WO2009116131A1 - 光モジュール - Google Patents

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WO2009116131A1
WO2009116131A1 PCT/JP2008/054956 JP2008054956W WO2009116131A1 WO 2009116131 A1 WO2009116131 A1 WO 2009116131A1 JP 2008054956 W JP2008054956 W JP 2008054956W WO 2009116131 A1 WO2009116131 A1 WO 2009116131A1
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laser
optical module
optical
wavelength conversion
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中村　聡
岡村　将光
福田　圭一
知世 難波
一貴 池田
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三菱電機株式会社
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    • H01S3/1671—Solid materials characterised by a crystal matrix vanadate, niobate, tantalate
    • H01S3/1673—YVO4 [YVO]

Definitions

  • the present invention relates to an optical module that converts fundamental laser light oscillated from a laser element into laser light having a predetermined wavelength by a wavelength conversion element and outputs the laser light.
  • an optical module that oscillates a green laser beam having a wavelength of 530 nm in many cases, an infrared laser beam of 1060 nm is used as a fundamental laser beam, and the fundamental laser beam is wavelength-converted by a wavelength conversion element. ing.
  • an optical module that oscillates green laser light is generally configured using a solid-state laser element that oscillates fundamental laser light, an excitation light source that excites the solid-state laser element, and a wavelength conversion element.
  • the optical loss in the laser resonator constituting the solid-state laser element increases, the amount of heat generated by the optical module increases and the performance deteriorates. For this reason, in order to increase the output of the optical module, it is indispensable to reduce the optical loss in the laser resonator. To that end, the optical axis of the solid-state laser element and the optical axis of the wavelength conversion element must be reduced. It is necessary to increase the alignment accuracy.
  • the central axis of the light incident end of the optical waveguide from the surface of the optical waveguide element on which the optical waveguide is formed Is matched with the distance from the surface of the semiconductor laser to the central axis of the light emitting end, so that the axis of the optical waveguide device and the axis of the semiconductor laser can be accurately set.
  • the optical waveguide element and the semiconductor laser are juxtaposed and fixed on a common substrate by a bonding material such as an adhesive or solder.
  • the first submount and the second submount are provided separately from each other, and a secondary heat sink is attached to the first submount and the secondary heat sink is mounted.
  • An active gain medium (laser crystal, etc.) is provided so as to overhang from the first submount and a pump source (laser diode) for the active gain medium is provided in the first submount. It is mounted on the side wall on the mount side. By arranging the active gain medium and the pump source in this way, the distance between the active gain medium and the pump source is made accurate.
  • one end of the active gain medium is engaged with a recess formed on the upper surface side of the second submount. JP 05-289132 A JP 2001-085767 A
  • a laser resonator is configured by combining a solid-state laser element and a wavelength conversion element so that the alignment accuracy of these optical axes is in the order of ⁇ m or sub- ⁇ m, the optical loss in the laser resonator is greatly increased. Therefore, an optical module with high output intensity can be obtained.
  • the alignment accuracy between the optical axis of the solid-state laser element and the optical axis of the wavelength conversion element is on the order of ⁇ m or sub- ⁇ m. It becomes difficult to increase.
  • the solid-state laser element and the wavelength conversion element are arranged according to the arrangement form of the active gain medium and the pump source in the electro-optical system specifically described in Patent Document 2, the upper surface side of the second submount Since the relative position between the solid-state laser element and the wavelength conversion element is restricted by the recess formed in the, the fine adjustment of the relative position is difficult. For this reason, it is difficult to increase the alignment accuracy between the optical axis of the solid-state laser element and the optical axis of the wavelength conversion element to the order of ⁇ m or sub- ⁇ m.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to obtain an optical module that can easily increase the alignment accuracy between the optical axis of the solid-state laser element and the optical axis of the wavelength conversion element.
  • the laser module of the present invention that achieves the above object includes a solid-state laser element that oscillates a fundamental laser beam, an excitation light source that excites the solid-state laser element, and a wavelength that converts the wavelength of the fundamental laser beam oscillated by the solid-state laser element.
  • the mount includes a mount on which the conversion element is mounted, and a substrate that supports the mount.
  • the mount includes a first block on which a laser medium of a solid-state laser element is mounted, a second block on which an excitation light source is mounted, and wavelength conversion.
  • the device is divided into three blocks, the third block on which the element is mounted, and only the second block is fixed to the substrate at the side or bottom of the second block, and the first block is fixed to the other side of the second block, The third block is fixed to the side surface of the first block.
  • the second block among the first block on which the laser medium of the solid-state laser element is mounted, the second block on which the excitation light source is mounted, and the third block on which the wavelength conversion element is mounted is included. Since it is fixed to the substrate, it is easy to adjust the relative positions of the first block and the third block with respect to the second block. Therefore, at least the laser medium and the wavelength conversion element can be easily aligned by active alignment so that the alignment accuracy of these optical axes is on the order of ⁇ m or sub- ⁇ m. Even when a laser resonator for a solid-state laser element is configured using a laser medium and a wavelength conversion element, light loss in the laser resonator can be easily suppressed.
  • an optical module that can easily improve the alignment accuracy between the optical axis of the solid-state laser element and the optical axis of the wavelength conversion element, and a high-output optical module that oscillates laser light of a desired wavelength. Easy to get.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing an example of the optical module of the present invention.
  • FIG. 2 is a side view schematically showing the optical module shown in FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view schematically showing an example of the multi-emitter of the optical module of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view schematically showing an example of the optical module of the present invention provided with a light guide as an excitation light source of a laser medium.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing an example of the optical module of the present invention.
  • the optical module 50 shown in the figure includes a mount 30A divided into a total of three blocks, a first block 1, a second block 10, and a third block 20, and a substrate 40.
