JP2007173394A - 多波長レーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】波長の異なる複数の光を効率よく出力することができ、且つ、体格の小型化が可能な多波長レーザ装置を提供する。
【解決手段】面発光レーザアレイ１１０と、面発光レーザアレイ１１０から出力される励起光を受けて、励起光とは波長の異なる光を出力する波長変換部１２０とを含み、波長の異なる複数の光を出力する多波長レーザ装置１００であって、波長変換部１２０は、励起光を受けて複数の異なるピーク波長λ_１，λ_２，λ_３の光を出力する固体レーザ媒質層１２１を第２の反射層１２２，１２３間に配置してなる共振器を含み、面発光レーザアレイ１１０の励起光出力面上に配置されており、共振器は、第２の反射層１２２，１２３の構成によって複数の領域１〜３に分けられ、領域１〜３ごとに異なるピーク波長λ_１，λ_２，λ_３の光を共振させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、励起光生成部と、当該励起光生成部から出力される励起光を受けて、励起光とは波長の異なる光を出力する波長変換部とを含み、波長の異なる複数の光を出力する多波長レーザ装置に関するものである。

従来、光励起による多波長レーザ装置として、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ（光パラメトリック発振器）が用いられてきた。しかしながら、多波長を実現するためには、非線形結晶へのレーザ入射角度を機械的に調整する必要があるため、高速化や波長の再現性の点で問題があった。また、多段の光学系を必要とし、装置が大型化するという問題もあった。これに対し、例えば特許文献１，２が開示されている。

特許文献１に示される多波長レーザ装置は、レーザ母材に希土類イオンとしてＹｂとＮｄを添加し、イオン元素から出される波長の異なる複数の光を、多波長選択素子で選択的にレーザ発振させる構成としている。特許文献２に示される多波長レーザ装置は、波長ごとに異なる共振光学系を構成してなるものである。

また特許文献３には、励起光源である有機発光ダイオードから出力されたインコヒーレント光で垂直レーザ共振器を構成する有機活性層を励起し、反射ミラーにより共振させて、レーザ光を出力する構成が開示されている。尚、有機活性層はホスト及びドーパントの有機分子を含み、インコヒーレント光をホスト材料で吸収した後、フェルスター型エネルギー移動によりドーパントへ励起エネルギーを移動させることができる。すなわち、ドーパント固有の波長を有するレーザ光が出力される。
特開２００３−２４３７５４号公報 特開２００２−１５１７７４号公報 特開２００５−２０００２号公報

希土類の遷移確率は各元素で異なり、同元素内でもエネルギー準位によって異なる。また、共振器を構成する反射鏡の反射率は、波長依存性を有している。従って、特許文献１に示す構成において、波長の異なる複数の光の共振を同時に実施する場合、各波長の発光強度を同一にすることは困難である。例えば多波長レーザ装置を表示用のＲＧＢ光源とする場合には、色に偏りが生じることが考えられる。また、Ｙｂ、Ｎｄを励起するための光源が個別に必要であるため、装置を小型化するのが困難である。

特許文献２に示す構成の場合、上述のごとく、波長ごとに異なる共振光学系を必要とするので、装置を小型化するのが困難である。

また、特許文献３に示す構成において、波長の異なる複数の光の共振を同時に実施することを考えた場合、各波長に適したホスト材料とドーパント材料を選択する必要があり、励起光源も各波長ごとに必要となるので、装置を小型化するのが困難である。また、インコヒーレント光をホスト材料で吸収した後、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ため、レーザ光への変換効率が低いという問題がある。

本発明は上記問題点に鑑み、波長の異なる複数の光を効率よく出力することができ、且つ、体格の小型化が可能な多波長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に記載の発明は、励起光生成部と、当該励起光生成部から出力される励起光を受けて、励起光とは波長の異なる光を出力する波長変換部とを含み、波長の異なる複数の光を出力する多波長レーザ装置であって、励起光生成部は、第１の反射層間に活性層を含む半導体層を配置してなる面発光レーザ素子を、同一基板上に複数形成してなる面発光レーザアレイを含み、波長変換部は、励起光を受けて複数の異なるピーク波長の光を出力する固体レーザ媒質層を第２の反射層間に配置してなる共振器を含み、励起光生成部の励起光出力面上に配置されており、共振器は、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ことを特徴とする。

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の光を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光を同時に出力可能である。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を励起光生成部（励起光源）として１つの固体レーザ媒質層を一括励起するとともに、固体レーザ媒質層とともに共振器を構成する第２の反射層の構成によって、同一面内から波長の異なる複数の光を同時に出力可能としている。従って、装置の体格を小型化することができる。尚、波長変換部は、励起光生成部の励起光出力面上に接触配置（積層配置）されても良いし、離間して励起光出力面上に配置されても良い。接触配置とすると、より小型化することができる。

また、励起光生成部（励起光源）として面発光レーザアレイを採用しており、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、波長の異なる複数の光を効率よく出力することができる。

尚、第２の反射層の構成によって、波長の異なる複数の光を同時に出力可能としており、励起光生成部（励起光源）として面発光レーザアレイを採用している。従って、面発光レーザアレイ素子を個別に制御する構成とすれば、波長の異なる複数の光の発光強度をそれぞれ調整することも可能である。

第２の反射層としては、例えば請求項２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が最外層となるように、不用な反射膜を除去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、固体レーザ媒質層が間に配置された状態で共振器となる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３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、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４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λ_１、λ_２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、λ_１＋Δ１／２＜λ_２、λ_２−Δ２／２＞λ_１、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５に記載のように、固体レーザ媒質層として、母材としての結晶に希土類イオンとしてＮｄを添加してなるものを採用しても良い。Ｎｄを添加した場合、母材にもよるが、励起光を受けて近赤外域の複数のピーク波長（９００〜９５０ｎｍ、１０４０〜１０６５ｎｍ、１３００〜１３５０ｎｍ）をもつ光を出力することができる。

