WO2006103767A1 - モード制御導波路型レーザ装置 - Google Patents

モード制御導波路型レーザ装置 Download PDF

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WO2006103767A1
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Takayuki Yanagisawa
Yoshihito Hirano
Syuhei Yamamoto
Masao Imaki
Kiyohide Sakai
Yasuharu Koyata
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Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
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    • H01S3/108—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using non-linear optical devices, e.g. exhibiting Brillouin or Raman scattering
    • H01S3/109—Frequency multiplication, e.g. harmonic generation

Definitions

  • the present invention relates to a high-power laser device suitable for a light source of a printer or a projection television and a mode-controlled waveguide laser device used for a wavelength conversion laser device.
  • a projection television for a printer light sources of three colors R (red), G (green), and B (blue) are required.
  • this light source there is a wavelength conversion laser that generates second harmonics (SHG: Second Harmonic Generation) using nonlinear materials, using 900nm, lxm, and 1.3 / im band laser light as the fundamental laser light.
  • SHG Second Harmonic Generation
  • the power density of the fundamental laser beam on the nonlinear material must be increased and the wavefront convergence must be reduced.
  • a high-intensity laser beam is required.
  • the laser device shown in FIG. 15 includes a pumping semiconductor laser 101 that emits pumping light, an optical fiber 102 that transports pumping light, a condensing optical system 103 that collects pumping light, and a fundamental laser beam.
  • the first mirror 105 reflecting the excitation light and transmitting the excitation light
  • the laser medium 104 the second mirror 106 reflecting the fundamental laser light
  • reflecting the fundamental laser light and transmitting the second harmonic laser light The first mirror 105 reflecting the excitation light and transmitting the excitation light, the laser medium 104, the second mirror 106 reflecting the fundamental laser light, and reflecting the fundamental laser light and transmitting the second harmonic laser light.
  • a third mirror 107 a nonlinear material 109 that converts fundamental laser light into second harmonic laser light; and a fourth mirror 108 that reflects fundamental laser light and second harmonic laser light.
  • Reference numeral 110 denotes the propagation shape in the resonator of the fundamental laser resonator composed of the first mirror and the fourth mirror, and 111 denotes the output of the second harmonic laser beam.
  • the pumping light output from the pumping semiconductor laser 101 is transported and output by the optical fiber 102, and the optical axis is matched with the fundamental wave propagation shape 110 by the condensing optical system 103. And the beam size is adjusted and condensed and absorbed by the laser medium 104 The As a result, a gain with respect to the fundamental wave laser beam is generated in the laser medium 104, and laser oscillation of the fundamental wave laser beam is generated by the resonator composed of the first mirror 105 to the fourth mirror 108.
  • a part of the fundamental laser beam incident on the nonlinear material 109 is converted into a second harmonic laser beam, and is output from the third mirror 107 to the outside as a second harmonic laser beam output 111. It is powered.
  • the resonator composed of the first mirror 105 to the fourth mirror 108 is configured to obtain high-intensity laser oscillation with respect to the fundamental laser beam, and high-intensity laser oscillation with little wavefront aberration Is realized.
  • the nonlinear material 109 reduces the beam size of the fundamental laser beam and increases the power density of the fundamental laser beam, thereby realizing a highly efficient SHG.
  • Non-patent document 1 Optics Communications 205 (2002) published by ELSEVIER, page 361 Disclosure of invention
  • the laser apparatus shown in FIG. 15 requires a condensing optical system for receiving excitation light and a large number of mirrors constituting a resonator, and a large number of optical components. Therefore, there is a problem that the apparatus becomes large and expensive.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems. By oscillating a plurality of oscillation modes in a laser medium, the output can be easily scaled and a high-luminance fundamental wave output is achieved. The purpose is to obtain a mode-controlled waveguide laser device capable of high-efficiency second-harmonic conversion.
  • the mode-controlled waveguide laser device has a flat plate shape and has a waveguide structure in a thickness direction of a cross section perpendicular to the optical axis, and the optical axis and the thickness direction.
  • FIG. 1 is a side view showing a configuration of a mode control waveguide type laser apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the aa ′ cross section of FIG. 1 viewed from the nonlinear material side.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a part of a cross-sectional view of the heat sink 2 to the laser medium 5 in FIG. 2, and is a view for explaining a temperature distribution generated in the laser medium 5.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a part of a cross-sectional view of the heat sink 2 to the laser medium 5 in FIG. 2, and is a view for explaining a temperature distribution generated in the laser medium 5.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the mode-controlled waveguide laser device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5A is a diagram illustrating a step of polishing a laser medium, explaining a step of simultaneously manufacturing a waveguide in which a substrate, a laser medium, a clad and a heat sink are integrated.
  • FIG. 5B is a diagram showing a step of joining the substrate and the laser medium following FIG. 5A.
  • FIG. 5C is a diagram showing a polishing step of the laser medium following FIG. 5B.
  • FIG. 5D is a diagram showing a cladding joining step following FIG. 5C.
  • FIG. 5E is a diagram showing a step of cutting the integrated waveguide subsequent to FIG. 5D.
  • FIG. 5F is a diagram showing a process of joining a clad and a heat sink following FIG. 5E.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of a shape different from the shape of the heat sink shown in FIGS. 2 and 3.
  • FIG. 7 is a side view showing a configuration of a mode-controlled waveguide laser device when a semiconductor laser 5A is used instead of the laser medium 5 of FIG.
  • FIG. 8 is a side view showing the configuration of a mode control waveguide type laser apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram showing a laser medium and a nonlinear material of a mode control waveguide type laser apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 10 shows a configuration of a mode control waveguide type laser apparatus according to Embodiment 4 of the present invention, and is a view of the laser apparatus as viewed from the side.
  • FIG. 11 shows a configuration of a mode control waveguide type laser apparatus according to Embodiment 4 of the present invention, and is a view of the laser apparatus as viewed from above.
  • FIG. 12 is a side view showing the configuration of the mode-controlled waveguide laser device according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram showing a laser medium of a mode-controlled waveguide laser device according to Embodiment 6 of the present invention, and shows only the laser medium 5 in FIG.
  • FIG. 14 is a diagram showing a configuration in which a refractive index distribution is given to a laser medium used in a mode-controlled waveguide laser device according to Embodiment 7 of the present invention, and is a diagram of the laser device viewed from the laser emission surface side. is there.
  • FIG. 15 is a diagram showing a configuration of a conventional laser device disclosed in Optics Communications 205 (2002), page 361 issued by ELSEVIER.
  • FIG. 1 and 2 show the configuration of the mode-controlled waveguide laser device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 1 is a side view
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the aa ′ cross section of FIG. 1 viewed from the nonlinear material side.
  • a mode-controlled waveguide laser oscillator has a cross section perpendicular to the optical axis 6 that forms a flat plate shape with the semiconductor laser 1 and represents the laser oscillation direction.
  • a laser medium 5 having a waveguide structure in the thickness direction and having a periodic lens effect in a direction perpendicular to the optical axis 6 and the thickness direction, a clad 4 bonded to the lower surface of the laser medium 5, and a laser A heat sink 2 bonded to the lower surface of the clad 4 bonded to the lower surface of the medium 5 by the bonding agent 3 and an optical axis of the laser medium are arranged close to each other and guided in the same direction as the waveguide structure of the laser medium 5.
  • a nonlinear material 7 having a waveguide structure.
  • the shape of the end face 5a and the end face 5b perpendicular to the optical axis 6 is, for example, rectangular, and typically has a thickness in the y-axis direction of several to several tens / im, and the X-axis direction. Has a width of several hundred ⁇ to several mm.
  • a coordinate system is used in which the long side of the rectangle is the X axis, the short side is the y axis, and the six optical axes are the z axis. Note that the short side of the end face 5a and the end face 5b of the laser medium 5 may be rounded and the end face is not necessarily rectangular.
  • the clad 4 has a smaller refractive index than that of the laser medium 5 and is bonded to one surface parallel to the xz plane of the laser medium 5.
  • the clad 4 is configured by, for example, depositing a film made of an optical material as a raw material, or optically bonding the optical material to the laser medium 5 by optical contact or diffusion bonding. Further, an optical adhesive having a refractive index smaller than that of the laser medium 5 may be used.
  • the heat sink 2 is made of a material having high thermal conductivity, and has a comb shape with a cross section (xy plane) perpendicular to the optical axis 6.
  • the tips of the comb teeth of the heat sink 2 are bonded to the clad 4 via the bonding agent 3.
  • the bonding agent 3 exhausts heat generated in the laser medium 5 to the heat sink 2 through the clad 4.
  • This bonding agent 3 can be realized by a metal solder, an optical adhesive, a heat conductive adhesive, or the like.
  • the surface of the clad 4 facing the surface to which the laser medium 5 is bonded may be metallized (attached with a metal film) in order to increase the bonding strength with the bonding agent 3.
  • the heat sink 2 is made of an optical material
  • the clad 4 and the heat sink 2 may be directly bonded by, for example, optical contact or diffusion bonding.
  • the semiconductor laser 1 is disposed in the vicinity of the end face 5a of the laser medium 5, and a cooling heat sink (not shown) is joined as necessary.
  • the size of the semiconductor laser 1 in the X-axis direction is almost equal to the size of the laser medium 5 in the X-axis direction, and the pump light is output almost uniformly in the X-axis direction.
  • the excitation light output from the semiconductor laser 1 enters the laser medium 5 from the end face 5a in the xz plane direction and is absorbed by the laser medium 5.
  • the non-linear material 7 has a cross section perpendicular to the optical axis 6 that has substantially the same shape as the laser medium 5, and the optical axis
  • End surfaces 7 a and 7 b perpendicular to 6 are provided, and the end surface 7 a is disposed close to the end surface 5 b of the laser medium 5.
  • the end surface 5a of the laser medium 5 is a total reflection film that reflects the fundamental laser beam
  • the end surface 5b is an antireflection film that transmits the fundamental laser beam
  • the end surface 7a of the nonlinear material 7 is the fundamental laser beam.
  • an end face 7b is provided with an optical film that reflects the fundamental laser beam and transmits the second harmonic laser beam.
  • These total reflection film, partial reflection film, and optical film are configured by laminating dielectric thin films, for example.
  • a general solid laser material can be used as the laser medium 5.
  • Nd YAG
  • Nd YLF
  • Nd Glass
  • Nd YVO
  • Nd GdVO
  • Yb YAG
  • Yb YLF
  • Yb KGW, Yb: KYW, Er: Glass, Er: YAG, Tm: YAG, Tm: YLF, Ho: YAG, Ho: YLF, Tm, Ho: YAG, Tm, Ho: YLF, Ti: Sapphire, Cr : Use LiSAF.
  • nonlinear material 7 a general wavelength conversion material can be used.
  • KTP, KN, BB ⁇ , LB ⁇ , CLBO, LiNbO, LiTaO are used.
  • light loss is used.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a part of a cross-sectional view of a heat sink 2 to a laser medium 5 in FIG.
  • the laser medium 5 generates heat by converting a part of the absorbed power of the excitation light into heat.
  • the generated heat is exhausted to the heat sink 2 through the clad 4 and the bonding agent 3.
  • the heat sink 2 has a comb shape and the range bonded by the bonding agent 3 is only the tip portion of the comb teeth, there are two comb teeth in the middle portion between the two comb teeth. A heat flow is generated on both sides in the X-axis direction from the center. Therefore, the temperature at the approximate center of the two comb teeth becomes maximum, and the temperature decreases as it approaches the comb teeth portion.
  • the refractive index of the optical material such as the laser medium 5 changes substantially in proportion to the temperature difference. If a refractive index change dn / dT per unit temperature is used as the optical material for laser medium 5, the refractive index at the center of the two comb teeth with high temperature increases, and the comb tooth portion As it approaches, the refractive index decreases. As a result, a thermal lens effect occurs in the X-axis direction with the center of the two comb teeth as the optical axis.
  • the excitation light from the semiconductor laser 1 incident on the laser medium 5 is excited substantially uniformly in the X-axis direction, and the comb-shaped comb teeth of the heat sink 2 are arranged at substantially equal intervals in the X-axis direction.
  • the Therefore, the thermal lens effect also occurs periodically. If the number of comb teeth is m, the effect of arranging (m ⁇ 1) lenses at approximately equal intervals can be obtained.
  • the strength and period of the thermal lens effect that occurs periodically depends on the interval between the comb teeth of the heat sink 2, the thickness of the comb teeth, the length of the comb teeth, the thermal conductivity, the thermal conductivity of the bonding agent 3, and the thickness. Depending on the material and thickness of the clad 4, it can be arbitrarily adjusted.
  • the gap between the comb teeth of the heat sink 2 is usually air, but may be filled with a heat insulating material having a thermal conductivity smaller than that of the heat sink 2.
  • the refractive index distribution in the laser medium 5 generates a periodic temperature distribution generated due to a difference in thermal conductivity between the tip of the comb teeth and the thermal insulating material.
  • the rigidity of the heat sink 2 can be increased by carrying a heat insulating material. Since the same effect can be obtained regardless of whether dn / dT is positive or negative, unless otherwise specified, dnZdT is assumed to be positive.
  • FIG. 4 is a view of the laser device shown in FIG. 1 as viewed from the z-axis direction.
  • the comb teeth are illustrated by broken lines so that the comb teeth portion of the heat sink 2 can be seen.
  • the excitation light incident from the side surface 5 a of the laser medium 5 is absorbed by the laser medium 5 and generates a gain with respect to the fundamental laser light inside the laser medium 5. Due to the gain generated in the laser medium 5, the fundamental laser beam oscillates between the end face 5 a perpendicular to the optical axis 6 of the laser medium 5 and the end face 7 b of the nonlinear material 7.
  • the nonlinear material 7 has an optimized crystal axis angle, temperature, or period of periodically inverted polarization so that when a fundamental laser beam is incident, it is converted into second harmonic laser light by a nonlinear effect. ing. Therefore, when the fundamental laser beam oscillated between the end surface 5a and the end surface 7a is incident on the nonlinear material 7, a part of the fundamental laser beam is converted into the second harmonic laser beam, and the outside is exposed to the outside from the end surface 7b. Is output.
  • the fundamental laser beam remaining without being converted into the second harmonic laser beam is totally reflected by the end face 7b, passes through the nonlinear material 7 again, and is converted into the second harmonic laser beam. Is done.
  • the second harmonic laser beam generated by converting a part of the remaining fundamental laser beam is totally reflected by the end face 7a and output to the outside from the end face 7b.
  • the thickness is about several to several tens of times the wavelength, and the laser medium 5 is sandwiched between the clad 4 having a refractive index smaller than that of the laser medium 5 and air, and thus has a high refractive index. It operates as a waveguide in which the fundamental laser beam is confined in the laser medium 5, and the fundamental laser beam oscillates selectively in the mode of the waveguide.
  • the mode of the waveguide can be set arbitrarily by adjusting the refractive index of the cladding 4 and the thickness of the laser medium 5 in the y-axis direction. Luminance oscillation can be realized. To exhaust heat Due to the heat distribution generated, a refractive index distribution is also generated in the y-axis direction. If it is large, the waveguide mode becomes dominant and the influence of heat can be ignored.
  • the nonlinear material 7 is sandwiched between the upper and lower surfaces perpendicular to the y-axis by air or a clad (not shown) having a smaller refractive index than the nonlinear material 7, and the thickness is several to several tens of wavelengths. Since it is about double, the y-axis direction operates as a waveguide similarly to the laser medium 5.
  • a heat sink may be bonded to the lower surface of the nonlinear material 7 or the cladding bonded to the nonlinear material 7 to exhaust heat.
  • the heat sink is directly bonded to the nonlinear material 7
  • an optical material having a refractive index smaller than that of the nonlinear material 7 is used for the heat sink material, or a refractive index smaller than that of the nonlinear material 7 is used.
  • the y-axis direction of the nonlinear material 7 can be used as a waveguide by using a bonding agent having, for example, an optical adhesive.
  • Laser oscillation in the y-axis direction in the laser resonator selectively oscillates in the mode of the waveguide of the laser medium 5 or the nonlinear material 7.
  • the guided mode of the laser medium 5 and the guided mode of the nonlinear material 7 can be set arbitrarily depending on the thickness and the refractive index difference from the cladding, and only the low-order mode or single mode is guided. Thus, high-intensity oscillation can be realized.
  • the guided mode of the laser medium 5 and the guided mode of the nonlinear material 7 do not necessarily match.
  • one guided mode is a multimode
  • the other guided mode is a single mode.
  • the laser oscillation mode is limited to the lowest order mode, so that it is possible to selectively oscillate in a single mode.
  • it may be configured to have the same waveguide mode.
  • the laser oscillation in the X-axis direction in the laser resonator is that the width of the laser medium 5 and the nonlinear material 7 is sufficiently larger than the wavelengths of the fundamental laser beam and the second harmonic laser beam.
  • the mode selection by is not performed, and a spatial resonator is obtained.
  • the comb-shaped structure of the heat sink 2 periodically generates the thermal lens effect with the center of the two comb teeth as the optical axis.
  • the refractive index distribution is Since it does not exist, it will propagate in free space.
  • the laser oscillation mode is given by the thermal lens generated in the laser medium 5, and independent oscillation modes are generated for each optical axis.
  • Luminance oscillation can be realized.
  • the comb teeth do not necessarily need to be equally spaced.
  • the comb teeth correspond to the amount of heat generated.
  • the X-axis direction of the laser medium 5 and the nonlinear material 7 becomes a spatial resonator, so that the width in the X-axis direction can be freely set.
  • the semiconductor laser 1 can be adjusted by adjusting the widths of the laser medium 5 and the nonlinear material 7 according to the width of the semiconductor laser 1 in the X-axis direction.
  • the width in the X-axis direction can be set freely.
  • high output power of the pump light can be increased by using a broad area LD having a wide emission region that is easy to achieve high output and an LD array in which the emitters are arranged in a row.
  • Second harmonic laser light can be output.
  • the second harmonic laser beam can be output with high efficiency. Is possible.
  • the power density of the pumping light becomes thin when the thickness of the laser medium 5 in the y-axis direction is thin, it is high using a laser medium with a small gain or a three-level laser medium with a large lower level absorption. Gain can be obtained. As a result, it is possible to output the fundamental laser beam with high efficiency.
  • the power density of the pumping light becomes high when the thickness of the laser medium 5 in the y-axis direction is thin, it is high using a laser medium with a small gain or a three-level laser medium with a large lower level absorption. Gain can be obtained. As a result, it is possible to oscillate the fundamental laser beam with high efficiency. Therefore, it is possible to output the second harmonic laser beam with high efficiency.
  • the thickness of the laser medium 5 in the y-axis direction is thin, the temperature rise of the laser medium 5 is reduced, and a three-level laser medium in which the gain is lowered by the temperature rise is used. Since the main laser beam can be output, the second harmonic laser beam can be output with high efficiency.
