JPWO2014080520A1 - レーザ装置 - Google Patents

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Abstract

異なる複数の軸方向に、異なる複数の波長に対する利得を持つ固体レーザ素子３と、それぞれの波長光に対して、光強度が大きいほど光損失が大きくなるような特性を持つ光学素子とを備え、固体レーザ素子３および光学素子が、該固体レーザ素子３によって発生した基本波の共振器内に含まれる構成となっており、２つ以上の波長にて発振するように構成したので、単数の固体レーザ素子３にて、異なる複数の波長の出力光を得ることが可能となり、小型かつ安価で製造の容易なレーザ装置が得られる。

Description

この発明は、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。
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基本波レーザ光を第２高調波に変換する波長変換レーザ装置が開発されている。
このような装置の一例としては、半導体レーザ素子、固体レーザ素子、および波長変換素子で構成されているものがある（例えば、下記特許文献１参照）。
これは、半導体レーザ素子で発生した励起光を、固体レーザ素子に吸収させて基本波を発生させた後に、波長変換素子によって基本波の２倍高調波を発生させるものである。
基本波を発生させるレーザ媒質として、特に固体レーザを用いるような場合、その基本波の波長スペクトル幅は、非常に狭いものとなるため、その２倍高調波の波長スペクトル幅も非常に狭いものである。
この特徴はコヒーレンシーが高いことを意味し、さまざまなメリットがある反面、ディスプレイ用として考えた場合は、干渉が強くなることでスペックルノイズが大きくなってしまうという課題を発生させる。
このスペックルノイズを低減する１つの方法として、複数の波長を混合することで、コヒーレンシーを低下させることがある。
前記のようなレーザ光源で、複数の波長を得るには、複数の波長の基本波を発生させ、それぞれに対し波長変換を行うことがある。
図８は、このような波長変換レーザ装置の構成図である。
図において、１０１はレーザ光を出力する半導体レーザ、１０２は半導体レーザ１０１から出力されるレーザ光を集光するレンズ、１０３は波長Ａを発生するレーザ媒質、１０４は波長Ｂを発生するレーザ媒質である。
レーザ媒質１０３，１０４の両方に、半導体レーザ１０１からの励起光を吸収させることで、波長Ａおよび波長Ｂの基本波が発生する。
その基本波を、波長Ａおよび波長Ｂの両方の波長変換が可能な波長変換素子１０５に入射させることで、２つの波長変換光を取り出すことが可能になる。
これと同様の装置は、下記特許文献２にも示されている。
ＷＯ２００６／１０３７６７号 特開２００６-６６４３６号公報
図８に示した波長変換レーザ装置の場合、レーザ媒質１０３，１０４など、２つの固体レーザ素子が必要となることで、大型かつ高価で製造が難しくなる課題があった。
この発明は、前記のような課題を解決するためになされたもので、小型かつ安価で製造が容易な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、異なる複数の軸方向に、異なる複数の波長に対する利得を持つ固体レーザ素子と、それぞれの波長光に対して、光強度が大きいほど光損失が大きくなるような特性を持つ光学素子とを備え、固体レーザ素子および光学素子が、該固体レーザ素子によって発生した基本波の共振器内に含まれる構成となっており、２つ以上の波長にて発振するものである。
この発明によれば、単数の固体レーザ素子にて、異なる複数の波長の出力光を得ることが可能となる。
これにより、小型かつ安価で製造の容易なレーザ装置が得られる効果がある。
