WO2022249357A1 - レーザ素子及び電子機器 - Google Patents

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WO2022249357A1
WO2022249357A1 PCT/JP2021/020071 JP2021020071W WO2022249357A1 WO 2022249357 A1 WO2022249357 A1 WO 2022249357A1 JP 2021020071 W JP2021020071 W JP 2021020071W WO 2022249357 A1 WO2022249357 A1 WO 2022249357A1
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laser
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light
reflective layer
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豪 平野
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ソニーグループ株式会社
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    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/0941—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode
    • H—ELECTRICITY
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    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/11—Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
    • H01S3/1123—Q-switching
    • H01S3/113—Q-switching using intracavity saturable absorbers
    • H—ELECTRICITY
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    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers

Definitions

  • the present disclosure relates to laser elements and electronic devices.
  • the peak power of a laser is defined as pulse energy ⁇ pulse width, and it is important to obtain a shorter pulse width in order to obtain higher peak power.
  • a Q-switched solid-state laser that outputs laser pulses is characterized in that the length of its own cavity is proportional to the pulse width obtained, and the minimum cavity length is determined by the length of the solid-state laser medium used.
  • the length of the solid-state laser medium installed in the cavity as the gain medium is determined by the amount of absorption of the pumping light. However, the excitation efficiency is remarkably lowered without
  • the length of the solid-state laser medium is not preferable to make the length of the solid-state laser medium shorter than the excitation light absorption length, and it is not possible to obtain a shorter pulse.
  • the length of the solid-state laser medium is shortened in an attempt to obtain a short pulse width, the amount of pumping light absorbed is reduced and the pumping efficiency is lowered.
  • the thickness of the solid-state laser medium that can be used is limited by the absorption length determined by the wavelength of the excitation semiconductor laser and the absorption coefficient of the solid-state laser medium at that wavelength.
  • the absorption length for excitation light with a wavelength of 808 nm is about 10 mm.
  • the remaining excitation light that has not been absorbed returns to the semiconductor laser side to destabilize the operation or cause heat generation.
  • a method of folding excitation light many times has been proposed, but it requires a complicated excitation optical system and has problems of miniaturization and low cost.
  • Patent Document 3 a method of integrally laminating a surface-emitting laser (VCSEL) for excitation and a solid-state laser medium has been proposed.
  • VCSEL surface-emitting laser
  • the excitation laser and the Q-switched solid-state laser share a resonator.
  • the cavity length can be shortened on the Q-switched solid-state laser side, but the cavity length on the pumping laser side becomes longer because it resonates including the solid-state laser medium.
  • the diffraction loss generally increases, so the optical density in the semiconductor cavity decreases. That is, when the cavity length on the surface emitting laser side becomes longer, the excitation light density in the solid-state laser medium decreases. This reduces the output of the solid-state laser.
  • the present disclosure provides a laser element and an electronic device capable of suppressing diffraction loss during laser resonance.
  • a laminated semiconductor layer having a first reflective layer for a first wavelength and an active layer that performs surface emission of the first wavelength, A second reflective layer for a second wavelength on a first surface facing the laminated semiconductor layer disposed on the rear side of the optical axis of the laminated semiconductor layer, and a second reflective layer for the first wavelength on a second surface opposite to the first surface.
  • a laser medium having a third reflective layer for a fourth reflective layer for the second wavelength, disposed on the second surface or disposed on the rear side of the optical axis from the second surface; a first resonator that resonates the light of the first wavelength between the first reflective layer and the third reflective layer; a second resonator that resonates the light of the second wavelength between the second reflective layer and the fourth reflective layer;
  • the first resonator has an optical element for condensing the light of the first wavelength in an optical axis direction,
  • a laser element is provided in which the optical axis of the laminated semiconductor layer, the optical axis of the laser medium, and the optical axis of the optical element are arranged on one axis.
  • the optical element may have a concave mirror.
  • the concave mirror may have a multilayer film structure in which at least one of a semiconductor material, a metal material, and a dielectric material is laminated.
  • At least one of the first reflective layer and the third reflective layer may have the concave mirror.
  • the laminated semiconductor layer has a first semiconductor layer having a concave end face on the first reflective layer side,
  • the concave mirror may be stacked on the first semiconductor layer.
  • the laser medium has a concave end surface on the side of the third reflective layer,
  • the concave mirror may be laminated on the end surface of the laser medium.
  • the optical element may be bonded to an end surface of the laser medium opposite to the side facing the laminated semiconductor layer.
  • the optical element has a first transparent material layer that transmits light of the second wavelength, a first end surface of the first transparent material layer joined to the laser medium is flat, and a second end surface on the opposite side of the first end surface is concave;
  • the concave mirror may be arranged along the second end surface.
  • An end surface of the second transparent material layer opposite to the joint surface with the first transparent material layer may be a flat surface.
  • the optical element may have a light refracting member that refracts incident light in the optical axis direction.
  • the laminated semiconductor layer has a fifth reflective layer disposed closer to the laser medium than the active layer and transmitting part of the light of the first wavelength,
  • the light refraction member may be disposed between the fifth reflective layer and the second reflective layer.
  • the light refraction member may have a convex end surface on the side of the laminated semiconductor layer facing the laser medium.
  • the optical element is bonded to an end surface of the laminated semiconductor layer facing the laser medium;
  • the optical refraction member may have a convex end surface on a side of the optical element facing the laser medium.
  • the optical element has a transparent material layer that is bonded to the photorefractive member and transmits the light of the first wavelength;
  • the transparent material layer has a lower refractive index than the photorefractive member,
  • a joint surface of the transparent material layer with the photorefractive member may be concave, an end surface opposite to the joint surface may be flat, and an end surface of the laser medium may be joined to the flat surface.
  • the light refraction member may have a convex end face on the side of the laser medium facing the laminated semiconductor layer.
  • the second reflective layer may be arranged along the convex end surface.
  • the optical element has a transparent material layer that is bonded to the photorefractive member and transmits the light of the first wavelength;
  • a bonding surface of the transparent material layer with the photorefractive member may be concave, an end surface opposite to the bonding surface may be flat, and an end surface of the laminated semiconductor layer may be bonded to the flat surface.
  • Some of the semiconductor layers including the active layer in the laminated semiconductor layer are divided into a plurality of divided regions by an insulator, Each of the plurality of divided regions may have the first resonator and the second resonator.
  • a saturable absorber having the fourth reflective layer on a third surface opposite to the laser medium;
  • the optical axis of the laminated semiconductor layer, the optical axis of the laser medium, the optical axis of the saturable absorber, and the optical axis of the optical element are arranged on one axis,
  • the laminated semiconductor layer, the laser medium, and the saturable absorber may be integrally bonded.
  • a laser element and a control unit that controls emission of light from the laser element
  • the laser element is a laminated semiconductor layer having a first reflective layer for a first wavelength and an active layer for surface emission of the first wavelength; A second reflective layer for a second wavelength on a first surface facing the laminated semiconductor layer disposed on the rear side of the optical axis of the laminated semiconductor layer, and a second reflective layer for the first wavelength on a second surface opposite to the first surface.
  • a laser medium having a third reflective layer for a fourth reflective layer for the second wavelength, disposed on the second surface or disposed on the rear side of the optical axis from the second surface; a first resonator that resonates the light of the first wavelength between the first reflective layer and the third reflective layer; a second resonator that resonates the light of the second wavelength between the second reflective layer and the fourth reflective layer;
  • the first resonator has an optical element for condensing the light of the first wavelength in an optical axis direction,
  • An electronic device is provided in which the optical axis of the laminated semiconductor layer, the optical axis of the laser medium, and the optical axis of the optical element are arranged on one axis.
  • FIG. 1 is a diagram showing the basic configuration of a laser device according to the present disclosure
  • FIG. Sectional drawing of the laser element which concerns on a 1st specific example.
  • Sectional drawing of the laser element which concerns on a 2nd specific example Sectional drawing of the laser element which concerns on a 3rd specific example.
  • Sectional drawing of the laser element which concerns on a 4th specific example Sectional drawing of the laser element which concerns on a 5th specific example.
  • Cross-sectional view of a laser device according to the sixth specific example Sectional drawing of the laser element which concerns on a 7th specific example.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a laser device according to an eighth specific example; Sectional drawing of the laser element which concerns on a 9th specific example.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing the manufacturing process of the laser device of the present disclosure
  • FIG. 4 is a diagram showing a laser device in which a first transparent medium is arranged between an excitation light source and a solid-state laser medium
  • FIG. 2 is a diagram showing the basic configuration of a laser device without a saturable absorber
  • FIG. 15 is a block diagram showing an example of the functional configuration of the camera and CCU shown in FIG. 14; The figure which shows an example of a schematic structure of a microsurgery system.
  • the laser device may have components and functions that are not illustrated or described. The following description does not exclude components or features not shown or described.
  • a laser device has a structure in which a structure using a part of a surface-emitting laser as an excitation light source and a solid-state laser medium for Q-switching are integrally joined.
  • laser elements according to the present disclosure may include laser elements that do not have a Q-switch function, but first, a laser element that has a Q-switch function will be described.
  • two resonators share the Q-switching solid-state laser medium. These two resonators have a first resonator resonating at a first wavelength and a second resonator (also called Q-switched solid-state laser resonator) resonating at a second wavelength.
  • the laser element according to the present disclosure is an integrated laminated structure that can be manufactured using semiconductor process technology, it is excellent in mass productivity and in laser output stability.
  • the excitation light source is a form of vertical cavity surface emitting laser (VCSEL).
  • VCSEL vertical cavity surface emitting laser
  • a laser device according to the present disclosure has a structure in which a solid-state laser medium is arranged between a laminated semiconductor layer and a mirror arranged outside the laminated semiconductor layer, as will be described later.
  • the laser device since light of the first wavelength is resonated between the laminated semiconductor layer and the solid-state laser medium, the cavity length is longer than when light is resonated only by the laminated semiconductor layer. Therefore, as described above, the diffraction loss increases and the pumping light density in the solid-state laser medium decreases. Therefore, the laser device according to the present disclosure is provided with an optical element for suppressing diffraction loss.
  • a laser device has the following three features.
  • the first resonator and the second resonator share a solid-state laser medium.
  • the first cavity includes an excitation light source and a solid-state laser medium.
  • the second resonator includes a solid-state laser medium and a saturable absorber, and performs Q-switched laser oscillation with excitation light from the first resonator.
  • An optical element for condensing the light of the first wavelength in the optical axis direction is provided inside the first resonator.
  • This optical element has, for example, a concave mirror.
  • the concave mirror is at least one of the first reflective layer and the third reflective layer provided on both sides of the first cavity.
  • the optical element comprises, for example, a photorefractive member.
  • the light refracting member refracts incident light in the optical axis direction.
  • the light refraction member is provided between the fifth reflective layer (also called an intermediate mirror) in the laminated semiconductor layers and the second reflective surface of the laser medium.
  • the excitation light source, solid-state laser medium, and saturable absorber have an integrated structure.
  • excitation light generated by injecting current into the excitation light source is absorbed by the solid-state laser medium within the first cavity.
  • the solid-state laser medium constitutes a second cavity together with a saturable absorber placed adjacent to the first cavity.
  • the solid-state laser medium becomes sufficiently excited, the output of spontaneous emission light increases, and when it exceeds a certain threshold, the light absorption rate in the saturable absorber drops sharply, and the spontaneous emission light generated in the solid-state laser medium is It becomes permeable through the saturable absorber and causes stimulated emission in the solid-state laser medium. This causes Q-switched pulsing.
  • FIG. 1 is a diagram showing the basic configuration of a laser device 1 according to the present disclosure.
  • a laser element 1 in FIG. 1 has a configuration in which an excitation light source 2, a solid-state laser medium 3, and a saturable absorber 4 are joined together.
  • the excitation light source 2 is a partial structure of the VCSEL described above, and has laminated semiconductor layers of a laminated structure. Below, the excitation light source 2 may also be referred to as the laminated semiconductor layer 2 .
  • the excitation light source 2 in FIG. 1 is formed by laminating the substrate 5, the n-contact layer 33, the fifth reflective layer R5, the clad layer 6, the active layer 7, the clad layer 8, the pre-oxidation layer 31, and the first reflective layer R1 in this order. It has structure.
  • the laser device 1 in FIG. 1 has a bottom emission type configuration in which continuous wave (CW) excitation light is emitted from the substrate 5, the CW excitation light is emitted from the first reflective layer R1 side.
  • a top emission type configuration is also possible.
  • the substrate 5 is an n-GaAs substrate 5, for example. Since the n-GaAs substrate 5 absorbs light of the first wavelength ⁇ 1, which is the excitation wavelength of the excitation light source 2, at a constant rate, it is desirable to make it as thin as possible. On the other hand, it is desirable to have a thickness sufficient to maintain the mechanical strength during the joining process, which will be described later.
  • the active layer 7 emits surface light of the first wavelength ⁇ 1.
  • the clad layers 6 and 8 are, for example, non-doped AlGaAs clad layers.
  • the first reflective layer R1 reflects light of the first wavelength ⁇ 1.
  • the fifth reflective layer R5 has a constant transmittance for light of the first wavelength ⁇ 1.
  • the first reflective layer R1 and the fifth reflective layer R5 for example, an electrically conductive semiconductor distributed reflective layer (DBR: Distributed Bragg Reflector) is used.
  • DBR Distributed Bragg Reflector
  • the first reflective layer R1 is p-DBR and the fifth reflective layer R5 is n-DBR.
  • p-DBR and n-DBR are a multi-layer reflective layer in which low refractive index layers and high refractive index layers are alternately laminated.
  • Corresponding dopants eg carbon for p-DBR and silicon for n-DBR are added to the p-DBR and n-DBR.
  • the p-DBR and n-DBR are formed of Al z1 Ga 1-z1 As/Al z2 Ga 1-z2 As (0 ⁇ z1 ⁇ z2 ⁇ 1). Also, it is desirable that z2 is not 1 in order to distinguish from an oxide layer, which will be described later.
  • An n-contact layer 33 is arranged between the fifth reflective layer R5 and the n-GaAs substrate 5 .
  • a current is injected from the outside through the first reflective layer R1 and the fifth reflective layer R5, recombination and light emission occur in the quantum well in the active layer 7, and laser oscillation of the first wavelength ⁇ 1 is performed.
  • a part of the pre-oxidation layer (eg, AlAs layer) 31 on the cladding layer side of the first reflective layer R1 is removed by dry etching or the like and is oxidized and altered to become a post-oxidation layer (eg, Al 2 O 3 layer) 32 . This allows electrical and optical confinement of the light of the first wavelength.
  • the active layer 7 has, for example, a multiple quantum well layer in which an Al x1 In y1 Ga 1-x1-y1 As layer and an Al x3 In y3 Ga 1-x3-y3 As layer are laminated. More specifically, the active layer 7 includes quantum well layers and barrier layers that are alternately laminated to have compressive strain, such as Al x1 In y1 Ga 1-x1-y1 As layers and Al x3 In y3 It is formed of a Ga 1-x3-y3 As layer. Also, it may be a multi-junction structure via a tunnel junction.
  • Each of the semiconductor layers R5, 6, 7, 8, R1 in the excitation light source 2 can be formed using a crystal growth method such as MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) or MBE (molecular beam epitaxy). After crystal growth, processes such as mesa etching for element isolation, formation of an insulating film, deposition of an electrode film, etc., enable driving by current injection.
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • MBE molecular beam epitaxy
  • processes such as mesa etching for element isolation, formation of an insulating film, deposition of an electrode film, etc., enable driving by current injection.
  • the laminated structure of the excitation light source 2 shown in FIG. Laminated semiconductor layer is an example, and the material, layer structure, and semiconductor process during manufacture of each semiconductor layer are not limited to the above description.
  • a solid-state laser medium 3 is bonded to the end surface of the n-GaAs substrate 5 of the excitation light source 2 opposite to the fifth reflective layer R5.
  • the end surface of the solid-state laser medium 3 on the pumping light source 2 side is referred to as a first surface F1
  • the end surface of the solid-state laser medium 3 on the saturable absorber 4 side is referred to as a second surface F2.
  • the laser pulse emitting surface of the saturable absorber 4 is called a third surface F3
  • the end surface of the excitation light source 2 on the solid-state laser medium 3 side is called a fourth surface F4.
  • An end face of the saturable absorber 4 on the solid-state laser medium 3 side is called a fifth face F5.
  • the fourth surface F4 of the excitation light source 2 is joined to the first surface F1 of the solid-state laser medium 3, and the second surface F2 of the solid-state laser medium 3 is connected to the saturable absorber 4. is joined to the fifth surface F5 of the .
  • the laser device 1 in FIG. 1 includes a first resonator 11 and a second resonator 12.
  • the first resonator 11 resonates light with a first wavelength ⁇ 1 between the first reflective layer R1 in the excitation light source 2 and the third reflective layer R3 in the solid-state laser medium 3 .
  • the second resonator 12 resonates light of the second wavelength ⁇ 2 between the second reflective layer R2 in the solid-state laser medium 3 and the fourth reflective layer R4 in the saturable absorber 4 .
  • the conductivity type of the laminated semiconductor layer 2 may be opposite to that described above, and the substrate 5 may be a non-doped substrate.
  • the second resonator 12 is also called a Q-switched solid-state laser resonator 12.
  • a third reflective layer R3, which is a highly reflective layer, is provided in the solid-state laser medium 3 so that the first resonator 11 can perform stable resonant operation.
  • a normal excitation light source 2 has a partially reflecting mirror for emitting the light of the first wavelength ⁇ 1 to the outside at the position of the third reflecting layer R3 in FIG.
  • the third reflective layer R3 is used to confine the power of the pumping light of the first wavelength ⁇ 1 within the first resonator 11. It has a reflective layer.
  • first reflective layer R1, fifth reflective layer R5, and third reflective layer R3 are provided inside the first resonator 11 composed of the excitation light source 2 and the solid-state laser medium 3. be done. Therefore, the first resonator 11 has a coupled cavity structure.
  • the solid-state laser medium 3 is excited. This causes Q-switched laser pulse oscillation in the second resonator 12 .
  • the second resonator 12 resonates light of the second wavelength ⁇ 2 between the second reflective layer R2 in the solid-state laser medium 3 and the fourth reflective layer R4 in the saturable absorber 4 .
  • the second reflective layer R2 is a highly reflective layer, while the fourth reflective layer R4 is a partially reflective layer.
  • the fourth reflective layer R4 is provided on the end surface of the saturable absorber 4, but the fourth reflective layer R4 may be arranged on the rear side of the optical axis from the laser pulse emission surface of the saturable absorber 4. good.
  • the rearward direction of the optical axis is the direction in which light is emitted on the optical axis. That is, the fourth reflective layer R4 does not necessarily have to be provided inside or on the surface of the saturable absorber 4.