  • the semiconductor laser 1, the laser medium 5, and the nonlinear material 7 can be arranged close to each other, a condensing optical system for excitation light and a lens or mirror constituting the resonator are not necessary. It is possible to construct a small and inexpensive laser device.
  • linear polarization is often obtained for laser oscillation due to the gain / loss ratio of the waveguide mode. Therefore, even when a nonlinear material 7 that requires linearly polarized light is used for the fundamental laser beam, it is possible to output the second harmonic laser beam with high efficiency.
  • the laser medium 5 is a laser medium having different gains depending on the crystal axis direction (the host is made of a crystal having birefringence such as YLF, YVO, GdVO, KGW, KYW, Sapphire, etc.
  • Second harmonic laser light can be output.
  • oscillations by a plurality of longitudinal modes having slightly different wavelengths occur within the range in which the laser medium 5 has gain.
  • wavelength conversion including SHG if the oscillation wavelength range of the fundamental laser beam is wide, conversion efficiency decreases due to phase mismatch. Therefore, in order to achieve high conversion efficiency, a fundamental laser beam having a narrow wavelength band is required, and oscillation in a single longitudinal mode is desired.
  • the standing wave type laser oscillator since a standing wave is formed inside the resonator, there are a node where the electric field strength is zero and an antinode portion where the electric field strength is maximum.
  • the wavelength is different, the position of the antinode and node of the standing wave of each wavelength shifts. Therefore, it is possible to selectively oscillate only a desired wavelength.
  • the y-axis direction is the laser medium 5 It oscillates in the mode of the waveguide confined inside, but there is also a slight electric field due to the oozing out inside the clad 4. Therefore, only a desired wavelength can be selectively oscillated by giving a periodic loss to the clad 4. Further, when the refractive index of the cladding 4 changes periodically, the confinement intensity of the laser light inside the laser medium 5 changes, so the same effect as that of periodically giving a loss can be obtained.
  • a method of giving loss to the cladding 4 for example, there is a method of adding ions that absorb laser light to the cladding 4, and Cr4 + ions are periodically added to the lxm laser light. That's fine.
  • a method for changing the refractive index of the clad 4 can be realized, for example, by irradiating the clad 4 with strong laser beam interference light and periodically changing the refractive index.
  • the laser medium 5 when the laser medium 5 is composed of a laser medium having gains at a plurality of wavelengths, the laser medium 5 has a thin thickness in the y-axis direction, so that a very large profit is generated at each wavelength. To do. Therefore, if reflection of a wavelength other than the desired wavelength occurs on the end surface 5b of the laser medium 5 or the end surfaces 7a and 7b of the nonlinear material 7, laser oscillation (parasitic oscillation) of an unnecessary wavelength is generated between the end surface 5a and the reflecting surface. May occur. In the mode-controlled waveguide type laser device shown in Fig. 1, the y-axis direction oscillates in the mode of the waveguide confined inside the laser medium 5, but there is a slight electric field due to oozing inside the cladding 4. .
  • a material that transmits the desired wavelength and absorbs the unnecessary wavelength is used for the clad 4, it is possible to increase the loss of the unnecessary wavelength and suppress the parasitic oscillation.
  • a glass or crystal added with ions that absorb unnecessary wavelengths that do not absorb the desired wavelength for example, it is possible to use a glass or crystal added with ions that absorb unnecessary wavelengths that do not absorb the desired wavelength.
  • the laser medium 5 is thin in the y-axis direction, and therefore a very large gain is generated. Therefore, if the fundamental laser beam is slightly reflected at the end face 5b or the end face 7a that transmits the fundamental laser beam, unnecessary laser oscillation (parasitic oscillation) may occur between the reflecting surface and the end face 5a. .
  • the end surface 5b and the end surface 7a are not necessarily parallel to the end surface 5a and the end surface 7b, respectively. It can be tilted with respect to the optical axis given by the thermal lens generated in 5.
  • the optical axis is refracted at the tilted end face, and the angle changes when passing through the tilted end face.
  • the end face 5a and the end face 7a are installed perpendicular to the changed optical axis, The same effect as described above can be obtained.
  • the laser medium has a small thickness in the y-axis direction, so that a very large gain is generated. For this reason, the laser light reflected by the end faces 5a and 5b may be reflected by the surface joined to the heat sink of the clad 4 and the upper surface of the laser medium 5 to generate parasitic oscillation in a mode different from the desired waveguide mode. Therefore, an absorption film that absorbs laser light can be applied to the surface of the clad 4 bonded to the heat sink to increase the loss of laser light in a mode different from the desired waveguide mode, thereby suppressing parasitic oscillation.
  • the absorption film may be made of a material having absorption with respect to the laser light wavelength of parasitic oscillation. For example, a Cr metal film may be applied.
  • the end face 7a is provided with an optical film that transmits the fundamental laser light and reflects the second harmonic laser light.
  • the end face 5a is provided with the fundamental laser light and the second high-frequency laser light. It is clear that the same effect can be obtained by applying a total reflection film that totally reflects the harmonic laser beam and applying an antireflection film that transmits the fundamental laser beam and the second harmonic laser beam to the end face 7a. It is.
  • the semiconductor laser 1 may be disposed close to a side surface parallel to the force yz plane, which is assumed to be disposed close to the end surface 5a of the laser medium 5. With such an arrangement, the leakage light of the fundamental laser beam is not directly incident on the semiconductor laser 1, so that the possibility of damage to the semiconductor laser 1 is reduced and a highly reliable laser device can be configured. [0068] Although the surface of the laser medium 5 facing the surface to which the clad 4 is bonded is in contact with air, the second clad having a smaller refractive index than that of the laser medium 5 may be bonded. good
  • the propagation mode in the y-axis direction of the laser medium 5 can be arbitrarily adjusted by adjusting the refractive index difference between the laser medium 5 and the second cladding. If the thickness of the second cladding in the y-axis direction is increased, the rigidity of the laser medium 5 can be increased without affecting the waveguide mode of the laser medium 5.
  • the second bonding agent having a refractive index smaller than that of the laser medium 5 is used.
  • the substrates may be joined.
  • an optical adhesive is used.
  • the substrate for example, an optical material, metal, or the like is used.
  • the propagation mode in the y-axis direction of the laser medium 5 can be arbitrarily adjusted by adjusting the difference in refractive index between the laser medium 5 and the bonding agent. If the thickness of the substrate in the y-axis direction is increased, the rigidity of the laser medium 5 can be increased without affecting the waveguide mode of the laser medium 5.
  • the optical adhesive is less rigid than the crystal or glass material, and therefore deforms in accordance with the expansion of the laser medium 5. It is possible to reduce the stress applied to the medium 5.
  • the surface of the laser medium 5 facing the surface to which the cladding 4 is bonded is in contact with air, but an optical film having a smaller refractive index than that of the laser medium 5 is applied, and It is also possible to bond a substrate having the same thermal expansion coefficient as the laser medium 5 to the surface of the film by optical contact or diffusion bonding.
  • the propagation mode in the y-axis direction of the laser medium 5 can be arbitrarily adjusted by adjusting the difference in refractive index between the laser medium 5 and the optical film.
  • the rigidity of the laser medium 5 can be increased without affecting the waveguide mode of the laser medium 5.
  • the laser medium 5 and the substrate have substantially the same coefficient of thermal expansion, when thermal expansion occurs due to the temperature rise of the laser medium 5, the substrate also expands at substantially the same rate. That time, Since the optical film has a lower density and lower rigidity than a crystal or glass material, it can be deformed as the substrate expands, and the stress applied to the laser medium 5 can be relaxed. Further, when bonding the optical film and the substrate, it is possible to increase the bonding strength by selecting an optical film material and a substrate that are easy to optically bond.
  • the above-described laser medium 5 has a thickness of several to several tens of ⁇ m, and is difficult to manufacture alone. Therefore, for example, it can be manufactured by the method shown in FIGS. 5A to 5F.
  • one surface of the laser medium 5 is polished.
  • a substrate having a refractive index smaller than that of the laser medium 5 is directly bonded to the surface polished in FIG. 5A by an optical contour or diffusion bonding, or a substrate made of metal or an optical material.
  • an optical adhesive having a refractive index smaller than that of the laser medium 5 or an optical film having a refractive index smaller than that of the laser medium 5 is applied to the laser medium, and then the substrate is attached to the optical film outside the optical contour. Bonded by diffusion bonding or the like.
  • the surface of the laser medium 5 opposite to the surface to which the substrate is bonded is polished so that the laser medium 5 has a desired thickness.
  • the integrated waveguide is cut to produce a plurality of waveguides of a desired size.
  • the clad 4 and the heat sink 3 are bonded using a bonding agent.
  • the substrate may be removed if the laser medium 5 alone has sufficient rigidity.
  • the laser medium 5 and the clad 4 can be manufactured from the same host material.
  • the refractive index of the host material and the laser medium slightly change. Therefore, using a host material whose refractive index increases when the active ions are added, the active ions are added only to the region of the laser medium 5, and the If the active ion is not added to the pad 4, the same effect can be obtained.
  • the ceramic manufacturing method in which the crystals are crushed and processed into powder, compression molded, and then sintered, the laser medium 5 to which active ions have been added, and the cladding 4 to which active ions have been added and not clad 4 are formed. It is also possible to manufacture it integrally. Furthermore, when the ceramic manufacturing method is used, the active ions can be added at a higher concentration than the crystal, so that it is possible to increase the absorption efficiency and gain of the laser medium 5.
  • the heat sink 2 described above may have any shape as long as it has a shape capable of generating a temperature distribution inside the force laser medium 5 having a comb shape in a cross section perpendicular to the optical axis 6.
  • FIG. 6 illustrates another example of the shape of the heat sink, and shows a heat sink 2A, a bonding agent 3A, a clad 4 and a laser medium 5.
  • the clad 4 and the laser medium 5 have the same configuration as the clad 4 and the laser medium 5 shown in FIG. 3, and are the same as the clad 4 and the laser medium 5 shown in FIG. 3 unless otherwise specified. It has the function of.
  • the heat sink 2A is made of a material having a high thermal conductivity, and has a periodic uneven shape with a cross section perpendicular to the optical axis 6 (xy plane).
  • the uneven surface of the heat sink 2A is bonded to the clad 4 through the bonding agent 3A.
  • the heat sink 2A and the bonding agent 3A have different thermal conductivities. If the bonding agent 3A has a smaller thermal conductivity than the heat sink 2A, the part where the bonding agent 3A is thin, that is, the convex part of the heat sink 2A, in FIG. However, in the portion where the thickness of the bonding agent 3A is thick, that is, the recess of the heat sink 2A, the efficiency of exhaust heat is low and the temperature is high.
  • the solid-state laser medium 5 that is excited by the semiconductor laser 1 and generates a gain is used as the laser medium 5.
  • the semiconductor laser 5A may be used as the laser medium 5.
  • the semiconductor laser 5A generates a gain in laser light having a desired wavelength by applying a voltage to the upper and lower surfaces of the semiconductor laser 5A and causing a current to flow. At this time, part of the current is converted into heat, and heat is generated in the semiconductor laser 5A.
  • oscillation occurs in a plurality of longitudinal modes with slightly different wavelengths within a range in which the laser medium has gain, and the oscillation wavelength range is widened.
  • wavelength conversion including SHG if the oscillation wavelength range of the fundamental laser beam is wide, the conversion efficiency decreases due to phase mismatch. Therefore, in order to realize high conversion efficiency, a fundamental laser beam having a narrow wavelength band is required, and oscillation in a single longitudinal mode is desirable.
  • the first embodiment as a method for selectively oscillating only a desired wavelength, a method for giving a loss to the cladding 4 has been described. However, if a loss is applied to the cladding 4, a loss is also generated at a desired wavelength, and the efficiency of the fundamental laser beam is reduced.
  • FIG. 8 is a side view showing the configuration of the mode control waveguide type laser apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • 8 is a wavelength selective waveguide
  • the semiconductor laser 1 to nonlinear material 7 are the same as the semiconductor laser 1 to nonlinear material 7 shown in FIG. Unless otherwise specified, it has the same functions as those of the semiconductor laser 1 to the nonlinear material 7 shown in FIG.
  • the wavelength selective waveguide 8 has a cross section perpendicular to the optical axis 6 that has almost the same shape as the laser medium 5 and the nonlinear material 7, and has end faces 8a and 8b perpendicular to the optical axis 6, and the end face 8a Is arranged close to the end face 7b of the nonlinear material 7.
  • the wavelength selection waveguide 8 totally reflects the fundamental laser beam having a desired wavelength and transmits the fundamental laser beam and the second harmonic laser beam having other wavelengths.
  • the wavelength band reflected by the wavelength selective waveguide 8 is set so that the phase mismatch generated by wavelength conversion in the nonlinear material 7 is sufficiently small.
  • a method of giving wavelength selectivity to the reflection of the wavelength selection waveguide 8 for example, a method of applying an optical film that reflects a desired wavelength and transmits other wavelengths to the end face 8b of the wavelength selection waveguide 8 or In this case, a refractive index distribution is given to the wavelength selection waveguide 8 in the direction of the optical axis 6, and a diffraction grating that reflects only a desired wavelength may be configured.
  • the optical film is composed of, for example, a dielectric multilayer film.
  • a method of giving a refractive index change to the mode control waveguide 8 for example, by irradiating the mode control waveguide 8 with interference light of a strong laser beam and periodically changing the refractive index. Realization is possible.
  • the wavelength selection waveguide 8 is sandwiched between the upper and lower surfaces perpendicular to the y-axis by air or a clad having a refractive index smaller than that of the force wavelength selection waveguide 8 (not shown). Since this is several to several tens of times the wavelength, the y-axis direction operates as a waveguide.
  • the wavelength selection waveguide 8 has substantially the same waveguide mode as the waveguide mode of the laser medium 5 and the nonlinear material 7.
  • Fundamental laser oscillation occurs between the end face 5a perpendicular to the optical axis 6 of the laser medium 5 and the wavelength selective waveguide 8, and the end face 5a is a total reflection film that reflects the fundamental laser light, and the end face 5b.
  • the antireflection film that transmits the fundamental laser beam and the end surface 7a is an optical film that transmits the fundamental laser beam and reflects the second harmonic laser beam
  • the end surface 7b is the transparent laser beam for the fundamental laser beam and the second harmonic laser beam.
  • An antireflection film is applied.
  • These total reflection film, antireflection film and optical film are formed by laminating dielectric thin films, for example.
  • the laser beam of the fundamental wavelength laser beam having a desired wavelength can be obtained without giving a loss. Since the oscillation can be obtained, the nonlinear material 7 can achieve high conversion to the second harmonic and conversion efficiency.
  • the wavelength selective waveguide 8 is assumed to have substantially the same waveguide mode as the waveguide modes of the laser medium 5 and the nonlinear material 7, but the wavelength selective waveguide It is also possible to adjust the thickness in the y-axis direction of 8 and the refractive index of the cladding so that only a low-order mode or a single mode is guided.
  • the laser oscillation in the y-axis direction is limited by the lowest-order mode in the resonator, so that a desired waveguide is introduced in the y-axis direction of the laser medium 5 and the nonlinear material 7. Even if the wave mode cannot be obtained, since it oscillates in the low-order mode or the single mode of the wavelength selective waveguide 8, high-intensity oscillation can be realized.
  • the third embodiment discloses a configuration in which a second harmonic laser beam having a plurality of wavelengths is output from one laser device.
  • FIG. 9 is a diagram showing a laser medium and a nonlinear material of the mode-controlled waveguide type wavelength conversion laser device according to the third embodiment of the present invention.
  • the laser medium 5 and the nonlinear materials 7A to 7C show the same configurations as the laser medium 5 and the nonlinear material 7 shown in FIG. 1, respectively, and unless otherwise indicated, the laser medium 5 shown in FIG. And has the same function as the nonlinear material7.
  • the laser medium 5 is composed of a laser medium having gains at a plurality of wavelengths.
  • Nd having ⁇ IJ gains at 946 nm (wavelength 1), 1064 nm (wavelength 2), and 1338 nm (wavelength 3): Consists of YAG.
  • Regions A to C each represent the range of the output second harmonic laser beam.
  • the optical film that transmits 3 and the end surface 7Aa of the nonlinear material 7A have a wavelength:! ⁇ 3 and reflects the second harmonic laser light of wavelength 1.
  • An optical film that reflects and transmits the second harmonic laser light of wavelength 2, wavelength 3, and wavelength 1 is applied.
  • the end face 5a in the region B of the laser medium 5 totally reflects the wavelength 2, transmits the wavelength 1 and the wavelength 3, and the end face 5b in the region B of the laser medium 5 has the wavelength 1 to Optical film that transmits 3 and nonlinear material 7B end face 7Ba Optical film that transmits wavelength 1 to 3 and reflects second harmonic laser light with wavelength 2; nonlinear material 7B end face 7Ba totally reflects wavelength 2
  • an optical film that transmits the second harmonic laser light of wavelength 1, wavelength 3, and wavelength 2 is provided.
  • the end face 5a in the region C of the laser medium 5 totally reflects the wavelength 3, and transmits the wavelength 2 and the wavelength 3, and the end face 5b in the region C of the laser medium 5 has the wavelength 1 to Optical film that transmits 3 and nonlinear material 7C end face 7Ca Optical film and nonlinear material 7C end face 7Ca that transmits wavelength 1-3 and reflects second harmonic laser light with wavelength 3 Total reflection of wavelength 3
  • an optical film that transmits the second harmonic laser light of wavelength 1, wavelength 2, and wavelength 3 is provided.
  • region A laser oscillation of wavelength 1 occurs and only the second harmonic laser beam of wavelength 1 is output
  • region B laser oscillation of wavelength 2 occurs and wavelength 2 Only the second harmonic laser beam is output
  • region C laser oscillation of wavelength 3 occurs and only the second harmonic laser beam of wavelength 3 is output.
  • a second harmonic laser beam having a plurality of wavelengths can be simultaneously output from one laser device, so that a small laser device can be configured.
  • the number of wavelengths is three, but it is clear that the same effect can be obtained if two or more wavelengths are used.
  • nonlinear material 7A to 7C a nonlinear material having a periodically poled structure is used as a material of the nonlinear material 7A to 7C.
  • a plurality of inversion periodic structures optimized for each wavelength may be manufactured on one substrate. If configured in this manner, the nonlinear materials 7A to 7C can be configured integrally, so that the number of optical components can be reduced, and it is possible to configure an inexpensive and small wavelength conversion laser device.
  • mode control induction is performed in which fundamental laser light is oscillated in a plurality of independent resonator modes, wavelength conversion is performed in the resonator using a nonlinear material, and second harmonic laser light is output with high efficiency.
  • a waveguide laser device is shown.
  • a wavelength conversion method there is an external wavelength conversion method in which a fundamental laser beam is output to the outside of the resonator, and the output fundamental wave laser beam is incident on a nonlinear material for wavelength conversion.