この発明の実施の形態１による広帯域レーザ光源装置の構成を示す上面図である。 この発明の実施の形態１による広帯域レーザ光源装置の動作原理を示す説明図である。 この発明の実施の形態２による広帯域レーザ光源装置の構成を示す上面図である。 この発明の実施の形態２による広帯域レーザ光源装置の動作原理を示す説明図である。 この発明の実施の形態３による広帯域レーザ光源装置の構成を示す上面図である。 この発明の実施の形態３による広帯域レーザ光源装置の動作原理を示す説明図である。 この発明の実施の形態４による広帯域レーザ光源装置の構成を示す上面図である。 従来の波長変換レーザ装置の構成を示す上面図である。
以下、この発明の広帯域レーザ光源装置およびその製造方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による広帯域レーザ光源装置の構成を上面より見た図である。
図において、１はレーザ光を出力する半導体レーザ、２は半導体レーザ１から出力されるレーザ光を集光するレンズである。
３はＮｄを添加したＹＬＦ材料（Ｎｄ：ＹＬＦ）からなる固体レーザ素子である。
このＮｄ：ＹＬＦ材料は、一方の軸方向の利得ピーク波長が１０４７ｎｍ付近で、他方の軸方向の利得ピーク波長が１０５３ｎｍ付近であるという特徴を持つ。
この固体レーザ素子３は、紙面に垂直な方向を利得ピーク波長が１０４７ｎｍとなっている方向に、紙面に垂直な方向を利得ピーク波長が１０５３ｎｍとなっている方向になるように配置されている。
半導体レーザ１の発振波長は、固体レーザ素子３であるＮｄ：ＹＬＦ材料を励起できるように７９２ｎｍ付近となっている。
固体レーザ素子３の前方には、ＭｇＯ添加ＬｉＮｂＯ３を材料とする波長変換素子（光学素子）４，５が配置されている。
波長変換素子４は、１０４７ｎｍ光に対して、その第２高調波変換（ＳＨＧ：Ｓｅｃｏｎｄ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）光を発生させることができるように分極反転が形成されており、その反転分極の分極方向は紙面に対し垂直方向となっている。
これにより、紙面に垂直な偏光方向を持つ１０４７ｎｍ光に対して波長変換が可能である。
波長変換素子５は、１０５３ｎｍ光に対して、ＳＨＧ光を発生させることができるように分極反転が形成されており、その反転分極の分極方向は紙面に対し水平方向となっている。
これにより、紙面に水平な偏光方向を持つ１０５３ｎｍ光に対して波長変換が可能である。
固体レーザ素子３の端面６は、（Ｎｄ：ＹＬＦ励起波長）の励起光を透過させ、基本波となる１０４７ｎｍおよび１０５３ｎｍ光を反射するような特性を持つ端面コーティングが施されている。
固体レーザ素子３の端面７は、励起光を反射し、基本波とそのＳＨＧ光を透過させるようなコーティングが施されている。
波長変換素子４の端面８には、基本波を透過し、ＳＨＧ光を反射するようなコーティングが、波長変換素子４の端面９、および波長変換素子５の端面１０には、基本波とＳＨＧ光を透過させるようなコーティングが施されている。
波長変換素子５の端面１１には、基本波を反射し、ＳＨＧ光を透過させるようなコーティングが施されている。
このようなレーザ装置において、半導体レーザ１の励起光強度を上げていくと、固体レーザ素子３内の活性イオンが励起され反転分布が形成される。
そこで最初に、利得の高い１０４７ｎｍの波長の基本波が、利得を持つ方向である紙面に垂直な方向の直線偏光で発振する。
この１０４７ｎｍ光は、波長変換素子４によって、１０４７ｎｍ光の２倍のフォトンエネルギーを持つ、波長５２３．５ｎｍのＳＨＧ光に変換されることになる。
このＳＨＧ光への変換によって、基本波である１０４７ｎｍ光は減少する。つまり光損失が発生することになる。
ＳＨＧ光への変換効率は、その非線形性によって、基本波の光強度が増大するほど大きくなるが、これは、基本波の光強度が増大するほど、光損失が増大することを意味する。
よって、１０４７ｎｍ光の光出力が大きくなるほど、１０４７ｎｍ光の共振器損失が増大し、しきい値利得が高くなる。
