JP2014096510A

JP2014096510A - 光増幅器

Info

Publication number: JP2014096510A
Application number: JP2012248061A
Authority: JP
Inventors: Yojiro Watanabe; 洋次郎渡辺; Takeshi Sakimura; 武司崎村; Takuya Takasaki; 拓哉高崎; Takayuki Yanagisawa; 隆行柳澤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-11-12
Filing date: 2012-11-12
Publication date: 2014-05-22
Anticipated expiration: 2032-11-12
Also published as: JP5987193B2

Abstract

【課題】レーザ光と励起光のビームオーバーラップ効率を高めて、レーザ光の増幅利得を高める光増幅器を得る。
【解決手段】複屈折性を有し、導入されるレーザ光の９０度異なる偏光方向によって上記レーザ光の伝搬方向が異なるように、上記複屈折性による２つの異なる屈折率の主軸が共に上記異なるレーザ光の伝搬方向を含む平面内方向に設定されるとともに、導入された励起光を吸収することで上記レーザ光を増幅するレーザ媒質と、上記レーザ媒質における上記レーザ光の伝搬方向に対する上記レーザ媒質の端部の両側に接合され、上記レーザ光が往復伝搬することで上記レーザ光の偏光を９０度回転させる複屈折材料と、上記複屈折材料の上記レーザ媒質と反対側に各々設けられ、上記レーザ光が上記複屈折材料中を往復伝搬するように上記レーザ光を反射させる全反射膜と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、入射されたレーザ光を増幅する平面導波路型の光増幅器などの光増幅器に関するものである。

特許文献１には、平面導波路を使用している光増幅器である平面導波路型光増幅器が開示されている。この平面導波路型光増幅器では、レーザ媒質において、対向する一対の側面に全反射膜が施され、全反射膜の一部に反射防止膜が施されている。この平面導波路型光増幅器では、反射防止膜からレーザ光が導入されると、レーザ光がレーザ媒質の側面間で反射されながら伝搬され、レーザ媒質によって増幅されたレーザ光が反射防止膜から出力される。

この平面導波路型光増幅器では、小型な構成でレーザ媒質内のレーザ光の光路長を長くすることができるため、レーザ光の高出力化が可能である。また、レーザ媒質が平面であるため、廃熱性に優れている。

国際公開第２０１１／０２７７３１号公報

しかしながら、従来の光増幅器は、レーザ媒質中でレーザ光と励起光の光路が一致していない。このため、レーザ媒質内のレーザ光の光路ではない部分で、励起光が吸収されてしまうため、レーザ光と励起光のビームオーバーラップ効率が低下して、レーザ光の増幅利得の低下を招いてしまう課題があった。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、レーザ光と励起光のビームオーバーラップ効率を高めて、レーザ光の増幅利得を高めることができる光増幅器を得ることを目的とする。

この発明に係る光増幅器は、
複屈折性を有し、導入されるレーザ光の９０度異なる偏光方向によって上記レーザ光の伝搬方向が異なるように、上記複屈折性による２つの異なる屈折率の主軸が共に上記異なるレーザ光の伝搬方向を含む平面内方向に設定されるとともに、導入された励起光を吸収することで上記レーザ光を増幅するレーザ媒質と、
上記レーザ媒質における上記レーザ光の伝搬方向に対する上記レーザ媒質の端部の両側に接合され、上記レーザ光が往復伝搬することで上記レーザ光の偏光を９０度回転させる複屈折材料と、
上記複屈折材料の上記レーザ媒質と反対側に各々設けられ、上記レーザ光が上記複屈折材料中を往復伝搬するように上記レーザ光を反射させる全反射膜と、
を備えたことを特徴とするものである。

この発明によれば、固体レーザモジュール端面に励起光を垂直入射して、レーザ光と励起光の光路を一致させることができるので、レーザ光と励起光のビームオーバーラップ効率を高めて、レーザ光の増幅利得を高めることができる効果がある。