  • This method has an advantage that design is easy because a laser device that outputs fundamental laser light and a nonlinear material that performs wavelength conversion can be configured separately.
  • the power density of the fundamental laser light is smaller outside the resonator than inside the resonator, even if the beam diameter is the same, and a small beam is necessary to achieve highly efficient wavelength conversion.
  • a high-intensity fundamental laser beam output capable of focusing on the diameter is required.
  • Embodiment 4 realizes a mode-controlled waveguide laser device that oscillates in a plurality of independent modes suitable for external wavelength conversion and outputs high-intensity fundamental laser light.
  • FIGS. 10 and 11 are diagrams showing the configuration of the mode-controlled waveguide laser device according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a view of the laser device viewed from the side, and FIG. It is the figure which looked at the apparatus from the upper surface.
  • a mode-controlled waveguide laser device according to the fourth embodiment shown in FIGS. 10 and 11 includes a semiconductor laser 1, a heat sink (refractive index distribution adding means) 2, a bonding agent 3, and a clad (low refractive index portion) 4.
  • the laser medium 5 is composed.
  • Reference numeral 6 denotes an optical axis representing the laser oscillation direction.
  • the semiconductor lasers 1 to 5 have the same configuration as the semiconductor lasers 1 to 5 shown in FIG. 1, and unless otherwise specified, the semiconductor lasers 1 to 5 shown in FIG. It has the same function.
  • the end face 5a of the laser medium 5 is provided with a total reflection film that reflects the fundamental laser light
  • the end face 5b is provided with an antireflection film that reflects part of the fundamental laser light and transmits part of it.
  • these total reflection film and partial reflection film are formed by laminating dielectric thin films, for example.
  • the total reflection film on the end face 5a is an optical film that transmits the excitation light and reflects the fundamental laser light.
  • the excitation light incident from the end face 5 a of the laser medium 5 is absorbed by the laser medium 5 and generates a gain with respect to the fundamental laser light inside the laser medium 5. Due to the gain generated inside the laser medium 5, the fundamental laser beam oscillates between the end face 5a and the end face 5b perpendicular to the optical axis 6 of the laser medium 5, and a part of the oscillation light resonates from the end face 5b. Is output to the outside.
  • Laser oscillation in the y-axis direction in the laser resonator is selectively oscillated in the waveguide mode of the laser medium 5.
  • the waveguide mode of the laser medium 5 can be arbitrarily set depending on the thickness and the refractive index difference from the cladding, and high-intensity oscillation can be realized by guiding only a low-order mode or a single mode.
  • the mode selection by the waveguide is not performed, and the space It becomes a type resonator.
  • the thermal lens effect with the center of the two comb teeth as the optical axis is generated periodically due to the comb structure of heat sink 2, so the laser oscillation mode is the thermal lens generated in laser medium 5.
  • Independent oscillation modes are generated for each optical axis. High-intensity oscillation can be realized by adjusting the strength and period of the thermal lens of the laser medium 5 so that independent individual oscillation modes are only low-order modes or single modes.
  • the comb-tooth structure of the heat sink 2 does not necessarily need to be equally spaced.
  • the comb-tooth spacing depends on the amount of heat generated.
  • the X-axis direction of the laser medium 5 is a spatial resonator, so the width in the X-axis direction can be freely set.
  • the laser medium 5 is adjusted to the width of the X-axis direction of the semiconductor laser 1.
  • the width of the semiconductor laser 1 in the X-axis direction can be freely set. Therefore, it is possible to increase the output power of pumping light by using a broad area LD with a wide emission region that is easy to increase the output, or an LD array in which emitters are arranged in a row. It is possible to output a fundamental laser beam with high luminance and high output.
  • the power density of the pumping light becomes high as the thickness of the laser medium 5 in the y-axis direction is thin, it is high using a laser medium with a small gain or a three-level laser medium with a large lower level absorption. Gain can be obtained, and high-intensity fundamental laser light suitable for wavelength conversion can be output with high efficiency.
  • the thickness of the laser medium 5 in the y-axis direction is thin, the temperature rise of the laser medium 5 is reduced, and the wavelength conversion is performed using a three-level laser medium in which the gain is reduced due to the temperature rise. It is possible to output a suitable high-luminance fundamental laser beam with high efficiency.
  • the semiconductor laser 1 can be disposed close to the laser medium 5, a condensing optical system for excitation light and an optical system constituting a resonator are not required, and a small and inexpensive laser device is configured. It is possible.
  • linear polarization is often obtained for laser oscillation due to the gain / loss ratio of the waveguide mode. Therefore, even when linear polarization is required for the fundamental wave laser beam in wavelength conversion, it is possible to output a high-luminance fundamental wave laser beam suitable for wavelength conversion.
  • laser media 5 with different gains depending on the crystal axis direction host power YLF, YVO, GdVO, KGW, KYW, Sapphire
  • a linearly polarized oscillation with a high gain direction can be easily obtained, so that the fundamental laser beam is required to be linearly polarized in wavelength conversion. Even in this case, it is possible to output high-intensity fundamental laser light suitable for wavelength conversion.
  • the standing wave type laser oscillator a standing wave is formed inside the resonator. Therefore, there are a node where the electric field strength is zero and an antinode portion where the electric field strength is maximum.
  • the wavelength is different, the position of the antinode and node of the standing wave of each wavelength shifts. Therefore, it is possible to selectively oscillate only a desired wavelength.
  • the y-axis direction oscillates in the mode of the waveguide confined inside the laser medium 5, but the electric field caused by oozing out into the cladding 4 There are a few. Therefore, only a desired wavelength can be selectively oscillated by giving a periodic loss to the clad 4.
  • a method of giving loss to the clad 4 for example, there is a method of adding ions that absorb laser light to the clad 4, and Cr4 + ions are periodically added to lxm laser light. That's fine.
  • a method for changing the refractive index of the clad 4 can be realized, for example, by irradiating the clad 4 with strong laser beam interference light and periodically changing the refractive index. With this configuration, it is possible to selectively oscillate only a desired wavelength, and therefore it is possible to obtain oscillation of a fundamental laser beam suitable for wavelength conversion.
  • the laser medium 5 when the laser medium 5 is configured with a laser medium having gains at a plurality of wavelengths, the laser medium 5 has a thin thickness in the y-axis direction, resulting in a very large gain at each wavelength. To do. Therefore, when reflection at a wavelength other than the desired wavelength occurs at the end face 5b of the laser medium 5, laser oscillation (parasitic oscillation) with an unnecessary wavelength may occur between the end face 5a and the reflecting face.
  • the y-axis direction oscillates in the mode of the waveguide confined inside the laser medium 5, but the electric field due to oozing out also into the cladding 4 Slightly present. Therefore, if the cladding 4 is made of a material that transmits the desired wavelength and absorbs the unnecessary wavelength, the loss of the unnecessary wavelength is increased and the parasitic emission is increased. Vibration can be suppressed.
  • an ion that absorbs an unnecessary wavelength that does not absorb the desired wavelength may be added to glass or a crystal.
  • the semiconductor laser 1 may be arranged close to a side surface parallel to the force yz plane, which is assumed to be arranged close to the end face 5a of the laser medium 5. With this arrangement, the leakage light of the fundamental laser beam is not directly incident on the semiconductor laser 1, so that the possibility of damage to the semiconductor laser 1 is reduced, and a highly reliable laser device can be configured. .
  • the second cladding having a smaller refractive index than that of the laser medium 5 may be bonded. Good.
  • the propagation mode in the y-axis direction of the laser medium 5 can be arbitrarily adjusted by adjusting the refractive index difference between the laser medium 5 and the second cladding. If the thickness of the second cladding in the y-axis direction is increased, the rigidity of the laser medium 5 can be increased without affecting the waveguide mode of the laser medium 5.
  • the surface of the laser medium 5 facing the surface to which the clad 4 is bonded is assumed to be in contact with air, but through a second bonding agent having a smaller refractive index than that of the laser medium 5,
  • the substrates may be joined.
  • the second bonding agent for example, an optical adhesive is used.
  • the substrate for example, an optical material, metal, or the like is used.
  • the propagation mode in the y-axis direction of the laser medium 5 can be arbitrarily adjusted by adjusting the difference in refractive index between the laser medium 5 and the bonding agent. If the thickness of the substrate in the y-axis direction is increased, the rigidity of the laser medium 5 can be increased without affecting the waveguide mode of the laser medium 5. Furthermore, when thermal expansion occurs due to the temperature rise of the laser medium 5, the optical adhesive is less rigid than the crystal or glass material, and therefore deforms according to the expansion of the laser medium 5. It is possible to relieve stress.
  • the surface of the laser medium 5 facing the surface to which the clad 4 is bonded is assumed to be in contact with air, but an optical film having a refractive index smaller than that of the laser medium 5 is applied, and It is also possible to bond a substrate having the same thermal expansion coefficient as the laser medium 5 to the surface of the film by optical contact or diffusion bonding.
  • the propagation mode in the y-axis direction of the laser medium 5 can be arbitrarily adjusted by adjusting the refractive index difference between the laser medium 5 and the optical film. If the thickness of the substrate in the y-axis direction is increased, the rigidity of the laser medium 5 can be increased without affecting the waveguide mode of the laser medium 5.
  • the laser medium 5 and the substrate have substantially the same coefficient of thermal expansion, if thermal expansion occurs due to the temperature increase of the laser medium 5, the substrate also expands at substantially the same rate.
  • the optical film has a lower density and lower rigidity than crystals and glass materials, it can be deformed as the substrate expands, and the stress applied to the laser medium 5 can be relaxed.
  • bonding an optical film and a substrate it is possible to increase the bonding strength by selecting an optical film material and a substrate that are easy to optically bond.
  • the laser medium 5, the clad 4, and the second clad can be manufactured from the same host material.
  • the refractive index of the host material and the laser medium slightly change. Therefore, using a host material whose refractive index increases when active ions are added, active ions are added only to the region of the laser medium 5, and active ions are not added to the cladding 4 and the second cladding. By doing so, the same effect can be obtained.
  • the laser medium 5 and the clad 4 and the laser medium 5 and the second clad are optically bonded by optical contact or diffusion bonding, the same kind of material is used. Therefore, high bonding strength can be obtained.
  • the laser medium 5 to which active ions are added, the clad 4 to which no active ions are added, and the first method are manufactured by a ceramic manufacturing method in which the crystals are pulverized and processed into a powder form, and then compression-molded and then sintered. It is also possible to manufacture two clads together. Further, when the ceramic manufacturing method is used, the active ions can be added at a higher concentration than the crystal, so that the laser medium 5 can have higher absorption efficiency and higher gain.
  • oscillation occurs in a plurality of longitudinal modes with slightly different wavelengths within a range in which the laser medium has gain, and the oscillation wavelength range is widened.
  • wavelength conversion including SHG if the oscillation wavelength range of the fundamental laser beam is wide, Conversion efficiency decreases due to phase mismatch. Therefore, in order to realize high conversion efficiency, a fundamental laser beam having a narrow wavelength band is required, and oscillation in a single longitudinal mode is desirable.
  • the method of giving a loss to the clad 4 has been described as a method of selectively oscillating only a desired wavelength. However, if a loss is applied to the cladding 4, a loss is also generated at a desired wavelength, and the efficiency of the fundamental laser beam is reduced.
  • FIG. 12 is a side view showing the configuration of the mode-controlled waveguide laser device according to the fifth embodiment of the present invention.
  • the semiconductor lasers 1 to 5 have the same configuration as the semiconductor lasers 1 to 5 shown in FIG. 10, and are the same as the semiconductor lasers 1 to 5 shown in FIG. 10 unless otherwise specified. It has the function of.
  • the wavelength selection element 8A has the same configuration as the wavelength selection element 8 shown in FIG. 8, and has the same function as the wavelength selection element 8 shown in FIG. 8 unless otherwise specified.
  • the wavelength selective waveguide 8A has a cross-section perpendicular to the optical axis 6 substantially the same shape as the laser medium 5, has end faces 8a and 8b perpendicular to the optical axis 6, and the end face 8a is Arranged close to the end face 5b.
  • the wavelength selective waveguide 8A reflects a part of the fundamental laser beam having a desired wavelength and transmits the fundamental laser beam having other wavelengths.
  • the wavelength band reflected by the wavelength selective waveguide 8A is set such that the phase mismatch generated by wavelength conversion in the nonlinear material installed outside the resonator is sufficiently small.
  • a method of giving wavelength selectivity to the reflection of the wavelength selection waveguide 8A for example, a method of applying an optical film that reflects a desired wavelength and transmits other wavelengths to the end face 8b of the wavelength selection waveguide 8A
  • a refractive index distribution may be given to the wavelength selective waveguide 8A in the direction of the optical axis 6 to constitute a diffraction grating that reflects only a desired wavelength.
  • the optical film is composed of, for example, a dielectric multilayer film.
  • a method for changing the refractive index to the mode control waveguide 8A can be realized by, for example, irradiating glass or crystal with interference light of strong laser light and periodically changing the refractive index. It is.
  • the wavelength selective waveguide 8A is sandwiched between the upper and lower surfaces perpendicular to the y-axis by air or a clad having a refractive index smaller than that of the wavelength selective waveguide 8A although not shown. Since the thickness is several to several tens of times the wavelength, the y-axis direction operates as a waveguide.
  • the wavelength selective waveguide 8A has substantially the same waveguide mode as the waveguide mode of the laser medium 5.
  • Fundamental laser oscillation is generated between the end face 5a perpendicular to the optical axis 6 of the laser medium 5 and the wavelength selection waveguide 8.
  • the end face 5a is a total reflection film that reflects the fundamental laser light, and the end face. 5b has an anti-reflection film that transmits the fundamental laser beam.
  • These total reflection film and antireflection film are formed by laminating dielectric thin films, for example.
  • the wavelength selective waveguide 8A has substantially the same waveguide mode as the waveguide mode of the laser medium 5, but the wavelength selective waveguide 8 By adjusting the thickness of the direction and the refractive index of the cladding, it may be configured to guide only low-order modes or single modes.
  • wavelength selective waveguide 8A oscillates in a low-order mode or a single mode, high-intensity oscillation can be realized.
  • Embodiment 6 discloses a configuration for outputting fundamental laser beams having a plurality of wavelengths from one laser device.
  • FIG. 13 is a diagram showing a laser medium of the mode-controlled waveguide laser device according to the sixth embodiment of the present invention, and shows only the laser medium 5 in FIG.
  • 5 has the same configuration as the laser medium 5 shown in FIG. 12, and has the same function as the laser medium 5 shown in FIG. 12 unless otherwise specified.
  • the laser medium 5 is composed of a laser medium having gains at a plurality of wavelengths.
  • Nd having ⁇ IJ gains at 946 nm (wavelength 1), 1064 nm (wavelength 2), and 1338 nm (wavelength 3): Consists of YAG.
  • the reflection films 5a to 5f represent a total reflection film and a partial reflection film applied to the end surface 5a and the end surface 5b of the laser medium 5, respectively.
  • the reflective film 5 c totally reflects the wavelength 1 and transmits the wavelengths 2 and 3, and the reflective film 5 d partially reflects the wavelength 1 and transmits the wavelengths 2 and 3. Further, the reflective film 5e totally reflects the wavelength 2, and transmits the wavelengths 1 and 3, and the reflective film 5f partially reflects the wavelength 2 and transmits the wavelengths 1 and 3. Furthermore, the reflective film 5g totally reflects the wavelength 3, and transmits the wavelengths 2 and 3, and the reflective film 5h partially reflects the wavelength 3 and transmits the wavelengths 1 and 2.
  • laser light with a plurality of wavelengths can be simultaneously output from one laser medium 5, so that a small laser device can be configured.
  • the number of wavelengths is three, but it is obvious that the same effect can be obtained if the number of wavelengths is two or more.
  • the mode control waveguide type laser apparatus in which the periodic lens effect is generated inside the laser medium 5 using the heat sink 2 having the comb structure is shown.
  • This Embodiment 7 realizes a mode-controlled waveguide laser device that generates a refractive index distribution by periodically applying stress to the laser medium 5 and generates a periodic lens effect inside the laser medium 5. To do.
  • FIG. 14 shows a mode control waveguide type laser apparatus according to Embodiment 7 of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration in which a refractive index distribution is given to a laser medium to be viewed, and is a view of a laser device viewed from a laser emission surface side.
  • the mode-controlled waveguide laser oscillator according to the seventh embodiment includes a laser medium 5, a clad 4A, a clad 4B, a bonding agent 9A, a bonding agent 9B, a heat sink 10, and a substrate 11.
  • the clad 4A and the clad 4B have the same configuration as the clad 4 shown in FIG. 3, and have the same functions as the clad 4 shown in FIG. 3 unless otherwise specified.
  • the laser medium 5 has the same configuration as the laser medium 5 shown in FIG. 3, and has the same function as the laser medium 5 shown in FIG. 3 unless otherwise specified.
  • the heat sink 10 has a periodic uneven shape in a cross section (xy plane) perpendicular to the optical axis 6, and the uneven surface of the heat sink 10 is bonded to the clad 4A via the bonding agent 9A.
  • the heat sink 10 is made of a material having high thermal conductivity, and the heat generated in the laser medium 5 is exhausted to the heat sink 10 through the bonding agent 9A.
  • the substrate 11 has a periodic uneven shape with a cross section (xy plane) perpendicular to the optical axis 6, and the uneven surface of the substrate 11 is bonded to the clad 4B via the bonding agent 9B. Further, the convex portion of the heat sink 10 and the convex portion of the substrate 11 are arranged so that the positions in the X-axis direction are the same.
  • the bonding agent 9A and the bonding agent 9B are made of a soft material having lower rigidity than the heat sink 10 and the substrate 11, for example, using metal solder, an optical adhesive, a heat conductive adhesive, or the like. It is feasible.
  • the convex portions of the heat sink 10 and the substrate 11 have a large thickness of the bonding agent 9A and the bonding agent 9B, so that a large stress is applied to the laser medium 5 in which the compression amount of the bonding agent 9A and the bonding agent 9B is small.
  • An optical material such as a laser medium changes its refractive index when stress is applied. Therefore, when a material that increases the refractive index when compressive stress is applied is used, the refractive index of the laser medium 5 increases at the position of the convex portion of the heat sink 10 and the substrate 11, and the concave portion As it approaches, the refractive index decreases. As a result, a periodic lens effect occurs with the convex portion as the optical axis in the X-axis direction.
  • the laser medium 5 is assumed to be sandwiched between the clad 4A and the clad 4B.
  • the bonding agent 9B If a material having a refractive index smaller than that of the laser medium 5 is used for the bonding agent 9B, the clad 4A and the clad 4B may be omitted, and the bonding agent 9A and the bonding agent 9B are directly connected to the laser medium. It can be joined to 5.
  • the printer can be used for a high-power laser device and a wavelength conversion laser device suitable as a light source for a projection television.

