射膜、反射防止膜、光学膜例如是通过层叠电介体薄膜而制作出的。
另外，在从激光介质121的端面123a入射从半导体激光器11输出的激励光的情况下，端面123a的全反射膜成为透过激励光且反射基波激光的光学膜。
激光介质121例如具有y轴方向的厚度为几μm～几十μm、x轴方向的宽度为几百μm～几mm的大小。
作为激光介质121，增益波段较宽的较为合适，但不限于此，也可以使用一般的固体激光材料。
激光介质121例如是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。
包层122具有比激光介质121小的折射率，利用与激光介质121的xz平面平行的面(包层122的上表面与包层122的下表面)接合于激光介质121的主面。
包层122例如是通过将以光学材料为原料的膜蒸镀到激光介质121的方法、借助光学接触或者扩散接合等将光学材料与激光介质121光学接合的方法而制作出的。
也可以在包层122的下表面侧接合冷却用的散热器(未图示)。
非线性光学材料131对从激光介质121侧入射来的基波激光进行波长转换而输出二次谐波激光。
非线性光学材料131例如具有y轴方向的厚度为几μm～几十μm、x轴方向的宽度为几百μm～几mm的大小。
作为非线性光学材料131，可以使用一般的波长转换用材料。
非线性光学材料131例如是KTP、KN、BBO、LBO、CLBO、LiNbO3、LiTaO3等。
并且，作为非线性光学材料131，如果使用抗光损伤较强的MgO添加LiNbO3、MgO添加LiTaO3、定比LiNbO3、定比LiTaO3，则能够提高入射的基波激光的功率密度，因此能够实现高效率的波长转换。
此外，作为非线性光学材料131，如果使用具有周期反转极化构造的MgO添加LiNbO3、MgO添加LiTaO3、定比LiNbO3、定比LiTaO3、KTP，则非线性常数较大，因此，能够实现比MgO添加LiNbO3等更高效率的波长转换。
包层132具有比非线性光学材料131小的折射率，利用与非线性光学材料131的xz平面平行的面(包层132的上表面和包层132的下表面)接合于非线性光学材料131的主面。
包层132例如是通过将以光学材料为原料的膜蒸镀到非线性光学材料131的方法、借助光学接触或者扩散接合等将光学材料与非线性光学材料131光学接合的方法而制作出的。
VBG141仅反射从非线性光学材料131侧入射来的基波激光中的特定波长。
VBG141例如具有y轴方向的厚度为几μm～几十μm、x轴方向的宽度为几百μm～几mm的大小。
例如，由以二氧化硅类玻璃为主要原料的无机材料形成，通过紫外线照射和热处理在光轴上产生周期性的折射率变化。
这样，通过采用周期性折射率变化构造，成为借助布拉格反射强力地反射特定波长的结构。
该反射波长是基波激光的振荡波长中的激光振荡模式不同的波长λ＝λ0、λ1、λ2、···、λn(n≥1)的激光，分别以0.1nm的波长宽度被稳定化。
包层142具有比VBG141小的折射率，利用与VBG141的xz平面平行的面(包层142的上表面与包层142的下表面)接合于VBG141的主面。
包层142例如是通过将以光学材料为原料的膜蒸镀到VBG141的方法、借助光学接触或者扩散接合等将光学材料与VBG141光学接合的方法而制作出的。
在本实施方式1中，由波长选择元件14选择性地反射在能够由固体激光元件12产生的基波激光的振荡波长波段内，从固体激光元件12输出的基波振荡波长中的激光振荡模式不同的波长λ＝λ0、λ1、λ2，···、λn(n≥1)的激光，并将其入射到波长转换元件13。
在波长转换元件13中，为了以较高的转换效率进行转换而使用QPM波长转换元件(准相位匹配波长转换元件)。
由以入射到波长转换元件13的激光振荡模式不同的波长λ＝λ0、λ1、λ2、···、λn(n≥1)的激光分别位于相位匹配带宽内的方式确定极化反转周期的波长转换元件和波导构造构成。
在图3中，作为激光介质121的感应吸收截面积的波长依赖性的一例，示出Nd：Glass的感应吸收截面积的波长依赖性。
