JP2007173393A - レーザ装置 - Google Patents

レーザ装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2007173393A
JP2007173393A JP2005366898A JP2005366898A JP2007173393A JP 2007173393 A JP2007173393 A JP 2007173393A JP 2005366898 A JP2005366898 A JP 2005366898A JP 2005366898 A JP2005366898 A JP 2005366898A JP 2007173393 A JP2007173393 A JP 2007173393A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
light emitting
laser
output
laser device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2005366898A
Other languages
English (en)
Inventor
Katsunori Abe
克則 安部
Nobuyuki Otake
伸幸 大竹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP2005366898A priority Critical patent/JP2007173393A/ja
Priority to US11/641,111 priority patent/US20070217473A1/en
Publication of JP2007173393A publication Critical patent/JP2007173393A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/0627—Construction or shape of active medium the resonator being monolithic, e.g. microlaser
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/0941—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode
    • H01S3/09415—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode the pumping beam being parallel to the lasing mode of the pumped medium, e.g. end-pumping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/0602—Crystal lasers or glass lasers
    • H01S3/0604—Crystal lasers or glass lasers in the form of a plate or disc
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/08086—Multiple-wavelength emission
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
    • H01S3/108—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using non-linear optical devices, e.g. exhibiting Brillouin or Raman scattering
    • H01S3/109—Frequency multiplication, e.g. harmonic generation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/23—Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media
    • H01S3/2383—Parallel arrangements
    • H01S3/2391—Parallel arrangements emitting at different wavelengths
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/0206—Substrates, e.g. growth, shape, material, removal or bonding
    • H01S5/0207—Substrates having a special shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18305—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] with emission through the substrate, i.e. bottom emission
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18386—Details of the emission surface for influencing the near- or far-field, e.g. a grating on the surface
    • H01S5/18388—Lenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4087—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar emitting more than one wavelength
    • H01S5/4093—Red, green and blue [RGB] generated directly by laser action or by a combination of laser action with nonlinear frequency conversion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/42—Arrays of surface emitting lasers
    • H01S5/423—Arrays of surface emitting lasers having a vertical cavity

