JPWO2013140432A1 - レーザ装置 - Google Patents
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Abstract
固体レーザ素子３の端面３ｂからレーザ光が空気に入射されると仮定した場合、その入射面における固体レーザ素子３側の法線とレーザ光の進行方向とがなす入射角が、その入射面でのブリュースター角と略一致するように、その端面３ｂに傾斜が設けられるとともに、波長変換素子４の端面４ａからレーザ光が空気に入射されると仮定した場合、その入射面における波長変換素子４側の法線とレーザ光の進行方向とがなす入射角が、その入射面でのブリュースター角と略一致するように、その端面４ａに傾斜が設けられ、その端面３ｂと端面４ｂが対向して配置されている。
Description
この発明は、例えば、プロジェクタ装置などの光源に用いられるレーザ装置に関するものである。
例えば、プロジェクタ装置やプロジェクションテレビなどのカラー画像を表示する装置では、光源としてＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３つの色の光源が必要とされる。
近年、これらの光源として、９００ｎｍ帯、１μｍ帯、１．３μｍ帯のレーザ光を基本波レーザ光とし、非線形材料を用いて、その基本波レーザ光を２倍高調波に変換（ＳＨＧ、Ｓｅｃｏｎｄ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）する波長変換レーザ装置（レーザ発振器）が開発されている。
近年、これらの光源として、９００ｎｍ帯、１μｍ帯、１．３μｍ帯のレーザ光を基本波レーザ光とし、非線形材料を用いて、その基本波レーザ光を２倍高調波に変換（ＳＨＧ、Ｓｅｃｏｎｄ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）する波長変換レーザ装置（レーザ発振器）が開発されている。
波長変換レーザ装置の一例としては、半導体レーザ素子、固体レーザ素子及び波長変換素子で構成されているものがある（例えば、特許文献１を参照）。
この波長変換レーザ装置は、固体レーザ素子が半導体レーザ素子から発生された励起光を吸収することでレーザ光の基本波を発生し、波長変換素子が固体レーザ素子により発生された基本波の波長を変換して２倍高調波を発生するものである。
この波長変換レーザ装置における３つの素子は個別に作製され、それぞれの光軸を合わせるようにアライメントされる。また、各素子の前後端面には、基本波及び２倍高調波のそれぞれに対して、最適な反射率を持つようなコーティングが施される。
この波長変換レーザ装置は、固体レーザ素子が半導体レーザ素子から発生された励起光を吸収することでレーザ光の基本波を発生し、波長変換素子が固体レーザ素子により発生された基本波の波長を変換して２倍高調波を発生するものである。
この波長変換レーザ装置における３つの素子は個別に作製され、それぞれの光軸を合わせるようにアライメントされる。また、各素子の前後端面には、基本波及び２倍高調波のそれぞれに対して、最適な反射率を持つようなコーティングが施される。
ここで、固体レーザ素子と波長変換素子は、接合によって一体化すれば、両者の接合面側のコーティングが不要になる上に、両者間のアライメントも不要になるため、作製容易性の向上やコスト低減などを図ることが可能になる。
図１６は固体レーザ素子と波長変換素子が接合によって一体化されている波長変換レーザ装置を示す構成図である。
図１６の波長変換レーザ装置では、励起光を発生する半導体レーザ素子１０１の前に、固体レーザ素子１０３と波長変換素子１０４が配置され、固体レーザ素子１０３と波長変換素子１０４は、冷却用のヒートシンク１０２上に固定されている。
固体レーザ素子１０３には端面１０３ａと端面１０３ｂが形成されて、波長変換素子１０４には端面１０４ａと端面１０４ｂが形成されており、固体レーザ素子１０３の端面１０３ｂと波長変換素子１０４の端面１０４ｂとが接合されている。
図１６の波長変換レーザ装置では、励起光を発生する半導体レーザ素子１０１の前に、固体レーザ素子１０３と波長変換素子１０４が配置され、固体レーザ素子１０３と波長変換素子１０４は、冷却用のヒートシンク１０２上に固定されている。
固体レーザ素子１０３には端面１０３ａと端面１０３ｂが形成されて、波長変換素子１０４には端面１０４ａと端面１０４ｂが形成されており、固体レーザ素子１０３の端面１０３ｂと波長変換素子１０４の端面１０４ｂとが接合されている。
ここで、固体レーザ素子１０３の端面１０３ａは、半導体レーザ素子１０１から出射された励起光を透過し、固体レーザ素子１０３で発生するレーザ光の基本波を全反射するような反射膜を有している。
一方、波長変換素子１０４の端面１０４ｂは、その基本波を反射して、レーザ光の２倍高調波を透過する光学膜を有している。
これらの全反射膜、反射防止膜及び光学膜は、例えば、誘電体薄膜が積層されて構成される。
一方、波長変換素子１０４の端面１０４ｂは、その基本波を反射して、レーザ光の２倍高調波を透過する光学膜を有している。
これらの全反射膜、反射防止膜及び光学膜は、例えば、誘電体薄膜が積層されて構成される。
固体レーザ素子１０３と波長変換素子１０４を接合する方法としては、オプティカルコンタクト、拡散接合又は表面活性化接合などによって、光学的に接合する方法が採られることが多い。
半導体レーザ素子１０１の位置決めの方法としては、半導体レーザ素子１０１から励起光が出射されたときに、波長変換素子１０４から出力されるレーザ光の光強度が最大になるように、半導体レーザ素子１０１の位置を調整して固定するアクティブアライメント法が用いられることが一般的となっている。
半導体レーザ素子１０１の位置決めの方法としては、半導体レーザ素子１０１から励起光が出射されたときに、波長変換素子１０４から出力されるレーザ光の光強度が最大になるように、半導体レーザ素子１０１の位置を調整して固定するアクティブアライメント法が用いられることが一般的となっている。
半導体レーザ素子１０１から出射されたレーザ光が固体レーザ素子１０３に入射されると、その固体レーザ素子１０３内で活性イオンが励起されることで、基本波がレーザ発振する。
このとき、基本波の共振器を構成する反射面（共振面）は、固体レーザ素子１０３の後端面である端面１０３ａと、波長変換素子１０４の前端面である端面１０４ｂとになる。
ここで、図中、Ａ方向に進行する基本波が端面１０３ｂ又は端面１０４ａで反射された場合、あるいは、Ｂ方向に進行する基本波が端面１０３ｂ又は端面１０４ａで反射された場合を考える。
この場合、反射波の位相は、通常、基本波の位相と揃わないため、発振には寄与せずに光損失となる。つまり、端面１０３ｂ又は端面１０４ａで反射が発生した場合には、固体レーザ素子１０３で発生する基本波の光密度が低下し、２倍高調波の光出力特性が悪化することになる。
このとき、基本波の共振器を構成する反射面（共振面）は、固体レーザ素子１０３の後端面である端面１０３ａと、波長変換素子１０４の前端面である端面１０４ｂとになる。
ここで、図中、Ａ方向に進行する基本波が端面１０３ｂ又は端面１０４ａで反射された場合、あるいは、Ｂ方向に進行する基本波が端面１０３ｂ又は端面１０４ａで反射された場合を考える。
この場合、反射波の位相は、通常、基本波の位相と揃わないため、発振には寄与せずに光損失となる。つまり、端面１０３ｂ又は端面１０４ａで反射が発生した場合には、固体レーザ素子１０３で発生する基本波の光密度が低下し、２倍高調波の光出力特性が悪化することになる。
通常、固体レーザ素子１０３と波長変換素子１０４の熱膨張係数は、完全には一致しないことから、組み立て時の加熱や動作に伴う発熱によって、両者の接合が剥がれて間隙が発生することがある。
従来のレーザ装置では、この間隙が僅かであった場合にも、素子と間隙（空気）間の屈折率差によって反射が増大して、光出力特性が悪化することがある。
従来のレーザ装置では、この間隙が僅かであった場合にも、素子と間隙（空気）間の屈折率差によって反射が増大して、光出力特性が悪化することがある。
ここで、半導体レーザ素子１０１の発振波長が８０８ｎｍであり、固体レーザ素子１０３として、Ｎｄ：ＹＶＯ４（Ｎｄドープ・イットリウム・バナデート結晶）を用い、波長変換素子１０４として、ＰＰＬＮ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｎｉｏｂａｔｅ：周期分極ニオブ酸リチウム結晶）を用いる場合について考える。
この場合、固体レーザ素子１０３は、半導体レーザ素子１０１から出射される励起光によって、１０６４ｎｍの基本波を発生する。
