(57)【要約】【課題】高出力、かつ、コンパクトな光学装置を提供する。【解決手段】光学装置３００は、光波を導波することが可能であり、導波される光波と結合して複数の放射モード光を発生する回折格子１２Ｌを有する導波路１１と、複数の放射モード光のうちの一つが入射され、当該放射モード光を増幅する第１増幅器１Ａ及び第２増幅器１Ｂとを備え、複数の放射モード光のうち、第２増幅器１Ｂに入射される放射モード光の放射方向は、回折格子１２Ｌにおける導波路の導波方向と、複数の放射モード光のうちの第１増幅器１Ａに入射される放射モード光の放射方向とを含む平面と交差する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光波を導波することが可能であり、導波される前記光波と結合して複数の放射モード光を発生する回折格子を有する導波路と、
前記複数の放射モード光のうちの一つが入射され、当該放射モード光を増幅する第１増幅器及び第２増幅器とを備え、
前記複数の放射モード光のうち、前記第２増幅器に入射される放射モード光の放射方向は、前記回折格子における前記導波路の導波方向と、前記複数の放射モード光のうちの前記第１増幅器に入射される放射モード光の放射方向とを含む平面と交差する
光学装置。
【請求項２】
前記導波路と、前記第１増幅器及び前記第２増幅器との間に配置される波長板をさらに備える
請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記第１増幅器の利得と前記第２増幅器の利得との比が可変である
請求項１又は２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記第１増幅器と前記第２増幅器とが増幅する各光波の前記導波路における偏光方向は、互いに異なる
請求項３に記載の光学装置。
【請求項５】
前記複数の放射モード光のうちの一つが入射される第３増幅器及び第４増幅器とをさらに備え、
前記第３増幅器及び前記第４増幅器は、それぞれ、前記導波路を挟んで前記第１増幅器及び前記第２増幅器と対向して配置され、
前記第３増幅器及び前記第４増幅器が増幅する各光波の前記導波路における偏光方向は、それぞれ、前記第１増幅器及び前記第２増幅器が増幅する各光波の前記導波路における偏光方向と一致し、
前記第１増幅器及び前記第３増幅器の利得は、同期して増大及び減少し、
前記第２増幅器及び前記第４増幅器の利得は、同期して増大及び減少する
請求項４に記載の光学装置。
【請求項６】
前記第１増幅器及び前記第２増幅器で伝播可能な最大の横モード次数をＭとし、前記導波路で伝播可能な最大の横モード次数をＮとするとき、Ｍは、Ｎ以下である
請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項７】
前記第１増幅器及び前記第２増幅器で伝播可能な最大の横モード次数をＭとし、前記導波路で伝播可能な最大の横モード次数をＮとするとき、Ｍは、Ｎより大きい
請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項８】
前記導波路と前記第１増幅器とは、同一の基板に配置される
請求項１〜７のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項９】
前記導波路から出射された前記複数の放射モード光の一部を前記回折格子に向けて反射する反射部材をさらに備える
請求項１〜８のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項１０】
前記第１増幅器及び前記第２増幅器の少なくとも一方は、複数の増幅部を有する
請求項１〜９のいずれか１項に記載の光学装置。 
【請求項１１】
前記導波路は、前記複数の増幅部に対向する位置に配置される複数の前記回折格子を有する
請求項１０に記載の光学装置。
【請求項１２】
前記複数の増幅部の配列方向は、前記回折格子における前記導波路の導波方向と交差する
請求項１０に記載の光学装置。
【請求項１３】
前記導波路の導波方向に配列された複数の前記第１増幅器及び複数の前記第２増幅器を備える
請求項１２に記載の光学装置。
【請求項１４】
前記回折格子は、前記回折格子における前記導波路の導波方向と交差する方向において周期的な屈折率分布を有する
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項１５】
前記導波路と、前記第１増幅器との間に配置され、前記第１増幅器が出射する光波の位相を制御する位相制御素子をさらに備える
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ加工は、金属、樹脂、炭素繊維などの加工対象素材に対して、制御性良く、クリーンに溶接、切断、改質などをできる手段として注目されている。レーザ加工によれば、例えば、アーク放電に比べて小さなスポット溶接が可能な点、金型を使った切断に比べて切り屑の発生を抑制できる点などにより、従来の加工手段より高品質な加工を実現できる。レーザ加工用のレーザ光として半導体レーザ光を直接用いるＤＤＬ（Direct Diode Laser）方式は、（ａ）レーザ光を変換しないため高効率である点、及び、（ｂ）半導体レーザ材料を選ぶことにより紫外から赤外までのレーザ光で加工が可能である点という二つの特徴を有するため、特に注目されている。