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

【課題】小型化、且つ、高出力化可能なレーザ装置を提供すること。
【解決手段】励起光を生成する発光素子１１２を半導体基板１１１上に形成してなる面発光レーザ１１０と、励起光を受けて、励起光とは異なるピーク波長の光を出力する固体レーザ媒質層１２１を、ピーク波長の共振器を構成する第２の反射層１２２，１２３間に配置してなる発光ユニット１２０と、入力光をコリメート乃至集光するマイクロレンズ１３２を含むレンズ部材１３０とを備え、マイクロレンズ１３２として平板型のマイクロレンズを採用し、レンズ部材１３０が面発光レーザ１１０の出力面と発光ユニット１２０の励起光入力面との間に配置されるように、面発光レーザ１１０、発光ユニット１２０、及びレンズ部材１３０を一体的に積層してレーザ装置１００を構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、励起光を異なる波長の光に変換して出力するレーザ装置に関するものである。
従来、例えば特許文献１〜３に示すように、励起光を異なる波長の光に変換して出力する構成の装置が知られている。
特許文献１に示される装置は、面発光レーザから出力される励起光で蛍光体層を励起し、励起光とは異なる波長の光を出力するものである。
特許文献２に示される装置は、有機発光ダイオードから出力される励起光で垂直レーザ共振器を構成する有機活性層を励起し、励起光とは異なる波長のレーザ光を出力するものである。
特許文献３に示される装置は、半導体レーザ素子から出力される励起光で面発光型半導体素子を励起し、波長変換素子で波長変換して紫外域のレーザ光を出力するものである。
特開２００４−１３４６３３号公報 特開２００５−２０００２号公報 特開２００１−２３７４８８号公報
特許文献１に示す装置の場合、蛍光体層から出力される光は自然放出光（インコヒーレント光）である。すなわち、レーザ光（コヒーレント光）と同等の集光性を得ることができない。従って、高精細なディスプレイ用の光源には不向きである。
特許文献２に示す構成の場合、励起光源としてインコヒーレント光を出力する有機発光ダイオードを用いており、有機活性層において、ホスト材料でインコヒーレント光を吸収した後、励起エネルギーをドーパントへ移動させて発光するようにしている。従って、レーザ光への変換効率が低く、高出力の光を得ることができない。
特許文献３に示す構成の場合、面発光型半導体素子を別の半導体レーザ素子を用いて励起する必要がある。また、装置を構成する各要素が離間して配置されている。従って、小型化には適していない。
本発明は上記問題点に鑑み、小型化、且つ、高出力化可能なレーザ装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成する為に請求項１に記載のレーザ装置は、第１の反射層間に活性層を含む半導体層を配置してなり、励起光を生成する発光素子を半導体基板上に形成してなる面発光レーザと、励起光を受けて、励起光とは異なるピーク波長の光を出力する固体レーザ媒質層を、ピーク波長の共振器を構成する第２の反射層間に配置してなる発光ユニットと、入力光をコリメート乃至集光するマイクロレンズを含むレンズ部材とを備え、レンズ部材が、面発光レーザの出力面と発光ユニットの励起光入力面との間、及び、発光ユニットの出力面上の少なくとも一方に配置されるように、面発光レーザ、発光ユニット、及びレンズ部材を一体的に積層してなることを特徴とする。
このように本発明によれば、励起光を生成する励起光源として面発光レーザを採用し、励起光を受けて異なる波長のレーザ光を生成する発光ユニットとして、第２の反射層間に固体レーザ媒質層を設けてなる発光ユニットを採用し、レンズ部材として、発光素子に対応してマイクロレンズが設けられたレンズ部材を採用している。従って、各要素を一体的に積層することができる。すなわち、装置の体格を小型化することができる。また、一体的に積層することで、発光素子（活性層）と発光ユニット（固体レーザ媒質層）との距離を低減するようにしている。すなわち、励起光のロスを低減し、高出力化することができる。
また、励起光光源として面発光レーザを採用しており、励起光の縦モード制御を実施しているので、固体レーザ媒質層に添加されている希土類イオン或いは遷移金属イオンのエネルギー準位間を直接励起することができる。従って、エネルギー変換効率が高く、高出力化することができる。
また、レンズ部材が、面発光レーザの出力面と発光ユニットの励起光入力面との間に積層配置される場合、励起光はレンズ部材にてコリメート乃至集光されて発光ユニットに入力される。したがって、効率よく固体レーザ媒質層を励起させることができるので、より高出力化することができる。レンズ部材が発光ユニットの出力面上に配置される場合、マイクロレンズによって、出力光のビーム形状を制御することができる。尚、両方に配置される構成としても良い。
面発光レーザとしては、請求項２に記載のように、第１の反射層の構成により、半導体基板に対する発光素子の形成面側に出力する構成、請求項３に記載のように、第１の反射層の構成により、半導体基板に対する発光素子の形成面の裏面側に出力する構成、のいずれも採用することができる。
請求項４に記載のように、レンズ部材が面発光レーザの出力面と発光ユニットの励起光入力面との間に配置される場合には、マイクロレンズとして平板型マイクロレンズを採用することが好ましい。このように平板型のマイクロレンズを用いると、一体的な積層が容易である。尚、平板型マイクロレンズは、例えばイオン拡散法を適用することで構成することができる。
請求項５に記載のように、半導体基板として、発光素子の形成位置に対応して、裏面側に開口する溝部を有する構成を採用することができる。この場合、請求項６に記載のように、レンズ部材を、溝部の底面上に積層配置した構成とすることもできる。このような構成を採用すると、装置の体格をより小型化することができる。また、半導体基板の裏面上にレンズ部材を積層配置する場合であっても、発光素子（活性層）とマイクロレンズとの距離を近くすることができるので、コリメート乃至集光の効率を向上することができる。従って、高出力化することができる。尚、溝部の底面にレンズ部材を積層配置する場合には、請求項７に記載のように、平板型に限らず凸型のマイクロレンズを採用することができる。尚、凸型マイクロレンズは、リフロー法、インクジェット法、グレースケールマスク法等によって構成することができる。
尚、請求項８に記載のように、レンズ部材が発光ユニットの出力面上に配置される場合には、マイクロレンズとして平板型または凸型のマイクロレンズを採用することができる。特に、平板型マイクロレンズの場合、レンズ部材が平坦であるので、さらに他の部材を積層配置することも容易である。凸型のマイクロレンズの場合、レンズ部材のコストを平板型マイクロレンズよりも低減することができる。
請求項９に記載のように、平面方向において、マイクロレンズの直径を、発光素子の直径と同じかそれ以上とすることが好ましい。マイクロレンズは発光素子に対応して設けられたものであるが、上述の構成とすることで、コリメート乃至集光の効率を向上することができる。すなわち、高出力化することができる。
請求項１０に記載のように、発光ユニットが、固体レーザ媒質層の出力面上に配置され、ピーク波長の光を波長変換する波長変換層を含む構成としても良い。このように波長変換層を設けることで、固体レーザ媒質層のみでは得ることのできない所望の波長をもつレーザ光を出力することが可能となる。尚、波長変換層は、固体レーザ媒質層の出力面に積層配置されても良いし、出力面に積層配置された第２の反射層に対して積層配置されても良い。いずれの場合も、一体的に積層配置されるので、装置を小型化することができる。
具体的には、請求項１１に記載のように、波長変換層の構成材料として、ピーク波長の第２高調波を生じる非線形結晶を採用することができる。これにより、例えば近赤外域の波長を持つレーザ光を可視域の波長を持つレーザ光に変換することができる。すなわち、本発明のレーザ装置をＲＧＢ光源として適用することもできる。
請求項１〜１１いずれかに記載の発明において、請求項１２に記載のように、面発光レーザが１つの発光素子を含み、レンズ部材が発光素子に対応する１つのマイクロレンズを含む構成としても良い。その場合、請求項１３に記載のように、第２の反射層を、１つのピーク波長を共振させる構成とすることで、単一波長を有する光（レーザ光）を出力することができる。
また、請求項１〜１１いずれかに記載の発明において、請求項１４に記載のように、面発光レーザは、同一の半導体基板上に複数の発光素子をアレイ化してなり、レンズ部材は、発光素子に対応してマイクロレンズをアレイ化してなる構成を採用しても良い。これにより、より高出力化することが可能となる。その際、発光素子は半導体基板に対して１次元（直線状）配置された構成としても良いし、請求項１５に記載のように、２次元配置された構成としても良い。
請求項１６に記載のように、平面方向において、発光素子を互いに等間隔となるように配置しても良い。光強度分布のばらつきを低減することができる。
請求項１７に記載のように、第２の反射層を、１つのピーク波長を共振させる構成とすることで、発光素子をアレイ化してなる面発光レーザを備える構成において、単一波長を有する光（レーザ光）を出力することができる。
請求項１８に記載のように、発光ユニットの出力面上に配置され、発光ユニットから出力される各発光素子に対応する光を、複数まとめて合成光を生成する合成部材をさらに備える構成としても良い。これにより、高出力化することができる。また、出力される光のビーム形状を制御することができる。尚、合成部材としては、例えば請求項１９に記載のように、集光レンズを採用することができる。
また、請求項２０に記載のように、固体レーザ媒質層は、励起光を受けて、互いに異なるピーク波長をもつ複数の光を生成し、発光ユニットは、第２の反射層の構成によって複数の領域に分けられ、領域ごとに異なるピーク波長の光が共振される構成を採用しても良い。
このように本発明によれば、第２の反射層の構成を領域ごとに異なるものとすることで、領域ごとに異なるピーク波長で共振する構成としている。従って、面発光レーザアレイから出力される単一波長の光を励起光とし、波長の異なる複数のレーザ光を同時に出力することが可能である。尚、第２の反射層の構成とは、例えば構成材料（屈折率）、厚さ、積層数（周期）の少なくとも１つである。
また、１つの面発光レーザアレイから出力される単一波長の励起光によって、１つの固体レーザ媒質層を一括励起するとともに、異なるピーク波長を選択的に共振させる複数の共振器を同一平面内に構成するので、装置の体格を小型化することができる。
第２の反射層としては、例えば請求項２１に記載のように、固体レーザ媒質層の出力側において、それぞれのピーク波長で高反射となる反射膜を固体レーザ媒質層側から任意の順で積層し、固体レーザ媒質層の励起光入力側において、出力側とは逆の順で固体レーザ媒質層側から反射膜を積層し、積層後、各領域において、対応するピーク波長で高反射となる反射膜を最外層としてなる構成を採用することができる。
このように本発明によれば、不用な反射膜を除去するだけで、各領域において、対応するピーク波長で高反射となる反射膜のみが固体レーザ媒質層を間に挟んだ対を構成することができる。従って、製造工程を簡素化することができる。
請求項２２に記載のように、各反射膜を、屈折率の異なる２種類の層を交互に積層してなる構成とし、反射膜を構成する各層の膜厚を、対応するピーク波長を屈折率の４倍で除した厚さとすることが好ましい。これにより、各領域において、対応するピーク波長の光を共振させることができる。
請求項２３に記載のように、各ピーク波長に対応する反射膜は、隣り合うピーク波長λ１、λ２に対応する反射膜において、それぞれ高反射を示す反射帯域Δ１、Δ２が、λ１＋Δ１／２＜λ２、λ２−Δ２／２＞λ１、を満たすように設定されていることが好ましい。これにより、各領域において、対応するピーク波長の光を選択的に共振させることができる。例えば反射膜の屈折率（構成材料）によって、反射帯域を調整することが可能である。尚、ピーク波長が反射帯域の中心波長である。
請求項２４，２５に記載の発明は、その作用効果がそれぞれ請求項１８，１９に記載の発明の作用効果と同様であるので、その記載を省略する。
請求項２６に記載のように、合成部材は、複数のピーク波長のうち、１つに基づく光を含んだ合成光を生成しても良い。この場合、合成光は単一波長のレーザ光となり、高出力のレーザ光を得ることができる。
また、請求項２７に記載のように、合成部材は、複数のピーク波長のうち、少なくとも２つに基づく光を含んだ合成光を生成しても良い。この場合、合成光は異なる波長の光が合成されたものとなり、例えば所定色を有する高出力の合成ビームを得ることができる。
請求項２８に記載のように、各領域が、それぞれ複数の発光素子からの励起光を受けるように構成され、合成部材が、領域ごとに合成光を生成する構成としても良い。この場合、異なる波長の光に基づく光ごとに合成光（レーザ光）が生成されるので、波長の異なる各合成光をそれぞれ高出力化することができる。
その際、請求項２９に記載のように、１つの領域に対応する複数の発光素子を、電気的に並列接続した構成としても良い。これにより発光素子の発光タイミング（オンオフ、発光時間）を制御する制御系を簡素にすることができる。
また、請求項３０に記載のように、各領域に対応する複数の発光素子ごとに、電気的に独立して制御可能に構成されることが好ましい。これにより、波長の異なる合成光毎に、レーザ特性（発光強度）を調整することができる。例えば、波長の異なる各合成光が可視光の場合、視感度に応じて調整することができる。
