JPWO2015097869A1 - 平面導波路型レーザ装置 - Google Patents
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Abstract
Description
この平面導波路型レーザ装置は、導波路の厚さが薄く、励起密度が高いため、誘導放出断面積が小さいレーザ媒質を用いても、大きな利得が得られ、高効率な増幅や発振動作を実現することができる。
また、導波路を幅方向に広げることによって、励起密度を所定の値に保ったままでの出力のスケーリングが可能である。
また、不要な光の増幅(寄生増幅)や、クラッド外部の面と端面での全反射で導波路内に閉じ込められて発振する寄生発振を抑制して、効率よくレーザ光を出力することが困難である。
この平面導波路型レーザ装置は、レーザ光の進行方向である光軸に対して垂直な断面内に光学軸を有する複屈折性のレーザ媒質をコアに適用しており、レーザ媒質の上面及び下面に接合されるクラッドの材料として、レーザ媒質のTE偏光に対する屈折率と、TM偏光に対する屈折率との間の屈折率を有する材料を用いている。
これにより、TE偏光又はTM偏光のいずれか一方が全反射条件を満たさなくなるため、全反射条件を満足するいずれか一方の偏光のレーザ発振だけが可能になり、所望のモードでレーザ光を発振させることができる。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による平面導波路型レーザ装置を示す斜視図であり、図2はこの発明の実施の形態1による平面導波路型レーザ装置を示す断面図である。
図1及び図2において、レーザ媒質1は平板状の等方性媒質で構成されており、レーザ媒質1は側面から入射された励起光を吸収して反転分布状態を形成することで利得を発生し、反転分布状態を形成しているとき、側面からレーザ光が入射されると、その利得によって当該レーザ光を増幅する部材である。
図1及び図2では、レーザ媒質1の上面及び下面(一対の矩形状の面)に平行な面内で、この面の直交する2つの辺に平行な方向をそれぞれx軸とz軸とし、これらのx軸とz軸の両方に垂直な方向をy軸としている。
また、ここでは、z軸方向をレーザ光の伝搬方向(進行方向)である光軸とする。
クラッド2bはレーザ媒質1との接合面に対して、光学軸(c軸)が垂直となるようにレーザ媒質1の上面に接合されており、レーザ光の光軸と直交する2つの偏光方向の屈折率(x軸方向の偏光に対する屈折率がnx、y軸方向の偏光に対する屈折率がny)が異なる複屈折材料で構成されている。
以下、ny<nc<nxの関係を満足するレーザ媒質1及びクラッド2a,2bの具体的な材料の組み合わせを例示する。ただし、組み合わせは、これらに限るものではない。
Er,Yb添加リン酸ガラス ⇔ カルサイト(CaCO3)、BBO又は水晶
Yb:YAG、Nd:YAG、Er:YAG、Tm:YAG、Ho:YAG、Tm,Ho:YAG又はPr:YAG ⇔ KTP
Nd:Glass、Er:Glass ⇔ カルサイト、BBO、LBO又は水晶
また、クラッド2a,2bとしてカルサイトを用いる場合、クラッド2a,2bは、波長1535nmにおいて、約1.48(異常光線屈折率ne)から約1.63(常光線屈折率no)の間の範囲で、偏光方向に対応する屈折率を有する。
このとき、カルサイトのc軸(結晶軸でもあり、光学軸でもある)が、y軸に対して平行になるように配置した場合には、レーザ媒質1の屈折率ncと、クラッド2a,2bの屈折率nx,nyとの関係は、下記のようになる。
ny=ne(約1.48)<nc(約1.52)<nx=no(約1.63)となる。
つまり、レーザ媒質1は、レーザ媒質1内の屈折率ncがクラッド2a,2bの屈折率よりも大きくなる直線偏光のレーザ光に対して、励起光の照射による誘導放出で生じたレーザ光を導波するコアとして機能するとともに、レーザ媒質としての機能を発揮する。