この場合、固体レーザ素子１０３は、半導体レーザ素子１０１から出射される励起光によって、１０６４ｎｍの基本波を発生する。
図１７及び図１８は、固体レーザ素子１０３と波長変換素子１０４との間隙幅を変化させたときの反射率を、フレネルの公式を用いて、電界の多重反射を考慮して求めたシミュレーション結果を示している。
固体レーザ素子１０３で発生する基本波の偏光をＰ波とすることが多いため、ここでは、Ｐ波について考える。
十分な光出力特性を得るためには、固体レーザ素子１０３と波長変換素子１０４の接合部分での反射率を０．６％程度以下にする必要があるが、このときに許容される間隙幅は１６ｎｍ以下と非常に小さい。
実際の素子では、これを容易に超えた結果、光出力特性が悪化することになる。さらに、間隙幅の増大によって、Ｐ波の反射率とＳ波の反射率差が縮小するため、波長変換に寄与しないＳ波の発振（寄生発振）が起こり易くなる。
固体レーザ素子１０３で発生する基本波の偏光をＰ波とすることが多いため、ここでは、Ｐ波について考える。
十分な光出力特性を得るためには、固体レーザ素子１０３と波長変換素子１０４の接合部分での反射率を０．６％程度以下にする必要があるが、このときに許容される間隙幅は１６ｎｍ以下と非常に小さい。
実際の素子では、これを容易に超えた結果、光出力特性が悪化することになる。さらに、間隙幅の増大によって、Ｐ波の反射率とＳ波の反射率差が縮小するため、波長変換に寄与しないＳ波の発振（寄生発振）が起こり易くなる。
従来のレーザ装置は以上のように構成されているので、固体レーザ素子１０３と波長変換素子１０４の間の間隙が僅かであっても、固体レーザ素子１０３や波長変換素子１０４と、間隙（空気）との間の屈折率差によって反射が増大し、光出力特性が悪化することがある課題があった。
また、波長変換に寄与しないＳ波の発振（寄生発振）が起こり易くなる課題もあった。
また、波長変換に寄与しないＳ波の発振（寄生発振）が起こり易くなる課題もあった。
この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、固体レーザ素子と波長変換素子（光学素子）の接合が剥がれて間隙が発生しても、光出力特性の悪化を抑えることができるとともに、固体レーザ素子と波長変換素子の接合が剥がれていないにもかかわらず、その接合部での反射に起因する寄生発振を抑制することができるレーザ装置を得ることを目的とする。
この発明に係るレーザ装置は、 励起光を出射する励起用レーザと、励起用レーザから出射された励起光を吸収してレーザ光を発生する固体レーザ素子と、固体レーザ素子から発生されたレーザ光を入射する光学素子とを備え、固体レーザ素子の端面からレーザ光が空気に入射されると仮定した場合、その入射面における固体レーザ素子側端面の法線とレーザ光の進行方向とがなす入射角が、その入射面でのブリュースター角と略一致するように、固体レーザ素子の端面に傾斜が設けられるとともに、光学素子の端面からレーザ光が空気に入射されると仮定した場合、その入射面における光学素子側端面の法線とレーザ光の進行方向とがなす入射角が、その入射面でのブリュースター角と略一致するように、光学素子の端面に傾斜が設けられ、固体レーザ素子の端面と光学素子の端面が対向して配置されているようにしたものである。
この発明によれば、固体レーザ素子の端面からレーザ光が空気に入射されると仮定した場合、その入射面における固体レーザ素子側端面の法線とレーザ光の進行方向とがなす入射角が、その入射面でのブリュースター角と略一致するように、固体レーザ素子の端面に傾斜が設けられるとともに、光学素子の端面からレーザ光が空気に入射されると仮定した場合、その入射面における光学素子側端面の法線とレーザ光の進行方向とがなす入射角が、その入射面でのブリュースター角と略一致するように、光学素子の端面に傾斜が設けられ、固体レーザ素子の端面と光学素子の端面が対向して配置されているように構成したので、固体レーザ素子と光学素子の接合が剥がれて間隙が発生しても、光出力特性の悪化を抑えることができるとともに、固体レーザ素子と光学素子の接合が剥がれていないにもかかわらず、その接合部での反射に起因する寄生発振を抑制することができる効果がある。
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるレーザ装置を示す側面図である。
図１において、半導体レーザ素子１は例えば波長が８０８ｎｍの励起光を出射する励起用レーザであり、固体レーザ素子３の端面３ａと近接して配置されている。
なお、半導体レーザ素子１は、必要に応じて、冷却用のヒートシンク（図示せず）が接合される。
ヒートシンク２は冷却用の部材であり、熱伝導度が大きい材料で構成されている。例えば、Ｓｉなどの材料が用いられる。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるレーザ装置を示す側面図である。
図１において、半導体レーザ素子１は例えば波長が８０８ｎｍの励起光を出射する励起用レーザであり、固体レーザ素子３の端面３ａと近接して配置されている。
なお、半導体レーザ素子１は、必要に応じて、冷却用のヒートシンク（図示せず）が接合される。
ヒートシンク２は冷却用の部材であり、熱伝導度が大きい材料で構成されている。例えば、Ｓｉなどの材料が用いられる。
固体レーザ素子３は例えばＮｄ：ＹＶＯ４（Ｎｄドープ・イットリウム・バナデート結晶）で構成され、ヒートシンク２の上に設置されている。
固体レーザ素子３は半導体レーザ素子１から出射された励起光を吸収してレーザ光の基本波（例えば、波長が１０６４ｎｍの基本波）を発生する。
固体レーザ素子３には、半導体レーザ素子１から出射された励起光を入射する端面３ａと、発生した基本波を出射する端面３ｂとが形成されている。
なお、固体レーザ素子３から発生された基本波が、端面３ｂから空気に入射されると仮定した場合、その入射面における固体レーザ素子３側端面の法線ＮＬと、その基本波の進行方向とがなす入射角θｉｎ（＝θ１）が、その入射面でのブリュースター角（θＢ１）と略一致するように、端面３ｂに傾斜が設けられている。
固体レーザ素子３は半導体レーザ素子１から出射された励起光を吸収してレーザ光の基本波（例えば、波長が１０６４ｎｍの基本波）を発生する。
固体レーザ素子３には、半導体レーザ素子１から出射された励起光を入射する端面３ａと、発生した基本波を出射する端面３ｂとが形成されている。
なお、固体レーザ素子３から発生された基本波が、端面３ｂから空気に入射されると仮定した場合、その入射面における固体レーザ素子３側端面の法線ＮＬと、その基本波の進行方向とがなす入射角θｉｎ（＝θ１）が、その入射面でのブリュースター角（θＢ１）と略一致するように、端面３ｂに傾斜が設けられている。
光学素子である波長変換素子４は例えば非線形材料であるＰＰＬＮ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｎｉｏｂａｔｅ：周期分極ニオブ酸リチウム結晶）で構成され、ヒートシンク２の上に設置されている。
波長変換素子４は固体レーザ素子３から発生された基本波の波長を変換して、例えば、波長が５３２ｎｍの２倍高調波を出力する。
波長変換素子４には、固体レーザ素子３から発生された基本波を入射する端面４ａと、波長変換後のレーザ光である２倍高調波を出力する端面４ｂとが形成されている。
波長変換素子４の端面４ａは、オプティカルコンタクト、拡散接合又は表面活性化接合などによって、固体レーザ素子３の端面３ｂと光学的に接合されている。
なお、波長変換素子４の端面４ａから基本波が空気に入射されると仮定した場合、その入射面における波長変換素子４側端面の法線（図示せず）と、その基本波の進行方向（図１に記述している基本波の進行方向と逆方向）とがなす入射角（θ２）が、その入射面でのブリュースター角（θＢ２）と略一致するように、端面４ａに傾斜が設けられている。
波長変換素子４は固体レーザ素子３から発生された基本波の波長を変換して、例えば、波長が５３２ｎｍの２倍高調波を出力する。
波長変換素子４には、固体レーザ素子３から発生された基本波を入射する端面４ａと、波長変換後のレーザ光である２倍高調波を出力する端面４ｂとが形成されている。
波長変換素子４の端面４ａは、オプティカルコンタクト、拡散接合又は表面活性化接合などによって、固体レーザ素子３の端面３ｂと光学的に接合されている。