また、請求項３１に記載のように、複数の発光素子を、それぞれ電気的に独立して制御可能に構成しても良い。これにより、装置から出力される光の輝度を調整することができる。また、異なる波長の光を合成する場合には、輝度及び色調を調整することが可能となる。具体的には、各発光素子の発光タイミング（発光数、発光時間）を制御すれば良い。
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るレーザ装置の概略構成を示す断面図である。図１に示すように、レーザ装置１００は、励起光源としての面発光レーザ１１０と、励起光を受けて異なる波長のレーザ光を出力する発光ユニット１２０と、入力される光をコリメート乃至集光するレンズ部材１３０と、を含んでいる。
面発光レーザ１１０は、半導体基板１１１上に発光素子１１２を形成してなるものであり、半導体基板１１１の平面に対して略垂直方向に励起光を出力するように構成されている。面発光レーザ１１０の構成としては公知のものを採用することができる。本実施形態においては、装置１００から出力されるレーザ光が、所望色の可視光となるように構成されている。
具体的には、半導体基板１１１としてｎ−ＧａＡｓ基板を採用し、半導体基板１１１の一面上にｎ型ドーパント（例えばＳｅ）を添加したＡｌｚ１Ｇａ１−ｚ１Ａｓ／Ａｌｚ２Ｇａ１−ｚ２Ａｓ（０≦ｚ１＜ｚ２≦１）多層反射膜１１３が形成されている。このＡｌｚ１Ｇａ１−ｚ１Ａｓ層とＡｌｚ２Ｇａ１−ｚ２Ａｓ層とを積層してなる多層反射膜１１３は特許請求の範囲に示す第１の反射層の一方であり、以下第１の反射層１１３と示す。
第１の反射層１１３上には、ＡｌＧａＡｓクラッド層（図示略）、Ａｌｘ１Ｉｎｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ａｓ／Ａｌｘ３Ｉｎｙ３Ｇａ１−ｘ３−ｙ３Ａｓ多重量子井戸層１１４、ＡｌＧａＡｓクラッド層（図示略）が順に積層されている。Ａｌｘ１Ｉｎｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ａｓ層とＡｌｘ３Ｉｎｙ３Ｇａ１−ｘ３−ｙ３Ａｓ層とを積層してなる多重量子井戸層１１４は特許請求の範囲に示す活性層であり、以下活性層１１４と示す。活性層１１４の組成及び膜厚は、所望の発光波長を有するレーザ光（励起光）を出力するように調整されている。活性層１１４は光学的膜厚が１波長となるように形成されており、本実施形態において発光波長が７９０〜８１０ｎｍ（例えば８０８ｎｍ）の範囲に含まれるように調整されている。
ＡｌＧａＡｓクラッド層上には、ｐ型ドーパントを添加したＡｌｚ３Ｇａ１−ｚ３Ａｓ／Ａｌｚ４Ｇａ１−ｚ４Ａｓ（０≦ｚ３＜ｚ４≦１）多層反射膜１１５が形成されている。このＡｌｚ３Ｇａ１−ｚ３Ａｓ層とＡｌｚ４Ｇａ１−ｚ４Ａｓ層とを積層してなる多層反射膜１１５は特許請求の範囲に示す第１の反射層の他方であり、以下第１の反射層１１５と示す。
尚、多層構造の第１の反射層１１３，１１５を構成するそれぞれの各層の膜厚は、発光波長を屈折率の４倍で除した値とされており、活性層１１４から出力されるレーザ光（励起光）に対して、第１の反射層１１３の反射率が第１の反射層１１５よりも大きくなるように屈折率が調整されている。すなわち、活性層１１４から出力される励起光が、第１の反射層１１３，１１５によって共振され、第１の反射層１１５側へレーザ発振されるように構成されている。
上述の各層は、公知であるＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法やＭＢＥ（分子線エピタキシー）法等の結晶成長方法を用いて形成することができる。そして、結晶成長後、素子分離のためのメサエッチングや絶縁膜形成、電極膜蒸着等のプロセスを経て、発光素子１１２が構成されている。すなわち、半導体基板１１１上に発光素子１１２が配置されて面発光レーザ１１０が構成されている。
尚、図１において、符号１１６は絶縁分離、且つ、水平方向（基板平面方向）の光と電流を狭窄するための絶縁膜（本実施例においてはシリコン酸化膜）、符号１１７はｐ型電極（本実施例においてはＣｒ／Ｐｔ／Ａｕ）、符号１１８はｎ型電極（本実施例においてはＡｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ）である。
発光ユニット１２０は、少なくとも、固体レーザ媒質層１２１と、固体レーザ媒質層１２１の励起光入力面上及び出力面上に配置された第２の反射層１２２，１２３と、を含んでいる。
具体的には、固体レーザ媒質層１２１の構成材料として、Ｎｄ：ＹＡＧ（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）結晶を採用している。上述したように、面発光レーザ１１０（発光素子１１２）から出力された発光波長λ０が７９０〜８１０ｎｍの範囲内で調整された励起光を受けると、図２に示すように、ＹＡＧ結晶に添加されたＮｄイオンのエネルギー準位４Ｉ９／２→４Ｆ５／２間で電子が選択的に励起される。４Ｉ９／２→４Ｆ５／２では吸収が大きく、効率よく励起することが可能である。尚、図２は、固体レーザ媒質層１２１における励起と遷移を示す模式図である。
エネルギー準位４Ｆ５／２に励起された電子は、図２に示すように、発光を伴わない非輻射緩和によって４Ｆ３／２へ一旦遷移した後、４Ｉ１１／２，４Ｉ１３／２，４Ｉ１５／２にそれぞれ遷移する。この遷移に伴って、励起光の波長λ０に応じて、９００〜９５０ｎｍ（本実施例においては９４６ｎｍ）、１０４０〜１０６５ｎｍ（本実施例においては１０６４ｎｍ）、１３００〜１３５０ｎｍ（本実施例においては１３１９ｎｍ）の範囲内のピーク波長λ１，λ２，λ３を持つレーザ光がそれぞれ生成される。すなわち、励起光を受けて、同一の固定レーザ媒質層１２１から、ピーク波長の異なる複数の光が生成される。
第２の反射層１２２，１２３は、励起光を受けて生成された、ピーク波長の異なる複数の光のうち、１つのピーク波長で選択的に共振しレーザ発振するように構成されている。本実施形態においては、第２の反射層１２２，１２３の構成として、蒸着，スパッタ等の手法によって形成されたＡｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２多層反射膜を採用しており、各層（Ａｌ２Ｏ３層、ＴｉＯ２層）の膜厚を、共振波長を屈折率の４倍で除した値としている。また、第２の反射層１２２，１２３の反射率を、出力側の第２の反射層１２３の方が励起光入力側の第２の反射層１２２よりも小さくなるように設定している。従って、第２の反射層１２３側から単一波長を有する光（レーザ光）を出力することができる。
さたに、本実施形態に係る発光ユニット１２０は、固体レーザ媒質層１２１の出力面上に積層配置され、上述したピーク波長を波長変換する波長変換層１２４を含んでいる。このように波長変換層１２４を設けることで、固体レーザ媒質層１２４のみでは得ることのできない所望の波長をもつレーザ光を出力することが可能となる。尚、波長変換層１２４は、固体レーザ媒質層１２１の出力面に積層配置されても良いし、出力面に積層配置された第２の反射層１２３に対して積層配置されても良い。いずれの場合も、一体的に積層配置されるので、装置を小型化することができる。本実施形態においては、図１に示すように、固体レーザ媒質層１２１の出力面に対して積層配置されている。
また、本実施形態においては、波長変換層１２４の構成材料として、ピーク波長の第２高調波を生じる非線形結晶を採用している。非線形結晶としては、入力される波長に応じて公知のものを適宜選択して用いることができる。例えばＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ４）、ＬＢＯ（ＬｉＢ３Ｏ５）、ＢｉＢＯ（ＢｉＢ３Ｏ６）、ＰＰＬＴＰ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ ＫＴＰ）等がある。本実施形態においてはＫＴＰを採用している。
従って、Ｎｄイオンから生じ、第２の反射層１２２，１２３によって選択的に共振されてレーザ発振される近赤外光を、波長変換層１２４によって可視光（レーザ光）に変換して、発光ユニット１２０から出力することができる。すなわち、ＲＧＢ用光源として利用することができる。尚、本実施形態においては、上述したピーク波長λ１，λ２，λ３をもつ光を、波長変換層１２４によって、可視光である４５０〜４７５ｎｍ（青色）、５２０〜５３３ｎｍ（緑色）、６５０〜６７５ｎｍ（赤色）の範囲内の波長をもつ光に変換することができる。すなわち、第２の反射層１２２，１２３の構成によって、Ｒ，Ｇ，Ｂの３原色のレーザ光を得ることが可能である。
レンズ部材１３０は、上述したように入力される光を集光乃至コリメートするものである。本実施形態において、レンズ部材１３０は、面発光レーザ１１０と発光ユニット１２０との間に配置され、励起光を集光乃至コリメートするように構成されている。すなわち集光乃至コリメートされた励起光によって、効率よく固体レーザ媒質層１２１を励起させるように構成されている。従って、投入電力に対するレーザ光変換効率を向上することができ、装置１００からの出力光を高出力化することができる。
レンズ部材１３０としては、例えばガラスからなる基材１３１に、フォトリソグラフィ及びイオン拡散法を適用することにより、屈折率分布をつけて平板型のマイクロレンズ１３２を構成したものを採用している。また、マイクロレンズ１３２は、位置決めした状態で発光素子１１２に対応する基材１３１の部位（言い換えれば、発光素子１１２から出力される励起光の光軸と、マイクロレンズ１３２の光軸が略一致する部位）に形成されており、その直径は、発光素子１１２の直径（出射口径）と同じかそれ以上とされている。従って、コリメート乃至集光の効率を向上することができる。
そして、レンズ部材１３０は、面発光レーザ１１０の励起光出力面（本実施例においては、ｐ型電極１１７側）上に積層配置され、発光ユニット１２０は、第２の反射膜１２２を下面としてレンズ部材１３０上に積層配置されている。面発光レーザ１１０とレンズ部材１３０、レンズ部材１３０と発光ユニット１２０は、それぞれ公知の接合方法（例えば接着）によって接合され、面発光レーザ１１０、発光ユニット１２０、及びレンズ部材１３０は一体化されている。
このように本実施形態に係るレーザ装置１００によれば、励起光を生成する励起光源として面発光レーザ１１０を採用し、励起光を受けて異なる波長のレーザ光を生成する発光ユニット１２０として、第２の反射層１２２，１２３間に固体レーザ媒質層１２１を設けてなる発光ユニットを採用し、レンズ部材１３０として、発光素子１１２に対応して平板型のマイクロレンズ１３２が設けられたレンズ部材を採用している。従って、各要素１１０，１２０，１３０を一体的に積層することができる。すなわち、装置の体格を小型化することができる。また、一体的に積層することで、発光素子１１２（活性層１１４）と発光ユニット１２０（固体レーザ媒質層１２１）との距離を低減するようにしている。すなわち、励起光のロスを低減し、高出力化することができる。
また、面発光レーザ１１０により、励起光の縦モード制御を実施しているので、固体レーザ媒質層１２１に添加されている希土類イオン或いは遷移金属イオンのエネルギー準位間を直接励起することができる。従って、エネルギー変換効率が高く、高出力化することができる。さらに本実施形態においては、レンズ部材１３０により集光乃至コリメートされた励起光が発光ユニット１２０に入力されるので、より高出力化することができる。
また、本実施形態に係るレーザ装置１００は、発光ユニット１２０として第２高調波を生じる波長変換層１２４を含むので、ＲＧＢ光源として好適である。しかしながら、発光ユニット１２０が波長変換層１２４を含まない構成としても良い。
尚、本実施形態においては、発光素子１１２を構成する活性層１１４として、Ａｌｘ１Ｉｎｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ａｓ／Ａｌｘ３Ｉｎｙ３Ｇａ１−ｘ３−ｙ３Ａｓ多重量子井戸層１１４を採用し、固体レーザ媒質層１２１としてＮｄ：ＹＡＧ結晶を採用する例を示した。しかしながら、活性層１１４及び固体レーザ媒質層１２１の構成材料は、装置１００から出力する波長に応じて、適宜選択して採用することができる。例えば活性層１１４として、Ｉｎｘ２Ｇａ１−ｘ２Ａｓｙ２Ｐ１−ｙ２／Ｉｎｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓｙ４Ｐ１−ｙ４多重量子井戸層を採用することができる。また、固体レーザ媒質層１２１として、希土類イオン又は遷移金属イオンが添加されたＹＡＧ、ＹＶＯ（ＹＶＯ４）、ＧＶＯ（ＧｄＶＯ４）、ＧＧＯ（Ｇｄ３Ｇａ５Ｏ１２）、ＳＶＡＰ（Ｓｒ５（ＶＯ４）３Ｆ）、ＦＡＰ（（ＰＯ４）３Ｆ）、ＳＦＡＰ（Ｓｒ５（ＰＯ４）３Ｆ）、ＹＬＦ（ＹＬｉＦ４）等を採用することができる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を、図３に基づいて説明する。図３は、本発明の第２実施形態に係るレーザ装置１００の概略構成を示す断面図である。
第２実施形態に係るレーザ装置１００は、第１実施形態に示したレーザ装置１００と共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。
図３に示すように、本実施形態においては、レンズ部材１３０が発光ユニット１２０の出力面上に積層配置されている点を特徴とする。すなわち、面発光レーザ１１０と発光ユニット１２０、発光ユニット１２０とレンズ部材１３０は、それぞれ公知の接合方法（例えば接着）によって接合され、面発光レーザ１１０、発光ユニット１２０、及びレンズ部材１３０が一体化されている。