図3はこの発明の実施の形態1による平面導波路型レーザ装置におけるレーザ光の伝搬の偏光依存性を模式的に示す説明図である。
図3の平面導波路型レーザ装置の例では、平板状に形成されているEr,Yb添加リン酸ガラスからなるレーザ媒質1の上面及び下面には、クラッド2a,2bが接合されており、クラッド2a,2bは、c軸(光学軸)とy軸が平行となるようなカルサイトで形成されている。
このときのレーザ媒質1の屈折率nc及びクラッド2a,2bの屈折率nx,nyは、波長1535nmにおいて、nc=約1.52、nx=no(約1.63)、ny=ne(約1.48)となる。
レーザ媒質1は、反転分布状態を形成しているとき、少なくとも1つの側面からレーザ光(種光)が入射されると、その利得によって当該レーザ光を増幅する。
図3の例では、レーザ媒質1の左端側からz軸に沿って、レーザ光を入射している。
コア屈折率であるレーザ媒質1の屈折率ncがクラッド2a,2bの屈折率と比べて大きい場合、導波路内を伝搬する光のうち、コア(レーザ媒質1)とクラッド2a,2bの界面で全反射条件を満足する成分がレーザ媒質1内に閉じ込められ、その成分が導波路モードとして伝搬される。
一方、コア屈折率であるレーザ媒質1の屈折率ncがクラッド2a,2bの屈折率と比べて小さい場合、コア(レーザ媒質1)とクラッド2a,2bの界面から光が漏れ出す放射モードとなり、大きな損失が発生する。
一方、レーザ媒質1中をz軸方向に伝搬するレーザ光のうち、x軸方向の偏光を有するレーザ光(TEモードのレーザ光)がクラッド2a,2bで感じる屈折率nxは約1.63であり、コア屈折率であるレーザ媒質1の屈折率nc(約1.52)と比べて大きいため、コア(レーザ媒質1)とクラッド2a,2bの界面では全反射が起こらず、放射モードになる。
その結果、TEモードのレーザ光が平面導波路型レーザ装置中を伝搬する間に大きな損失が発生する。したがって、図3の例では、TMモードのレーザ光のみが選択されて増幅されることになる。
したがって、この実施の形態1の平面導波路型レーザ装置では、偏光子などの偏光を制限する光学素子を追加することなく、直線偏光の出力を高効率で得ることができる。
また、y偏光成分を有するレーザ光(種光)を使用すればよく、平面導波路型レーザ装置への入射前の種光の偏光状態の制限を緩和させることができる。例えば、平面導波路型レーザ装置への入射前の種光のy偏光とx偏光の偏光比が9:1としても、y偏光のみを増幅させることができる。
このとき、TEモードのレーザ光は、大きな損失を受けるために発振が抑制され、TMモードのレーザ光のみが発振されて、直線偏光の出力が得られる。
したがって、この実施の形態1の平面導波路型レーザ装置では、偏光子などの偏光を制限する光学素子を追加することなく、直線偏光の出力を高効率で得ることができる。
なお、全反射鏡と部分反射鏡については、レーザ媒質1のz軸に垂直な面に、誘電体膜又は金属膜を直接成膜することによって実現するようにしてもよい。
以上で説明した構成は、x軸方向の増幅又は発振を抑制することによって、y軸方向に直線偏光したレーザ光を高い効率で増幅又は発振させることが可能である。
図4から図8は平面導波路型レーザ装置の製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である。
まず、レーザ媒質1が平板状になるように切断した後、zx面のうち、一方の面を研磨する(図4を参照)。
次に、レーザ媒質1の研磨した面に対して、ny<nc<nxの屈折率nx,nyを有する材料からなるクラッド2bを接合する(図5を参照)。
このクラッド2bは、オプティカルコンタクト、表面活性化接合、拡散接合などの方法で、レーザ媒質1に直接接合するようにしてもよいし、レーザ媒質1よりも小さな屈折率を有する光学接着剤を用いて、レーザ媒質1に接合するようにしてもよい。