【０００３】
ところが半導体レーザ素子の光出力はせいぜい数ワットであり、レーザ加工に用いるためには、複数の半導体レーザ素子からのレーザビーム、言い換えれば、複数の共振器からのレーザビームを合成しなければならない。そのようなレーザビームの合成に適用可能な手法の一つが特許文献１に記載されている。一般に、半導体レーザ素子は、一つの素子の両端面に形成された共振器においてレーザ発振を生じるが、特許文献１では、複数の半導体レーザ素子を導波路を介して結合することにより、複数の半導体レーザ素子からのレーザビームをひとつに合成することと同等の機能を実現している。
【０００４】
特許文献１に記載された従来技術の光機能素子について図２２を用いて説明する。図２２は、従来技術の光機能素子の構成を示す概略図である。光機能素子は、導波路１００１と、活性ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）１００７と、受光機構１０４０と、反射鏡１０３０とを備える。導波路１００１には、２次以上の回折格子１００２が形成されている。活性ＤＢＲ１００７は、利得を有する波長選択性のある分布反射鏡である。導波路１００１において導波される光の一部は、回折格子１００２によって放射モード光となり、導波路１００１から光の導波方向と交差する方向に放射される。以下では、回折格子の導波方向と交差する方向に放射される光を放射モード光という。当該放射モード光は、図２２における導波路１００１の上方及び下方の両方向に放射されるので、導波路１００１の両側に、反射機構を有する活性ＤＢＲ１００７が設けられている。各活性ＤＢＲには放射モードを受け入れるテーパ領域１００８が形成されている。
【０００５】
図２２に示される光機能素子の動作について図２３を用いて説明する。図２３は、従来技術の光機能素子の基本構成を示す概略図である。図２３には、図２２に示される活性ＤＢＲ１００７のひとつが、増幅機構１００３と、反射機構１００４とに分離して示されている。２次の回折格子１００２を有する導波路１００１において導波される光の一部は、図２３に示されるように、導波方向に対してほぼ垂直に図２３の上下両方向に放射される。このように放射される光が、いわゆる放射モード光である。導波路１００１を通過する導波光の一部は放射モード光として導波方向に対して垂直に放射される。この放射モード光を増幅機構１００３で増幅し、さらに反射機構１００４を用いて再び導波路１００１に戻す。
【０００６】
上記の図２３を用いて説明した動作を用いれば、図２２に示されるように多数の活性ＤＢＲ１００７により、導波路１００１を通過するレーザ光を高出力化することが可能になる。レーザ光は、導波路１００１の端面から取り出すことも（図２２の出力１１００）、放射モード光として導波路１００１の側面から取り出すことも（図２２の出力１２００）、可能であるが、導波路１００１の端面から取り出す方が、各活性ＤＢＲ１００７のレーザ光を合波できるため、高いパワーのレーザ光を取り出すことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３６４７６５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載された光機能素子においては、導波路１００１の側面に対向して配置できる活性ＤＢＲの個数が、導波路１００１の寸法などに応じて制限されるため、限られた寸法で十分に高いパワーのレーザ光を得られない場合がある。
【０００９】
そこで、本開示では、高出力、かつ、コンパクトな光学装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本開示に係る光学装置の一態様は、光波を導波することが可能であり、導波される前記光波と結合して複数の放射モード光を発生する回折格子を有する導波路と、前記複数の放射モード光のうちの一つが入射され、当該放射モード光を増幅する第１増幅器及び第２増幅器とを備え、前記複数の放射モード光のうち、前記第２増幅器に入射される放射モード光の放射方向は、前記回折格子における前記導波路の導波方向と、前記複数の放射モード光のうちの前記第１増幅器に入射される放射モード光の放射方向とを含む平面と交差する。
【００１１】
また、本開示に係る光学装置は、前記導波路と、前記第１増幅器及び前記第２増幅器との間に配置される波長板をさらに備えてもよい。
【００１２】
また、本開示に係る光学装置において、前記第１増幅器の利得と前記第２増幅器の利得との比が可変であってもよい。
【００１３】
また、本開示に係る光学装置において、前記第１増幅器と前記第２増幅器とが増幅する各光波の前記導波路における偏光方向は、互いに異なってもよい。
【００１４】
また、本開示に係る光学装置において、前記複数の放射モード光のうちの一つが入射される第３増幅器及び第４増幅器とをさらに備え、前記第３増幅器及び前記第４増幅器は、それぞれ、前記導波路を挟んで前記第１増幅器及び前記第２増幅器と対向して配置され、前記第３増幅器及び前記第４増幅器が増幅する各光波の前記導波路における偏光方向は、それぞれ、前記第１増幅器及び前記第２増幅器が増幅する各光波の前記導波路における偏光方向と一致し、前記第１増幅器及び前記第３増幅器の利得は、同期して増大及び減少し、前記第２増幅器及び前記第４増幅器の利得は、同期して増大及び減少してもよい。
【００１５】