次に請求項６に記載の発明は、励起光生成部と、当該励起光生成部から出力される励起光を受けて、励起光とは波長の異なる光を出力する波長変換部とを含む多波長レーザ装置であって、励起光生成部は、第１の反射層間に活性層を含む半導体層を配置してなる面発光レーザ素子を、同一基板上に複数形成してなる面発光レーザアレイを含み、波長変換部は、固体レーザ媒質層を第２の反射層間に配置してなる共振器を含み、励起光生成部の励起光出力面上に配置されており、共振器は、第２の反射層の有無によって複数の領域に分けられていることを特徴とする。

このように本発明によれば、共振器において、第２の反射層有りの領域を、励起光を受けて固体レーザ媒質層から出力される励起光とは波長の異なる光を共振させる共振領域とし、第２の反射層無しの領域を、励起光の大部分が通過する通過領域としている。従って、波長の異なる複数の光を同時に出力可能である。

また、１つの面発光レーザアレイを励起光生成部（励起光源）として１つの固体レーザ媒質層を一括励起するとともに、第２の反射層の有無によって波長の異なる複数の光を同時に出力可能としている。従って、装置の体格を小型化することができる。尚、波長変換部は、励起光生成部の励起光出力面上に接触配置（積層配置）されても良いし、離間して配置されても良い。接触配置とすると、より小型化することができる。

また、励起光生成部（励起光源）として面発光レーザアレイを採用しており、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、効率よく波長の異なる複数の光を出力することができる。

尚、励起光生成部（励起光源）として面発光レーザアレイを採用している。従って、面発光レーザアレイ素子を個別に制御する構成とすれば、波長の異なる複数の光の発光強度をそれぞれ調整することも可能である。

また、請求項７に記載の発明は、励起光生成部と、当該励起光生成部から出力される励起光を受けて、励起光とは波長の異なる光を出力する波長変換部とを含む多波長レーザ装置であって、励起光生成部は、第１の反射層間に活性層を含む半導体層を配置してなる面発光レーザ素子を、同一基板上に複数形成してなる面発光レーザアレイを含み、波長変換部は、固体レーザ媒質層を第２の反射層間に配置してなる共振器を含み、励起光生成部の励起光出力面上の一部に配置されていることを特徴とする。

このように本発明によれば、波長変換部を励起光生成部の励起光出力面上の一部に配置している。すなわち、面発光レーザアレイから出力される励起光の一部が波長変換部を構成する固体レーザ媒質層に入力され、残りが固体レーザ媒質層に入力されることなく、そのまま出力される。従って、波長の異なる複数の光を同時に出力することができる。

また、１つの面発光レーザアレイを励起光生成部（励起光源）として１つの固体レーザ媒質層を一括励起するとともに、励起光生成部に対する波長変換部の配置によって波長の異なる複数の光を同時に出力可能としている。従って、装置の体格を小型化することができる。尚、波長変換部は、励起光生成部の励起光出力面上に接触配置（積層配置）されても良いし。離間して励起光出力面上に配置されても良い。接触配置とすると、より小型化することができる。

また、励起光生成部（励起光源）として面発光レーザアレイを採用しており、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、効率よく波長の異なる複数の光を出力することができる。

尚、励起光生成部（励起光源）として面発光レーザアレイを採用している。従って、面発光レーザアレイ素子を個別に制御する構成とすれば、波長の異なる複数の光の発光強度をそれぞれ調整することも可能である。

請求項６又は請求項７に記載の発明において、請求項８に記載のように、固体レーザ媒質層として、母材としての結晶に希土類イオンとしてＹｂを添加してなるものを採用しても良い。ＹＢを添加した場合、母材にもよるが、励起光を受けて近赤外域のピーク波長（１０００〜１０８５ｎｍ）をもつ光を出力することができる。

請求項６又は請求項７に記載の発明において、請求項９に記載のように、固定レーザ媒質層は、励起光を受けて複数の異なるピーク波長の光を出力するものであり、共振器は、第２の反射層の構成によって複数の領域に分けられ、第２の反射層の構成が異なる領域ごとに、異なるピーク波長の光が共振される構成としても良い。

このように本発明によると、請求項１に記載の発明同様、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の光を共振する構成としている。従って、励起光を含めて、さらに波長の異なる複数の光を同時に出力可能である。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。

請求項１０〜１３に記載の発明は、その作用効果が、それぞれ請求項２〜５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１４に記載のように、各面発光レーザ素子を構成する活性層が、Ａｌ_ｘ１Ｉｎ_ｙ１Ｇａ_{１−ｘ１−ｙ１}Ａｓ井戸層を含む構成としても良い。この場合、井戸層の組成、厚さを調整することで、希土類イオンとしてＮｄを添加した場合とＹＢを添加した場合それぞれにおいて、所望のピーク波長を持つ光を生じるべく所定波長の励起光を出力し、選択的に所定のエネルギー準位間で電子を励起することができる。また、励起光を含まずに、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。尚、Ａｌ_ｘ１Ｉｎ_ｙ１Ｇａ_{１−ｘ１−ｙ１}Ａｓ井戸層以外にも、例えば請求項１５に記載のように、Ｉｎ_ｘ２Ｇａ_１−ｘ２Ａｓ_ｙ２Ｐ_１−ｙ２井戸層を含む構成においても同様の効果を期待することができる。

請求項１６に記載のように、波長変換部を、固体レーザ媒質層の出力面上に積層配置された、励起光の波長で高反射となる第３の反射層を含む構成としても良い。この場合、第３の反射層と、面発光レーザ素子を構成する、出力側の第１の反射層との間で、固体レーザ媒質層を介して励起光が繰り返し反射される（反復される）こととなるので、励起光を固体レーザ媒質層に効率よく吸収させることができる。すなわち、投入電力からレーザ光（固体レーザ媒質層から出力される光）への変換効率を向上することができる。

請求項１７に記載のように、波長変換部を、少なくとも固体レーザ媒質層の出力面上の一部に積層配置された、共振器から出力される光の波長を変換する波長変換層を含む構成としても良い。波長変換層を設けることで、種々の波長を持つ複数のレーザ光の組合せが可能となる。

波長変換層としては、例えば請求項１８に記載のように、ピーク波長の第２高調波を生じる非線形結晶からなるものを採用することができる。これにより、例えば共振器から出力される近赤外域の波長を有する光を可視光とすることができる。すなわち、ＲＧＢ光源として利用すること可能となる。