また、レーザ媒質1の研磨した面に対して、クラッド2bの薄膜をスパッタ法や蒸着法、CVD(Chemical Vacuum Deposition)法などを用いて成膜するようにしてもよい。また、レーザ媒質1とクラッド2bの熱膨張差を緩和させるようなバッファ層を挟んで接合するようにしてもよい。
最後に、レーザ媒質1及びクラッド2a,2bの積層体を、図8に示すような方向に切断することで、所望の大きさの平面導波路型レーザ装置が製造される。
この場合、クラッド2が接合されていない側のレーザ媒質1の面には、何も設けずに空気と接するようにしてもよいし(空気をクラッドとしてもよいし)、レーザ媒質1の屈折率ncよりも小さな任意の屈折率を有する材料をクラッドとして接合するようにしてもよい。
このように構成すれば、上述した説明とは逆に、クラッド2a,2bの光学軸(c軸)に垂直方向の偏光を有するレーザ光は導波路モードで平面導波路型レーザ装置中を伝搬し、光学軸方向の偏光を有するレーザ光は放射モードとなって平面導波路型レーザ装置の伝搬中に大きな損失が発生する。その結果、特定の偏光方向のレーザ光のみが選択されて増幅され、x軸方向又はy軸方向に直線偏光したレーザ光の出力が得られる。
なお、レーザ媒質1の代わりに、不活性の等方性媒質を用いた場合、この平面導波路型レーザ装置は偏光子として機能する。
図9は平面導波路型レーザ装置におけるレーザ光の光路の一例を模式的に示す説明図である。
クラッド2a,2bの外側の屈折率がクラッド2a,2bの屈折率よりも小さい場合、導波路モードL1として増幅又は発振するレーザ光のほかに、レーザ媒質1から、放射モードとしてクラッド2a,2bに漏れ出したレーザ光が、クラッド2a,2bと外部の境界で反射して、再度、レーザ媒質1に入射することがある。
その結果、レーザ媒質1に再度入射されたレーザ光が増幅されて(以下、出力したいレーザ光以外のレーザ光の増幅を寄生増幅と称する)、レーザ媒質1に蓄積されている利得を消費してしまう現象を生じることがある。
特に、全反射条件で反射するレーザ光(クラッド外部伝搬光L2、全反射周回モードL3)は損失が小さいために、レーザ媒質1とクラッド2a,2bの内部でレーザ発振(以下、寄生発振と称する)を発生させ、レーザ媒質1中の利得を消費する。その結果、平面導波路型レーザ装置の増幅器及びレーザ発振器としての効率を低下させてしまうことになる。
そこで、この実施の形態2では、放射モードとしてクラッド2a,2bに漏れ出したレーザ光のクラッド2a,2bと外部の境界での反射を抑制し、所望のレーザ光のみを高効率に増幅及び発振することができる平面導波路型レーザ装置について説明する。
図10及び図11において、x軸、y軸及びz軸の方向は、上記実施の形態1における図1及び図2と同様である。
吸収層5aはクラッド2aの下面(レーザ媒質1と接合していない側の面)に接合されており、レーザ光を吸収する材料で構成されている。
吸収層5bはクラッド2bの上面(レーザ媒質1と接合していない側の面)に接合されており、レーザ光を吸収する材料で構成されている。
なお、吸収層5a,5bは、レーザ光を吸収する材料であればよく、例えば、クロム(Cr)やクロム添加材料などを使用することができる。
図12はこの発明の実施の形態2による平面導波路型レーザ装置におけるレーザ光の伝搬の偏光依存性を模式的に示す説明図である。
図12の平面導波路型レーザ装置の例では、平板状に形成されているEr,Yb添加リン酸ガラスからなるレーザ媒質1の上面及び下面には、クラッド2a,2bが接合されており、クラッド2a,2bは、c軸(光学軸)とy軸が平行となるようなカルサイトで形成されている。
このときのレーザ媒質1の屈折率ncは約1.52、クラッド2a,2bの屈折率nxは約1.63(常光線屈折率no)、クラッド2a,2bの屈折率nyは約1.48(異常光線屈折率ne)である。
このうち、クラッド外部伝搬光L2と全反射周回モードL3は、既に説明したように、レーザ媒質1中で生じる2つの偏光のうち、クラッド2a,2bの屈折率よりも低い屈折率に対応する偏光によって引き起こされる。