また、本開示に係る光学装置において、前記第１増幅器及び前記第２増幅器で伝播可能な最大の横モード次数をＭとし、前記導波路で伝播可能な最大の横モード次数をＮとするとき、Ｍは、Ｎ以下であってもよい。
【００１６】
また、本開示に係る光学装置において、前記第１増幅器及び前記第２増幅器で伝播可能な最大の横モード次数をＭとし、前記導波路で伝播可能な最大の横モード次数をＮとするとき、Ｍは、Ｎより大きくてもよい。
【００１７】
また、本開示に係る光学装置において、前記導波路と前記第１増幅器とは、同一の基板に配置されてもよい。
【００１８】
また、本開示に係る光学装置は、前記導波路から出射された前記複数の放射モード光の一部を前記回折格子に向けて反射する反射部材をさらに備えてもよい。
【００１９】
また、本開示に係る光学装置において、前記第１増幅器及び前記第２増幅器の少なくとも一方は、複数の増幅部を有してもよい。
【００２０】
また、本開示に係る光学装置において、前記導波路は、前記複数の増幅部に対向する位置に配置される複数の前記回折格子を有してもよい。
【００２１】
また、本開示に係る光学装置において、前記複数の増幅部の配列方向は、前記回折格子における前記導波路の導波方向と交差してもよい。
【００２２】
また、本開示に係る光学装置は、前記導波路の導波方向に配列された複数の前記第１増幅器及び複数の前記第２増幅器を備えてもよい。
【００２３】
また、本開示に係る光学装置において、前記回折格子は、前記回折格子における前記導波路の導波方向と交差する方向において周期的な屈折率分布を有してもよい。
【００２４】
また、本開示に係る光学装置は、前記導波路と、前記第１増幅器との間に配置され、前記第１増幅器が出射する光波の位相を制御する位相制御素子をさらに備えてもよい。
【発明の効果】
【００２５】
本開示によれば、高出力、かつ、コンパクトな光学装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、実施の形態１に係る光学装置の構成を示す斜視図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係る光学装置の構成を示す上面図である。
【図３】図３は、実施の形態の変形例１に係る光学装置の配置を示す上面図である。
【図４】図４は、実施の形態の変形例２に係る光学装置の構成を示す上面図である。
【図５】図５は、実施の形態２に係る光学装置の構成を示す上面図である。
【図６】図６は、実施の形態２に係る波長板の機能を説明するための斜視図である。
【図７】図７は、実施の形態２に係る光学装置の応用例の動作を示すタイミングチャートである。
【図８】図８は、実施の形態３に係る光学装置の構成を示す斜視図である。
【図９】図９は、実施の形態３の変形例１に係る光学装置の構成を示す斜視図である。
【図１０】図１０は、実施の形態３の変形例２に係る光学装置の構成を示す斜視図である。
【図１１】図１１は、実施の形態３の変形例３に係る光学装置の構成を示す斜視図である。
【図１２】図１２は、実施の形態４に係る光学装置の構成を示す斜視図である。
【図１３】図１３は、実施の形態４に係る光学装置の構成を示す上面図である。
【図１４】図１４は、実施の形態４の変形例１に係る光学装置の構成を示す斜視図である。
【図１５】図１５は、実施の形態５に係る光学装置の構成を示す斜視図である。
【図１６】図１６は、実施の形態５の変形例１に係る光学装置の構成を示す斜視図である。
【図１７】図１７は、実施の形態５の変形例２に係る光学装置の構成を示す斜視図である。
【図１８】図１８は、実施の形態５の変形例２に係る光学装置の構成を示す上面図である。
【図１９】図１９は、実施の形態５の変形例３に係る光学装置の構成を示す斜視図である。
【図２０】図２０は、実施の形態６に係る光学装置の構成を示す斜視図である。
【図２１】図２１は、実施の形態７に係る光学装置の構成を示す上面図である。
【図２２】図２２は、従来技術の光機能素子の構成を示す概略図である。
【図２３】図２３は、従来技術の光機能素子の基本構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、及び、構成要素の配置位置や接続形態などは、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００２８】
また、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、各図において縮尺等は必ずしも一致していない。なお、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
【００２９】
また、本明細書において、「上方」及び「下方」という用語は、絶対的な空間認識における上方向（鉛直上方）及び下方向（鉛直下方）を指すものではなく、積層構成における積層順を基に相対的な位置関係により規定される用語として用いる。また、「上方」及び「下方」という用語は、２つの構成要素が互いに間隔をあけて配置されて２つの構成要素の間に別の構成要素が存在する場合のみならず、２つの構成要素が互いに接する状態で配置される場合にも適用される。
【００３０】
（実施の形態１）
実施の形態１に係る光学装置について説明する。
【００３１】
［１−１．構成］