尚、本実施形態においても、レンズ部材１３０として、例えばガラスからなる基材１３１に、フォトリソグラフィ及びイオン拡散法を適用することにより、屈折率分布をつけて平板型のマイクロレンズ１３２を構成したものを採用している。また、マイクロレンズ１３２は、位置決めした状態で発光素子１１２に対応する基材１３１の部位（言い換えれば、発光素子１１２から出力される励起光の光軸と、マイクロレンズ１３２の光軸が略一致する部位）に形成されており、その直径は、発光素子１１２の直径（出射口径）と同じかそれ以上とされている。
このように本実施形態に係るレーザ装置１００によれば、第１実施形態同様、装置の体格を小型化することができる。また、励起光のロスを低減し、高出力化することができる。
また、本実施形態においても、面発光レーザ１１０により、励起光の縦モード制御を実施しているので、固体レーザ媒質層１２１に添加されている希土類イオン或いは遷移金属イオンのエネルギー準位間を直接励起することができる。従って、エネルギー変換効率が高く、高出力化することができる。
また、本実施形態においても、発光ユニット１２０として第２高調波を生じる波長変換層１２４を含むので、ＲＧＢ光源として好適である。
さらに、本実施形態においては、発光ユニット１２０の出力面上にレンズ部材１３０を配置しているので、装置１００から出力される光のビーム形状を制御することができる。
尚、本実施形態においては、レンズ部材１３０が発光ユニット１２０の出力面上に積層配置されている。従って、レンズ部材１３０の出力面上に何も接触配置されない場合には、積層構造上問題とならないので、レンズ部材１３０として、平板型のマイクロレンズ１３２を含むレンズ部材１３０を採用しなくとも良い。例えば図４に示すように、凸型のマイクロレンズ１３２を含むレンズ部材１３０を採用することもできる。尚、凸型のマイクロレンズ１３２は、例えばリフロー法、インクジェット法、グレースケールマスク法によって構成することができる。この場合も、平板型同様、装置１００から出力される光のビーム形状を制御することができ、レンズ部材１３０のコストを平板型よりも低減することができる。図４は、本実施形態の変形例を示す断面図である。
また、本実施形態においては発光ユニット１２０の出力面上のみにレンズ部材１３０が配置される例を示した。しかしながら、本実施形態に係る構成と第１実施形態に係る構成を組み合わせた構成（レンズ部材１３０を発光ユニット１２０の励起光入力面及び出力面上にそれぞれ配置）としても良い。この場合、高出力化と出力光のビーム形状制御をともに実現することができる。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を、図５に基づいて説明する。図５は、本発明の第３実施形態に係るレーザ装置１００の概略構成を示す断面図である。
第３実施形態に係るレーザ装置１００は、第１実施形態に示したレーザ装置１００と共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。
図５に示すように、本実施形態においては、面発光レーザ１１０が、半導体基板１１１に対する発光素子１１２の形成面の裏面側（ｎ型電極１１８側）に出力するよう構成され、発光ユニット１２０及びレンズ部材１３０が、発光素子１１２の形成面の裏面上に積層配置されている点を特徴とする。
具体的には、第１実施形態に示した構成において、発光素子１１２を、活性層１１４から出力されるレーザ光（励起光）に対して、第１の反射層１１５の反射率が第１の反射層１１３よりも大きくなるように屈折率が調整されている。すなわち、活性層１１４から出力される励起光が、第１の反射層１１３，１１５によって共振され、第１の反射層１１３側へレーザ発振されるように構成されている。
また、半導体基板１１１には、発光素子１１２の形成位置に対応して、発光素子１１２の形成面の裏面側に開口する溝部１１１ａが設けられている。具体的には、溝部１１１ａは、平面方向における溝部底面の大きさが、発光素子１１２の直径（出射口径）よりも大きく、その深さは発光素子１１２に影響を及ぼさない程度にできる限り深く形成されている。このような溝部１１１ａは、例えば半導体基板１１１をエッチングすることにより構成することができる。また、半導体基板１１１の、溝部１１１ａを除く発光素子形成面の裏面に、ｎ型電極１１８が形成されている。
そして、面発光レーザ１１０の発光素子形成面の裏面（ｎ型電極１１８形成面）上に、励起光を集光乃至コリメート可能にレンズ部材１３０が積層配置され、レンズ部材１３０を介して、発光ユニット１２０が積層配置されている。
このように本実施形態に係るレーザ装置１００によれば、第１実施形態同様、装置の体格を小型化することができる。また、励起光のロスを低減し、高出力化することができる。
また、本実施形態においても、面発光レーザ１１０により、励起光の縦モード制御を実施しているので、固体レーザ媒質層１２１に添加されている希土類イオン或いは遷移金属イオンのエネルギー準位間を直接励起することができる。さらには、面発光レーザ１１０の出力面と発光ユニット１２０の励起光入力面との間に、レンズ部材１３０が配置されている。従って、エネルギー変換効率が高く、高出力化することができる。
また、本実施形態においては、面発光レーザ１１０の発光素子形成面側に、発光ユニット１２０及びレンズ部材１３０が積層配置されておらず、活性層１１４から放熱しやすい構成となっている。従って、より高出力化することができる。尚、ヒートシンク等の放熱部材を面発光レーザ１１０の発光素子形成面上に積層配置することで、放熱性をより向上させても良い。
また、本実施形態においても、発光ユニット１２０として第２高調波を生じる波長変換層１２４を含むので、ＲＧＢ光源として好適である。
尚、本実施形態においては、面発光レーザ１１０が半導体基板１１１を介して励起光を出力する構成において、半導体基板１１１に溝部１１１ａが形成された例を示した。このような構成とすると、半導体基板１１１に励起光の一部が吸収されて減衰するロスを、極力低減することができる。しかしながら、半導体基板１１１に溝部１１１ａが形成されていない構成としても良い。
また、本実施形態においては、レンズ部材１３０が、面発光レーザ１１０と発光ユニット１２０との間に積層配置される例を示した。しかしながら、図６に示すように、発光ユニット１２０の出力面上にレンズ部材１３０を積層配置した構成を採用することもできる。この場合、第２実施形態同様、発光ユニット１２０の出力面上にレンズ部材１３０を配置しているので、装置１００から出力される光のビーム形状を制御することができる。図６は、本実施形態の変形例を示す断面図である。尚、図６において、平板型のマイクロレンズ１３２を示したが、第２実施形態同様、凸型のマイクロレンズ１３２を採用することもできる。
また、本実施形態に係る構成と図６に示す構成を組み合わせた構成（レンズ部材１３０を発光ユニット１２０の励起光入力面及び出力面上にそれぞれ配置）としても良い。この場合、高出力化と出力光のビーム形状制御をともに実現することができる。
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態を、図７に基づいて説明する。図７は、本発明の第４実施形態に係るレーザ装置１００の概略構成を示す断面図である。
第４実施形態に係るレーザ装置１００は、第３実施形態に示したレーザ装置１００と共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。
本実施形態においても、第３実施形態同様、面発光レーザ１１０が、半導体基板１１１に対する発光素子１１２の形成面の裏面側（ｎ型電極１１８側）に出力するよう構成され、発光ユニット１２０及びレンズ部材１３０が、発光素子１１２の形成面の裏面上に積層配置されている。そして、半導体基板１１１には、発光素子１１２の形成位置に対応して、発光素子１１２の形成面の裏面側に開口する溝部１１１ａが設けられている。このような構成において、図７に示すように、溝部１１１ａの底面にレンズ部材１３０を積層配置した点を特徴とする。
具体的には、レンズ部材１３０として、第３実施形態で示した溝部１１１ａに対して、溝部１１１ａから半導体基板１１０の発光素子形成面の裏面に突出しないように（溝部１１１ａにより、半導体基板１１１と発光ユニット１２０との間に構成される空間にレンズ部材１３０が収容されるように）、その直径が発光素子１１２の直径（出射口径）よりも大きい凸型のマイクロレンズ１３２が形成されている。尚、本実施形態においては、レンズ部材１３０として、凸型のマイクロレンズ１３２のみを用いている。
このようなレンズ部材１３０は、半導体基板１１１に溝部１１１ａ形成後、溝部１１１ａの底面にレンズ部材１３０を配置し、例えば接着によって一体化させることで構成することができる。そして、レンズ部材１３０配置後、発光ユニット１２０を面発光レーザ１１０の発光素子形成面の裏面上に積層配置することで、各要素１１０，１２０，１３０が一体化されたレーザ装置１００を構成することができる。
このように本実施形態に係るレーザ装置１００によれば、第３実施形態に示すレーザ装置１００の作用効果に加えて、装置１００の体格をより小型化することができる。
また、半導体基板１１１の裏面上にレンズ部材１３０を積層配置する場合であっても、発光素子１１１（活性層１１４）とマイクロレンズ１３２との距離を近くすることができるので、コリメート乃至集光の効率を向上することができる。従って、より高出力化することができる。
また、面発光レーザ１１０と発光ユニット１２０との間にレンズ部材１３０を配置する構成でありながら、溝部１１１ａ内にレンズ部材１３０が収容される構成であるので、凸型のマイクロレンズ１３２を採用することが可能である。従って、製造コストを低減することができる。本実施例では凸型のマイクロレンズ１３２を用いたが、製造コスト上の問題がなければ平板型のマイクロレンズを採用することもできる。
尚、本実施形態に係る構成と第２実施形態に係る構成を組み合わせた構成（レンズ部材１３０を発光ユニット１２０の励起光入力面及び出力面上にそれぞれ配置）としても良い。この場合、高出力化と出力光のビーム形状制御をともに実現することができる。
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態を、図８〜図１１に基づいて説明する。図８は、本発明の第５実施形態に係るレーザ装置１００の概略構成を示す断面図である。図９は、第２の反射層１２２，１２３の構成を示す拡大断面図である。図１０は、中心波長と反射帯域を説明するための、Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２多層反射膜の反射特性を示す図である。図１１は、屈折率差と反射帯域との関係を示す図である。
第５実施形態に係るレーザ装置１００は、第１実施形態に示したレーザ装置１００と共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。
本実施形態に係るレーザ装置１００は、面発光レーザ１１０の発光素子１１２及びレンズ部材１３０のマイクロレンズ１３２をアレイ化した点を第１の特徴とする。また、励起光を受けて、固体レーザ媒質層１２１が異なるピーク波長をもつ複数の光を生成し、発光ユニット１２０が、第２の反射層１２２，１２３の構成によって複数の領域に分けられ、領域ごとに異なるピーク波長の光が共振される点を第２の特徴とする。すなわち、第２の反射層１２２，１２３が、装置１００から異なる波長を持つ複数の光を出力可能に構成されている点を第２の特徴とする。
本実施形態に係る面発光レーザ１１０は、第１実施形態に示した発光素子１１２を、同一の半導体基板１１１に１次元（直線状）乃至２次元（例えば格子状）に複数配置して構成されている。各発光素子１１２の構成は第１実施形態同様であり、平面方向において、互いに等間隔となるように２次元配置されている。これにより、光強度分布のばらつきを低減するようにしている。また、発光素子１１２は、それぞれ電気的に独立して制御可能に構成されている。具体的には、図８に示すように、ｐ型電極１１７が、発光素子１１２ごとに絶縁分離されている。
発光ユニット１２０は、複数の発光素子１１２を１つの固体レーザ媒質層１２１でカバーするように構成されている。また、レンズ部材１３０も、各発光素子１１２に対応して、基材１３１にマイクロレンズ１３２が形成されている。尚、本実施形態に係るレンズ部材１３０が、面発光レーザ１１０の発光素子形成面と発光ユニット１２０の励起光入力面との間に積層配置されており、平板型のマイクロレンズ１３２が採用されている。
このように本実施形態に係るレーザ装置１００によれば、各要素１１０，１２０，１３０が積層配置され、一体化されている。従って、装置１００の体格を小型化しつつ、より高出力化することができる。
次に、第２の特徴である、第２の反射層１２２，１２３の構成について説明する。尚、固体レーザ媒質層１２１は、第１実施形態同様、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶から構成されている。すなわち、励起光の波長λ０に応じて、９００〜９５０ｎｍ（本実施例においては９４６ｎｍ）、１０４０〜１０６５ｎｍ（本実施例においては１０６４ｎｍ）、１３００〜１３５０ｎｍ（本実施例においては１３１９ｎｍ）の範囲内のピーク波長λ１，λ２，λ３を持つレーザ光がそれぞれ生成される。
第２の反射層１２２，１２３は、構成の違いによって複数の領域に分けられており、各領域ごとに、異なるピーク波長で共振するように構成されている。第２の反射層１２２，１２３の構成とは、例えば構成材料（屈折率）、厚さ、積層数（周期）の少なくとも１つである。
本実施形態に係る第２の反射層１２２，１２３も、第１実施形態同様、いずれも蒸着、スパッタ等の手法によってＡｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２多層反射膜を形成してなるものであり、図９に示すように、対応するピーク波長で選択的に共振するように３つの領域１〜３に分けられている。尚、本実施形態においては、領域１がλ１、領域２がλ２、領域３がλ３で選択的に共振する領域となっている。