  • a thin plate-like stress buffer member 3 is fixed to the upper surface 1a of the first block 1 by a bonding material (not shown), and a heat sink 5 is fixed on the stress buffer member 3 by a bonding material (not shown).
  • the laser medium 7 is mounted on the heat sink 5 while being fixed by a bonding material (not shown).
  • the first block 1 is a flat plate member having two side surfaces orthogonal to the optical axis of the laser medium 7, and is made of, for example, a metal material or an alloy material.
  • the stress buffer member 3 relieves thermal stress caused by the difference in linear expansion coefficient between the first block 1 and the heat sink 5.
  • the heat sink 5 in the first block 1 forms a predetermined pattern of heat distribution in the laser medium 7 during operation of the optical module 50, and suppresses light diffusion in the laser medium 7 by expressing a lens effect by this heat distribution.
  • a comb-shaped joint having a plurality of joint surfaces is formed on the heat sink 5 on the laser medium 7 side.
  • the laser medium 7 is a waveguide type laser medium used for a solid-state laser element, and has one optical waveguide that oscillates fundamental wave laser light.
  • the optical waveguide is formed by a laser medium such as Nd: YVO 3 (neodymium-doped yttrium vanadate). This laser medium 7 constitutes a solid-state laser element SL together with a laser resonator LR to be described later.
  • a submount 13 is fixed to the upper surface 10a of the second block 10 by a bonding material (not shown), and a semiconductor laser element 15 is fixed and mounted on the submount 13 by a bonding material (not shown).
  • the semiconductor laser element 15 has a property that when its temperature is increased due to self-heating, its light emission efficiency decreases rapidly and its life is shortened. Therefore, the second block 10 has a high thermal conductivity such as copper or copper-based copper such as copper tungsten. It is made of material and functions as a heat sink.
  • the second block 10 is a plate-like member and has two side surfaces orthogonal to the optical axis of the semiconductor laser element 15.
  • the submount 13 is made of an electrically insulating material and relieves thermal stress generated between the second block 10 and the semiconductor laser element 15 due to a difference in linear expansion coefficient between the second block 10 and the semiconductor laser element 13.
  • the semiconductor laser element 15 is connected to an external circuit (not shown) and functions as an excitation light source that emits excitation light of the solid-state laser element SL.
  • the optical waveguide in the laser medium 7 is formed of Nd: YVO 3
  • a laser element that oscillates near-infrared laser light with a wavelength of 800 nm is used as the semiconductor laser element 15.
  • a temperature controller 23 is fixed to the upper surface 20a of the third block 20 by a bonding material (not shown), and a soaking plate 25 is fixed on the temperature controller 23 by a bonding material (not shown).
  • the wavelength conversion element 27 is fixed and mounted by a bonding material (not shown).
  • the third block 20 is a plate-like member having two side surfaces orthogonal to the optical axis of the wavelength conversion element 27, and is made of a copper material or a metal material or alloy material having a higher thermal resistance than the copper material, such as stainless steel. Made of steel.
  • the third block 20 is made of a metal material or alloy material having a thermal resistance higher than that of the copper-based material, the temperature control of the wavelength conversion element 27 by the temperature controller 23 becomes easy.
  • the temperature controller 23 is configured using, for example, a heating element, and controls the temperature of the wavelength conversion element 27 to a predetermined temperature.
  • the temperature controller 23 is connected to an external circuit (not shown).
  • the soaking plate 25 is made of, for example, a metal material or an alloy material having good thermal conductivity such as copper or aluminum, and the soaking temperature is controlled so that the temperature conversion device 27 is uniformly temperature-controlled by the temperature controller 23.
  • the temperature distribution in the bonding surface between the plate 25 and the wavelength conversion element 27 is made uniform.
  • the wavelength conversion element 27 is of a waveguide type having an optical waveguide formed of a nonlinear optical material such as potassium niobate (KNbO 3 ) or lithium niobate (LiNbO 3 ). There are dependencies. For this reason, the temperature controller 23 maintains the predetermined temperature.
  • the substrate 40 is a member that supports the first to third blocks 1, 10, and 20 described above, and is given a function as a stem as necessary.
  • the second block 10 is fixed on the main surface 40a of the substrate 40 by a bonding material (not shown).
  • FIG. 2 is a side view schematically showing the optical module shown in FIG.
  • the optical module 50 one of the two side surfaces orthogonal to the optical axis of the semiconductor laser element 15 among the side surfaces of the second block 10 is bonded to the main surface of the substrate 40 by a bonding material (not shown).
  • 40a and one of the two side surfaces orthogonal to the optical axis of the laser medium 7 among the side surfaces of the first block 1 is bonded to the other side surface by a bonding material (not shown).
  • the other side surface of the first block 1 that is orthogonal to the optical axis of the laser medium 7 is the other side surface of the third block 20 that is orthogonal to the optical axis of the wavelength conversion element 27.
  • the optical axis of the laser medium 7 means the optical axis of the optical waveguide formed in the laser medium 7, and the optical axis of the wavelength conversion element 27 refers to the light beam formed in the wavelength conversion element 27. It means the optical axis of the waveguide.
  • the excitation light emitted from the semiconductor laser element 15 enters the optical waveguide (not shown) of the laser medium 7, and the fundamental laser light oscillated by the solid-state laser element SL is wavelength-converted.
  • the upper surfaces 1a, 10a, and 20a of the respective blocks 1, 10, and 20 are arranged in the same direction so as to enter an optical waveguide (not shown) of the element 27.
  • the light emitting end of the semiconductor laser element 15 is on the laser medium 7 side, and the light emitting end of the laser medium 7 is on the wavelength conversion element 27 side.