すると、１０４７ｎｍ光に利得を与える励起イオン数が増大、それと熱平衡状態にある１０５３ｎｍ光に利得を与える励起イオン数も増大するため、１０５３ｎｍ光が発振可能となる。
このとき、１０５３ｎｍ光の利得は、紙面に水平な方向に対して発生しているため、紙面に水平な直線偏光で発振する。
この１０５３ｎｍ光は、波長変換素子５内で、２倍のフォトンエネルギーを持つ５２６．５ｎｍのＳＨＧ光に変換されることになる。
この場合も、ＳＨＧ光への変換による光損失が発生する。つまり、光強度が大きくなるにつれ、共振器損失が増大することになる。
以上のように、一方の波長の基本波の光強度が大きくなるほど光損失が増大、その基本波を発振させるために必要な利得が増大し、定常状態でのイオン数が増大した結果、他方の波長に対する利得が大きくなり発振し易くなるといった現象が発生することから、２つの基本波が競合することになる。
１０４７ｎｍ光に対するしきい値利得を与える上準位イオン数Ｎ１と、１０５３ｎｍ光に対するしきい値利得を与える上準位イオン数N２は、各基本波の光強度で決定される光損失量によって決まることになるが、このＮ１とＮ２が熱平衡条件を満たすような、それぞれの光強度において安定発振することになる。
このように、１０４７ｎｍの基本波と１０５３ｎｍの基本波が同時に発振している状態で平衡状態となるが、この１０４７ｎｍ光と１０５３ｎｍ光が独立して発振している状態をそれぞれ分けて図２に記載する。
波長変換素子４にて１０４７ｎｍ光が、波長変換素子５にて１０５３ｎｍ光がそれぞれ波長変換され、５２３．５ｎｍおよび５２６．５ｎｍの２つの波長が同時に出力されることになる。
このような状態は、基本波の光強度が大きいほど、その基本波に対する光損失が大きくなるという状況下、つまり、基本波が固体レーザ素子３と波長変換素子４，５の両方を周回する方式でのみ起こりうるものである。
従って、２つの異なる波長に利得を有する固体レーザ素子３と、その両波長に対して波長変換のような光損失を与える波長変換素子（光学素子）４，５とを備え、基本波が、それら両方の固体レーザ素子３および波長変換素子（光学素子）４，５を含む共振器によって発振するような構成において実現可能なものである。
なお、この実施の形態１では、固体レーザ素子３にＮｄ：ＹＬＦを用いた例を示したが、複数の利得波長を持つような材料であれば同様の機能を実現できることは言うまでもない。
また、利得ピークを持つ偏光方向は、お互いに直交していなくとも、前記に示すような基本波間の競合が発生するため、複数波長での発振は可能である。
さらに、この実施の形態１では、波長変換素子４，５を別々に作製、配置しているが、一体化することも可能で、同時に作製すれば安価かつ容易に製造可能となる。
以上のように、この実施の形態１によれば、異なる複数の軸方向に、異なる複数の波長に対する利得を持つ固体レーザ素子３と、それぞれの波長光に対して、光強度が大きいほど光損失が大きくなるような特性を持つ波長変換素子４，５とを備え、固体レーザ素子３および波長変換素子４，５が、該固体レーザ素子３によって発生した基本波の共振器内に含まれる構成となっており、２つ以上の波長にて発振するように構成した。
よって、単数の固体レーザ素子３にて、異なる複数の波長の出力光を得ることが可能となる。
これにより、小型かつ安価で製造の容易なレーザ装置が得られる。
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２による広帯域レーザ光源装置の構成を上面より見た図である。
図において、半導体レーザ１、レーザ光を集光するレンズ２、固体レーザ素子３、端面６，７は、前記実施の形態１の場合と同じである。
固体レーザ素子３の端面６は、（Ｎｄ：ＹＬＦ励起波長）の励起光を透過させ、基本波となる１０４７ｎｍおよび１０５３ｎｍ光を反射させるようなコーティングが施されている。
固体レーザ素子３の端面７は、励起光を反射し、２つの基本波を透過させるようなコーティングが施されている。