この発明の実施の形態１による光増幅器を示す上面図である。図１の光増幅器の紙面の下側から見た側面図である。この発明の実施の形態２による光増幅器を示す上面図である。この発明の実施の形態３による光増幅器を示す上面図である。この発明の実施の形態４による光増幅器を示す上面図である。この発明の実施の形態５による光増幅器を示す上面図である。この発明の実施の形態６による光増幅器を示す上面図である。この発明の実施の形態７による光増幅器を示す上面図である。この発明の実施の形態８による光増幅器を示す上面図である。この発明の実施の形態９による光増幅器を示す上面図である。この発明の実施の形態１０による光増幅器を示す上面図である。この発明の実施の形態１１による光増幅器を示す上面図である。この発明の実施の形態１２による光増幅器を示す上面図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による光増幅器を示す上面図である。また、図２は図１の光増幅器を紙面の下側から見た側面図である。
ただし、図１及び図２において、固体レーザモジュール１００については、図１では図２のＡ−Ａ線に沿った断面図、図２では図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図で示されている。
以降の図も含めて、各図において、同一符号は同一または相当部分を示している。

図１では、説明の便宜上、固体レーザモジュール１００に導入される前のレーザ光をレーザ光５、固体レーザモジュール１００に導入されたレーザ光をレーザ光６、固体レーザモジュール１００中でウォークオフにより伝搬方向が変わるレーザ光をレーザ光７、固体レーザモジュール１００から出射されたレーザ光をレーザ光８で表している。また、固体レーザモジュール１００に導入され、固体レーザモジュール１００に導入される前と伝搬方向が変わらない励起光を励起光３、固体レーザモジュール１００でウォークオフにより伝搬方向が変わる励起光を励起光４で表している。

固体レーザモジュール１００はレーザ媒質９及び複屈折材料１０、１１から構成されており、レーザ媒質９は励起光源１から出射され、レーザ媒質９に導入された励起光３、４を吸収することで、導入されたレーザ光６、７に対して利得を発生させる平板状の媒質である。

レーザ媒質９としては、複屈折性を有する固体レーザ材料を使用することができる。
例えば、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ＹＶＯ４、Ｎｄ：ＧｄＶＯ４、Ｙｂ：ＹＬＦ、Ｙｂ：ＫＧＷ、Ｙｂ：ＫＹＷ、Ｙｂ：ＹＶＯ４、Ｅｒ：ＹＶＯ４、Ｅｒ、Ｙｂ：ＹＶＯ４、Ｔｍ：ＹＬＦ、Ｈｏ：ＹＬＦ、Ｔｍ、Ｈｏ：ＹＬＦ、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ、Ｃｒ：ＬｉＣＡＦ、Ｃｅ：ＬｉＳＡＦ、Ｃｅ：ＬｉＣＡＦ、Ｐｒ：ＹＬＦ等を用いることができる。また、上述せぬ母材に上述せぬ活性媒質が添加された固体レーザ材料であってもよい。また、複屈折性を有すれば一軸性の材料でも、二軸性の材料でも構わない。

複屈折材料１０はレーザ媒質９における図中左側の端面１８に接合される平板状の媒質であり、少なくともレーザ光６、７に対して１／４波長板として機能する媒質である。複屈折材料１１はレーザ媒質９における図中右側の端面１９に接合される平板状の媒質であり、少なくともレーザ光６、７に対して１／４波長板として機能する媒質である。
なお、複屈折材料１０、１１において、レーザ媒質９の端面１８、１９と対向する端面２０、２１は、励起光源１から出射された励起光２を導入する面である。

レーザ媒質９及び複屈折材料１０、１１は平面導波路型であり、１軸方向に厚さの薄い平板の形状である。ここでは、説明の便宜上、レーザ媒質９と複屈折材料１０、１１の厚さ方向をｚ軸とし、図１に示すように、レーザ媒質９と複屈折材料１０、１１の平面内の２軸をｘ軸、ｙ軸と称し、３軸が互いに直交している座標系を用いる。レーザ媒質９及び複屈折材料１０、１１は主面２２、２３に平行なｘｙ面内の形状が４角形である。
なお、レーザ媒質９の端面１８、１９に対する複屈折材料１０、１１の接合は、例えば、光学材料を原料とした膜の蒸着によって行うことができる。また、光学材料をオプティカルコンタクトや拡散接合することによっても接合することができる。