  • An optical thin film functioning as a resonator mirror is provided at each of the light incident end of the optical waveguide in the laser medium 7 and the light incident end of the optical waveguide in the wavelength conversion element 27, and the laser resonator is formed by these optical thin films.
  • LR is formed.
  • the laser resonator LR and the optical waveguide in the laser medium 7 constitute a solid-state laser element SL.
  • the excitation light EL oscillated by the semiconductor laser element 15 enters the optical waveguide of the laser medium 7, and the fundamental laser light FL is oscillated from the optical waveguide.
  • This fundamental laser beam FL is repeatedly reflected and amplified in the laser resonator LR, a part of which is incident on the optical waveguide of the wavelength conversion element 27 to be wavelength-converted to become the second harmonic SH.
  • the light is emitted from the element 27.
  • the fundamental laser beam oscillated by the laser medium 7 is an infrared laser beam in the 1060 nm band
  • a green laser beam having a wavelength of 530 nm band, which is the second harmonic SH can be obtained.
  • the side surface on the second block 10 side in the first block 1 is parallel to the optical axis of the laser medium 7, and the side surface on the first block 1 side in the second block 10 is parallel to the optical axis of the semiconductor laser element 15. Therefore, it is easy to suppress the inclination of the first block 1 in the XY plane.
  • the side surface on the third block 20 side in the first block 1 is parallel to the optical axis of the laser medium 7, and the side surface on the first block 1 side in the third block 20 is parallel to the optical axis of the wavelength conversion element 27. Therefore, it is easy to suppress the inclination of the third block 20 in the XY plane.
  • the light incident end and the light emitting end of the laser medium 7 are shaped in advance so as to be orthogonal to the optical axis of the laser medium 7, and the light emission of the semiconductor laser element 15 is orthogonal to the optical axis of the semiconductor laser element 15.
  • the end in advance and shaping the light incident end of the wavelength conversion element 27 in advance so as to be orthogonal to the optical axis of the wavelength conversion element 27, active alignment between the semiconductor laser element 15 and the laser medium 7, and It becomes easy to accurately perform active alignment between the laser medium 7 and the wavelength conversion element.
  • the alignment accuracy between the optical axis of the laser medium 7 and the optical axis of the wavelength conversion element 27 it is easy to increase the alignment accuracy between the optical axis of the laser medium 7 and the optical axis of the wavelength conversion element 27 to the order of ⁇ m or sub- ⁇ m.
  • the alignment accuracy is increased to the order of ⁇ m or sub- ⁇ m, the optical loss in the laser resonator RL (see FIG. 2) is greatly reduced, and the output intensity of the optical module 50 increases. It becomes easy to obtain a high-power optical module that oscillates laser light of a desired wavelength, for example, green laser light.
  • the optical module 50 it is easy to position the optical axis of the semiconductor laser element 15, the optical axis of the laser medium 7, and the optical axis of the wavelength conversion element 27 on one optical axis OA (see FIG. 2). .
  • the optical module 50 can be easily downsized.
  • FIG. The optical module of the present invention can also be made into a multi-emitter.
  • a first block in which a laser medium having a plurality of optical waveguides is mounted on the upper surface a second block in which a plurality of excitation light sources are mounted on the upper surface, and a plurality of wavelength conversions
  • a second block among the third blocks on which the element or one wavelength conversion element on which a plurality of optical waveguides are formed is mounted on the upper surface is fixed to the substrate, and the remaining two blocks are in a predetermined arrangement on the block. Fixed.
  • FIG. 3 is a perspective view schematically showing an example of a multi-emitter optical module.
  • the optical module 50A shown in the figure is provided with a first block 1A, a second block 10A, and a third block 20A in place of the first block 1, the second block 10, and the third block 20 shown in FIG. Has the same configuration as the optical module 50 shown in FIG.
  • the first block 1A differs from the first block 1 shown in FIG. 1 except that the first block 1A includes a waveguide type solid laser medium 7A having a plurality of optical waveguides instead of the laser medium 7 shown in FIG. It has the same configuration.
  • the second block 10A has the same configuration as the second block 10 shown in FIG. 1, except that the semiconductor laser element 15A having a plurality of laser oscillators is provided instead of the semiconductor laser element 15 shown in FIG. have.
  • the third block 20A has a waveguide type wavelength conversion element 27A having a plurality of optical waveguides instead of the wavelength conversion element 27 shown in FIG.
  • the configuration is the same as that of the block 20. 3 that are the same as those shown in FIG. 1 are assigned the same reference numerals as those used in FIG. 1 and description thereof is omitted.
  • Each laser oscillator in the semiconductor laser element 15A oscillates excitation light for the laser medium 7A.
  • Excitation light emitted from the individual laser oscillators in the semiconductor laser element 15A is incident on separate optical waveguides in the laser medium 7A, and each fundamental laser beam emitted from the individual optical waveguides in the laser medium 7A is a laser beam.
  • Amplified by a resonator (not shown) and enters a separate optical waveguide in the wavelength conversion element 27A. That is, the optical module 50A has a solid-state laser array SLA instead of the solid-state laser SL shown in FIG. 1, and emits a plurality of laser beams having a predetermined wavelength.
  • the optical waveguides in the laser medium 7A, the laser oscillators in the semiconductor laser element 15A, and the optical waveguides in the wavelength conversion element 27A are under a predetermined accuracy.
  • the same technical effect as that of the optical module 50 can be obtained for the same reason as in the optical module 50 shown in FIG. It becomes easy to obtain a high-power optical module that oscillates laser light of a desired wavelength, for example, green laser light. Further, the optical module 50A can be easily downsized.