なお、波長変換素子４の端面４ａから基本波が空気に入射されると仮定した場合、その入射面における波長変換素子４側端面の法線（図示せず）と、その基本波の進行方向（図１に記述している基本波の進行方向と逆方向）とがなす入射角（θ２）が、その入射面でのブリュースター角（θＢ２）と略一致するように、端面４ａに傾斜が設けられている。
固体レーザ素子３の端面３ｂに設けられている傾斜と、波長変換素子４の端面４ａに設けられている傾斜は、具体的には、下記の通りである。
（１）固体レーザ素子３の端面３ｂに設けられている傾斜
入射角θ１＝（ブリュースター角θＢ１ ｏｒ ブリュースター角θＢ２）
または、
ブリュースター角θＢ１ ＜ 入射角θ１ ＜ ブリュースター角θＢ２
または、
ブリュースター角θＢ２ ＜ 入射角θ１ ＜ ブリュースター角θＢ１
（２）波長変換素子４の端面４ａに設けられている傾斜
入射角θ２＝（ブリュースター角θＢ１ ｏｒ ブリュースター角θＢ２）
または、
ブリュースター角θＢ１ ＜ 入射角θ２ ＜ ブリュースター角θＢ２
または、
ブリュースター角θＢ２ ＜ 入射角θ２ ＜ ブリュースター角θＢ１
（１）固体レーザ素子３の端面３ｂに設けられている傾斜
入射角θ１＝（ブリュースター角θＢ１ ｏｒ ブリュースター角θＢ２）
または、
ブリュースター角θＢ１ ＜ 入射角θ１ ＜ ブリュースター角θＢ２
または、
ブリュースター角θＢ２ ＜ 入射角θ１ ＜ ブリュースター角θＢ１
（２）波長変換素子４の端面４ａに設けられている傾斜
入射角θ２＝（ブリュースター角θＢ１ ｏｒ ブリュースター角θＢ２）
または、
ブリュースター角θＢ１ ＜ 入射角θ２ ＜ ブリュースター角θＢ２
または、
ブリュースター角θＢ２ ＜ 入射角θ２ ＜ ブリュースター角θＢ１
次に動作について説明する。
半導体レーザ素子１から出射された励起光が、端面３ａから固体レーザ素子３内に入射されると、固体レーザ素子３内で活性イオンが励起される。その励起の結果、固体レーザ素子３から基本波が発生される。
固体レーザ素子３から発生された基本波が端面３ｂから出射されたのち、端面４ａから波長変換素子４内に入射されると、波長変換素子４内で基本波の波長が変換される。その波長変換の結果、２倍高調波が出力される。
半導体レーザ素子１から出射された励起光が、端面３ａから固体レーザ素子３内に入射されると、固体レーザ素子３内で活性イオンが励起される。その励起の結果、固体レーザ素子３から基本波が発生される。
固体レーザ素子３から発生された基本波が端面３ｂから出射されたのち、端面４ａから波長変換素子４内に入射されると、波長変換素子４内で基本波の波長が変換される。その波長変換の結果、２倍高調波が出力される。
ここで、固体レーザ素子３の端面３ａには、半導体レーザ素子１から出射された励起光を透過する一方、固体レーザ素子３から発生された基本波を全反射するような光学膜が施されている。
また、波長変換素子４の端面４ｂで反射された基本波によって、波長変換素子４内で生成されて端面３ｂ側に進行する２倍高調波については、固体レーザ素子３の端面３ａで反射させて、波長変換素子４の端面４ｂから取り出すことが好ましい。
したがって、固体レーザ素子３の端面３ａには、固体レーザ素子３から発生された基本波を全反射すると同時に、２倍高調波を全反射するような光学膜が施されていることが望ましい。
一方、波長変換素子４の端面４ｂには、基本波を反射して、２倍高調波を透過するような光学膜が施されている。
これらの全反射膜、反射防止膜や光学膜は、例えば、誘電体薄膜が積層されて構成される。
また、波長変換素子４の端面４ｂで反射された基本波によって、波長変換素子４内で生成されて端面３ｂ側に進行する２倍高調波については、固体レーザ素子３の端面３ａで反射させて、波長変換素子４の端面４ｂから取り出すことが好ましい。
したがって、固体レーザ素子３の端面３ａには、固体レーザ素子３から発生された基本波を全反射すると同時に、２倍高調波を全反射するような光学膜が施されていることが望ましい。
一方、波長変換素子４の端面４ｂには、基本波を反射して、２倍高調波を透過するような光学膜が施されている。
これらの全反射膜、反射防止膜や光学膜は、例えば、誘電体薄膜が積層されて構成される。
固体レーザ素子３の端面３ｂと波長変換素子４の端面４ａは、拡散接合や、オプティカルコンタクトなどによって接合されている。
従来のレーザ装置では、この端面の接合面が基本波の進行方向に対して垂直になっているが、この実施の形態１のレーザ装置では、端面３ｂと端面４ａの接合面が傾斜面になっている。
従来のレーザ装置では、この端面の接合面が基本波の進行方向に対して垂直になっているが、この実施の形態１のレーザ装置では、端面３ｂと端面４ａの接合面が傾斜面になっている。
固体レーザ素子３の端面３ｂのあおり角θＡは、固体レーザ素子３から発生された基本波が、固体レーザ素子３から空気に出射する際に全透過となるように、基本波の入射角θｉｎがブリュースター角となるような角度に設定されている。
ここで、ブリュースター角が存在するのは、紙面に平行な面内に偏光を持つ、いわゆるＰ波に対してのみであるが、ここでは、このＰ波について考える。
固体レーザ素子３の屈折率をｎ１、空気の屈折率をｎ３（＝１）としたときのブリュースター角θＢは、下記の式（１）で表される。
ここで、ブリュースター角が存在するのは、紙面に平行な面内に偏光を持つ、いわゆるＰ波に対してのみであるが、ここでは、このＰ波について考える。
固体レーザ素子３の屈折率をｎ１、空気の屈折率をｎ３（＝１）としたときのブリュースター角θＢは、下記の式（１）で表される。
固体レーザ素子３の屈折率がｎ１であるときのブリュースター角θＢは図２のようになる。
例えば、固体レーザ素子３の屈折率ｎ１が２．１６５の場合、ブリュースター角θＢは２４．８°であるため、あおり角θＡ（＝９０°−θＢ）は６５．２°になる。
例えば、固体レーザ素子３の屈折率ｎ１が２．１６５の場合、ブリュースター角θＢは２４．８°であるため、あおり角θＡ（＝９０°−θＢ）は６５．２°になる。
ここで、基本波の入射角θｉｎが、２４．８°のブリュースター角となるように端面３ｂを形成するとともに、その端面３ｂと平行になるように端面４ａを形成する場合を考える。
図３及び図４は、固体レーザ素子３と波長変換素子４との間の隙幅を変化させたときに、固体レーザ素子３及び波長変換素子４の下面に平行なＡ方向に進行する基本波の反射率をシミュレーションした結果を示している。
Ｐ波に対する反射率は、いずれの距離においても、０．００１％程度以下となり、従来構造の場合（図１７及び図１８）と比較すると、極めて小さくなる。
図３及び図４は、固体レーザ素子３と波長変換素子４との間の隙幅を変化させたときに、固体レーザ素子３及び波長変換素子４の下面に平行なＡ方向に進行する基本波の反射率をシミュレーションした結果を示している。
Ｐ波に対する反射率は、いずれの距離においても、０．００１％程度以下となり、従来構造の場合（図１７及び図１８）と比較すると、極めて小さくなる。
また、間隙幅を１００ｎｍとしたときの入射角θｉｎと反射率の関係は図５のようになり、入射角θｉｎがブリュースター角である２４．８°で、反射率が最小の６×１０５％となる。
許容される反射率を０．６％以下とすると、これを満たすために必要な下限角は、図５より２２．８°となり、上限角は図５より２６．６°となる。
上限側の反射率については、基本波が全反射となる角度、いわゆる臨界角θＣ付近で急激に大きくなるため、上限角は常にθＣ以下となる。θＣは下記の式（２）で与えられ、この場合、θＣ＝２７．５°である。
許容される反射率を０．６％以下とすると、これを満たすために必要な下限角は、図５より２２．８°となり、上限角は図５より２６．６°となる。
上限側の反射率については、基本波が全反射となる角度、いわゆる臨界角θＣ付近で急激に大きくなるため、上限角は常にθＣ以下となる。θＣは下記の式（２）で与えられ、この場合、θＣ＝２７．５°である。
Ａ方向に進行して、端面３ｂ及び端面４ａを透過した基本波は、端面４ｂでその一部が反射して、逆方向であるＢ方向に進行する。
このＢ方向が固体レーザ素子３及び波長変換素子４の下面に平行であるとして、この基本波が端面４ａ及び端面３ｂの接合部を透過する場合を考える。
端面３ｂ及び端面４ａが平行である場合は、基本波の入射角θｉｎは、先の場合と等しいため同じ議論が成立する。
ただし、入射側媒質が非線形素子である波長変換素子４となるため、式（１）及び式（２）の屈折率ｎ１（＝２．１６５０）を屈折率ｎ２（＝２．１４８４）に置き換える必要がある。屈折率ｎ３は、両者の場合とも空気となるため同じである。
このため、Ａ方向に進行する基本波の場合はθＢ＝２４．８°であったが、Ｂ方向に進行する基本波の場合はθＢ＝２５．０°になる。