  • FIG. even if the fourth reflective layer R4 is arranged on the front side of the optical axis relative to the saturable absorber 4, the light of the second wavelength ⁇ 2 is resonated between the second reflective layer R2 and the fourth reflective layer R4. need to let
  • the solid-state laser medium 3 includes, for example, Yb (yttrium)-doped YAG (yttrium aluminum garnet) crystal Yb:YAG.
  • the first wavelength ⁇ 1 of the first resonator 11 is 940 nm
  • the second wavelength ⁇ 2 of the second resonator 12 is 1030 nm.
  • the solid-state laser medium 3 is not limited to Yb:YAG. :SFAP, Yb:YVO, Yb:glass, Yb:KYW, Yb:BCBF, Yb:YCOB, Yb:GdCOB, YB:YAB can be used.
  • the solid-state laser medium 3 may be a four-level solid-state laser medium 3 or a quasi-three-level solid-state laser medium 3 .
  • first wavelength ⁇ 1 the appropriate excitation wavelength
  • the saturable absorber 4 includes, for example, Cr (chromium)-doped YAG (Cr:YAG) crystal.
  • the saturable absorber 4 is a material whose transmittance increases when the intensity of incident light exceeds a predetermined threshold.
  • the excitation light of the first wavelength ⁇ 1 from the first resonator 11 increases the transmittance of the saturable absorber 4 and emits a laser pulse of the second wavelength ⁇ 2. This is called a Q-switch.
  • V:YAG can also be used as the material of the saturable absorber 4 .
  • other types of saturable absorbers 4 may be used. Moreover, it does not prevent using an active Q switch element as the Q switch.
  • excitation light source 2 solid-state laser medium 3, and saturable absorber 4 are shown separately in FIG.
  • bonding processes include surface activated bonding, atomic diffusion bonding, plasma activated bonding, and the like. Alternatively, other bonding (adhesion) processes can be used.
  • the electrodes E1 and E2 for injecting current into the first reflective layer R1 and the fifth reflective layer R5 are preferably arranged so as not to be exposed on the surface of the n-GaAs substrate 5 at least. .
  • electrodes E1 and E2 are arranged on the end face of the excitation light source 2 on the first reflective layer R1 side.
  • the electrode E1 is a p-electrode and is electrically connected to the first reflective layer R1.
  • the electrode E2 is an n-electrode, and is formed by filling the side wall of the trench extending from the first reflective layer R1 to the n-contact layer 33 with a conductive material 35 through the insulating film 34 to bring it into contact with the n-contact layer 33. be.
  • this end face can be soldered to a support substrate (not shown). Even when a plurality of laser elements are arranged in an array, by arranging the electrodes E1 and E2 on the same end surface, this end surface can be mounted on the support substrate. Note that the shape and location of the electrodes E1 and E2 shown in FIG. 1 are merely examples.
  • the arithmetic mean roughness Ra of each surface layer must be about 1 nm or less, preferably 0.5 nm or less.
  • Chemical Mechanical Polishing (CMP) is used to achieve a surface layer with these arithmetic mean roughnesses.
  • a dielectric multilayer film may be arranged between the layers and the layers may be joined via the dielectric multilayer film.
  • the GaAs substrate 5, which is the base substrate of the excitation light source 2 has a refractive index n of 3.2 for a wavelength of 940 nm, which is higher than YAG (n: 1.7) and general dielectric multilayer materials.
  • an antireflection film (AR coating film or non-reflection coating film) that does not reflect the light of the first wavelength ⁇ 1 of the first resonator 11 is arranged between the excitation light source 2 and the solid-state laser medium 3. is desirable. It is also desirable to dispose an antireflection film (AR coating film or non-reflection coating film) between the solid-state laser medium 3 and the saturable absorber 4 as well.
  • polishing may be difficult.
  • a material transparent to the first wavelength ⁇ 1 and the second wavelength ⁇ 2 such as SiO 2
  • SiO 2 is deposited as a base layer for bonding, and this SiO 2 layer is processed by arithmetic. It may be polished to an average roughness Ra of about 1 nm (preferably 0.5 nm or less) and used as an interface for bonding.
  • materials other than SiO 2 can be used as the underlayer, and the material is not limited here.
  • a non-reflective film may be provided between the SiO 2 material of the underlayer and the base layer.
  • Dielectric multilayer film includes short wavelength transmission filter film (SWPF: Short Wave Pass Filter), long wavelength transmission filter film (LWPF: Long Wave Pass Filter), band pass filter film (BPF: Band Pass Filter), non-reflection protection There is a film (AR: Anti-Reflection) and the like. It is desirable to arrange different kinds of dielectric multilayer films according to need.
  • a PVD (Physical vapor deposition) method can be used as a method for forming the dielectric multilayer film, and specifically, a film forming method such as vacuum deposition, ion-assisted deposition, or sputtering can be used. It does not matter which film formation method is applied. Also, the characteristics of the dielectric multilayer film can be arbitrarily selected.
  • the second reflective layer R2 may be a short wavelength transmission filter film
  • the third reflective layer R3 may be a long wavelength transmission filter film. Further, by applying a long-wavelength transmission filter film to the third reflective layer R3, it is possible to prevent the first wavelength from entering the saturable absorber and prevent malfunction of the Q switch.
  • the short wavelength transmission means that the light of the first wavelength ⁇ 1 is transmitted and the light of the second wavelength ⁇ 2 is reflected.
  • long wavelength transmission means reflecting light of the first wavelength ⁇ 1 and transmitting light of the second wavelength ⁇ 2.
  • a polarizer with a photonic crystal structure that separates the ratio of P-polarized light and S-polarized light may be provided inside the second resonator 12 .
  • a diffraction grating may be provided inside the second resonator 12 to convert the polarization state of the emitted laser pulse from random polarization to linear polarization.
  • the output of the spontaneous emission light increases, and when it exceeds a certain threshold, the saturable absorber The light absorptance at 4 drops abruptly, and the spontaneous emission light generated in the solid-state laser medium 3 becomes able to pass through the saturable absorber 4 .
  • the light of the first wavelength ⁇ 1 emitted from the first resonator 11 is emitted from the solid-state laser medium 3, and the light of the second wavelength ⁇ 1 is emitted from the second resonator 12 between the second reflective layer R2 and the fourth reflective layer R4. Resonate the light of ⁇ 2.
  • Q-switched laser oscillation occurs, and a Q-switched laser pulse is emitted toward space (the space on the right side in FIG. 1) via the fourth reflective layer R4.
  • a nonlinear optical crystal for wavelength conversion can be arranged inside the second cavity 12 .
  • the wavelength of the laser pulse after wavelength conversion can be changed.
  • wavelength conversion materials include nonlinear optical crystals such as LiNbO 3 , BBO, LBO, CLBO, BiBO, KTP, and SLT. Phase-matching materials similar to these may also be used as the wavelength conversion material. However, any kind of wavelength conversion material is acceptable.
  • the wavelength converting material can convert the second wavelength ⁇ 2 to another wavelength.
  • Diffraction loss is caused by the presence of light emitted from the first resonator 11 while the light emitted from the active layer 7 resonates in the first resonator 11 . If the emitted light can be kept within the resonator, the loss can be reduced. It is known that a resonator using a concave mirror as a reflecting mirror of the resonator can reduce diffraction loss more than a parallel plate mirror. No specific method for suppressing the diffraction loss of the resonator has been proposed.
  • a specific configuration of the laser element for suppressing the diffraction loss of the first resonator 11 will be described below.
  • a laser device according to the present disclosure comprises an optical element in addition to the basic structure shown in FIG.
  • the optical element is provided in the first resonator 11 .
  • the optical element has a function of condensing the light of the first wavelength in the optical axis direction. Since a plurality of configurations can be considered as a specific configuration of the optical element, laser elements having optical elements having different configurations will be described in order below.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the laser device 1 according to the first specific example.
  • the laser element 1 in FIG. 2 has a configuration in which an excitation light source 2, a solid-state laser medium 3, and a saturable absorber 4 are integrally joined, as in FIG.
  • the electrodes E1 and E2 shown in FIG. 1 are omitted.
  • the laser element 1 in FIG. 2 has an optical element 9.
  • the optical element 9 of FIG. 2 has a concave mirror 10 .
  • the concave mirror 10 in FIG. 2 is the concave first reflective layer R1 of the excitation light source 2 .
  • the optical element 9 in FIG. 2 is obtained by processing the first reflective layer R1 of the excitation light source 2 into a concave shape.
  • the first wavelength ⁇ 1 resonate the light of
  • the light of the first wavelength ⁇ 1 reflected by the first reflective layer R1 is reflected in the optical axis direction of the first resonator 11, as indicated by the dashed line in FIG. It advances in the direction in which light is collected. As a result, the proportion of light that goes out of the first resonator 11 is reduced, and diffraction loss can be suppressed.
  • the laser device 1 of FIG. 2 is of a bottom emission type, and on a substrate 5, an n-contact layer 33, a fifth reflective layer R5, a clad layer 6, an active layer 7, a clad layer 8, and a concave mirror formation layer 41 are formed. are laminated in order, the surface of the concave mirror forming layer 41 is processed into a convex shape by dry etching or the like, and at least one of a semiconductor material, a metal material, and a dielectric material is laminated on the formed convex surface.
  • a concave mirror 10 made of a film is arranged by vapor deposition, sputtering, or the like.
  • the multilayer film 42 has a concave shape when viewed from the inside of the first resonator 11, it is called a concave mirror 10 in this specification.
  • the material of the concave mirror forming layer 41 is not particularly limited as long as it is a transparent material that transmits the light of the first wavelength ⁇ 1.
  • the concave mirror 10 is a first reflective layer R1 that reflects the light of the first wavelength ⁇ 1 in a direction of convergence in the optical axis direction of the first cavity 11 .
  • the laser element 1 in FIG. 2 is obtained by processing the first reflective layer R1 in FIG. 1 into a convex shape, and diffraction loss can be suppressed without adding a new member.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the laser device 1 according to the second specific example.
  • the laser element 1 of FIG. 3 also has an optical element 9 consisting of a concave mirror 10 .
  • the laser device 1 of FIG. 3 is of the top emission type.
  • the substrate 5 of the excitation light source 2 is arranged on the side opposite to the solid-state laser medium 3, and the DBR on the substrate 5 side is originally the first reflecting layer which is the resonator mirror of the first resonator 11. Corresponds to R1.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the laser device 1 according to the second specific example.
  • the laser element 1 of FIG. 3 also has an optical element 9 consisting of a concave mirror 10 .
  • the laser device 1 of FIG. 3 is of the top emission type.
  • the substrate 5 of the excitation light source 2 is arranged on the side opposite to the solid-state laser medium 3, and the DBR on the substrate 5 side is originally the first reflecting layer which is the resonator mirror of the
  • the DBR on the substrate 5 side is removed, the surface of the substrate 5 is processed into a convex surface by dry etching or the like, and a multilayer film 42 for the excitation wavelength is formed on the convex surface by vapor deposition, sputtering, or the like.
  • the concave mirror 10 is formed when the This concave mirror 10 is a first reflective layer R1 that reflects the light of the first wavelength ⁇ 1 in the direction of convergence in the optical axis direction.
  • the concave mirror 10 is formed by processing the end surface of the top emission type substrate 5 into a convex surface, so diffraction loss can be suppressed without adding a new member.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the laser device 1 according to the third specific example.
  • the laser element 1 of FIG. 4 has an optical element 9 on the saturable absorber 4 side of the solid-state laser medium 3 .
  • This optical element 9 has a concave mirror 10 .
  • This concave mirror 10 functions as a third reflective layer R3.
  • the light of the first wavelength ⁇ 1 incident on the concave mirror 10 is reflected in the direction of convergence in the optical axis direction.
  • the concave mirror 10 in FIG. 4 is obtained by processing the surface of the solid-state laser medium 3 into a convex shape by dry etching or the like, and arranging the concave mirror 10 composed of a multilayer film 42 on the formed convex surface by vapor deposition, sputtering, or the like.
  • the concave mirror 10 is a third reflective layer R3 that reflects the incident light of the first wavelength ⁇ 1 in the direction of convergence in the optical axis direction of the first resonator 11 . Also, the concave mirror 10 transmits the light of the second wavelength ⁇ 2.
  • a transparent material layer 43 is formed on the concave mirror 10 arranged on the end face of the solid-state laser medium 3, the surface of the transparent material layer 43 is flattened, and the saturable absorber 4 is bonded to this transparent material layer 43.
  • the transparent material layer 43 may be any material as long as it allows the light of the second wavelength ⁇ 2 to pass therethrough, and any specific material may be used.
  • the transparent material layer 43 is formed by vapor deposition, sputtering, or the like to be thicker than the height of the concave mirror 10, and is subjected to CMP (Chemical Mechanical Polishing) to a roughness (for example, Ra of about 1 nm) at which the saturable absorber 4 can be bonded. ) to planarize. Thereby, the transparent material layer 43 and the saturable absorber 4 can be stably brought into surface contact with each other.
  • CMP Chemical Mechanical Polishing
  • a non-reflective coating layer 44 may be arranged between the transparent material layer 43 and the saturable absorber 4 .
  • the antireflection coating layer 44 By arranging the antireflection coating layer 44, the possibility that the light of the second wavelength ⁇ 2 is reflected at the interface between the transparent material layer 43 and the saturable absorber 4 is eliminated.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the laser device 1 according to the fourth specific example.
  • the laser element 1 of FIG. 5 has an optical element 9 bonded to the end face of the solid-state laser medium 3 .
  • the optical element 9 is a member provided separately from the solid-state laser medium 3 and is a first transparent material layer.
  • the third reflective layer R3 is arranged on the end face of the solid-state laser medium 3 on the saturable absorber 4 side, but in FIG.
  • a concave mirror 10 composed of a multilayer film 42 is arranged, and this concave mirror 10 functions as a third reflective layer R3.
  • the first transparent material layer which is the base material of the optical element 9, has a flat surface for surface contact with the solid-state laser medium 3 and convex end surfaces.
  • the first transparent material layer which is the base material of the optical element 9 in FIG. 5, may be any transparent material that transmits the light of the first wavelength ⁇ 1 and the second wavelength ⁇ 2, and the specific material does not matter.
  • the surface of the optical element 9 is processed into a convex shape by dry etching or the like.
  • a concave mirror 10 made of a multilayer film 42 arranged on a convex surface reflects light of the first wavelength ⁇ 1 and transmits light of the second wavelength ⁇ 2.
  • a transparent material layer (also referred to as a second transparent material layer) 43 that transmits the light of the second wavelength ⁇ 2 is deposited and planarized in the same manner as in FIG. Therefore, the saturable absorber 4 is stably brought into surface contact with the transparent material layer 43 .
  • a non-reflection coating layer 44 may be arranged on the interface between the transparent material layer 43 and the saturable absorber 4 .
  • FIG. 6 is a sectional view of the laser device 1 according to the fifth specific example.
  • a laser device 1 in FIG. 6 includes an optical element 9 having a concave mirror 10a corresponding to the concave mirror 10 in FIG. 2 and a concave mirror 10b corresponding to the concave mirror 10 in FIG.
  • the concave mirror 10a has a multilayer film 42a arranged along the concave surface
  • the concave mirror 10b has a multilayer film 42b arranged along the concave surface.
  • Both the concave mirror 10 in FIG. 2 and the concave mirror 10 in FIG. 4 reflect the light of the first wavelength ⁇ 1 in a direction to converge the incident light in the optical axis direction of the first resonator 11 . Therefore, by providing both the concave mirror 10 of FIG. 2 and the concave mirror 10 of FIG. 4, the diffraction loss can be further suppressed, and the light intensity of the laser output can be further improved.
  • At least one of the first reflective layer R1 and the third reflective layer R3 of the first resonator 11 is a concave mirror 10, so that the first wavelength ⁇ 1 Diffraction loss is suppressed by reflecting the light in the direction of convergence along the optical axis.
  • an optical device 9 having a light refracting member is provided inside the excitation light source 2, and the light of the first wavelength ⁇ 1 is condensed. It is refracted in the direction to make it.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the laser device 1 according to the sixth specific example.
  • the laser element 1 of FIG. 7 has an optical element 9 having a light refraction member 46 inside the excitation light source 2 .
  • the light refraction member 46 of FIG. 7 is formed by processing the surface of the substrate in the excitation light source 2 into a convex shape by dry etching or the like.
  • the light refracting member 46 functions as a convex lens, refracts the light of the first wavelength ⁇ 1 incident from the first reflecting surface side in a parallel direction, and emits the first wavelength ⁇ 1 incident from the third reflecting surface side.
  • the light of wavelength ⁇ 1 is refracted in the direction of convergence in the optical axis direction and emitted.
  • the transparent material layer 47 is made of a material having a smaller refractive index than the material of the substrate of the excitation light source 2, and must be formed thick enough to flatten the convex surface.
  • FIG. 7 shows a bottom emission type laser device 1, but in the case of a top emission type, DBR, which is the material of the first reflective layer R1 in FIG. 7, is arranged near the second reflective layer R2. . Since the DBR cannot be processed into a convex shape, the light refracting member 46 is formed by processing the substrate 5 bonded to the DBR into a convex shape.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the laser device 1 according to the seventh specific example.
  • the laser element 1 of FIG. 8 has an optical element 9 composed of a light refraction member 46 between the excitation light source 2 and the solid-state laser medium 3 .
  • This light refraction member 46 functions as a convex lens.
  • the convex light refraction member 46 is formed by processing the substrate of the excitation light source 2, whereas in FIG. 8, the convex light refraction member 46 is arranged separately from the excitation light source 2. do.
  • the light refracting member 46 in FIG. 8 is formed by forming a first transparent material layer 47 having a thickness that allows formation of a convex surface on the end face of the excitation light source 2, and processing it into a convex shape by dry etching or the like.
  • a second transparent material layer 47 having a smaller refractive index than the first transparent material layer 47 is formed on the convex surface by vapor deposition, sputtering, or the like. and planarized by CMP, the solid-state laser medium 3 is bonded.
  • a non-reflective coating layer 44 may be arranged between the light refraction member 46 and the substrate 5 of the excitation light source 2 .
  • FIG. 9 is a sectional view of the laser device 1 according to the eighth specific example.
  • the end face of the solid-state laser medium 3 on the excitation light source 2 side is processed into a convex shape by dry etching or the like, and a multilayer film 42 is formed on the convex face to form a light refraction member 46.
  • the multilayer film 42 of the light refraction member 46 functions as a second reflective layer R2 that transmits light of the first wavelength ⁇ 1 and reflects light of the second wavelength ⁇ 2.
  • the light refraction member 46 functions as a convex lens for the light of the first wavelength ⁇ 1.
  • a transparent material layer 47 that transmits light of the first wavelength ⁇ 1 is formed on the multilayer film 42 and planarized by CMP or the like. Thereby, the transparent material layer 47 and the excitation light source 2 can be firmly bonded.
  • the optical element 9 as the light refraction member 46 was shown.