レーザ媒質９の２つの異なる屈折率の主軸、Ｎｍ軸及びＮｇ軸の方向は、図１に示すように、ｘ軸及びｙ軸の方向に対して傾いている。またＮｐ軸は、Ｎｍ軸及びＮｇ軸に直交する軸であり、図１ではｚ軸の方向に一致している。

固体レーザモジュール１００の端面２１のうち一部に、レーザ光５を透過させる反射防止膜１２、１３が施されている。また、反射防止膜１２、１３が施されていない固体レーザモジュール１００の端面２０、２１には、レーザ光６、７を反射させる全反射膜１４、１５が施されている。
例えば、反射防止膜１２が施されている固体レーザモジュール１００の端面２１からレーザ光５が導入されると、レーザ光６、７が全反射膜１４、１５に反射されながらレーザ媒質９中を伝搬し、反射防止膜１３が施されている固体レーザモジュール１００の端面２１からレーザ光８が出射される。

クラッド１６はレーザ媒質９及び複屈折材料１０、１１と比べて小さな屈折率を有し、固体レーザモジュール１００における図２中上側の主面２２（ｘｙ平面に平行な主面）に接合されている。クラッド１７はレーザ媒質９及び複屈折材料１０、１１と比べて小さな屈折率を有し、固体レーザモジュール１００における図２中下側の主面２３（ｘｙ平面に平行な主面）に接合されている。
主面２２、２３に垂直な方向では、レーザ光６、７と励起光２がクラッド１６、１７の間の複屈折材料１０、１１及びレーザ媒質９中を伝搬する。
なお、レーザ光６、７がレーザ媒質９中を伝搬する構成であれば、クラッド１６、１７は必ずしも設ける必要はなく、また、図２の上下のうち片側に設けることもできる。

固体レーザモジュール１００の主面２２、２３に対するクラッド１６、１７の接合は、例えば、光学材料を原料とした膜の蒸着によって行うことができる。また、光学材料をオプティカルコンタクトや拡散接合することによっても接合することができる。
クラッド１６、１７の外側には、図示せぬ基板が接合されていてもよい。また、クラッド１６、１７又は図示せぬ基板の外側には、図示せぬヒートシンクが接合されていてもよい。このようにヒートシンクを配置すれば、レーザ媒質９の温度上昇を抑えることができるので、高出力励起が可能になり、高出力なレーザ光が得られる。

また、レーザ媒質９が準３準位、準４準位及び３準位である場合には、温度上昇によって利得が低下するため、高効率化のために温度上昇の低減が重要であるが、クラッド１６、１７に直接ヒートシンクを接合して熱抵抗の低減を図り、レーザ媒質９の温度上昇を抑えることで、レーザ光６、７の増幅効率を高めることができる。

また、ヒートシンクは、ｘｙ平面において、ｙ方向にレーザ媒質９から複屈折材料１０、１１の部分まで延ばすことができるため、温度上昇が大きいレーザ媒質９の端面１８、１９をヒートシンクによって冷却することができる。このため、レーザ媒質９の端面１８、１９の温度上昇を低減することができ、レーザ媒質９の端面１８、１９の光学的歪みを低減することができる。

なお、基板及びヒートシンクは、レーザ媒質９及び複屈折材料１０、１１のｘｙ平面の片側であってもよいし、対向する２面の両側に接合されていてもよい。
レーザ媒質９、複屈折材料１０、１１、基板及びヒートシンクは、接合材（好ましくは、熱伝導率の良い接合材）で接合される。