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Abstract

　レーザ媒質内で複数の発振モードを発振させることにより、出力のスケーリングが容易で、高輝度な基本波出力が得られ、高効率な第二高調波変換が可能にする。 　平板状をなし、光軸６に対し垂直な断面の厚さ方向に導波路構造を有し、前記光軸６及び前記厚さ方向に垂直な方向に周期的なレンズ効果を有するレーザ媒質５と、前記レーザ媒質５の一面に接合されたクラッド４と、前記レーザ媒質５の一面側に前記クラッド４を介して接合されたヒートシンク３とを備え、レーザ発振は、前記レーザ媒質５の導波路モードで発振するレーザ発振と、前記レーザ媒質５の周期的なレンズ効果で形成される複数の共振器モードで発振するレーザ発振とを有する。

Description

明 細 書
モード制御導波路型レーザ装置
技術分野
[0001] この発明は、プリンターやプロジヱクシヨンテレビの光源に好適な高出力レーザ装置 および波長変換レーザ装置に用いられるモード制御導波路型レーザ装置に関するも のである。
背景技術
[0002] プリンターゃプロジェクシヨンテレビでは、光源として R (赤）、 G (緑）、 B (青）の 3つ の色の光源が要求される。この光源として、 900nm帯、 l x m帯、 1. 3 /i m帯のレー ザ光を基本波レーザ光として、非線形材料を用いて第二高調波を発生 (SHG： Second Harmonic Generation)する波長変換レーザが開発されている。 SHGにおい て、基本波レーザ光から第二高調波レーザ光への高い変換効率を実現するために は、非線形材料上の基本波レーザ光のパワー密度を高くすること、および、波面収 差の少なレ、高輝度なレーザ光が要求される。
[0003] このような波長変換レーザ装置を実現する方法として、図 15に示すレーザ共振器 内第二高調波発生レーザ装置がある (例えば、非特許文献 1参照）。図 15に示すレ 一ザ装置は、励起光を出射する励起用半導体レーザ 101と、励起光を輸送する光フ アイバ 102と、励起光を集光する集光光学系 103と、基本波レーザ光を反射し励起 光を透過する第 1のミラー 105と、レーザ媒質 104と、基本波レーザ光を反射する第 2 のミラー 106と、基本波レーザ光を反射し第 2高調波レーザ光を透過する第 3のミラ 一 107と、基本波レーザ光を第二高調波レーザ光に変換する非線形材料 109と、基 本波レーザ光と第 2高調波レーザ光を反射する第 4のミラー 108とを備えている。な お、 110は第 1のミラーと第 4のミラーで構成される基本波レーザ共振器の共振器内 の伝搬形状、 111は第二高調波レーザ光の出力である。
[0004] 図 15において、励起用半導体レーザ 101より出力された励起光は、光ファイバ 102 により輸送されて出力され、集光光学系 103により、基本波の伝搬形状 110に一致 するように光軸およびビームサイズを調整して集光され、レーザ媒質 104に吸収され る。これにより、レーザ媒質 104に基本波レーザ光に対する利得が発生し、第 1のミラ 一 105〜第 4のミラー 108で構成される共振器で基本波レーザ光のレーザ発振を発 生する。
[0005] この時、非線形材料 109に入射した基本波レーザ光は、一部が第二高調波レーザ 光に変換されて、第 3のミラー 107より第二高調波レーザ光出力 111として外部に出 力される。第 1のミラー 105〜第 4のミラー 108で構成される共振器は、基本波レーザ 光に対して高輝度なレーザ発振が得られるように構成されており、波面収差の少ない 高輝度なレーザ発振を実現している。また、伝搬形状 110で示したように、非線形材 料 109で基本波レーザ光のビームサイズを小さくして基本波レーザ光のパワー密度 を高くすることにより、高効率な SHGを実現している。
[0006] 非特許文献 1： ELSEVIER社発行の Optics Communications 205(2002)、 361ページ 発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] し力しながら、図 15に示すレーザ装置では、励起光を入射する集光光学系や、共 振器を構成する多数のミラーが必要であり、光学部品が多数必要である。従って、装 置が大型で高価になってしまうという課題があった。
[0008] また、高輝度なレーザ発振が得られるように共振器を構成する必要があるが、共振 器の長さ、ミラーの曲率、反射角度に加えて、レーザ媒質の熱レンズ効果により発振 モードが大きく変化するため、安定したレーザ出力を得ることが困難であるという課題 があった。
[0009] また、ミラーを用いた空間型の共振器のためァライメント調整が複雑であり、また、外 部からの擾乱により容易にァライメントずれが発生するため、高い信頼性を得ることが 困難であるという課題があった。
[0010] また、レーザ出力を増加させるには励起光を増加させる必要があるが、光ファイバ へ入射可能な励起光のパワーが制限されるため 1本の光ファイバからの出力を増加 させるには制限があり、さらに、複数の光ファイバの出力を用いてレーザ媒質に入射 させた場合、集光光学系の構成が複雑になるため、第二高調波レーザ光出力を増 カロさせることが困難であるという課題があった。 [0011] 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あり、レーザ媒質内 で複数の発振モードを発振させることにより、出力のスケーリングが容易で、高輝度な 基本波出力が得られ、高効率な第二高調波変換が可能なモード制御導波路型レー ザ装置を得ることを目的とする。
課題を解決するための手段
[0012] この発明に係るモード制御導波路型レーザ装置は、平板状をなし、光軸に対し垂 直な断面の厚さ方向に導波路構造を有し、前記光軸及び前記厚さ方向に垂直な方 向に周期的なレンズ効果を有するレーザ媒質と、前記レーザ媒質の一面に接合され たクラッドと、前記レーザ媒質の一面側に前記クラッドを介して接合されたヒートシンク とを備え、レーザ発振は、前記レーザ媒質の導波路モードで発振するレーザ発振と、 前記レーザ媒質の周期的なレンズ効果で形成される複数の共振器モードで発振す るレーザ発振とを有することを特徴とする。
発明の効果
[0013] この発明によれば、レーザ媒質内で複数の発振モードを発振させることにより、出 力のスケーリングが容易で、高輝度な基本波出力が得られ、高効率な第二高調波変 換が可能になる。
図面の簡単な説明
[0014] [図 1]この発明の実施の形態 1に係るモード制御導波路型レーザ装置の構成を示す 側面図である。
[図 2]図 1の a-a '断面を非線形材料側から見た断面図である。
[図 3]図 2中のヒートシンク 2〜レーザ媒質 5の断面図の一部を拡大して示し、レーザ 媒質 5の中で発生する温度分布について説明する図である。
[図 4]この発明の実施の形態 1に係るモード制御導波路型レーザ装置の動作を説明 するための図である。
[図 5A]基板、レーザ媒質、クラッド及びヒートシンクを一体化した導波路を同時に製 造する工程を説明するもので、レーザ媒質の研磨工程を示す図である。
[図 5B]図 5Aに続く基板とレーザ媒質の接合工程を示す図である。
[図 5C]図 5Bに続くレーザ媒質の研磨工程を示す図である。 [図 5D]図 5Cに続くクラッドの接合工程を示す図である。
[図 5E]図 5Dに続く一体化した導波路の切断工程を示す図である。
[図 5F]図 5Eに続くクラッドとヒートシンクの接合工程を示す図である。
[図 6]図 2及び図 3に示すヒートシンクの形状とは異なる形状の例を示す図である。
[図 7]図 1のレーザ媒質 5の代わりに半導体レーザ 5Aを用いた場合のモード制御導 波路型レーザ装置の構成を示す側面図である。
[図 8]この発明の実施の形態 2に係るモード制御導波路型レーザ装置の構成を示す 側面図である。
[図 9]この発明の実施の形態 3に係るモード制御導波路型レーザ装置のレーザ媒質 と非線形材料を示す図である。
[図 10]この発明の実施の形態 4に係るモード制御導波路型レーザ装置の構成を示す もので、レーザ装置を側面から見た図である。
[図 11]この発明の実施の形態 4に係るモード制御導波路型レーザ装置の構成を示す もので、レーザ装置を上面から見た図である。
[図 12]この発明の実施の形態 5に係るモード制御導波路型レーザ装置の構成を示す 側面図である。
[図 13]この発明の実施の形態 6に係るモード制御導波路型レーザ装置のレーザ媒質 を示す図で、図 12中のレーザ媒質 5のみを示した図である。
[図 14]この発明の実施の形態 7に係るモード制御導波路型レーザ装置に用いられる レーザ媒質に屈折率分布を与える構成を示す図であり、レーザ出射面側からレーザ 装置を見た図である。
[図 15]ELSEVIER社発行の Optics Communications 205(2002)、 361ページに開示さ れた従来のレーザ装置の構成を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
[0015] 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最良の形 態について、添付の図面に従って説明する。
[0016] 実施の形態 1.
図 1と図 2は、この発明の実施の形態 1に係るモード制御導波路型レーザ装置の構 成を示す図であり、図 1は側面図、図 2は図 1の a?a'断面を非線形材料側から見た断 面図である。
[0017] 図 1と図 2に示される本実施の形態 1に係るモード制御導波路型レーザ発振器は、 半導体レーザ 1と、平板状をなし、レーザ発振方向を表す光軸 6に対し垂直な断面の 厚さ方向に導波路構造を有し、光軸 6及び厚さ方向に垂直な方向に周期的なレンズ 効果を有するレーザ媒質 5と、レーザ媒質 5の下面に接合されたクラッド 4と、レーザ 媒質 5の下面に接合されたクラッド 4の下面に接合剤 3により接合されたヒートシンク 2 と、レーザ媒質の光軸上に近接して配置され、レーザ媒質 5の導波路構造と同じ方 向に導波路構造を有する非線形材料 7とを備えている。
[0018] レーザ媒質 5は、光軸 6に垂直な端面 5a、端面 5bの形状が、例えば長方形でなり、 典型的には、 y軸方向の厚さが数〜数十/ i m、 X軸方向の幅が数百 μ ηι〜数 mmの 大きさを有する。説明のため、長方形の長辺方向を X軸、短辺方向を y軸、光軸 6方 向を z軸とした座標系を用いる。なお、レーザ媒質 5の端面 5a、端面 5bの短辺側は丸 くなつてレ、ても良く、端面が必ずしも長方形でなくとも良レ、。
[0019] クラッド 4は、レーザ媒質 5に比べて小さな屈折率を有し、レーザ媒質 5の xz平面に 平行な一つの面に接合される。クラッド 4は、例えば、光学材料を原料とした膜を蒸着 するか、光学材料をオプティカルコンタクト、または、拡散接合などによって、レーザ 媒質 5と光学的に接合することにより構成される。また、レーザ媒質 5に比べて小さな 屈折率を有する光学接着剤を用いても良い。
[0020] ヒートシンク 2は、熱伝導度の大きな材料で構成され、光軸 6に垂直な断面 (xy平面 )で櫛の形状を有する。ヒートシンク 2の櫛歯の先端部が、接合剤 3を介してクラッド 4 と接合される。
[0021] 接合剤 3は、レーザ媒質 5で発生した熱を、クラッド 4を介してヒートシンク 2に排熱す る。この接合剤 3は、金属半田や光学接着剤、熱伝導接着剤等により実現可能であ る。クラッド 4のレーザ媒質 5が接合されている面に対向した面は、接合剤 3との接合 の強度を上げるため、メタライズ (金属膜を付着）を行っても良い。また、ヒートシンク 2 を光学材料で構成した場合には、クラッド 4とヒートシンク 2を、例えば、オプティカルコ ンタクト、または、拡散接合などによって直接接合しても良い。 [0022] また、半導体レーザ 1は、レーザ媒質 5の端面 5aに近接して配置され、必要に応じ て、図示しない冷却用のヒートシンクが接合される。半導体レーザ 1の X軸方向の大き さは、レーザ媒質 5の X軸方向の大きさとほぼ等しぐ X軸方向にほぼ一様に励起光を 出力する。半導体レーザ 1より出力された励起光は、端面 5aからレーザ媒質 5に xz平 面方向に入射して、レーザ媒質 5に吸収される。
[0023] 非線形材料 7は、光軸 6に垂直な断面がレーザ媒質 5とほぼ同じ形状を有し、光軸
6に垂直な端面 7aおよび 7bを有し、端面 7aがレーザ媒質 5の端面 5bに近接して配 置される。
[0024] ここで、レーザ媒質 5の端面 5aは基本波レーザ光を反射する全反射膜、端面 5bは 基本波レーザ光を透過する反射防止膜、非線形材料 7の端面 7aは基本波レーザ光 を透過し、第二高調波レーザ光を反射する光学膜、端面 7bは基本波レーザ光を反 射し、第二高調波レーザ光を透過する光学膜が施されている。これらの全反射膜、 部分反射膜及び光学膜は、例えば誘電体薄膜を積層して構成される。なお、半導体 レーザ 1より出力される励起光を、レーザ媒質 5の端面 5aから入射する場合には、端 面 5aの全反射膜は、励起光を透過し基本波レーザ光を反射する光学膜となる。
[0025] レーザ媒質 5としては、一般的な固体レーザ材料を使用することができる。例えば、 Nd:YAG、 Nd:YLF、 Nd:Glass、 Nd:YVO、 Nd:GdVO、 Yb:YAG、 Yb:YLF
4 4
、 Yb:KGW、 Yb:KYW、 Er: Glass, Er:YAG、 Tm:YAG、 Tm:YLF、 Ho:YAG 、 Ho:YLF、 Tm、 Ho:YAG、 Tm、 Ho:YLF、 Ti: Sapphire, Cr:LiSAFなどを用 いる。
[0026] また、非線形材料 7としては、一般的な波長変換用材料を用いることができる。例え ば、 KTP、 KN、 BB〇、 LB〇、 CLBO、 LiNbO、 LiTaOなどを用いる。また、光損
3 3
傷に強い Mg〇添加 LiNbO、 MgO添加 LiTaO、定比 LiNbO、定比 LiTaOを用
3 3 3 3 いれば、入射する基本波レーザ光のパワー密度を上げることができるため、高効率な 波長変換が可能である。さらに、周期反転分極構造を持つ MgO添加 LiNbO、 Mg
3
〇添加 LiTaO、定比 LiNbO、定比 LiTaO、 KTPを用いれば、非線形定数が大き
3 3 3
いため、さらに高効率な波長変換が可能である。
[0027] 次に、レーザ媒質 5の中で発生する温度分布について図 3を用いて説明する。図 3 は、図 2中のヒートシンク 2〜レーザ媒質 5の断面図の一部を拡大した図である。レー ザ媒質 5は、吸収した励起光のパワーの一部が熱に変換されて熱を発生する。発生 した熱は、クラッド 4及び接合剤 3を介してヒートシンク 2に排熱される。
[0028] この時、ヒートシンク 2が櫛形をしており、接合剤 3により接合されている範囲が櫛歯 の先端部のみのため、二つの櫛歯間の中間部には、二つの櫛歯のほぼ中心から X軸 方向の両側に熱の流れが発生する。したがって、二つの櫛歯のほぼ中心の温度が 最大となり、櫛歯の部分に近づくに従レ、温度が低下する。
[0029] レーザ媒質 5などの光学材料は、温度差にほぼ比例して屈折率が変化する。レー ザ媒質 5の光学材料として、単位温度あたりの屈折率変化 dn/dTが正の材料を用 いた場合、温度の高い二つの櫛歯の中心部の屈折率が大きくなり、櫛歯の部分に近 づくに従い屈折率が小さくなる。その結果、 X軸方向には二つの櫛歯の中心部を光 軸とした熱レンズ効果が発生する。
[0030] レーザ媒質 5に入射する半導体レーザ 1による励起光は、 X軸方向にほぼ均一に励 起されており、ヒートシンク 2の櫛形の櫛歯は、 X軸方向にほぼ等間隔に配置されてい る。したがって、熱レンズ効果も周期的に発生し、櫛歯の本数を m本とすると、 (m- 1 )個のレンズをほぼ等間隔に並べた効果が得られる。周期的に発生する熱レンズ効 果の強さおよび周期は、ヒートシンク 2の櫛歯の間隔、櫛歯の太さ、櫛歯の長さ、熱伝 導度、接合剤 3の熱伝導度、厚さ、クラッド 4の材料、厚さにより、任意に調整可能で ある。
[0031] 同様に、レーザ媒質 5の光学材料として、単位温度あたりの屈折率変化 dn/dTが 負の材料を用いた場合、温度分布と反対の屈折率分布となり、櫛に接合された部分 の屈折率が大きぐ二つの櫛歯の中心部の屈折率が小さくなる。その結果、 X軸方向 には櫛に接合された部分を光軸とした熱レンズ効果が発生する。この場合、櫛歯の 本数を m本とすると、 m個のレンズをほぼ等間隔に並べた効果が得られる。
[0032] さらに、ヒートシンク 2の櫛歯の間の空隙は、通常、空気であるが、ヒートシンク 2より も小さな熱伝導度を有する熱絶縁材料で埋めても良い。この場合、前記レーザ媒質 5内の屈折率分布は、前記櫛歯の先端と前記熱絶縁材料の熱伝導度の差で発生す る周期的な温度分布が生成する。 [0033] このように構成すれば、熱レンズ効果の強さ、分布を、さらに微調整することが可能 である。また、熱絶縁材を坦めることにより、ヒートシンク 2の剛性を高めることも出来る 。なお、 dn/dTの正負によらず、同様の効果が得られるため、以後、特に明示しな い限り、 dnZdTが正の場合を用いて説明する。
[0034] 次に、実施の形態 1に係るモード制御導波路型レーザ装置の動作について図 4を 用いて説明する。
図 4は、図 1に示したレーザ装置を z軸方向から見た図である。ここで、基本波レー ザ光の発振モードとヒートシンク 2の櫛歯の関係を明らかにするため、ヒートシンク 2の 櫛歯の部分を視認できるように破線にて櫛歯を図示している。
[0035] レーザ媒質 5の側面 5aから入射した励起光は、レーザ媒質 5で吸収されて、レーザ 媒質 5内部で基本波レーザ光に対する利得を発生する。レーザ媒質 5内部で発生し た利得により、基本波レーザ光は、レーザ媒質 5の光軸 6に垂直な端面 5aおよび非 線形材料 7の端面 7bの間でレーザ発振する。