  • the fine periodic structure is, for example, a Fresnel lens, a metalens, a photonic crystal lens, or the like.
  • the optical element 9 having a structure having a refractive index distribution in the plane intersecting the optical axis can also focus the light of the first wavelength ⁇ 1 in the optical axis direction.
  • the structure having a refractive index distribution is, for example, a GRIN lens, or a base material such as glass that has been modified by irradiating it with a laser beam.
  • the excitation light source 2 is one form of VCSEL as described above, it is also possible to arrange the laser light sources in a one-dimensional or two-dimensional array.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the laser device 1 according to the ninth specific example.
  • some semiconductor layers including the active layer 7 are divided into a plurality of divided regions, and each divided region has a first resonator 11 and a second resonator 12 .
  • the laser element 1 in FIG. 10 shows an example in which the concave mirror 10 is used as the first reflecting surface R1 in each divided area, similarly to FIG.
  • the optical element 9 is not limited to the first specific example, and may have the same aspect as any of the second to eighth specific examples described above.
  • the heat exhaust member is, for example, sapphire, diamond, or the like, which has a refractive index and a coefficient of linear expansion equivalent to those of YAG and a thermal conductivity higher than that of YAG.
  • sapphire for example, sapphire, diamond, or the like, which has a refractive index and a coefficient of linear expansion equivalent to those of YAG and a thermal conductivity higher than that of YAG.
  • the pulse width of the laser pulse emitted from the laser device 1 can be shortened. Become. The shorter the pulse width of the laser pulse, the higher the peak power, so optical damage is more likely to occur than before.
  • Optical damage occurs not only inside the second resonator 12 that generates the Q-switched laser pulse, but also inside the pumping light source 2 because return light is generated on the side of the pumping light source 2 (pumping light source 2).
  • the semiconductor layer 2 having a laminated structure that constitutes the excitation light source 2 is made of a material with a small bandgap, optical damage due to multiphoton absorption by short-pulse laser light is likely to occur. For this reason, it is desirable that a plurality of Short Wave Pass Filters (SWPF) are arranged at a plurality of interfaces between the excitation light source 2 and the solid-state laser medium 3 while reducing the cavity length.
  • SWPF Short Wave Pass Filters
  • the laser device 1 and the laser device according to the present disclosure employ a laminated structure in which the optical axis of the excitation light and the optical axis of the laser light are coaxial.
  • the laser element 1 and the laser device according to the present disclosure do not require complicated positional and angular alignments, and have a simplified structure. Therefore, it is easy to downsize the laser element 1 and the laser device. It is also possible to simultaneously form a plurality of laser devices 1 according to the present disclosure by stacking or bonding a plurality of materials on the same semiconductor substrate. Since each laser element 1 can be separated by dicing in a post-process, high-performance laser elements 1 can be mass-produced at low cost.
  • FIG. 11 is a diagram schematically showing the manufacturing process of the laser device 1 of the present disclosure.
  • FIG. 11 shows a manufacturing process for forming the laser element 1 having the structure of FIG.
  • a resist film 21 is applied onto the substrate 13 for the optical element 9 which is bonded to the end face of the solid laser medium on the saturable absorber 4 side, and the resist film 21 is coated with a resist film 21.
  • a photomask 22 is placed on the surface and UV exposure is performed.
  • step S ⁇ b>2 the exposed portions and the resist film 21 are removed by dry etching or the like to form a plurality of convex portions 23 on the third surface of the saturable absorber 4 .
  • step S ⁇ b>3 a multilayer film 24 is formed on the plurality of convex portions 23 by vapor deposition, sputtering, or the like, and the concave mirror 10 is formed on the surface of the optical element 9 .
  • step S4 the semiconductor layer 2 for the excitation light source 2, the solid-state laser medium 3, the optical element 9 processed in step S2, and the saturable absorber 4 are arranged vertically. Align. At that time, the alignment marks 25 provided at specific locations of the semiconductor layer 2, the solid-state laser medium 3, the optical element 9, and the saturable absorber 4 are photographed with a camera 26, so that the alignment marks 25 overlap vertically. , the semiconductor layer 2, the solid-state laser medium 3, the optical element 9, and the saturable absorber 4 are aligned and bonded. Next, as shown in step S5, individual laser elements 1 are obtained by dicing.
  • the optical element 9 for condensing the light of the first wavelength ⁇ 1 in the optical axis direction is provided inside the first resonator 11, the light leaking from the first resonator 11 to the outside It is possible to reduce the ratio of the emitted light of the first wavelength ⁇ 1 and suppress the diffraction loss. By suppressing the diffraction loss, the light intensity of the laser light emitted from the laser element 1 can be increased.
  • the first resonator 11 and the second resonator 12 share the solid-state laser medium 3 .
  • the light transmitting surfaces of all the optical parts including the pumping light source 2, the solid state laser medium 3, and the saturable absorber 4 in the laser device 1 are bonded and fixed by a bonding process.
  • the above-described optical element 9 is provided inside the first resonator 11 .
  • the optical element 9 is formed, for example, by processing the end face of the excitation light source 2 or the solid-state laser medium 3 into a convex shape, and can be formed without adding a new member. According to the laser device 1 according to the present disclosure, the reliability and mass productivity of the laser device 1 are improved, and a high-performance laser device 1 can be obtained at low cost.
  • the solid-state laser medium 3 is joined to the excitation light source 2 , the solid-state laser medium 3 is excited by standing waves within the excitation light source 2 .
  • the solid-state laser medium 3 is thick enough to absorb the pumping light when the laser beam passes through the first resonator 11 only once. Even if there is no laser light, the excitation light can be sufficiently absorbed by the solid-state laser medium 3 as a result of the laser light reciprocating many times. As a result, shorter pulse Q-switched laser oscillation can be performed without lowering pumping efficiency.
  • the solid-state laser medium 3 is excited by traveling waves, and the method of excitation is significantly different from that of the laser element 1 according to the present disclosure.
  • the above-described trade-off that the amount of excitation light absorbed is reduced when the solid-state laser medium 3 is shortened can be resolved.
  • the laser device 1 of the present disclosure short-term and long-term fluctuations in laser output due to mechanical displacement can be suppressed by directly bonding the light transmitting surfaces of the optical components.
  • all the optical parts can be joined and then diced into individual laser light sources, mass productivity can be improved.
  • the pumping light source 2 and the second resonator 12 are five-axis optical adjustment (X, Y, Z, ⁇ , ⁇ ) with respect to the optical axis, eccentricity, and focus using a plurality of lenses including a collimator lens and a condenser lens. I do. Further, if an optical element 9 having a beam divergence function (negative refractive power) is added to the second resonator 12, it becomes more difficult to adjust the position of the optical element 9 with high accuracy.
  • the laser device 1 in order to align the light emitting point of the excitation light source 2 and the center position of the concave mirror 10 of the optical element 9 without using a plurality of lenses of the collimator lens and the condenser lens, By performing the bonding using the alignment mark 25 or the like, there is no need to adjust the focus position accuracy in the thickness (Z-axis) direction or the inclination in the ⁇ and ⁇ directions. Therefore, according to the laser device 1 of the present disclosure, it is possible to suppress short-term and long-term fluctuations in laser output, facilitate optical adjustment for obtaining oscillation light from the excitation light source 2, and improve mass productivity. It is possible to realize a light source with
  • the laser device 1 according to the present disclosure employs an integrated laminated structure such that the optical axis of the first resonator 11 and the optical axis of the second resonator 12 are coaxial.
  • the laser device 1 according to the present disclosure does not require complicated positional and angular alignments, and has a simplified structure. Therefore, it becomes easy to miniaturize the laser element 1 .
  • a plurality of laser elements 1 according to the present disclosure can be formed at the same time.
  • high-performance laser elements 1 can be mass-produced at low cost.
  • the laser array 18 in which a plurality of laser elements 1 are two-dimensionally arranged on one substrate can be easily manufactured.
  • the repetition frequency of the laser pulse can be adjusted depending on the type of the solid-state laser medium 3.
  • the repetition frequency of laser pulses can be increased.
  • the resonator length can be changed only by adjusting the thicknesses of the solid-state laser medium 3, Q switch (saturable absorber 4), and wavelength conversion material (nonlinear optical crystal). can. That is, since the pulse time width of the laser pulse can be changed according to the thickness of the material, the characteristics of the laser pulse can be easily adjusted. In particular, by shortening the pulse time width of the laser pulse, it is possible to increase the processing accuracy in the field of fine processing.
  • the laser elements 1 according to the present disclosure can be arranged in a one-dimensional array or a two-dimensional array, it is possible to obtain a laser device that achieves both high processing accuracy and high output energy.
  • the laser device 1 according to the present disclosure can be applied to other fields such as highly efficient wavelength conversion technology, medical equipment, and distance measurement.
  • the laser element 1 in FIG. 1 shows an example in which the excitation light source 2, the solid-state laser medium 3, and the saturable absorber 4 are integrally bonded. 3, a first transparent medium 27 that transmits light of the first wavelength ⁇ 1 may be arranged.
  • a second transparent medium 28 that transmits light of the second wavelength ⁇ 2 may be arranged between the solid-state laser medium 3 and the saturable absorber 4 . Only one of the first transparent medium 27 and the second transparent medium 28 may be arranged.
  • the excitation light source 2, the solid-state laser medium 3, and the saturable absorber 4 do not necessarily have to be integrally joined.
  • FIG. 1 shows an example in which the laser device 1 has a saturable absorber 4 and emits short-pulse pulsed laser light. Even at 1, diffraction losses can occur.
  • FIG. 13 is a diagram showing the basic configuration of the laser device 1 without the saturable absorber 4.
  • FIG. A laser device 1 in FIG. 13 has a configuration in which the saturable absorber 4 is omitted from FIG.
  • the first resonator 11 resonates light of the first wavelength ⁇ 1 between the first reflective layer R1 in the excitation light source 2 and the third reflective layer R3 in the solid-state laser medium 3, as in FIG.
  • the second resonator 12 resonates the light of the second wavelength ⁇ 2 between the second reflective layer R2 and the fourth reflective layer R4 in the solid-state laser medium 3 .
  • the fourth reflective layer R4 is arranged on the second surface of the solid-state laser medium 3, or is arranged on the rear side of the optical axis from the second surface.
  • FIG. 13 shows an example in which a third reflective layer R3 and a fourth reflective layer R4 are separately provided along the second surface F2 of the solid-state laser medium 3.
  • the fourth reflective layer R4 when the fourth reflective layer R4 is arranged on the rear side of the optical axis relative to the third reflective layer R3, the third reflective layer R3 has the characteristic of transmitting light of the second wavelength ⁇ 2.
  • the third reflective layer R3 is a highly reflective layer, while the fourth reflective layer R4 is a partially reflective layer. Therefore, the power of the excitation light of the first wavelength ⁇ 1 is confined within the solid-state laser medium 3, and when the solid-state laser medium 3 is sufficiently excited and the output of the spontaneous emission light increases, the light of the second wavelength ⁇ 2 is emitted. It is emitted from the laser element 1 through the fourth reflective layer R4.
  • the third reflective layer R3 and the fourth reflective layer R4 may be integrated into one reflective layer.
  • the integrated reflective layer reflects light of the first wavelength ⁇ 1 and reflects light of the second wavelength ⁇ 2.
  • the light of the first wavelength ⁇ 1 in the first resonator 11 can be focused in the optical axis direction. can be obtained, and the diffraction loss can be suppressed.
  • a medical imaging system is a medical system using imaging technology, such as an endoscope system or a microscope system.
  • FIG. 14 is a diagram showing an example of a schematic configuration of an endoscope system 5000 to which technology according to the present disclosure can be applied.
  • FIG. 15 is a diagram showing an example of the configuration of an endoscope 5001 and a CCU (Camera Control Unit) 5039.
  • FIG. 14 illustrates a state in which an operator (for example, a doctor) 5067 who is a surgical participant is performing surgery on a patient 5071 on a patient bed 5069 using an endoscope system 5000 .
  • an operator for example, a doctor
  • the endoscope system 5000 supports an endoscope 5001 as a medical imaging device, a CCU 5039, a light source device 5043, a recording device 5053, an output device 5055, and an endoscope 5001. and a support device 5027 .
  • an insertion aid called a trocar 5025 is punctured into a patient 5071. Then, the scope 5003 and surgical instrument 5021 connected to the endoscope 5001 are inserted into the body of the patient 5071 via the trocar 5025 .
  • the surgical instrument 5021 is, for example, an energy device such as an electric scalpel, forceps, or the like.
  • a surgical image which is a medical image of the inside of the patient's 5071 photographed by the endoscope 5001, is displayed on the display device 5041.
  • the operator 5067 uses the surgical instrument 5021 to treat the surgical target while viewing the surgical image displayed on the display device 5041 .
  • the medical images are not limited to surgical images, and may be diagnostic images captured during diagnosis.
  • the endoscope 5001 is an imaging unit for imaging the inside of the body of a patient 5071.
  • a camera 5005 includes a zoom optical system 50052 that enables optical zoom, a focus optical system 50053 that enables focus adjustment by changing the focal length of an imaging unit, and a light receiving element 50054 .
  • the endoscope 5001 converges light on the light receiving element 50054 through the connected scope 5003 to generate pixel signals, and outputs the pixel signals to the CCU 5039 through the transmission system.
  • the scope 5003 is an insertion portion that has an objective lens at its tip and guides light from the connected light source device 5043 into the body of the patient 5071 .
  • the scope 5003 is, for example, a rigid scope for rigid scopes and a flexible scope for flexible scopes.
  • the scope 5003 may be a direct scope or a perspective scope.
  • the pixel signal may be a signal based on a signal output from a pixel, such as a RAW signal or an image signal.
  • a memory may be installed in the transmission system connecting the endoscope 5001 and the CCU 5039, and the parameters relating to the endoscope 5001 and the CCU 5039 may be stored in the memory.
  • the memory may be arranged, for example, on the connection part of the transmission system or on the cable.
  • the parameters of the endoscope 5001 at the time of shipment and the parameters changed when the power is supplied may be stored in the memory of the transmission system, and the operation of the endoscope may be changed based on the parameters read from the memory.
  • an endoscope and a transmission system may be collectively referred to as an endoscope.
  • the light receiving element 50054 is a sensor that converts received light into pixel signals, and is, for example, a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) type imaging element.
  • the light-receiving element 50054 is preferably an imaging element having a Bayer array and capable of color imaging.
  • the light receiving element 50054 is, for example, 4K (horizontal pixel number 3840 ⁇ vertical pixel number 2160), 8K (horizontal pixel number 7680 ⁇ vertical pixel number 4320) or square 4K (horizontal pixel number 3840 or more ⁇ vertical pixel number 3840 or more). It is preferable that the image sensor has a number of pixels corresponding to the resolution.
  • the light receiving element 50054 may be a single sensor chip or a plurality of sensor chips.
  • a prism may be provided to separate the incident light into predetermined wavelength bands, and each wavelength band may be imaged by a different light-receiving element.
  • a plurality of light receiving elements may be provided for stereoscopic viewing.
  • the light receiving element 50054 may be a sensor including an arithmetic processing circuit for image processing in a chip structure, or may be a ToF (Time of Flight) sensor.
  • the transmission system is, for example, an optical fiber cable or wireless transmission. The wireless transmission is sufficient as long as the pixel signals generated by the endoscope 5001 can be transmitted.
  • Mirror 5001 and CCU 5039 may be connected.
  • the endoscope 5001 may transmit not only the pixel signal but also information related to the pixel signal (for example, processing priority of the pixel signal, synchronization signal, etc.) at the same time.
  • the endoscope may be configured by integrating a scope and a camera, or by providing a light-receiving element at the tip of the scope.
  • the CCU 5039 is a control device that comprehensively controls the connected endoscope 5001 and light source device 5043. For example, as shown in FIG. processing equipment. Also, the CCU 5039 may centrally control the connected display device 5041 , recording device 5053 and output device 5055 . For example, the CCU 5039 controls the irradiation timing and irradiation intensity of the light source device 5043 and the type of irradiation light source.
  • the CCU 5039 performs image processing such as development processing (for example, demosaicing processing) and correction processing on the pixel signals output from the endoscope 5001, and outputs the processed pixel signals (for example, image processing) to an external device such as the display device 5041. ). Also, the CCU 5039 transmits a control signal to the endoscope 5001 to control driving of the endoscope 5001 .
  • the control signal is, for example, information about imaging conditions such as magnification and focal length of the imaging unit.
  • the CCU 5039 may have an image down-conversion function, and may be configured to output a high-resolution (eg, 4K) image to the display device 5041 and a low-resolution (eg, HD) image to the recording device 5053 at the same time.
  • a high-resolution (eg, 4K) image to the display device 5041
  • a low-resolution (eg, HD) image to the recording device 5053 at the same time.
  • the CCU 5039 is connected to external devices (eg, recording device, display device, output device, support device) via an IP converter that converts signals into a predetermined communication protocol (eg, IP (Internet Protocol)).
  • IP Internet Protocol
  • the connection between the IP converter and the external device may be configured by a wired network, or part or all of the network may be configured by a wireless network.
  • the IP converter on the CCU5039 side has a wireless communication function, and the received video is sent to an IP switcher or output via a wireless communication network such as the 5th generation mobile communication system (5G) or the 6th generation mobile communication system (6G). It may be sent to the side IP converter.
  • 5G 5th generation mobile communication system
  • 6G 6th generation mobile communication system
  • the light source device 5043 is a device capable of emitting light in a predetermined wavelength band, and includes, for example, a plurality of light sources and a light source optical system that guides light from the plurality of light sources.
  • the light source is, for example, a xenon lamp, an LED light source, or an LD light source.
  • the light source device 5043 has, for example, LED light sources corresponding to the three primary colors R, G, and B, and emits white light by controlling the output intensity and output timing of each light source. Further, the light source device 5043 may have a light source capable of irradiating special light used for special light observation separately from the light source for irradiating normal light used for normal light observation.
  • Special light is light in a predetermined wavelength band different from normal light that is light for normal light observation.
  • Normal light is, for example, white light or green light.
  • narrow-band light observation which is a type of special light observation, by alternately irradiating blue light and green light, the wavelength dependence of light absorption in body tissues can be used to detect specific tissues such as blood vessels on the surface of the mucous membrane. can be shot with high contrast.
  • fluorescence observation which is a type of special light observation, excitation light that excites the drug injected into the body tissue is irradiated, and fluorescence emitted by the body tissue or the drug as a marker is received to obtain a fluorescence image.
  • a drug such as indocyanine green (ICG) injected into the body tissue is irradiated with infrared light having an excitation wavelength band, and the fluorescence of the drug is received to detect the body tissue. structure and the affected area can be easily visualized.
  • an agent for example, 5-ALA
  • the light source device 5043 sets the type of irradiation light under the control of the CCU 5039 .