まず、本実施の形態に係る光学装置の構成について図１及び図２を用いて説明する。図１及び図２は、それぞれ、本実施の形態に係る光学装置３００の構成を示す斜視図及び上面図である。図１に示されるように、光学装置３００は、導波路１１と、第２導波路２０と、第１増幅器１Ａと、第２増幅器１Ｂと、第３増幅器１Ｃと、第４増幅器１Ｄとを備える。本実施の形態では、図２に示されるように、光学装置３００は、四つのレンズ２３をさらに備える。なお、図１では、四つのレンズ２３の図示は省略されている。
【００３２】
導波路１１は、光波を導波することが可能であり、導波される光波と結合して複数の放射モード光を発生する回折格子１２Ｌ、１２Ｃ及び１２Ｒを有する。回折格子は、導波路１１において周期的に屈折率が変化する領域を意味する。本実施の形態では、導波路１１は、ＳｉＮで形成されたコアと、ＳｉＯ２で形成されたクラッドとを有する光ファイバである。各回折格子は、導波路１１において周期的に屈折率を変化させることによって形成されている。このような回折格子はファイバブラッググレーティング（Fiber-Bragg-Grating；ＦＢＧ）として知られている。本実施の形態では、コアにはＧｅ２Ｏ３がドープされ、光誘起屈折率変化により周期的な屈折率分布を形成している。光誘起屈折率変化とは、例えば、コアに波長２２３ｎｍ以上２５３ｎｍ以下程度の紫外線（ＵＶ）レーザ光を露光することによりＳｉ−Ｏ結合を変化させて、屈折率を半永久的に変化させる方法である。この方法の露光において二光束干渉露光法などを用いることで、微細な周期的屈折率分布を形成できる。本実施の形態では、各回折格子の周期Λは２０７７Å（２０７．７ｎｍ）である。
【００３３】
ここで、各回折格子の周期Λと、放射モード光の波長λｒとの間には以下の関係が成り立つ。
【００３４】
Λ＝λｒ／ｎ                                                          式１
【００３５】
本実施の形態では、導波路１１における有効屈折率がｎ＝１．９５であることから、上記式１を用いれば、λｒ≒４０５ｎｍとなる。したがって、後述する各増幅器などが有するＩｎＧａＮを含む量子井戸活性層の利得波長帯域に放射モード光の波長λｒが含まれる。
【００３６】
各回折格子で生成される複数の放射モード光のうち、第２増幅器１Ｂに入射される放射モード光の放射方向は、各回折格子における導波路１１の導波方向と、複数の放射モード光のうちの第１増幅器１Ａに入射される放射モード光の放射方向とを含む平面と交差する。このように、第１増幅器１Ａと第２増幅器１Ｂとが導波路１１に対して立体的に配置されることにより、光学装置３００をコンパクト化できる。また、光学装置３００では、増幅器の配置が導波路１１の導波方向を含む平面内に限定されないため、より多数の増幅器を用いることができる。本実施の形態では、第１増幅器１Ａ及び第２増幅器１Ｂに加えて、各回折格子で生成された複数の放射モード光のうちの一つが入射される第３増幅器１Ｃ及び第４増幅器１Ｄとを備える。第３増幅器１Ｃ及び第４増幅器１Ｄは、それぞれ、導波路１１を挟んで第１増幅器１Ａ及び第２増幅器１Ｂと対向して配置される。なお、導波路１１の反射側端面には、誘電体多層膜で構成された反射層１３が形成されている。これにより、各回折格子から反射層１３に向かって伝播する光波を反射し、各回折格子に戻すことができる。
【００３７】
第１増幅器１Ａ〜第４増幅器１Ｄは、各回折格子で発生する複数の放射モード光のうちの一つが入射され、当該放射モード光を増幅する増幅器である。第１増幅器１Ａは光波を増幅する複数の増幅部を有する。複数の増幅部の配列方向は、各回折格子における導波路１１の導波方向と平行であり、導波路１１は、複数の増幅部に対向する位置に配置される複数の回折格子を有する。本実施の形態では、第１増幅器１Ａ〜第４増幅器１Ｄは、それぞれ三つの増幅部２Ｌ、２Ｃ及び２Ｒを有する。各増幅部は、光波（放射モード光）を増幅する導波路である。つまり、第１増幅器１Ａ〜第４増幅器１Ｄの各々は、三つの導波路からなるアレイ構造を有する半導体発光素子である。増幅部２Ｌ、２Ｃ及び２Ｒには、それぞれ、回折格子１２Ｌ、１２Ｃ及び１２Ｒからの放射モード光が入射される。第１増幅器１Ａ〜第４増幅器１Ｄの各々が複数の増幅部を有することにより、第１増幅器１Ａ〜第４増幅器１Ｄの各々が一つの増幅部を有する場合より、光学装置３００を高出力化できる。
【００３８】
本実施の形態では、第１増幅器１Ａ〜第４増幅器１Ｄの各々は、基板９３と、クラッド層９４と、量子井戸活性層９５と、クラッド層９６とを備える。基板９３は、ｎ−ＧａＮからなる。クラッド層９４は、基板９３の上方に配置され、ｎ−ＡｌＧａＮからなる層である。量子井戸活性層９５は、クラッド層９４の上方に配置され、ＩｎＧａＮを含む活性層である。クラッド層９６は、量子井戸活性層９５の上方に配置され、ｐ−ＡｌＧａＮからなる層である。なお、図示しないが、第１増幅器１Ａ〜第４増幅器１Ｄの各々は、さらに、ガイド層、コンタクト層、電子オーバーフロー抑制層などを有してもよい。
【００３９】
本実施の形態では、量子井戸活性層９５の利得が３９５ｎｍ以上４１５ｎｍ以下程度の波長帯域にあるように量子井戸活性層９５のＩｎ組成が調整される。第１増幅器１Ａ〜第４増幅器１Ｄの導波路１１側端面には、反射率０．１％以下の低反射率誘電体多層膜が形成されている。第１増幅器１Ａ〜第４増幅器１Ｄの導波機構側でないもうひとつの端面には、反射率９５％以上の高反射率誘電体多層膜が形成されている。
【００４０】