优选激光介质121的增益波段较宽，对将基波激光的振荡波长波段内的λ＝λ0、λ1、λ2、···、λn(n≥1)的光例如限定成3个波长，作为λ0、λ1、λ2得到它们的2倍波光(λ0/2、λ1/2、λ2/2)的情况进行说明。
激光介质121借助半导体激光器11的激励光而形成反转分布状态，由于感应放出而受到基于激励光的放大。
该激光在激光介质121的端面123a与波长选择元件14的VBG141之间往复，但是，当由该光谐振器在1周时基于放大的增益与由光谐振器在1周时受到的损失平衡时，对基波激光进行激光振荡。
图4是示出波长选择元件14的结构的立体图。
如该图所示，波长选择元件14的VBG141具有多个布拉格层144。
布拉格层144成为大致平板状，并且以使平板状的主面与x轴方向和y轴方向平行的方式由包层142夹持。
波长选择元件14确定黑光栅构造，使得来自激光介质12的基波(基波激光)在波长转换元件13内通过，然后从端面143a侧输入，反射振荡波长波段内的波长λ0、λ1、λ2的激光。
反射后的波长λ0、λ1、λ2的基波激光从端面133b入射到非线性光学元件131。
在本实施方式1中，作为波长选择元件14描述了以VBG141为芯的波导构造，但不限于此，只要能够反射基波中的波长λ0、λ1、λ2，例如也可以是反射镜。
但是，在使用以窄波段的VBG141为芯的波导构造的情况下，能够选择各波长下的激光振荡模式。
即，在波长选择元件14中，除了选择波长λ＝λ0、λ1、λ2、···、λn(n≥1)的激光的作用，还能够起到选择各波长的特定模式来反射的模式选择作用。
图5是示出波长转换元件13的结构的立体图。
如该图所示，波长转换元件13的非线性光学材料131具有多个极化反转层134。
极化反转层134使在固定方向上极化的单晶电介体材料的极化方向反转。
在非线性光学材料131内交替地形成非极化反转区域和极化反转区域(极化反转层134)。
由此，在非线性光学材料131内周期性地形成极化反转层134。
各极化反转层134呈大致平板状，并且以平板状的主面与x轴方向和y轴方向平行的方式由包层132夹持。
关于非线性光学材料131，来自激光介质121的基波(基波激光)中的由VBG141反射后的波长λ0、λ1、λ2的激光从端面133b侧输入，在由VBG141反射后进而由激光介质121的端面123a反射后的激光从端面133a输入，从而依次在交替配置的非极化反转区域内和极化反转区域内传播。
如果由VBG141反射后的波长λ0、λ1、λ2的基波激光入射到非线性光学材料131，则非线性光学材料131由于非线性效应将基波激光转换成二次谐波激光。
在非线性光学材料131中，以将由VBG141反射后的波长λ0、λ1、λ2的基波激光转换成二次谐波激光的方式，预先优化晶轴角度、温度、反转极化的周期等。
入射到非线性光学材料131的基波激光的一部分被转换成二次谐波激光而在VBG141中传播，从端面143b向外部进行激光输出。
未被转换成二次谐波激光而残留在非线性光学材料131内或者VBG141内的基波激光在VBG141内进行反射，再次在非线性光学材料131内通过，从而被转换成二次谐波激光。
转换该残留的基波激光的一部分而产生的二次谐波激光在端面133a处进行全反射而从端面143b向外部进行激光输出。
图6是用于说明波长转换元件13的极化反转图案的图。
在图6中示出从上面(y轴方向)观察非线性光学材料131的情况下的极化反转图案。
非线性光学材料131的极化反转图案采用将由正(+)的极化层(非极化反转区域)和负(-)的极化层(极化反转区域：极化反转层134)构成的1组极化层在z轴方向上配置多组而成的结构。
换言之，在z轴方向上交替地配置有非极化反转区域和极化反转区域。
从端面133a到端面133b以极化反转周期Λ配置各极化层。
对为了实现向二次谐波的高效率的转换效率而以固定的极化反转周期Λ构成极化反转的节距的情况进行说明。