具体的には、固体レーザ媒質層１２１の出力面上に、上述した各ピーク波長λ１，λ２，λ３で高反射となるようにＡｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２多層反射膜を構成する各層の膜厚をそれぞれ調整したλ１用反射膜１２５、λ２用反射膜１２６、λ３用反射膜１２７を、固体レーザ媒質層１２１側から任意の順で積層する。本実施形態においては、λ１用反射膜１２５、λ２用反射膜１２６、λ３用反射膜１２７の順で積層する。また、固体レーザ媒質層１２１の励起光入力面上に、固体レーザ媒質層１２１側から出力面上とは逆の順で積層する。本実施形態においては、λ３用反射膜１２７、λ２用反射膜１２６、λ１用反射膜１２５の順で積層する。そして、積層後、各領域１〜３において、対応するピーク波長λ１，λ２，λ３で高反射となる反射膜が最外層となるように、不用な反射層をフォトリソグラフィー及びエッチングにより除去して構成されている。すなわち、領域１においては、λ１用反射膜１２５が最外層となる（対をなす）ように、出力面上のλ２用反射膜１２６及びλ３用反射膜１２７が除去されている。また、領域２においては、λ２用反射膜１２６が最外層となる（対をなす）ように、出力面上のλ３用反射膜１２７と、励起光入力面上のλ１用反射膜１２５が除去されている。また、領域３においては、λ３用反射膜１２７が最外層となる（対をなす）ように、励起光入力面上のλ１用反射膜１２５及びλ２用反射膜１２６が除去されている。
本実施形態において、各反射膜１２５〜１２７を構成する各層（Ａｌ２Ｏ３層、ＴｉＯ２層）の膜厚は、対応するピーク波長λ１，λ２，λ３を屈折率の４倍で除した値としている。また、対応するピーク波長λ１，λ２，λ３の光に対する各反射膜１２５〜１２７の反射率を、出力側の第２の反射層１２３の方が励起光入力側の第２の反射層１２２よりも小さくなるように設定されている。従って、各領域１〜３において、対応するピーク波長λ１，λ２，λ３で共振し、対応するピーク波長λ１，λ２，λ３を持つ光が第２の反射層１２３側からレーザ発振される。
しかしながら、各反射膜１２５〜１２７において高反射を示す反射帯域（例えば反射率５０％における波長幅）が広く、反射帯域の一部が隣接するピーク波長（すなわち反射帯域の中心波長）を含む場合には、対応するピーク波長とともに、隣接するピーク波長の光も一部共振させることとなる。すなわち、十分な波長選択性を持たせることができない。そこで、本実施形態においては、図１０に示すように、隣り合うピーク波長λ１，λ２（λ２，λ３）に対応する反射膜１２５，１２６（１２６，１２７）において、それぞれ高反射を示す反射帯域Δ１，Δ２（Δ２，Δ３）が、λ１＋Δ１／２＜λ２（λ２＋Δ２／２＜λ３）、λ２−Δ２／２＞λ１（λ３−Δ３／２＞λ２）、を満たすように設定している。従って、各領域１〜３において、対応するピーク波長λ１，λ２，λ３で選択的に共振し、レーザ発振することができる。
尚、反射帯域は、例えば図１１に示すように、反射膜１２５〜１２７の屈折率（構成材料）によって調整することが可能である。すなわち、各反射膜１２５〜１２７を構成する材料を適宜選択すれば良い。本実施形態においては、Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２多層反射膜とすることで、上述の関係を満たすようにしている（例えばλ１：９４６ｎｍ、λ２：１０６４ｎｍとして、反射帯域Δ１，Δ２が２３６ｎｍ以下となるように、屈折率差０．５７以下としている）。すなわち、ピーク波長λ１，λ２，λ３で選択的に共振する共振器が発光ユニット１２０の同一平面内に構成されている。
このように本実施形態に係るレーザ装置１００によれば、固体レーザ媒質層１２１として、単一波長の励起光を受けて、異なる複数のピーク波長を生成するものを採用し、第２の反射層１２２，１２３の構成を各領域１〜３ごとに異なるものとすることで、各領域１〜３ごとに、対応するピーク波長λ１，λ２，λ３で選択的に共振してレーザ発振する構成としている。従って、面発光レーザ１１０から出力される単一波長の光を励起光とし、波長の異なる複数の光を同時に出力可能である。
また、異なるピーク波長λ１，λ２，λ３で選択的に共振する共振器が発光ユニット１２０の同一平面内に構成されている。従って、波長の異なる複数の光を同時に出力可能な構成でありながら、装置１００の体格を小型化することができる。
また、本実施形態においても、面発光レーザ１１０により、励起光の縦モード制御を実施しているので、固体レーザ媒質層１２１に添加されている希土類イオン或いは遷移金属イオンのエネルギー準位間を直接励起することができる。さらには、面発光レーザ１１０の出力面と発光ユニット１２０の励起光入力面との間に、発光素子１１２に対応してマイクロレンズ１３２をアレイ化してなるレンズ部材１３０が配置されている。従って、出力光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を高出力化することができる。
また、本実施形態に係るレーザ装置１００は、第１実施形態同様、発光ユニット１２０として非線形結晶からなる波長変換層１２４を含んでいる。具体的には、ＫＴＰからなり、図８に示すように、固体レーザ媒質層１２１と出力側の第２の反射膜１２３との間に積層配置されている。従って、Ｎｄイオンから生じ、第２の反射層１２２，１２３によって選択的に共振されてレーザ発振される、近赤外域の９００〜９５０ｎｍ、１０４０〜１０６５ｎｍ、１３００〜１３５０ｎｍの範囲内のピーク波長λ１，λ２，λ３をもつ光を、可視光である４５０〜４７５ｎｍ、５２０〜５３３ｎｍ、６５０〜６７５ｎｍの範囲内の波長をもつ光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に変換することができる。すなわち、１つの装置１００の同一面内から、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色を有する複数の光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を同時に出力することができる。従って、ＲＧＢ用光源として好適である。
尚、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色を有する複数の光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を出力する領域１〜３の配置は特に限定されるものではない。規則性をもたせても良いし、ランダムでも良い。例えば、図１２に示すように、異なる波長のＬ１，Ｌ２，Ｌ３を出力する領域１〜３を、互いに隣接する（言い換えれば各領域１〜３を１つずつで１グループを形成する）ように設けても良い。また、図１３に示すように、各領域１〜３を、それぞれ複数の発光素子１１２からの励起光を受けるように構成しても良い。この場合、各レーザ光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の出力を図１２に示す構成よりも高めることができる。尚、各領域１〜３から出力される光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３のレーザ特性及び視感度に応じて、領域１〜３ごとに、対応する発光素子１１２の個数、出射口径（直径）、素子間の間隔等を適宜設定することも可能である。図１２及び図１３は、領域１〜３の設定例を示す模式図である。図１２においては、見栄え上、各レーザ光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３が１本のみ出力させているが、残りの領域１〜３からも同様に対応する各レーザ光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を出力できることは言うまでもない。
また、本実施形態においては、第２の反射層１２２，１２３を構成する各反射膜１２５〜１２７の厚さ（各反射膜１２５〜１２７を構成するＡｌ２Ｏ３層とＴｉＯ２層の膜厚）によって、各ピーク波長λ１，λ２，λ３で選択的に共振する領域１〜３を構成する例を示した。しかしながら、第２の反射層１２２，１２３の構成材料（屈折率）や、積層数（周期）を変えることで、各領域１〜３を構成しても良い。
また、本実施形態においては、各領域１〜３に、各反射膜１２５〜１２７を一括して積層し、各領域１〜３に必要な反射膜の対のみが形成されるように不要な反射膜を除去することで、第２の反射層１２２，１２３が構成されている例を示した。このように構成すると、製造工程を簡素化することができる。しかしながら、フォトリソグラフィーによって、各領域１〜３に選択的にλ１用反射膜１２５、λ２用反射膜１２６、λ３用反射膜１２７のみをそれぞれ形成することにより、第２の反射層１２２，１２３を構成しても良い。この場合、第２の反射層１２２，１２３を本実施形態の示す例よりも平坦とすることができる。
また、本実施形態においては、発光ユニット１２０が波長変換層１２４を含む例を示した。しかしながら、波長変換層１２４を含まない構成としても良い。
また、本実施形態においては、第２の反射膜１２２，１２３の構成が、各領域１〜３で異なる例を示した。しかしながら、領域数は３つに限定されるものではない。例えば、第２の反射層１２２，１２３を、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色を有する複数の光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３のうち、２色のみ出力するように構成しても良い。また、第２の反射膜１２２，１２３の構成を各領域で同一としても良い。このように、第２の反射層１２２，１２３を、１つのピーク波長で共振する構成とすることで、発光素子１１２をアレイ化してなる面発光レーザ１１０を備える構成において、単一波長を有する光（レーザ光）を高出力化することができる。
また、本実施形態においては、各発光素子１１２がそれぞれ独立して駆動制御可能（ｐ型電極１１７が素子ごとに絶縁分離されている）に構成されている例を示した。従って、発光制御手段（図示せず）により、発光素子１１２の発光タイミング（オンオフ、発光時間）を制御することで、対応する領域１〜３から出力される光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の輝度を個別に調整することができる。
また、上述した図１３のように、各領域１〜３を、それぞれ複数の発光素子１１２からの励起光を受けるように構成した場合には、各領域１〜３における、発光素子１１２の発光数（すなわち、各発光素子１１２の発光オンオフ）を制御することにより、各色の輝度を調整することができる。また、各色を合成する場合には、合成光の輝度及び色調を調整することができる。尚、発光時間を制御することによっても、同様の効果を期待することができる。発光数と発光時間をともに制御する構成としても良い。図１３に示す構成においては、１つの領域１〜３に対応する複数の発光素子１１２を、電気的に並列接続した構成としても良い。これにより発光素子１１２の発光タイミング（オンオフ、発光時間）を制御する制御系を簡素にすることができる。
尚、発光制御手段による制御方法は特に限定されるものではない。例えば物理量を測定するセンサ（例えば装置１００から出力された光を検出するセンサ）からの信号に基づいて、所望の輝度、色調が保たれるように、発光制御手段が発光素子１１２の発光タイミングを制御する構成としても良い。また、予め記憶されたプログラムに沿って発光素子１１２の発光タイミングが制御されても良い。
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態を、図１４に基づいて説明する。図１４は、本発明の第６実施形態に係るレーザ装置１００の概略構成を示す断面図である。
第６実施形態に係るレーザ装置１００は、第２，第５実施形態に示したレーザ装置１００と共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。
図１４に示すように、本実施形態に係るレーザ装置１００は、第５実施形態に示したアレイ構造に対し、第２実施形態に示したレンズ部材１３０の配置構造を組み合わせてなる点を特徴とする。
このように本実施形態に係るレーザ装置１００においても、第５実施形態同様、面発光レーザ１１０から出力される単一波長の光を励起光とし、波長の異なる複数の光を同時に出力可能である。
また、本実施形態においても、異なるピーク波長λ１，λ２，λ３で選択的に共振する共振器が発光ユニット１２０の同一平面内に構成されているので、波長の異なる複数の光を同時に出力可能な構成でありながら、装置１００の体格を小型化することができる。
また、本実施形態においても、面発光レーザ１１０により、励起光の縦モード制御を実施しているので、固体レーザ媒質層１２１に添加されている希土類イオン或いは遷移金属イオンのエネルギー準位間を直接励起することができる。従って、エネルギー変換効率が高く、高出力化することができる。
また、本実施形態においても、発光ユニット１２０として非線形結晶からなる波長変換層１２４を含んでいる。従って、可視光である４５０〜４７５ｎｍ、５２０〜５３３ｎｍ、６５０〜６７５ｎｍの範囲内の波長をもつ光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に変換することができる。すなわち、１つの装置１００の同一面内から、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色を有する複数の光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を同時に出力することができる。従って、ＲＧＢ用光源として好適である。