固体レーザ素子３の前方には、ＭｇＯ添加ＬｉＮｂＯ３を材料とする波長変換素子（光学素子）１２が配置されている。
波長変換素子１２は、１０４７ｎｍ光に対してＳＨＧ光を発生させるような周期の分極反転を、紙面に垂直な方向に形成した部分１３と、１０５３ｎｍ光に対してＳＨＧ光を発生させるような周期の分極反転を、紙面に垂直な方向に形成した部分１４に分かれている。
この波長変換素子１２の前方には、１０４７ｎｍ光および１０５３ｎｍ光の両者に対してλ／４波長の光路差を持たせることが可能なλ／４シフト板（波長シフト板）１７が配置されている。
波長変換素子１２の端面１５には、２つの基本波を透過し、その２つのＳＨＧ光を反射させるようなコーティングが、波長変換素子１２の端面１６、およびλ／４シフト板１７の端面１８には、２つの基本波とそのＳＨＧ光を透過させるようなコーティングが施されている。
λ／４シフト板１７の端面１９には、２つの基本波を反射し、そのＳＨＧ光を透過させるようなコーティングが施されている。
このような装置における、１０４７ｎｍの基本波と１０５３ｎｍの基本波の発振状態を図４に示す。
１０４７ｎｍ光は、λ／４板１７を１回往復すると偏波が９０°回転するため、２周回でその偏波が１８０°回転し、元の偏波状態に戻ることになる。
１０４７ｎｍ光は、いずれの部分においても、紙面に垂直な方向の偏波と、紙面に水平な方向の偏波が存在する。
波長変換素子１２内の部分１３は、紙面に垂直な１０４７ｎｍ光に対してＳＨＧ光を発生する。
従って、前記実施の形態１の場合と同じように、基本波の光強度が大きいほど共振器損失が増大することになる。
一方、１０５３ｎｍの基本波も、１０４７ｎｍの基本波と同様、２周回でその偏波が元の状態に戻ることになる。
この場合は、波長変換素子１２にある部分１４にてＳＨＧ光が生成されることになる。
ここでは、前記実施の形態１の場合と異なり、紙面に垂直な１０５３ｎｍ光に対してＳＨＧ光を発生することになる。
以上のように、この実施の形態２においても、前記実施の形態１の場合と同様に、１０４７ｎｍと１０５３ｎｍの基本波の双方で、光強度が大きいほど共振器損失が増大するという現象が発生するため、１０４７ｎｍと１０５３ｎｍの基本波が同時に発振可能になる。
また、波長変換素子の部分１３にて１０４７ｎｍ光が、波長変換素子の部分１４にて１０５３ｎｍ光がそれぞれ波長変換されることで、５２３．５ｎｍおよび５２６．５ｎｍの２つの波長が同時に出力されることになる。
前記実施の形態１の場合、１０５３ｎｍの基本波の偏光方向は紙面に水平な方向となるが、この実施の形態２では、λ／４シフト板１７を挿入することにより、紙面に垂直な方向にも偏光を持つことになるため、波長変換素子１２の部分１４の分極反転方向を紙面に垂直にすることが可能となる。
分極反転は、波長変換素子１２に強い電界をかけることで、その電界方向に形成されるものである。
強い電界をかけるためには、分極をかける方向の素子厚は、ある程度小さいことが必要である。
よって、波長変換素子１２の紙面に垂直な方向の厚さを小さくして、紙面に垂直な方向に反転分極を形成すれば、部分１３，１４の双方の分極反転を容易に形成可能である。
また、部分１３，１４で分極反転周期が異なるようなマスクパタンによってプロセスを実施すれば、１度のプロセスで波長変換素子１２に、部分１３，１４を同時に形成することが可能となる。
もちろん、部分１３の構造を持つ波長変換素子と、部分１４の構造を持つ波長変換素子を別々に作製し、配置してもよい。
また、図３は励起領域が１つである例であるが、紙面に平行な方向に並べた複数のレーザ光で、単一の固体レーザ素子３を励起する場合、波長変換素子１２の紙面に水平な方向の厚さを小さくすることは困難である。
そこで、この実施の形態２のような構成として、波長変換素子１２の紙面に垂直な方向の厚さを小さくし、部分１３，１４に対して、紙面に垂直な方向に分極反転を形成すれば、容易に本願発明の効果を得ることが可能となる。