請求項１９に記載のように、面発光レーザ素子を、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、装置から出力される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、例えば各面発光レーザの発光タイミング（発光数、発光時間）を制御すれば良い。

また、請求項２０に記載のように、少なくとも波長変換部の出力面上に配置され、外部への出力光の出力方向を調整可能に構成された調整用光学素子を含む構成としても良い。これにより、装置から出力されるレーザ光の出力方向を制御することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る多波長レーザ装置の概略構成を示す断面図である。多波長レーザ装置は、励起光としてのレーザ光を出力する励起光生成部と、当該励起光生成部から出力される励起光を受けて、励起光とは波長の異なる光を出力する波長変換部とを含んでおり、波長の異なる複数の光を装置外部へ出力するように構成されている。

図１に示すように、励起光生成部１１０は、面発光レーザ素子を同一基板上に複数形成してなる面発光レーザアレイを少なくとも含んでいる。本実施形態においては、励起光生成部１１０が面発光レーザアレイのみによって構成されており、以下面発光レーザアレイにも符号１１０を付すものとする。面発光レーザアレイ１１０の構成としては公知のものを採用することができる。

具体的には、ｎ−ＧａＡｓ基板１１１の一面上に、ｎ型ドーパントを添加したＡｌ_ｚ１Ｇａ_１−ｚ１Ａｓ／Ａｌ_ｚ２Ｇａ_１−ｚ２Ａｓ（０≦ｚ１＜ｚ２≦１）多層反射膜１１２が形成されている。このＡｌ_ｚ１Ｇａ_１−ｚ１Ａｓ層とＡｌ_ｚ２Ｇａ_１−ｚ２Ａｓ層とを積層してなる多層反射膜１１２は特許請求の範囲に示す第１の反射層の一方（後述する励起光の反出力側）であり、以下第１の反射層１１２と示す。

第１の反射層１１２上には、ＡｌＧａＡｓクラッド層（図示略）、Ａｌ_ｘ１Ｉｎ_ｙ１Ｇａ_{１−ｘ１−ｙ１}Ａｓ／Ａｌ_ｘ３Ｉｎ_ｙ３Ｇａ_{１−ｘ３−ｙ３}Ａｓ多重量子井戸層１１３、ＡｌＧａＡｓクラッド層（図示略）が順に積層されている。Ａｌ_ｘ１Ｉｎ_ｙ１Ｇａ_{１−ｘ１−ｙ１}Ａｓ層とＡｌ_ｘ３Ｉｎ_ｙ３Ｇａ_{１−ｘ３−ｙ３}Ａｓ層とを積層してなる多重量子井戸層１１３は特許請求の範囲に示す活性層であり、以下活性層１１３と示す。活性層１１３の組成及び膜厚は、所望の発光波長を有するレーザ光を出力するように調整されている。本実施形態において、活性層１１３は光学的膜厚が１波長となるように形成されており、発光波長が７９０〜８１０ｎｍ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Ａｌ_ｚ３Ｇａ_１−ｚ３Ａｓ／Ａｌ_ｚ４Ｇａ_１−ｚ４Ａｓ（０≦ｚ３＜ｚ４≦１）多層反射膜１１４が形成されている。このＡｌ_ｚ３Ｇａ_１−ｚ３Ａｓ層とＡｌ_ｚ４Ｇａ_１−ｚ４Ａｓ層とを積層してなる多層反射膜１１４は特許請求の範囲に示す第１の反射層の一方（後述する励起光の出力側）であり、以下第１の反射層１１４と示す。

尚、多層構造の第１の反射層１１２，１１４を構成する各層の膜厚は、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１１３から出力されるレーザ光（以下励起光と示す）に対して、第１の反射層１１２の反射率が第１の反射層１１４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、第１の反射層１１２，活性層１１３、第１の反射層１１４により共振器が構成され、活性層１１３から出力される励起光が、第１の反射層１１２，１１４によって共振されて、第１の反射層１１４側へ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、面発光レーザ素子１１５が構成されている。すなわち、ｎ−ＧａＡｓ基板１１１上に複数の面発光レーザ素子１１５が１次元若しくは２次元配置された面発光レーザアレイ１１０が構成されている。

尚、図１において、符号１１６は水平方向（基板平面方向）の光と電流を狭窄するための絶縁膜（本例においてはシリコン酸化膜）、符号１１７はｐ型電極（本例においてはＣｒ／Ｐｔ／Ａｕ）、符号１１８はｎ型電極（本例においてはＡｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ）である。図１に示すように、ｐ型電極１１７は、面発光レーザ素子１１５ごとに電気的に分離されている。すなわち、個々の面発光レーザ素子１１５は、独立制御可能に構成されている。

次に、波長変換部について説明する。図１に示すように、波長変換部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それぞれ形成された第２の反射層１２２，１２３を含んでおり、第２の反射層１２２を当接面として、面発光レーザアレイ１１０の出力面上に積層配置されている。本実施形態においては、固体レーザ媒質層１２１に対する第２の反射層１２２，１２３の構成に特徴がある。

具体的には、固体レーザ媒質層１２１の構成材料として、Ｎｄ：ＹＡＧ（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）結晶を採用しており、固体レーザ媒質層１２１は面発光レーザアレイ１１０の出力面全面を覆うように配置されている。上述したように、面発光レーザアレイ１１０から発光波長λ_０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^４Ｉ_９／２→^４Ｆ_５／２間で電子が選択的に励起される。^４Ｉ_９／２→^４Ｆ_５／２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^４Ｆ_５／２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^４Ｆ_３／２へ一旦遷移した後、^４Ｉ_１１／２，^４Ｉ_１３／２，^４Ｉ_１５／２にそれぞれ遷移する。この遷移に伴って、励起光の波長λ_０に応じて、９００〜９５０ｎｍ（本例においては９４６ｎｍ）、１０４０〜１０６５ｎｍ（本例においては１０６４ｎｍ）、１３００〜１３５０ｎｍ（本例においては１３１９ｎｍ）の範囲内のピーク波長λ_１，λ_２，λ_３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レーザ光が出力される。