  • Embodiment 3 In the optical module of the present invention, a light guide that receives excitation light from an external light source and emits it toward the laser medium can be used as the excitation light source of the laser medium.
  • FIG. 4 is a perspective view schematically showing an example of an optical module provided with a light guide as an excitation light source of a laser medium.
  • the optical module 150 shown in the figure includes a mount 30B having a second block 110 instead of the second block 10 shown in FIG. 1, and the bottom surface of the second block 110 is fixed to the substrate 40. Except for each point, it has the same configuration as the optical module 50 shown in FIG. 4 that are the same as those shown in FIG. 1 are assigned the same reference numerals as those used in FIG. 1 and description thereof is omitted.
  • the light guide 113 is fixed to the upper surface 111a of the second block 110 by a bonding material (not shown).
  • the second block 110 is a flat member having two side surfaces orthogonal to the optical axis of the excitation light emitted from the light guide 113, and is made of, for example, a metal material or an alloy material.
  • the light guide 113 receives excitation light for the laser medium 7 from an external light source (not shown) and emits the excitation light to the laser medium 7 side.
  • the bottom surface of the second block 110 is bonded to the main surface 40a of the substrate 40 with a bonding material (not shown) and fixed to the substrate 40.
  • a bonding material (not shown)
  • One of the side surfaces is bonded by a bonding material (not shown).
  • the other side surface of the first block 1 that is orthogonal to the optical axis of the laser medium 7 is the other side surface of the third block 20 that is orthogonal to the optical axis of the wavelength conversion element 27.
  • One of these is fixed by a bonding material (not shown).
  • the same technical effect as that of the optical module 50 can be obtained for the same reason as in the optical module 50 shown in FIG. It becomes easy to obtain a high-power optical module that oscillates laser light of a desired wavelength, for example, green laser light. In addition, the optical module 150 can be easily downsized.
  • the side surface on the second block side in the first block and the side surface on the first block side in the second block have the upper surface of the first block and the upper surface of the second block located on the same plane or parallel to each other. If it is easy to achieve, it may be inclined at a predetermined angle without being orthogonal to the optical axis of the laser medium or the optical axis of the excitation light.
  • the side surface on the third block side in the first block and the side surface on the first block side in the third block are such that the upper surface of the first block and the upper surface of the third block are located on the same plane, or If it is easy to make them parallel, they may be inclined at a predetermined angle without being orthogonal to the optical axis of the laser medium or the optical axis of the wavelength conversion element.