另外，本发明也可以应用于使极化反转的节距逐渐地变化的情况，在该情况下起到其它新的效果。
关于该情况将在后面进行描述。
图7是用于说明激光振荡模式向高次模式转移的图。
在波长转换元件13中，如果利用波长转换在相位匹配波段中进行波长转换，则相位匹配波段峰值的损失增加。
由此，在波导(非线性光学材料131)中，例如激光振荡模式从0次模式向1次模式转移，进而激光振荡模式从1次模式向2次模式转移，从而形成多个激光振荡模式。
在激光振荡模式中，通常由于适合波长转换的波长转换元件的温度按照每个模式而不同，因此针对各模式的相位匹配条件也不同。
因此，通常PPLN节距(极化反转周期)按照每个模式而不同。
对形成在波长转换元件13内的每个波导模式的有效折射率、波长转换元件13的极化反转周期、波长转换效率的计算方法进行说明。
首先，对波导的有效折射率进行说明。
如果将波导相对于波长λ的TM(Transverse Magnetic：横向磁场)m(m是自然数)次模式或者TE(Transverse Electric：横向电场)m次模式的有效折射率设为neff(λ，m)，则以下的关系式(式(1)、式(2))成立。
在式(1)和式(2)中，示出波导上部和波导下部的包层材料折射率相等的对称3层平板波导时的关系式。
TMm次模式的情况：
TEm次模式的情况：
式(1)或式(2)的n1(λ)是形成波导的芯材料(非线性光学材料131)相对于波长λ的折射率，n2(λ)是形成波导的包层132相对于波长λ的折射率。
并且，neff(λ，m)是相对于波长λ的有效折射率(m是波导模式次数)，t是形成波导的芯的厚度。
接着，对波长转换元件13的极化反转周期进行说明。
波导型的波长转换元件13的极化反转周期Λ使用波导针对m次模式的基波激光和二次谐波的有效折射率neff(λ，m)，用以下的关系式(式(3))表示。
式(3)的λ是基波波长，λ/2是二次谐波波长。
接着，对波长转换效率的计算式进行说明。
波长转换效率η能够在固定的极化反转周期Λ时通过以下的式(4)进行计算。
式(4)的IF是基波输入功率，ISH是谐波输出功率。
并且，deff是有效非线性光学常数，nF是针对基波的折射率。
此外，nSH是针对谐波的折射率，c是真空中的光速。
此外，ε0是真空中的介电常数，L是元件长度。
此外，Δk是在设基波的波数kω、谐波的波数k2ω时它们的差，示作Δk＝kω-k2ω，表示相位不匹配量。
此外，由K0＝2π/Λ表示。
此外，包含Sinc函数(Sinc(x)＝Sin(x)/x)。
在Sinc函数中，包含第一峰值的正的区域是-π＜x＜π的范围。
图8是示出波长转换元件13内的波长λ0、λ1、λ2的激光振荡模式与极化反转周期(PPLN节距)的关系的图。
根据式(1)、(2)、(3)，极化反转周期由形成波导的芯的厚度、包层材料的折射率决定。
换言之，由构成波导的材料的规格决定。
在设与波长λ0的0次模式对应的极化反转周期Λ(λ0，0)、与波长λ1的1次模式对应的极化反转周期Λ(λ1，1)、与波长λ2的2次模式对应的极化反转周期的Λ(λ2，2)时，以使它们接近的方式选择包层132、芯厚而构成波导，将此时的极化反转周期设为Λ02。
以下的式(5)表示关系式。
只要Λ(λ0，0)、Λ(λ1，1)、Λ(λ2，2)存在于相位匹配波段内即可。
另外，也可以采用使Λ(λ0，0)、Λ(λ1，1)、Λ(λ2，2)完全一致的结构。
Λ02≈Λ(λ0，0)≈Λ(λ1，1)≈Λ(λ2，2) ···(5)
在波长选择元件14中，选择性地反射波长λ0的0次模式、波长λ1的1次模式、波长λ2的2次模式。
换言之，防止波长λ0的1次模式和2次模式、波长λ1的0次模式和2次模式、波长λ2的0次模式和1次模式入射到波长转换元件13。
针对位于相位匹配波段内的波长λ0的0次模式、针对波长λ1的1次模式、针对波长λ2的2次模式被波长转换成二次谐波，产生波长λ0/2、λ1/2、λ2/2的激光。
图9以易于理解与激光振荡模式之间的关系的方式示意性示出本实施方式1的构造和现有构造的波长转换元件13中的基波的波长转换效率。