[0036] 非線形材料 7は、基本波レーザ光が入射すると、非線形効果により第 2高調波レー ザ光に変換されるように、結晶軸角度、温度、または、周期反転分極の周期が最適 化されている。したがって、端面 5aと端面 7aの間で発振した基本波レーザ光が非線 形材料 7に入射すると、基本波レーザ光の一部が第二高調波レーザ光に変換されて 、端面 7bより外部に出力される。
[0037] また、第二高調波レーザ光に変換されずに残留した基本波レーザ光は、端面 7bで 全反射されて、再度、非線形材料 7を通過して、第二高調波レーザ光に変換される。 残留した基本波レーザ光の一部が変換されて発生した第二高調波レーザ光は、端 面 7aで全反射して端面 7bより外部に出力される。
[0038] レーザ媒質 5の y軸方向は、厚さが波長の数〜数十倍程度であり、レーザ媒質 5より も屈折率の小さなクラッド 4および空気により挟まれているため、屈折率の高いレーザ 媒質 5に基本波レーザ光が閉じ込められる導波路として動作し、基本波レーザ光は 導波路のモードで選択的に発振する。導波路のモードは、クラッド 4の屈折率および レーザ媒質 5の y軸方向の厚さを調整することにより任意に設定可能であり、低次の モードまたは単一モードのみを導波させて、高輝度発振が実現可能である。排熱に より発生する熱分布により、 y軸方向にも屈折率分布が発生するが、クラッド 4とレーザ 媒質 5、および、空気とレーザ媒質 5の屈折率差が、熱分布による屈折率変化に比べ て十分大きければ、導波路のモードが優勢となり、熱による影響は無視することがで きる。
[0039] 非線形材料 7は、 y軸に垂直な上下面を空気または非線形材料 7に比べて小さな 屈折率を有する図示しなレ、クラッドで挟まれており、厚さが波長の数〜数十倍程度で あるため、レーザ媒質 5と同様に y軸方向は導波路として動作する。また、非線形材 料 7がレーザ光を吸収して発熱する場合には、非線形材料 7の下面または非線形材 料 7に接合したクラッドにヒートシンクを接合して排熱しても良い。
[0040] なお、非線形材料 7にヒートシンクを直接接合する場合には、ヒートシンク材料に非 線形材料 7よりも小さな屈折率を有する光学材料を使用するか、または、非線形材料 7よりも小さな屈折率を有する接合剤、例えば光学接着剤などを用いて、非線形材料 7の y軸方向を導波路として使用できるようにする。
[0041] レーザ共振器内の y軸方向におけるレーザ発振は、レーザ媒質 5または非線形材 料 7の導波路のモードで選択的に発振する。レーザ媒質 5の導波モードと、非線形材 料 7の導波モードは、それぞれ、厚さ、クラッドとの屈折率差により任意に設定可能で あり、低次のモードまたは単一モードのみ導波させて、高輝度発振が実現可能であ る。
[0042] レーザ媒質 5の導波モードと非線形材料 7の導波モードは、必ずしも一致する必要 はなぐ例えば、いずれかの導波モードをマルチモードとして、もう一方の導波モード を単一モードとすれば、レーザ発振のモードは最も低次のモードで制限されるため、 単一モードで選択的に発振することが可能である。もちろん、同じ導波モードとなるよ うに構成しても良い。
[0043] レーザ共振器内の X軸方向におけるレーザ発振は、レーザ媒質 5および非線形材 料 7の幅が、基本波レーザ光および第二高調波レーザ光の波長に比べて十分大き いため、導波路によるモードの選択は行われず、空間型の共振器となる。レーザ媒 質 5では、ヒートシンク 2の櫛形構造により、二つの櫛歯の中心を光軸とする熱レンズ 効果が周期的に発生している。一方、非線形材料 7の X軸方向には、屈折率分布は 存在しないため、自由な空間での伝搬となる。
[0044] したがって、レーザ発振のモードは、レーザ媒質 5で発生する熱レンズで与えられ、 それぞれの光軸で独立した発振モードを生成する。独立した個々の発振モードが、 非線形材料 7を含めた共振器で、低次のモードまたは単一モードのみとなるように、 レーザ媒質 5の熱レンズの強さ、周期を調整することにより、高輝度発振が実現可能 である。
[0045] なお、ヒートシンク 2の櫛形構造において、櫛歯は、必ずしも等間隔である必要はな ぐ例えば、半導体レーザ 1の X軸方向の出力に分布がある場合には、発熱量に応じ て櫛歯の間隔を変えることにより、レーザ媒質 5のあらゆる発振モードで高輝度発振 が実現可能である。
[0046] このように構成すれば、レーザ媒質 5および非線形材料 7の X軸方向は空間型の共 振器となるため、 自由に X軸方向の幅を設定可能である。また、半導体レーザ 1の X軸 方向には高いビーム品質が要求されないので、半導体レーザ 1の X軸方向の幅に合 わせてレーザ媒質 5および非線形材料 7の幅を調整することにより、半導体レーザ 1 の X軸方向の幅は自由に設定できる。
[0047] したがって、高出力化が容易な、幅が広い発光領域をもつブロードエリア LDや、ェ ミッタを一列に配置した LDアレーを用いて、励起光の高出力化を図り、高出力な第 二高調波レーザ光を出力することができる。
[0048] また、レーザ媒質 5の y軸方向の厚さが薄ぐ非線形材料 7に入射する基本波レー ザ光のパワー密度が高くなるので、第二高調波レーザ光を高効率に出力することが 可能である。
[0049] また、レーザ媒質 5の y軸方向の厚さが薄ぐ励起光のパワー密度が高くなるので、 利得の小さなレーザ媒質や、下準位吸収の大きな三準位レーザ媒質を用いて高い 利得を得ることができる。その結果、高効率に基本波レーザ光を出力することが可能 である。
[0050] また、レーザ媒質 5の y軸方向の厚さが薄ぐ励起光のパワー密度が高くなるので、 利得の小さなレーザ媒質や、下準位吸収の大きな三準位レーザ媒質を用いて高い 利得を得ることができる。その結果、高効率に基本波レーザ光を発振させることがで きるので、高効率に第二高調波レーザ光を出力することが可能である。
[0051] また、レーザ媒質 5の y軸方向の厚さが薄いので、レーザ媒質 5の温度上昇が小さく なり、温度上昇により利得の低下が発生する三準位レーザ媒質を用いて高効率に基 本波レーザ光を出力することができるので、高効率に第二高調波レーザ光を出力す ることが可能である。
[0052] また、半導体レーザ 1、レーザ媒質 5、および、非線形材料 7を近接して配置できる ので、励起光用の集光光学系、および、共振器を構成するレンズやミラーが不要とな り、小型で廉価なレーザ装置を構成することが可能である。
[0053] また、図 1に示した導波路型のレーザ装置では、導波モードの利得/損失比により 、レーザ発振は直線偏光が得られることが多い。したがって、基本波レーザ光に直線 偏光が要求される非線形材料 7を用いた場合でも、高効率に第二高調波レーザ光を 出力すること力 Sできる。
[0054] さらに、レーザ媒質 5として結晶軸方向により利得の異なるレーザ媒質 (ホストが、 Y LF、 YVO、 GdVO、 KGW、 KYW、 Sapphireなど、複屈折を有する結晶からなる
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レーザ媒質）を用いれば、容易に、利得の高い方向の直線偏光発振を得ることがで きるので、基本波レーザ光に直線偏光が要求される非線形材料 7を用いた場合でも 、高効率に第二高調波レーザ光を出力することができる。
[0055] また、図 1に示したレーザ装置では、レーザ媒質 5が利得を有する範囲内で、わず かに波長の異なる複数の縦モードによる発振が発生する。 SHGを含む波長変換で は、基本波レーザ光の発振波長域が広い場合、位相不整合による変換効率の低下 が発生する。したがって、高い変換効率を実現するには、狭い波長帯域を有する基 本波レーザ光が要求され、単一縦モードによる発振が望ましレ、。
[0056] 定在波型のレーザ発振器では、共振器内部で定在波を形成するため、電界強度 がゼロとなる節と、電界強度が最大となる腹の部分が存在する。波長が異なると、そ れぞれの波長の定在波の腹と節の位置がずれるため、光軸 6方向に周期的に損失 を与えると、損失と電界の重なりにより、波長ごとに異なる損失を与えることが可能で あり、所望の波長のみを選択的に発振させることが可能となる。
[0057] また、図 1に示したモード制御導波路型レーザ装置では、 y軸方向はレーザ媒質 5 の内部に閉じ込められた導波路のモードで発振するが、クラッド 4内部にもしみ出し による電界がわずかに存在する。したがって、クラッド 4に周期的な損失を与えること により、所望の波長のみを選択的に発振させることができる。また、クラッド 4の屈折率 が周期的に変化すると、レーザ媒質 5内部のレーザ光の閉じ込めの強さが変化する ため、周期的に損失を与えることと同じ効果が得られる。
[0058] クラッド 4に損失を与える方法としては、例えば、レーザ光を吸収するイオンをクラッ ド 4に添加する方法があり、 l x mのレーザ光に対しては Cr4 +イオンを周期的に添 加すればよい。クラッド 4に屈折率変化を与える方法としては、例えば、強度の強いレ 一ザ光の干渉光をクラッド 4に照射して、周期的に屈折率を変化させることで実現が 可能である。
[0059] このように構成すれば、所望の波長のみを選択的に発振させることができるので、 波長変換に適した基本波レーザ光の発振を得ることが可能である。
[0060] さらに、レーザ媒質 5として、複数の波長に利得を有するレーザ媒質で構成した場 合、レーザ媒質 5の y軸方向の厚さが薄いため、それぞれの波長で非常に大きな利 得が発生する。そのため、所望の波長以外の波長の反射がレーザ媒質 5の端面 5b や、非線形材料 7の端面 7a、 7bで発生すると、端面 5aと反射面の間で、不要な波長 のレーザ発振 (寄生発振）が発生する場合がある。図 1に示したモード制御導波路型 レーザ装置では、 y軸方向はレーザ媒質 5の内部に閉じ込められた導波路のモード で発振するが、クラッド 4内部にもしみ出しによる電界がわずかに存在する。
[0061] したがって、クラッド 4に、所望の波長に対しては透過し、不要な波長を吸収する材 料を用いれば、不要な波長の損失を増加させて、寄生発振を抑制することができる。 クラッド 4で不要な波長を吸収させるには、例えば、所望の波長に対しては吸収が無 ぐ不要な波長を吸収するイオンを、ガラスまたは結晶に添加したものを用いればよ レ、。
[0062] さらに、図 1に示した導波路型のレーザ装置では、レーザ媒質 5の y軸方向の厚さが 薄いため、非常に大きな利得が発生する。そのため、基本波レーザ光を透過する端 面 5bまたは端面 7aで、基本波レーザ光がわずかに反射すると、反射面と端面 5aの 間で、不要なレーザ発振 (寄生発振)が発生する場合がある。 [0063] 一方、図 1に示した導波路型のレーザ装置では、端面 5b、端面 7aは、それぞれ、 端面 5a、端面 7bと平行である必要はなぐ端面 5b、および、端面 7aを、レーザ媒質 5 で発生する熱レンズにより与えられる光軸に対して傾けても良レ、。この場合、光軸は 傾いた端面で屈折し、傾いた端面を通過した際に角度が変化するが、端面 5aおよび 端面 7aが、角度が変化した光軸に対して垂直に設置していれば、上述した同様の効 果が得られる。
[0064] このように構成すれば、端面 5bまたは端面 7aで、基本波レーザ光の反射が発生し ても、端面 5aとの間に安定した共振器を構成することができないので、寄生発振を抑 制すること力 Sできる。
[0065] さらに、図 1に示した導波路型のレーザ装置では、レーザ媒質の y軸方向の厚さが 薄いため、非常に大きな利得が発生する。そのため、端面 5a、 5bで反射したレーザ 光がクラッド 4のヒートシンクに接合した面およびレーザ媒質 5の上面で反射して、所 望の導波路モードと異なるモードで寄生発振を発生する場合がある。そこで、クラッド 4のヒートシンクに接合した面に、レーザ光を吸収する吸収膜を施し、所望の導波路 モードと異なるモードのレーザ光に対する損失を増加させて、寄生発振を抑制するこ とができる。吸収膜は、寄生発振のレーザ光波長に対して吸収を有する材料を用い れば良ぐ例えば、 Cr金属膜を施せばよい。このように構成すれば、所望の導波路モ ードは、レーザ媒質 5と、クラッド 4にわずかにしみ出すだけであるので、吸収膜による 損失は発生せず、寄生発振を抑制することができる。
[0066] また、上述したレーザ装置では、端面 7aは基本波レーザ光を透過し、第二高調波 レーザ光を反射する光学膜を施すとしたが、端面 5aに基本波レーザ光および第 2高 調波レーザ光を全反射する全反射膜を施し、端面 7aを基本波レーザ光および第二 高調波レーザ光を透過する反射防止膜を施しても、同様の効果が得られることは明 らかである。
[0067] また、半導体レーザ 1は、レーザ媒質 5の端面 5aに近接して配置するとした力 yz 面に平行な側面に近接して配置しても良レ、。このように配置すれば、基本波レーザ 光の漏れ光が半導体レーザ 1に直接入射しないため、半導体レーザ 1の破損の可能 性が低減され、信頼性の高いレーザ装置を構成することができる。 [0068] なお、レーザ媒質 5のクラッド 4が接合された面に対向した面は空気に接していると したが、レーザ媒質 5に比べて小さな屈折率を有する第 2のクラッドを接合しても良い
[0069] このように構成すれば、レーザ媒質 5と第 2のクラッドの屈折率差を調整することによ り、レーザ媒質 5の y軸方向の伝搬モードを任意に調整することができる。また、第 2 のクラッドの y軸方向の厚さを厚くすれば、レーザ媒質 5の導波モードに影響を与え ずに、レーザ媒質 5の剛性を高くすることが可能である。
[0070] また、レーザ媒質 5のクラッド 4が接合された面に対向した面は空気に接していると したが、レーザ媒質 5に比べて小さな屈折率を有する第 2の接合剤を介して、基板を 接合しても良い。第 2の接合剤は、例えば、光学接着剤が用いられる。また、基板は、 例えば、光学材料、金属などが用いられる。
[0071] このように構成すれば、レーザ媒質 5と接合剤の屈折率差を調整することにより、レ 一ザ媒質 5の y軸方向の伝搬モードを任意に調整することができる。また、基板の y軸 方向の厚さを厚くすれば、レーザ媒質 5の導波モードに影響を与えずに、レーザ媒 質 5の剛性を高くすることが可能である。
[0072] さらにまた、レーザ媒質 5の温度上昇により熱膨張が発生した場合、光学接着剤は 結晶やガラス材料に比べて剛性が低いので、レーザ媒質 5の膨張にあわせて変形す るため、レーザ媒質 5に与える応力を緩和することが可能である。
[0073] さらにまた、レーザ媒質 5のクラッド 4が接合された面に対向した面は空気に接して レ、るとしたが、レーザ媒質 5に比べて小さな屈折率を有する光学膜を施し、光学膜の 表面に、さらに、オプティカルコンタクトや拡散接合によりレーザ媒質 5とほぼ同じ熱 膨張率を有する基板を接合しても良レ、。
[0074] このように構成すれば、レーザ媒質 5と光学膜の屈折率差を調整することにより、レ 一ザ媒質 5の y軸方向の伝搬モードを任意に調整することができる。また、基板の y軸 方向の厚さを厚くすれば、レーザ媒質 5の導波モードに影響を与えずに、レーザ媒 質 5の剛性を高くすることが可能である。
[0075] さらにまた、レーザ媒質 5と基板はほぼ同じ熱膨張率を有するので、レーザ媒質 5の 温度上昇により熱膨張が発生した場合、基板もほぼ同じ割合で膨張する。その際、 光学膜は結晶やガラス材料に比べて密度が低ぐ剛性が低いので、基板の膨張にあ わせて変形され、レーザ媒質 5に与える応力を緩和することが可能である。さらに、光 学膜と基板を接合する際に、光学接合が容易な光学膜材料と基板を選択することに より、接合の強度を高めることが可能である。
[0076] また、上述したレーザ媒質 5は、厚さが数〜数十 μ mのため、単体で製造すること は困難である。そこで、例えば、図 5A〜図 5Fに示した方法により製造することが可 能である。
[0077] 図 5Aにおいて、まず、レーザ媒質 5の一面を研磨する。
図 5Bにおいて、次に、図 5Aで研磨した面に、レーザ媒質 5よりも小さな屈折率を有 する基板をオプティカルコンタ外や拡散接合等により直接接合するか、金属や光学 材料で構成された基板をレーザ媒質 5よりも小さな屈折率を有する光学接着剤により 接合するか、または、レーザ媒質 5よりも小さな屈折率を有する光学膜をレーザ媒質 に施した後、光学膜に基板をオプティカルコンタ外や拡散接合等により接合する。
[0078] 図 5Cにおいて、レーザ媒質 5の基板を接合した面と対向する面の研磨を行い、レ 一ザ媒質 5を所望の厚さにする。
図 5Dにおいて、レーザ媒質 5よりも小さな屈折率を有するクラッド 4を蒸着するか、 または、光学接合や光学接着剤を用いて接合し、基板、レーザ媒質 5、クラッド 4を一 体化した導波路を製造する。
[0079] 図 5Eにおいて、一体化した導波路を切断し、所望の大きさの導波路を複数製作す る。
図 5Fにおいて、クラッド 4とヒートシンク 3を、接合剤を用いて接合する。
[0080] 以上により、多数の一体化した導波路を同時に製造することが可能であり、製造コ ストの低減をはかることが可能である。製造後、レーザ媒質 5単体での剛性が十分で あれば、基板は取り外しても良い。
[0081] さらに、レーザ媒質 5とクラッド 4は、同一のホスト材料で製造することも可能である。
一般に、ホスト材料に活性イオンを添加してレーザ媒質を製造した場合、ホスト材料と レーザ媒質は、わずかに屈折率が変化する。そこで、活性イオンを添加すると屈折率 が高くなるホスト材料を用いて、レーザ媒質 5の領域にのみ活性イオンを添加し、クラ ッド 4は活性イオンを添加しないようにすれば、同様の効果が得られる。
[0082] このように構成すれば、レーザ媒質 5とクラッド 4をオプティカルコンタクトまたは拡散 接合により光学的に接合した場合に、同種の材料の接合となるため、高い接合強度 が得られる。また、結晶を粉砕して粉状に加工し、圧縮成型した後に焼結する、セラミ ック製造方法により、活性イオンが添加されたレーザ媒質 5、活性イオンが添加されて レ、ないクラッド 4を一体で製造することも可能である。さらに、セラミック製造方法を用 いた場合、結晶に比べて活性イオンを高濃度に添加することができるため、レーザ媒 質 5の高吸収効率化、高利得化をはかることが可能である。