  • optical module In order to obtain a small and high-power optical module that oscillates green laser light, it is preferable to use a waveguide type wavelength conversion element, but depending on the performance required of the optical module, wavelengths other than the waveguide type may be used. It is also possible to use a conversion element. The same applies to the laser medium. Also, the structure of the laser resonator can be changed as appropriate. Further, it can be appropriately selected which of the first to third blocks is fixed to the substrate.
  • the optical module according to the present invention can be variously modified, modified, combined, and the like in addition to those described above.
  • the optical module of the present invention is used as an optical module constituting a light source of a video display device such as a laser TV or a projector or a printing device such as a laser printer, and also as a substitute for a laser oscillator often used for industrial and business purposes. be able to.

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Abstract

　基本波レーザ光を発振する固体レーザ素子と、固体レーザ素子を励起する励起光源と、固体レーザ素子が発振した基本波レーザ光を波長変換する波長変換素子とが搭載されたマウントと、マウントを支持する基板とを備えた光モジュールを構成するにあたり、マウンを３つのブロック、すなわちレーザ媒質が搭載された第１ブロック、励起光源が搭載された第２ブロック、および波長変換素子が搭載された第３ブロックに分割し、第２ブロックのみを該第２ブロックの側面または底面で基板に固定し、第２ブロックの他の側面に第１ブロックを固定し、第１ブロックの側面に第３ブロックを固定する。

Description

光モジュール
　この発明は、レーザ素子から発振された基本波レーザ光を波長変換素子で所定波長のレーザ光に変換して出力する光モジュールに関するものである。
　波長５３０ｎｍ帯の緑色のレーザ光を発振する光モジュールを得るにあたっては、多くの場合、１０６０ｎｍ帯の赤外レーザ光を基本波レーザ光として用い、該基本波レーザ光を波長変換素子で波長変換している。このため、緑色のレーザ光を発振する光モジュールは、一般に、基本波レーザ光を発振する固体レーザ素子、該固体レーザ素子を励起する励起光源、および波長変換素子を用いて構成される。
　上記の光モジュールでは、固体レーザ素子を構成するレーザ共振器での光損失が多くなると当該光モジュールの発熱量が多くなり、性能が低下する。このため、当該光モジュールの高出力化を図るうえからはレーザ共振器内での光損失を低減させることが必須であり、そのためには固体レーザ素子の光軸と波長変換素子の光軸とのアライメント精度を高めることが必要となる。
　上記のタイプの光モジュールではないが、例えば特許文献１に記載された半導体レーザ光源一体型光導波路装置では、光導波路が形成された光導波路素子の表面から上記光導波路の光入射端の中心軸までの距離と半導体レーザの表面から発光端の中心軸までの距離とを一致させることで、光導波路素子の軸心と半導体レーザの軸心とを正確に位置設定できるようにしている。この光導波路装置では、接着剤やはんだ等の接合材により光導波路素子と半導体レーザとが共通の基板上に並置して固定される。
　また、特許文献２に記載された電気光学システムでは、第１のサブマウントと第２のサブマウントとを互いに分離して設け、第１のサブマウントに二次ヒートシンクを装着すると共に該二次ヒートシンクから第１のサブマウント上に張り出すようにして能動的利得媒体（レーザ・クリスタル等）を設け、能動的利得媒体用のポンプ源（レーザダイオード）を第２のサブマウントでの第１のサブマウント側の側壁部に装着している。このように能動利得媒体およびポンプ源を配置することで、これら能動的利得媒体とポンプ源との間隔を正確なものとしている。当該特許文献２に具体的に記載された形態では、第２のサブマウントの上面側に形成された凹部に能動的利得媒体の一端が係合している。
特開平０５－２８９１３２号公報 特開２００１－０８５７６７号公報
　例えば、固体レーザ素子と波長変換素子とをこれらの光軸のアライメント精度がμｍオーダーないしサブμｍオーダーとなるように組み合わせてレーザ共振器を構成すれば、当該レーザ共振器内での光損失が大幅に低減されるので、出力強度の高い光モジュールを得ることができる。
　しかしながら、例えば特許文献１に記載された光導波路装置での光導波路素子と半導体レーザとの固定方法のように、共通の基板上に固体レーザ素子と波長変換素子とを接合材で固定すると、サブμｍオーダーの部材加工精度を得ることや、接合材の厚みを正確に管理し難いことから、固体レーザ素子の光軸と波長変換素子の光軸とのアライメント精度をμｍオーダーないしサブμｍオーダーにまで高めることが困難になる。
　また、特許文献２に具体的に記載された電気光学システムでの能動的利得媒体とポンプ源との配置形態に準じて固体レーザ素子と波長変換素子とを配置すると、第２サブマウントの上面側に形成された凹部によって固体レーザ素子と波長変換素子との相対位置が規制されてしまうため、当該相対位置の微調整をし難い。そのため、固体レーザ素子の光軸と波長変換素子の光軸とのアライメント精度をμｍオーダーないしサブμｍオーダーにまで高めることが困難である。
　この発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、固体レーザ素子の光軸と波長変換素子の光軸とのアライメント精度を高め易い光モジュールを得ることを目的とする。