このＢ方向が固体レーザ素子３及び波長変換素子４の下面に平行であるとして、この基本波が端面４ａ及び端面３ｂの接合部を透過する場合を考える。
端面３ｂ及び端面４ａが平行である場合は、基本波の入射角θｉｎは、先の場合と等しいため同じ議論が成立する。
ただし、入射側媒質が非線形素子である波長変換素子４となるため、式（１）及び式（２）の屈折率ｎ１（＝２．１６５０）を屈折率ｎ２（＝２．１４８４）に置き換える必要がある。屈折率ｎ３は、両者の場合とも空気となるため同じである。
このため、Ａ方向に進行する基本波の場合はθＢ＝２４．８°であったが、Ｂ方向に進行する基本波の場合はθＢ＝２５．０°になる。
Ｂ方向に進行する基本波の入射角θｉｎと反射率の関係は図６のようになり、ブリュースター角である２５．０°付近で最小となる。
許容される反射率を０．６％以下とすると、必要な下限角は２３．０°となり、上限角は２６．８°になる。
Ａ方向に進行する基本波の場合には、必要な下限角が２２．８°で、上限角が２６．６°であるため、入射角θｉｎを２３．０°から２６．６°にすると、双方の場合において、基本波の反射率を０．６％以下とすることが可能になることが分かる。
この実施の形態１では、端面３ｂと端面４ａが平行になるようにしているため、Ｂ方向に進行する基本波に対する入射角θｉｎは２４．８°になる。このときの反射率は、約０．００６％である。
許容される反射率を０．６％以下とすると、必要な下限角は２３．０°となり、上限角は２６．８°になる。
Ａ方向に進行する基本波の場合には、必要な下限角が２２．８°で、上限角が２６．６°であるため、入射角θｉｎを２３．０°から２６．６°にすると、双方の場合において、基本波の反射率を０．６％以下とすることが可能になることが分かる。
この実施の形態１では、端面３ｂと端面４ａが平行になるようにしているため、Ｂ方向に進行する基本波に対する入射角θｉｎは２４．８°になる。このときの反射率は、約０．００６％である。
したがって、この実施の形態１のレーザ装置においては、端面３ａと端面４ｂを反射面として往復する基本波に対し、この接合部分での反射による光損失が約０．００６％となり、間隙が存在するにもかかわらず、非常に小さな反射損失しか発生しないことになる。
以上の結果からも明らかなように、Ａ方向に進行する場合に算出されるブリュースター角と、Ｂ方向に進行する場合に算出されるブリュースター角が近いほど、レーザ装置全体の反射損失を低減するために求められる角度範囲が広くなる。
これは、固体レーザ素子３の屈折率と、波長変換素子４の屈折率とが近いほど、レーザ装置全体の反射損失を低減するために求められる角度範囲が広くなるということに同義である。ただし、両者の屈折率が異なる場合であっても、接合部の反射損失の和が所望の損失以下となるような角度に設定可能であれば、問題ない光出力特性が得られることは言うまでもない。
以上の結果からも明らかなように、Ａ方向に進行する場合に算出されるブリュースター角と、Ｂ方向に進行する場合に算出されるブリュースター角が近いほど、レーザ装置全体の反射損失を低減するために求められる角度範囲が広くなる。
これは、固体レーザ素子３の屈折率と、波長変換素子４の屈折率とが近いほど、レーザ装置全体の反射損失を低減するために求められる角度範囲が広くなるということに同義である。ただし、両者の屈折率が異なる場合であっても、接合部の反射損失の和が所望の損失以下となるような角度に設定可能であれば、問題ない光出力特性が得られることは言うまでもない。
また、固体レーザ素子３又は波長変換素子４が複屈折率をもつ材料、つまり偏光方向によって、その屈折率が異なるような材料で構成される場合があるが、この場合は、伝搬する基本波が感じる屈折率を考慮すればよいことは言うまでもない。これは、基本波が端面で反射する際の反射率を議論しているためである。
図７から図９は、基本波の波長を１０６４ｎｍとし、入射側の媒質（実施の形態１においては、固体レーザ素子３）の屈折率をｎ１、出射側の媒質（実施の形態１においては、波長変換素子４）の屈折率をｎ２、両者間の間隙にある空気の屈折率を１としたときに、入射光（実施の形態１においては、固体レーザ素子３で発生した基本波）の反射率が０．６％以下となるような両媒質間の間隙幅の最大値を、入射角（実施の形態１においては、θｉｎ）に対して、シミュレーションしたものである。
従来のレーザ装置では、θｉｎ＝０°の場合に相当する。この結果は、図１７や図１８にある反射率の間隙幅依存性と同じく、フレネルの公式を用いて、電界の多重反射を考慮して求めたシミュレーションに基づくものである。
従来のレーザ装置では、θｉｎ＝０°の場合に相当する。この結果は、図１７や図１８にある反射率の間隙幅依存性と同じく、フレネルの公式を用いて、電界の多重反射を考慮して求めたシミュレーションに基づくものである。
このシミュレーション結果によると、屈折率ｎ１と屈折率ｎ２の組み合わせがいかなる場合においても、入射光の反射率が０．６％以下となる角度は、ブリュースター角を中心に幅を持って存在することが分かる。
ここでは、有限の組み合わせの結果を示しているが、他の組み合わせの場合においても、ブリュースター角及び臨界角は、式（１）や式（２）によって、反射率と同様のシミュレーションによって求めることが可能である。
ここでは、有限の組み合わせの結果を示しているが、他の組み合わせの場合においても、ブリュースター角及び臨界角は、式（１）や式（２）によって、反射率と同様のシミュレーションによって求めることが可能である。
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、間隙幅が０でない場合においても、反射損失を小さくすることができるため、端面３ｂと端面４ｂを離した構成とすることも可能である。
また、端面３ｂと端面４ａでの入射角を同一にすることは必ずしも必要ではなく（端面３ａと端面４ｂを完全に平行とすることは必ずしも必要ない）、基本波が、共振器面である端面３ａと端面４ｂ内で一周したときの損失が最小になるように、それぞれの角度を最適化することも可能である。
さらに、この実施の形態１によれば、Ｐ波の反射率を小さくすることができる一方で、Ｓ波の反射率をＰ波よりも大きくすることができる。即ち、Ｓ波の損失を大きくすることができるため、Ｓ波の寄生発振が抑制可能になるという利点も得ることができる。
また、端面３ｂと端面４ａでの入射角を同一にすることは必ずしも必要ではなく（端面３ａと端面４ｂを完全に平行とすることは必ずしも必要ない）、基本波が、共振器面である端面３ａと端面４ｂ内で一周したときの損失が最小になるように、それぞれの角度を最適化することも可能である。
さらに、この実施の形態１によれば、Ｐ波の反射率を小さくすることができる一方で、Ｓ波の反射率をＰ波よりも大きくすることができる。即ち、Ｓ波の損失を大きくすることができるため、Ｓ波の寄生発振が抑制可能になるという利点も得ることができる。
なお、この実施の形態１では、θＡ°＝９０°−θＢ１°である例を示したが、これに限るものではなく、θＡ°＝９０°＋θＢ１°であるようにしてもよい。この場合、上下対称の形状になるため、同じ議論が適用でき、同様の効果が得られることになる。
この実施の形態１では、固体レーザ素子３として、Ｎｄ：ＹＶＯ４を用いる例を示したが、Ｎｄ：ＹＶＯ４を用いるものに限るものではなく、一般的なレーザ媒質を用いることができる。
一般的なレーザ媒質として、例えば、Ｎｄ：ＧｄＶＯ４（Ｎｄドープ・ガドリニウム・オルトバナデート結晶）を用いることができるほか、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：Ｇｌａｓｓ、Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＹＬＦ、Ｙｂ：ＫＧＷ、Ｅｒ：Ｇｌａｓｓ、Ｅｒ：ＹＡＧ、Ｔｍ：ＹＡＧ、Ｔｍ：ＹＬＦ、Ｈｏ：ＹＡＧ、Ｈｏ：ＹＬＦ、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦなどを用いることができる。
一般的なレーザ媒質として、例えば、Ｎｄ：ＧｄＶＯ４（Ｎｄドープ・ガドリニウム・オルトバナデート結晶）を用いることができるほか、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：Ｇｌａｓｓ、Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＹＬＦ、Ｙｂ：ＫＧＷ、Ｅｒ：Ｇｌａｓｓ、Ｅｒ：ＹＡＧ、Ｔｍ：ＹＡＧ、Ｔｍ：ＹＬＦ、Ｈｏ：ＹＡＧ、Ｈｏ：ＹＬＦ、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦなどを用いることができる。