  • the CCU 5039 may have a mode in which normal light observation and special light observation are alternately performed by controlling the light source device 5043 and the endoscope 5001 .
  • information based on pixel signals obtained by special light observation is preferably superimposed on pixel signals obtained by normal light observation.
  • the special light observation may be infrared light observation in which infrared light is irradiated to look deeper than the surface of the organ, or multispectral observation utilizing hyperspectral spectroscopy. Additionally, photodynamic therapy may be combined.
  • a recording device 5053 is a device for recording pixel signals (for example, an image) obtained from the CCU 5039, and is, for example, a recorder.
  • a recording device 5053 records the image acquired from the CCU 5039 on an HDD, an SDD, or an optical disk.
  • the recording device 5053 may be connected to a hospital network and accessible from equipment outside the operating room. Also, the recording device 5053 may have an image down-conversion function or an image up-conversion function.
  • the display device 5041 is a device capable of displaying an image, such as a display monitor.
  • a display device 5041 displays a display image based on pixel signals obtained from the CCU 5039 .
  • the display device 5041 may function as an input device that enables line-of-sight recognition, voice recognition, and gesture-based instruction input by being equipped with a camera and a microphone.
  • the output device 5055 is a device for outputting information acquired from the CCU 5039, such as a printer.
  • the output device 5055 prints on paper a print image based on the pixel signals acquired from the CCU 5039, for example.
  • the support device 5027 is an articulated arm including a base portion 5029 having an arm control device 5045 , an arm portion 5031 extending from the base portion 5029 , and a holding portion 5032 attached to the tip of the arm portion 5031 .
  • the arm control device 5045 is configured by a processor such as a CPU, and operates according to a predetermined program to control driving of the arm section 5031 .
  • the support device 5027 controls parameters such as the length of each link 5035 constituting the arm portion 5031 and the rotation angle and torque of each joint 5033 by means of the arm control device 5045 .
  • the support device 5027 functions as an endoscope support arm that supports the endoscope 5001 during surgery. Thereby, the support device 5027 can take the place of the scopist who is an assistant holding the endoscope 5001 .
  • the support device 5027 may be a device that supports a microscope device 5301, which will be described later, and can also be called a medical support arm.
  • the control of the support device 5027 may be an autonomous control method by the arm control device 5045, or may be a control method in which the arm control device 5045 controls based on the user's input.
  • control method is a master/slave method in which the support device 5027 as a slave device (replica device), which is a patient cart, is controlled based on the movement of the master device (primary device), which is the operator console at hand of the user. It's okay. Also, the control of the support device 5027 may be remotely controlled from outside the operating room.
  • slave device replica device
  • master device primary device
  • control of the support device 5027 may be remotely controlled from outside the operating room.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of a microsurgery system to which technology according to the present disclosure can be applied;
  • the same reference numerals are given to the same configurations as those of the endoscope system 5000, and duplicate descriptions thereof will be omitted.
  • FIG. 16 schematically shows an operator 5067 performing an operation on a patient 5071 on a patient bed 5069 using the microsurgery system 5300 .
  • the cart 5037 in the configuration of the microsurgery system 5300 is omitted from the illustration for simplicity, and the microscope device 5301 that replaces the endoscope 5001 is illustrated in a simplified manner.
  • the microscope device 5301 in this description may refer to the microscope section 5303 provided at the tip of the link 5035 or may refer to the entire configuration including the microscope section 5303 and the support device 5027 .
  • an image of a surgical site captured by a microscope device 5301 is enlarged and displayed on a display device 5041 installed in the operating room.
  • the display device 5041 is installed at a position facing the operator 5067, and the operator 5067 observes the state of the operation site by the image displayed on the display device 5041, for example, resection of the affected area.
  • Various measures are taken against Microsurgery systems are used, for example, in ophthalmic and brain surgery.
  • the support device 5027 can support other observation devices or other surgical tools instead of the endoscope 5001 or the microscope section 5303 at its distal end.
  • the other observation device for example, forceps, forceps, a pneumoperitoneum tube for pneumoperitoneum, or an energy treatment instrument for incising tissue or sealing a blood vessel by cauterization can be applied.
  • the technology according to the present disclosure may be applied to a support device that supports components other than such a microscope section.
  • the technology according to the present disclosure can be suitably applied to the surgical instrument 5021 among the configurations described above. Specifically, by irradiating the affected area of the patient with a short laser pulse from the laser device 1 according to the present embodiment, the affected area can be treated more safely and reliably without damaging the area around the affected area. can.
  • this technique can take the following structures. (1) a laminated semiconductor layer having a first reflective layer for a first wavelength and an active layer for performing surface emission of the first wavelength; A second reflective layer for a second wavelength on a first surface facing the laminated semiconductor layer disposed on the rear side of the optical axis of the laminated semiconductor layer, and a second reflective layer for the first wavelength on a second surface opposite to the first surface.
  • a laser medium having a third reflective layer for a fourth reflective layer for the second wavelength, disposed on the second surface or disposed on the rear side of the optical axis from the second surface; a first resonator that resonates the light of the first wavelength between the first reflective layer and the third reflective layer; a second resonator that resonates the light of the second wavelength between the second reflective layer and the fourth reflective layer;
  • the first resonator has an optical element for condensing the light of the first wavelength in an optical axis direction,
  • the laser element wherein the optical axis of the laminated semiconductor layer, the optical axis of the laser medium, and the optical axis of the optical element are arranged on one axis.
  • the optical device has a concave mirror.
  • the concave mirror has a multilayer film structure in which at least one of a semiconductor material, a metal material, and a dielectric material is laminated.
  • the laminated semiconductor layer includes a first semiconductor layer having a concave end face on the first reflective layer side; The laser device according to any one of (2) to (4), wherein the concave mirror is stacked on the first semiconductor layer.
  • the laser medium has a concave end surface on the side of the third reflective layer;
  • the optical element has a first transparent material layer that transmits light of the second wavelength; a first end surface of the first transparent material layer joined to the laser medium is flat, and a second end surface on the opposite side of the first end surface is concave;
  • (9) having a second transparent material layer that is bonded to the second end face of the first transparent material layer and that transmits light of the second wavelength;
  • the laser device according to (8) wherein the end surface of the second transparent material layer opposite to the joint surface with the first transparent material layer is a flat surface.
  • the laser device according to (1) wherein the optical device has a light refracting member that refracts incident light in an optical axis direction.
  • the laminated semiconductor layer has a fifth reflective layer arranged closer to the laser medium than the active layer and transmitting part of the light of the first wavelength;
  • the laser device according to (10), wherein the light refraction member is arranged between the fifth reflective layer and the second reflective layer.
  • the optical element has a transparent material layer that is bonded to the photorefractive member and transmits the light of the first wavelength;
  • the transparent material layer has a lower refractive index than the photorefractive member, (13) a joint surface of the transparent material layer with the photorefractive member is concave, an end surface opposite to the joint surface is a flat surface, and an end surface of the laser medium is joined to the flat surface;
  • the laser device according to . The laser device according to (10), wherein the light refraction member has a convex end face on the side of the laser medium facing the laminated semiconductor layer.