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、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は、いずれも蒸着、スパッタ等の手法によってＡｌ_２Ｏ_３／ＴｉＯ_２多層反射膜を形成してなるものであり、図３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λ_１、領域２がλ_２、領域３がλ_３で選択的に共振する領域となっている。尚、図３は、第２の反射層１２２，１２３の構成を示す拡大断面図である。

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λ_１，λ_２，λ_３で高反射となるようにＡｌ_２Ｏ_３／ＴｉＯ_２多層反射膜を構成する各層の膜厚をそれぞれ調整したλ_１用反射膜１２４、λ_２用反射膜１２５、λ_３用反射膜１２６反射膜を、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、λ_１用反射膜１２４、λ_２用反射膜１２５、λ_３用反射膜１２６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、λ_３用反射膜１２６、λ_２用反射膜１２５、λ_１用反射膜１２４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λ_１，λ_２，λ_３で高反射となる反射層が最外層となるように、不用な反射膜をフォトリソグラフィー及びエッチングにより除去する。このようにして第２の反射層１２２，１２３は構成されている。すなわち、領域１においては、λ_１用反射膜１２４が最外層となる（対をなす）ように、出力面上のλ_２用反射膜１２５及びλ_３用反射膜１２６が除去されている。また、領域２においては、λ_２用反射膜１２５が最外層となる（対をなす）ように、出力面上のλ_３用反射膜１２６と、励起光入力面上のλ_１用反射膜１２４が除去されている。また、領域３においては、λ_３用反射膜１２６が最外層となる（対をなす）ように、励起光入力面上のλ_１用反射膜１２４及びλ_２用反射膜１２５が除去されている。

本実施形態において、各反射膜１２４〜１２６を構成する各層（Ａｌ_２Ｏ_３層、ＴｉＯ_２層）の膜厚を、対応するピーク波長λ_１，λ_２，λ_３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λ_１，λ_２，λ_３の光に対する各反射膜１２４〜１２６の反射率を、出力側の第２の反射層１２３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は、対応するピーク波長λ_１，λ_２，λ_３で共振し、第２の反射層１２３側からレーザ発振することができる。

しかしながら、各反射膜１２４〜１２６において高反射を示す反射帯域（例えば反射率が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４に示すように、隣り合うピーク波長λ_１，λ_２（λ_２，λ_３）に対応する反射膜１２４，１２５（１２５，１２６）において、それぞれ高反射を示す反射帯域Δ１，Δ２（Δ２，Δ３）が、λ_１＋Δ１／２＜λ_２（λ_２＋Δ２／２＜λ_３）、λ_２−Δ２／２＞λ_１（λ_３−Δ３／２＞λ_２）、を満たすように設定している。従って、各領域１〜３は、対応するピーク波長λ_１，λ_２，λ_３で選択的に共振し、レーザ発振することができる。尚、図４は、中心波長と反射帯域を説明するための、Ａｌ_２Ｏ_３／ＴｉＯ_２多層反射膜の反射特性を示す図である。

尚、反射帯域は、例えば図５に示すように、反射膜１２４〜１２６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１２４〜１２６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、Ａｌ_２Ｏ_３／ＴｉＯ_２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λ_１：９４６ｎｍ、λ_２：１０６４ｎｍ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λ_１，λ_２，λ_３で選択的に共振する共振器が同一平面内に構成されている。尚、図５は、屈折率差と反射帯域との関係を示す図である。

このように本実施形態における多波長レーザ装置１００によれば、第２の反射層１２２，１２３の構成を領域１〜３ごとに異なるものとすることで、領域１〜３ごとに対応するピーク波長λ_１，λ_２，λ_３の光を選択的に共振させてレーザ発振させる構成としている。従って、面発光レーザアレイ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。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、第２の反射層１２２，１２３の構成によって、ピーク波長λ_１，λ_２，λ_３の光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している。従って、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は、１つの面発光レーザアレイ１１０を励起光生成部として１つの固体レーザ媒質層１２１を一括励起するとともに、第２の反射層１２２を当接面として、波長変換部１２０を面発光レーザアレイ１１０上に積層配置している。従って、装置１００の体格をより小型化することができる。

また、励起光生成部として面発光レーザアレイ１１０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、投入電力からレーザ光への変換効率が高く、効率よく波長の異なる複数の光（レーザ光）を出力することができる。

尚、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１２４〜１２６の厚さ（各反射膜１２４〜１２６を構成するＡｌ_２Ｏ_３層とＴｉＯ_２層の膜厚）によって、各ピーク波長λ_１，λ_２，λ_３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、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１２４〜１２６を一括して積層した後に、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λ_１用反射膜１２４、λ_２用反射膜１２５、λ_３用反射膜１２６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、固体レーザ媒質層１２１が生成するピーク波長の数に対応して、第２の反射層１２２，１２３の構成が異なる領域１〜３を設ける例を示した。しかしながら、波長の異なる複数の光を出力すべく、領域も複数であれば良い。例えば３つのピーク波長λ_１，λ_２，λ_３に対して、そのうちの２つ（例えばλ_１，λ_２）で共振するそれぞれの領域１，２のみを有する構成としても良い。

また、本実施形態においては、励起光をうけて固体レーザ媒質層１２１がピーク波長の異なる３つの光を生成する例を示した。しかしながら、励起光を受けて、ピーク波長の異なる複数の光を生成するものであれば、固体レーザ媒質層１２１として採用することができる。

また、本実施形態においては、面発光レーザ素子１１５を構成する活性層１１３として、Ａｌ_ｘ１Ｉｎ_ｙ１Ｇａ_{１−ｘ１−ｙ１}Ａｓ／Ａｌ_ｘ３Ｉｎ_ｙ３Ｇａ_{１−ｘ３−ｙ３}Ａｓ多重量子井戸層１１３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、装置１００から出力する波長に応じて、活性層１１３及び固体レーザ媒質層１２１の構成材料を、適宜選択して採用することができる。例えば活性層１１３として、Ｉｎ_ｘ２Ｇａ_１−ｘ２Ａｓ_ｙ２Ｐ_１−ｙ２／Ｉｎ_ｘ４Ｇａ_１−ｘ４Ａｓ_ｙ４Ｐ_１−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、各種希土類イオン又は遷移金属イオンが添加されたＹＡＧ、ＹＶＯ（ＹＶＯ_４）、ＧＶＯ（ＧｄＶＯ_４）、ＧＧＯ（Ｇｄ_３Ｇａ_５Ｏ_１２）、ＳＶＡＰ（Ｓｒ_５（ＶＯ_４）_３Ｆ）、ＦＡＰ（（ＰＯ_４）_３Ｆ）、ＳＦＡＰ（Ｓｒ_５（ＰＯ_４）_３Ｆ）、ＹＬＦ（ＹＬｉＦ_４）等を採用することができる。