図１及び図２では、励起光源１が、複屈折材料１０、１１の端面２０、２１に近接して配置されているが、励起光源１に冷却用のヒートシンクが接合されていてもよい。
励起光源１は、ｘ軸方向の大きさが、レーザ媒質９及び複屈折材料１０、１１のｘ軸方向の大きさとほぼ等しく、ｘ軸方向に対して、ほぼ一様に励起光２を出射するものである。
ここで、励起光２を出射する励起光源１としては、一般の半導体レーザ等を使用することができる。

また、励起光源１は、活性層をｘ軸方向に複数配置しているマルチエミッタ半導体レーザであってもよい。この場合、複数の活性層から複数のＬＤ（レーザダイオード）光が出射されるので、ｘ軸方向に複数並んだレーザ出力光（励起光）が得られる。このため、活性層のピッチとレーザ光６の光路間隔を一致させることで、レーザ光と励起光のオーバーラップをより高めることができる。
また、励起光源１は、ファイバ出力型ＬＤであってもよい。この場合、ファイバアレイのファイバ間隔とレーザ光６の光路間隔を一致させることで、レーザ光と励起光のオーバーラップをより高めることができる。
また、活性層がｘ方向に幅の広いブロードエリアＬＤであってもよい。

次に動作について説明する。
励起光源１から出射された励起光２は、複屈折材料１０の端面２０から入射し、偏光を回転させながらｙ方向に伝搬する。励起光２は、複屈折材料１０とレーザ媒質９の境界面であるレーザ媒質９の端面１８まで到達すると、その端面１８からレーザ媒質９内に導入される。

このとき励起光２はｚ軸方向の偏光成分とｘ軸方向の偏光成分を共に有している。レーザ媒質９中で、励起光２のｚ軸方向の偏光成分はｙ方向に伝搬され、ｘ軸方向の偏光成分はレーザ媒質９の複屈折性に起因するウォークオフ効果により、ｘ軸方向から若干異なるｘｙ平面方向の偏光成分となり、ｙ方向に対して角度ρ傾射してｘｙ平面内を伝搬する。一般的な複屈折性の材料におけるウォークオフ角ρは数度程度である。一般的に、ウォークオフ効果は、２つの異なる屈折率の主軸、Ｎｍ軸及びＮｇ軸を、ｘ軸及びｙ軸の方向に対して０度や９０度など（９０×ｋ度、ｋは整数）の角度以外の角度に傾けたときに生じる。

なお、ウォークオフ効果については、以下の文献にも記載があり、参照することができる。
「分光測定入門シリーズ第４巻、分光測定のためのレーザー入門」、日本分光学会編、講談社、２００９年７月１０日発行、１３４〜１３５頁。

レーザ媒質９内に導入された励起光２のうち、ｚ軸方向の偏光成分は励起光３としてｙ方向に伝搬されながら、レーザ媒質９に吸収される。レーザ媒質９内に導入された励起光２のうち、ｘｙ平面方向の偏光成分は励起光４としてｙ軸に対してウォークオフ角ρ傾斜して伝搬されながら、レーザ媒質９に吸収される。
レーザ媒質９で励起光３、４が吸収されることで、レーザ媒質９の内部でレーザ光６、７に対する利得が発生する。レーザ媒質９の内部で発生した利得によって、レーザ光６、７は増幅作用を受けて、増幅後のレーザ光８が出力される。
このように、レーザ種光を準備し、レーザ光５としてレーザ媒質９内に導入して増幅を行わせ、増幅後のレーザ光８を得ることで、図１及び図２に示した構成において光増幅器になる。

この実施の形態１では、反射防止膜１２が施されている固体レーザモジュール１００の端面２１からレーザ光５を複屈折材料１１内に導入している。レーザ光５は、反射防止膜１２に対して、垂直入射される。レーザ光５の偏光を円偏光にしておけば、複屈折材料１１を伝搬し、レーザ媒質９に導入されるレーザ媒質の端面１９で、偏光がｚ軸方向の直線偏光となる。この直線偏光は図１中のレーザ光６となる。
レーザ媒質９に導入されたレーザ光６は、レーザ媒質９を伝搬し、複屈折材料１０に導入される。複屈折材料１０に導入されたレーザ光６は、複屈折材料１０を伝搬し、全反射膜１４で反射される。反射されたレーザ光６は複屈折材料１０を伝搬し、レーザ媒質９の端面１８から、レーザ媒質９に導入される。

