JPH087647Y2 - 光導波路型レーザ素子 - Google Patents

光導波路型レーザ素子

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JPH087647Y2
JPH087647Y2 JP1989112709U JP11270989U JPH087647Y2 JP H087647 Y2 JPH087647 Y2 JP H087647Y2 JP 1989112709 U JP1989112709 U JP 1989112709U JP 11270989 U JP11270989 U JP 11270989U JP H087647 Y2 JPH087647 Y2 JP H087647Y2
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optical waveguide
laser
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optical
waveguide type
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宏 青木
修 丸山
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ホーヤ株式会社
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【考案の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本考案は、レーザ光増幅作用、あるいは、レーザ光発
振作用を行う光導波路型レーザ素子に関する。
[従来の技術] 光導波路型レーザ素子としては、特開昭63-29986号公
報に開示されているものが知られている。
第2図及び第3図は、この開示に係る光導波路型レー
ザ素子の斜視図である。
第2図に示される例は、いわゆる、埋込タイプの光導
波路型レーザ素子であり、NdやEr等のレーザ活性イオン
及びアルカリイオン(イオンAとする)を含むレーザガ
ラスよりなる略直方体形状の基板101中に、その長手方
向に沿って円柱状の光導波路102を形成し、両端面に反
射ミラー103及び104を形成したものである。この場合、
前記光導波路102は、前記基板101のイオンAを該活性イ
オンより屈折率の高いアルカリイオン(イオンBとす
る)で置換したものである。これは、例えば、前記イオ
ンAを含む基板101の表面に長手方向に沿ったスリット
を有する拡散防止膜をコートし、このスリットを通じて
ガラス基板101中のイオンAをイオンBでイオン交換
し、次いで、前記拡散防止膜を除いて前記基板101の表
面部のイオンBを再度イオンAでイオン交換し、しかる
後、両端面に反射ミラー103及び104をコーティングする
ことにより得られる。
第3図に示される例は、いわゆる、リッジタイプの光
導波路型レーザ素子であり、基板201の表面に、NdやEr
等のレーザ活性イオンを含むレーザガラスあるいはYAG
等の結晶の膜を、周知のMCVD(モデファイド ケミカル
ペーパー デポジション)法等によって積層し、次い
で、前記基板201の長手方向の両端面に反射ミラー203及
び204を形成し、しかる後、前記MCVD法等により積層し
た膜の不要部分をフォトリソグラフィー技術等を用いて
除去して角柱状をなしたリッジタイプの光導波路202を
形成したものである。
[考案が解決しようとする課題] ところで、用途によっては、前記光導波路型レーザ素
子により出力の大きいレーザ光を得たい場合がある。出
力の大きいレーザ光を得るには、レーザ発振媒体たる光
導波路中に導入する励起光を強力なものとする方法と、
複数の光導波路で発振したレーザ光を一つのレーザ光に
結合する方法とが考えられる。しかし、この種のレーザ
装置の場合、励起光を得るのに、通常、半導体レーザ素
子が用いられるが、半導体レーザ素子の出力は限られて
いる。このため、強力な励起光を得るためには、複数の
半導体レーザ素子から発振されたレーザ光を一つに結合
する必要がある。それゆえ、励起光を強力なものとする
方法は、複数の半導体レーザ素子と、これら複数の半導
体レーザ素子から発振されたレーザ光を一つに合波する
光合波装置が必要となる。このため、装置が大型となる
とともに、光結合装置による結合損失によって各半導体
レーザ素子のレーザ光のエネルギーを有効に利用できな
いという欠点がある。
また、複数の光導波路で発振されたレーザ光を一つに
結合して強力なレーザ光とする方法も、複数の光導波路