また、本実施形態においては、発光ユニット１２０の出力面上に、発光素子１１２に対応してマイクロレンズ１３２をアレイ化してなるレンズ部材１３０が配置されている。従って、出力光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３のビーム形状をマイクロレンズ１３２によって制御することができる。尚、本実施形態において、マイクロレンズ１３２はイオン拡散法により全て同一の屈折率分布を有する構成となっている。しかしながら、複数のマイクロレンズ１３２のうち、少なくとも一部の屈折率分布を他と異なるものとしても良い。
尚、本実施形態に係る構成と第５実施形態に係る構成を組み合わせた構成（レンズ部材１３０を発光ユニット１２０の励起光入力面及び出力面上にそれぞれ配置）としても良い。この場合、高出力化と出力光のビーム形状制御をともに実現することができる。
また、本実施形態においては、図１４に示すように、レンズ部材１３０として、平板型のマイクロレンズ１３２を採用している。しかしながら、レンズ部材１３０の出力面上に積層配置されるものがない場合には、上述した凸型のマイクロレンズ１３２（図４参照）を採用することもできる。
（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態を、図１５に基づいて説明する。図１５は、本発明の第７実施形態に係るレーザ装置１００の概略構成を示す断面図である。
第７実施形態に係るレーザ装置１００は、第３，第５実施形態に示したレーザ装置１００と共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。
図１５に示すように、本実施形態に係るレーザ装置１００は、第５実施形態に示したアレイ構造に対し、第３実施形態に示したレンズ部材１３０の配置構造を組み合わせてなる点を特徴とする。尚、本実施形態においては、第３実施形態同様、半導体基板１１１に、各発光素子１１２に対応して溝部１１１ａが形成されている。
このように本実施形態に係るレーザ装置１００においても、面発光レーザ１１０から出力される単一波長の光を励起光とし、波長の異なる複数の光を同時に出力可能である。
また、本実施形態においても、異なるピーク波長λ１，λ２，λ３で選択的に共振する共振器が発光ユニット１２０の同一平面内に構成されている。従って、波長の異なる複数の光を同時に出力可能な構成でありながら、装置１００の体格を小型化することができる。
また、本実施形態においても、面発光レーザ１１０により、励起光の縦モード制御を実施しているので、固体レーザ媒質層１２１に添加されている希土類イオン或いは遷移金属イオンのエネルギー準位間を直接励起することができる。さらには、面発光レーザ１１０の出力面と発光ユニット１２０の励起光入力面との間に、発光素子１１２に対応してマイクロレンズ１３２をアレイ化してなるレンズ部材１３０が配置されている。従って、出力光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を高出力化することができる。
また、本実施形態においても、発光ユニット１２０として非線形結晶からなる波長変換層１２４を含んでいる。従って、可視光である４５０〜４７５ｎｍ、５２０〜５３３ｎｍ、６５０〜６７５ｎｍの範囲内の波長をもつ光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に変換することができる。すなわち、１つの装置１００の同一面内から、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色を有する複数の光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を同時に出力することができる。従って、ＲＧＢ用光源として好適である。
また、本実施形態においては、面発光レーザ１１０の発光素子形成面側に、発光ユニット１２０及びレンズ部材１３０が積層配置されておらず、活性層１１４から放熱しやすい構成となっている。従って、より高出力化することができる。尚、ヒートシンク等の放熱部材を面発光レーザ１１０の発光素子形成面上に積層配置することで、放熱性をより向上させても良い。
尚、本実施形態においては、面発光レーザ１１０が半導体基板１１１を介して励起光を出力する構成において、半導体基板１１１に各発光素子１１２に対応して溝部１１１ａが形成された例を示した。このような構成とすると、半導体基板１１１に励起光の一部が吸収されて減衰するロスを、極力低減することができる。しかしながら、半導体基板１１１に溝部１１１ａが形成されていない構成としても良い。
また、本実施形態においては、レンズ部材１３０が、面発光レーザ１１０と発光ユニット１２０との間に積層配置される例を示した。しかしながら、図１６に示すように、発光ユニット１２０の出力面上にレンズ部材１３０を積層配置した構成を採用することもできる。この場合、第６実施形態同様、発光ユニット１２０の出力面上にレンズ部材１３０を配置しているので、装置１００から出力される光のビーム形状を制御することができる。図１６は、本実施形態の変形例を示す断面図である。尚、図１６において、平板型のマイクロレンズ１３２を示したが、凸型のマイクロレンズ１３２を採用することもできる。
また、本実施形態に係る構成と図１６に示す構成を組み合わせた構成（レンズ部材１３０を発光ユニット１２０の励起光入力面及び出力面上にそれぞれ配置）としても良い。この場合、高出力化と出力光のビーム形状制御をともに実現することができる。
（第８実施形態）
次に、本発明の第８実施形態を、図１７に基づいて説明する。図１７は、本発明の第８実施形態に係るレーザ装置１００の概略構成を示す断面図である。
第８実施形態に係るレーザ装置１００は、第４，第５実施形態に示したレーザ装置１００と共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。
図１７に示すように、本実施形態に係るレーザ装置１００は、第５実施形態に示したアレイ構造に対し、第４実施形態に示したレンズ部材１３０の配置構造を組み合わせてなる点を特徴とする。尚、本実施形態においては、第４実施形態同様、レンズ部材１３０が凸型のマイクロレンズ１３２により構成されている。
このように本実施形態に係るレーザ装置１００によれば、溝部１１１ａによって半導体基板１１１と発光ユニット１２０との間に構成される空間にレンズ部材１３０が収容されているので、第７実施形態に示すレーザ装置１００の作用効果に加えて、装置１００の体格をより小型化することができる。
また、半導体基板１１１の裏面上にレンズ部材１３０を積層配置する場合であっても、発光素子１１１（活性層１１４）とマイクロレンズ１３２との距離を近くすることができるので、コリメート乃至集光の効率を向上することができる。従って、より高出力化することができる。
また、面発光レーザ１１０と発光ユニット１２０との間にレンズ部材１３０を配置する構成でありながら、溝部１１１ａ内にレンズ部材１３０が収容される構成であるので、凸型のマイクロレンズ１３２を採用することが可能である。従って、製造コストを低減することができる。本実施例では凸型のマイクロレンズ１３２を用いたが、製造コスト上の問題がなければ平板型のマイクロレンズ１３２を採用することができる。
尚、本実施形態に係る構成と第６実施形態に係る構成を組み合わせた構成（レンズ部材１３０を発光ユニット１２０の励起光入力面及び出力面上にそれぞれ配置）としても良い。この場合、高出力化と出力光のビーム形状制御をともに実現することができる。
（第９実施形態）
次に、本発明の第９実施形態を、図１８に基づいて説明する。図１８は、本発明の第９実施形態に係るレーザ装置１００の概略構成を示す断面図である。
第９実施形態に係るレーザ装置１００は、第５〜第８実施形態に示したレーザ装置１００と共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。
図１８に示すように、本実施形態に係るレーザ装置１００は、発光ユニット１２０の出力面上に配置され、発光ユニット１２０から出力される各発光素子１１２に対応するレーザ光を、複数まとめて合成光を生成する合成部材１４０を含む点を特徴とする。
合成部材１４０は、合成光を生成できるものであれば特に限定されるものではない。本実施形態においては、集光レンズを採用している。尚、図１８においては、第５実施形態で示した図１２の構成において、領域１〜３を１つずつ含むように合成部材１４０が配置されている。すなわち、各レーザ光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を１本ずつ含んで合成光Ｌｇを生成するように構成されている。従って、各レーザ光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３が第５実施形態に示したようにＲ，Ｇ，Ｂ色それぞれに対応している場合には、各レーザ光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の強度を変化させることで、フルカラーの合成ビームを得ることが可能である。
また、先の実施形態にて示したように、発光ユニット１２０の出力面上にレンズ部材１３０を配置し、各レーザ光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３をコリメートして平行光とした状態で、合成部材１４０にて合成する構成とすると良い。この場合、効率よく合成光を生成することができる。
尚、本実施形態においては、合成部材１４０として集光レンズを採用する例を示した。しかしながら、集光レンズに限定されるものではない。
また、本実施形態においては、領域１〜３を１つずつ含むように合成部材１４０が配置される例を示した。しかしながら、図１９に示すように、領域１〜３をそれぞれ複数含むように合成部材１４０が配置された構成を採用することができる。すなわち、合成光Ｌｇが、各レーザ光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を複数本ずつ含んで構成されても良い。この場合、図１８に示す構成よりも合成光Ｌｇの出力を高めることができる。
また、領域１〜３のうち、２つのみを含むように合成部材１４０が配置された構成を採用することもできる。この場合も、合成光Ｌｇは異なる波長の光が合成されたものとなり、例えば所定色を有する高出力の合成ビームを得ることができる。
また、図２０に示すように、各領域１〜３ごとに、合成部材１４０が配置された構成を採用することができる。この場合、合成光Ｌｇ１〜Ｌｇ３はそれぞれ単一波長のレーザ光となり、高出力のレーザ光を得ることができる。尚、合成部材１４０が、例えば図２０に示す合成光Ｌｇ１〜Ｌｇ３のように、複数の異なる合成光を生成する場合には、レンズ部材１３０のように一体的に構成することで、一括して位置決めが可能となり、装置１００の体格をより小型化することができる。
尚、異なる波長の光が合成されて合成光Ｌｇとなるの場合、各領域１〜３における、発光素子１１２の発光数（すなわち、各発光素子１１２の発光オンオフ）を制御することにより、合成光の輝度及び色調を調整することができる。また、同一波長の光が合成されて合成光Ｌｇとなる場合、発光素子１１２の発光数を制御することにより、レーザ特性（発光強度）を調整することができる。例えば、合成光Ｌｇが可視光の場合、視感度に応じて調整することができる。尚、発光時間を制御することによっても、同様の効果を期待することができる。発光数と発光時間をともに制御する構成としても良い。
また、図２０に示す構成においては、１つの領域１〜３に対応する複数の発光素子１１２を、電気的に並列接続した構成としても良い。これにより発光素子１１２の発光タイミング（オンオフ、発光時間）を制御する制御系を簡素にすることができる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
本発明の第１実施形態に係るレーザ装置の概略構成を示す断面図である。 固体レーザ媒質層における励起と遷移を示す模式図である。 第２実施形態に係るレーザ装置の概略構成を示す断面図である。 変形例を示す断面図である。 第３実施形態に係るレーザ装置の概略構成を示す拡大断面図である。 変形例を示す断面図である。 第４実施形態に係るレーザ装置の概略構成を示す拡大断面図である。 第５実施形態に係るレーザ装置の概略構成を示す拡大断面図である。 第２の反射層の構成を示す拡大断面図である 中心波長と反射帯域を説明するための、Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２多層反射膜の反射特性を示す図である。 屈折率差と反射帯域との関係を示す図である。 領域１〜３の設定例を示す模式図である。 領域１〜３の設定例を示す模式図である。 第６実施形態に係るレーザ装置の概略構成を示す拡大断面図である。 第７実施形態に係るレーザ装置の概略構成を示す拡大断面図である。 変形例を示す拡大断面図である。 第８実施形態に係るレーザ装置の概略構成を示す拡大断面図である。 第９実施形態に係るレーザ装置の概略構成を示す模式図である。 変形例を示す模式図である。 変形例を示す模式図である。
符号の説明
１００・・・レーザ装置
１１０・・・面発光レーザ
１１１・・・半導体基板
１１１ａ・・・溝部
１１２・・・発光素子
１１３・・・第１の反射層
１１４・・・活性層
１１５・・・第１の反射層
１２０・・・発光ユニット
１２１・・・固体レーザ媒質層
１２２，１２３・・・第２の反射層
１２４・・・波長変換層
１３０・・・レンズ部材
１３２・・・マイクロレンズ
１４０・・・合成部材