このとき、レーザ媒質９の端面１８におけるレーザ光６の偏光は、ｘ軸方向の直線偏光となる。これはレーザ光６が、１／４波長板として機能する複屈折材料１０を往復し、偏光方向がほぼ９０度回転するためである。
レーザ媒質９に導入されたレーザ光６は、複屈折性を有するレーザ媒質９のウォークオフ効果により、レーザ光７としてｙ軸方向に対して角度ρ傾斜してレーザ媒質９内を伝搬する。

レーザ媒質９を伝搬したレーザ光７は、複屈折材料１１に導入され、全反射膜１５で反射される。反射されたレーザ光７は複屈折材料１１を伝搬し、レーザ媒質９の端面１９から、レーザ媒質９に導入される。このとき、レーザ媒質９の端面１９におけるレーザ７の偏光は、再びｚ軸方向の直線偏光となる。レーザ媒質９に導入されたレーザ光７は、再びレーザ光６としてレーザ媒質９をｙ軸方向に伝搬する。
このため、レーザ媒質９を伝搬するレーザ光６、７は、図１に示すように、端面２０、２１に施されている全反射膜１４、１５に反射されながらジグザグ状に伝搬する。
最終的には、複屈折材料の１１の端面２１に施されている反射防止膜１３から、レーザ光８として出力される。

ここで、固体レーザモジュール１００を含む光増幅器を図１の下側から見ると、図２に示すように、励起光源１から出射された励起光２は、複屈折材料１０の端面２０から導入されて、ｙ方向に伝搬される。
このとき、励起光２は、ｚ方向に広がりながら伝搬されるが、複屈折材料１０よりも低屈折率のクラッド１６、１７で反射されるため、ｚ方向で互いに対向するクラッド１６、１７に閉じ込められて、ｙ方向に伝搬されながらレーザ媒質９に吸収される。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、複屈折性を有するレーザ媒質９の端面１８、１９にレーザ光６、７に対して１／４波長板として機能する複屈折材料１０、１１が接合されており、固体レーザモジュール１００の端面２１の一部に対して、レーザ光５を透過させる反射防止膜１２、１３が施され、その反射防止膜１２、１３が施されていない端面２０、２１に対して、レーザ光６、７を反射させる全反射膜１４、１５が施されており、反射防止膜１２が施されている固体レーザモジュール１００の端面２１から導入されるレーザ光５が、レーザ媒質９に導入される端面１９で偏光方向がｚ軸方向となるように導入されると、レーザ媒質９をｙ方向に伝搬し、もう一方の複屈折材料１０に導入され、全反射膜１４に反射され、複屈折材料１０を往復伝搬し、レーザ光の偏光が９０度回転され、複屈折性を有するレーザ媒質９でウォークオフにより往路と異なる光路でレーザ媒質９を伝搬されるように構成したので、固体レーザモジュール１００の端面２０に励起光２を垂直入射して、レーザ光６、７と励起光３、４の光路を一致させることができるので、レーザ光６、７と励起光３、４のビームオーバーラップ効率を高めて、レーザ光６、７の増幅利得を高めることができる効果がある。

即ち、従来は、レーザ媒質９において、レーザ光と励起光の光路が一致せず、レーザ光の光路ではないレーザ媒質９の部分で、励起光を吸収することになり、レーザ光と励起光のビームオーバーラップ効率が低下して、レーザ光の増幅効率の低下を招いてしまうことがあった。

これに対して、この実施の形態１では、レーザ媒質９の端面１８、１９に複屈折材料１０、１１が接合されており、複屈折材料１０、１１におけるレーザ光の偏光回転と、レーザ媒質９の複屈折性によって起こるウォークオフにより、固体レーザモジュール１００中を伝搬するレーザ光６、７と励起光３、４の伝搬方向を一致させることができる。
このため、レーザ光６、７と励起光３、４のビームオーバーラップ効率を高めて、レーザ光６、７の増幅効率を高めることができる。