また、本実施形態においては、波長変換部１２０が、第２の反射層１２２を当接面として、面発光レーザアレイ１１０上に積層配置された例を示した。しかしながら、波長変換部１２０が面発光レーザアレイ１１０上（出力面上）に離間して配置された構成としても良い。しかしながら、本実施形態に示すように積層配置された構成とすると、より小型化することができるので、活性層１１３から固体レーザ媒質層１２１までの距離も短くすることができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を、図６に基づいて説明する。図６は、本発明の第２の実施形態に係る多波長レーザ装置１００の概略構成を示す断面図である。

第２の実施形態に係る多波長レーザ装置１００は、第１の実施形態に示した多波長レーザ装置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６に示すように、本実施形態に係る多波長レーザ装置１００は、波長変換部１２０として、固体レーザ媒質層１２１の出力面上に積層配置された、波長変換層１２７を含む点を特徴とする。このように、波長変換層１２７を設けることで、種々の波長を持つ複数のレーザ光の組合せが可能となる。

本実施形態においては、波長変換層１２７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（ＫＴｉＯＰＯ_４）、ＬＢＯ（ＬｉＢ_３Ｏ_５）、ＢｉＢＯ（ＢｉＢ_３Ｏ_６）、ＰＰＬＴＰ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ ＫＴＰ）等がある。

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λ_１，λ_２，λ_３をもつ光を、波長変換層１２７によって、可視光である４５０〜４７５ｎｍ、５２０〜５３３ｎｍ、６５０〜６７５ｎｍの範囲内の波長をもつ光に変換することができる。すなわち、ＲＧＢ用光源として利用することができる。特に本実施形態においては、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を同時に出力することができる。

尚、図６においては、波長変換層１２７を固体レーザ媒質層１２１と第２の反射層１２３との間に配置する例を示した。しかしながら、波長変換層１２７を第２の反射層１２３上に積層配置した構成としても良い。

また、波長変換層１２７の構成材料は、第２高調波を生じる非線形結晶に限定されるものではない。共振器からレーザ発振される波長を変換できるものであれば良い。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態を、図７に基づいて説明する。図７は、本発明の第３の実施形態に係る多波長レーザ装置１００の概略構成を示す拡大断面図である。

第３の実施形態に係る多波長レーザ装置１００は、第１の実施形態に示した多波長レーザ装置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７に示すように、本実施形態に係る多波長レーザ装置１００は、波長変換部１２０として、固体レーザ媒質層１２１の出力面上に積層配置された、励起光の波長で高反射となる第３の反射層１２８を含む点を特徴とする。このように、第３の反射層１２８を設けることで、面発光レーザ素子１１５を構成する、出力側の第１の反射層１１４と第３の反射層１２８との間で、固体レーザ媒質層１２１を介して励起光（波長λ_０）が繰り返し反射される（反復される）こととなる。従って、励起光を固体レーザ媒質層１２１に効率よく吸収させることができる。すなわち、投入電力からレーザ光（固体レーザ媒質層１２１から出力される光）への変換効率を向上することができる。

具体的には、第１実施形態に示した各反射膜１２４〜１２６の形成において、固体レーザ媒質層１２１の出力面上に、励起光の波長λ_０で高反射となるように、Ａｌ_２Ｏ_３／ＴｉＯ_２多層反射膜を構成する各層の膜厚をそれぞれ調整したλ_０用反射膜１２８を形成した後、各反射膜１２４〜１２６を形成すれば良い。このようにλ_０用反射膜１２８を最内層とすれば、各反射膜１２４〜１２６を積層後、不要な反射膜を除去するにあたっても、λ_０用反射膜１２８を固体レーザ媒質層１２１の出力面全面に残すことができる。

尚、本実施形態に係る構成と、第２実施形態で示した波長変換層１２７を組み合わせた構成を採用することもできる。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態を、図８に基づいて説明する。図８は、本発明の第４の実施形態に係る多波長レーザ装置１００の概略構成を示す拡大断面図である。

第４の実施形態に係る多波長レーザ装置１００は、第１〜第３の実施形態に示した多波長レーザ装置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８に示すように、本実施形態に係る多波長レーザ装置１００は、第２の反射層１２２，１２３の形成範囲（形成有無）によって、波長の異なる複数の光を出力するように構成されている点を特徴とする。すなわち、波長変換部１２０が、固体レーザ媒質層１２１上に第２反射層１２２，１２３の形成された共振領域である領域４と、第２の反射層１２２，１２３の少なくとも一方が形成されていない励起光通過領域である領域５を有する点を特徴とする。

本実施形態においては、固体レーザ媒質層１２１の構成材料として、Ｙｂ：ＹＡＧ（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）結晶を採用しており、固体レーザ媒質層１２１は面発光レーザアレイ１１０の出力面全面を覆うように配置されている。図９に示すように、面発光レーザアレイ１１０から発光波長λ_０が９００〜９８５ｎｍの範囲内で調整された励起光を受けると、ＹＡＧ結晶に添加されたＹｂイオンのエネルギー準位^２Ｆ_５／２→^２Ｆ_７／２間で電子が選択的に励起される。尚、図９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^２Ｆ_７／２に励起された電子は、図２に示すように、^２Ｆ_５／２に遷移し、このとき励起光の波長λ_０に応じて、１０００〜１０８５ｎｍの範囲内のピーク波長λ_４を持つレーザ光が生成される。このように励起準位と発光準位が同準位であるので、発光効率が良い。