四つのレンズ２３は、それぞれ第１増幅器１Ａ〜第４増幅器１Ｄと導波路１１との間に配置され、導波路１１から第１増幅器１Ａ〜第４増幅器１Ｄへ向かう放射モード光を集光する光学素子である。四つのレンズ２３は、第１増幅器１Ａ〜第４増幅器１Ｄから、導波路１１へ向かう光波も集光する。
【００４１】
図２に示されるように、第１増幅器１Ａ及び第３増幅器１Ｃの量子井戸活性層９５は、概ね直線２１上にあり、この直線２１は、導波路１１の中心部を通る。第２増幅器１Ｂ及び第４増幅器１Ｄ、並びに、直線２２についても、第１増幅器１Ａ及び第２増幅器１Ｂ、並びに、直線２１と同様な関係がある。
【００４２】
図２に示されるように、第１増幅器１Ａ〜第４増幅器１Ｄと導波路１１との間には、四つのレンズ２３が配置されている。これらの四つのレンズ２３の各々は、さらに複数のサブレンズ（微小レンズ）から構成されていてもよい。例えば、第１増幅器１Ａの出射側に設置されたレンズ２３は、第１増幅器１Ａ内の三つの増幅部２Ｌ、２Ｃ、２Ｒと対をなす三つのサブレンズから構成されていてもよい。さらにサブレンズ自体も増幅部からの光を回折格子に集光するため複数のレンズから構成されていてもよい。このようなレンズ２３により、第１増幅器１Ａ〜第４増幅器１Ｄが出射した光波が導波路１１に集光される。なお、第３増幅器１Ｃ及び第４増幅器１Ｄについては、図３のように配置することで対称性を高めることができる。図３は、本実施の形態の変形例１に係る光学装置３００ａの配置を示す上面図である。図３に示される光学装置３００ａでは、導波路１１を中心として、各増幅器の基板９３は、いずれも、量子井戸活性層９５を時計回りに回転させた位置に配置される。このように配置の対称性を高めることで各増幅器の発熱による光学装置３００全体の温度上昇を均一化することができる。
【００４３】
［１−２．動作］
次に、光学装置３００の動作について説明する。
【００４４】
まず、第１増幅器１Ａに電流が供給される。これに伴い、第１増幅器１Ａから導波路１１へ向けて光波が出射される。ここでは、第１増幅器１Ａから出射される自然放出光の状態の光波３１Ｌ、３１Ｃ及び３１Ｒを含む光波群３２Ａ考える。これら光波は、レンズ２３で集光されて、それぞれ、回折格子１２Ｌ、１２Ｃ及び１２Ｒに入射する。これらの光波のうち、上記式１を満たす波長近傍の光波が導波路１１内部を伝播することができる。第２増幅器１Ｂ〜第４増幅器１Ｄがそれぞれ出射する光波群３２Ｂ〜３２Ｄについても、光波群３２Ａと同様に各回折格子に入射し、導波路１１内部を伝播する。また、導波路１１を伝播する光波のうち一部は、反射層１３に向かう。このような光波は、反射層１３で反射されて、回折格子１２Ｌ、１２Ｃ及び１２Ｒに向かう。導波路１１を伝播する光波の一部は、回折格子１２Ｌ、１２Ｃ及び１２Ｒによって放射モード光となり、各増幅器に戻される。このように、本実施の形態に係る光学装置３００においては、各増幅器と導波路１１とからなる共振器が形成される。各増幅器で増幅された光波（レーザ光）は、出射光３３として導波路１１から出射される。
【００４５】
［１−３．拡張性］
次に、本実施の形態に係る光学装置３００の拡張性について図４を用いて説明する。図４は、本実施の形態の変形例２に係る光学装置３００ｂの構成を示す上面図である。図４に示されるように、本変形例に係る光学装置３００ｂは、導波路１１と、第１増幅器１Ａ〜第８増幅器１Ｈと、８個のレンズ２３とを備える。第１増幅器１Ａ〜第８増幅器１Ｈは、導波路１１の光軸（中心軸）を中心とする円周上に、中心角４５度毎に配置されている。本変形例に係る光学装置３００ｂでは、上述した変形例１に係る光学装置３００ａに加えて、第１増幅器１Ａと第２増幅器１Ｂとの間に配置される第５増幅器１Ｅと、第２増幅器１Ｂと第３増幅器１Ｃとの間に配置される第６増幅器１Ｆと、第３増幅器１Ｃと第４増幅器１Ｄとの間に配置される第７増幅器１Ｇと、第４増幅器１Ｄと第１増幅器１Ａとの間に配置される第８増幅器１Ｈとをさらに備える。８個のレンズ２３は、それぞれ、第１増幅器１Ａ〜第８増幅器１Ｈと、導波路１１との間に配置される。
【００４６】
本変形例に係る光学装置３００ｂによれば、より多くの増幅器を用いることができるため、より一層の高出力化が可能となる。また、本変形例に係る光学装置３００ｂでは、本実施の形態に係る光学装置３００より、寸法をほとんど増大させることなく高出力化を実現できる。
【００４７】
また、各回折格子が導波路１１の光軸に対して軸対称な構造を有する場合、各回折格子からの放射モード光は、導波路１１の導波方向に対して直交する方向に一様に出射される。このため、本変形例に係る光学装置３００ｂのように、導波路１１の光軸に対して半径方向により多くの増幅器を配置することで、増幅器に入射されない放射モード光を低減できる。したがって、光学装置３００ｂによれば、高効率化が可能となる。
【００４８】
［１−４．横モード］
次に、本実施の形態に係る光学装置３００における光の分布を示す横モードについて述べる。第１増幅器１Ａ〜第４増幅器１Ｄの各増幅部で伝播可能な横モードの最大次数をＭとする。同様に導波路１１で伝播可能な横モードの最大次数をＮとする。ここで、Ｍ及びＮは０以上の整数である。なお、横モードの次数がゼロの場合、基本モードと呼ばれる単峰性の光分布になる。Ｍ及びＮは、各々、各増幅部を構成する導波路の層構造（厚み、幅、屈折率）、導波路を構成する各コア及び各クラッドの構造（厚み、幅、屈折率）により、自由に設計され得る。Ｍ及びＮとの関係には次の（Ａ）及び（Ｂ）の二通りがある。