この実施の形態2では、クラッド2a,2bの外部に吸収層5a,5bを配置しているので、クラッド2a,2bの外部で反射するレーザ光の成分が吸収層5a,5bに吸収される。
その結果、クラッド外部伝搬光L2と全反射周回モードL3を抑制して、導波路モードL1で伝搬する所望のレーザ光を効率よく増幅することが可能になる。
なお、クロムやチタンの金属膜は、吸収率の波長依存性が小さいため、広い波長帯域のレーザ光を吸収させることが可能である。したがって、レーザ媒質1としてEr,Yb添加リン酸ガラスを用いて、波長1550nmのレーザ光を増幅する場合、Er,Yb添加リン酸ガラスが利得を持つ1535nmの寄生発振を抑制することが可能である。
例えば、Er,Yb添加リン酸ガラスをレーザ媒質1として使用し、波長1550nmのレーザ光を増幅する場合、Er,Yb添加リン酸ガラスは波長1535nmに大きな利得を持つため、波長1535nmの寄生増幅及び寄生発振を抑制することが重要である。
そこで、吸収層5a,5bとしては、波長1535nm付近に吸収のピークがある材料を使用することにより、波長1535nmの寄生増幅及び寄生発振を抑制することが可能になる。
クラッド2aの下面及びクラッド2bの上面を荒らし面にすることで、クラッド2a,2bと外部の境界で反射する光が荒らし面で散乱するため、寄生増幅及び寄生発振の成分に損失を与えることができる。
また、クラッド2a,2bの荒らし面に、吸収層5a,5bを付着させるようにしてもよい。
このように構成すれば、荒らし面によるレーザ光の散乱と、吸収層5a,5bによるレーザ光の吸収によって、寄生増幅や寄生発振を抑制し、所望のレーザ光を効率よく増幅させることが可能になる。
この場合、クラッド2及び吸収層5が接合されていない側のレーザ媒質1の面には、何も設けずに空気と接するようにしてもよいし(空気をクラッドとしてもよいし)、レーザ媒質1の屈折率ncよりも小さな任意の屈折率を有する材料をクラッドとして接合するようにしてもよい。
図13はこの発明の実施の形態3による平面導波路型レーザ装置を示す断面図であり、図13において、図2と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
上記実施の形態1,2では、レーザ媒質1及びクラッド2a,2bが直方体を形成しているものを示したが、レーザ媒質1及びクラッド2a,2bの側面のうち、レーザ光が入射される側の側面、又は、レーザ光を出力する側の側面の少なくとも一方が傾いていてもよい。
即ち、上記実施の形態1,2の平面導波路型レーザ装置では、レーザ媒質1及びクラッド2a,2bの側面がxy面に平行になっているが、この実施の形態3の平面導波路型レーザ装置では、レーザ媒質1及びクラッド2a,2bの側面がxy面に対して傾いている。
図13の例では、レーザ光が入射される側の側面と、レーザ光を出力する側の側面との双方がxy面に対して傾いている。
図13の例では、一対の側面を傾けているが、いずれか一方の側面だけを傾けても同様の効果を得ることができる。
図14はこの発明の実施の形態4による平面導波路型レーザ装置を示す断面図であり、図14において、図2と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
上記実施の形態1〜3では、レーザ光が入射される側の側面と対向しているレーザ媒質1の側面からレーザ光を出力するものを示したが、レーザ光が入射される側の側面と対向している側のレーザ媒質1及びクラッド2a,2bの側面に、レーザ光を反射する高反射率のコーティング6が施されているものであってもよい。
レーザ光が高反射率のコーティング6が施されている側面に反射されて、図中、左方向に伝搬されることで、さらにレーザ媒質1によって増幅されるため、レーザ光の高出力化を図ることができる。