[0083] また、上述したヒートシンク 2は、光軸 6に垂直な断面で櫛の形状を有するとした力 レーザ媒質 5の内部に温度分布を発生できる形状であれば、どのような形状でも良い 。図 6は、ヒートシンクの形状の他の例を説明したものであり、ヒートシンク 2A、接合剤 3A、クラッド 4およびレーザ媒質 5を示している。
[0084] クラッド 4およびレーザ媒質 5は、図 3に示したクラッド 4およびレーザ媒質 5と同様の 構成を有しており、特に明記しない限り、図 3で示したクラッド 4およびレーザ媒質 5と 同様の機能を有する。
[0085] ヒートシンク 2Aは、熱伝導度の大きな材料で構成され、光軸 6に垂直な断面 (xy平 面）で周期的な凸凹形状を有する。ヒートシンク 2Aの凸凹面は、接合剤 3Aを介して クラッド 4と接合される。
[0086] 通常、ヒートシンク 2Aと接合剤 3Aは、異なる熱伝導度を有する。接合剤 3Aがヒート シンク 2Aに比べて小さな熱伝導度を有する場合、図 6において、接合剤 3Aの厚さが 薄い部分、すなわち、ヒートシンク 2Aの凸部は、排熱の効率が高く温度が低下し、接 合剤 3Aの厚さが厚い部分、すなわち、ヒートシンク 2Aの凹部は、排熱の効率が低く 温度が高くなる。
[0087] その結果、レーザ媒質 5の X軸方向には、ヒートシンク 2Aの凹部を光軸とした熱レン ズ効果が発生し、櫛形のヒートシンク 2と同様の効果が得られる。また、このように構成 すれば、クラッド 4の排熱側の全面が接合剤 3Aに接合されて、レーザ媒質 5で発生し た熱を排熱するため、レーザ媒質 5の温度上昇を抑制することができる。また、クラッ ド 4の排熱側の全面が接合剤 3Aに接合されるので、クラッド 4を櫛形の先端のみで固 定した場合に比べて、高い剛性が得られる。
[0088] なお、図 1で示したモード制御導波路型レーザ装置では、レーザ媒質 5として半導 体レーザ 1で励起されて利得を発生する固体レーザ媒質 5を用いたが、図 7に示した ように、レーザ媒質 5として半導体レーザ 5Aを用いても良い。
[0089] 半導体レーザ 5Aは、図示は省略したが、半導体レーザ 5Aの上下面に電圧を印加 し、電流を流すことにより、所望の波長のレーザ光に利得を発生する。その際、電流 の一部が熱に変換されて半導体レーザ 5A内で熱が発生する。
[0090] 従って、図 2に示したように、ヒートシンク 2を用いることにより、 X軸方向に二つの櫛 歯の中心部を光軸とした周期的な熱レンズ効果が発生する。
[0091] このように構成すれば、図 1に示したモード制御導波路型レーザ装置に比べて、部 品点数を低減させることができるので、製造コストを低減することができる。また、光学 部品が少ないので、調整が少なぐ信頼性の高いモード制御導波路型レーザ装置を 構成すること力 Sできる。
[0092] 実施の形態 2.
波長選択を行わない通常のレーザ共振器では、レーザ媒質が利得を有する範囲 内で、わずかに波長の異なる複数の縦モードによる発振が発生し、発振波長域が広 くなる。 SHGを含む波長変換では、基本波レーザ光の発振波長域が広い場合、位 相不整合による変換効率の低下が発生する。したがって、高い変換効率を実現する には、狭い波長帯域を有する基本波レーザ光が要求され、単一縦モードによる発振 が望ましい。
[0093] 前記実施の形態 1では、所望の波長のみを選択的に発振させる方法として、クラッ ド 4に損失を与える方法について説明した。しかし、クラッド 4に損失を与えた場合、 所望の波長にも損失が発生し、基本波レーザ光の効率が低下してしまう。
[0094] この実施の形態 2では、波長を選択する素子を用いて、前記不具合を解消する構 成を開示するものである。
[0095] 図 8は、この発明の実施の形態 2に係るモード制御導波路型レーザ装置の構成を 示す側面図である。図 8において、新たな符号として、 8は波長選択導波路であり、半 導体レーザ 1〜非線形材料 7は、図 1に示した半導体レーザ 1〜非線形材料 7と同様 の構成を示しており、特に明記しない限り、図 1で示した半導体レーザ 1〜非線形材 料 7と同様の機能を有する。
[0096] 波長選択導波路 8は、光軸 6に垂直な断面がレーザ媒質 5および非線形材料 7とほ ぼ同じ形状を有し、光軸 6に垂直な端面 8aおよび 8bを有し、端面 8aが非線形材料 7 の端面 7bに近接して配置される。
[0097] 波長選択導波路 8は、所望の波長の基本波レーザ光を全反射し、その他の波長の 基本波レーザ光および第二高調波レーザ光を透過する。波長選択導波路 8が反射 する波長帯域は、非線形材料 7における波長変換で発生する位相不整合が十分小 さくなるように設定されている。
[0098] 波長選択導波路 8の反射に波長選択性を与える方法としては、例えば、波長選択 導波路 8の端面 8bに所望の波長を反射しその他の波長を透過する光学膜を施す方 法や、波長選択導波路 8に光軸 6の方向に屈折率分布を与え、所望の波長のみを反 射する回折格子を構成すれば良い。光学膜は、例えば、誘電体多層膜で構成される 。また、モード制御導波路 8に屈折率変化を与える方法としては、例えば、強度の強 いレーザ光の干渉光をモード制御導波路 8に照射して、周期的に屈折率を変化させ ることで実現が可能である。
[0099] また、波長選択導波路 8は、 y軸に垂直な上下面を空気、または、図示は省略した 力 波長選択導波路 8に比べて小さな屈折率を有するクラッドで挟まれており、厚さ が波長の数〜数十倍程度であるため、 y軸方向は導波路として動作する。波長選択 導波路 8は、レーザ媒質 5および非線形材料 7の導波路モードとほぼ同じ導波路モ ードを有する。
[0100] 基本波レーザ発振は、レーザ媒質 5の光軸 6に垂直な端面 5aおよび波長選択導波 路 8の間で発生し、端面 5aは基本波レーザ光を反射する全反射膜、端面 5bは基本 波レーザ光を透過する反射防止膜、端面 7aは基本波レーザ光を透過し第二高調波 レーザ光を反射する光学膜、端面 7bは基本波レーザ光と第二高調波レーザ光を透 過する反射防止膜が施されている。これらの全反射膜、反射防止膜および光学膜は 、例えば誘電体薄膜を積層して構成される。
[0101] このように構成すれば、損失を与えることなく所望の波長の基本波レーザ光のレー ザ発振を得ることができるので、非線形材料 7におレ、て第二高調波への高レ、変換効 率を実現することができる。
[0102] また、図 8に示したレーザ装置では、波長選択導波路 8は、レーザ媒質 5および非 線形材料 7の導波路モードとほぼ同じ導波路モードを有するとしたが、波長選択導波 路 8の y軸方向の厚さおよびクラッドの屈折率を調整して、低次のモードまたは単一モ ードのみを導波するように構成しても良レ、。
[0103] このように構成すれば、 y軸方向のレーザ発振は共振器中の最も低次のモードで制 限されるため、レーザ媒質 5、および、非線形材料 7の y軸方向に所望の導波モード が得られなレ、場合にもて、波長選択導波路 8の低次モードまたは単一モードで発振 するため、高輝度発振が実現可能である。
[0104] 実施の形態 3.
この実施の形態 3は、一つのレーザ装置から、複数波長の第二高調波レーザ光を 出力する構成を開示するものである。
図 9は、この発明の実施の形態 3に係るモード制御導波路型波長変換レーザ装置 のレーザ媒質と非線形材料を示す図である。図 9において、レーザ媒質 5と非線形材 料 7A〜7Cは、それぞれ、図 1に示したレーザ媒質 5と非線形材料 7と同様の構成を 示しており、明示しない限り図 1に示したレーザ媒質 5と非線形材料 7と同様の機能を 有する。
[0105] レーザ媒質 5の X軸方向は、ヒートシンク 2の二つの櫛歯の中心を光軸とした複数の 独立した発振モードが形成されている。したがって、レーザ媒質 5の端面 5a、端面 5b に施された全反射膜、部分反射膜の波長特性を、発振モードごとに変化させ、さらに 、それぞれの波長で第 2高調波レーザ光に変換されるように設計された複数の非線 形材料 7A〜7Cを並べることにより、一つのレーザ装置からから複数の波長を有する 高輝度な第二高調波レーザ光出力を得ることができる。
[0106] レーザ媒質 5は、複数の波長に利得を有するレーザ媒質で構成されており、例えば 、 946nm (波長 1)、 1064nm (波長 2)、 1338nm (波長 3)に禾 IJ得を持つ Nd : YAG で構成される。領域 A〜Cは、それぞれ、出力される第二高調波レーザ光の範囲を 表す。 [0107] 図 9において、レーザ媒質 5の領域 Aにおける端面 5aには波長 1を全反射し、波長 2、波長 3を透過する光学膜、レーザ媒質 5の領域 Aにおける端面 5bには波長 1〜3 を透過する光学膜、非線形材料 7Aの端面 7Aaには波長:!〜 3を透過し波長 1の第 二高調波レーザ光を反射する光学膜、非線形材料 7Aの端面 7Aaには波長 1を全反 射し、波長 2、波長 3、および、波長 1の第二高調波レーザ光をを透過する光学膜が 施されている。
[0108] 同様に、レーザ媒質 5の領域 Bにおける端面 5aには波長 2を全反射し、波長 1、波 長 3を透過する光学膜、レーザ媒質 5の領域 Bにおける端面 5bには波長 1〜3を透過 する光学膜、非線形材料 7Bの端面 7Baには波長 1〜3を透過し波長 2の第二高調 波レーザ光を反射する光学膜、非線形材料 7Bの端面 7Baには波長 2を全反射し、 波長 1、波長 3、および、波長 2の第二高調波レーザ光をを透過する光学膜が施され ている。
[0109] 同様に、レーザ媒質 5の領域 Cにおける端面 5aには波長 3を全反射し、波長 2、波 長 3を透過する光学膜、レーザ媒質 5の領域 Cにおける端面 5bには波長 1〜3を透過 する光学膜、非線形材料 7Cの端面 7Caには波長 1〜3を透過し波長 3の第二高調 波レーザ光を反射する光学膜、非線形材料 7Cの端面 7Caには波長 3を全反射し、 波長 1、波長 2、および、波長 3の第二高調波レーザ光をを透過する光学膜が施され ている。
[0110] したがって、領域 Aでは、波長 1のレーザ発振が発生して波長 1の第二高調波レー ザ光のみが出力され、領域 Bでは、波長 2のレーザ発振が発生して波長 2の第二高 調波レーザ光のみが出力され、領域 Cでは、波長 3のレーザ発振が発生して波長 3 の第二高調波レーザ光のみが出力される。
[0111] このように構成すれば、一つのレーザ装置から複数の波長の第二高調波レーザ光 を同時に出力できるので、小型なレーザ装置を構成することが可能である。なお、前 記の例では波長の数は 3つとしたが、 2波長以上であれば同様の効果が得られること は明らかである。また、最大で、独立して発振する発振モードの数の波長を同時に出 力させることが可能である。
[0112] また、非線形材料 7A〜7Cの材料として周期分極反転構造を有する非線形材料を 用いて、一つの基板にそれぞれの波長に最適化された複数の反転周期構造を製作 しても良い。このように構成すれば、非線形材料 7A〜7Cを一体で構成できるため、 光学部品の点数を減少することができ、廉価で小型な波長変換レーザ装置を構成す ること力 Sできる。
[0113] 実施の形態 4.
前記実施の形態 1では、独立した複数の共振器モードで基本波レーザ光を発振し 、非線形材料により共振器内で波長変換を行い、高効率に第二高調波レーザ光を 出力するモード制御導波路型レーザ装置を示した。一方、波長変換方式の方式とし て、基本波レーザ光を共振器外部に出力し、出力された基本波レーザ光を非線形材 料に入射して波長変換する、外部波長変換方式がある。
[0114] この方式では、基本波レーザ光を出力するレーザ装置と、波長変換を行う非線形 材料を個別に構成できるため、設計が容易になるという特長がある。一方、基本波レ 一ザ光のパワー密度は、同じビーム径であっても、共振器内部に比べて共振器外部 の方が小さくなり、高効率な波長変換を実現するためには、小さなビーム径に集光す ることができる、高輝度な基本波レーザ光出力が要求される。
[0115] この実施の形態 4は、外部波長変換に適した、独立した複数のモードで発振し、高 輝度な基本波レーザ光を出力するモード制御導波路型レーザ装置を実現するもの である。
[0116] 図 10と図 11は、この発明の実施の形態 4に係るモード制御導波路型レーザ装置の 構成を示す図であり、図 10はレーザ装置を側面から見た図、図 11はレーザ装置を 上面から見た図である。図 10と図 11に示される本実施の形態 4に係るモード制御導 波路型レーザ装置は、半導体レーザ 1、ヒートシンク (屈折率分布付加手段） 2、接合 剤 3、クラッド (低屈折率部） 4、レーザ媒質 5から構成される。また、 6はレーザ発振方 向を表す光軸である。半導体レーザ 1〜レーザ媒質 5は、図 1に示した半導体レーザ 1〜レーザ媒質 5と同様の構成を示しており、特に明記しない限り、図 1で示した半導 体レーザ 1〜レーザ媒質 5と同様の機能を有する。
[0117] ここで、レーザ媒質 5の端面 5aは基本波レーザ光を反射する全反射膜、端面 5bは 基本波レーザ光の一部を反射し、一部を透過する反射防止膜が施されている。これ らの全反射膜及び部分反射膜は、例えば誘電体薄膜を積層して構成される。なお、 半導体レーザ 1より出力される励起光を、レーザ媒質 5の端面 5aから入射する場合に は、端面 5aの全反射膜は、励起光を透過し基本波レーザ光を反射する光学膜となる
[0118] 次に、動作について、図 10を用いて説明する。
レーザ媒質 5の端面 5aから入射した励起光は、レーザ媒質 5で吸収されて、レーザ 媒質 5内部で基本波レーザ光に対する利得を発生する。レーザ媒質 5内部で発生し た利得により、基本波レーザ光は、レーザ媒質 5の光軸 6に垂直な端面 5aおよび端 面 5bの間でレーザ発振し、発振光の一部が端面 5bより共振器外部に出力される。
[0119] レーザ共振器内の y軸方向におけるレーザ発振は、レーザ媒質 5の導波路のモー ドで選択的に発振する。レーザ媒質 5の導波モードは、厚さ、クラッドとの屈折率差に より任意に設定可能であり、低次のモードまたは単一モードのみ導波させて、高輝度 発振が実現可能である。
[0120] レーザ共振器内の X軸方向におけるレーザ発振は、レーザ媒質 5の幅が、基本波レ 一ザ光の波長に比べて十分大きいため、導波路によるモードの選択は行われず、空 間型の共振器となる。レーザ媒質 5では、ヒートシンク 2の櫛構造により、二つの櫛歯 の中心を光軸とする熱レンズ効果が周期的に発生しているので、レーザ発振のモー ドはレーザ媒質 5で発生する熱レンズで与えられ、それぞれの光軸で独立した発振 モードを生成する。独立した個々の発振モードが、低次のモードまたは単一モードの みとなるように、レーザ媒質 5の熱レンズの強さ、周期を調整することにより、高輝度発 振が実現可能である。
[0121] なお、ヒートシンク 2の櫛歯構造は、必ずしも等間隔である必要はな 例えば、半 導体レーザ 1の X軸方向の出力に分布がある場合には、発熱量に応じて櫛歯の間隔 を変えることにより、レーザ媒質 5のすベての独立した発振モードで高輝度発振が実 現可能である。
[0122] このように構成すれば、レーザ媒質 5の X軸方向は空間型の共振器のため、 自由に X軸方向の幅を設定可能である。また、半導体レーザ 1の X軸方向には高いビーム品 質が要求されないので、半導体レーザ 1の X軸方向の幅に合わせてレーザ媒質 5の 幅を調整することにより、半導体レーザ 1の X軸方向の幅は自由に設定できる。したが つて、高出力化が容易な、幅が広い発光領域をもつブロードエリア LDや、ェミッタを 一列に配置した LDアレーを用いて、励起光の高出力化を図り、波長変換に適した高 輝度で高出力な基本波レーザ光を出力することができる。
[0123] また、レーザ媒質 5の y軸方向の厚さが薄ぐ励起光のパワー密度が高くなるので、 利得の小さなレーザ媒質や、下準位吸収の大きな三準位レーザ媒質を用いて高い 利得を得ることができ、波長変換に適した高輝度な基本波レーザ光を高効率に出力 することが可能である。
[0124] また、レーザ媒質 5の y軸方向の厚さが薄いので、レーザ媒質 5の温度上昇が小さく なり、温度上昇により利得の低下が発生する三準位レーザ媒質を用いて、波長変換 に適した高輝度な基本波レーザ光を高効率に出力することが可能である。
[0125] また、半導体レーザ 1をレーザ媒質 5に近接して配置できるので、励起光用の集光 光学系、共振器を構成する光学系が不要となり、小型で廉価なレーザ装置を構成す ることが可能である。
[0126] また、共振器のァライメント調整が不要なので、信頼性の高いレーザ装置を構成す ることが可能である。
[0127] また、図 10に示した導波路型のレーザ装置では、導波モードの利得/損失比によ り、レーザ発振は直線偏光が得られることが多レ、。したがって、波長変換において基 本波レーザ光に直線偏光が要求される場合でも、波長変換に適した高輝度な基本 波レーザ光を出力することができる。さらに、レーザ媒質 5として結晶軸方向により利 得の異なるレーザ媒質（ホスト力 YLF、 YVO、 GdVO、 KGW、 KYW、 Sapphire
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など、複屈折を有する結晶からなるレーザ媒質)を用いれば、容易に、利得の高い方 向の直線偏光発振を得ることができるので、波長変換において基本波レーザ光に直 線偏光が要求される場合でも、波長変換に適した高輝度な基本波レーザ光を出力 すること力 Sできる。
[0128] また、図 1に示したレーザ装置では、レーザ媒質 5が利得を有する範囲内で、わず かに波長の異なる複数の縦モードによる発振が発生する。 SHGを含む波長変換で は、基本波レーザ光の発振波長域が広い場合、位相不整合による変換効率の低下 が発生する。したがって、高い変換効率を実現するには、狭い波長帯域を有する基 本波レーザ光が要求され、単一縦モードによる発振が望ましレ、。