この実施の形態１では、反射防止膜１２、１３が施されていない端面２０、２１に対して、レーザ光６、７を反射させる全反射膜１４、１５が施されているものを示したが、全反射膜１４、１５は、増幅対象の波長帯域に対して全反射特性を有し、他の波長帯域に対しては透過特性を有するものであってもよい。
このように構成することで、レーザ媒質９が利得を持つ所望の波長を増幅させることができる。このため、他の波長での寄生増幅によるエネルギー抽出がなくなり、高効率な光増幅器が得られるようになる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、レーザ光５が複屈折材料１１を伝搬し、レーザ媒質９に導入されるレーザ媒質の端面１９で、偏光がｚ軸方向の直線偏光となるものを示したが、図３に示すように、レーザ光５が複屈折材料１１を伝搬し、レーザ媒質９に導入されるレーザ媒質の端面１９で、偏光がｘｙ平面方向の直線偏光となるようにレーザ光５を導入してもよい。この場合も実施の形態１とほぼ同様の動作を行うことができることは明らかであり、実施の形態１と同様の効果が得られる。

実施の形態３．
上記実施の形態１では、固体レーザモジュール１００のレーザ媒質９の端面１９に複屈折材料１１が接合しているものを示したが、図４に示すように、レーザ光７を出力する部分の複屈折材料を取り除き、レーザ媒質９の端面１９のうち複屈折材料が接合されていない部分に反射防止膜１３を施してもよい。
この場合、レーザ光８を直線偏光で出力することができるという効果を奏する。

実施の形態４．
上記実施の形態２では、固体レーザモジュール１００のレーザ媒質９の端面１９のうち、レーザ光７を出力する部分に反射防止膜１３を施しているものを示したが、図５に示すように、反射防止膜１３の代わりに全反射膜２４を施してもよい。
この場合、レーザ光７は全反射膜２４で反射され、固体レーザモジュール１００を折り返し伝搬し、レーザ光８として反射防止膜１２から出力される。
この場合、光路長を長くすることができ、さらにレーザ光６、７の光子密度が高くなるため、レーザ媒質９に蓄積されたエネルギーの抽出効率を高めることが可能であり、レーザ光６、７を高効率に増幅することが可能である。

実施の形態５．
上記実施の形態４では、固体レーザモジュール１００のレーザ媒質９の端面１９のうち、レーザ光５、８を入出力する部分に複屈折材料１１を接合しているものを示したが、図６に示すように、レーザ光５、８を入出力する部分の複屈折材料を取り除き、代わりに反射防止膜１２を施してもよい。
この場合、レーザ光５、８の偏光を直線偏光で入出力することができる。

実施の形態６．
上記実施の形態１では、固体レーザモジュール１００の端面のうち、端面２０から励起光２を導入しているものを示したが、図７に示すように、励起光源２５を用い、端面２１から励起光２６を導入してもよい。励起光２６は複屈折材料１１を透過し、励起光２７および励起光２８としてレーザ媒質９を伝搬する。したがって、励起光２７、２８を励起光３、４とほぼ同じ伝搬路に重畳させることができる。
この場合、より多くの励起光をレーザ媒質９に導入することができ、レーザ媒質９の高励起が可能であるため、レーザ光６、７の増幅率をより高めることができ、光増幅器を高出力化することができる。

実施の形態７．
上記実施の形態６では、固体レーザモジュール１００のレーザ媒質９の端面１８に複屈折材料１０が接合しているものを示したが、図８に示すように、レーザ光６を出力する部分の複屈折材料１０を取り除き、レーザ媒質９の端面１８のうち複屈折材料１０が接合されてない部分に反射防止膜１３を施してもよい。
この場合、レーザ光８を直線偏光で出力することができる。