ここでは、λ／４シフト板１７を波長変換素子１２の前方に配置した例を示したが、λ／４シフト板は、基本波が周回する経路のどの位置にあっても同じ効果を有することになる。
従って、λ／４シフト板が、固体レーザ素子３の後方や、固体レーザ素子３と波長変換素子１２の間にあってもよい。
この実施の形態２は、偏波を回転させる方法としてλ／４シフト板１７を用いて偏波を往復で９０°回転させる例を示した。
これは、基本波が２周回で元の偏波に戻り周回モードを形成するものである。
しかしながら、それ以上の周回数であっても、元の偏波状態に戻れば、周回モードを形成して、発振が可能となる。
これは例えば、偏波を往復で４５°回転させるようにλ／４シフト板を配置するなどである。
また、同様に、λ／４シフト板１７を用いる、つまり速軸と遅軸の相対位相を往復でπだけシフトさせるのみではなく、πの整数倍だけシフトさせてもよい。
また、任意の位相をシフトした場合でも、ある周回数で元の偏波状態に戻るのであればよい。
ただし、この場合、ある周回数で、速軸と遅軸の相対位相がπの整数倍となるだけではなく、同時に偏波方向が元の方向になることが必要である。
偏波方向が完全に元に戻らない場合においても、元の偏波方向の成分のみが結合し発振することは可能となる。
しかしながら、結合しない成分は損失となるため、発振効率は低下することになる。
また、偏波回転角が往復で９０°以外の場合や、速軸と遅軸の相対位相シフト量がπの整数倍以外で、途中で回転偏波となるような場合は、波長変換素子１２内で、その分極反転の方向と偏波方向が完全に一致する場合が少なくなる。
一方、偏波を往復で９０°回転させる場合は、２周回のうち１周回で、分極反転の方向と偏波が完全に一致する。
第２高調波強度が光電界の２乗に比例することを考えると、この場合に、最も波長変換効率が高くなることになる。
以上のように、この実施の形態２によれば、異なる複数の軸方向に、異なる複数の波長に対する利得を持つ固体レーザ素子３と、それぞれの波長光に対して、光強度が大きいほど光損失が大きくなるような特性を持つ波長変換素子１２と、基本波の偏波を回転させるλ／４シフト板１７とを備え、固体レーザ素子３、波長変換素子１２およびλ／４シフト板１７が、該固体レーザ素子３によって発生した基本波の共振器内に含まれる構成となっており、２つ以上の基本波波長にて発振するように構成した。
よって、単数の固体レーザ素子３にて、異なる複数の波長の出力光を得ることが可能となる。
これにより、小型かつ安価で製造の容易なレーザ装置が得られる。
実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３による広帯域レーザ光源装置の構成を上面より見た図である。
図において、半導体レーザ１、レーザ光を集光するレンズ２、固体レーザ素子３、端面６，７は、前記実施の形態１の場合と同じである。
固体レーザ素子３の端面６は、（Ｎｄ：ＹＬＦ励起波長）の励起光を透過させ、基本波となる１０４７ｎｍおよび１０５３ｎｍ光を反射させるようなコーティングが施されている。
固体レーザ素子３の端面７は、励起光を反射し、２つの基本波を透過させるようなコーティングが施されている。
固体レーザ素子３の前方には、ＭｇＯ添加ＬｉＮｂＯ３を材料とする波長変換素子２０が配置されている。
波長変換素子２０は、１０４７ｎｍ光に対してＳＨＧ光を発生させるような周期の分極反転を、紙面に垂直な方向に形成した部分２１と、１０５３ｎｍ光に対してＳＨＧ光を発生させるような周期の分極反転を、紙面に垂直な方向に形成した部分２２に分かれている。
さらに、１０４７ｎｍと１０５３ｎｍの波長の和周波変換（ＳＦＧ：Ｓμm Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）光を発生させるように、紙面に垂直な方向に分極反転を形成した部分（和周波変換素子）２３が一体形成されている。