[0129] 定在波型のレーザ発振器では、共振器内部で定在波を形成するため、電界強度 がゼロとなる節と、電界強度が最大となる腹の部分が存在する。波長が異なると、そ れぞれの波長の定在波の腹と節の位置がずれるため、光軸 6方向に周期的に損失 を与えると、損失と電界の重なりにより、波長ごとに異なる損失を与えることが可能で あり、所望の波長のみを選択的に発振させることが可能となる。
[0130] また、図 10に示したモード制御導波路型レーザ装置では、 y軸方向はレーザ媒質 5 の内部に閉じ込められた導波路のモードで発振するが、クラッド 4内部にもしみ出し による電界がわずかに存在する。したがって、クラッド 4に周期的な損失を与えること により、所望の波長のみを選択的に発振させることができる。
[0131] また、クラッド 4の屈折率が周期的に変化すると、レーザ媒質 5内部のレーザ光の閉じ 込めの強さが変化するため、周期的に損失を与えることと同じ効果が得られる。
[0132] クラッド 4に損失を与える方法としては、例えば、レーザ光を吸収するイオンをクラッ ド 4に添加する方法があり、 l x mのレーザ光に対しては Cr4 +イオンを周期的に添 加すればよい。クラッド 4に屈折率変化を与える方法としては、例えば、強度の強いレ 一ザ光の干渉光をクラッド 4に照射して、周期的に屈折率を変化させることで実現が 可能である。このように構成すれば、所望の波長のみを選択的に発振させることがで きるので、波長変換に適した基本波レーザ光の発振を得ることが可能である。
[0133] さらに、レーザ媒質 5として、複数の波長に利得を有するレーザ媒質で構成した場 合、レーザ媒質 5の y軸方向の厚さが薄いため、それぞれの波長で非常に大きな利 得が発生する。そのため、所望の波長以外の波長の反射がレーザ媒質 5の端面 5b で発生すると、端面 5aと反射面の間で、不要な波長のレーザ発振 (寄生発振)が発 生する場合がある。
[0134] 図 10に示したモード制御導波路型レーザ装置では、 y軸方向はレーザ媒質 5の内 部に閉じ込められた導波路のモードで発振するが、クラッド 4内部にもしみ出しによる 電界がわずかに存在する。したがって、クラッド 4に、所望の波長に対しては透過し、 不要な波長を吸収する材料を用いれば、不要な波長の損失を増加させて、寄生発 振を抑制することができる。クラッド 4で不要な波長を吸収させるには、例えば、所望 の波長に対しては吸収が無ぐ不要な波長を吸収するイオンを、ガラスまたは結晶に 添加したものを用いればよい。
[0135] また、半導体レーザ 1は、レーザ媒質 5の端面 5aに近接して配置するとした力 yz 面に平行な側面に近接して配置しても良レ、。このように配置すれば、基本波レーザ 光の漏れ光が半導体レーザ 1に直接入射しないため、半導体レーザ 1の破損の可能 性が低減され、信頼性の高レ、レーザ装置を構成することができる。
[0136] なお、レーザ媒質 5のクラッド 4が接合された面に対向した面は空気に接していると したが、レーザ媒質 5に比べて小さな屈折率を有する第 2のクラッドを接合しても良い 。このように構成すれば、レーザ媒質 5と第 2のクラッドの屈折率差を調整することによ り、レーザ媒質 5の y軸方向の伝搬モードを任意に調整することができる。また、第 2 のクラッドの y軸方向の厚さを厚くすれば、レーザ媒質 5の導波モードに影響を与え ずに、レーザ媒質 5の剛性を高くすることが可能である。
[0137] また、レーザ媒質 5のクラッド 4が接合された面に対向した面は空気に接していると したが、レーザ媒質 5に比べて小さな屈折率を有する第 2の接合剤を介して、基板を 接合しても良い。第 2の接合剤は、例えば、光学接着剤が用いられる。また、基板は、 例えば、光学材料、金属などが用いられる。
[0138] このように構成すれば、レーザ媒質 5と接合剤の屈折率差を調整することにより、レ 一ザ媒質 5の y軸方向の伝搬モードを任意に調整することができる。また、基板の y軸 方向の厚さを厚くすれば、レーザ媒質 5の導波モードに影響を与えずに、レーザ媒 質 5の剛性を高くすることが可能である。さらにまた、レーザ媒質 5の温度上昇により 熱膨張が発生した場合、光学接着剤は結晶やガラス材料に比べて剛性が低いので 、レーザ媒質 5の膨張にあわせて変形するため、レーザ媒質 5に与える応力を緩和す ることが可能である。
[0139] さらにまた、レーザ媒質 5のクラッド 4が接合された面に対向した面は空気に接して レ、るとしたが、レーザ媒質 5に比べて小さな屈折率を有する光学膜を施し、光学膜の 表面に、さらに、オプティカルコンタクトや拡散接合によりレーザ媒質 5とほぼ同じ熱 膨張率を有する基板を接合しても良レ、。 [0140] このように構成すれば、レーザ媒質 5と光学膜の屈折率差を調整することにより、レ 一ザ媒質 5の y軸方向の伝搬モードを任意に調整することができる。また、基板の y軸 方向の厚さを厚くすれば、レーザ媒質 5の導波モードに影響を与えずに、レーザ媒 質 5の剛性を高くすることが可能である。さらにまた、レーザ媒質 5と基板はほぼ同じ 熱膨張率を有するので、レーザ媒質 5の温度上昇により熱膨張が発生した場合、基 板もほぼ同じ割合で膨張する。その際、光学膜は結晶やガラス材料に比べて密度が 低ぐ剛性が低いので、基板の膨張にあわせて変形され、レーザ媒質 5に与える応力 を緩和することが可能である。さらに、光学膜と基板を接合する際に、光学接合が容 易な光学膜材料と基板を選択することにより、接合の強度を高めることが可能である
[0141] さらに、レーザ媒質 5とクラッド 4、および、前記第 2のクラッドは、同一のホスト材料で 製造することも可能である。一般に、ホスト材料に活性イオンを添加してレーザ媒質を 製造した場合、ホスト材料とレーザ媒質は、わずかに屈折率が変化する。そこで、活 性イオンを添加すると屈折率が高くなるホスト材料を用いて、レーザ媒質 5の領域に のみ活性イオンを添カ卩し、クラッド 4、および、第 2のクラッドは活性イオンを添加しな レ、ようにすれば、同様の効果が得られる。
[0142] このように構成すれば、レーザ媒質 5とクラッド 4、および、レーザ媒質 5と第 2のクラ ッドをオプティカルコンタクト、または、拡散接合により光学的に接合した場合に、同 種の材料の接合となるため、高い接合強度が得られる。また、結晶を粉砕して粉状に 加工し、圧縮成型した後に焼結する、セラミック製造方法により、活性イオンが添加さ れたレーザ媒質 5、活性イオンが添加されていないクラッド 4、および、第 2のクラッド を一体で製造することも可能である。さらに、セラミック製造方法を用いた場合、結晶 に比べて活性イオンを高濃度に添加することができるため、レーザ媒質 5の高吸収効 率化、高利得化をはかることが可能である。
[0143] 実施の形態 5.
波長選択を行わない通常のレーザ共振器では、レーザ媒質が利得を有する範囲 内で、わずかに波長の異なる複数の縦モードによる発振が発生し、発振波長域が広 くなる。 SHGを含む波長変換では、基本波レーザ光の発振波長域が広い場合、位 相不整合による変換効率の低下が発生する。したがって、高い変換効率を実現する には、狭い波長帯域を有する基本波レーザ光が要求され、単一縦モードによる発振 が望ましい。
[0144] 前記実施の形態 4では、所望の波長のみを選択的に発振させる方法として、クラッ ド 4に損失を与える方法について説明した。しかし、クラッド 4に損失を与えた場合、 所望の波長にも損失が発生し、基本波レーザ光の効率が低下してしまう。
[0145] この実施の形態 5では、波長を選択する素子を用いて、前記不具合を解消する構 成を開示するものである。
[0146] 図 12は、この発明の実施の形態 5に係るモード制御導波路型レーザ装置の構成を 示す側面図である。半導体レーザ 1〜レーザ媒質 5は、図 10に示した半導体レーザ 1〜レーザ媒質 5と同様の構成を示しており、特に明記しない限り、図 10で示した半 導体レーザ 1〜レーザ媒質 5と同様の機能を有する。また、波長選択素子 8Aは、図 8 に示した波長選択素子 8と同様の構成を示しており、特に明記しない限り、図 8で示 した波長選択素子 8と同様の機能を有する。
[0147] 波長選択導波路 8Aは、光軸 6に垂直な断面がレーザ媒質 5とほぼ同じ形状を有し 、光軸 6に垂直な端面 8aおよび 8bを有し、端面 8aがレーザ媒質 5の端面 5bに近接し て配置される。
[0148] 波長選択導波路 8Aは、所望の波長の基本波レーザ光の一部を反射し、その他の 波長の基本波レーザ光を透過する。波長選択導波路 8Aが反射する波長帯域は、共 振器外部に設置する非線形材料における波長変換で発生する位相不整合が十分 小さくなるように設定されている。
[0149] 波長選択導波路 8Aの反射に波長選択性を与える方法としては、例えば、波長選 択導波路 8Aの端面 8bに所望の波長を反射しその他の波長を透過する光学膜を施 す方法や、波長選択導波路 8Aに光軸 6の方向に屈折率分布を与え、所望の波長の みを反射する回折格子を構成すれば良い。光学膜は、例えば、誘電体多層膜で構 成される。また、モード制御導波路 8Aに屈折率変化を与える方法としては、例えば、 強度の強いレーザ光の干渉光をガラスや結晶に照射して、周期的に屈折率を変化さ せることで実現が可能である。 [0150] また、波長選択導波路 8Aは、 y軸に垂直な上下面を空気、または、図示は省略し たが、波長選択導波路 8Aに比べて小さな屈折率を有するクラッドで挟まれており、 厚さが波長の数〜数十倍程度であるため、 y軸方向は導波路として動作する。波長 選択導波路 8Aは、レーザ媒質 5の導波路モードとほぼ同じ導波路モードを有する。
[0151] 基本波レーザ発振は、レーザ媒質 5の光軸 6に垂直な端面 5a、および、波長選択 導波路 8の間で発生し、端面 5aは基本波レーザ光を反射する全反射膜、端面 5bは 基本波レーザ光を透過する反射防止膜が施されている。これらの全反射膜、反射防 止膜は、例えば、誘電体薄膜を積層して構成される。
[0152] このように構成すれば、損失を与えることなく所望の波長の基本波レーザ光のレー ザ発振を得ることができるので、波長変換に適した高輝度で高出力な基本波レーザ 光を出力することができる。
[0153] また、前記図 12に示したレーザ装置では、波長選択導波路 8Aは、レーザ媒質 5の 導波路モードとほぼ同じ導波路モードを有するとしたが、波長選択導波路 8の y軸方 向の厚さ、および、クラッドの屈折率を調整して、低次のモードまたは単一モードのみ を導波するように構成しても良レ、。
[0154] このように構成すれば、 y軸方向のレーザ発振は共振器中の最も低次のモードで制 限されるため、レーザ媒質 5の y軸方向に所望の導波モードが得られない場合にもて
、波長選択導波路 8Aの低次モードまたは単一モードで発振するため、高輝度発振 が実現可能である。
[0155] 実施の形態 6.
この実施の形態 6は、一つのレーザ装置から、複数波長の基本波レーザ光を出力 する構成を開示するものである。
[0156] 図 13は、この発明の実施の形態 6に係るモード制御導波路型レーザ装置のレーザ 媒質を示す図で、図 12中のレーザ媒質 5のみを示した図である。図 13において、 5 は図 12に示したレーザ媒質 5と同様の構成を有しており、明示しない限り図 12で示 したレーザ媒質 5と同様の機能を有する。
[0157] レーザ媒質 5の X軸方向は、ヒートシンク 2の二つの櫛歯の中心を光軸とした複数の 独立した発振モードが形成されている。したがって、レーザ媒質 5の端面 5a、端面 5b に施された全反射膜、部分反射膜の波長特性を、発振モード毎に変えることにより、 一つのレーザ媒質 5から複数の波長を有する高輝度なレーザ発振光を得ることがで きる。
[0158] レーザ媒質 5は、複数の波長に利得を有するレーザ媒質で構成されており、例えば 、 946nm (波長 1)、 1064nm (波長 2)、 1338nm (波長 3)に禾 IJ得を持つ Nd : YAG で構成される。反射膜 5a〜5fは、レーザ媒質 5の端面 5a、端面 5bに施された全反射 膜、および、部分反射膜を表す。
[0159] 図 13において、反射膜 5cは、波長 1を全反射し、波長 2、波長 3を透過し、反射膜 5 dは、波長 1を部分反射し、波長 2、波長 3を透過する。また、反射膜 5eは、波長 2を 全反射し、波長 1、波長 3を透過し、反射膜 5fは、波長 2を部分反射し、波長 1、波長 3を透過する。さらにまた、反射膜 5gは、波長 3を全反射し、波長 2、波長 3を透過し、 反射膜 5hは、波長 3を部分反射し、波長 1、波長 2を透過する。
[0160] したがって、反射膜 5cと反射膜 5dに挟まれたレーザ媒質 5内では、波長 1のレーザ 発振のみが発生し、反射膜 5eと反射膜 5fに挟まれたレーザ媒質 5内では、波長 2の レーザ発振のみが発生し、反射膜 5gと反射膜 5hに挟まれたレーザ媒質 5内では、波 長 3のレーザ発振のみが発生する。
[0161] このように構成すれば、一つのレーザ媒質 5から複数の波長のレーザ光を同時に出 力できるので、小型なレーザ装置を構成することが可能である。
なお、前記の例では波長の数は 3つとしたが、 2波長以上であれば同様の効果が得 られることは明らかである。また、最大で、独立して発振する発振モードの数の波長を 同時に出力させることが可能である。
[0162] 実施の形態 7.
前記実施の形態 1〜6では、櫛構造を持つヒートシンク 2を用いて、レーザ媒質 5の 内部に周期的なレンズ効果を発生させたモード制御導波路型レーザ装置を示した。 この実施の形態 7は、レーザ媒質 5に周期的に応力を加えることにより屈折率分布を 発生し、レーザ媒質 5の内部に周期的なレンズ効果を発生させたモード制御導波路 型レーザ装置を実現するものである。
[0163] 図 14は、この発明の実施の形態 7に係るモード制御導波路型レーザ装置に用いら れるレーザ媒質に屈折率分布を与える構成を示す図であり、レーザ出射面側からレ 一ザ装置を見た図である。本実施の形態 7に係るモード制御導波路型レーザ発振器 は、レーザ媒質 5、クラッド 4A、クラッド 4B、接合剤 9A、接合剤 9B、ヒートシンク 10、 基板 11より構成される。
[0164] クラッド 4A、クラッド 4Bは、図 3に示したクラッド 4と同様の構成を有しており、特に明 記しない限り、図 3で示したクラッド 4と同様の機能を有する。また、レーザ媒質 5は、 図 3に示したレーザ媒質 5と同様の構成を有しており、特に明記しない限り、図 3で示 したレーザ媒質 5と同様の機能を有する。
[0165] ヒートシンク 10は、光軸 6に垂直な断面 (xy平面）で周期的な凸凹の形状を有し、ヒ ートシンク 10の凸凹面は接合剤 9Aを介して、クラッド 4Aと接合される。また、ヒートシ ンク 10は熱伝導度の大きな材料で構成され、レーザ媒質 5で発生した熱は、接合剤 9Aを介して、ヒートシンク 10に排熱される。
[0166] 基板 11は光軸 6に垂直な断面 (xy平面）で周期的な凸凹の形状を有し、基板 11の 凸凹面は接合剤 9Bを介して、クラッド 4Bと接合される。また、ヒートシンク 10の凸部と 、基板 11の凸部は、 X軸方向の位置が同じになるように配置されている。
[0167] 接合剤 9A、および、接合剤 9Bは、ヒートシンク 10、および、基板 11に比べて剛性 が低ぐ柔らかい材料を用いており、例えば、金属半田や光学接着剤、熱伝導接着 剤等により実現可能である。
[0168] ヒートシンク 10と基板 11は、レーザ媒質 5の y軸方向に応力を与えるように、外側か ら圧力が付加されている。
[0169] 次に、レーザ媒質 5の中で発生する応力分布について、図 14を用いて説明する。ヒ ートシンク 10、および、基板 11に、外側から圧力を付加すると、ヒートシンク 10、およ び、基板 11に比べて柔らかい接合剤 9A、接合剤 9Bを介して、レーザ媒質 5に応力 が付与される。このとき、ヒートシンク 10、基板 11の凹部は、接合剤 9A、接合剤 9Bの 厚さが厚いので、接合剤 9A、接合剤 9Bの圧縮により圧力が緩和され、レーザ媒質 5 に与える応力が小さくなる。一方、ヒートシンク 10、基板 11の凸部は、接合剤 9A、接 合剤 9Bの厚さが薄いので、接合剤 9A、接合剤 9Bの圧縮量が小さぐレーザ媒質 5 に大きな応力が与えられる。 [0170] レーザ媒質などの光学材料は、応力が与えられると、屈折率が変化する。したがつ て、圧縮の応力が付加されたときに屈折率が大きくなる材料を用いた場合、ヒートシ ンク 10、基板 11の凸部の位置では、レーザ媒質 5の屈折率が大きくなり、凹部に近 づくに従い屈折率が小さくなる。その結果、 X軸方向には凸部を光軸とした周期的な レンズ効果が発生する。
[0171] このように構成すれば、前記実施の形態 1で示した櫛形のヒートシンクと同様の効果 を得ることが可能である。
[0172] また、応力により周期的なレンズ効果を与えることができるため、励起光の強さや分 布に依存しない安定したレーザ装置を構成することができる。
[0173] さらにまた、クラッド 4Aの排熱側の全面が接合剤 9Aに接合されて、レーザ媒質 5で 発生した熱を排熱するため、レーザ媒質 5の温度上昇を抑制することができる。また、 クラッド 4Aの排熱側の全面が接合剤 9Aに接合されるので、クラッド 4Aを櫛形の先端 のみで固定した場合に比べて、高い剛性が得られる。
[0174] なお、レーザ媒質 5は、クラッド 4Aとクラッド 4Bに挟まれているとした力 接合剤 9A
、および、接合剤 9Bに、レーザ媒質 5よりも小さな屈折率を有する材料を用いれば、 クラッド 4A、および、クラッド 4Bは無くても良く、接合剤 9A、および、接合剤 9Bを直 接レーザ媒質 5に接合しても良レ、。
産業上の利用可能性
[0175] この発明によれば、レーザ媒質内で複数の発振モードを発振させることにより、出 力のスケーリングが容易で、高輝度な基本波出力が得られ、高効率な第二高調波変 換が可能になり、プリンターゃプロジェクシヨンテレビの光源に好適な高出力レーザ 装置および波長変換レーザ装置に用いられる。