この実施の形態１では、波長変換素子４がＰＰＬＮを用いる例を示したが、光損傷に強いＭｇＯ添加のＰＰＬＮを用いるようにしてもよい。
また、波長変換素子４として、ＭｇＯ添加のＰＰＬＴ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃ Ｐｏｌｅｄ ＬｉＴａＯ３：周期分極ニオブ酸リチウム結晶）を用いるようにしてもよい。
なお、波長変換素子４として、一般的な波長変換用材料を用いることができ、一般的な波長変換用材料としては、例えば、ＫＴＰ、ＫＮ、ＢＢＯ、ＬＢＯ、ＣＬＢＯ、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３などがある。
また、光損傷に強いＭｇＯ添加のＬｉＮｂＯ３、ＭｇＯ添加のＬｉＴａＯ３、定比ＬｉＴＡＯ３などを用いれば、入射する基本波のパワー密度を上げることができるため、高効率な波長変換が可能になる。
さらに、周期反転分極構造を持つＭｇＯ添加のＬｉＮｂＯ３、ＭｇＯ添加のＬｉＴａＯ３、定比ＬｉＮｂＯ３、定比ＬｉＴａＯ３、ＫＴＰなどを用いれば、非線形定数を大きくすることができ、さらに高効率な波長変換が可能になる。
また、波長変換素子４として、ＭｇＯ添加のＰＰＬＴ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃ Ｐｏｌｅｄ ＬｉＴａＯ３：周期分極ニオブ酸リチウム結晶）を用いるようにしてもよい。
なお、波長変換素子４として、一般的な波長変換用材料を用いることができ、一般的な波長変換用材料としては、例えば、ＫＴＰ、ＫＮ、ＢＢＯ、ＬＢＯ、ＣＬＢＯ、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３などがある。
また、光損傷に強いＭｇＯ添加のＬｉＮｂＯ３、ＭｇＯ添加のＬｉＴａＯ３、定比ＬｉＴＡＯ３などを用いれば、入射する基本波のパワー密度を上げることができるため、高効率な波長変換が可能になる。
さらに、周期反転分極構造を持つＭｇＯ添加のＬｉＮｂＯ３、ＭｇＯ添加のＬｉＴａＯ３、定比ＬｉＮｂＯ３、定比ＬｉＴａＯ３、ＫＴＰなどを用いれば、非線形定数を大きくすることができ、さらに高効率な波長変換が可能になる。
固体レーザ素子３と波長変換素子４の組み合わせとして、例えば、Ｎｄ：ＹＶＯ４とＭｇＯ添加のＬｉＮｂＯ３、Ｎｄ：ＹＶＯ４とＭｇＯ添加のＬｉＴａＯ３、Ｎｄ：ＧｄＶＯ４とＭｇＯ添加のＬｉＮｂＯ３、Ｎｄ：ＧｄＶＯ４とＭｇＯ添加のＬｉＴａＯ３などにすれば、両者の屈折率が近いことから、固体レーザ素子３と波長変換素子４のブリュースター角が近くなり、両者の端面形成角を同じにしたときの光損失を小さく抑えることが可能である。
固体レーザ素子３及び波長変換素子４とヒートシンク２との接合に用いる接合剤としては、厚さ制御が容易な蒸着はんだ（例えば、ＡｕＳｎはんだなど）を用いるのが望ましい。また、ヒートシンク２は、熱伝導度が大きな材料で構成され、例えば、Ｓｉなどが用いられる。
次に、図１のレーザ装置の製造方法について説明する。
まず、固体レーザ素子３の一方の端面におけるあおり角θＡ（＝９０°−θＢ１）が図１のようになるように研磨して、端面３ｂを形成する。
次に、波長変換素子４の一方の端面におけるあおり角θＡ（＝９０°−θＢ１）が図１のようになるように研磨して、端面４ａを形成する。
その後、端面３ｂと端面４ａをオプティカルコンタクトや拡散接合などによって接合し、所望の厚さになるように、上下面あるいは片方の面を研磨する。この厚さは、数ｕｍ〜数百ｕｍとすることが一般的である。
まず、固体レーザ素子３の一方の端面におけるあおり角θＡ（＝９０°−θＢ１）が図１のようになるように研磨して、端面３ｂを形成する。
次に、波長変換素子４の一方の端面におけるあおり角θＡ（＝９０°−θＢ１）が図１のようになるように研磨して、端面４ａを形成する。
その後、端面３ｂと端面４ａをオプティカルコンタクトや拡散接合などによって接合し、所望の厚さになるように、上下面あるいは片方の面を研磨する。この厚さは、数ｕｍ〜数百ｕｍとすることが一般的である。
次に、固体レーザ素子３の端面３ａ及び波長変換素子４の端面４ｂが、上下面に対して垂直な面となるように研磨する。
固体レーザ素子３及び波長変換素子４の光軸方向の長さは、数百ｕｍ〜数十ｍｍとすることが一般的である。
その後、端面３ａ及び端面４ｂに光学膜を形成する。
その後、固体レーザ素子３と波長変換素子４の一体化素子をヒートシンク２に接合した後、所望の幅になるように切断する。
切断方法としては、切粉などが発生しないレーザ加工を用いるのが好ましい。また、端面３ｂと端面４ａとの接合に関しては、固体レーザ素子３及び波長変換素子４の上下面を研磨し、所望の厚さにした上で接合する方法もある。
固体レーザ素子３及び波長変換素子４の光軸方向の長さは、数百ｕｍ〜数十ｍｍとすることが一般的である。
その後、端面３ａ及び端面４ｂに光学膜を形成する。
その後、固体レーザ素子３と波長変換素子４の一体化素子をヒートシンク２に接合した後、所望の幅になるように切断する。
切断方法としては、切粉などが発生しないレーザ加工を用いるのが好ましい。また、端面３ｂと端面４ａとの接合に関しては、固体レーザ素子３及び波長変換素子４の上下面を研磨し、所望の厚さにした上で接合する方法もある。
端面３ｂ及び端面４ａの角度を同じあおり角θＡとする場合には、両者を間隙なく接合することが可能になる。
端面３ｂと端面４ａの角度を近いあおり角θＡとする場合、例えば、端面３ｂのあおり角θＡを９０°−２４．８°＝６５．２°、端面４ａのあおり角θＡを９０°−２５．０°＝６５．０°とする場合、各端面での反射率を最小にすることができるため、全損失を最小とすることが可能になる。
端面３ｂと端面４ａの角度を近いあおり角θＡとする場合、例えば、端面３ｂのあおり角θＡを９０°−２４．８°＝６５．２°、端面４ａのあおり角θＡを９０°−２５．０°＝６５．０°とする場合、各端面での反射率を最小にすることができるため、全損失を最小とすることが可能になる。
以上は、固体レーザ素子３と波長変換素子４を接合する場合であるが、固体レーザ素子３と波長変換素子４間を離した構成でもよい。この場合は、固体レーザ素子３と波長変換素子４を互いに離した状態でヒートシンク２に接合し、その後、所望の幅になるように切断する。
このとき、固体レーザ素子３と波長変換素子４の高さを合わせる必要がある。そのためには、固体レーザ素子３及び波長変換素子４と、ヒートシンク２とを接合する際、厚さ制御が容易な蒸着はんだ（例えば、ＡｕＳｎはんだなど）を用いるのが望ましい。
このとき、固体レーザ素子３と波長変換素子４の高さを合わせる必要がある。そのためには、固体レーザ素子３及び波長変換素子４と、ヒートシンク２とを接合する際、厚さ制御が容易な蒸着はんだ（例えば、ＡｕＳｎはんだなど）を用いるのが望ましい。
この実施の形態１では、第１の光学素子として、固体レーザ素子３を用いる例を示したが、固体レーザ素子３に限るものではなく、他の光学素子を用いてもよい。また、第１の光学素子と第２の光学素子（波長変換素子４）を配置する際に、第１の光学素子と第２の光学素子の接合に、本発明にかかる構造を適用することも可能である。
また、この実施の形態１では、第２の光学素子として、２倍高調波を発生する波長変換素子４（ＳＨＧ素子）を用いる例を示したが、波長変換素子４に限るものではなく、例えば、和周波発生器（ＳＦＧ：Ｓｕｍ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）やパラメトリック発振器（ＯＰＯ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）に用いられる光学素子、あるいは、偏光子やＱスイッチ素子などを用いるようにしても、本発明の効果を得られることは明らかである。
また、この実施の形態１では、第２の光学素子として、２倍高調波を発生する波長変換素子４（ＳＨＧ素子）を用いる例を示したが、波長変換素子４に限るものではなく、例えば、和周波発生器（ＳＦＧ：Ｓｕｍ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）やパラメトリック発振器（ＯＰＯ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）に用いられる光学素子、あるいは、偏光子やＱスイッチ素子などを用いるようにしても、本発明の効果を得られることは明らかである。