Claims (31)

  1. 第１の反射層間に活性層を含む半導体層を配置してなり、励起光を生成する発光素子を半導体基板上に形成してなる面発光レーザと、
    前記励起光を受けて、前記励起光とは異なるピーク波長の光を出力する固体レーザ媒質層を、前記ピーク波長の共振器を構成する第２の反射層間に配置してなる発光ユニットと、
    入力光をコリメート乃至集光するマイクロレンズを含むレンズ部材とを備え、
    前記レンズ部材が、前記面発光レーザの出力面と前記発光ユニットの励起光入力面との間、及び、前記発光ユニットの出力面上の少なくとも一方に配置されるように、前記面発光レーザ、前記発光ユニット、及び前記レンズ部材を一体的に積層してなることを特徴とするレーザ装置。
  2. 前記面発光レーザは、前記第１の反射層の構成により、前記半導体基板に対する前記発光素子の形成面側に出力するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
  3. 前記面発光レーザは、前記第１の反射層の構成により、前記半導体基板に対する前記発光素子の形成面の裏面側に出力するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
  4. 前記レンズ部材は、前記面発光レーザの出力面と前記発光ユニットの励起光入力面との間に配置され、
    前記マイクロレンズは、平板型マイクロレンズであることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のレーザ装置。
  5. 前記半導体基板は、前記発光素子の形成位置に対応して、前記裏面側に開口する溝部を有することを特徴とする請求項３に記載のレーザ装置。
  6. 前記レンズ部材は、前記溝部の底面上に積層配置されていることを特徴とする請求項５に記載のレーザ装置。
  7. 前記マイクロレンズは、平板型または凸型のマイクロレンズであることを特徴とする請求項６に記載のレーザ装置。
  8. 前記レンズ部材は、前記発光ユニットの出力面上に配置され、
    前記マイクロレンズは、平板型または凸型のマイクロレンズであることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のレーザ装置。
  9. 平面方向において、前記マイクロレンズの直径を、前記発光素子の直径と同じかそれ以上としたことを特徴とする請求項１〜８いずれか１項に記載のレーザ装置。
  10. 前記発光ユニットは、前記固体レーザ媒質層の出力面上に配置され、前記ピーク波長の光を波長変換する波長変換層を含むことを特徴とする請求項１〜９いずれか１項に記載のレーザ装置。
  11. 前記波長変換層は、前記ピーク波長の第２高調波を生じる非線形結晶からなることを特徴とする請求項１０に記載のレーザ装置。
  12. 前記面発光レーザは、１つの前記発光素子を含み、
    前記レンズ部材は、前記発光素子に対応する１つの前記マイクロレンズを含むことを特徴とする請求項１〜１１いずれか１項に記載のレーザ装置。
  13. 前記第２の反射層は、１つの前記ピーク波長を共振させることを特徴とする請求項１２に記載のレーザ装置。
  14. 前記面発光レーザは、同一の前記半導体基板上に複数の前記発光素子をアレイ化してなり、
    前記レンズ部材は、前記発光素子に対応して前記マイクロレンズをアレイ化してなることを特徴とする請求項１〜１１いずれか１項に記載のレーザ装置。
  15. 前記発光素子は、前記半導体基板に対して２次元配置されていることを特徴とする請求項１４に記載のレーザ装置。
  16. 平面方向において、前記発光素子を互いに等間隔となるように配置したことを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載のレーザ装置。
  17. 前記第２の反射層は、１つの前記ピーク波長を共振させることを特徴とする請求項１４〜１６いずれか１項に記載のレーザ装置。
  18. 前記発光ユニットの出力面上に配置され、前記発光ユニットから出力される前記各発光素子に対応する光を、複数まとめて合成光を生成する合成部材を備えることを特徴とする請求項１７に記載のレーザ装置。
  19. 前記合成部材は、集光レンズであることを特徴とする請求項１８に記載のレーザ装置。
  20. 前記固体レーザ媒質層は、前記励起光を受けて、互いに異なる複数の前記ピーク波長の光を生成し、
    前記発光ユニットは、前記第２の反射層の構成によって複数の領域に分けられ、前記領域ごとに異なる前記ピーク波長の光が共振されることを特徴とする請求項１４〜１６いずれか1項に記載のレーザ装置。
  21. 前記第２の反射層は、
    前記固体レーザ媒質層の出力側において、それぞれの前記ピーク波長で高反射となる反射膜を固体レーザ媒質層側から任意の順で積層し、
    前記固体レーザ媒質層の励起光入力側において、前記出力側とは逆の順で固体レーザ媒質層側から前記反射膜を積層し、
    積層後、前記各領域において、対応する前記ピーク波長で高反射となる反射膜を最外層としてなることを特徴とする請求項２０に記載のレーザ装置。
  22. 前記各反射膜は、屈折率の異なる２種類の層を交互に積層してなり、
    前記各層の膜厚は、対応する前記ピーク波長を屈折率の４倍で除した厚さであることを特徴とする請求項２１に記載のレーザ装置。
  23. 前記各ピーク波長に対応する前記反射膜は、隣り合う前記ピーク波長λ１、λ２に対応する前記反射膜において、それぞれ高反射を示す反射帯域Δ１、Δ２が、
    λ１＋Δ１／２＜λ２、
    λ２−Δ２／２＞λ１、
    を満たすように設定されていることを特徴とする請求項２１又は請求項２２に記載のレーザ装置。
  24. 前記発光ユニットの出力面上に配置され、前記発光ユニットから出力される前記各発光素子に対応する光を、複数まとめて合成光を生成する合成部材を備えることを特徴とする請求項２０〜２３いずれか１項に記載のレーザ装置。
  25. 前記合成部材は、集光レンズであることを特徴とする請求項２４に記載のレーザ装置。
  26. 前記合成部材は、複数の前記ピーク波長のうち、１つに基づく光を含んだ前記合成光を生成することを特徴とする請求項２４又は請求項２５に記載のレーザ装置。
  27. 前記合成部材は、複数の前記ピーク波長のうち、少なくとも２つに基づく光を含んだ前記合成光を生成することを特徴とする請求項２４又は請求項２５に記載のレーザ装置。
  28. 前記各領域は、それぞれ複数の前記発光素子からの励起光を受けるように構成されており、
    前記合成部材は、前記領域ごとに前記合成光を生成することを特徴とする請求項２４〜２６いずれか１項に記載のレーザ装置。
  29. １つの前記領域に対応する複数の前記発光素子は、電気的に並列接続されていることを特徴とする請求項２８に記載のレーザ装置。
  30. 前記各領域に対応する複数の前記発光素子ごとに、電気的に独立して制御可能に構成されていることを特徴とする請求項２９に記載のレーザ装置。
  31. 複数の前記発光素子は、それぞれ電気的に独立して制御可能に構成されていることを特徴とする請求項１４〜２８いずれか１項に記載のレーザ装置。
JP2005366898A 2005-12-20 2005-12-20 レーザ装置 Pending JP2007173393A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005366898A JP2007173393A (ja) 2005-12-20 2005-12-20 レーザ装置
US11/641,111 US20070217473A1 (en) 2005-12-20 2006-12-19 Laser equipment