Claims

請求の範囲
[1] 平板状をなし、光軸に対し垂直な断面の厚さ方向に導波路構造を有し、前記光軸 及び前記厚さ方向に垂直な方向に周期的なレンズ効果を有するレーザ媒質と、 前記レーザ媒質の一面に接合されたクラッドと、
前記レーザ媒質の一面側に前記クラッドを介して接合されたヒートシンクと を備え、
レーザ発振は、前記レーザ媒質の導波路モードで発振するレーザ発振と、前記レ 一ザ媒質の周期的なレンズ効果で形成される複数の共振器モードで発振するレー ザ発振とを有する
ことを特徴とするモード制御導波路型レーザ装置。
[2] 請求項 1に記載のモード制御導波路型レーザ装置において、
前記レーザ媒質の光軸上に近接して配置され、前記レーザ媒質の導波路構造と同 じ方向に導波路構造を有する非線形材料をさらに備え、
前記導波路モードで発振するレーザ発振は、前記レーザ媒質または前記非線形材 料のレ、ずれかの導波路モードで発振し、
前記非線形材料に入射した基本波レーザ光が異なる波長のレーザ光に変換され て出力される
ことを特徴とするモード制御導波路型レーザ装置。
[3] 請求項 2に記載のモード制御導波路型レーザ装置において、
前記非線形材料の光軸上に近接して配置され、所望の波長のレーザ光を反射しそ の他の波長を透過する波長選択導波路をさらに備え、
前記導波路モードで発振するレーザ発振は、前記レーザ媒質、前記非線形材料ま たは前記波長選択導波路のいずれかの導波路モードで発振し、
前記波長選択導波路が反射する所望の波長で基本波レーザ光がレーザ発振する ことを特徴とするモード制御導波路型レーザ装置。
[4] 請求項 1に記載のモード制御導波路型レーザ装置において、
前記レーザ媒質の光軸上に近接して配置され、所望の波長のレーザ光を反射しそ の他の波長を透過する波長選択導波路をさらに備え、 前記導波路モードで発振するレーザ発振は、前記レーザ媒質または前記波長選択 導波路のレ、ずれかの導波路モードで発振し、
前記波長選択導波路が一部を反射する所望の波長でレーザ発振する
ことを特徴とするモード制御導波路型レーザ装置。
[5] 請求項 1から 4のいずれ力 4項に記載のモード制御導波路型レーザ装置において、 前記レーザ媒質は半導体レーザである
ことを特徴とするモード制御導波路型レーザ装置。
[6] 請求項 1から 4のいずれ力 1項に記載のモード制御導波路型レーザ装置において、 前記レーザ媒質は、前記レーザ媒質に近接して配置された半導体レーザにより励 起されて利得を発生する固体レーザ媒質である
ことを特徴とするモード制御導波路型レーザ装置。
[7] 請求項 1から 4のいずれ力 1項に記載のモード制御導波路型レーザ装置において、 前記レーザ媒質は、前記レーザ媒質内の屈折率分布により周期的なレンズ効果を 生成する
ことを特徴とするモード制御導波路型レーザ装置。
[8] 請求項 7に記載のモード制御導波路型レーザ装置において、
前記クラッドに対する前記ヒートシンクの接合面は、光軸に垂直な断面内で櫛構造 を有し、
前記レーザ媒質内の屈折率分布は、前記櫛構造の櫛歯の先端を前記クラッドに接 合して発生する周期的な温度分布で生成する
ことを特徴とするード制御導波路型レーザ装置。
[9] 請求項 8に記載のモード制御導波路型レーザ装置において、
前記櫛構造の櫛歯の間は、前記ヒートシンクよりも熱伝導度の小さな熱絶縁材料に より埋められており、
前記レーザ媒質内の屈折率分布は、前記櫛歯の先端と前記熱絶縁材料の熱伝導 度の差で発生する周期的な温度分布で生成する
ことを特徴とするモード制御導波路型レーザ装置。
[10] 請求項 7に記載のモード制御導波路型レーザ装置において、 前記ヒートシンクの接合面は光軸に垂直な断面内で周期的な凸凹構造を有し、前 記ヒートシンクよりも小さな熱伝導率を有する接合剤で前記クラッドに接合され、 前記レーザ媒質内の屈折率分布は、前記接合剤の厚さの差で発生する周期的な 温度分布で生成する
ことを特徴とするモード制御導波路型レーザ装置。
[11] 請求項 7に記載のモード制御導波路型レーザ装置において、
前記レーザ媒質内の屈折率分布は、前記レーザ媒質に周期的な圧力を与えて生 成する
ことを特徴とするモード制御導波路型レーザ装置。
[12] 請求項 1または 2に記載のモード制御導波路型レーザ装置において、
前記クラッドは、前記レーザ媒質との接合面にレーザ光を周期的に吸収する吸収 部が設けられ、所望の波長でレーザ発振させる
ことを特徴とするモード制御導波路型レーザ装置。
[13] 請求項 1または 2に記載のモード制御導波路型レーザ装置において、
前記クラッドは、前記レーザ媒質との接合面に周期的な屈折率変化が設けられ、所 望の波長でレーザ発振させる
ことを特徴とするモード制御導波路型レーザ装置。
[14] 請求項 1から 4のいずれか 1項に記載のモード制御導波路型レーザ装置において、 前記クラッドは、前記レーザ媒質が利得を発生する複数の波長に対し、一つの波長 を透過しその他の波長を吸収する材料で構成し、所望の波長でレーザ発振させる ことを特徴とするモード制御導波路型レーザ装置。
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Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006287231A (ja) * 2005-03-31 2006-10-19 Osram Opto Semiconductors Gmbh レーザ装置
WO2009028079A1 (ja) * 2007-08-30 2009-03-05 Mitsubishi Electric Corporation 固体レーザ素子
WO2009028078A1 (ja) * 2007-08-30 2009-03-05 Mitsubishi Electric Corporation 固体レーザ素子
WO2009084112A1 (ja) * 2007-12-28 2009-07-09 Mitsubishi Electric Corporation レーザ光源装置
WO2010089866A1 (ja) * 2009-02-05 2010-08-12 三菱電機株式会社 平面導波路型レーザおよびディスプレイ装置
WO2011027731A1 (ja) * 2009-09-07 2011-03-10 三菱電機株式会社 平面導波路型レーザ装置
JP2011139011A (ja) * 2009-12-01 2011-07-14 Mitsubishi Electric Corp 平面導波路型レーザ装置および平面導波路型レーザ装置の製造方法
WO2012086009A1 (ja) * 2010-12-21 2012-06-28 三菱電機株式会社 モード制御導波路型レーザ装置
WO2013073024A1 (ja) 2011-11-16 2013-05-23 三菱電機株式会社 半導体レーザ励起固体レーザ
JP2013125898A (ja) * 2011-12-15 2013-06-24 Mitsubishi Electric Corp モード制御平面導波路型レーザ装置
WO2013140432A1 (ja) 2012-03-19 2013-09-26 三菱電機株式会社 レーザ装置
WO2014080520A1 (ja) 2012-11-26 2014-05-30 三菱電機株式会社 レーザ装置
WO2014087468A1 (ja) 2012-12-03 2014-06-12 三菱電機株式会社 平面導波路型レーザ励起モジュールおよび平面導波路型波長変換レーザ装置
WO2015083200A1 (ja) 2013-12-05 2015-06-11 三菱電機株式会社 多波長レーザ装置
JP2016092248A (ja) * 2014-11-06 2016-05-23 三菱電機株式会社 平面導波路型レーザ装置
WO2016111361A1 (ja) * 2015-01-09 2016-07-14 三菱電機株式会社 アレイ型波長変換レーザ装置
JP2016207871A (ja) * 2015-04-24 2016-12-08 三菱電機株式会社 平面導波路、レーザ増幅器及びレーザ発振器
WO2017119313A1 (ja) * 2016-01-08 2017-07-13 日本碍子株式会社 蛍光体素子および照明装置
JP2017524265A (ja) * 2014-08-14 2017-08-24 レイセオン カンパニー 非対称冷却を有する非対称平面導波路
JPWO2020144915A1 (ja) * 2019-01-10 2021-09-09 Ｊｘ金属株式会社 光吸収層及び光吸収層を備えた接合体

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005056949B4 (de) * 2005-09-30 2013-08-22 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optisch gepumpter oberflächenemittierender Halbleiterlaser und optische Projektionsvorrichtung mit solch einem Halbleiterlaser
JP4518018B2 (ja) * 2005-12-20 2010-08-04 株式会社デンソー 多波長レーザ装置
WO2009016703A1 (ja) 2007-07-27 2009-02-05 Mitsubishi Electric Corporation 平面導波路型レーザ装置
JP5159783B2 (ja) * 2007-09-12 2013-03-13 三菱電機株式会社 波長変換素子および波長変換レーザ装置
CN101592842B (zh) * 2009-07-03 2010-09-01 湖南大学 一种宽带激光脉冲高效谐波转换光路系统
DE102010034054A1 (de) * 2010-08-11 2012-02-16 Schott Ag Laserbasierte Weißlichtquelle
JP5998701B2 (ja) * 2012-07-23 2016-09-28 富士ゼロックス株式会社 面発光型半導体レーザ、面発光型半導体レーザ装置、光伝送装置および情報処理装置
TWI552234B (zh) * 2013-08-29 2016-10-01 財團法人工業技術研究院 基板、其製造方法及其應用
US9601904B1 (en) 2015-12-07 2017-03-21 Raytheon Company Laser diode driver with variable input voltage and variable diode string voltage
JP7319582B2 (ja) * 2020-04-22 2023-08-02 日本電信電話株式会社 波長変換装置
CN114142328B (zh) * 2020-09-03 2023-06-09 中国科学院福建物质结构研究所 一种高光束质量Ho激光器

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3868589A (en) * 1972-10-10 1975-02-25 Univ California Thin film devices and lasers
JPH04241484A (ja) * 1991-01-16 1992-08-28 Sony Corp レーザ光発生装置
DE4239653A1 (de) * 1992-11-26 1994-06-01 Deutsche Aerospace Kühlanordnung für Festkörperlaserarrays
US5351259A (en) * 1991-10-24 1994-09-27 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor laser-pumped solid-state laser with plural beam output
JP2000077756A (ja) * 1998-08-27 2000-03-14 Nec Corp 波長多重光源
JP2004296671A (ja) * 2003-03-26 2004-10-21 Japan Science & Technology Agency 固体レーザ装置

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3968589A (en) * 1975-03-31 1976-07-13 The Raymond Lee Organization, Inc. Preloaded disposable button bait device
JPS6175579A (ja) 1984-09-20 1986-04-17 Nec Corp レ−ザ増幅器
JP3066966B2 (ja) * 1988-02-29 2000-07-17 ソニー株式会社 レーザ光源
US4982405A (en) 1989-09-07 1991-01-01 Massachusette Institute Of Technology Coupled-cavity Q-switched laser
JP3003172B2 (ja) * 1990-07-26 2000-01-24 ソニー株式会社 固体レーザー発振器
US5038352A (en) * 1990-11-13 1991-08-06 International Business Machines Incorporation Laser system and method using a nonlinear crystal resonator
US5299221A (en) * 1991-01-09 1994-03-29 Sony Corporation Laser light generating apparatus
JPH05243650A (ja) 1992-02-28 1993-09-21 Hitachi Ltd 固体レーザ装置
JPH05121802A (ja) 1991-10-24 1993-05-18 Mitsubishi Electric Corp 半導体励起固体レーザ
JP3053273B2 (ja) 1991-10-29 2000-06-19 三菱電機株式会社 半導体励起固体レーザ
JPH07335963A (ja) 1994-06-09 1995-12-22 Hitachi Ltd 半導体レーザ内部共振型ｓｈｇ光源
DE19510713C2 (de) * 1995-03-15 2001-04-26 Laser Analytical Systems Las E Festkörperlaservorrichtung mit Mitteln zur Einstellung eines Temperaturprofils des Laserkörpers
JPH09145927A (ja) * 1995-11-20 1997-06-06 Sumitomo Electric Ind Ltd 導波路型光フィルタ
US5912912A (en) * 1997-09-05 1999-06-15 Coherent, Inc. Repetitively-pulsed solid-state laser having resonator including multiple different gain-media
US6055260A (en) * 1997-12-19 2000-04-25 Raytheon Company Laser pump cavity apparatus with integral concentrator and method
US6295305B1 (en) * 1998-07-13 2001-09-25 Hitachi Metals, Ltd. Second harmonic, single-mode laser
US6330388B1 (en) * 1999-01-27 2001-12-11 Northstar Photonics, Inc. Method and apparatus for waveguide optics and devices
US6229939B1 (en) 1999-06-03 2001-05-08 Trw Inc. High power fiber ribbon laser and amplifier
JP2001223429A (ja) 2000-02-09 2001-08-17 Fuji Photo Film Co Ltd 半導体レーザ装置
JP2002151796A (ja) * 2000-11-13 2002-05-24 Sharp Corp 窒化物半導体発光素子とこれを含む装置
US6625193B2 (en) * 2001-01-22 2003-09-23 The Boeing Company Side-pumped active mirror solid-state laser for high-average power
US6738396B2 (en) * 2001-07-24 2004-05-18 Gsi Lumonics Ltd. Laser based material processing methods and scalable architecture for material processing
US6633599B2 (en) * 2001-08-01 2003-10-14 Lite Cycles, Inc. Erbium-doped fiber amplifier pump array
JP2003309325A (ja) 2002-04-16 2003-10-31 Sony Corp 面発光半導体レーザ装置およびその製造方法
US7085304B2 (en) 2003-05-19 2006-08-01 The Boeing Company Diode-pumped solid state disk laser and method for producing uniform laser gain
WO2005033791A1 (ja) 2003-10-01 2005-04-14 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha 波長変換レーザ装置および画像表示装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3868589A (en) * 1972-10-10 1975-02-25 Univ California Thin film devices and lasers
JPH04241484A (ja) * 1991-01-16 1992-08-28 Sony Corp レーザ光発生装置
US5351259A (en) * 1991-10-24 1994-09-27 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor laser-pumped solid-state laser with plural beam output
DE4239653A1 (de) * 1992-11-26 1994-06-01 Deutsche Aerospace Kühlanordnung für Festkörperlaserarrays
JP2000077756A (ja) * 1998-08-27 2000-03-14 Nec Corp 波長多重光源
JP2004296671A (ja) * 2003-03-26 2004-10-21 Japan Science & Technology Agency 固体レーザ装置

Cited By (45)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006287231A (ja) * 2005-03-31 2006-10-19 Osram Opto Semiconductors Gmbh レーザ装置
US8068525B2 (en) 2007-08-30 2011-11-29 Mitsubishi Electric Corporation Solid-state laser element
WO2009028078A1 (ja) * 2007-08-30 2009-03-05 Mitsubishi Electric Corporation 固体レーザ素子
JP5208118B2 (ja) * 2007-08-30 2013-06-12 三菱電機株式会社 固体レーザ素子
US8705586B2 (en) 2007-08-30 2014-04-22 Mitsubishi Electric Corporation Solid-state laser element
JPWO2009028079A1 (ja) * 2007-08-30 2010-11-25 三菱電機株式会社 固体レーザ素子
WO2009028079A1 (ja) * 2007-08-30 2009-03-05 Mitsubishi Electric Corporation 固体レーザ素子
KR101143739B1 (ko) 2007-12-28 2012-05-11 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 레이저 광원 장치
US8553738B2 (en) 2007-12-28 2013-10-08 Mitsubishi Electric Corporation Laser light source device
JP5174831B2 (ja) * 2007-12-28 2013-04-03 三菱電機株式会社 レーザ光源装置
WO2009084112A1 (ja) * 2007-12-28 2009-07-09 Mitsubishi Electric Corporation レーザ光源装置
US8743916B2 (en) 2009-02-05 2014-06-03 Mitsubishi Electric Corporation Plane waveguide type laser and display device
WO2010089866A1 (ja) * 2009-02-05 2010-08-12 三菱電機株式会社 平面導波路型レーザおよびディスプレイ装置
JP5389055B2 (ja) * 2009-02-05 2014-01-15 三菱電機株式会社 平面導波路型レーザおよびディスプレイ装置
WO2011027731A1 (ja) * 2009-09-07 2011-03-10 三菱電機株式会社 平面導波路型レーザ装置
JP2011139011A (ja) * 2009-12-01 2011-07-14 Mitsubishi Electric Corp 平面導波路型レーザ装置および平面導波路型レーザ装置の製造方法
CN103098318A (zh) * 2010-12-21 2013-05-08 三菱电机株式会社 模式控制波导型激光装置
EP2590276A4 (en) * 2010-12-21 2014-01-15 Mitsubishi Electric Corp WAVEGUIDE TYPE LASER DEVICE WITH MODE CONTROL
US9197029B2 (en) 2010-12-21 2015-11-24 Mitsubishi Electric Corporation Mode control waveguide-type laser device
WO2012086009A1 (ja) * 2010-12-21 2012-06-28 三菱電機株式会社 モード制御導波路型レーザ装置
WO2013073024A1 (ja) 2011-11-16 2013-05-23 三菱電機株式会社 半導体レーザ励起固体レーザ
KR20140060361A (ko) 2011-11-16 2014-05-19 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 반도체 레이저 여기 고체 레이저
JPWO2013073024A1 (ja) * 2011-11-16 2015-04-02 三菱電機株式会社 半導体レーザ励起固体レーザ
US9008146B2 (en) 2011-11-16 2015-04-14 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor laser excitation solid-state laser
JP2013125898A (ja) * 2011-12-15 2013-06-24 Mitsubishi Electric Corp モード制御平面導波路型レーザ装置
WO2013140432A1 (ja) 2012-03-19 2013-09-26 三菱電機株式会社 レーザ装置
US9214784B2 (en) 2012-03-19 2015-12-15 Mitsubishi Electric Corporation Laser device
WO2014080520A1 (ja) 2012-11-26 2014-05-30 三菱電機株式会社 レーザ装置
JPWO2014087468A1 (ja) * 2012-12-03 2017-01-05 三菱電機株式会社 平面導波路型レーザ励起モジュールおよび平面導波路型波長変換レーザ装置
WO2014087468A1 (ja) 2012-12-03 2014-06-12 三菱電機株式会社 平面導波路型レーザ励起モジュールおよび平面導波路型波長変換レーザ装置
JP5872067B2 (ja) * 2012-12-03 2016-03-01 三菱電機株式会社 平面導波路型レーザ励起モジュールおよび平面導波路型波長変換レーザ装置
US9312655B2 (en) 2012-12-03 2016-04-12 Mitsubishi Electric Corporation Planar waveguide laser pumping module and planar waveguide wavelength conversion laser device
WO2015083200A1 (ja) 2013-12-05 2015-06-11 三菱電機株式会社 多波長レーザ装置
US9762022B2 (en) 2013-12-05 2017-09-12 Mitsubishi Electric Corporation Multi wavelength laser device
JP2017524265A (ja) * 2014-08-14 2017-08-24 レイセオン カンパニー 非対称冷却を有する非対称平面導波路
JP2016092248A (ja) * 2014-11-06 2016-05-23 三菱電機株式会社 平面導波路型レーザ装置
JPWO2016111361A1 (ja) * 2015-01-09 2017-04-27 三菱電機株式会社 アレイ型波長変換レーザ装置
CN107112723A (zh) * 2015-01-09 2017-08-29 三菱电机株式会社 阵列型波长转换激光装置
WO2016111361A1 (ja) * 2015-01-09 2016-07-14 三菱電機株式会社 アレイ型波長変換レーザ装置
US9923332B2 (en) 2015-01-09 2018-03-20 Mitsubishi Electric Corporation Array type wavelength converting laser device
CN107112723B (zh) * 2015-01-09 2018-06-12 三菱电机株式会社 阵列型波长转换激光装置
JP2016207871A (ja) * 2015-04-24 2016-12-08 三菱電機株式会社 平面導波路、レーザ増幅器及びレーザ発振器
WO2017119313A1 (ja) * 2016-01-08 2017-07-13 日本碍子株式会社 蛍光体素子および照明装置
JPWO2020144915A1 (ja) * 2019-01-10 2021-09-09 Ｊｘ金属株式会社 光吸収層及び光吸収層を備えた接合体
JP7052088B2 (ja) 2019-01-10 2022-04-11 Ｊｘ金属株式会社 光吸収層及び光吸収層を備えた接合体

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