この実施の形態１では、基本波の波長が１０６４ｎｍである例を示したが、基本波の波長が１０６４ｎｍに限るものではなく、他の波長でもよいことは言うまでもない。
また、この実施の形態１では、固体レーザ素子３と波長変換素子４の形状が、平板状である例を示したが、固体レーザ素子３と波長変換素子４の形状は平板状に限るものではなく、例えば、円柱状などの形状であっても同様の効果を得ることができることは言うまでもない。ただし、平板状の形状であれば、底面をヒートシンク２などに接合するなどによって、固体レーザ素子３と波長変換素子４の光軸を合わせることが容易になるなど、作製が容易になるなどの効果を得ることができる。
また、この実施の形態１では、固体レーザ素子３と波長変換素子４の形状が、平板状である例を示したが、固体レーザ素子３と波長変換素子４の形状は平板状に限るものではなく、例えば、円柱状などの形状であっても同様の効果を得ることができることは言うまでもない。ただし、平板状の形状であれば、底面をヒートシンク２などに接合するなどによって、固体レーザ素子３と波長変換素子４の光軸を合わせることが容易になるなど、作製が容易になるなどの効果を得ることができる。
実施の形態２．
図１０はこの発明の実施の形態２によるレーザ装置を示す側面図である。
この実施の形態２では、固体レーザ素子３の端面３ｂと、波長変換素子４の端面４ａを接合せずに、間隙を形成している点で上記実施の形態１と相違している。
この場合にも、上記実施の形態１と同様な効果が得られることは上述した通りである。
図１０はこの発明の実施の形態２によるレーザ装置を示す側面図である。
この実施の形態２では、固体レーザ素子３の端面３ｂと、波長変換素子４の端面４ａを接合せずに、間隙を形成している点で上記実施の形態１と相違している。
この場合にも、上記実施の形態１と同様な効果が得られることは上述した通りである。
図１０のレーザ装置の製造方法は、上記実施の形態１におけるレーザ装置の製造方法において、固体レーザ素子３の端面３ｂと、波長変換素子４の端面４ａとの接合工程を含まない製造方法となる。
つまり、固体レーザ素子３と波長変換素子４を個別に作製したのち、固体レーザ素子３と波長変換素子４をヒートシンク２上に配置することになる。
また、固体レーザ素子３と波長変換素子４の端面と下面を研磨等により形成した後、この下面とヒートシンク２を接合し、その後、上面を研磨する等の方法も考えられる。
つまり、固体レーザ素子３と波長変換素子４を個別に作製したのち、固体レーザ素子３と波長変換素子４をヒートシンク２上に配置することになる。
また、固体レーザ素子３と波長変換素子４の端面と下面を研磨等により形成した後、この下面とヒートシンク２を接合し、その後、上面を研磨する等の方法も考えられる。
実施の形態３．
図１１はこの発明の実施の形態３によるレーザ装置を示す側面図である。
上記実施の形態１では、固体レーザ素子３と波長変換素子４がヒートシンク２の上に配置されているものを示したが、固体レーザ素子３及び波長変換素子４の下面（固体レーザ素子３及び波長変換素子４の光軸に平行であり、かつ、その光軸と出射角を含む面と直交する側面）に光吸収層となるＣｒ膜５（光吸収膜）が形成されていてもよい。
図１１はこの発明の実施の形態３によるレーザ装置を示す側面図である。
上記実施の形態１では、固体レーザ素子３と波長変換素子４がヒートシンク２の上に配置されているものを示したが、固体レーザ素子３及び波長変換素子４の下面（固体レーザ素子３及び波長変換素子４の光軸に平行であり、かつ、その光軸と出射角を含む面と直交する側面）に光吸収層となるＣｒ膜５（光吸収膜）が形成されていてもよい。
図１１には、Ｓ波あるいはＰ波の光経路を図示している。
Ａ方向に進行するＳ波あるいはＰ波は、端面３ｂで上方向に反射され、その後、上面で反射された後に下面のＣｒ膜５に到達し、その一部が吸収されることになる。
また、Ｂ方向に進行するＳ波あるいはＰ波は、端面４ａで下方向に反射されて、下面のＣｒ膜５に到達し、その一部が吸収されることになる。
ただし、Ａ方向及びＢ方向に進行する基本波については、固体レーザ素子３及び波長変換素子４とほぼ平行に進行するため、Ｃｒ膜５による吸収は小さい。
Ａ方向に進行するＳ波あるいはＰ波は、端面３ｂで上方向に反射され、その後、上面で反射された後に下面のＣｒ膜５に到達し、その一部が吸収されることになる。
また、Ｂ方向に進行するＳ波あるいはＰ波は、端面４ａで下方向に反射されて、下面のＣｒ膜５に到達し、その一部が吸収されることになる。
ただし、Ａ方向及びＢ方向に進行する基本波については、固体レーザ素子３及び波長変換素子４とほぼ平行に進行するため、Ｃｒ膜５による吸収は小さい。
以上のような光吸収による光損失差によって、接合部で反射されたＳ波あるいはＰ波による寄生発振が抑制されることになる。
図１１では、固体レーザ素子３及び波長変換素子４の下面にＣｒ膜５が形成されている例を示しているが、固体レーザ素子３及び波長変換素子４の上面にＣｒ膜５が形成されていてもよいし、固体レーザ素子３及び波長変換素子４の上面と下面の双方にＣｒ膜５が形成されていてもよい。
また、図１１では、固体レーザ素子３及び波長変換素子４の下面にＣｒ膜５が形成されている例を示しているが、固体レーザ素子３の下面等、あるいは、波長変換素子４の下面等のいずれかに、Ｃｒ膜５が形成されていてもよい。
図１１では、固体レーザ素子３及び波長変換素子４の下面にＣｒ膜５が形成されている例を示しているが、固体レーザ素子３及び波長変換素子４の上面にＣｒ膜５が形成されていてもよいし、固体レーザ素子３及び波長変換素子４の上面と下面の双方にＣｒ膜５が形成されていてもよい。
また、図１１では、固体レーザ素子３及び波長変換素子４の下面にＣｒ膜５が形成されている例を示しているが、固体レーザ素子３の下面等、あるいは、波長変換素子４の下面等のいずれかに、Ｃｒ膜５が形成されていてもよい。
この実施の形態３のレーザ装置は、固体レーザ素子３及び波長変換素子４を接合した後、その上面及び下面を研磨し、その下面にＣｒ膜５を蒸着することで得られる。
Ｃｒ膜５とヒートシンク２との接合には、作製を容易にするために接着剤を用いることも可能である。この場合、Ｃｒ膜５の光吸収作用によって、光が接着剤に到達し難くなるため、接着剤の劣化が発生し難くなり、信頼性が向上するという利点も発生する。
Ｃｒ膜５とヒートシンク２との接合には、作製を容易にするために接着剤を用いることも可能である。この場合、Ｃｒ膜５の光吸収作用によって、光が接着剤に到達し難くなるため、接着剤の劣化が発生し難くなり、信頼性が向上するという利点も発生する。
ここで、光吸収膜であるＣｒ膜５としては、Ｓ波あるいはＰ波を吸収する材料であれば何でもよく、例えば、Ｃｒなどの金属膜でもよいし、その多層膜でもよい。
Ｃｒ膜５を蒸着する固体レーザ素子３及び波長変換素子４の下面は、鏡面である必要はなく、例えば、荒らした面とすることで、下面で反射された光が散乱されるため、より寄生発振の問題が発生し難くなる。
他の部分の構造や、その作製方法は、上記実施の形態１と同様である。
Ｃｒ膜５を蒸着する固体レーザ素子３及び波長変換素子４の下面は、鏡面である必要はなく、例えば、荒らした面とすることで、下面で反射された光が散乱されるため、より寄生発振の問題が発生し難くなる。
他の部分の構造や、その作製方法は、上記実施の形態１と同様である。
実施の形態４．
図１２はこの発明の実施の形態４によるレーザ装置を示す側面図である。
上記実施の形態１では、固体レーザ素子３と波長変換素子４がヒートシンク２の上に配置されているものを示したが、固体レーザ素子３及び波長変換素子４の下面に、レーザ光の一部又は全部を透過する基板６（固体レーザ素子３及び波長変換素子４と屈折率の近い基板）が形成されていてもよい。
図１２はこの発明の実施の形態４によるレーザ装置を示す側面図である。
上記実施の形態１では、固体レーザ素子３と波長変換素子４がヒートシンク２の上に配置されているものを示したが、固体レーザ素子３及び波長変換素子４の下面に、レーザ光の一部又は全部を透過する基板６（固体レーザ素子３及び波長変換素子４と屈折率の近い基板）が形成されていてもよい。
固体レーザ素子３と基板６の屈折率差や、波長変換素子４と基板６の屈折率差が、下方へ進行する光が全反射されない程度に小さい場合、反射された光は、利得を持たない基板６内まで進行することによって共振器利得が小さくなるため、発振し難くなる。
また、基板６は、基本波がヒートシンク２に染み出して吸収されることを抑制する効果があり、また、ヒートシンク２からの応力を緩和して、固体レーザ素子３と波長変換素子４の接合部における剥がれを抑制する効果もある。
基板６の材質は問わないが、波長変換素子４と同一の材料を用いることが一般的である。