実施の形態８．
上記実施の形態７では、固体レーザモジュール１００のレーザ媒質９の端面１８のうち、レーザ光６を出力する部分に反射防止膜１３を施しているものを示したが、図９に示すように、反射防止膜１３の代わりに全反射膜２４を施してもよい。
この場合、レーザ光６は全反射膜２４で反射され、固体レーザモジュール１００を折り返し伝搬し、反射防止膜１２からレーザ光８として出力される。
よって、光路長を長くすることができ、さらにレーザ光６、７の光子密度が高くなるため、レーザ媒質９に蓄積されたエネルギーの抽出を高めることが可能であり、レーザ光６、７をより高効率に増幅することが可能である。

実施の形態９．
上記実施の形態８では、固体レーザモジュール１００のレーザ媒質９の端面１９のうち、レーザ光５、８を入出力する部分に複屈折材料１１を接合しているものを示したが、図１０に示すように、レーザ光５、８を入出力する部分の複屈折材料を取り除き、代わりに反射防止膜１２を施してもよい。
この場合、レーザ光５、８の偏光を直線偏光で入出力することができる。

実施の形態１０．
上記実施の形態１では、固体レーザモジュール１００のレーザ媒質９中で、励起光２がｚ軸方向及びｘ軸方向の偏光成分を持ち、ｙ軸方向に伝搬する成分と、ウォークオフによりｙ軸に対して傾斜して伝搬する成分のあるものを示したが、図１１に示すように、レーザ媒質９中の励起光をｚ軸方向の直線偏光にしてもよい。
例えば、励起光源１から出力される励起光２の偏光がｘ軸方向の直線偏光である場合、複屈折材料１０として、励起光に対する遅軸成分と速軸成分の位相差Γ_Pumpと、レーザ光に対する遅軸成分と速軸成分の位相差Γ_Laserとが各々
Γ_Pump＝（２ｍ＋１）π
Γ_Laser＝（２ｎ＋１）π／２
となるような複屈折材料を使用すればよい。ここでｍ、ｎは任意の整数である。

この実施の形態１０に係る光増幅器では、レーザ媒質９の、ｚ軸方向の偏光に対する励起光の吸収率及びレーザ光の増幅利得が高く、かつｘｙ平面方向の偏光に対する励起光及びレーザ光の吸収率が低い場合、励起光を高効率に吸収させることができるため、レーザ光を高効率に増幅することが可能である。

また、レーザ媒質９の、ｚ軸方向の偏光に対する励起光の吸収率及びレーザ光の増幅利得が高く、ｘｙ平面方向の偏光に対するレーザ光の吸収率及び増幅利得が低い場合、利得の高い偏光方向で増幅させることができるため、レーザ光を高効率に増幅することが可能である。

実施の形態１１．
上記実施の形態１では、固体レーザモジュール１００のレーザ媒質９中で、励起光２がｚ軸方向及びｘ軸方向の偏光成分を持ち、ｙ軸方向に伝搬する成分と、ウォークオフによりｙ軸に対して傾斜して伝搬する成分のあるものを示したが、図１２に示すように、レーザ媒質９中の励起光をｘｙ平面方向の直線偏光にしてもよい。
例えば、励起光源１から出力される励起光２の偏光がｘ軸方向の直線偏光である場合、複屈折材料１０として、励起光とレーザ光に対する遅軸成分と速軸成分の位相差が各々
Γ_Pump＝２ｍπ
Γ_Laser＝（２ｎ＋１）π／２
（ｍ、ｎは任意の整数）となるような複屈折材料を使用すればよい。

この実施の形態１１に係る光増幅器では、レーザ媒質９の、ｚ軸方向の偏光に対する励起光及びレーザ光の吸収率が低く、かつｘｙ平面方向の偏光に対する励起光の吸収率及びレーザ光の増幅利得が高い場合、励起光を高効率に吸収させることができるため、レーザ光を高効率に増幅することが可能である。

また、レーザ媒質９の、ｚ軸方向の偏光に対するレーザ光の吸収率及び増幅利得が低く、かつｘｙ平面方向の偏光に対する励起光の吸収率及びレーザ光の増幅利得が高い場合、利得の高い偏光方向で増幅させることができるため、レーザ光を高効率に増幅することが可能である。