在本实施方式1的波长转换元件13中，例示出一样的极化反转周期的情况。
图9的(a)示出此时的波长转换效率的特性。
波长转换效率在峰值处归一化而示作1。
将包含峰值的山的区域规定为相位匹配波段。
根据上述Sinc函数的性质，将相位匹配波段示作-π＜L/2(Δk-K0)＜π，以在该区域内存在Λ(λ0，0)、Λ(λ1，1)、Λ(λ2，2)的方式构成波长转换元件13。
由此，各个激光振荡模式处于接近状态。
另一方面，图9的(b)示出现有构造的波长转换效率的特性，但由于各个激光振荡模式不接近，因此为了包含它们而必须逐渐改变极化反转的节距，针对极化反转周期能够宽波段化，但波长转换效率的绝对值即使是峰值也会较低。
另外，现有的转换效率特性也在具有一样的极化反转周期的情况下的峰值处归一化而示出。
接着，对进行激光振荡的各激光振荡模式感觉到的波长转换效率进行描述。
在本实施方式1中，0次～2次的各模式包含在相位匹配带宽内，如上述式(4)所示，由于以具有各模式接近或者一致的极化反转周期的方式优化波长转换元件13的波导构造，因此，如图9的(A)所示，0次～2次的各模式的极化反转周期差较小，各模式的转换效率能够得到较大的值。
另一方面，在现有构造中，如图9的(B)所示，作为0次～2次的各模式的极化反转周期具有不同的值，各模式感觉到的转换效率与本实施方式1的构造相比成为较小的值。
另外，在本实施方式1中，示出以固定的极化反转周期构成波长转换元件13的例子进行了说明，但是，也可以采用逐渐改变反转周期的构造。
在以固定的极化反转周期构成波长转换元件13的情况下，在由波长选择元件13反射的波长λ0、λ1、λ2的光入射到波长转换元件13时，为了使其进入到相位匹配波段内，必须以使Λ(λ0，0)、Λ(λ1，1)、Λ(λ2，2)成为接近Λ02的值的方式构成波导。
但是，在构成为逐渐改变波长转换元件13的极化反转周期的情况下，只要Λ(λ0，0)、Λ(λ1，1)、Λ(λ2，2)收纳在Λ02的极化反转周期的周期变化量内即可。
图10是示出具有逐渐改变波长转换元件13的反转周期的构造时的、波长转换元件13内的波长λ0、λ1、λ2的激光振荡模式与极化反转周期(PPLN节距)的关系的图。
波长转换元件13将中心节距设为Λ02，将极化反转周期的周期变化量设为例如ΔΛ。
此时，极化反转周期从端面133a朝向端面133b在(Λ02-ΔΛ/2)～(Λ02+ΔΛ/2)的范围内逐渐变长。
相反，也可以构成为在(Λ02+ΔΛ/2)～(Λ02-ΔΛ/2)的范围内逐渐变短。
在波长转换元件13内，只要由波长选择元件14反射后的波长λ0、λ1、λ2的波长转换周期Λ(λ0，0)、Λ(λ1，1)、Λ(λ2，2)收纳在(Λ02-ΔΛ/2)～(Λ02+ΔΛ/2)内即可。
换言之，与极化反转周期一样时相比，能够缓和针对波导构造的制约。
另外，在本实施方式1中，以波长λ0、λ1、λ2这3个波长进行了说明，但是，基波激光的振荡波长波段内的λ＝λ0、λ1、λ2、···、λn(n≥1)的激光并不限于3个波长，当然能够应用于2个波长以上的任意的波长数。
并且，作为波长转换元件13的作用，示出了产生二次谐波时的例子，但本发明并不限于此，显然，即使是和频发生(SFG、Sum Frequency Generation)或参量振荡器(OPO、Optical Parametric Oscillator)，也能够得到本发明的效果。
如上所述，根据本实施方式1，具有：波长选择元件14，其选择性地反射通过波长转换元件13后的激光的基波振荡波长中的激光振荡模式不同的波长λ＝λ0、λ1、λ2、···、λn(n≥1)的激光；以及波长转换元件13，其将由波长选择元件14反射后的激光振荡模式不同的波长λ＝λ0、λ1、λ2、···、λn(n≥1)的激光转换成谐波。
由此，在作为固体激光元件12的激光介质121使用增益波段较宽的材料的情况下，能够以该增益波段中的多个波长高效地进行波长转换。