また、基板６は、基本波がヒートシンク２に染み出して吸収されることを抑制する効果があり、また、ヒートシンク２からの応力を緩和して、固体レーザ素子３と波長変換素子４の接合部における剥がれを抑制する効果もある。
基板６の材質は問わないが、波長変換素子４と同一の材料を用いることが一般的である。
固体レーザ素子３及び波長変換素子４と基板６間の接合は、拡散接合、オプティカルコンタクトや表面活性化接合でもよいし、接着剤を用いてもよい。他の部分の構造およびその作製方法は、上記実施の形態１と同様である。
図１２では、固体レーザ素子３及び波長変換素子４の下面に基板６が形成されている例を示しているが、固体レーザ素子３及び波長変換素子４の上面に基板６が形成されていてもよいし、固体レーザ素子３及び波長変換素子４の上面と下面の双方に基板６が形成されていてもよい。
図１２では、固体レーザ素子３及び波長変換素子４の下面に基板６が形成されている例を示しているが、固体レーザ素子３の下面等、あるいは、波長変換素子４の下面等のいずれかに、基板６が形成されていてもよい。
図１２では、固体レーザ素子３及び波長変換素子４の下面に基板６が形成されている例を示しているが、固体レーザ素子３の下面等、あるいは、波長変換素子４の下面等のいずれかに、基板６が形成されていてもよい。
実施の形態５．
図１３はこの発明の実施の形態５によるレーザ装置を示す側面図である。
上記実施の形態３では、固体レーザ素子３及び波長変換素子４の下面にＣｒ膜５が形成されているものを示したが、上記実施の形態４と同様に、固体レーザ素子３及び波長変換素子４の下面に基板６が形成されるとともに、その基板６の外側に光吸収層となるＣｒ膜５が形成されていてもよい。
この場合も、上記実施の形態３と同様に、Ｃｒ膜５が反射波を吸収することで寄生発振の抑制が可能になるが、基板６が形成されていることで、Ｃｒ膜５による寄生発振の抑制効果がより顕著になる。
他の部分の構造およびその作製方法は、上記実施の形態１と同様である。
図１３はこの発明の実施の形態５によるレーザ装置を示す側面図である。
上記実施の形態３では、固体レーザ素子３及び波長変換素子４の下面にＣｒ膜５が形成されているものを示したが、上記実施の形態４と同様に、固体レーザ素子３及び波長変換素子４の下面に基板６が形成されるとともに、その基板６の外側に光吸収層となるＣｒ膜５が形成されていてもよい。
この場合も、上記実施の形態３と同様に、Ｃｒ膜５が反射波を吸収することで寄生発振の抑制が可能になるが、基板６が形成されていることで、Ｃｒ膜５による寄生発振の抑制効果がより顕著になる。
他の部分の構造およびその作製方法は、上記実施の形態１と同様である。
実施の形態６．
図１４はこの発明の実施の形態６によるレーザ装置を示す側面図である。
上記実施の形態１では、固体レーザ素子３と波長変換素子４がヒートシンク２の上に配置されているものを示したが、固体レーザ素子３の上面及び下面にクラッド層７，８（固体レーザ素子３より屈折率が小さなクラッド層）が形成され、波長変換素子４の上面及び下面にクラッド層９，１０（波長変換素子４より屈折率が小さなクラッド層）が形成されることで、導波路型の構造を有しているようにしてもよい。
図１４はこの発明の実施の形態６によるレーザ装置を示す側面図である。
上記実施の形態１では、固体レーザ素子３と波長変換素子４がヒートシンク２の上に配置されているものを示したが、固体レーザ素子３の上面及び下面にクラッド層７，８（固体レーザ素子３より屈折率が小さなクラッド層）が形成され、波長変換素子４の上面及び下面にクラッド層９，１０（波長変換素子４より屈折率が小さなクラッド層）が形成されることで、導波路型の構造を有しているようにしてもよい。
固体レーザ素子３及び波長変換素子４を導波路型にすることで、垂直方向のモード数を減らして、大きな利得を発生するなどの導波路型の利点を得ることができる。
また、この場合、垂直方向のモード次数によって実効屈折率が異なるため、入射角を基本モードの実効屈折率に対するブリュースター角に設定することで、高次のモードの反射率を大きくすることができる。つまり、低次モードほど発振し易くなるようなモード選択性を持たすことが可能になる。
また、この場合、垂直方向のモード次数によって実効屈折率が異なるため、入射角を基本モードの実効屈折率に対するブリュースター角に設定することで、高次のモードの反射率を大きくすることができる。つまり、低次モードほど発振し易くなるようなモード選択性を持たすことが可能になる。
固体レーザ素子３の上下に、オプティカルコンタクト、拡散接合、あるいは、接着剤による接合などで、クラッド層７，８を接合することができる。あるいは、蒸着やスパッタ法で、クラッド材料となる膜を形成することでも、クラッド層７，８を形成することができる。
同様に、波長変換素子４の上下に、オプティカルコンタクト、拡散接合、あるいは、接着剤による接合などで、クラッド層９，１０を接合することができる。あるいは、蒸着やスパッタ法で、クラッド材料となる膜を形成することでも、クラッド層９，１０を形成することができる。
導波路型の固体レーザ素子３及び導波路型の波長変換素子４の下面、上面、あるいは、上下面に光吸収膜５が形成された場合には、上記実施の形態３と同様の効果を得ることができる。
他の部分の構造およびその作製方法は、上記実施の形態１と同様である。
同様に、波長変換素子４の上下に、オプティカルコンタクト、拡散接合、あるいは、接着剤による接合などで、クラッド層９，１０を接合することができる。あるいは、蒸着やスパッタ法で、クラッド材料となる膜を形成することでも、クラッド層９，１０を形成することができる。
導波路型の固体レーザ素子３及び導波路型の波長変換素子４の下面、上面、あるいは、上下面に光吸収膜５が形成された場合には、上記実施の形態３と同様の効果を得ることができる。
他の部分の構造およびその作製方法は、上記実施の形態１と同様である。
図１４では、固体レーザ素子３の上面及び下面にクラッド層７，８が形成され、かつ、波長変換素子４の上面及び下面にクラッド層９，１０が形成されている例を示しているが、固体レーザ素子３の上面及び下面だけにクラッド層７，８が形成されていてもよいし、波長変換素子４の上面及び下面だけにクラッド層９，１０が形成されていてもよい。
また、固体レーザ素子３及び波長変換素子４の上面だけにクラッド層７，９が形成されていてもよいし、固体レーザ素子３及び波長変換素子４の下面だけにクラッド層８，１０が形成されていてもよい
また、固体レーザ素子３及び波長変換素子４の上面だけにクラッド層７，９が形成されていてもよいし、固体レーザ素子３及び波長変換素子４の下面だけにクラッド層８，１０が形成されていてもよい
実施の形態７．
図１５はこの発明の実施の形態７によるレーザ装置を示す側面図である。
上記実施の形態６では、固体レーザ素子３の上面及び下面にクラッド層７，８が形成され、かつ、波長変換素子４の上面及び下面にクラッド層９，１０が形成されているものを示したが、クラッド層８，１０の下面、クラッド層９，１０の上面、あるいは、その下面及び上面の双方に、基板６が形成されているようにしてもよい。また、基板６の外側に光吸収膜であるＣｒ膜５が形成されているようにしてもよい。これにより、上記実施の形態４，６の両者の利点を得ることができる。
作製方法は、上記実施の形態４，６の場合と同様である。
図１５はこの発明の実施の形態７によるレーザ装置を示す側面図である。
上記実施の形態６では、固体レーザ素子３の上面及び下面にクラッド層７，８が形成され、かつ、波長変換素子４の上面及び下面にクラッド層９，１０が形成されているものを示したが、クラッド層８，１０の下面、クラッド層９，１０の上面、あるいは、その下面及び上面の双方に、基板６が形成されているようにしてもよい。また、基板６の外側に光吸収膜であるＣｒ膜５が形成されているようにしてもよい。これにより、上記実施の形態４，６の両者の利点を得ることができる。
作製方法は、上記実施の形態４，６の場合と同様である。
なお、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。
この発明に係るレーザ装置は、例えば、プロジェクタ装置などの光源に用いられるものに適しており、特に、固体レーザ素子３と波長変換素子４の接合が剥がれて間隙が発生しても、光出力特性の悪化を抑える必要があるものに適している。
１ 半導体レーザ素子（励起用レーザ）、２ ヒートシンク、３ 固体レーザ素子、３ａ，３ｂ 固体レーザ素子の端面、４ 波長変換素子（光学素子）、４ａ，４ｂ 波長変換素子の端面、５ Ｃｒ膜（光吸収膜）、６ 基板、７〜１０ クラッド層、１０１ 半導体レーザ素子、１０２ ヒートシンク、１０３ 固体レーザ素子、１０３ａ，１０３ｂ 固体レーザ素子の端面、１０４ 波長変換素子、１０４ａ，１０４ｂ 波長変換素子の端面。