波長変換素子２０の前方には、λ／４シフト板１７が配置されている。
波長変換素子２０の端面２４には、２つの基本波を透過し、そのＳＨＧ光およびＳＦＧ光を透過させるようなコーティングが施され、波長変換素子２０の端面２５、およびλ／４シフト板１７の端面２６には、２つの基本波とそのＳＨＧ光、およびＳＦＧ光を透過させるようなコーティングが施されている。
λ／４シフト板１７の端面２７には、２つの基本波を反射し、そのＳＨＧ光およびＳＦＧ光を透過させるようなコーティングが施されている。
このような装置における、１０４７ｎｍの基本波と１０５３ｎｍの基本波の発振状態を図６に示す。
この実施の形態３の場合においても、前記実施の形態１の場合と同じ原理によって、１０４７ｎｍと１０５３ｎｍの基本波が同時に発生する。
波長変換素子２０の部分２１では、紙面に垂直な方向に偏波を持つ１０４７ｎｍの基本波が波長変換され、５２３．５ｎｍのＳＨＧ光が発生する。
部分２２では、紙面に垂直な方向に偏波を持つ１０５３ｎｍの基本波が波長変換され、５２６．５ｎｍのＳＨＧ光が発生する。
さらに、部分２３では、紙面に垂直な方向に偏波を持つ１０４７ｎｍの基本波と、同じく紙面に垂直な方向に偏波を持つ１０５３ｎｍの基本波との和周波変換によって、５２５．０ｎｍのＳＦＧ光が発生する。
これら３つの波長の波長変換光は、端面２７を通して外部に出力される。
ＳＦＧ光は、２つの基本波それぞれに対し、ＳＦＧ変換領域の分極反転の方向と一致する成分が変換に寄与する。
よって、この実施の形態３のような構成にすれば、２つの基本波が共に紙面に垂直な偏光方向を持つことになるため、高効率でのＳＦＧ変換が可能となる。
この実施の形態３では、波長変換素子２０における部分２１，２２，２３での分極反転の方向は、いずれも紙面に垂直な方向であり、分極反転の周期を変えるのみで各々の波長変換機能を持たせることが可能である。
従って、３つの領域を１度のプロセスで作製可能で、安価でかつ容易に作製できる。
ここでは、λ／４シフト板１７を波長変換素子２０の前方に配置した例を示したが、λ／４シフト板は、基本波が周回する経路のどの位置にあっても同じ効果を有することになる。
従って、λ／４シフト板が、固体レーザ素子３の後方や、固体レーザ素子３と波長変換素子２０の間にあってもよい。
速軸と遅軸の相対位相シフト量と波長変換効率との関係については、前記実施の形態２の場合と同様である。
以上のように、この実施の形態３によれば、異なる複数の軸方向に、異なる複数の波長に対する利得を持つ固体レーザ素子３と、それぞれの波長光に対して波長変換する波長変換素子２０と、それぞれの波長光に対して和周波変換する部分２３と、基本波の偏波を回転させるλ／４シフト板１７とを備え、固体レーザ素子３、波長変換素子２０、部分２３およびλ／４シフト板１７が、該固体レーザ素子３によって発生した基本波の共振器内に含まれる構成となっており、２つ以上の基本波波長にて発振するように構成した。
よって、単数の固体レーザ素子３にて、異なる複数の波長の出力光を得ることが可能となる。
これにより、小型かつ安価で製造の容易なレーザ装置が得られる。
実施の形態４．
図７は、この発明の実施の形態４による広帯域レーザ光源装置の構成を上面より見た図である。
図において、半導体レーザ１、レーザ光を集光するレンズ２の前に固体レーザ素子２８が配置されている。
固体レーザ素子２８は、導波路型の構造を有しており、光が伝搬する導波路２９にＮｄ：ＹＬＦを用いている。
導波路２９の下面および上面にはそれぞれ、クラッド層として導波路２９よりも屈折率の小さなＳｉＯ２膜３０，３１が形成されている。
導波路厚は、例えば１００μmであり、クラッド層厚は共に、例えば１μmとなっている。
また、これらを保持するための基板３２が接着されており、この基板３２の材料は導波路２９と熱線膨張係数が近いガラス材料など用いられる。
また、その厚さは、ハンドリングが容易となるように１ｍｍ前後としている。