第２の反射層１２２，１２３は、第１の実施形態同様Ａｌ_２Ｏ_３／ＴｉＯ_２多層反射膜からなり、領域４に対応する固体レーザ媒質層１２１の出力面上及び励起光入力面上に選択的に形成されている。具体的には、波長λ_４で共振するよう厚さ（Ａｌ_２Ｏ_３層とＴｉＯ_２層の各層の膜厚）が調整されたλ_４用反射膜１２９から構成されている。領域４におけるλ_４用反射膜１２９の形成方法としては、全面にλ_４用反射膜１２９を形成した後、エッチングにより、第２の反射層１２２，１２３の形成されない領域５のλ_４用反射膜１２９を除去しても良いし、選択的に領域４にのみλ_４用反射膜１２９を形成しても良い。尚、領域５において、励起光の一部は固体レーザ媒質層１２１に吸収されるものの、共振されないため、大部分が固体レーザ媒質層１２１を通過する。

尚、面発光レーザアレイ１１０の構成は第１実施形態同様であるが、Ｙｂイオンを励起させるべく発光波長λ_０が９００〜９８５ｎｍの範囲内となるように、活性層１１３を構成するＡｌ_ｘ１Ｉｎ_ｙ１Ｇａ_{１−ｘ１−ｙ１}Ａｓ／Ａｌ_ｘ３Ｉｎ_ｙ３Ｇａ_{１−ｘ３−ｙ３}Ａｓ多重量子井戸層１１３の組成が調整されている。

このように本実施形態に係る多波長レーザ装置１００によれば、第２の反射層１２２，１２３により共振されてレーザ発振される波長λ_４の光と、固体レーザ媒質層１２１を通過する波長λ_０の励起光とを、同時に出力することができる。すなわち、波長の異なる複数の光を同時に出力可能である。

また、１つの面発光レーザアレイ１１０を励起光生成部（励起光源）として１つの固体レーザ媒質層１２１を一括励起するとともに、第２の反射層１２２，１２３の有無によって波長の異なる複数の光を同時に出力可能としている。従って、装置１００の体格を小型化することができる。尚、波長変換部１２０は、面発光レーザアレイ１１０の励起光出力面上に接触配置（積層配置）されても良いし、離間して配置されても良い。接触配置とすると、より小型化することができる。

また、励起光生成部（励起光源）として面発光レーザアレイ１１０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、効率よく波長の異なる複数の光を出力することができる。

尚、励起光生成部（励起光源）として面発光レーザアレイ１１０を採用している。従って、面発光レーザアレイ素子１１５を個別に制御する構成とすれば、波長の異なる複数の光の発光強度をそれぞれ調整することも可能である。

尚、上述した構成に、第１〜第３実施形態に示した構成を組み合わせた構成を採用することも可能である。図８に示すように、固体レーザ媒質層１２１の領域４に対応する出力面上に、励起光を反射するλ_０用反射膜１２８を形成した構成としても良い。第３実施形態と同様の作用効果が期待できる。領域４から単一レーザ光が出力される場合には、λ_０用反射膜１２８をλ_４用反射膜１２９上に形成しても良い。

また、図１０に示すように、固体レーザ媒質層１２１の出力面上に波長変換層１２７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実施形態と同様の作用効果が期待できる。尚、図１０は、変形例を示す拡大断面図である。

また、本実施形態においては、固体レーザ媒質層１２１の構成材料として、Ｙｂ：ＹＡＧ（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）結晶を用い、第２の反射層１２２，１２３がＹｂイオンの励起・遷移で生成される波長λ_４の光を共振するよう構成される例を示した。すなわち、領域４から単一レーザ光が出力される構成を示した。しかしながら、本実施形態に係る領域４に対して、第１実施形態に示した第２の反射層１２２，１２３の構成（反射膜１２４〜１２６）を適用しても良い。これにより、より多くの種類の波長が異なる光を同時に出力することが可能となる。

（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態を、図１１に基づいて説明する。図１１は、本発明の第５の実施形態に係る多波長レーザ装置１００の概略構成を示す拡大断面図である。

第５の実施形態に係る多波長レーザ装置１００は、第１〜第４の実施形態に示した多波長レーザ装置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１１に示すように、本実施形態に係る多波長レーザ装置１００は、面発光レーザアレイ１１０に対する波長変換部１２０の配置によって、波長の異なる複数の光を出力するように構成されている点を特徴とする。すなわち、面発光レーザアレイ１１０上に波長変換部１２０が配置された共振領域である領域４と、波長変換部１２０が配置されない励起光通過領域である領域５を有する点を特徴とする。

本実施形態においては、第４実施形態同様、固体レーザ媒質層１２１の構成材料として、Ｙｂ：ＹＡＧ（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）結晶を採用しており、固体レーザ媒質層１２１は領域４に対応する面発光レーザアレイ１１０上に選択的に配置されている。第２の反射層１２２，１２３は、Ｙｂで生成された波長λ_４で共振するよう厚さ（Ａｌ_２Ｏ_３層とＴｉＯ_２層の各層の膜厚）が調整されたλ_４用反射膜１２９から構成されている。このように、面発光レーザアレイ１１０の出力面上の一部にのみ、波長変換部１２０が配置されて共振領域である領域４を構成し、配置されない領域が励起光通過領域である領域５を構成している。

このように本実施形態に係る多波長レーザ装置１００によれば、第２の反射層１２２，１２３により共振されてレーザ発振される波長λ_４の光と、波長λ_０の励起光とを、同時に出力することができる。すなわち、波長の異なる複数の光を同時に出力可能である。

また、１つの面発光レーザアレイ１１０を励起光生成部（励起光源）として１つの固体レーザ媒質層１２１を一括励起するとともに、波長変換部１２０の有無によって波長の異なる複数の光を同時に出力可能としている。従って、装置１００の体格を小型化することができる。尚、波長変換部１２０は、面発光レーザアレイ１１０の励起光出力面上に接触配置（積層配置）されても良いし、離間して配置されても良い。接触配置とすると、より小型化することができる。

また、励起光生成部（励起光源）として面発光レーザアレイ１１０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、効率よく波長の異なる複数の光を出力することができる。

尚、励起光生成部（励起光源）として面発光レーザアレイ１１０を採用している。従って、面発光レーザアレイ素子１１５を個別に制御する構成とすれば、波長の異なる複数の光の発光強度をそれぞれ調整することも可能である。