この発明に係るレーザ装置は、励起光を出射する励起用レーザと、励起用レーザから出射された励起光を吸収してレーザ光を発生する固体レーザ素子と、固体レーザ素子から発生されたレーザ光を入射する光学素子とを備え、固体レーザ素子の端面からレーザ光が空気に入射されると仮定した場合、その入射面における固体レーザ素子側端面の法線とレーザ光の進行方向とがなす入射角が、その入射面でのブリュースター角と略一致するように、固体レーザ素子の端面に傾斜が設けられるとともに、光学素子の端面からレーザ光が空気に入射されると仮定した場合、その入射面における光学素子側端面の法線とレーザ光の進行方向とがなす入射角が、その入射面でのブリュースター角と略一致するように、光学素子の端面に傾斜が設けられ、固体レーザ素子の端面と光学素子の端面が対向して配置され、固体レーザ素子及び光学素子のうち、少なくとも一方において、固体レーザ素子及び光学素子内の光軸に平行であり、かつ、光軸と出射角を含む面と直交する面の少なくとも一方に、クラッド層が形成されることで、導波路型の構造を有する。
この発明によれば、固体レーザ素子の端面からレーザ光が空気に入射されると仮定した場合、その入射面における固体レーザ素子側端面の法線とレーザ光の進行方向とがなす入射角が、その入射面でのブリュースター角と略一致するように、固体レーザ素子の端面に傾斜が設けられるとともに、光学素子の端面からレーザ光が空気に入射されると仮定した場合、その入射面における光学素子側端面の法線とレーザ光の進行方向とがなす入射角が、その入射面でのブリュースター角と略一致するように、光学素子の端面に傾斜が設けられ、固体レーザ素子の端面と光学素子の端面が対向して配置され、固体レーザ素子及び光学素子のうち、少なくとも一方において、固体レーザ素子及び光学素子内の光軸に平行であり、かつ、光軸と出射角を含む面と直交する面の少なくとも一方に、クラッド層が形成されることで、導波路型の構造を有するように構成したので、固体レーザ素子と光学素子の接合が剥がれて間隙が発生しても、光出力特性の悪化を抑えることができるとともに、固体レーザ素子と光学素子の接合が剥がれていないにもかかわらず、その接合部での反射に起因する寄生発振を抑制することができる効果がある。
Claims (18)
- 励起光を出射する励起用レーザと、
上記励起用レーザから出射された励起光を吸収してレーザ光を発生する固体レーザ素子と、
上記固体レーザ素子から発生されたレーザ光を入射する光学素子とを備え、
上記固体レーザ素子の端面から上記レーザ光が空気に入射されると仮定した場合、その入射面における上記固体レーザ素子側端面の法線と上記レーザ光の進行方向とがなす入射角が、その入射面でのブリュースター角と略一致するように、上記固体レーザ素子の端面に傾斜が設けられるとともに、
上記光学素子の端面から上記レーザ光が空気に入射されると仮定した場合、その入射面における上記光学素子側端面の法線と上記レーザ光の進行方向とがなす入射角が、その入射面でのブリュースター角と略一致するように、上記光学素子の端面に傾斜が設けられ、
上記固体レーザ素子の端面と上記光学素子の端面が対向して配置されていることを特徴とするレーザ装置。 - 光学素子は、固体レーザ素子から発生されたレーザ光の波長を変換する波長変換素子であることを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
- 固体レーザ素子の端面からレーザ光が空気に入射されると仮定した場合、その入射面における上記固体レーザ素子側端面の法線と上記レーザ光の進行方向とがなす入射角がθ１、その入射面でのブリュースター角がθＢ１、
光学素子の端面からレーザ光が空気に入射されると仮定した場合、その入射面における上記光学素子側端面の法線と上記レーザ光の進行方向とがなす入射角がθ２、その入射面でのブリュースター角がθＢ２であるとき、
上記入射角θ１が上記ブリュースター角θＢ１又は上記ブリュースター角θＢ２と一致、あるいは、上記入射角θ１が上記ブリュースター角θＢ１と上記ブリュースター角θＢ２の間の角度になるように、上記固体レーザ素子の端面に傾斜が設けられるとともに、
上記入射角θ２が上記ブリュースター角θＢ１又は上記ブリュースター角θＢ２と一致、あるいは、上記入射角θ２が上記ブリュースター角θＢ１と上記ブリュースター角θＢ２の間の角度になるように、上記光学素子の端面に傾斜が設けられている
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。 - 対向して配置されている固体レーザ素子の端面と光学素子の端面が接合されていることを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
- 対向して配置されている固体レーザ素子の端面と光学素子の端面との間に間隙が設けられていることを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
- 固体レーザ素子及び光学素子が平板状の部材であり、上記固体レーザ素子からθ１の出射角で出射されるレーザ光の方向と、上記光学素子からθ２の出射角で出射されるレーザ光の方向とが、上記固体レーザ素子及び上記光学素子における平板面に垂直な平面内に含まれていることを特徴とする請求項３記載のレーザ装置。
- 固体レーザ素子及び光学素子のうち、少なくとも一方において、上記固体レーザ素子及び上記光学素子内の光軸に平行であり、かつ、上記光軸と出射角を含む面と直交する面のいずれかに、レーザ光を吸収する光吸収膜が形成されていることを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
- 固体レーザ素子及び光学素子のうち、少なくとも一方において、上記固体レーザ素子及び上記光学素子内の光軸に平行であり、かつ、上記光軸と出射角を含む面と直交する面のいずれかに、レーザ光の一部又は全部を透過する基板が形成されていることを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
- 固体レーザ素子及び光学素子のうち、少なくとも一方において、上記固体レーザ素子及び上記光学素子内の光軸に平行であり、かつ、上記光軸と出射角を含む面と直交する面のいずれかに、レーザ光の一部又は全部を透過する基板が形成されているとともに、上記基板の外側に上記レーザ光を吸収する光吸収膜が形成されていることを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
- 固体レーザ素子及び光学素子のうち、少なくとも一方において、上記固体レーザ素子及び上記光学素子内の光軸に平行であり、かつ、上記光軸と出射角を含む面と直交する面の少なくとも一方に、クラッド層が形成されることで、導波路型の構造を有していることを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
- クラッド層の外側にレーザ光を吸収する光吸収膜が形成されていることを特徴とする請求項１０記載のレーザ装置。
- 接着剤を用いて、光吸収膜が冷却用のヒートシンクと接合されていることを特徴とする請求項７記載のレーザ装置。
- 入射角θ１と入射角θ２が一致していることを特徴とする請求項３記載のレーザ装置。
- 入射角θ１とブリュースター角θＢ１が一致しており、かつ、入射角θ２とブリュースター角θＢ２が一致していることを特徴とする請求項３記載のレーザ装置。
- 固体レーザ素子がＮｄドープ・イットリウム・バナデート結晶であり、波長変換素子がＭｇＯ添加の周期分極ニオブ酸リチウム結晶であることを特徴とする請求項２記載のレーザ装置。
- 固体レーザ素子がＮｄドープ・イットリウム・バナデート結晶であり、波長変換素子がＭｇＯ添加の周期分極タンタル酸リチウム結晶であることを特徴とする請求項２記載のレーザ装置。
- 固体レーザ素子がＮｄドープ・ガドリニウム・オルトバナデート結晶であり、波長変換素子がＭｇＯ添加の周期分極ニオブ酸リチウム結晶であることを特徴とする請求項２記載のレーザ装置。
- 固体レーザ素子がＮｄドープ・ガドリニウム・オルトバナデート結晶であり、波長変換素子がＭｇＯ添加の周期分極タンタル酸リチウム結晶であることを特徴とする請求項２記載のレーザ装置。
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