并且，根据本实施方式1，波长选择元件14是波导构造，该波导构造包含内部形成有布拉格光栅构造的体积型相位光栅，布拉格光栅构造和波导构造被确定为选择性地反射从固体激光元件12输出的基波振荡波长中的激光振荡模式不同的波长λ＝λ0、λ1、λ2、···、λn(n≥1)的激光。
由此，在波长选择元件14中，能够选择波长λ＝λ0、λ1、λ2、···、λn(n≥1)的激光，并且能够进行选择各波长的特定模式来反射的模式选择。
此外，根据本实施方式1，波长转换元件13是形成有非极化反转区域和极化反转区域的准相位匹配波长转换元件，极化反转周期和波导构造被确定为使激光振荡模式不同的波长λ＝λ0、λ1、λ2、···、λn(n≥1)的激光分别位于相位匹配波段内。
由此，波长λ＝λ0、λ1、λ2、···、λn(n≥1)的激光能够得到高效率的波长转换效率。
此外，根据本实施方式1，对于波长转换元件13，描述了使极化反转周期固定时以及逐渐改变的构造时双方的构造。
在极化反转周期固定的情况下，作为各模式感觉到的转换效率，能够得到较大的值。另一方面，在逐渐改变极化反转周期的构造的情况下，能够缓和针对波导构造的制约。
另外，本发明在其发明的范围内，能够进行各实施方式的自由组合或各实施方式的任意结构要素的变形，或者在各实施方式中省略任意结构要素。
产业上的可利用性
如上所述，本发明的波导型激光装置适合在平面波导内进行激光的波长转换。
标号说明
11：半导体激光器；12：固体激光元件；13：波长转换元件；14：波长选择元件；121：激光介质；122、132、142：包层；131：非线性光学材料；141：VBG；123a、123b、133a、133b、143a、143b：端面；134：极化反转层；144：布拉格层。

Claims (5)

1.一种波导型激光装置，该波导型激光装置具有：
固体激光元件，其借助因吸收激励光而产生的增益来放大激光；
波长转换元件，其将从所述固体激光元件输出的激光的基波的一部分转换成谐波；以及
波长选择元件，其选择性地反射通过所述波长转换元件后的激光的基波振荡波长中的激光振荡模式不同的波长λ＝λ0、λ1、λ2、···、λn的激光，并且输出由该波长转换元件转换后的谐波，其中n≥1，
该波导型激光装置利用包含所述固体激光元件、所述波长转换元件和所述波长选择元件的光谐振器构造使基波谐振，其特征在于，
所述波长转换元件将由所述波长选择元件反射后的激光振荡模式不同的波长λ＝λ0、λ1、λ2、···、λn的激光转换成谐波，其中n≥1，
在设所述波长转换元件的极化反转周期为Λ02、与波长λ0的0次模式对应的极化反转周期为Λ(λ0，0)、与波长λ1的1次模式对应的极化反转周期为Λ(λ1，1)、与波长λ2的2次模式对应的极化反转周期为Λ(λ2，2)时，所述波长转换元件的包层和芯厚是按照满足以下关系的方式进行选择的：
Λ02≈Λ(λ0，0)≈Λ(λ1，1)≈Λ(λ2，2)。
2.根据权利要求1所述的波导型激光装置，其特征在于，
所述波长选择元件是波导构造，该波导构造包含内部形成有布拉格光栅构造的体积型相位光栅，布拉格光栅构造和波导构造被确定为选择性地反射从所述固体激光元件输出的基波振荡波长中的激光振荡模式不同的波长λ＝λ0、λ1、λ2、···、λn的激光，其中n≥1。
3.根据权利要求1所述的波导型激光装置，其特征在于，
所述波长转换元件是形成有非极化反转区域和极化反转区域的准相位匹配波长转换元件，极化反转周期和波导构造被确定为使所述激光振荡模式不同的波长λ＝λ0、λ1、λ2、···、λn的激光分别位于相位匹配波段内，其中n≥1。
4.根据权利要求3所述的波导型激光装置，其特征在于，
所述准相位匹配波长转换元件的极化反转周期的节距逐渐地变化。
5.根据权利要求3所述的波导型激光装置，其特征在于，
所述准相位匹配波长转换元件是极化反转后的LiNbO3或者LiTaO3。
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