図15はこの発明の実施の形態5による平面導波路型レーザ装置を示す断面図であり、図15において、図2と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
クラッド7aはクラッド2aの下面(レーザ媒質1と接合していない側の面)に接合されている第2のクラッドである。
クラッド7bはクラッド2bの上面(レーザ媒質1と接合していない側の面)に接合されている第2のクラッドである。
この実施の形態5では、クラッド2a,2bが第1のクラッドに相当する。
これに対して、この実施の形態5では、クラッド2a,2bにおけるレーザ媒質1と接合していない側のxz面にクラッド7a,7bが接合されているため、側面から入射される励起光は、クラッド2aとクラッド2bの間、又は、クラッド7aとクラッド7bの間に閉じ込められる。
例えば、励起光に対するレーザ媒質1の屈折率がnc、励起光に対するクラッド2a,2bの屈折率がn1(クラッド2a,2bは複屈折材料で構成されているため、励起光に対するクラッド2a,2bの屈折率は偏光方向によって変化する)、励起光に対するクラッド7a,7bの屈折率がn2であるとき、レーザ媒質1の屈折率ncとクラッド2a,2bの屈折率n1が、nc>n1の関係を満足する場合、n1>n2の条件を満足する材料で、クラッド7a,7bを構成する。
一方、レーザ媒質1の屈折率ncとクラッド2a,2bの屈折率n1が、n1>ncの関係を満足する場合、nc>n2の条件を満足する材料で、クラッド7a,7bを構成する。
ただし、上記の条件を満足する材料であれば、MgF2やSiO2などに限るものでない。
また、励起光に対するレーザ媒質1の屈折率ncと、励起光に対するクラッド7a,7bの屈折率n2との差が小さい場合でも、励起光に対するクラッド2a,2bの屈折率n1と、励起光に対するクラッド7a,7bの屈折率n2との差を大きくすることで、励起光の入射の開口数NAを大きくすることが可能になる。また、励起光が空気層に面しないため、信頼性を高めることが可能である。
図16はこの発明の実施の形態6による平面導波路型レーザ装置を示す断面図であり、図16において、図2と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
基板3はクラッド2bの上面(レーザ媒質1と接合していない側の面)に接合剤4によって接合されている。
図16の例では、基板3がクラッド2bの上面に接合されている例を示しているが、基板3がクラッド2aの下面に接合されていてもよい。
ここでは、接合剤4を用いて、基板3とクラッド2bを接合しているが、基板3とクラッド2bの接合方法は、接合剤4を用いる方法に限るものではなく、例えば、表面活性化接合などでもよい。
図17はこの発明の実施の形態7による平面導波路型レーザ装置を示す断面図であり、図17において、図2と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
上記実施の形態1〜6では、レーザ媒質1との接合面に対して、クラッド2a,2bの光学軸(c軸)が垂直になるように、クラッド2a,2bがレーザ媒質1と接合されているものを示したが(クラッド2a,2bのc軸とy軸が平行)、レーザ媒質1との接合面に対して、クラッド2a,2bの光学軸(c軸)が傾いている(クラッド2a,2bのc軸がz軸方向に傾いている)ものであってもよい。
クラッド2a,2bのc軸とz軸のなす角をθ(対称性より0°≦θ≦180°と定義する)とする。
このとき、レーザ媒質1内を伝搬するレーザ光の光軸に直交する2つの偏光に対するクラッド2a,2bの屈折率nx,nyのうち、y軸方向の偏光に対する屈折率nyは、ne<ny<no、又は、no<ny<neの範囲で、なす角θに依存して変化する。
θ=約59°や、θ=約121°の付近では、ny≒ncとなり、TMモードに対するレーザ媒質1の屈折率ncとクラッド2a,2bの屈折率nyとの差を小さくすることが可能である。このため、高次モード化を低減させることが可能である。