  • the second reflective layer is arranged along the convex end surface.
  • the optical element has a transparent material layer that is bonded to the photorefractive member and transmits the light of the first wavelength; (15 ) or the laser device according to (16). (18) part of the semiconductor layers including the active layer in the laminated semiconductor layer is divided into a plurality of divided regions by an insulator; The laser device according to any one of (1) to (17), wherein each of the plurality of divided regions has the first resonator and the second resonator.
  • the optical axis of the laminated semiconductor layer, the optical axis of the laser medium, the optical axis of the saturable absorber, and the optical axis of the optical element are arranged on one axis,
  • the laser element is a laminated semiconductor layer having a first reflective layer for a first wavelength and an active layer for surface emission of the first wavelength; A second reflective layer for a second wavelength on a first surface facing the laminated semiconductor layer disposed on the rear side of the optical axis of the laminated semiconductor layer, and a second reflective layer for the first wavelength on a second surface opposite to the first surface.
  • a laser medium having a third reflective layer for a fourth reflective layer for the second wavelength, disposed on the second surface or disposed on the rear side of the optical axis from the second surface; a first resonator that resonates the light of the first wavelength between the first reflective layer and the third reflective layer; a second resonator that resonates the light of the second wavelength between the second reflective layer and the fourth reflective layer;
  • the first resonator has an optical element for condensing the light of the first wavelength in an optical axis direction,
  • An electronic device wherein an optical axis of the laminated semiconductor layer, an optical axis of the laser medium, and an optical axis of the optical element are arranged on one axis.

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Abstract

［課題］レーザ共振の際の回折損失を抑制する。 ［解決手段］レーザ素子は、第１波長に対する第１反射層と、前記第1波長の面発光を行う活性層と、を有する積層半導体層と、前記積層半導体層の光軸の後方側に配置され、前記積層半導体層と対向する第１面に第２波長に対する第２反射層および前記第１面と反対側の第２面に前記第１波長に対する第３反射層を有するレーザ媒質と、前記第２面に配置されるか、又は前記第２面より光軸の後方側に配置される、前記第２波長に対する第４反射層と、前記第１反射層および前記第３反射層の間で前記第１波長の光を共振させる第１共振器と、前記第２反射層および前記第４反射層の間で前記第２波長の光を共振させる第２共振器と、を備える。前記第１共振器は、前記第１波長の光を光軸方向に集光させる光学素子を有し、前記積層半導体層の光軸、前記レーザ媒質の光軸、及び前記光学素子の光軸は、一軸上に配置される。

Description

レーザ素子及び電子機器
　本開示は、レーザ素子及び電子機器に関する。
　レーザのピークパワーは、パルスエネルギー÷パルス幅と定義されており、より高いピークパワーを得るには、より短いパルス幅を得ることが重要である。レーザパルスを出力するＱスイッチ固体レーザでは、自身の共振器の長さと得られるパルス幅が比例するという特徴があり、最小の共振器長は用いられる固体レーザ媒質の長さで決まる。利得媒質として共振器の中に設置される固体レーザ媒質は、励起光の吸収量でその長さが決まるため、固体レーザ媒質の長さを単に短くしてしまうと、励起光を十分に吸収できずに励起効率が著しく低下してしまう。
　このため、外部から半導体レーザでＱスイッチ固体レーザ媒質を励起する従来の手法では、励起光吸収長よりも固体レーザ媒質の長さを短くすることは好ましくなく、より短いパルスを得ることはできない。つまり、短いパルス幅を得ようとして固体レーザ媒質長を短くすると、励起光の吸収量が下がって励起効率が低下する。逆に、励起光の吸収量を上げようと固体レーザ媒質長さを長くすると共振器長が長くなってパルス幅が長くなる、というトレードオフが従来存在していた。
　一方、製造と光源出力安定性の観点においては、従来のＱスイッチ固体レーザは、複数の光学素子を高精度に位置決めして組み立て調整を行う必要があり、量産性に乏しく、低コスト化が困難であると共に、各光学素子の位置ずれによる光源出力の安定性に課題がある。
　従来、例えば半導体レーザを用いて、Ｑスイッチ固体レーザを外部から励起し、短パルスレーザを発生する方式が知られている（特許文献１、２参照）。得られるパルス幅はＱスイッチ固体レーザの共振器長に比例するため、より高いレーザピークパワーを得るには共振器長を短くし、より短いパルス幅を得ることが望ましい。
　しかしながら、従来の方式では、用いることができる固体レーザ媒質の厚みは、励起用半導体レーザの波長と固体レーザ媒質のその波長での吸収係数で決まる吸収長で制限される。例えばＱスイッチ固体レーザで一般に最もよく用いられるＮｄ：ＹＡＧ（１０ａｔ％）の場合、波長８０８ｎｍ励起光に対する吸収長は１０ｍｍ程度であり、この長さより固体レーザ媒質の長さを短くしてしまうと、吸収されなかった残りの励起光は、半導体レーザ側に戻って動作を不安定にするか、発熱要因になっていた。ディスクレーザでは、励起光を幾重にも折り返す手法も提案されているが、複雑な励起光学系が必要であり、小型化や低コストに課題がある。
　また、従来、レーザ光源小型化のために、例えば特許文献３に示すように、励起用の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）と、固体レーザ媒質を一体的に積層する方式が提案されている。しかしながら、「一体的に積層する」、という記載があるのみで、光透過面同士を接合しているのか、いかなる接合プロセスを用いているのか、またそれに伴い生じる課題をどのように解決するかの具体的記述はない。
特開2013-219232号公報 特開2019-176119号公報 特開2007-173393号公報
　レーザ光のパルス幅をより短くするには、例えば励起用レーザとＱスイッチ固体レーザで共振器を共有することが考えられる。この場合、Ｑスイッチ固体レーザ側では共振器長を短くできるが、励起用レーザ側は固体レーザ媒質を含めて共振するため、共振器長が長くなる。共振器長が長くなると一般的に回折損失が大きくなるため、半導体共振器内の光密度が低下する。つまり、面発光レーザ側の共振器長が長くなると、固体レーザ媒質中の励起光密度が低下する事になる。これにより固体レーザの出力が低下する。
　そこで、本開示では、レーザ共振の際の回折損失を抑制可能なレーザ素子及び電子機器を提供するものである。
　上記の課題を解決するために、本開示によれば、第１波長に対する第１反射層と、前記第1波長の面発光を行う活性層と、を有する積層半導体層と、
　前記積層半導体層の光軸の後方側に配置され、前記積層半導体層と対向する第１面に第２波長に対する第２反射層および前記第１面と反対側の第２面に前記第１波長に対する第３反射層を有するレーザ媒質と、
　前記第２面に配置されるか、又は前記第２面より光軸の後方側に配置される、前記第２波長に対する第４反射層と、
　前記第１反射層および前記第３反射層の間で前記第１波長の光を共振させる第１共振器と、
　前記第２反射層および前記第４反射層の間で前記第２波長の光を共振させる第２共振器と、を備え、
　前記第１共振器は、前記第１波長の光を光軸方向に集光させる光学素子を有し、
　前記積層半導体層の光軸、前記レーザ媒質の光軸、及び前記光学素子の光軸は、一軸上に配置される、レーザ素子が提供される。
　前記光学素子は、凹面ミラーを有してもよい。
　前記凹面ミラーは、半導体材料、金属材料、及び誘電体材料の少なくとも一つを積層させた多層膜構造であってもよい。
　前記第１反射層及び前記第３反射層の少なくとも一方は、前記凹面ミラーを有してもよい。
　前記積層半導体層は、前記第１反射層側の端面が凹面形状の第１半導体層を有し、
　前記凹面ミラーは、前記第１半導体層に積層されてもよい。
　前記レーザ媒質は、前記第３反射層側の端面が凹面形状であり、
　前記凹面ミラーは、前記レーザ媒質の前記端面に積層されてもよい。
　前記光学素子は、前記レーザ媒質の前記積層半導体層に対向する側とは反対側の端面に接合されてもよい。
　前記光学素子は、前記第２波長の光を透過させる第１透明材料層を有し、
　前記第１透明材料層の前記レーザ媒質に接合される第１端面は平坦面であり、前記第１端面の反対側の第２端面は凹面形状であり、
　前記凹面ミラーは前記第２端面に沿って配置されてもよい。
　前記第１透明材料層の前記第２端面に接合され、前記第２波長の光を透過させる第２透明材料層を有し、
　前記第２透明材料層の前記第１透明材料層との接合面とは反対側の端面は、平坦面であってもよい。
　前記光学素子は、入射された光を光軸方向に屈折させる光屈折部材を有してもよい。
　前記積層半導体層は、前記活性層よりも前記レーザ媒質の側に配置され前記第１波長の光の一部を透過させる第５反射層を有し、
　前記光屈折部材は、前記第５反射層と前記第２反射層との間に配置されてもよい。
　前記光屈折部材は、前記積層半導体層の前記レーザ媒質に対向する側に凸面形状の端面を有してもよい。
　前記光学素子は、前記積層半導体層の前記レーザ媒質に対向する側の端面に接合され、
　前記光屈折部材は、前記光学素子の前記レーザ媒質に対向する側に凸面形状の一端面を有してもよい。
　前記光学素子は、前記光屈折部材に接合されて前記第１波長の光を透過させる透明材料層を有し、
　前記透明材料層は、前記光屈折部材よりも屈折率が小さく、
　前記透明材料層の前記光屈折部材との接合面は凹面形状であり、前記接合面の反対側の端面は平坦面であり、前記平坦面に前記レーザ媒質の端面が接合されてもよい。
　前記光屈折部材は、前記レーザ媒質の前記積層半導体層に対向する側に凸面形状の端面を有してもよい。
　前記第２反射層は、前記凸面形状の端面に沿って配置されてもよい。
　前記光学素子は、前記光屈折部材に接合されて前記第１波長の光を透過させる透明材料層を有し、
　前記透明材料層の前記光屈折部材との接合面は凹面形状であり、前記接合面の反対側の端面は平坦面であり、前記平坦面に前記積層半導体層の端面が接合されてもよい。
　前記積層半導体層における前記活性層を含む一部の半導体層は、絶縁体で複数の分割領域に分割されており、
　前記複数の分割領域のそれぞれは、前記第１共振器及び前記第２共振器を有してもよい。
　前記レーザ媒質と反対側の第３面に前記第４反射層を有する可飽和吸収体を備え、
　前記積層半導体層の光軸、前記レーザ媒質の光軸、前記可飽和吸収体の光軸、及び前記光学素子の光軸は、一軸上に配置され、
　前記積層半導体層、前記レーザ媒質、および前記可飽和吸収体は一体に接合されていてもよい。
　本開示の他の一態様によれば、レーザ素子と、
　前記レーザ素子から光を放出する制御を行う制御部と、を備える電子機器であって、
　前記レーザ素子は、
　第１波長に対する第１反射層と、前記第1波長の面発光を行う活性層と、を有する積層半導体層と、
　前記積層半導体層の光軸の後方側に配置され、前記積層半導体層と対向する第１面に第２波長に対する第２反射層および前記第１面と反対側の第２面に前記第１波長に対する第３反射層を有するレーザ媒質と、
　前記第２面に配置されるか、又は前記第２面より光軸の後方側に配置される、前記第２波長に対する第４反射層と、
　前記第１反射層および前記第３反射層の間で前記第１波長の光を共振させる第１共振器と、
　前記第２反射層および前記第４反射層の間で前記第２波長の光を共振させる第２共振器と、を備え、
　前記第１共振器は、前記第１波長の光を光軸方向に集光させる光学素子を有し、
　前記積層半導体層の光軸、前記レーザ媒質の光軸、及び前記光学素子の光軸は、一軸上に配置される、電子機器が提供される。
本開示によるレーザ素子の基本構成を示す図。 第１具体例に係るレーザ素子の断面図。 第２具体例に係るレーザ素子の断面図。 第３具体例に係るレーザ素子の断面図。 第４具体例に係るレーザ素子の断面図。 第５具体例に係るレーザ素子の断面図。 第６具体例に係るレーザ素子の断面図 第７具体例に係るレーザ素子の断面図。 第８具体例に係るレーザ素子の断面図。 第９具体例に係るレーザ素子の断面図。 本開示のレーザ素子の製造工程を模式的に示す図。 励起光源と固体レーザ媒質の間に第１透明媒質を配置したレーザ素子を示す図。 可飽和吸収体を持たないレーザ素子の基本構成を示す図。 内視鏡システムの概略的な構成の一例を示す図。 図１４に示すカメラ及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図。 顕微鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図。
　以下、図面を参照して、レーザ素子の実施形態について説明する。以下では、レーザ素子の主要な構成部分を中心に説明するが、レーザ素子には、図示又は説明されていない構成部分や機能が存在しうる。以下の説明は、図示又は説明されていない構成部分や機能を除外するものではない。
　（本開示によるレーザ素子の技術的特徴）
　まず、本開示によるレーザ素子の内部構成と動作を説明する前に、本開示によるレーザ素子の技術的特徴を説明する。
　本開示によるレーザ素子は、励起光源として面発光レーザの一部を用いた構造と、Ｑスイッチ用の固体レーザ媒質とを一体に接合した構成を備えている。なお、後述するように、本開示によるレーザ素子には、Ｑスイッチ機能を持たないレーザ素子もありうるが、まずは、Ｑスイッチ機能を備えたレーザ素子について説明する。
　本開示によるレーザ素子では、Ｑスイッチ用の固体レーザ媒質を２つの共振器が共有する。これら２つの共振器は、第１波長で共振する第１共振器と、第２波長で共振する第２共振器（Ｑスイッチ固体レーザ共振器とも呼ばれる）とを有する。
　２つの共振器が固体レーザ媒質を共有することで、固体レーザ媒質の長さを短くしても、第１共振器内で固体レーザ媒質の高強度励起が可能となり、より短いパルス幅のレーザパルスを発生できる。
　また、本開示によるレーザ素子は、半導体プロセス技術を利用して作製可能な一体化された積層構造体であるため、量産性に優れ、かつレーザ出力の安定性にも優れている。
　ここで、励起光源は、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）の一形態である。ＶＣＳＥＬと異なるのは、共振器を構成するミラーのうちの少なくとも１つが、励起光源の本体である積層半導体層の外部に設けられる点である。本開示によるレーザ素子は、後述するように、積層半導体層と、積層半導体層の外側に配置されるミラーとの間に、固体レーザ媒質を配置した構造を備えている。
　本開示によるレーザ素子は、積層半導体層と固体レーザ媒質との間で第１波長の光を共振させるため、積層半導体層だけで光を共振させるよりも、共振器長が長くなる。このため、上述したように、回折損失が大きくなり、固体レーザ媒質中の励起光密度が低下する。そこで、本開示によるレーザ素子は、回折損失を抑制するための光学素子を設けている。
　本開示によるレーザ素子は、以下の３つの特徴を有する。
（１）第１共振器と第２共振器が、固体レーザ媒質を共有する。第１共振器は、励起光源と固体レーザ媒質とを含む。第２共振器は、固体レーザ媒質と可飽和吸収体を含んでおり、第１共振器からの励起光によってＱスイッチレーザ発振を行う。
（２）第１共振器の内部に、第１波長の光を光軸方向に集光させる光学素子を有する。この光学素子は、例えば凹面ミラーを有する。凹面ミラーは、第１共振器の両側に設けられる第１反射層と第３反射層の少なくとも一方である。あるいは、光学素子は、例えば光屈折部材を有する。光屈折部材は、入射光を光軸方向に屈折させる。光屈折部材は、積層半導体層の中の第５反射層（中間ミラーと呼ぶこともある）と、レーザ媒質の第２反射面との間に設けられる。
（３）励起光源、固体レーザ媒質、及び可飽和吸収体は、一体化された構造を有する。
　本開示によるレーザ素子では、励起光源に電流を注入することによって発生される励起光を、第１共振器内の固体レーザ媒質で吸収させる。固体レーザ媒質は、第１共振器に隣接して設置された可飽和吸収体とともに、第２共振器を構成する。固体レーザ媒質が十分な励起状態となり、自然放出光の出力が上がって、ある閾値を超えると可飽和吸収体での光吸収率が急激に低下し、固体レーザ媒質で発生された自然放出光は可飽和吸収体を透過できるようになり、固体レーザ媒質において誘導放出を生じさせる。これによりＱスイッチパルス発振が起こる。
　（レーザ素子の基本構成）
　以下、本開示によるレーザ素子の具体的な実施形態を説明する。図１は本開示によるレーザ素子１の基本構成を示す図である。図１のレーザ素子１は、励起光源２と、固体レーザ媒質３と、可飽和吸収体４とを一体に接合した構成を備えている。
　励起光源２は、上述したＶＣＳＥＬの一部構造であり、積層構造の積層半導体層を有する。以下では、励起光源２を積層半導体層２と呼ぶこともある。図１の励起光源２は、基板５、ｎ－コンタクト層３３、第５反射層Ｒ５、クラッド層６、活性層７、クラッド層８、酸化前層３１、及び第１反射層Ｒ１を順に積層した構造を備えている。なお、図１のレーザ素子１は、基板５から連続波（ＣＷ：Continuous Wave）の励起光を放出するボトムエミッション型の構成を示しているが、第１反射層Ｒ１側からＣＷ励起光を放出するトップエミッション型の構成もありえる。
　基板５は、例えばｎ－ＧａＡｓ基板５である。ｎ－ＧａＡｓ基板５は、励起光源２の励起波長である第１波長λ１の光を一定の割合で吸収するため、極力薄くするのが望ましい。その一方で、後述する接合プロセスの際の機械的強度を維持できる程度の厚みを持たせるのが望ましい。
　活性層７は、第１波長λ１の面発光を行う。クラッド層６、８は、例えばノンドープのＡｌＧａＡｓクラッド層である。第１反射層Ｒ１は、第１波長λ１の光を反射させる。第５反射層Ｒ５は、第１波長λ１の光に対して一定の透過率を有する。
　第１反射層Ｒ１と第５反射層Ｒ５には、例えば、電気伝導が可能な半導体分布反射層（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）が用いられる。図１の場合、第１反射層Ｒ１はｐ－ＤＢＲ、第５反射層Ｒ５はｎ－ＤＢＲである。ｐ－ＤＢＲとｎ－ＤＢＲはそれぞれ、低屈折率層と高屈折率層を交互に積層した多層反射層である。ｐ－ＤＢＲとｎ－ＤＢＲには、対応するドーパント（ｐ－ＤＢＲは例えば炭素、ｎ－ＤＢＲは例えばシリコン）が添加されている。より詳細には、ｐ－ＤＢＲとｎ－ＤＢＲは、Ａｌz1Ｇａ1-z1Ａｓ／ＡｌZ2Ｇａ1-z2Ａｓ（０≦ｚ１≦ｚ２≦１）で形成されている。また後述する酸化層と区別するためにｚ２＝１でないことが望ましい。第５反射層Ｒ５とｎ－ＧａＡｓ基板５との間にはｎ－コンタクト層３３が配置されている。