この導波路型の固体レーザ素子２８の前方には、同じく導波路構造を持った導波路型の波長変換素子３５が配置されている。
この波長変換素子３５の光導波部分には、反転分極を形成したＭｇＯ添加ＬｉＮｂＯ３材料を用いている。
この光導波路部分は、前記実施の形態３の場合と同様に、１０４７ｎｍ光に対してＳＨＧ光を発生させるような周期の分極反転を持つ部分３６と、１０５３ｎｍ光に対してＳＨＧ光を発生させるような周期の分極反転を持つ部分３７、および、１０４７ｎｍと１０５３ｎｍの波長のＳＦＧ光を発生させるように分極反転を形成した部分３８を一体形成したものとなっている。
全ての部分３６〜３８の反転分極方向は、紙面に水平な方向で、導波路の薄板方向である。
この導波路の下面および上面にはそれぞれ、クラッド層として導波路よりも屈折率の小さなＳｉＯ２膜３９，４０が形成されている。
導波路厚は、例えば１００μmであり、クラッド層厚は共に、例えば１μmとなっている。
また、これらを保持するための基板４１が接着されており、この基板４１の材料は、波長変換素子３５の導波路であるＭｇＯ添加ＬｉＮｂＯ３材料と熱線膨張係数が近いガラス材料などが用いられる。
また、その厚さは、ハンドリングが容易となるように１ｍｍ前後としている。
導波路型の波長変換素子３５の前方には、λ／４シフト板１７が配置されている。
導波路型の固体レーザ素子２８の端面３３には、（Ｎｄ：ＹＬＦ励起波長）の励起光を透過させ、基本波となる１０４７ｎｍおよび１０５３ｎｍ光を反射させるようなコーティングが施され、端面３４には、励起光を反射し、２つの基本波を透過させるようなコーティングが施されている。
導波路型の波長変換素子３５の端面４２には、２つの基本波を透過し、そのＳＨＧ光およびＳＦＧ光を透過させるようなコーティングが施され、波長変換素子３５の端面４３、およびλ／４シフト板１７の端面２６には、２つの基本波とそのＳＨＧ光、およびＳＦＧ光を透過させるようなコーティングが施されている。
λ／４シフト板１７の端面２７には、２つの基本波を反射し、そのＳＨＧ光およびＳＦＧ光を透過させるようなコーティングが施されている。
素子形状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、波長シフト板にて、速軸と遅軸の相対位相をシフトすることを考えると、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、位相シフト量がモード次数によって異なることになる。
これは、変換効率の低下につながることから、導波路型とすることで、垂直方向のモード数を減らし、波長変換効率を大きくすることが可能となる。
以上を勘案すると、固体レーザ素子あるいは波長変換素子を導波路構造にすることにする効果は、前記実施の形態１から前記実施の形態３までの全てについて得ることができる。
なお、以上に示した実施の形態の全てにおいて、ＳＨＧ変換を行う基本波を発生するレーザ媒質を、固体レーザ素子であるとしているが、固体レーザ素子の代わりに、複数の利得波長を持つ利得媒体、例えば気体レーザや、色素レーザ、あるいは半導体レーザなどを用いても同様の機能が実現可能である。
また、波長変換素子の代わりに、光強度が大きいほど光損失が増大するような素子を用いれば、同様の複数波長の発振が可能となる。
以上のように、この実施の形態４によれば、固体レーザ素子２８および波長変換素子３５が、導波路構造を有するように構成した。
よって、素子形状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レーザ装置が得られる。
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。
以上のように、この発明に係るレーザ装置は、異なる複数の軸方向に、異なる複数の波長に対する利得を持つ固体レーザ素子と、それぞれの波長光に対して、光強度が大きいほど光損失が大きくなるような特性を持つ光学素子とを備え、固体レーザ素子および光学素子が、該固体レーザ素子によって発生した基本波の共振器内に含まれる構成となっており、２つ以上の波長にて発振するように構成したので、プロジェクタ装置などの光源に用いるのに適している。