　上記の目的を達成するこの発明のレーザモジュールは、基本波レーザ光を発振する固体レーザ素子と、固体レーザ素子を励起する励起光源と、固体レーザ素子が発振した基本波レーザ光を波長変換する波長変換素子とが搭載されたマウントと、マウントを支持する基板とを備え、マウントは、固体レーザ素子のレーザ媒質が搭載された第１ブロックと、励起光源が搭載された第２ブロックと、波長変換素子が搭載された第３ブロックとに３分割されており、第２ブロックのみが該第２ブロックの側面または底面で基板に固定され、第２ブロックの他の側面に第１ブロックが固定され、第１ブロックの側面に第３ブロックが固定されていることを特徴とするものである。
　この発明の光モジュールでは、固体レーザ素子のレーザ媒質が搭載された第１ブロック、励起光源が搭載された第２ブロック、および波長変換素子が搭載された第３ブロックのうちの第２ブロックのみが基板に固定されるので、第２ブロックに対する第１ブロックおよび第３ブロックの相対位置を調整し易い。このため、少なくともレーザ媒質および波長変換素子については、これらの光軸のアライメント精度がμｍオーダーないしサブμｍオーダーとなるようにアクティブアライメントにより位置合わせすることも容易である。レーザ媒質と波長変換素子とを用いて固体レーザ素子用のレーザ共振器を構成したときでも、該レーザ共振器内での光損失を容易に抑えることができる。
　したがって、この発明によれば、固体レーザ素子の光軸と波長変換素子の光軸とのアライメント精度を高め易い光モジュールを得ることができ、所望波長のレーザ光を発振する高出力の光モジュールを得ることが容易になる。
図１は、この発明の光モジュールの一例を概略的に示す斜視図である。 図２は、図１に示した光モジュールを概略的に示す側面図である。 図３は、この発明の光モジュールのうちでマルチエミッタ化されたものの一例を概略的に示す斜視図である。 図４は、この発明の光モジュールのうちでレーザ媒質の励起光源としてライトガイドを備えたものの一例を概略的に示す斜視図である。
符号の説明
　１，１Ａ　第１ブロック
　７，７Ａ　レーザ媒質
　１０，１０Ａ　第２ブロック
　１５，１５Ａ　半導体レーザ素子１５
　２０，２０Ａ　第３ブロック
　２７，２７Ａ　波長変換素子
　３０Ａ，３０Ｂ　マウント
　４０　基板
　５０，５０Ａ　光モジュール
　１１０　第２ブロック
　１１３　ライトガイド
　１５０　光モジュール
　ＬＲ　レーザ共振器
　ＳＬ　固体レーザ素子
　ＳＬＡ　固体レーザアレイ
　以下、この発明の光モジュールの実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、この発明は下記の実施の形態に限定されるものではない。
実施の形態１．
　図１は、この発明の光モジュールの一例を概略的に示す斜視図である。同図に示す光モジュール５０は、第１ブロック１、第２ブロック１０、および第３ブロック２０の計３つのブロックに分割されたマウント３０Ａと、基板４０とを備えている。
　上記の第１ブロック１の上面１ａには薄板状の応力緩衝部材３が接合材（図示せず）により固定され、応力緩衝部材３上にはヒートシンク５が接合材（図示せず）により固定され、ヒートシンク５上にはレーザ媒質７が接合材（図示せず）により固定されて搭載されている。第１ブロック１は、レーザ媒質７の光軸と直交する２つの側面を有する平板状の部材であり、例えば金属材料や合金材料により作製される。応力緩衝部材３は、第１ブロック１とヒートシンク５との線膨張係数差に起因して生じる熱応力を緩和する。
　第１ブロック１でのヒートシンク５は、光モジュール５０の動作時にレーザ媒質７に所定パターンの熱分布を形成し、この熱分布によりレンズ効果を発現させてレーザ媒質７内での光拡散を抑制する。そのために、当該ヒートシンク５でのレーザ媒質７側には、複数の接合面を有する櫛型の接合部が形成されている。レーザ媒質７は固体レーザ素子に用いられる導波路型のレーザ媒質であり、基本波レーザ光を発振する１つの光導波路を有している。光モジュール５０が緑色のレーザ光を発振するものである場合には、例えばＮｄ：ＹＶＯ3（ネオジウムドープバナジン酸イットリウム）等のレーザ媒質により上記の光導波路が形成される。このレーザ媒質７は、後述するレーザ共振器ＬＲと共に固体レーザ素子ＳＬを構成する。
　第２ブロック１０の上面１０ａにはサブマウント１３が接合材（図示せず）により固定され、サブマウント１３上には半導体レーザ素子１５が接合材（図示せず）により固定されて搭載されている。半導体レーザ素子１５は、自己発熱で高温度になるとその発光効率が急減し、寿命も短くなるという性質があるため、第２ブロック１０は、熱伝導率の高い例えば銅や銅タングステン等の銅系材料により作製されてヒートシンクとして機能する。この第２ブロック１０は平板状の部材であり、半導体レーザ素子１５の光軸と直交する２つの側面を有している。
　サブマウント１３は、電気絶縁材料により作製され、第２ブロック１０と半導体レーザ素子１３との線膨張係数差に起因してこれら第２ブロック１０と半導体レーザ素子１５との間に生じる熱応力を緩和する。半導体レーザ素子１５は、図示を省略した外部回路に接続されて、上記固体レーザ素子ＳＬの励起光を出射する励起光源として機能する。例えば、レーザ媒質７での光導波路がＮｄ：ＹＶＯ3により形成されている場合には、波長８００ｎｍ帯の近赤外レーザ光を発振するレーザ素子が当該半導体レーザ素子１５として用いられる。
　第３ブロック２０の上面２０ａには温度制御器２３が接合材（図示せず）により固定され、温度制御器２３上には均熱板２５が接合材（図示せず）により固定され、均熱板２５上には波長変換素子２７が接合材（図示せず）により固定されて搭載されている。第３ブロック２０は、波長変換素子２７の光軸と直交する２つの側面を有する平板状の部材であり、銅系材料や該銅系材料よりも熱抵抗が大きい金属材料ないし合金材料、例えばステンレス鋼により作製される。第３ブロック２０を銅系材料よりも熱抵抗が大きい金属材料ないし合金材料により作製した場合には、温度制御器２３による波長変換素子２７の温度制御が容易になる。
　温度制御器２３は、例えば発熱体を用いて構成されて、波長変換素子２７の温度を所定の温度に制御する。この温度制御器２３は、図示を省略した外部回路に接続されている。均熱板２５は、例えば銅やアルミニウム等の熱伝導性が良好な金属材料ないし合金材料により作製されて、温度制御器２３により波長変換素子２７が均一に温度制御されるように、当該均熱板２５と波長変換素子２７との接合面内の温度分布を均一化する。波長変換素子２７は、例えばニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ3）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）等の非線形光学材料により形成された光導波路を有する導波路型のものであり、その波長変換効率には温度依存性がある。このため、温度制御器２３により所定の温度に保持される。
　基板４０は、上述した第１～第３ブロック１，１０，２０を支持する部材であり、必要に応じてステムとしての機能が付与される。図示の光モジュール５０では、基板４０の主面４０ａ上に第２ブロック１０のみが接合材（図示せず）により固定されている。