また、ne<noの場合には、z軸に対するc軸の傾き角θを調整することにより、TMモード(ne<noの場合)に対するクラッド2a,2bの屈折率を調整することが可能であり、空間モードを制御することが可能である。
図18はこの発明の実施の形態8による平面導波路型レーザ装置を示す上面図である。ただし、図18では、説明の便宜上、クラッド2a,2bを除いて、レーザ媒質1だけを描画している。
この実施の形態8では、種光L4が入射されるレーザ媒質1の側面(yz面)の一部に、レーザ光L5を反射する高反射率のコーティング8aが施されている。また、種光L4が入射されるレーザ媒質1の側面に対向しているレーザ媒質1の側面(yz面)の一部に、レーザ光L5を反射する高反射率のコーティング8bが施されている。
レーザ光L5は、レーザ媒質1の端面9(xy面)で全反射によって折り返される。または、端面9にレーザ光L5を反射する高反射率のコーティングを施してもよい。
その後、レーザ媒質1のもう一方の側面(yz面)のうち、高反射率のコーティング8bが施されていない部分にレーザ光L5が到達すると、レーザ光L5は、高反射率のコーティング8bが施されていない部分から増幅光L6として出射される。
上記のように、レーザ媒質1の一対の側面の一部に、高反射率のコーティング8a,8bを施すことにより、レーザ光L5の光路長を拡長することができるため、レーザ光の高出力化を図ることができる。
図19はこの発明の実施の形態9による平面導波路型レーザ装置を示す上面図である。
ただし、図19では、説明の便宜上、クラッド2a,2bを除いて、レーザ媒質1だけを描画している。
上記実施の形態8では、高反射率のコーティング8a,8bが施されている一対の側面が平行であるものを示したが、図19に示すように、高反射率のコーティング8aが施されている側面と、高反射率のコーティング8bが施されている側面とが非平行であってもよい。
このため、レーザ媒質1内のレーザ光L5は、図中、レーザ媒質1の右側の側面(xy面)に触れることなく折り返すことができるようになる。
これにより、上記実施の形態8よりも、ビーム品質の劣化を低減させることができる。
また、レーザ光を高密度化できるため、エネルギーの抜き出しを高めることができ、レーザ光の高出力化を図ることができる。
図20はこの発明の実施の形態10による平面導波路型レーザ装置を示す上面図である。ただし、図20では、説明の便宜上、クラッド2a,2bを除いて、レーザ媒質1だけを描画している。
上記実施の形態1では、クラッド2a,2bの光学軸(c軸)が、レーザ媒質1とクラッド2a,2bの接合面に対して垂直(クラッド2a,2bのc軸とy軸が平行)であるものを示したが、図20に示すように、クラッド2a,2bの光学軸(c軸)が、レーザ媒質1とクラッド2a,2bの接合面に対して平行(クラッド2a,2bのc軸がxz面内にある)であってもよい。
また、クラッド2a,2bの光学軸(c軸)が、レーザ光の進行方向に対して傾いているものであってもよい。図20の例では、θだけ傾いている。
このとき、レーザ媒質1内を伝搬するレーザ光の光軸に直交する2つの偏光に対するクラッド2a,2bの屈折率nx,nyのうち、x軸方向の偏光に対する屈折率nxは、ne<nx<no、又は、no<nx<neの範囲で、なす角θに依存して変化する。
θ=約59°や、θ=約121°の付近では、nx≒ncとなり、TEモードに対するレーザ媒質1の屈折率ncとクラッド2a,2bの屈折率nxとの差を小さくすることが可能である。このため、高次モード化を低減させることが可能である。
また、ne<noの場合には、z軸に対するc軸の傾き角θを調整することにより、TEモードに対するクラッド2a,2bの屈折率を調整することが可能であり、空間モードを制御することができる。また、寄生発振及び寄生増幅を抑制することができる。