１ 半導体レーザ、２ レンズ、３，２８ 固体レーザ素子、４，５，１２ 波長変換素子（光学素子）、６〜１１，１５，１６，１８，１９，２４〜２７，３３，３４，４２，４３ 端面、１３，１４，２１，２２，３６〜３８ 部分、１７ λ／４シフト板（波長シフト板）、２０，３５ 波長変換素子、２３ 部分（和周波変換素子）、２９ 導波路、３０，３１，３９，４０ ＳｉＯ２膜、３２，４１ 基板。
この発明に係るレーザ装置は、異なる複数の軸方向に、異なる複数の波長に対する利得を持つ固体レーザ素子と、それぞれの波長光に対して、光強度が大きいほど光損失が大きくなるような特性を持つ光学素子と、基本波の偏波を回転させる波長シフト板とを備え、固体レーザ素子、光学素子および波長シフト板が、該固体レーザ素子によって発生した基本波の共振器内に含まれる構成となっており、共振器内において、異なる波長を持つ基本波のそれぞれの偏波は、波長シフト板によりｎ回（ｎは整数）回転し、元の偏波に戻る周回モードが形成されており、２つ以上の基本波波長にて同時に発振するとともに、発振した当該基本波波長、またはそれぞれの基本波より発生する異なる波長のレーザ光を同じ光軸方向に出力するものである。

Claims (9)

  1. 異なる複数の軸方向に、異なる複数の波長に対する利得を持つ固体レーザ素子と、
    それぞれの波長光に対して、光強度が大きいほど光損失が大きくなるような特性を持つ光学素子とを備え、
    前記固体レーザ素子および前記光学素子が、該固体レーザ素子によって発生した基本波の共振器内に含まれる構成となっており、２つ以上の波長にて発振することを特徴とするレーザ装置。
  2. 光学素子が、
    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。
  3. 固体レーザ素子および光学素子が、
    導波路構造を有することを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
  4. 異なる複数の軸方向に、異なる複数の波長に対する利得を持つ固体レーザ素子と、
    それぞれの波長光に対して、光強度が大きいほど光損失が大きくなるような特性を持つ光学素子と、
    基本波の偏波を回転させる波長シフト板とを備え、
    前記固体レーザ素子、前記光学素子および前記波長シフト板が、該固体レーザ素子によって発生した基本波の共振器内に含まれる構成となっており、２つ以上の基本波波長にて発振することを特徴とするレーザ装置。
  5. 光学素子が、
    波長変換素子であることを特徴とする請求項４記載のレーザ装置。
  6. 固体レーザ素子および光学素子が、
    導波路構造を有することを特徴とする請求項４記載のレーザ装置。
  7. 波長シフト板が、
    基本波の偏波方向をおよそ９０°回転させることを特徴とする請求項４記載のレーザ装置。
  8. 異なる複数の軸方向に、異なる複数の波長に対する利得を持つ固体レーザ素子と、
    それぞれの波長光に対して波長変換する波長変換素子と、
    それぞれの波長光に対して和周波変換する和周波変換素子と、
    基本波の偏波を回転させる波長シフト板とを備え、
    前記固体レーザ素子、前記波長変換素子、前記和周波変換素子および前記波長シフト板が、該固体レーザ素子によって発生した基本波の共振器内に含まれる構成となっており、２つ以上の基本波波長にて発振することを特徴とするレーザ装置。
  9. 固体レーザ素子、波長変換素子および和周波変換素子が、
    導波路構造を有することを特徴とする請求項８記載のレーザ装置。
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