（Ａ）ＭがＮ以下である場合（Ｍ≦Ｎの場合）
この場合、各増幅部から出射される光波はすべて、導波路１１に結合し得るので、各増幅部から出射される光波を最も効率的に利用できる。
（Ｂ）ＭがＮより大きい場合（Ｍ＞Ｎの場合）
この場合、各増幅部から出射される光波のうち、横モードの次数がＮ＋１以上Ｍ以下の光分布を有する光波は導波路１１に結合しない。このため、横モードの次数がＮ＋１以上Ｍ以下の光分布を有する光は各増幅部に帰還されず、レーザ発振に至らない。したがって、レーザ発振し得る横モードの次数はＮ以下となり、出射光３３のビーム品質を向上させることができる。言い換えると、導波路１１は横モードのフィルタとして機能する。この結果、光学装置３００の出射光３３を利用する後段の光学系の設計を容易にすることができる。
【００４９】
（実施の形態２）
実施の形態２に係る光学装置について説明する。本実施の形態に係る光学装置は、導波路１１に入射される光波の偏光方向において、実施の形態１の変形例２に係る光学装置３００ｂと相違し、その他の点において一致する。以下、本実施の形態に係る光学装置について、実施の形態１の変形例２に係る光学装置３００ｂとの相違点を中心に図５〜図７を用いて説明する。
【００５０】
図５は、本実施の形態に係る光学装置３００ｃの構成を示す上面図である。図５に示されるように、本実施の形態に係る光学装置３００ｃは、導波路１１と、第１増幅器１Ａ〜第８増幅器１Ｈとを備える。本実施の形態では、光学装置３００ｃは、波長板４０をさらに備える。
【００５１】
波長板４０は、導波路１１と第１増幅器１Ａ〜第８増幅器１Ｈとの間に配置される。本実施の形態では、波長板４０は、λ／２板であり、図５に示されるように、レンズ２３と導波路１１との間に配置される。なお、波長板４０は、第１増幅器１Ａ〜第８増幅器１Ｈとレンズ２３との間に配置されてもよい。
【００５２】
以下、波長板４０の機能について図６を用いて説明する。図６は、本実施の形態に係る波長板４０の機能を説明するための斜視図である。なお、図６においては、光学装置３００ｃのうち、第１増幅器１Ａ、導波路１１及び波長板４０以外の構成要素については図示が省略されている。
【００５３】
第１増幅器１Ａにおいて増幅される光波群３２Ａのモードは、いわゆるＴＥモードであり、直線偏光である。第１増幅器１Ａにおいて増幅される光波群３２Ａの電界方向は、図６に示される破線矢印αで示される方向であり、量子井戸活性層９５の主面に平行な方向である。本実施の形態では、当該電界方向は、導波路１１の光軸方向と平行である。
【００５４】
このような光波群３２Ａが、波長板４０を通過すると、その偏光方法が９０度回転し、図６の破線矢印βで示される電界方向の光波群３２Ａ１となって、導波路１１の回折格子１２Ｌ、１２Ｃ及び１２Ｒに入射する。このような光波群３２Ａ１の少なくとも一部は各回折格子によって、導波路１１で導波される光波となる。ここで、導波路１１によって導波される光波の電界方向は、導波方向に対してほぼ垂直であるため、光波群３２Ａ１の電界方向とほぼ一致する。したがって、本実施の形態に係る光学装置３００ｃでは、実施の形態１に係る光学装置３００などより、各増幅器から各回折格子に入射する光波と導波路１１で導波される光波との結合効率を高めることができる。なお、導波路１１から出射される出射光３３のうち、第１増幅器１Ａが寄与する成分は、図６の破線矢印γで表される方向の電界方向を有する成分である。
【００５５】
他の増幅器についても第１増幅器１Ａと同様に動作する。このため、各増幅器と導波路１１との位置関係に応じて、出射光３３のうち各増幅器が寄与する成分の偏光方向が異なる。具体的には、第１増幅器１Ａと第２増幅器１Ｂとが増幅する各光波の導波路１１における偏光方向は、互いに異なる。一方、導波路１１を挟んで第１増幅器１Ａと対向する位置に配置される第３増幅器１Ｃが増幅する光波の導波路１１における偏光方向は、第１増幅器１Ａが増幅する光波の導波路１１における偏光方向と一致する。また、第４増幅器１Ｄが増幅する光波の導波路における偏光方向は、第２増幅器１Ｂが増幅する光波の導波路１１における偏光方向と一致する。他の増幅器についても同様である。
【００５６】
光学装置３００ｃの以上のような特性を利用した応用例について、図６及び図７を用いて説明する。図７は、本実施の形態に係る光学装置３００ｃの応用例の動作を示すタイミングチャートである。
【００５７】
本実施の形態に係る光学装置３００ｃの応用例として、各増幅器における利得を可変とする。本実施の形態では、第１増幅器１Ａの利得と第２増幅器１Ｂの利得との比が可変である。また、同様に、第１増幅器１Ａ〜第８増幅器１Ｈのうち、任意の二つの増幅器の利得の比も可変である。これにより、光学装置３００ｃの出射光の偏光方向を変動させることができる。
【００５８】
図６に示されるように、第１増幅器１Ａによって増幅されて、波長板４０によって偏光方向が回転した光波群３２Ａ１は、出射光３３のうち、破線矢印γで表される電界方向の成分となる。このように、各増幅器によって増幅されて、波長板４０によって偏光方向が回転した光波群は、出射光３３のうち、当該光波群の伝播方向及び導波路１１の導波方向に垂直な電界方向の成分となる。このため、例えば、第１増幅器１Ａと第２増幅器１Ｂとが増幅する各光波の導波路１１における偏光方向は、互いに異なる。同様に、第１増幅器１Ａ、第２増幅器１Ｂ、第５増幅器１Ｅ及び第６増幅器１Ｆが増幅する各光波の導波路１１における偏光方向は、互いに異なる。