実施の形態１２．
図１３はこの発明の実施の形態１２による光増幅器を示す上面図である。
図１３に示すように、固体レーザモジュール１００の側面３２、３３、端面２０におけるレーザ光の光路とならない部分を荒らし面２９、３０、３１とすることで、寄生発振や寄生増幅を起こり難くすることができる。
また、荒らし面は、固体レーザモジュール１００のレーザ光の光路とならない上述せぬ端面に設けてもよい。

なお、以上の各実施の形態では、レーザ媒質９と複屈折材料１０、１１とが、共に平板状である、いわゆる平面導波路型光増幅器について示したが、本発明はこれに限らず、いわゆるバルク型光増幅器に適用しても良い。この場合、励起光３、４、２７、２８及びレーザ光６、７は平面導波路内を伝搬しないこととなるが、それ以外については同様の動作が得られ、本発明の同様の効果が得られる。

また、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１励起光源、２、３、４励起光、５、６、７、８レーザ光、９レーザ媒質、１０、１１複屈折材料、１２、１３反射防止膜、１４、１５全反射膜、１６、１７クラッド、１８、１９、２０、２１端面、２２、２３主面、２４全反射膜、２５励起光源、２６、２７、２８励起光、２９、３０、３１荒らし面、３２、３３側面、１００固体レーザモジュール

Claims

複屈折性を有し、導入されるレーザ光の９０度異なる偏光方向によって上記レーザ光の伝搬方向が異なるように、上記複屈折性による２つの異なる屈折率の主軸が共に上記異なるレーザ光の伝搬方向を含む平面内方向に設定されるとともに、導入された励起光を吸収することで上記レーザ光を増幅するレーザ媒質と、
上記レーザ媒質における上記レーザ光の伝搬方向に対する上記レーザ媒質の端部の両側に接合され、上記レーザ光が往復伝搬することで上記レーザ光の偏光を９０度回転させる複屈折材料と、
上記複屈折材料の上記レーザ媒質と反対側に各々設けられ、上記レーザ光が上記複屈折材料中を往復伝搬するように上記レーザ光を反射させる全反射膜と、
を備えたことを特徴とする光増幅器。
上記レーザ媒質と上記複屈折材料は、共に平板状であって、上記レーザ光を平面導波路型として伝搬させることを特徴とする請求項１記載の光増幅器。
平板状である上記レーザ媒質と上記複屈折材料の上面と下面のうち少なくとも片方の面にクラッドを接合させたことを特徴とする請求項２記載の光増幅器。
上記レーザ媒質の端面のうち上記レーザ光を入力する部分もしくは上記レーザ光を出力する部分の少なくとも一方には複屈折材料が接合されておらず、上記端面に反射防止膜が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の光増幅器。
上記レーザ媒質の端面の一部に複屈折材料が接合されておらず、上記端面に上記レーザ光を反射する全反射膜が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の光増幅器。
上記励起光は、上記レーザ光の伝搬方向に対する上記レーザ媒質の端部の片側から上記レーザ媒質に導入されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の光増幅器。
上記励起光は、上記レーザ光の伝搬方向に対する上記レーザ媒質の端部の両側から上記レーザ媒質に導入されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の光増幅器。
上記励起光は、上記異なるレーザ光の伝搬方向を含む平面に垂直な方向の直線偏光となるように上記レーザ媒質に導入されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の光増幅器。
上記励起光は、上記異なるレーザ光の伝搬方向を含む平面に平行な方向の直線偏光となるように上記レーザ媒質に導入されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の光増幅器。
上記レーザ媒質および上記複屈折材料の端面のうち、上記レーザ光および上記励起光の光路とならない端面の少なくとも一部を光学的に荒らし面としたことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の光増幅器。
平板状である上記レーザ媒質と上記複屈折材料の上面と下面のうち少なくとも片方の面にヒートシンクが配置されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の光増幅器。