　図２は、図１に示した光モジュールを概略的に示す側面図である。同図に示すように、光モジュール５０では、第２ブロック１０の側面のうちで半導体レーザ素子１５の光軸と直交する２つの側面の一方が接合材（図示せず）により基板４０の主面４０ａに接合され、他方の側面に第１ブロック１の側面のうちでレーザ媒質７の光軸と直交する２つの側面の一方が接合材（図示せず）により接合されている。また、第１ブロック１の側面のうちでレーザ媒質７の光軸と直交する２つの側面の他方には、第３ブロック２０の側面のうちで波長変換素子２７の光軸と直交する２つの側面の一方が接合材（図示せず）固定されている。なお、レーザ媒質７の光軸とは、当該レーザ媒質７に形成されている光導波路の光軸を意味し、波長変換素子２７の光軸とは、当該波長変換素子２７に形成されている光導波路の光軸を意味する。
　各ブロック１，１０，２０は、半導体レーザ素子１５から出射した励起光がレーザ媒質７の光導波路（図示せず）に入射し、かつ固体レーザ素子ＳＬで発振された基本波レーザ光が波長変換素子２７の光導波路（図示せず）に入射するように、各々のブロック１，１０，２０の上面１ａ，１０ａ，２０ａを同じ方向に向けて配置されている。半導体レーザ素子１５の光出射端はレーザ媒質７側にあり、レーザ媒質７の光出射端は波長変換素子２７側にある。
　レーザ媒質７での光導波路の光入射端および波長変換素子２７での光導波路の光入射端の各々には共振器ミラーとして機能する光学薄膜が設けられており、これらの光学薄膜によりレーザ共振器ＬＲが形成される。このレーザ共振器ＬＲとレーザ媒質７での光導波路とにより固体レーザ素子ＳＬが構成される。
　このように構成された光モジュール５０では、半導体レーザ素子１５で発振された励起光ＥＬがレーザ媒質７の光導波路に入射して、当該光導波路から基本波レーザ光ＦＬが発振される。この基本波レーザ光ＦＬは、レーザ共振器ＬＲ内で反射を繰り返して増幅され、その一部が波長変換素子２７の光導波路に入射して波長変換され、第２高調波ＳＨとなって波長変換素子２７から出射する。レーザ媒質７で発振される基本波レーザ光が１０６０ｎｍ帯の赤外レーザ光であるときには、その第２高調波ＳＨである波長５３０ｎｍ帯の緑色レーザ光を得ることができる。
　レーザ媒質７、半導体レーザ素子１５、および波長変換素子２７それぞれの光軸の方向をＺ軸とし、各ブロック１，１０，２０の高さ方向をＹ軸としてＸＹＺ座標系（図１参照）を想定すると、第２ブロック１０のみが基板４０に固定されるので、光モジュール５０を組み立てる際には、第１ブロック１および第３ブロック２０の各々を第２ブロック１０の外側でＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向のいずれの方向にも自由に変位させることができる。第２ブロック１０に対する第１ブロック１の相対位置、および第１ブロック１に対する第３ブロックの相対位置を自由に調整することができる。
　このとき、第１ブロック１での第２ブロック１０側の側面がレーザ媒質７の光軸と平行で、第２ブロック１０での第１ブロック１側の側面が半導体レーザ素子１５の光軸と平行であることから、Ｘ－Ｙ平面内での第１ブロック１の傾きを抑制することが容易である。同様に、第１ブロック１での第３ブロック２０側の側面がレーザ媒質７の光軸と平行で、第３ブロック２０での第１ブロック１側の側面が波長変換素子２７の光軸と平行であることから、Ｘ－Ｙ平面内での第３ブロック２０の傾きを抑制することが容易である。
　したがって、レーザ媒質７の光軸と直交するように当該レーザ媒質７の光入射端および光出射端を予め成形し、半導体レーザ素子１５の光軸と直交するように当該半導体レーザ素子１５の光出射端を予め成形し、波長変換素子２７の光軸と直交するように当該波長変換素子２７の光入射端を予め成形しておくことにより、半導体レーザ素子１５とレーザ媒質７とのアクティブアライメント、およびレーザ媒質７と波長変換素子とのアクティブアライメントを正確に行うことが容易になる。
　例えばレーザ媒質７の光軸と波長変換素子２７の光軸とのアライメント精度をμｍオーダーないしサブμｍオーダーにまで高めることも容易である。当該アライメント精度がμｍオーダーないしサブμｍオーダーにまで高まれば、レーザ共振器ＲＬ（図２参照）内での光損失が大幅に低減されるので、光モジュール５０の出力強度が増大する。所望波長のレーザ光、例えば緑色のレーザ光を発振する高出力の光モジュールを得ることが容易になる。
　また、半導体レーザ素子１５の光軸とレーザ媒質７の光軸とのアライメント精度を高めることも容易である。使用する半導体レーザ素子１５の発振位置が当該半導体レーザ素子１５の製造ばらつきによりばらついていても、第２ブロック１０に対する第１ブロック１の相対位置を適宜調整することにより、半導体レーザ素子１５の発振位置に応じて当該半導体レーザ素子１５とレーザ媒質７とをアライメントすることができる。したがって、光モジュール５０では、半導体レーザ素子１５の光軸、レーザ媒質７の光軸、および波長変換素子２７の光軸を１つの光軸ＯＡ（図２参照）上に位置させることが容易である。また、当該光モジュール５０の小型化も容易である。
実施の形態２．
　この発明の光モジュールは、マルチエミッタ化することもできる。マルチエミッタ化する場合には、例えば、複数個の光導波路を有するレーザ媒質が上面に搭載された第１ブロック、複数個の励起光源が上面に搭載された第２ブロック、および複数個の波長変換素子または複数個の光導波路が形成された１個の波長変換素子が上面に搭載された第３ブロックのうちの第２ブロックが基板に固定され、当該ブロックに残り２つのブロックが所定の配置で固定される。
　図３は、マルチエミッタ化された光モジュールの一例を概略的に示す斜視図である。同図に示す光モジュール５０Ａは、図１に示した第１ブロック１、第２ブロック１０、第３ブロック２０に代えて第１ブロック１Ａ、第２ブロック１０Ａ、第３ブロック２０Ａを備えている以外は、図１に示した光モジュール５０と同様の構成を有している。
　第１ブロック１Ａは、図１に示したレーザ媒質７に代えて複数個の光導波路を有する導波路型の固体レーザ媒質７Ａを備えている点を除き、図１に示した第１ブロック１と同様の構成を有している。第２ブロック１０Ａは、図１に示した半導体レーザ素子１５に代えて複数個のレーザ発振器を有する半導体レーザ素子１５Ａを備えている点を除き、図１に示した第２ブロック１０と同様の構成を有している。そして、第３ブロック２０Ａは、図１に示した波長変換素子２７に代えて複数個の光導波路を有する導波路型の波長変換素子２７Ａを備えている点を除き、図１に示した第３ブロック２０と同様の構成を有している。図３に示した構成部材のうちで図１に示した構成部材と共通するものについては、図１で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