と光結合装置が必要となり、前記の方法と同様に、装置
が大型になるとともに、光結合装置による結合損失が生
ずるという欠点がある。
さらに、他の用途として、レーザ媒体たる光導波路の
光軸方向から励起光を導入する、いわゆる端面励起によ
って異なる複数の波長のレーザ光を得たい場合がある。
この場合には、第4図に示される構成のものが考えられ
る。すなわち、基板301中に2本の光導波路301aと302b
を形成し、一方の端面には共通の反射ミラー303を形成
し、他方の端面には、光導波路302a用の反射ミラー304a
と、光導波路302b用の反射ミラー304bを形成する。そし
て、これら反射ミラー304a及び304bの反射率をそれぞれ
前記光導波路302aと302bとが共振条件を満足するように
選定する。この場合、前記光導波路302a及び302bとし
て、ガラスや結晶に2種以上の発振周波数を持つ活性イ
オンもしくは異なる発振波長を持つ2種以上の活性イオ
ンを含むものを用い、前記反射ミラー304a及び304bとし
て、互いに異なる波長で共振するものを選定することに
より、これら光導波路302aと302bとを共通の組成のもの
にして製作を容易にすることもできる。しかし、この場
合は、前記2つの光導波路302aと302bとを別々に励起す
る必要があり、2つの励起光発振用のレーザ装置もしく
は一つの励起光発振用のレーザ装置から射出されたレー
ザ光を2つに分岐する光分波装置等が必要になり、装置
が大型になるとともに、光分岐によるエネルギーロスも
生ずる。
さらに、別の方法として、一つの光導波路で2つの波
長を含むレーザ光を発振させ、これを波長毎のレーザ光
に分波する方法も考えられる。しかし、この方法も、前
記と同様に、装置が大型になるとともに、光分波装置に
よるエネルギーロス等もある。
以上の事情は、光導波路型レーザ素子を光増幅素子と
して用いた場合も同じである。
本考案は、上述の背景のものでなされたものであり、
極めて小型に形成でき、かつ、エネルギーロスも少ない
光導波路型レーザ素子を提供することを目的としたもの
である。
[課題を解決するための手段] 本考案は、以下の構成とすることにより上述の課題を
解決している。
基板にレーザ活性物質を含む光導波路を形成し、該光
導波路によってレーザ発振又は光増幅を行うようにした
光導波路型レーザ装置において、 前記基板は、該基板自体にレーザ活性物質を含むガラ
ス基板であり、 前記光導波路は、前記ガラス基板中にイオン交換法に
よって前記ガラス基板の屈折率を増大させるイオンを注
入することによって形成されたものであるとともに、一
方から他方に向かう途中で複数に分岐されているもので
あることを特徴とする構成。
[作用] 前記構成によれば、例えば、前記光導波路を基板の一
方の側の近傍では1本とし、他方に向かう途中から複数
に分岐させ、光導波路の両端面にレーザ共振用ミラーを
設け、分岐した側のそれぞれの端面からそれぞれ半導体
レーザ装置から射出された励起光を導入し、他方の分岐
されていない端面から発振レーザ光を得るようにする
と、極めて強力なレーザ光を得ることができる。
また、逆に、分岐された端面から互いに異なる波長の
レーザ光を得ることもできる。この場合は、光導波路と
して、2種以上の発振波長を持つ活性物質を含むものと
するか、あるいは、異なる発振波長を持つ2種以上の活
性イオンを含むものとする。そして、分岐された各端面
には、それぞれ異なる波長で発振条件を満足するものを
形成する。
上記いずれの場合においても、素子を極めて小型に形
成できるとともに、光分波等によるエネルギーロスを著
しく小さくできる。この事情は、該光導波路型レーザ素
子を光増幅素子として用いた場合も同様である。
[実施例] 第1図は本考案の一実施例にかかる光導波路型レーザ
素子の斜視図である。以下、第1図を参照しながら本考
案の一実施例を詳述する。なお、この実施例は、強力な
レーザ光を得る場合の例である。
図において、符号11は基板、符号12は前記基板11に形
成された光導波路、符号13及び14は、前記基板11の相対
向する端面、すなわち、前記光導波路12の両端面に形成
された第1及び第2の反射ミラーである。
前記基板11は、レーザ活性イオンとしてのNd3+イオン
を含むリン酸塩系ガラスからなり、5×5×3の寸法を
有する板状体である。なお、このリン酸塩系ガラスの主
な成分は、P2O5,Na2O,Y2O3,Al2O3,Nd2O3等である。
前記光導波路12は、前記基板11の他の部位より屈折率
が大きくなる物質、すなわち、Agイオンを含むものであ
り、前記基板11の一方の側寄り、すなわち、図中右側寄