図21はこの発明の実施の形態11による平面導波路型レーザ装置を示す上面図である。ただし、図21では、クラッド2a,2bを除いて、レーザ媒質1だけを描画している。
上記実施の形態8では、クラッド2a,2bの光学軸(c軸)が、レーザ媒質1とクラッド2a,2bの接合面に対して垂直(クラッド2a,2bのc軸とy軸が平行)であるものを示したが、図21に示すように、クラッド2a,2bの光学軸(c軸)が、レーザ媒質1とクラッド2a,2bの接合面に対して平行(クラッド2a,2bのc軸とz軸が平行)であってもよい。
このとき、レーザ媒質1内を伝搬するレーザ光の光軸に直交する2つの偏光がクラッド2a,2bで感じる屈折率nTE,nTM(=ny)のうち、屈折率nTEは、ne<nTE<no、又は、no<nTE<neの範囲で、なす角θに依存して変化する。
θ=約59°や、θ=約121°の付近では、nTE≒ncとなり、TEモードに対するレーザ媒質1の屈折率ncとクラッド2a,2bの屈折率nTEとの差を小さくすることが可能である。このため、高次モード化を低減させることが可能である。
このように、クラッド2a,2bのc軸とz軸が平行であっても、ne<noの場合には、TEモードに対するクラッド2a,2bの屈折率を調整することが可能であり、空間モードを制御することができる。
図22はこの発明の実施の形態12による平面導波路型レーザ装置を示す上面図である。ただし、図22では、クラッド2a,2bを除いて、レーザ媒質1だけを描画している。
上記実施の形態9では、クラッド2a,2bの光学軸(c軸)が、レーザ媒質1とクラッド2a,2bの接合面に対して垂直(クラッド2a,2bのc軸とy軸が平行)であるものを示したが、図22に示すように、クラッド2a,2bの光学軸(c軸)が、レーザ媒質1とクラッド2a,2bの接合面に対して平行(クラッド2a,2bのc軸とz軸が平行)であってもよい。
このとき、レーザ媒質1内を伝搬するレーザ光の光軸に直交する2つの偏光がクラッド2a,2bで感じる屈折率nTE,nTM(=ny)のうち、屈折率nTEは、ne<nTE<no、又は、no<nTE<neの範囲で、なす角θに依存して変化する。
θ=約59°や、θ=約121°の付近では、nTE≒ncとなり、TEモードに対するレーザ媒質1の屈折率ncとクラッド2a,2bの屈折率nTEとの差を小さくすることが可能である。このため、高次モード化を低減させることが可能である。
このように、クラッド2a,2bのc軸とz軸が平行であっても、ne<noの場合には、TEモードに対するクラッド2a,2bの屈折率を調整することが可能であり、空間モードを制御することができる。
Claims (19)
- 側面から入射されたレーザ光を伝搬する平板状の等方性媒質と、
前記等方性媒質の上面及び下面のうち、少なくとも一方の面に接合されるクラッドとを備え、
前記クラッドは、前記等方性媒質内でのレーザ光の進行方向である光軸と直交する2つの偏光方向の屈折率が異なる複屈折材料で構成されており、
前記等方性媒質は、前記クラッドにおける2つの偏光方向の屈折率の間の屈折率を有する材料で構成されていることを特徴とする平面導波路型レーザ装置。 - 前記等方性媒質は、入射された励起光を吸収して反転分布状態を形成することで利得を発生し、前記反転分布状態を形成しているとき、前記側面からレーザ光が入射されると、その利得によって当該レーザ光を増幅するレーザ媒質で構成されていることを特徴とする請求項1記載の平面導波路型レーザ装置。
- 前記レーザ媒質は、活性イオンが添加されたガラスであり、
前記複屈折材料は、カルサイト、BBO、LBO又は水晶であることを特徴とする請求項2記載の平面導波路型レーザ装置。 - 前記レーザ媒質は、活性イオンが添加されたガラスとして、Er,Yb添加リン酸ガラスを用いていることを特徴とする請求項3記載の平面導波路型レーザ装置。
- 前記レーザ媒質は、活性イオンが添加されたYAGであり、