また、上述した構成に、第１〜第３の各実施形態に示した構成を組み合わせることも可能である。図１１に示すように、固体レーザ媒質層１２１の出力面上に、励起光を反射するλ_０用反射膜１２８を形成した構成としても良い。第３実施形態と同様の作用効果が期待できる。領域４から単一レーザ光が出力される場合には、λ_０用反射膜１２８をλ_４用反射膜１２９上に形成しても良い。また、固体レーザ媒質層１２１の出力面上に波長変換層１２７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実施形態と同様の作用効果が期待できる。

また、本実施形態においては、固体レーザ媒質層１２１の構成材料として、Ｙｂ：ＹＡＧ（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）結晶を用い、第２の反射層１２２，１２３がＹｂイオンの励起・遷移で生成される波長λ_４の光を共振するよう構成される例を示した。すなわち、領域４から単一レーザ光が出力される構成を示した。しかしながら、本実施形態に係る領域４に対して、第１実施形態に示した第２の反射層１２２，１２３の構成（反射膜１２４〜１２６）を適用しても良い。これにより、より多くの種類の波長が異なる光を同時に出力することが可能となる。

（第６の実施形態）
次に、本発明の第６の実施形態を、図１２に基づいて説明する。図１２は、本発明の第６の実施形態に係る多波長レーザ装置１００の概略構成を示す拡大断面図である。

第６の実施形態に係る多波長レーザ装置１００は、第１〜５の実施形態に示した多波長レーザ装置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。

本実施形態に係る多波長レーザ装置１００は、面発光レーザ素子１１５がそれぞれ電気的に独立しており、個々に制御可能に構成されている点を特徴とする。すなわち、装置１００から出力される光の輝度を調整可能に構成されている点を特徴とする。尚、装置１００から出力される光を合成する場合には、輝度及び色調を調整可能である。

具体的には、面発光レーザアレイ１１０の構成、波長変換部１２０の構成は、第１〜第３実施形態を組み合わせたものと同様であり、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λ_５，λ_６，λ_７をもつ光を出力するように構成されている。すなわち、ＲＧＢ用光源として利用することができる。

また、波長の異なる光を出力する各領域１〜３に対応して、複数の面発光レーザ素子１１５が配置されている。このように、１つの領域に対応して複数の面発光レーザ素子１１５を配置することで、所望のレーザ光出力を確保することが容易となる。また、面発光レーザ素子１１５はそれぞれ独立して駆動制御可能（ｐ型電極１１７が素子１１５ごとに絶縁分離されている）に構成されている。そして、装置１００は、各面発光レーザ素子１１５の発光タイミング（発光オン・オフ、発光時間）を制御する図示されない発光制御手段を含んでいる。

このように本実施形態に係る多波長レーザ装置１００によれば、発光制御手段によって、各領域１〜３における、面発光レーザ素子１１５の発光数（すなわち、各面発光レーザ素子１１５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。

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、発光制御手段が各面発光レーザ素子１１５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従って各面発光レーザ素子１１５の発光タイミングが制御されても良い。

また、制御される対象となる光は可視光に限定されるものではない。波長変換部１２０が波長変換層１２７を含まない構成としても良い。また、λ_０用反射膜１２８を含まない構成としても良い。本実施形態に係る構成を、第４，第５の実施形態と組み合わせても良い。その際、外部に出力される励起光に対応する面発光レーザ素子１１５も、同様に制御することができる。

（第７の実施形態）
次に、本発明の第７の実施形態を、図１３に基づいて説明する。図１３は、本発明の第７の実施形態に係る多波長レーザ装置１００の概略構成を示す拡大断面図である。

第７の実施形態に係る多波長レーザ装置１００は、第１〜６の実施形態に示した多波長レーザ装置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１３に示すように、本実施形態に係る多波長レーザ装置１００は、少なくとも波長変換部１２０の出力面上に配置され、外部への出力光の出力方向を調整可能に構成された調整用光学素子を含む点を特徴とする。すなわち、装置１００から出力されるレーザ光の出力方向を制御可能に構成されている点を特徴とする。

具体的には、例えば第６実施形態に示した構成に対して、波長変換部１２０の出力面上に配置される調整用光学素子として、ＭＥＭＳによって半導体基板に形成された静電駆動型のマイクロミラー（図示略）を複数含むマイクロミラーアレイ１３０を採用している。尚、マイクロミラーは、例えば各面発光レーザ素子１１５に対応して形成されている。上述してきた面発光レーザアレイ１１０を構成する各面発光レーザ素子１１５の口径（基板平面方向の大きさ）は数μｍ〜数百μｍであり、それに対応する波長変換部１２０の大きさは、励起光の広がりを考慮しても１ｍｍ以下とすることができる。従って、ＭＥＭＳにより形成されるマイクロミラーアレイ１３０を採用することができる。このようなマイクロミラーは、例えば特開２００５−３２１６６３号公報等に開示されている。

本実施形態においては、図１３に示すように、マイクロミラーアレイ１３０が波長変換部１２０の出力面上に接触して配置されている。しかしながら、離間して配置しても良い。また、マイクロミラーアレイ１３０を構成する各マイクロミラーは、それぞれ独立して駆動可能に構成されている。そして、装置１００は、各マイクロミラーの駆動（基板平面に対する角度）を制御する図示されない角度制御手段を含んでいる。

このように本実施形態に係る多波長レーザ装置１００によれば、角度制御手段によってマイクロミラーアレイ１３０を構成する各マイクロミラーの角度を調整することができる。従って、各領域１〜３における各色の出力方向及び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、合成光の出力方向、輝度、及び色調を調整することができる。

尚、角度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、角度制御手段が各マイクロミラーの角度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各マイクロミラーの角度が制御されても良い。

また、本実施形態に係る構成を、第４，第５の実施形態と組み合わせても良い。例えば、外部に出力される励起光の出力方向も、調整用光学素子によって制御することができる。

また、本実施形態においては、調整用光学素子の例としてマイクロミラーアレイ１３０の例を示した。しかしながら、上述のマイクロミラーアレイ１３０に限定されるものではない。外部に出力される光の出力方向を調整できるものであれば良い。