　半導体レーザ素子１５Ａ中の個々のレーザ発振器は、レーザ媒質７Ａ用の励起光を発振する。半導体レーザ素子１５Ａ中の個々のレーザ発振器から出射した励起光は、レーザ媒質７Ａ中の別々の光導波路に入射し、レーザ媒質７Ａ中の個々の光導波路から出射した各基本波レーザ光は、レーザ共振器（図示せず）で増幅されて波長変換素子２７Ａ中の別々の光導波路に入射する。すなわち、光モジュール５０Ａは、図１に示した固体レーザＳＬに代えて固体レーザアレイＳＬＡを有し、所定波長のレーザ光を複数本出射する。
　このように構成された光モジュール５０Ａにおいても、レーザ媒質７Ａでの各光導波路、半導体レーザ素子１５Ａでの各レーザ発振器、および波長変換素子２７Ａでの各光導波路を予め定められた精度の下に形成しておくことにより、図１に示した光モジュール５０におけるのと同様の理由から、当該光モジュール５０と同様の技術的効果を得ることができる。所望波長のレーザ光、例えば緑色のレーザ光を発振する高出力の光モジュールを得ることが容易になる。また、光モジュール５０Ａの小型化も容易である。
実施の形態３．
　この発明の光モジュールにおいては、レーザ媒質の励起光源として、外部の光源から励起光を受光してレーザ媒質側に出射するライトガイドを用いることもできる。
　図４は、レーザ媒質の励起光源としてライトガイドを備えた光モジュールの一例を概略的に示す斜視図である。同図に示す光モジュール１５０は、図１に示した第２ブロック１０に代えて第２ブロック１１０を有するマウント３０Ｂを備えている点、および第２ブロック１１０の底面が基板４０に固定されている点をそれぞれ除き、図１に示した光モジュール５０と同様の構成を有している。図４に示した構成部材のうちで図１に示した構成部材と共通するものについては、図１で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
　上記の第２ブロック１１０の上面１１１ａにはライトガイド１１３が接合材（図示せず）により固定されている。第２ブロック１１０は、ライトガイド１１３から出射する励起光の光軸と直交する２つの側面を有する平板状の部材であり、例えば金属材料や合金材料等により作製される。ライトガイド１１３は、図示を省略した外部の光源からレーザ媒質７用の励起光を受光して、該励起光をレーザ媒質７側に出射する。
　この第２ブロック１１０は、その底面が接合材（図示せず）により基板４０の主面４０ａに接合されて、当該基板４０に固定されている。第２ブロック１１０の側面のうちでライトガイド１１３から出射する励起光の光軸と直交する２つの側面の一方に、第１ブロック１の側面のうちでレーザ媒質７の光軸と直交する２つの側面の一方が接合材（図示せず）により接合されている。また、第１ブロック１の側面のうちでレーザ媒質７の光軸と直交する２つの側面の他方には、第３ブロック２０の側面のうちで波長変換素子２７の光軸と直交する２つの側面の一方が接合材（図示せず）により固定されている。
　このように構成された光モジュール１５０においても、図１に示した光モジュール５０におけるのと同様の理由から、当該光モジュール５０と同様の技術的効果を得ることができる。所望波長のレーザ光、例えば緑色のレーザ光を発振する高出力の光モジュールを得ることが容易になる。また、光モジュール１５０の小型化も容易である。
　以上、この発明の光モジュールについて実施の形態を挙げて説明したが、前述のように、この発明は上述の形態に限定されるものではない。例えば、第１ブロックにおける第２ブロック側の側面、および第２ブロックにおける第１ブロック側の側面は、第１ブロックの上面と第２ブロックの上面とを同一平面上に位置させるか、または互いに平行にすることが容易であれば、レーザ媒質の光軸または励起光の光軸と直交せずに所定の角度で傾斜していてもよい。
　同様に、第１ブロックにおける第３ブロック側の側面、および第３ブロックにおける第１ブロック側の側面は、第１ブロックの上面と第３ブロックの上面とを同一平面上に位置させるか、または互いに平行にすることが容易であれば、レーザ媒質の光軸または波長変換素子の光軸と直交せずに所定の角度で傾斜していてもよい。
　緑色レーザ光を発振する小型で高出力の光モジュールを得るうえからは、波長変換素子として導波路型のものを用いることが好ましいが、光モジュールに求められる性能によっては、導波路型以外の波長変換素子を用いることも可能である。レーザ媒質についても同様である。また、レーザ共振器の構造も適宜変更可能である。そして、第１～第３ブロックのうちのどのブロックを基板に固定するかについても、適宜選定可能である。この発明の光モジュールについては、上述したもの以外にも種々の変形、修飾、組み合わせ等が可能である。
　この発明の光モジュールは、レーザテレビやプロジェクタ等の映像表示装置あるいはレーザプリンタ等の印刷装置等の光源を構成する光モジュールとして、さらに産業用・業務用に多く用いられるレーザ発振器の代替品として用いることができる。

Claims (8)

  1. 　基本波レーザ光を発振する固体レーザ素子と、該固体レーザ素子を励起する励起光源と、前記固体レーザ素子が発振した基本波レーザ光を波長変換する波長変換素子とが搭載されたマウントと、該マウントを支持する基板とを備え、
    　前記マウントは、前記固体レーザ素子のレーザ媒質が搭載された第１ブロックと、前記励起光源が搭載された第２ブロックと、前記波長変換素子が搭載された第３ブロックとに３分割されており、
    　前記第２ブロックのみが該第２ブロックの側面または底面で前記基板に固定され、前記第２ブロックの他の側面に前記第１ブロックが固定され、該第１ブロックの側面に前記第３ブロックが固定されていることを特徴とする光モジュール。
  2. 　前記第１ブロックでの前記第３ブロック側の側面は、前記第３ブロックでの前記第１ブロック側の側面と互いに平行であることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
  3. 　前記第１ブロックでの前記第２ブロック側の側面は、前記第２ブロックでの前記第１ブロック側の側面と互いに平行であることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
  4. 　前記励起光源は半導体レーザ素子であることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
  5. 　前記励起光源は、外部の光源から前記励起光を受光して前記レーザ媒質側に出射するライトガイドであることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
  6. 　前記レーザ媒質は導波路型のレーザ媒質であることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール
  7. 　前記波長変換素子は導波路型の波長変換素子であることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
  8. 　前記第２ブロックが前記基板に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
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