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005366898A JP2007173393A (ja) 2005-12-20 2005-12-20 レーザ装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007173393A true JP2007173393A (ja) 2007-07-05

Family

ID=38299571

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005366898A Pending JP2007173393A (ja) 2005-12-20 2005-12-20 レーザ装置

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20070217473A1 (ja)
JP (1) JP2007173393A (ja)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011142252A (ja) * 2010-01-08 2011-07-21 Fuji Xerox Co Ltd 面発光型半導体レーザ、面発光型半導体レーザ装置、光伝送装置および情報処理装置
JP2014517520A (ja) * 2011-05-16 2014-07-17 バーレイス テクノロジーズ エルエルシー 改良された共振器光電子工学装置及びその製作方法
JP2015079842A (ja) * 2013-10-16 2015-04-23 学校法人 名城大学 発光素子
JP2016174137A (ja) * 2015-03-16 2016-09-29 株式会社リコー 面発光レーザ、面発光レーザアレイ、レーザ装置、点火装置及び内燃機関
US9935420B2 (en) 2014-09-30 2018-04-03 Ricoh Company, Ltd. Laser device, ignition system, and internal combustion engine
WO2020166420A1 (ja) * 2019-02-13 2020-08-20 ソニー株式会社 レーザ加工機、加工方法及びレーザ光源
WO2021106757A1 (ja) * 2019-11-28 2021-06-03 ソニー株式会社 レーザ素子、レーザ素子の製造方法、レーザ装置およびレーザ増幅素子
JP2022088580A (ja) * 2017-09-26 2022-06-14 オスラム オーエルイーディー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 放射放出半導体デバイス
WO2022249733A1 (ja) 2021-05-26 2022-12-01 ソニーグループ株式会社 レーザ素子及び電子機器
JP7418328B2 (ja) 2017-08-11 2024-01-19 オプティパルス・インコーポレイテッド ハイパワーのレーザグリッド構造

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008218568A (ja) * 2007-03-01 2008-09-18 Denso Corp レーザ装置
CN101904062A (zh) * 2007-12-19 2010-12-01 皇家飞利浦电子股份有限公司 Vecsel泵浦固态激光器
JP4636187B2 (ja) * 2008-04-22 2011-02-23 株式会社デンソー 力学量センサの製造方法および力学量センサ
US10630053B2 (en) 2015-07-30 2020-04-21 Optipulse Inc. High power laser grid structure
US10153615B2 (en) 2015-07-30 2018-12-11 Optipulse, Inc. Rigid high power and high speed lasing grid structures
US10971890B2 (en) * 2016-12-05 2021-04-06 Goertek, Inc. Micro laser diode transfer method and manufacturing method
WO2018102955A1 (en) * 2016-12-05 2018-06-14 Goertek.Inc Micro laser diode display device and electronics apparatus
JP7077320B2 (ja) 2016-12-09 2022-05-30 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド コリメートされたｌｅｄの光照射野ディスプレイ
US10490599B2 (en) 2017-07-13 2019-11-26 Applied Materials, Inc. Collimated, directional micro-LED light field display
JP7258884B2 (ja) 2017-08-11 2023-04-17 オプティパルス・インコーポレイテッド 無線高速データ転送のためのレーザグリッド構造
US10374705B2 (en) 2017-09-06 2019-08-06 Optipulse Inc. Method and apparatus for alignment of a line-of-sight communications link
CN111869022B (zh) * 2018-03-19 2024-03-15 株式会社理光 表面发射激光器阵列，检测设备和激光器设备
KR20200141764A (ko) * 2019-06-11 2020-12-21 엘지디스플레이 주식회사 전자장치

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2751796B1 (fr) * 1996-07-26 1998-08-28 Commissariat Energie Atomique Microlaser soilde, a pompage optique par laser semi-conducteur a cavite verticale
US5796771A (en) * 1996-08-19 1998-08-18 The Regents Of The University Of California Miniature self-pumped monolithically integrated solid state laser
US6693941B1 (en) * 1999-09-10 2004-02-17 Fuji Photo Film Co., Ltd. Semiconductor laser apparatus
US6879618B2 (en) * 2001-04-11 2005-04-12 Eastman Kodak Company Incoherent light-emitting device apparatus for driving vertical laser cavity
US6939012B2 (en) * 2003-06-02 2005-09-06 Eastman Kodak Company Laser image projector

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011142252A (ja) * 2010-01-08 2011-07-21 Fuji Xerox Co Ltd 面発光型半導体レーザ、面発光型半導体レーザ装置、光伝送装置および情報処理装置
JP2014517520A (ja) * 2011-05-16 2014-07-17 バーレイス テクノロジーズ エルエルシー 改良された共振器光電子工学装置及びその製作方法
US9354366B2 (en) 2011-05-16 2016-05-31 VerLASE TECHNOLOGIES LLC Resonator-enhanced optoelectronic devices and methods of making same
JP2015079842A (ja) * 2013-10-16 2015-04-23 学校法人 名城大学 発光素子
US9935420B2 (en) 2014-09-30 2018-04-03 Ricoh Company, Ltd. Laser device, ignition system, and internal combustion engine
JP2016174137A (ja) * 2015-03-16 2016-09-29 株式会社リコー 面発光レーザ、面発光レーザアレイ、レーザ装置、点火装置及び内燃機関
JP7418328B2 (ja) 2017-08-11 2024-01-19 オプティパルス・インコーポレイテッド ハイパワーのレーザグリッド構造
JP2022088580A (ja) * 2017-09-26 2022-06-14 オスラム オーエルイーディー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 放射放出半導体デバイス
JP7318048B2 (ja) 2017-09-26 2023-07-31 オスラム オーエルイーディー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 放射放出半導体デバイス
US11848406B2 (en) 2017-09-26 2023-12-19 Osram Oled Gmbh Radiation-emitting semiconductor component and method for producing radiation-emitting semiconductor component
JPWO2020166420A1 (ja) * 2019-02-13 2021-12-09 ソニーグループ株式会社 レーザ加工機、加工方法及びレーザ光源
JP7380602B2 (ja) 2019-02-13 2023-11-15 ソニーグループ株式会社 レーザ加工機及びレーザ加工方法
WO2020166420A1 (ja) * 2019-02-13 2020-08-20 ソニー株式会社 レーザ加工機、加工方法及びレーザ光源
WO2021106757A1 (ja) * 2019-11-28 2021-06-03 ソニー株式会社 レーザ素子、レーザ素子の製造方法、レーザ装置およびレーザ増幅素子
WO2022249733A1 (ja) 2021-05-26 2022-12-01 ソニーグループ株式会社 レーザ素子及び電子機器

Also Published As

Publication number Publication date
US20070217473A1 (en) 2007-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2007173393A (ja) レーザ装置
TWI446012B (zh) 具降低斑點之寬頻雷射燈
US7813402B2 (en) Surface emitting laser and method of manufacturing the same
US7843987B2 (en) Laser equipment
US7573920B2 (en) Vertical external cavity surface emitting laser
JP2007158347A (ja) 半導体素子およびレーザデバイス
KR101228108B1 (ko) 펌프 빔 반사층을 갖는 외부 공진기형 면발광 레이저
JP2008218568A (ja) レーザ装置
KR101100432B1 (ko) 고효율 2차 조화파 생성 수직 외부 공진기형 면발광 레이저시스템
KR101015499B1 (ko) 복수의 파장을 발생시키는 반도체 레이저 소자 및 상기반도체 레이저 소자용 레이저 펌핑부
JP2007305984A (ja) レーザ素子
JP2007142394A (ja) ポンプビームの再活用の可能な外部共振器型面発光レーザ
JP2000174346A (ja) 発光装置
JPH08340149A (ja) 改善されたポンピング効率を有する面発光型レーザ
JP2001085793A (ja) 半導体レーザ装置
KR20050120483A (ko) 고효율 면발광 반도체 레이저 소자, 상기 레이저 소자용레이저 펌핑부, 그리고 그 제조 방법
JP2006173562A (ja) アンチモン系材料を用いた光通信波長用面発光レーザ素子及びその画像生成装置並びに情報中継装置
JP6159642B2 (ja) 発光素子
JP4808442B2 (ja) 複数の波長を発生させる半導体レーザ装置
JP2005197650A (ja) 発光素子
JP2001237488A (ja) 半導体レーザ装置
JP2006302955A (ja) 面発光半導体レーザ
KR100714610B1 (ko) 고출력 파장변환 반도체 레이저
JPH11340575A (ja) 超格子半導体発光素子
KR20070066119A (ko) 수직 외부 공동 면발광 레이저

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080205

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20081104

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20090303