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実施形態に係る多波長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、Ａｌ_２Ｏ_３／ＴｉＯ_２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。 第２の実施形態に係る多波長レーザ装置の概略構成を示す断面図である。 第３の実施形態に係る多波長レーザ装置の概略構成を示す拡大断面図である。 第４の実施形態に係る多波長レーザ装置の概略構成を示す拡大断面図である。 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。 変形例を示す拡大断面図である。 第５の実施形態に係る多波長レーザ装置の概略構成を示す拡大断面図である。 第６の実施形態に係る多波長レーザ装置の概略構成を示す拡大断面図である。 第７の実施形態に係る多波長レーザ装置の概略構成を示す拡大断面図である。

符号の説明

１００・・・多波長レーザ装置
１１０・・・面発光レーザアレイ（励起光生成部）
１１２・・・第１の反射層
１１３・・・活性層
１１４・・・第１の反射層
１１５・・・面発光レーザ素子
１２０・・・波長変換部
１２１・・・固体レーザ媒質層
１２２，１２３・・・第２の反射層
１２４・・・λ_１用反射膜
１２５・・・λ_２用反射膜
１２６・・・λ_３用反射膜
１２７・・・波長変換層
１２８・・・λ_０用反射膜
１３０・・・調整用光学素子

Claims (20)

1. 励起光生成部と、当該励起光生成部から出力される励起光を受けて、前記励起光とは波長の異なる光を出力する波長変換部とを含み、波長の異なる複数の光を出力する多波長レーザ装置であって、
   前記励起光生成部は、第１の反射層間に活性層を含む半導体層を配置してなる面発光レーザ素子を、同一基板上に複数形成してなる面発光レーザアレイを含み、
   前記波長変換部は、前記励起光を受けて複数の異なるピーク波長の光を出力する固体レーザ媒質層を第２の反射層間に配置してなる共振器を含み、前記励起光生成部の励起光出力面上に配置されており、
   前記共振器は、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多波長レーザ装置。
2. 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１に記載の多波長レーザ装置。
3. 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２に記載の多波長レーザ装置。
4. 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λ_１、λ_２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、
   λ_１＋Δ１／２＜λ_２、
   λ_２−Δ２／２＞λ_１、
   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２又は請求項３に記載の多波長レーザ装置。
5. 前記固体レーザ媒質層は、母材としての結晶に希土類イオンとしてＮｄを添加してなる
   ことを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の多波長レーザ装置。
6. 励起光生成部と、当該励起光生成部から出力される励起光を受けて、前記励起光とは波長の異なる光を出力する波長変換部とを含み、波長の異なる複数の光を出力する多波長レーザ装置であって、
   前記励起光生成部は、第１の反射層間に活性層を含む半導体層を配置してなる面発光レーザ素子を、同一基板上に複数形成してなる面発光レーザアレイを含み、
   前記波長変換部は、固体レーザ媒質層を第２の反射層間に配置してなる共振器を含み、前記励起光生成部の励起光出力面上に配置されており、
   前記共振器は、前記第２の反射層の有無によって複数の領域に分けられていることを特徴とする多波長レーザ装置。
7. 励起光生成部と、当該励起光生成部から出力される励起光を受けて、前記励起光とは波長の異なる光を出力する波長変換部とを含み、波長の異なる複数の光を出力する多波長レーザ装置であって、
   前記励起光生成部は、第１の反射層間に活性層を含む半導体層を配置してなる面発光レーザ素子を、同一基板上に複数形成してなる面発光レーザアレイを含み、
   前記波長変換部は、固体レーザ媒質層を第２の反射層間に配置してなる共振器を含み、前記励起光生成部の励起光出力面上の一部に配置されていることを特徴とする多波長レーザ装置。
8. 前記固体レーザ媒質層は、母材としての結晶に希土類イオンとしてＹｂを添加してなる
   ことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の多波長レーザ装置。
9. 前記固定レーザ媒質層は、前記励起光を受けて複数の異なるピーク波長の光を出力するものであり、
   前記共振器は、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、前記第２の反射層の構成が異なる領域ごとに、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６又は請求項７に記載の多波長レーザ装置。
10. 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９に記載の多波長レーザ装置。
11. 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１０に記載の多波長レーザ装置。
12. 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λ_１、λ_２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、
    λ_１＋Δ１／２＜λ_２、
    λ_２−Δ２／２＞λ_１、
    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１０又は請求項１１に記載の多波長レーザ装置。
13. 前記固体レーザ媒質層は、母材としての結晶に希土類イオンとしてＮｄを添加してなる
    ことを特徴とする請求項９〜１２いずれか１項に記載の多波長レーザ装置。
14. 前記各面発光レーザ素子を構成する活性層が、Ａｌ_ｘ１Ｉｎ_ｙ１Ｇａ_{１−ｘ１−ｙ１}Ａｓ井戸層を含むことを特徴とする請求項５、請求項８、及び請求項又は請求項１３に記載の多波長レーザ装置。
15. 前記各面発光レーザ素子を構成する活性層が、Ｉｎ_ｘ２Ｇａ_１−ｘ２Ａｓ_ｙ２Ｐ_１−ｙ２井戸層を含むことを特徴とする請求項５、請求項８、及び請求項又は請求項１３に記載の多波長レーザ装置。
16. 前記波長変換部は、前記固体レーザ媒質層の出力面上に積層配置された、前記励起光の波長で高反射となる第３の反射層を含むことを特徴とする請求項１〜１５いずれか１項に記載の多波長レーザ装置。
17. 前記波長変換部は、少なくとも前記固体レーザ媒質層の出力面上の一部に積層配置された、前記共振器から出力される光の波長を変換する波長変換層を含むことを特徴とする請求項１〜１６いずれか１項に記載の多波長レーザ装置。
18. 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１７に記載の多波長レーザ装置。
19. 前記面発光レーザ素子は、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１〜１８いずれか１項に記載の多波長レーザ装置。
20. 少なくとも前記波長変換部の出力面上に配置され、外部への出力光の出力方向を調整可能に構成された調整用光学素子を含むことを特徴とする請求項１〜１９いずれか１項に記載の多波長レーザ装置。

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