　第１反射層Ｒ１と第５反射層Ｒ５を介して外部から電流が注入され、活性層７内の量子井戸で再結合と発光が生じて、第１波長λ１のレーザ発振が行われる。第１反射層Ｒ１のクラッド層側の酸化前層例えばＡｌＡｓ層）３１の一部はドライエッチング等で除去及び酸化されて変質され、酸化後層（例えばＡｌ2Ｏ3層）３２になる。これにより、第１波長の光を電気的及び光学的に閉じ込めることが可能になる。
　活性層７は、例えば、Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａ1-x1-y1Ａｓ層とＡｌx3Ｉｎy3Ｇａ1-x3-y3Ａｓ層を積層した多重量子井戸層を有する。詳述すると、活性層７は、圧縮歪を有するように交互に積層された量子井戸層及び障壁層を含んでおり、例えばＡｌx1Ｉｎy1Ｇａ1-x1-y1Ａｓ層と、Ａｌx3Ｉｎy3Ｇａ1-x3-y3Ａｓ層で形成されている。また、トンネルジャンクションを介したマルチジャンクション構造であっても良い。
　励起光源２内の各半導体層Ｒ５、６、７、８、Ｒ１は、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法、ＭＢＥ（分子線エピタキシ法等の結晶成長法を用いて形成することができる。そして、結晶成長後に、素子分離のためのメサエッチングや絶縁膜の形成、電極膜の蒸着等のプロセスを経て、電流注入による駆動が可能になる。なお、図１に示す励起光源２の積層構造（積層半導体層）は、一例であり、各半導体層の材料、層構成、製造時の半導体プロセスは、上述した説明に限定されない。
　励起光源２のｎ－ＧａＡｓ基板５の第５反射層Ｒ５とは反対側の端面には、固体レーザ媒質３が接合されている。以下では、固体レーザ媒質３の励起光源２側の端面を第１面Ｆ１と呼び、固体レーザ媒質３の可飽和吸収体４側の端面を第２面Ｆ２と呼ぶ。また、可飽和吸収体４のレーザパルス出射面を第３面Ｆ３と呼び、励起光源２の固体レーザ媒質３側の端面を第４面Ｆ４と呼ぶ。また、可飽和吸収体４の固体レーザ媒質３側の端面を第５面Ｆ５と呼ぶ。図１では便宜上分離して図示しているが、励起光源２の第４面Ｆ４は固体レーザ媒質３の第１面Ｆ１と接合され、固体レーザ媒質３の第２面Ｆ２は可飽和吸収体４の第５面Ｆ５と接合される。
　図１のレーザ素子１は、第１共振器１１と第２共振器１２を備えている。第１共振器１１は、励起光源２内の第１反射層Ｒ１と固体レーザ媒質３内の第３反射層Ｒ３との間で、第１波長λ１の光を共振させる。第２共振器１２は、固体レーザ媒質３内の第２反射層Ｒ２と可飽和吸収体４内の第４反射層Ｒ４との間で、第２波長λ２の光を共振させる。積層半導体層２の導電型は上述した説明と逆でもよいし、基板５はノンドープの基板でもよい。
　第２共振器１２は、Ｑスイッチ固体レーザ共振器１２とも呼ばれる。第１共振器１１が安定した共振動作を行えるように、固体レーザ媒質３内に、高反射層である第３反射層Ｒ３が設けられている。通常の励起光源２は、図１の第３反射層Ｒ３の位置に、第１波長λ１の光を外部に放出するための部分反射鏡を配置する。これに対して、図１のレーザ素子１では、第３反射層Ｒ３を、第１波長λ１の励起光のパワーを第１共振器１１内に閉じ込めるために用いるため、第３反射層Ｒ３を高反射層にしている。
　このように、励起光源２と固体レーザ媒質３からなる第１共振器１１の内部には、３つの反射層（第１反射層Ｒ１、第５反射層Ｒ５、及び第３反射層Ｒ３）が設けられる。このため、第１共振器１１は、結合共振器（Coupled Cavity）構造である。
　第１共振器１１内に第１波長λ１の励起光のパワーを閉じ込めることで、固体レーザ媒質３が励起される。これにより、第２共振器１２にて、Ｑスイッチレーザパルス発振が生じる。第２共振器１２は、固体レーザ媒質３内の第２反射層Ｒ２と可飽和吸収体４内の第４反射層Ｒ４との間で、第２波長λ２の光を共振させる。第２反射層Ｒ２は高反射層であるのに対し、第４反射層Ｒ４は部分反射層である。図１では、第４反射層Ｒ４を可飽和吸収体４の端面に設けているが、第４反射層Ｒ４は可飽和吸収体４のレーザパルス出射面よりも光軸後方側に配置してもよい。光軸後方とは、光軸上の光の出射方向である。すなわち、第４反射層Ｒ４は、必ずしも可飽和吸収体４の内部又は表面に設ける必要はない。ただし、仮に第４反射層Ｒ４が可飽和吸収体４よりも光軸前方側に配置されている場合でも、第２反射層Ｒ２と第４反射層Ｒ４の間で第２波長λ２の光を共振させる必要がある。
　固体レーザ媒質３は、例えば、Ｙｂ（イットリビウム）をドープしたＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）結晶Ｙｂ：ＹＡＧを含む。この場合、第１共振器１１の第１波長λ１は９４０ｎｍ、第２共振器１２の第２波長λ２は、１０３０ｎｍとなる。
　固体レーザ媒質３は、Ｙｂ：ＹＡＧに限らず、例えば、固体レーザ媒質３として、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＶＯ４、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ｇｌａｓｓ、Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＹＬＦ、Ｙｂ：ＦＡＰ、Ｙｂ：ＳＦＡＰ、Ｙｂ：ＹＶＯ、Ｙｂ：ｇｌａｓｓ、Ｙｂ：ＫＹＷ、Ｙｂ：ＢＣＢＦ、Ｙｂ：ＹＣＯＢ、Ｙｂ：ＧｄＣＯＢ、ＹＢ：ＹＡＢの少なくともいずれかの材料を使うことができる。
　また、固体レーザ媒質３は、４準位系の固体レーザ媒質３であってもよいし、準３準位系の固体レーザ媒質３であってもよい。ただし、それぞれの結晶によって、適切な励起波長（第１波長λ１）は異なるので、固体レーザ媒質３の材料に応じて、励起光源２内の活性層７の半導体材料を選択する必要がある。
　可飽和吸収体４は、例えばＣｒ（クロム）をドープしたＹＡＧ（Ｃｒ：ＹＡＧ）結晶を含む。可飽和吸収体４は、入射光の強度が所定の閾値を超えると透過率が増大する材料である。第１共振器１１による第１波長λ１の励起光により、可飽和吸収体４の透過率が増大し、第２波長λ２のレーザパルスを放出する。これはＱスイッチと呼ばれる。可飽和吸収体４の材料として、Ｖ：ＹＡＧを用いることもできる。ただし、その他の種類の可飽和吸収体４を使ってもよい。また、Ｑスイッチとして、能動（アクティブ）Ｑスイッチ素子を使うことを妨げるものではない。
　図１では、励起光源２、固体レーザ媒質３、及び可飽和吸収体４を、それぞれ分離して図示しているが、これらは接合プロセスを用いて接合されて一体化された積層構造である。接合プロセスの例としては、表面活性化接合、原子拡散接合、プラズマ活性化接合等を用いることができる。あるいは、その他の接合（接着）プロセスを用いることができる。
　励起光源２に固体レーザ媒質３を強固に接合させるには、励起光源２内のｎ－ＧａＡｓ基板５の表面を平坦にする必要がある。このため、上述したように、第１反射層Ｒ１や第５反射層Ｒ５に電流を注入するための電極Ｅ１、Ｅ２は、少なくともｎ－ＧａＡｓ基板５の表面に露出しないように配置するのが望ましい。図１の例では、励起光源２の第１反射層Ｒ１側の端面に、電極Ｅ１、Ｅ２を配置している。電極Ｅ１は、ｐ電極であり、第１反射層Ｒ１と導通している。電極Ｅ２はｎ電極であり、第１反射層Ｒ１からｎ－コンタクト層３３まで達するトレンチの側壁に絶縁膜３４を介して導電材料３５を充填してｎ－コンタクト層３３と接触させることで形成される。図１のように電極Ｅ１とＥ２を励起光源２の同一の端面に配置することで、この端面を不図示の支持基板にはんだ実装可能となる。複数のレーザ素子をアレイ状に配置したときも、同一の端面に電極Ｅ１、Ｅ２を配置することで、この端面を支持基板に実装可能な形態となる。なお、図１に示した電極Ｅ１、Ｅ２の形状及び配置場所は一例にすぎない。
　このように、図１のレーザ素子１を積層構造にすることで、積層構造体を作製した後にダイシングにより個片化して複数のチップを形成したり、あるいは一つの基板上に複数のレーザ素子１をアレイ状に配置したレーザアレイを形成したりすることが容易になる。
　接合プロセスにて積層構造のレーザ素子１を作製する場合、各表面層の算術平均粗さＲａは１ｎｍ程度以下にする必要があり、望ましくは０．５ｎｍ以下である。これらの算術平均粗さをもつ表面層を実現するために化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）が用いられる。また、各層の界面の光損失を回避するために、各層の間に誘電体多層膜を配置して、誘電体多層膜を介して各層を接合してもよい。例えば、励起光源２のベース基板であるＧａＡｓ基板５の波長９４０ｎｍに対する屈折率ｎは３．２であり、ＹＡＧ（ｎ：１．７）や一般的な誘電体多層膜材料に比べ、高屈折率を有する。このため、励起光源２に固体レーザ媒質３と可飽和吸収体４を接合する際に、屈折率のミスマッチによる光損失が生じないようにする必要がある。具体的には、励起光源２と固体レーザ媒質３との間に、第１共振器１１の第１波長λ１の光を反射させない反射防止膜（ＡＲコート膜又は無反射コート膜）を配置するのが望ましい。また、固体レーザ媒質３と可飽和吸収体４との間にも、反射防止膜（ＡＲコート膜又は無反射コート膜）を配置するのが望ましい。
　接合材料によっては研磨が難しい場合があり、例えばＳｉＯ2などの第１波長λ１及び第２波長λ２に対して透明な材料を、接合のための下地層として成膜し、このＳｉＯ2層を算術平均粗さＲａ＝１ｎｍ程度（望ましくは０．５ｎｍ以下）に研磨して、接合のための界面として用いても良い。ここで、下地層としては、ＳｉＯ2以外にも使用可能であり、ここでは材料に限定されない。なお、下地層の材料であるＳｉＯ2と基材層との間に無反射膜を設けてもよい。
　誘電体多層膜には、短波長透過フィルタ膜（ＳＷＰＦ：Short Wave Pass Filter）、長波長透過フィルタ膜（ＬＷＰＦ：Long Wave Pass Filter）、バンドパスフィルタ膜（ＢＰＦ：Band Pass Filter）、無反射保護膜（ＡＲ：Anti-Reflection）などがある。必要に応じて、異なる種類の誘電体多層膜を配置するのが望ましい。誘電体多層膜の成膜方法としては、ＰＶＤ（Physical vapor deposition）法を用いることができ、具体的には、真空蒸着、イオンアシスト蒸着、スパッタなどの成膜方法を用いることができる。どの成膜方法を適用するかは問わない。また、誘電体多層膜の特性も任意に選択可能であり、例えば、第２反射層Ｒ２を短波長透過フィルタ膜とし、第３反射層Ｒ３を長波長透過フィルタ膜としてもよい。また、第３反射層Ｒ３に長波長透過フィルタ膜を適用させることで可飽和吸収体に第1波長の侵入を防ぎＱスイッチの誤動作を防ぐことができる。
　なお、短波長透過とは、第１波長λ１の光は透過し、第２波長λ２の光を反射することを意味する。また、長波長透過とは、第１波長λ１の光を反射し、第２波長λ２の光を透過することを意味する。
　また、第２共振器１２の内部に、Ｐ偏光とＳ偏光の比率を分離するフォトニック結晶構造の偏光子を設けてもよい。また、第２共振器１２の内部に回折格子を設けて、放出されるレーザパルスの偏光状態をランダム偏光から直線偏光に変換させてもよい。
　（レーザ素子１の動作原理）
　次に、図１のレーザ素子１の動作を説明する。励起光源２の電極を介して電流を活性層７に注入することで、第１共振器１１内で第１波長λ１のレーザ発振が起こり、固体レーザ媒質３が励起される。固体レーザ媒質３には可飽和吸収体４が接合されていることから、第１波長λ１のレーザ発振が起こった最初の段階では、固体レーザ媒質３からの自然放出光は可飽和吸収体４に吸収されてしまい、可飽和吸収体４の出射面側の第４反射層Ｒ４による光フィードバックが起こらず、Ｑスイッチレーザ発振には至らない。
　その後、固体レーザ媒質３に第１波長λ１の励起光のパワーが蓄積されて、固体レーザ媒質３が十分な励起状態になると、自然放出光の出力が上がり、ある閾値を超えると可飽和吸収体４での光吸収率が急激に低下し、固体レーザ媒質３で発生した自然放出光は可飽和吸収体４を透過できるようになる。これにより、第１共振器１１による第１波長λ１の光が固体レーザ媒質３から放出されるとともに、第２共振器１２は第２反射層Ｒ２と第４反射層Ｒ４との間で第２波長λ２の光を共振させる。これによりＱスイッチレーザ発振が起こり、第４反射層Ｒ４を介して、空間（図１中右側の空間）に向けて、Ｑスイッチレーザパルスが放出される。
　第２共振器１２の内部に、波長変換のための非線形光学結晶を配置することができる。非線形光学結晶の種類により、波長変換後のレーザパルスの波長を変えることができる。波長変換材料の例としては、ＬｉＮｂＯ3、ＢＢＯ、ＬＢＯ、ＣＬＢＯ、ＢｉＢＯ、ＫＴＰ、ＳＬＴなどの非線形光学結晶が挙げられる。また、波長変換材料として、これらに類似する位相整合材料を使ってもよい。ただし、波長変換材料の種類については問わない。波長変換材料によって、第２波長λ２を別の波長に変換することができる。
　以上、本開示によるＱスイッチレーザ発振を得るための基本的な構成と動作原理を説明したが、図１のレーザ素子の構成では、冒頭で述べたように、第１共振器１１の共振器長が長いことによる回折損失が大きく、レーザ出力が制限されるという課題を解決できない。
　（回折損失の抑制策）
　まず、第１共振器１１の共振器長が長くなることで回折損失が大きくなる原因について説明する。ここで、回折損失は、活性層７から発せられる光が第１共振器１１内で共振しているうちに第１共振器１１の外に放出されてしまう光の存在により生じる。この放出されてしまう光を共振器内に留めることができればその損失を低減する事が出来る。共振器の反射ミラーとして、平行平板ミラーよりも凹面ミラーを用いた共振器の方が回折損失を低減できることが知られているが、２つの共振器が固体レーザ媒質を共有する構成において、一方の共振器の回折損失を抑制する具体的な手法は提案されていない。
　以下、第１共振器１１の回折損失を抑制するためのレーザ素子の具体的構成を説明する。本開示によるレーザ素子は、図１に示す基本構造に加えて、光学素子を備えている。光学素子は、第１共振器１１に設けられている。光学素子は、第１波長の光を光軸方向に集光させる機能を有する。光学素子の具体的な構成として、複数の構成が考えられるため、以下、それぞれ異なる構成の光学素子を備えたレーザ素子について、順に説明する。
　（レーザ素子の第１具体例）
　図２は第１具体例に係るレーザ素子１の断面図である。図２のレーザ素子１は、図１と同様に、励起光源２と、固体レーザ媒質３と、可飽和吸収体４とを一体に接合した構成を備えている。図２のレーザ素子１では、図１に示した電極Ｅ１、Ｅ２を省略している。
　図２のレーザ素子１は、光学素子９を有する。図２の光学素子９は、凹面ミラー１０を有する。図２の凹面ミラー１０は、励起光源２が有する凹面形状の第１反射層Ｒ１である。図２の光学素子９は、励起光源２の第１反射層Ｒ１を凹面形状に加工したものである。上述したように、第１共振器１１は、励起光源２の端面に設けられる第１反射層Ｒ１と、固体レーザ媒質３の端面に設けられる第３反射層Ｒ３との間で、第１波長λ１の光を共振させる。第１反射層Ｒ１を凹面形状にすることで、図２の一点鎖線に示すように、第１反射層Ｒ１で反射された第１波長λ１の光は、第１共振器１１の光軸方向に集光される向きに進行する。これにより、第１共振器１１の外に出て行く光の割合が少なくなり、回折損失を抑制することができる。
　図２のレーザ素子１は、ボトムエミッション型であり、基板５の上に、ｎ－コンタクト層３３、第５反射層Ｒ５、クラッド層６、活性層７、クラッド層８、及び凹面ミラー形成層４１を順に積層し、凹面ミラー形成層４１の表面をドライエッチング等で凸面形状に加工し、形成された凸面に、半導体材料、金属材料、及び誘電体材料の少なくとも一つを積層させた多層膜４２からなる凹面ミラー１０を蒸着やスパッタ等により配置したものである。多層膜４２は、第１共振器１１の内部から見ると凹面形状であるため、本明細書では、凹面ミラー１０と呼ぶ。凹面ミラー形成層４１の材料は、第１波長λ１の光を透過させる透明材料であればよく、具体的な材料は問わない。凹面ミラー１０は、第１波長λ１の光を第１共振器１１の光軸方向に集光させる向きに反射させる第１反射層Ｒ１である。
　このように、図２のレーザ素子１は、図１の第１反射層Ｒ１を凸面形状に加工したものであり、新たな部材を追加することなく、回折損失を抑制できる。
　（レーザ素子１の第２具体例）
　図３は第２具体例に係るレーザ素子１の断面図である。図３のレーザ素子１も、凹面ミラー１０からなる光学素子９を備えている。図３のレーザ素子１は、トップエミッション型である。トップエミッション型の場合、励起光源２の基板５が固体レーザ媒質３とは反対側に配置され、本来的には基板５側のＤＢＲが第１共振器１１の共振器ミラーである第１反射層Ｒ１に相当する。図３では、基板５側のＤＢＲを除去し、基板５の表面をドライエッチング等で凸面加工し、その凸面に励起波長に対する多層膜４２を蒸着やスパッタ等により形成することで、共振器から見たときに凹面ミラー１０を形成する。この凹面ミラー１０は、第１波長λ１の光を光軸方向に集光させる向きに反射させる第１反射層Ｒ１である。
　このように、図３のレーザ素子１は、トップエミッション型の基板５の端面を凸面加工して凹面ミラー１０を形成するため、新たな部材を追加することなく、回折損失を抑制できる。
　（レーザ素子１の第３具体例）
　図４は第３具体例に係るレーザ素子１の断面図である。図４のレーザ素子１は、固体レーザ媒質３の可飽和吸収体４側に光学素子９を備えている。この光学素子９は、凹面ミラー１０を有する。この凹面ミラー１０は第３反射層Ｒ３として機能する。この凹面ミラー１０に入射された第１波長λ１の光は、光軸方向に集光される向きに反射される。
　図４の凹面ミラー１０は、固体レーザ媒質３の表面をドライエッチング等で凸面形状に加工し、形成された凸面に多層膜４２からなる凹面ミラー１０を蒸着やスパッタ等により配置したものである。凹面ミラー１０は、入射された第１波長λ１の光を第１共振器１１の光軸方向に集光させる向きに反射させる第３反射層Ｒ３である。また、凹面ミラー１０は、第２波長λ２の光を透過させる。
　固体レーザ媒質３の端面を凸面形状に加工すると、そのままでは、可飽和吸収体４を面接触させることができない。そこで、固体レーザ媒質３の端面に配置される凹面ミラー１０に透明材料層４３を成膜して、透明材料層４３の表面を平坦化させ、この透明材料層４３に可飽和吸収体４を接合させる。
　透明材料層４３は、第２波長λ２の光を透過させる材料であればよく、具体的な材料は問わない。透明材料層４３は、蒸着やスパッタ等により、凹面ミラー１０の高さよりも厚く成膜され、可飽和吸収体４が接合可能な粗さ（例えば、Ｒａが１ｎｍ程度）まで、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）により研磨されて平坦化される。これにより、透明材料層４３と可飽和吸収体４を安定に面接触させることができる。
　透明材料層４３と可飽和吸収体４との間には、無反射コート層４４を配置してもよい。無反射コート層４４を配置することで、透明材料層４３と可飽和吸収体４との界面で第２波長λ２の光が反射されるおそれがなくなる。
　（レーザ素子１の第４具体例）
　図５は第４具体例に係るレーザ素子１の断面図である。図５のレーザ素子１は、固体レーザ媒質３の端面に接合される光学素子９を備えている。光学素子９は、固体レーザ媒質３とは別個に設けられる部材であり、第１透明材料層である。図１では、固体レーザ媒質３の可飽和吸収体４側の端面に第３反射層Ｒ３が配置されているが、図５では、光学素子９の端面が凸面形状に加工されて、この凸面に多層膜４２からなる凹面ミラー１０が配置され、この凹面ミラー１０が第３反射層Ｒ３として機能する。このように、光学素子９の基材である第１透明材料層は、固体レーザ媒質３に面接触するための平坦面と、凸面形状の端面とを有する。
　図５の光学素子９の基材である第１透明材料層は、第１波長λ１及び第２波長λ２の光を透過させる透明材料であればよく、具体的な材料は問わない。光学素子９の表面は、ドライエッチング等により凸面形状に加工される。凸面の上に配置される多層膜４２からなる凹面ミラー１０は、第１波長λ１の光を反射させ、第２波長λ２の光を透過させる。凹面ミラー１０の表面には、図４と同様に、第２波長λ２の光を透過させる透明材料層（第２透明材料層とも呼ぶ）４３が成膜されて、平坦化される。このため、可飽和吸収体４は、透明材料層４３に安定に面接触される。また、透明材料層４３と可飽和吸収体４との界面には無反射コート層４４を配置してもよい。
　（レーザ素子１の第５具体例）
　図６は第５具体例に係るレーザ素子１の断面図である。図６のレーザ素子１は、図２の凹面ミラー１０に対応する凹面ミラー１０ａと、図４の凹面ミラー１０に対応する凹面ミラー１０ｂを有する光学素子９を備えている。凹面ミラー１０ａは凹面に沿って配置される多層膜４２ａを有し、凹面ミラー１０ｂは凹面に沿って配置される多層膜４２ｂを有する。
　図２の凹面ミラー１０と図４の凹面ミラー１０はいずれも、入射された光を第１共振器１１の光軸方向に集光させる向きに第１波長λ１の光を反射させる。よって、図２の凹面ミラー１０と図４の凹面ミラー１０をともに備えることで、回折損失をより抑制することができ、レーザ出力の光強度をより向上できる。
　（レーザ素子１の第６具体例）
　上述した第１～第５具体例に係るレーザ素子１は、第１共振器１１の第１反射層Ｒ１と第３反射層Ｒ３の少なくとも一方を凹面ミラー１０にすることで、第１波長λ１の光を光軸方向に集光される向きに反射させて、回折損失の抑制を図っている。これに対して、以下に説明する第７～第９具体例に係るレーザ素子１は、励起光源２の内部に光屈折部材を有する光学素子９を設けて、第１波長λ１の光を集光させる方向に屈折させるものである。
　図７は第６具体例に係るレーザ素子１の断面図である。図７のレーザ素子１は、励起光源２の内部に光屈折部材４６を有する光学素子９を設けている。図７の光屈折部材４６は、励起光源２内の基板の表面をドライエッチング等により凸面形状に加工することにより形成される。光屈折部材４６は、凸レンズとして機能し、第１反射面側から入射された第１波長λ１の光を平行化する方向に屈折させて出射するとともに、第３反射面側から入射された第１波長λ１の光を光軸方向に集光させる向きに屈折させて出射する。