【００５９】
一方、図５に示されるように、第３増幅器１Ｃは、導波路１１を挟んで第１増幅器１Ａと対向して配置される。このため、第３増幅器１Ｃが増幅する光波の伝播方向は、第１増幅器１Ａが増幅する光波の伝播方向と同じである。したがって、第３増幅器１Ｃによって増幅されて、波長板４０によって偏光方向が回転した光波群も、光波群３２Ａ１と同じく、出射光３３のうち、破線矢印γで表される電界方向の成分となる。同様に、第２増幅器１Ｂ及び第４増幅器１Ｄによって増幅されて波長板４０で偏光方向が回転した光波群は、出射光３３のうち、同一の電界方向の成分となる。このように、第３増幅器１Ｃ及び第４増幅器１Ｄが増幅する各光波の導波路１１における偏光方向は、それぞれ、第１増幅器１Ａ及び第２増幅器１Ｂが増幅する各光波の導波路１１における偏光方向と一致する。第５増幅器１Ｅ及び第７増幅器１Ｇ、並びに、第６増幅器１Ｆ及び第８増幅器１Ｈについても同様である。
【００６０】
ここで、図７に示されるように、周期をＴとして、各偏光方向の光波を順次周期的に出射させる。具体的には、時点ｔ１から時点ｔ２までの期間、時点Ｔ＋ｔ１から時点Ｔ＋ｔ２までの期間のみ第１増幅器１Ａと第３増幅器１Ｃとを駆動する。なお、図７のハッチングされた期間が、各増幅器の駆動期間を示す。当該期間においては、図７に示されるような偏光方向を有する直線偏光の出射光３３を出射する。なお、この期間以降も同様に第１増幅器１Ａ及び第３増幅器１Ｃを周期Ｔ毎に駆動する。その他の増幅器についても同様に周期Ｔ毎に駆動する。具体的には、時点ｔ２から時点ｔ３までの期間には、第２増幅器１Ｂと第４増幅器１Ｄとを駆動し、時点ｔ３から時点ｔ４までの期間には、第５増幅器１Ｅと第７増幅器１Ｇとを駆動し、時点ｔ４から時点ｔ５までの期間には、第６増幅器１Ｆと第８増幅器１Ｈとを駆動する。
【００６１】
このように、第１増幅器１Ａ及び第３増幅器１Ｃの利得は、同期して増大及び減少し、第２増幅器１Ｂ及び第４増幅器１Ｄの利得は、同期して増大及び減少する。同様に、第５増幅器１Ｅ及び第７増幅器１Ｇの利得は、同期して増大及び減少し、第６増幅器１Ｆ及び第８増幅器１Ｈの利得は、同期して増大及び減少する。これにより、図７に示されるように、出射光３３の偏光方向を時間的に回転させることができる。本実施の形態では、出射光３３の偏光方向を４５度ずつ回転させることができる。
【００６２】
例えば、金属の反射率は、偏光方向によって変化し得るため、このような光学装置３００ｃを用いて偏光方向が時間的に変化するレーザ光を用いることで、このような金属を容易に加工できる。また、光学装置３００ｃを用いることで、反射率が低い偏光方向を容易に見付けることができるため、光学装置３００ｃの出射光の偏光方向を反射率の低い偏光方向に固定して用いてもよい。
【００６３】
なお、本実施の形態では、光波の偏光方向を波長板を用いて回転させたが、他の手段を用いて偏光方向を回転させてもよい。例えば、各増幅器を光軸を中心として回転させることで、偏光方向を回転させてもよい。
【００６４】
（実施の形態３）
実施の形態３に係る光学装置について説明する。本実施の形態に係る光学装置は、導波路の断面形状及び構造において、実施の形態１に係る光学装置３００と相違し、その他の点において一致する。以下、本実施の形態に係る光学装置について、実施の形態１に係る光学装置３００との相違点を中心に図８を用いて説明する。
【００６５】
図８は、本実施の形態に係る光学装置３００ｄの構成を示す斜視図である。図８に示されるように、本実施の形態に係る光学装置３００ｄは、導波路５０と、第１増幅器１Ａ〜第４増幅器１Ｄとを備える。なお、図８では、図示しないが、実施の形態１などと同様に、光学装置３００ｄはレンズなどをさらに備えてもよい。
【００６６】
本実施の形態に係る導波路５０は、光波を導波することが可能であり、導波される光波と結合して複数の放射モード光を発生する回折格子５４Ｌ、５４Ｃ及び５４Ｒを有する導波路である。導波路５０は、図示しないサファイアからなる基板上に配置されたクラッド層５１及び５３と、コア層５２と、誘電体多層膜５５とを有する。
【００６７】
クラッド層５１は、基板の上方に配置され、コア層５２より屈折率が低い層である。本実施の形態では、クラッド層５１は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなる層である。ここでｘは、クラッド層５１におけるＡｌの組成比を示す。
【００６８】
コア層５２は、クラッド層５１の上方に配置され、クラッド層５１より屈折率が高い層である。本実施の形態では、コア層５２は、ＧａＮからなる層である。コア層５２の長手方向と交差する方向の断面は矩形状である。
【００６９】
回折格子５４Ｌ、５４Ｃ及び５４Ｒは、コア層５２にＡｌｙＧａ１−ｙＮ層を周期的に配置することで形成される。ここで、ｙは、各回折格子におけるＡｌの組成比を示す。各回折格子における屈折率の変調周期Λは１６８８Å（１６８．８ｎｍ）である。今回用いた導波路５０の有効屈折率ｎが２．４であることから、上記式１を用いれば、波長λｒ≒４０５ｎｍとなり、上記の量子井戸活性層９５の利得波長帯域に含まれる。
【００７０】