前記複屈折材料は、KTPであることを特徴とする請求項2記載の平面導波路型レーザ装置。 - 前記クラッドの上面及び下面のうち、前記等方性媒質と接合していない側の面が荒らし面になっていることを特徴とする請求項2記載の平面導波路型レーザ装置。
- 前記クラッドの上面及び下面のうち、前記等方性媒質と接合していない側の面に、前記レーザ光を吸収する吸収層が接合されていることを特徴とする請求項2記載の平面導波路型レーザ装置。
- 前記吸収層は、クロムまたはクロム添加材料で構成されていることを特徴とする請求項7記載の平面導波路型レーザ装置。
- 前記等方性媒質及び前記クラッドの側面のうち、前記レーザ光が入射される側の側面又は前記レーザ光が出射される側の側面の少なくとも一方が傾いていることを特徴とする請求項1記載の平面導波路型レーザ装置。
- レーザ光が入射される前記等方性媒質の側面と対向している前記等方性媒質の側面に、前記レーザ光を反射するコーティングが施されていることを特徴とする請求項1記載の平面導波路型レーザ装置。
- 前記クラッドの上面及び下面のうち、前記等方性媒質と接合していない側の面に、第2のクラッドが接合されていることを特徴とする請求項1記載の平面導波路型レーザ装置。
- 側面から入射されたレーザ光を伝搬する平板状の等方性媒質と、
前記等方性媒質の上面及び下面のうち、少なくとも一方の面に接合される第1のクラッドと、
前記第1のクラッドの上面及び下面のうち、前記等方性媒質と接合していない側の面に接合される第2のクラッドとを備え、
前記等方性媒質は、入射された励起光を吸収して反転分布状態を形成することで利得を発生し、前記反転分布状態を形成しているとき、前記側面からレーザ光が入射されると、その利得によって当該レーザ光を増幅するレーザ媒質で構成されており、
前記第1のクラッドは、前記等方性媒質内でのレーザ光の進行方向である光軸と直交する2つの偏光方向の屈折率が異なる複屈折材料で構成されており、
前記第2のクラッドは、前記励起光に対する前記等方性媒質の屈折率が、前記励起光に対する前記第1のクラッドの屈折率より高い場合、前記励起光に対する前記第2のクラッドの屈折率が、前記励起光に対する前記第1のクラッドの屈折率より低くなる材料で構成され、前記励起光に対する前記等方性媒質の屈折率が、前記励起光に対する前記第1のクラッドの屈折率より低い場合、前記励起光に対する前記第2のクラッドの屈折率が、前記励起光に対する前記等方性媒質の屈折率より低くなる材料で構成されていることを特徴とする平面導波路型レーザ装置。 - 前記クラッドの上面及び下面のうち、前記等方性媒質と接合していない側の面が基板に接合されていることを特徴とする請求項1記載の平面導波路型レーザ装置。
- 前記クラッドの光学軸が、前記等方性媒質と前記クラッドの接合面に対して傾いていることを特徴とする請求項1記載の平面導波路型レーザ装置。
- レーザ光が入射される前記等方性媒質の側面の一部に、前記レーザ光を反射するコーティングが施されているとともに、前記等方性媒質の側面に対向している前記等方性媒質の側面の一部に、前記レーザ光を反射するコーティングが施されていることを特徴とする請求項1記載の平面導波路型レーザ装置。
- レーザ光が入射される前記等方性媒質の側面と、前記等方性媒質の側面に対向している前記等方性媒質の側面とが非平行であることを特徴とする請求項15記載の平面導波路型レーザ装置。
- 前記クラッドの光学軸が、前記等方性媒質と前記クラッドの接合面に対して垂直であることを特徴とする請求項1記載の平面導波路型レーザ装置。
- 前記クラッドの光学軸が、前記等方性媒質と前記クラッドの接合面に対して平行であることを特徴とする請求項1記載の平面導波路型レーザ装置。
- 前記クラッドの光学軸が、前記等方性媒質内でのレーザ光の進行方向に対して傾いていることを特徴とする請求項18記載の平面導波路型レーザ装置。
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