　励起光源２の固体レーザ媒質３側の端面が凸面であると、固体レーザ媒質３と面接触できないため、凸面に、励起光源２内の基板よりも屈折率の小さい透明材料層４７を成膜して、ＣＭＰ等により平坦化した上で、固体レーザ媒質３と接合する。透明材料層４７は、励起光源２の基板の材料よりも屈折率が小さい材料であり、凸面が平坦化する程度に厚く成膜する必要がある。
　図７はボトムエミッション型のレーザ素子１を示しているが、トップエミッション型の場合は図７の第１反射層Ｒ１の材料であるＤＢＲが第２反射層Ｒ２の近傍に配置されることになる。ＤＢＲを凸面形状に加工することはできないため、ＤＢＲに接合された基板５を凸面形状に加工して光屈折部材４６を形成することになる。
　（レーザ素子１の第７具体例）
　図８は第７具体例に係るレーザ素子１の断面図である。図８のレーザ素子１は、励起光源２と固体レーザ媒質３との間に、光屈折部材４６からなる光学素子９を配置している。この光屈折部材４６は、凸レンズとして機能する。図７では、励起光源２の基板を加工することで、凸面形状の光屈折部材４６を形成するのに対し、図８では、励起光源２とは別個に、凸面形状の光屈折部材４６を配置する。
　図８の光屈折部材４６は、励起光源２の端面に、凸面を形成可能な厚さの第１透明材料層４７を成膜し、ドライエッチング等により凸面形状に加工して形成される。図８においても、凸面のままでは固体レーザ媒質３を面接触させることができないため、凸面の上に、第１透明材料層４７よりも屈折率の小さい第２透明材料層４７を蒸着やスパッタ等により成膜してＣＭＰにより平坦化した後に、固体レーザ媒質３を接合する。なお、光屈折部材４６と励起光源２の基板５との間には、無反射コート層４４を配置してもよい。
　（レーザ素子１の第８具体例）
　図９は第８具体例に係るレーザ素子１の断面図である。図９のレーザ素子１は、固体レーザ媒質３の励起光源２側の端面をドライエッチング等により凸面形状に加工して、凸面に多層膜４２を成膜することで、光屈折部材４６を形成する。この光屈折部材４６の多層膜４２は、第１波長λ１の光を透過させて、第２波長λ２の光を反射させる第２反射層Ｒ２として機能する。これにより、光屈折部材４６は、第１波長λ１の光に対する凸レンズとして機能する。光屈折部材４６の多層膜４２は凸面形状であるため、第１波長λ１の光を透過させる透明材料層４７を多層膜４２の上に成膜し、ＣＭＰ等により平坦化させる。これにより、透明材料層４７と励起光源２とを強固に接合させることができる。
　上述した第６～第８具体例では、光学素子９を光屈折部材４６にする例を示したが、微細周期構造を有する光学素子９でも、第１波長λ１の光を光軸方向に集光させることができる。微細周期構造は、例えばフレネルレンズ、メタレンズ、フォトニック結晶レンズなどである。また、光軸に交差する面内に屈折率分布を有する構造の光学素子９でも、第１波長λ１の光を光軸方向に集光させることができる。屈折率分布を有する構造は、例えばＧＲＩＮレンズや、ガラス等の基材にレーザ光を照射して改質させた基材などである。
　（レーザ素子１の第９具体例）
　励起光源２は、上述したようにＶＣＳＥＬの一形態であるため、一次元又は二次元方向にアレイ状にレーザ光源を配置することも可能である。
　図１０は第９具体例に係るレーザ素子１の断面図である。図１０の励起光源２は、活性層７を含む一部の半導体層が複数の分割領域に分割されており、分割領域ごとに第１共振器１１と第２共振器１２を有する。これにより、レーザアレイを構成している。図１０では、分割領域ごとに、上述した光学素子９を設けることで、分割領域ごとに、第１共振器１１内の第１波長λ１の光を光軸方向に集光させることできる。よって、分割領域ごとに回折損失を抑制できる。図１０のレーザ素子１は、図２と同様に、各分割領域内の第１反射面Ｒ１を凹面ミラー１０にする例を示している。光学素子９は、第１具体例に限らず、上述した第２～第８具体例のいずれかと同様の態様でもよい。
　（レーザ素子１のその他の変形例）
　本開示によるレーザ素子１は、励起光源２と固体レーザ媒質３とを接合するため、励起光源２と固体レーザ媒質３とで熱的干渉が相互に起こり得る。熱的干渉が起きると、固体レーザ媒質３では、第１波長λ１から第２波長λ２への変換効率が低下する。また、励起光源２の内部の温度が上昇し、励起光源２のＩ－Ｌ特性（発光効率）が低下する。さらに、励起光源２内の活性層７の温度が上昇し、長期信頼性（ＭＴＴＦ：Mean Time To Failure）が悪化する。
　励起光源２と固体レーザ媒質３との熱干渉を防止するには、励起光源２と固体レーザ媒質３の間に排熱部材を設けるのが望ましい。排熱部材は、例えば、ＹＡＧと同等の屈折率と線膨張係数を有し、ＹＡＧよりも熱伝導率を有するサファイアやダイヤモンド等である。例えば、励起光源２と固体レーザ媒質３の間にサファイア層を積層することで、小型化一体化の長所を損なうことなく、上述した不具合を回避できる。
　また、本開示によるレーザ素子１では、レーザ素子１を小型一体化することによって、第２共振器１２の共振器長を短縮できるため、レーザ素子１から放出されるレーザパルスのパルス幅がより短くなる。レーザパルスのパルス幅が短くなるほど、ピークパワーが上がるため、従来と比べると光損傷が起こりやすくなる。
　光損傷は、Ｑスイッチレーザパルスを生成する第２共振器１２の内部だけでなく、励起光源２（励起光源２）側にも戻り光が生じるため、励起光源２の内部でも発生する。特に、励起光源２を構成する積層構造の半導体層２は、バンドギャップが小さい材料で構成されているため、短パルスレーザ光による多光子吸収に起因する光損傷が発生しやすい。このため、励起光源２と固体レーザ媒質３の間の複数の界面には共振器長を短くしつつもShort Wave Pass Filter（SWPF）が複数配置されていることが望ましい。
　本開示によるレーザ素子１およびレーザ装置では、励起光の光軸と、レーザ光の光軸が同軸上となる積層構造を採用している。本開示によるレーザ素子１およびレーザ装置では、複雑な位置および角度のアラインメントを行う必要がなく、構造が簡略化されている。このため、レーザ素子１およびレーザ装置を小型化することが容易となっている。また、同一の半導体基板上に、複数の材料を積層または接合することによって、本開示によるレーザ素子１を同時に複数個形成することが可能である。後工程でダイシングをし、それぞれのレーザ素子１を分離すればよいため、低いコストで高性能なレーザ素子１を量産することができる。
　（本開示のレーザ素子１の製造方法）
　図１１は本開示のレーザ素子１の製造工程を模式的に示す図である。図１１は、図５の構造のレーザ素子１を形成する製造工程を示している。まず、図１１の工程Ｓ１に示すように、固体レーザ媒体の可飽和吸収体４側の端面に接合される光学素子９用の基材１３上にレジスト膜２１を塗布し、レジスト膜２１の上にフォトマスク２２を配置して、ＵＶ露光を行う。
　次に、工程Ｓ２に示すように、ドライエッチング等により、露光した箇所とレジスト膜２１を除去して、可飽和吸収体４の第３面に複数の凸部２３を形成する。次に、工程Ｓ３に示すように、複数の凸部２３に、蒸着やスパッタ等により、多層膜２４を形成して、光学素子９の表面に凹面ミラー１０を形成する。
　次に、工程Ｓ４に示すように、励起光源２用の半導体層２と、固体レーザ媒質３と、工程Ｓ２で加工した光学素子９と、可飽和吸収体４とを上下方向に配置して位置合わせする。その際、半導体層２、固体レーザ媒質３、光学素子９、及び可飽和吸収体４のそれぞれの特定箇所に設けられるアライメントマーク２５をカメラ２６で撮影するなどして、アライメントマーク２５が上下に重なるように、半導体層２、固体レーザ媒質３、光学素子９、及び可飽和吸収体４を位置合わせして接合する。次に、工程Ｓ５に示すように、ダイシングにより、個々のレーザ素子１に個片化する。
　（本開示のレーザ素子１の効果）
　上述したように、本開示によるレーザ素子１では、第１波長λ１の光を光軸方向に集光させる光学素子９を第１共振器１１内に設けるため、第１共振器１１から外部に漏れ出す第１波長λ１の光の割合を減らすことができ、回折損失を抑制できる。回折損失を抑制することで、レーザ素子１から出射されるレーザ光の光強度を高めることができる。
　本開示によるレーザ素子１では、第１共振器１１と第２共振器１２が、固体レーザ媒質３を共有する。また、レーザ素子１内の励起光源２、固体レーザ媒質３、及び可飽和吸収体４を含めた全光学部品の光透過面が接合プロセスによって接合固定される。さらに、第１共振器１１の内部に、上述した光学素子９を設ける。光学素子９は、例えば、励起光源２又は固体レーザ媒質３の端面を凸面形状に加工して形成され、新たな部材を追加せずに形成できる。本開示によるレーザ素子１によれば、レーザ素子１の信頼性と量産性が向上するとともに、低コストで高性能なレーザ素子１を得ることができる。
　本開示によれば、励起光源２に固体レーザ媒質３を接合するため、励起光源２内の定在波により、固体レーザ媒質３が励起される。励起光を第１共振器１１の内部に閉じ込める共振器設計を行うことで、第１共振器１１内をレーザ光が一回通過するだけでは、励起光を吸収しきれない厚みしか固体レーザ媒質３が持たない場合でも、レーザ光が多数回往復することで、最終的には励起光を十分に固体レーザ媒質３に吸収させることができる。これにより、励起効率を低下させることなく、より短いパルスのＱスイッチレーザ発振を行わせることができる。
　従来のＱスイッチ固体レーザでは、進行波によって固体レーザ媒質３を励起しており、励起のさせ方が本開示によるレーザ素子１とは大きく異なる。本開示によるレーザ素子１では、固体レーザ媒質３を短くすると、励起光の吸収量が下がるという上述したトレードオフを解決できる。
　また、本開示のレーザ素子１によれば、各光学部品の光透過面を直接接合することにより、機械的位置ずれによるレーザ出力の短期及び長期の変動を抑制することができる。また、全ての光学部品を接合してからダイシングして個々のレーザ光源に個片化できるため、量産性を向上させることができる。
　従来、励起光源２と第２共振器１２は、コリメータレンズと集光レンズを含めた複数のレンズを用いて光軸・偏心、フォーカスに対する５軸光学調整（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θ，φ）を行う。また、第２共振器１２に、ビームの発散機能（負の屈折力）を持つ光学素子９を追加しようとすると、光学素子９の位置調整を精度よく行うのがさらに困難になる。
　しかしながら、本開示によるレーザ素子１では、コリメータレンズと集光レンズの複数のレンズを用いずに、励起光源２の発光点と光学素子９の凹面ミラー１０の中心位置とを位置合わせするために、アライメントマーク２５を用いるなどして接合を行うことで、厚み（Ｚ軸）方向のフォーカス位置精度や、θ，φ方向の傾きを調整する必要がなくなる。このため、本開示のレーザ素子１によれば、レーザ出力の短期及び長期変動を抑制することが可能となり、励起光源２から発振光を得るために光学調整が容易になり、かつ量産性が向上した光源を実現できる。
　また、本開示によるレーザ素子１では、第１共振器１１の光軸と第２共振器１２の光軸とが同軸になるように、一体化された積層構造を採用している。本開示によるレーザ素子１では、複雑な位置および角度のアラインメントを行う必要がなく、構造が簡略化されている。このため、レーザ素子１を小型化することが容易になる。
　また、同一の半導体基板５上に、複数の材料を積層または接合することによって、本開示によるレーザ素子１を同時に複数個形成することができる。複数のレーザ素子１を同時に形成した後の後工程でダイシングをし、各レーザ素子１を個片化することで、低いコストで高性能なレーザ素子１を量産することができる。また、本開示のレーザ素子１によれば、一つの基板に複数のレーザ素子１が二次元状に配置されたレーザアレイ１８も容易に作製できる。
　また、本開示によるレーザ素子１では、固体レーザ媒質３の種類によって、レーザパルスの繰り返し周波数を調整することができる。特に、本開示によるレーザ素子１は、利得密度が高いため、レーザパルスの繰り返し周波数を高くすることができる。また、本開示によるレーザ素子１では、固体レーザ媒質３、Ｑスイッチ（可飽和吸収体４）、波長変換材料（非線形光学結晶）の厚さを調整するだけで、共振器長を変更することができる。すなわち、材料の厚さによってレーザパルスのパルス時間幅を変えることができるため、レーザパルスの特性を容易に調整することができる。特に、レーザパルスのパルス時間幅を短くすることにより、微細加工分野における加工精度を高くすることができる。
　さらに、本開示によるレーザ素子１を１次元のアレイ状または２次元のアレイ状に配列することにより、高い加工精度と、高い出力エネルギーとを両立したレーザ装置を得ることができる。また、本開示によるレーザ素子１は、高効率の波長変換技術、医療機器および測距などその他の分野に適用することが可能である。
　図１のレーザ素子１は、励起光源２、固体レーザ媒質３、及び可飽和吸収体４が一体に接合している例を示したが、図１２に示すように、励起光源２と固体レーザ媒質３の間には、第１波長λ１の光を透過させる第１透明媒質２７が配置されていてもよい。
　また、同じく図１２に示すように、固体レーザ媒質３と可飽和吸収体４の間には、第２波長λ２の光を透過させる第２透明媒質２８が配置されていてもよい。なお、第１透明媒質２７と第２透明媒質２８のいずれか一方だけが配置されていてもよい。
　このように、励起光源２、固体レーザ媒質３、及び可飽和吸収体４は、必ずしも一体に接合されていなくてもよい。
　（可飽和吸収体４を持たないレーザ素子１）
　図１では、レーザ素子１が可飽和吸収体４を備えており、短パルスのパルスレーザ光を放出する例を示したが、可飽和吸収体４を持たずにＣＷレーザ光を放出するレーザ素子１においても、回折損失が生じる可能性がある。
　図１３は可飽和吸収体４を持たないレーザ素子１の基本構成を示す図である。図１３のレーザ素子１は、図１から可飽和吸収体４を省略した構成を備えている。第１共振器１１は、図１と同様に、励起光源２内の第１反射層Ｒ１と固体レーザ媒質３内の第３反射層Ｒ３との間で、第１波長λ１の光を共振させる。一方、第２共振器１２は、図１とは異なり、固体レーザ媒質３内の第２反射層Ｒ２と第４反射層Ｒ４との間で、第２波長λ２の光を共振させる。第４反射層Ｒ４は、固体レーザ媒質３の第２面に配置されるか、又は第２面より光軸の後方側に配置される。
　図１３では、固体レーザ媒質３の第２面Ｆ２に沿って、第３反射層Ｒ３と第４反射層Ｒ４を別個に設ける例を示している。図１３のように、第４反射層Ｒ４が第３反射層Ｒ３よりも光軸の後方側に配置されている場合、第３反射層Ｒ３は、第２波長λ２の光を透過させる特性を持っている必要がある。
　第３反射層Ｒ３は高反射層であるのに対し、第４反射層Ｒ４は部分反射層である。よって、第１波長λ１の励起光のパワーは固体レーザ媒質３内に閉じ込められ、固体レーザ媒質３が十分な励起状態となって、自然放出光の出力が上がると、第２波長λ２の光が第４反射層Ｒ４を透過して、レーザ素子１から放出される。
　なお、第３反射層Ｒ３と第４反射層Ｒ４を一つの反射層に統合してもよい。この場合、統合された反射層は、第１波長λ１の光を反射させるとともに、第２波長λ２の光を反射させる。図１３のレーザ素子１に、図２～図９のいずれかに示す光学素子９を設けることで、回折損失を抑制できる。
　このように、可飽和吸収体４を持たないレーザ素子１であっても、光学素子９を設けることで、第１共振器１１内の第１波長λ１の光を光軸方向に集光させることができ、回折損失を抑制できる。
　＜＜応用例＞＞
　本開示に係る技術は、医療イメージングシステム（以下では、電子機器とも呼ぶ）、ＬｉＤＡＲ（Light Detection And Ranging）装置などの測距システム、レーザ加工装置用の光源などに幅広く適用することができる。医療イメージングシステムは、イメージング技術を用いた医療システムであり、例えば、内視鏡システムや顕微鏡システムである。
　［内視鏡システム］
　内視鏡システムの例を図１４、図１５を用いて説明する。図１４は、本開示に係る技術が適用可能な内視鏡システム５０００の概略的な構成の一例を示す図である。図１５は、内視鏡５００１およびＣＣＵ（Camera Control Unit）５０３９の構成の一例を示す図である。図１４では、手術参加者である術者（例えば、医師）５０６７が、内視鏡システム５０００を用いて、患者ベッド５０６９上の患者５０７１に手術を行っている様子が図示されている。図１４に示すように、内視鏡システム５０００は、医療イメージング装置である内視鏡５００１と、ＣＣＵ５０３９と、光源装置５０４３と、記録装置５０５３と、出力装置５０５５と、内視鏡５００１を支持する支持装置５０２７と、から構成される。
　内視鏡手術では、トロッカ５０２５と呼ばれる挿入補助具が患者５０７１に穿刺される。そして、トロッカ５０２５を介して、内視鏡５００１に接続されたスコープ５００３や術具５０２１が患者５０７１の体内に挿入される。術具５０２１は例えば、電気メス等のエネルギーデバイスや、鉗子などである。
　内視鏡５００１によって撮影された患者５０７１の体内を映した医療画像である手術画像が、表示装置５０４１に表示される。術者５０６７は、表示装置５０４１に表示された手術画像を見ながら術具５０２１を用いて手術対象に処置を行う。なお、医療画像は手術画像に限らず、診断中に撮像された診断画像であってもよい。
　［内視鏡］
　内視鏡５００１は、患者５０７１の体内を撮像する撮像部であり、例えば、図１５に示すように、入射した光を集光する集光光学系５００５１と、撮像部の焦点距離を変更して光学ズームを可能とするズーム光学系５００５２と、撮像部の焦点距離を変更してフォーカス調整を可能とするフォーカス光学系５００５３と、受光素子５００５４と、を含むカメラ５００５である。内視鏡５００１は、接続されたスコープ５００３を介して光を受光素子５００５４に集光することで画素信号を生成し、ＣＣＵ５０３９に伝送系を通じて画素信号を出力する。なお、スコープ５００３は、対物レンズを先端に有し、接続された光源装置５０４３からの光を患者５０７１の体内に導光する挿入部である。スコープ５００３は、例えば硬性鏡では硬性スコープ、軟性鏡では軟性スコープである。スコープ５００３は直視鏡や斜視鏡であってもよい。また、画素信号は画素から出力された信号に基づいた信号であればよく、例えば、ＲＡＷ信号や画像信号である。また、内視鏡５００１とＣＣＵ５０３９とを接続する伝送系にメモリを搭載し、メモリに内視鏡５００１やＣＣＵ５０３９に関するパラメータを記憶する構成にしてもよい。メモリは、例えば、伝送系の接続部分やケーブル上に配置されてもよい。例えば、内視鏡５００１の出荷時のパラメータや通電時に変化したパラメータを伝送系のメモリに記憶し、メモリから読みだしたパラメータに基づいて内視鏡の動作を変更してもよい。また、内視鏡と伝送系をセットにして内視鏡と称してもよい。受光素子５００５４は、受光した光を画素信号に変換するセンサであり、例えばＣＭＯＳ（Complementary　Metal　Oxide　Semiconductor）タイプの撮像素子である。受光素子５００５４は、Ｂａｙｅｒ配列を有するカラー撮影可能な撮像素子であることが好ましい。また、受光素子５００５４は、例えば４Ｋ（水平画素数３８４０×垂直画素数２１６０）、８Ｋ（水平画素数７６８０×垂直画素数４３２０）または正方形４Ｋ（水平画素数３８４０以上×垂直画素数３８４０以上）の解像度に対応した画素数を有する撮像素子であることが好ましい。受光素子５００５４は、１枚のセンサチップであってもよいし、複数のセンサチップでもよい。例えば、入射光を所定の波長帯域ごとに分離するプリズムを設けて、各波長帯域を異なる受光素子で撮像する構成であってもよい。また、立体視のために受光素子を複数設けてもよい。また、受光素子５００５４は、チップ構造の中に画像処理用の演算処理回路を含んでいるセンサであってもよいし、ＴｏＦ（Time　of　Flight）用センサであってもよい。なお、伝送系は例えば光ファイバケーブルや無線伝送である。無線伝送は、内視鏡５００１で生成された画素信号が伝送可能であればよく、例えば、内視鏡５００１とＣＣＵ５０３９が無線接続されてもよいし、手術室内の基地局を経由して内視鏡５００１とＣＣＵ５０３９が接続されてもよい。このとき、内視鏡５００１は画素信号だけでなく、画素信号に関連する情報（例えば、画素信号の処理優先度や同期信号等）を同時に送信してもよい。なお、内視鏡はスコープとカメラを一体化してもよく、スコープの先端部に受光素子を設ける構成としてもよい。
　［ＣＣＵ（Camera　Control　Unit）］
　ＣＣＵ５０３９は、接続された内視鏡５００１や光源装置５０４３を統括的に制御する制御装置であり、例えば、図１５に示すように、ＦＰＧＡ５０３９１、ＣＰＵ５０３９２、ＲＡＭ５０３９３、ＲＯＭ５０３９４、ＧＰＵ５０３９５、Ｉ／Ｆ５０３９６を有する情報処理装置である。また、ＣＣＵ５０３９は、接続された表示装置５０４１や記録装置５０５３、出力装置５０５５を統括的に制御してもよい。例えば、ＣＣＵ５０３９は、光源装置５０４３の照射タイミングや照射強度、照射光源の種類を制御する。また、ＣＣＵ５０３９は、内視鏡５００１から出力された画素信号に対して現像処理（例えばデモザイク処理）や補正処理といった画像処理を行い、表示装置５０４１等の外部装置に処理後の画素信号（例えば画像）を出力する。また、ＣＣＵ５０３９は、内視鏡５００１に対して制御信号を送信し、内視鏡５００１の駆動を制御する。制御信号は、例えば、撮像部の倍率や焦点距離などの撮像条件に関する情報である。なお、ＣＣＵ５０３９は画像のダウンコンバート機能を有し、表示装置５０４１に高解像度（例えば４Ｋ）の画像を、記録装置５０５３に低解像度（例えばＨＤ）の画像を同時に出力可能な構成としてもよい。