りは1本の経路12aとされ、他方の側、すなわち、図中
左側に向かう途中で3本の経路12b,12c,12dに分岐され
たものである。この光導波路12は断面略半円形をなし、
その半径が約60μm、長さが約5mmである。
前記第1の反射ミラー13は励起光入射側のミラーであ
り、波長800nmの光を85%透過し、一方、波長1054nmの
光を99.9%以上反射するものである。
前記第2の反射ミラー14はレーザ光出射側のミラーで
あり、波長1054nmの光を99.7%反射(0.3%透過)する
ものである。
なお、これら第1及び第2の反射ミラー13及び14は、
前記光導波路22の両端面を含む基板1の両端面にコーテ
ィングにより形成してもよいし、場合によっては、外部
ミラーとしてもよい。
上述の光導波路型レーザ素子は、例えば、以下のよう
にして製造される。
厚さ3mmのリン酸塩系のガラス板を切り出して、5×
5×3mmの寸法に形成し、その表面を研磨して基板11を
作製する。この研磨した表面に、蒸着法やスパッタリン
グ法で厚さ数μm程度のTi膜を形成する。
次に、このTi膜表面にフォトリソグラフィー法を利用
して光導波路のレジストパターンを形成し、エッチング
処理を施してこの光導波路パターンに沿ってTiの一部を
除去し、前記ガラス基板11の表面を露出させる。
次いで、このTi膜上に、蒸着法やスパッタリング法で
厚さ数μm程度のAg膜を形成する。
しかる後、前記基板11を電気炉で400℃に保持し、Ag
膜を+極、前記基板11の裏面を−極として電界を加え
る。これにより、前記基板11の表面から前記導波路パタ
ーンに沿ってAgイオンが前記基板11内に拡散され、光導
波路12が形成される(詳しくは、例えば、Appl.Phys.Le
tt.51,296(1987)参照)。
こうして作製した光導波路型レーザ素子を用いて発振
実験を行った結果は、以下の通りであった。
発振条件 最大出力1Wのレーザダイオードを3台用い、それぞれ
から射出された中心波長800nmで出力900mWの励起用レー
ザ光を、前記第1の反射ミラー13の側から前記光導波路
12の経路12b,12c,12dに導入した。
レーザ発振出力 前記第2の反射ミラー14の側から、波長1054nm、出力
1.9mWのレーザ光が得られた。
なお、上記一実施例では、発振閾値を下げるため、出
射側の反射ミラー(第2の反射ミラー14)として反射率
の高いものを用いたが、反射率の低いものを用いればさ
らに出力を大きくすることができる。
また、比較のため、従来の光導波路型素子(光導波路
が分岐していないもの)を、前記一実施例と同様の条件
で3つ作製し、それぞれについて出力900mWのレーザダ
イオードで励起してレーザ発振を行い、これら3つのレ
ーザ光を波長1054nmに吸収のないガラス製の合波器を用
いて合波して得たレーザ光の出力は1.2mWであった。
以上の結果から、前記一実施例の光導波路型レーザ素
子は、従来のものを3つ用いた場合に比較して0.7mW
(約2dB)出力が大きいことがわかる。しかも、素子自
体を従来に比較して著しく小型に形成できるとともに、
光合波器が不要である等のすぐれた利点を有している。
第5図は、本考案の他の実施例に係る光導波路型レー
ザ素子の斜視図である。この実施例は、2つの異なる波
長のレーザ光を得る例である。
第5図において、符号21は基板、符号22は前記基板21
に形成された光導波路、符号23は励起光入射側に設けら
れた第1の反射ミラー、符号24aはレーザ光出射側に設
けられた第2の反射ミラー、符号24bはレーザ光出射側
に設けられた第3の反射ミラーである。
前記基板21は前記一実施例と同一の構成を有し、同一
の方法で作製される。
なお、この基板21に含まれるNd3+イオンは、複数のレ
ーザ発振準位を持っており、共振ミラーの反射率を選定
することにより、例えば、発振波長を1054nm(=λ1)
とすることも、1320nm(λ2)とすることもできる。
また、前記光導波路22は、前記一実施例と逆に、励起
光入射側、すなわち、図中左側よりの部位が1本の経路
22aとされ、レーザ光出射側、すなわち、図中右側に向
かう途中から2本の経路22b及び22cに分岐されたもので
ある。この光導波路22の断面形状やその半径、あるい
は、長さ、並びに、製造方法は前記一実施例の場合と同
一である。
前記第1の反射ミラー23は、波長802nmの光を85%透
過し、波長1054nm(=λ1)及び波長1320nm(=λ2)
の光を100%反射するものである。
前記第2の反射ミラー24aは前記光導波路22の分岐さ
れた一方の経路22bの端面に形成され、λ1の波長の光