　また、ＣＣＵ５０３９は、信号を所定の通信プロトコル（例えば、ＩＰ（Internet　Protocol））に変換するＩＰコンバータを経由して外部機器（例えば、記録装置や表示装置、出力装置、支持装置）と接続されてもよい。ＩＰコンバータと外部機器との接続は、有線ネットワークで構成されてもよいし、一部または全てのネットワークが無線ネットワークで構築されてもよい。例えば、ＣＣＵ５０３９側のＩＰコンバータは無線通信機能を有し、受信した映像を第５世代移動通信システム（５Ｇ）、第６世代移動通信システム（６Ｇ）等の無線通信ネットワークを介してＩＰスイッチャーや出力側ＩＰコンバータに送信してもよい。
　［光源装置］
　光源装置５０４３は、所定の波長帯域の光を照射可能な装置であり、例えば、複数の光源と、複数の光源の光を導光する光源光学系と、を備える。光源は、例えばキセノンランプ、ＬＥＤ光源やＬＤ光源である。光源装置５０４３は、例えば三原色Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれに対応するＬＥＤ光源を有し、各光源の出力強度や出力タイミングを制御することで白色光を出射する。また、光源装置５０４３は、通常光観察に用いられる通常光を照射する光源とは別に、特殊光観察に用いられる特殊光を照射可能な光源を有していてもよい。特殊光は、通常光観察用の光である通常光とは異なる所定の波長帯域の光であり、例えば、近赤外光（波長が７６０ｎｍ以上の光）や赤外光、青色光、紫外光である。通常光は、例えば白色光や緑色光である。特殊光観察の一種である狭帯域光観察では、青色光と緑色光を交互に照射することにより、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影することができる。また、特殊光観察の一種である蛍光観察では、体組織に注入された薬剤を励起する励起光を照射し、体組織または標識である薬剤が発する蛍光を受光して蛍光画像を得ることで、通常光では術者が視認しづらい体組織等を、術者が視認しやすくすることができる。例えば、赤外光を用いる蛍光観察では、体組織に注入されたインドシアニングリーン（ＩＣＧ）等の薬剤に励起波長帯域を有する赤外光を照射し、薬剤の蛍光を受光することで、体組織の構造や患部を視認しやすくすることができる。また、蛍光観察では、青色波長帯域の特殊光で励起され、赤色波長帯域の蛍光を発する薬剤（例えば５－ＡＬＡ）を用いてもよい。なお、光源装置５０４３は、ＣＣＵ５０３９の制御により照射光の種類を設定される。ＣＣＵ５０３９は、光源装置５０４３と内視鏡５００１を制御することにより、通常光観察と特殊光観察が交互に行われるモードを有してもよい。このとき、通常光観察で得られた画素信号に特殊光観察で得られた画素信号に基づく情報を重畳されることが好ましい。また、特殊光観察は、赤外光を照射して臓器表面より奥を見る赤外光観察や、ハイパースペクトル分光を活用したマルチスペクトル観察であってもよい。さらに、光線力学療法を組み合わせてもよい。
　［記録装置］
　記録装置５０５３は、ＣＣＵ５０３９から取得した画素信号（例えば画像）を記録する装置であり、例えばレコーダーである。記録装置５０５３は、ＣＣＵ５０３９から取得した画像をＨＤＤやＳＤＤ、光ディスクに記録する。記録装置５０５３は、病院内のネットワークに接続され、手術室外の機器からアクセス可能にしてもよい。また、記録装置５０５３は画像のダウンコンバート機能またはアップコンバート機能を有していてもよい。
　［表示装置］
　表示装置５０４１は、画像を表示可能な装置であり、例えば表示モニタである。表示装置５０４１は、ＣＣＵ５０３９から取得した画素信号に基づく表示画像を表示する。なお、表示装置５０４１はカメラやマイクを備えることで、視線認識や音声認識、ジェスチャによる指示入力を可能にする入力デバイスとしても機能してよい。
　［出力装置］
　出力装置５０５５は、ＣＣＵ５０３９から取得した情報を出力する装置であり、例えばプリンタである。出力装置５０５５は、例えば、ＣＣＵ５０３９から取得した画素信号に基づく印刷画像を紙に印刷する。
　［支持装置］
　支持装置５０２７は、アーム制御装置５０４５を有するベース部５０２９と、ベース部５０２９から延伸するアーム部５０３１と、アーム部５０３１の先端に取り付けられた保持部５０３２とを備える多関節アームである。アーム制御装置５０４５は、ＣＰＵ等のプロセッサによって構成され、所定のプログラムに従って動作することにより、アーム部５０３１の駆動を制御する。支持装置５０２７は、アーム制御装置５０４５によってアーム部５０３１を構成する各リンク５０３５の長さや各関節５０３３の回転角やトルク等のパラメータを制御することで、例えば保持部５０３２が保持する内視鏡５００１の位置や姿勢を制御する。これにより、内視鏡５００１を所望の位置または姿勢に変更し、スコープ５００３を患者５０７１に挿入でき、また、体内での観察領域を変更できる。支持装置５０２７は、術中に内視鏡５００１を支持する内視鏡支持アームとして機能する。これにより、支持装置５０２７は、内視鏡５００１を持つ助手であるスコピストの代わりを担うことができる。また、支持装置５０２７は、後述する顕微鏡装置５３０１を支持する装置であってもよく、医療用支持アームと呼ぶこともできる。なお、支持装置５０２７の制御は、アーム制御装置５０４５による自律制御方式であってもよいし、ユーザの入力に基づいてアーム制御装置５０４５が制御する制御方式であってもよい。例えば、制御方式は、ユーザの手元の術者コンソールであるマスター装置（プライマリ装置）の動きに基づいて、患者カートであるスレイブ装置（レプリカ装置）としての支持装置５０２７が制御されるマスタ・スレイブ方式でもよい。また、支持装置５０２７の制御は、手術室の外から遠隔制御が可能であってもよい。
　以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡システム５０００の一例について説明した。例えば、本開示に係る技術は、顕微鏡システムに適用されてもよい。
　［顕微鏡システム］
　図１６は、本開示に係る技術が適用され得る顕微鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。なお、以下の説明において、内視鏡システム５０００と同様の構成については、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。
　図１６では、術者５０６７が、顕微鏡手術システム５３００を用いて、患者ベッド５０６９上の患者５０７１に対して手術を行っている様子を概略的に示している。なお、図１６では、簡単のため、顕微鏡手術システム５３００の構成のうちカート５０３７の図示を省略するとともに、内視鏡５００１に代わる顕微鏡装置５３０１を簡略化して図示している。ただし、本説明における顕微鏡装置５３０１は、リンク５０３５の先端に設けられた顕微鏡部５３０３を指していてもよいし、顕微鏡部５３０３及び支持装置５０２７を含む構成全体を指していてもよい。
　図１６に示すように、手術時には、顕微鏡手術システム５３００を用いて、顕微鏡装置５３０１によって撮影された術部の画像が、手術室に設置される表示装置５０４１に拡大表示される。表示装置５０４１は、術者５０６７と対向する位置に設置されており、術者５０６７は、表示装置５０４１に映し出された映像によって術部の様子を観察しながら、例えば患部の切除等、当該術部に対して各種の処置を行う。顕微鏡手術システムは、例えば眼科手術や脳外科手術に使用される。
　以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡システム５０００及び顕微鏡手術システム５３００の例についてそれぞれ説明した。なお、本開示に係る技術が適用され得るシステムはかかる例に限定されない。例えば、支持装置５０２７は、その先端に内視鏡５００１又は顕微鏡部５３０３に代えて他の観察装置や他の術具を支持し得る。当該他の観察装置としては、例えば、鉗子、攝子、気腹のための気腹チューブ、又は焼灼によって組織の切開や血管の封止を行うエネルギー処置具等が適用され得る。これらの観察装置や術具を支持装置によって支持することにより、医療スタッフが人手で支持する場合に比べて、より安定的に位置を固定することが可能となるとともに、医療スタッフの負担を軽減することが可能となる。本開示に係る技術は、このような顕微鏡部以外の構成を支持する支持装置に適用されてもよい。
　本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、術具５０２１に好適に適用され得る。具体的には、本実施形態によるレーザ素子１から短パルスのレーザパルスを患者の患部に照射することで、患部の周囲にダメージを与えることなく、患部の治療をより安全かつ確実に行うことができる。
　なお、本技術は以下のような構成を取ることができる。
　（１）第１波長に対する第１反射層と、前記第1波長の面発光を行う活性層と、を有する積層半導体層と、
　前記積層半導体層の光軸の後方側に配置され、前記積層半導体層と対向する第１面に第２波長に対する第２反射層および前記第１面と反対側の第２面に前記第１波長に対する第３反射層を有するレーザ媒質と、
　前記第２面に配置されるか、又は前記第２面より光軸の後方側に配置される、前記第２波長に対する第４反射層と、
　前記第１反射層および前記第３反射層の間で前記第１波長の光を共振させる第１共振器と、
　前記第２反射層および前記第４反射層の間で前記第２波長の光を共振させる第２共振器と、を備え、
　前記第１共振器は、前記第１波長の光を光軸方向に集光させる光学素子を有し、
　前記積層半導体層の光軸、前記レーザ媒質の光軸、及び前記光学素子の光軸は、一軸上に配置される、レーザ素子。
　（２）前記光学素子は、凹面ミラーを有する、（１）に記載のレーザ素子。
　（３）前記凹面ミラーは、半導体材料、金属材料、及び誘電体材料の少なくとも一つを積層させた多層膜構造である、（２）に記載のレーザ素子。
　（４）前記第１反射層及び前記第３反射層の少なくとも一方は、前記凹面ミラーを有する、（２）又は（３）に記載のレーザ素子。
　（５）前記積層半導体層は、前記第１反射層側の端面が凹面形状の第１半導体層を有し、
　前記凹面ミラーは、前記第１半導体層に積層される、（２）乃至（４）のいずれか一項に記載のレーザ素子。
　（６）前記レーザ媒質は、前記第３反射層側の端面が凹面形状であり、
　前記凹面ミラーは、前記レーザ媒質の前記端面に積層される、（２）乃至（４）のいずれか一項に記載のレーザ素子。
　（７）前記光学素子は、前記レーザ媒質の前記積層半導体層に対向する側とは反対側の端面に接合される、（２）乃至（４）のいずれか一項に記載のレーザ素子。
　（８）前記光学素子は、前記第２波長の光を透過させる第１透明材料層を有し、
　前記第１透明材料層の前記レーザ媒質に接合される第１端面は平坦面であり、前記第１端面の反対側の第２端面は凹面形状であり、
　前記凹面ミラーは前記第２端面に沿って配置される、（７）に記載のレーザ素子。
　（９）前記第１透明材料層の前記第２端面に接合され、前記第２波長の光を透過させる第２透明材料層を有し、
　前記第２透明材料層の前記第１透明材料層との接合面とは反対側の端面は、平坦面である、（８）に記載のレーザ素子。
　（１０）前記光学素子は、入射された光を光軸方向に屈折させる光屈折部材を有する、（１）に記載のレーザ素子。
　（１１）前記積層半導体層は、前記活性層よりも前記レーザ媒質の側に配置され前記第１波長の光の一部を透過させる第５反射層を有し、
　前記光屈折部材は、前記第５反射層と前記第２反射層との間に配置される、（１０）に記載のレーザ素子。
　（１２）前記光屈折部材は、前記積層半導体層の前記レーザ媒質に対向する側に凸面形状の端面を有する、（１１）に記載のレーザ素子。
　（１３）前記光学素子は、前記積層半導体層の前記レーザ媒質に対向する側の端面に接合され、
　前記光屈折部材は、前記光学素子の前記レーザ媒質に対向する側に凸面形状の一端面を有する、（１１）に記載のレーザ素子。
　（１４）前記光学素子は、前記光屈折部材に接合されて前記第１波長の光を透過させる透明材料層を有し、
　前記透明材料層は、前記光屈折部材よりも屈折率が小さく、
　前記透明材料層の前記光屈折部材との接合面は凹面形状であり、前記接合面の反対側の端面は平坦面であり、前記平坦面に前記レーザ媒質の端面が接合される、（１３）に記載のレーザ素子。
　（１５）前記光屈折部材は、前記レーザ媒質の前記積層半導体層に対向する側に凸面形状の端面を有する、（１０）に記載のレーザ素子。
　（１６）前記第２反射層は、前記凸面形状の端面に沿って配置される、（１５）に記載のレーザ素子。
　（１７）前記光学素子は、前記光屈折部材に接合されて前記第１波長の光を透過させる透明材料層を有し、
　前記透明材料層の前記光屈折部材との接合面は凹面形状であり、前記接合面の反対側の端面は平坦面であり、前記平坦面に前記積層半導体層の端面が接合される、（１５）又は（１６）に記載のレーザ素子。
　（１８）前記積層半導体層における前記活性層を含む一部の半導体層は、絶縁体で複数の分割領域に分割されており、
　前記複数の分割領域のそれぞれは、前記第１共振器及び前記第２共振器を有する、（１）乃至（１７）のいずれか一項に記載のレーザ素子。
　（１９）前記レーザ媒質と反対側の第３面に前記第４反射層を有する可飽和吸収体を備え、
　前記積層半導体層の光軸、前記レーザ媒質の光軸、前記可飽和吸収体の光軸、及び前記光学素子の光軸は、一軸上に配置され、
　前記積層半導体層、前記レーザ媒質、および前記可飽和吸収体は一体に接合されている、（１）乃至（１８）のいずれか一項に記載のレーザ素子。
　（２０）レーザ素子と、
　前記レーザ素子から光を放出する制御を行う制御部と、を備える電子機器であって、
　前記レーザ素子は、
　第１波長に対する第１反射層と、前記第1波長の面発光を行う活性層と、を有する積層半導体層と、
　前記積層半導体層の光軸の後方側に配置され、前記積層半導体層と対向する第１面に第２波長に対する第２反射層および前記第１面と反対側の第２面に前記第１波長に対する第３反射層を有するレーザ媒質と、
　前記第２面に配置されるか、又は前記第２面より光軸の後方側に配置される、前記第２波長に対する第４反射層と、
　前記第１反射層および前記第３反射層の間で前記第１波長の光を共振させる第１共振器と、
　前記第２反射層および前記第４反射層の間で前記第２波長の光を共振させる第２共振器と、を備え、
　前記第１共振器は、前記第１波長の光を光軸方向に集光させる光学素子を有し、
　前記積層半導体層の光軸、前記レーザ媒質の光軸、及び前記光学素子の光軸は、一軸上に配置される、電子機器。
　本開示の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本開示の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本開示の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。
　１　レーザ素子、２　積層半導体層、２　励起光源、３　固体レーザ媒質、４　可飽和吸収体、５　ｎ－ＧａＡｓ基板、６　クラッド層、７　活性層、８　クラッド層、９　光学素子、１０　凹面ミラー、１０ａ　凹面ミラー、１０ｂ　凹面ミラー、１１　第１共振器、１２　第２共振器、１３　基材、１８　レーザアレイ、２１　レジスト膜、２２　フォトマスク、２３　凸部、２４　多層膜、２５　アライメントマーク、２６　カメラ、２７　第１透明媒質、２８　第２透明媒質、３１　コンタクト層、３２　酸化層（例えばＡｌ２Ｏ３層）、３３　コンタクト層、３４　絶縁膜、４１　凹面ミラー形成層、４２　多層膜、４２ａ　多層膜、４２ｂ　多層膜、４３　透明材料層、４４　無反射コート層、４６　光屈折部材、４７　透明材料層

Claims (20)

  1. 　第１波長に対する第１反射層と、前記第1波長の面発光を行う活性層と、を有する積層半導体層と、
    　前記積層半導体層の光軸の後方側に配置され、前記積層半導体層と対向する第１面に第２波長に対する第２反射層および前記第１面と反対側の第２面に前記第１波長に対する第３反射層を有するレーザ媒質と、
    　前記第２面に配置されるか、又は前記第２面より光軸の後方側に配置される、前記第２波長に対する第４反射層と、
    　前記第１反射層および前記第３反射層の間で前記第１波長の光を共振させる第１共振器と、
    　前記第２反射層および前記第４反射層の間で前記第２波長の光を共振させる第２共振器と、を備え、
    　前記第１共振器は、前記第１波長の光を光軸方向に集光させる光学素子を有し、
    　前記積層半導体層の光軸、前記レーザ媒質の光軸、及び前記光学素子の光軸は、一軸上に配置される、レーザ素子。
  2. 　前記光学素子は、凹面ミラーを有する、請求項１に記載のレーザ素子。
  3. 　前記凹面ミラーは、半導体材料、金属材料、及び誘電体材料の少なくとも一つを積層させた多層膜構造である、請求項２に記載のレーザ素子。
  4. 　前記第１反射層及び前記第３反射層の少なくとも一方は、前記凹面ミラーを有する、請求項２に記載のレーザ素子。
  5. 　前記積層半導体層は、前記第１反射層側の端面が凹面形状の第１半導体層を有し、
    　前記凹面ミラーは、前記第１半導体層に積層される、請求項２に記載のレーザ素子。
  6. 　前記レーザ媒質は、前記第３反射層側の端面が凹面形状であり、
    　前記凹面ミラーは、前記レーザ媒質の前記端面に積層される、請求項２に記載のレーザ素子。
  7. 　前記光学素子は、前記レーザ媒質の前記積層半導体層に対向する側とは反対側の端面に接合される、請求項２に記載のレーザ素子。
  8. 　前記光学素子は、前記第２波長の光を透過させる第１透明材料層を有し、
    　前記第１透明材料層の前記レーザ媒質に接合される第１端面は平坦面であり、前記第１端面の反対側の第２端面は凹面形状であり、
    　前記凹面ミラーは前記第２端面に沿って配置される、請求項７に記載のレーザ素子。
  9. 　前記第１透明材料層の前記第２端面に接合され、前記第２波長の光を透過させる第２透明材料層を有し、
    　前記第２透明材料層の前記第１透明材料層との接合面とは反対側の端面は、平坦面である、請求項８に記載のレーザ素子。
  10. 　前記光学素子は、入射された光を光軸方向に屈折させる光屈折部材を有する、請求項１に記載のレーザ素子。
  11. 　前記積層半導体層は、前記活性層よりも前記レーザ媒質の側に配置され前記第１波長の光の一部を透過させる第５反射層を有し、
    　前記光屈折部材は、前記第５反射層と前記第２反射層との間に配置される、請求項１０に記載のレーザ素子。
  12. 　前記光屈折部材は、前記積層半導体層の前記レーザ媒質に対向する側に凸面形状の端面を有する、請求項１１に記載のレーザ素子。
  13. 　前記光学素子は、前記積層半導体層の前記レーザ媒質に対向する側の端面に接合され、
    　前記光屈折部材は、前記光学素子の前記レーザ媒質に対向する側に凸面形状の一端面を有する、請求項１１に記載のレーザ素子。
  14. 　前記光学素子は、前記光屈折部材に接合されて前記第１波長の光を透過させる透明材料層を有し、
    　前記透明材料層は、前記光屈折部材よりも屈折率が小さく、
    　前記透明材料層の前記光屈折部材との接合面は凹面形状であり、前記接合面の反対側の端面は平坦面であり、前記平坦面に前記レーザ媒質の端面が接合される、請求項１３に記載のレーザ素子。
  15. 　前記光屈折部材は、前記レーザ媒質の前記積層半導体層に対向する側に凸面形状の端面を有する、請求項１０に記載のレーザ素子。
  16. 　前記第２反射層は、前記凸面形状の端面に沿って配置される、請求項１５に記載のレーザ素子。
  17. 　前記光学素子は、前記光屈折部材に接合されて前記第１波長の光を透過させる透明材料層を有し、
    　前記透明材料層の前記光屈折部材との接合面は凹面形状であり、前記接合面の反対側の端面は平坦面であり、前記平坦面に前記積層半導体層の端面が接合される、請求項１５に記載のレーザ素子。
  18. 　前記積層半導体層における前記活性層を含む一部の半導体層は、絶縁体で複数の分割領域に分割されており、
    　前記複数の分割領域のそれぞれは、前記第１共振器及び前記第２共振器を有する、請求項１に記載のレーザ素子。
  19. 　前記レーザ媒質と反対側の第３面に前記第４反射層を有する可飽和吸収体を備え、
    　前記積層半導体層の光軸、前記レーザ媒質の光軸、前記可飽和吸収体の光軸、及び前記光学素子の光軸は、一軸上に配置され、
    　前記積層半導体層、前記レーザ媒質、および前記可飽和吸収体は一体に接合されている、請求項１に記載のレーザ素子。
  20. 　レーザ素子と、
    　前記レーザ素子から光を放出する制御を行う制御部と、を備える電子機器であって、
    　前記レーザ素子は、
    　第１波長に対する第１反射層と、前記第1波長の面発光を行う活性層と、を有する積層半導体層と、
    　前記積層半導体層の光軸の後方側に配置され、前記積層半導体層と対向する第１面に第２波長に対する第２反射層および前記第１面と反対側の第２面に前記第１波長に対する第３反射層を有するレーザ媒質と、
    　前記第２面に配置されるか、又は前記第２面より光軸の後方側に配置される、前記第２波長に対する第４反射層と、
    　前記第１反射層および前記第３反射層の間で前記第１波長の光を共振させる第１共振器と、
    　前記第２反射層および前記第４反射層の間で前記第２波長の光を共振させる第２共振器と、を備え、
    　前記第１共振器は、前記第１波長の光を光軸方向に集光させる光学素子を有し、
    　前記積層半導体層の光軸、前記レーザ媒質の光軸、及び前記光学素子の光軸は、一軸上に配置される、電子機器。
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