を99%反射するものである。したがって、この第2の反
射ミラー24aと前記第1の反射ミラー23との間で波長λ
1のレーザ共振光路が形成され、この第2の反射ミラー
24a側から波長λ1のレーザ光を取り出すことが可能と
なっている。
前記第3の反射ミラー24bは前記光導波路22の分岐さ
れた一方の経路22cの端面に形成され、λ2の波長の光
を99%反射するものである。したがって、この第3の反
射ミラー24bと前記第1の反射ミラー23との間で波長λ
2のレーザ共振光路が形成され、この第3の反射ミラー
24b側から波長λ2のレーザ光を取り出すことが可能と
なっている。
なお、これら第1ないし第3の反射ミラーは、コーテ
ィングにより形成してもよいし、場合によっては外部反
射ミラーとしてもよい。
この実施例の光導波路型レーザ素子の前記励起光入射
側端面を通じて、レーザダイオードから射出された出力
900mWの励起光を導入してレーザ発振を行わせたとこ
ろ、前記第2の反射ミラー24aの側から波長λ1(=105
4nm)で出力500μWのレーザ光が、また、前記第3の反
射ミラー24bの側から波長λ2(=1320nm)で出力50μ
Wのレーザ光がそれぞれ得られた。
なお、この実施例においても、発振閾値を下げるた
め、出射側の反射ミラー(第2の反射ミラー24a及び第
3の反射ミラー24b)として反射率の高いものを用いた
が、反射率の低いものを用いればさらに出力を大きくす
ることができる。
以上詳述した各実施例では、光導波路型レーザ素子を
レーザ発振装置として用いた例を掲げたが、共振用の反
射ミラーを除いて光増幅素子として用いることもでき
る。
また、前記他の実施例では、異なる波長のレーザ光を
複数得る例を掲げたが、これも、同一の波長の発振レー
ザ光を複数得、あるいは、増幅するようにすることもで
きることは勿論である。
さらに、基板に形成する光導波路を、いわゆる埋込タ
イプの光導波路としてもよい。
[考案の効果] 以上、詳述したように、本考案は、 基板にレーザ活性物質を含む光導波路を形成し、該光
導波路によってレーザ発振又は光増幅を行うようにした
光導波路型レーザ素子において、 前記基板は、該基板自体にレーザ活性物質を含むガラ
ス基板であり、 前記光導波路は、前記ガラス基板中にイオン交換法に
よって前記ガラス基板の屈折率を増大させるイオンを注
入することによって形成されたものであるとともに、一
方から他方に向かう途中で複数に分岐されているもので
あることを特徴とする構成を有し、 これにより、極めて小型に形成でき、かつ、エネルギ
ーロスも少ない光導波路型レーザ素子を得ているもので
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本考案の一実施例に係る光導波路型レーザ素子
の斜視図、第2図及び第3図は従来例の斜視図、第4図
は複数の波長のレーザ光を得る従来例の斜視図、第5図
は本考案の他の実施例の斜視図である。 11,21……基板、12,22……光導波路、13,14,23,24a,24b
……反射ミラー。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−9986(JP,A) 特開 昭63−262626(JP,A) 特開 平3−35203(JP,A) 特開 平2−71573(JP,A) Appl.Phys.Lett.51 (5),P.296−298

Claims (1)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板にレーザ活性物質を含む光導波路を形
    成し、該光導波路によってレーザ発振又は光増幅を行う
    ようにした光導波路型レーザ素子において、 前記基板は、該基板自体にレーザ活性物質を含むガラス
    基板であり、 前記光導波路は、前記ガラス基板中にイオン交換法によ
    って前記ガラス基板の屈折率を増大させるイオンを注入
    することによって形成されたものであるとともに、一方
    から他方に向かう途中で複数に分岐されているものであ
    ることを特徴とする光導波路型レーザ素子。
JP1989112709U 1989-09-26 1989-09-26 光導波路型レーザ素子 Expired - Lifetime JPH087647Y2 (ja)

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JPH0351422U JPH0351422U (ja) 1991-05-20
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