クラッド層５３は、コア層５２の上方に配置され、コア層５２より屈折率が低い層である。本実施の形態では、クラッド層５３は、コア層５２を覆うＡｌｚＧａ１−ｚＮからなる層である。ここでｚは、クラッド層５３におけるＡｌの組成比を示す。また、組成比ｘ、ｙ及びｚは、ｘ≒ｚ≠ｙが成り立つように選択されている。
【００７１】
誘電体多層膜５５は、各回折格子から誘電体多層膜５５に向かって導波される光波を反射する高反射膜である。
【００７２】
このような構成を有する導波路５０の長手方向（つまり導波方向）と交差する方向の断面は矩形状である。
【００７３】
本実施の形態に係る導波路５０のように、矩形の断面形状を有する導波路を用いることで、放射モード光の方向が、主に導波路５０の表面に垂直な方向に集中するため、当該方向に増幅器を配置することで、放射モード光の利用効率を高めることができる。
【００７４】
（実施の形態３の変形例）
実施の形態３の変形例に係る光学装置について図９〜図１１を用いて説明する。図９〜図１１は、それぞれ、実施の形態３の変形例１〜変形例３に係る光学装置の構成を示す斜視図である。
【００７５】
図９に示されるように、変形例１に係る光学装置３００ｅは、導波路５０ｅと、第１増幅器１Ａ〜第３増幅器１Ｃとを備える。
【００７６】
変形例１に係る導波路５０ｅは、実施の形態３に係る導波路５０のクラッド層５１に変えて、反射部材５６を有する。反射部材５６は、導波路５０ｅから出射された複数の放射モード光の一部を回折格子５４Ｌ、５４Ｃ及び５４Ｒに向けて反射する。本実施の形態では、反射部材５６は、膜状の形状を有する。反射部材５６により、各回折格子から反射部材５６に向かう放射モード光を各回折格子に向けて反射できる。変形例１に係る光学装置３００ｅによれば、放射モード光の損失を抑制しつつ、増幅器の個数を削減できる。また、反射部材５６に水冷ライン、放熱フィンなどの冷却装置を取り付けてもよい。これにより、比較的高温になり得る導波路５０ｅを冷却できる。
【００７７】
また、図１０に示される実施の形態３の変形例２に係る光学装置３００ｆのように、導波路５０ｅなどを基板５７上に配置してもよい。なお、図１０では、第２増幅器１Ｂの図示は省略されている。光学装置３００ｆでは、導波路５０ｅと、第１増幅器１Ａ及び第３増幅器１Ｃとは、同一の基板５７に配置される。これにより、各構成要素の相対位置が変動することを抑制できる。また、基板５７を用いて光学装置３００ｆを一体的に冷却することも可能である。
【００７８】
図１１に示される実施の形態３の変形例３に係る光学装置３００ｇは、導波路５０ｇと、第１増幅器１Ａ及び第２増幅器１Ｂとを備える。導波路５０ｇは、コア層５２を挟んで第１増幅器１Ａと対向する位置に配置された反射部材５８を有してもよい。この反射部材５８は、反射部材５６と同様の機能を有する。このため、変形例３に係る光学装置３００ｇによれば、放射モード光の損失を抑制しつつ、増幅器の個数をさらに削減できる。また、反射部材５８に水冷ライン、放熱フィンなどの冷却装置を取り付けてもよい。
【００７９】
（実施の形態４）
実施の形態４に係る光学装置について説明する。本実施の形態に係る光学装置は、主に、導波路に対する各増幅器が有する複数の増幅部の配列方向において、実施の形態１に係る光学装置３００と相違する。以下、本実施の形態に係る光学装置について、図１２及び図１３を用いて説明する。
【００８０】
図１２及び図１３は、それぞれ本実施の形態に係る光学装置４００の構成を示す斜視図及び上面図である。図１３に示されるように、光学装置４００は、導波路４１１と、第１増幅器１Ａ〜第４増幅器１Ｄとを備える。本実施の形態では、光学装置４００は、光学系６０をさらに備える。
【００８１】
導波路４１１は、光波を導波することが可能であり、導波される光波と結合して複数の放射モード光を発生する回折格子１２を有する導波路である。導波路４１１は、実施の形態１に係る導波路１１と同様に反射層１３を有する。
【００８２】
第１増幅器１Ａ〜第４増幅器１Ｄは、それぞれ、実施の形態１に係る第１増幅器１Ａ〜第４増幅器１Ｄと同様の増幅器である。本実施の形態では、各増幅器の導波路４１１に対する相対的な向きが実施の形態１に係る各増幅器と異なる。本実施の形態では、各増幅器は、複数の増幅部を有し、複数の増幅部の配列方向は、導波路４１１の回折格子１２における導波方向と交差する。本実施の形態では、増幅部２Ｌ、２Ｃ及び２Ｒの配列方向は、回折格子１２における導波方向と直交する。各増幅部から出射される光波は、いずれも同一の回折格子１２に入射される。本実施の形態では、これらの光波を導波路４１１に入射するために光学系６０を用いる。光学系６０は、各増幅器と導波路４１１との間に配置される。
【００８３】
光学系６０は、各増幅器が有する各増幅部が出射する光波を導波路４１１に向けて偏向する光学系である。本実施の形態では、光学系６０は、レンズ６１、６２及び６４と、偏向素子６３とを有する。
【００８４】
レンズ６１及び６２は、それぞれ、各増幅部が出射する光波（レーザ光）を、ファスト（Fast）軸方向及びスロー（slow）軸方向において平行光化するレンズである。レンズ６１として、例えば、シリンドリカルレンズを用いることができる。また、レンズ６２として、シリンドリカルレンズアレイを用いることができる。
【００８５】
偏向素子６３は、レンズ６１及び６２によって平行光化された光波を偏向する光学素子である。本実施の形態では、偏向素子６３は、台形ガラスからなり、平行光化された三つの光波を互いに異なる向きに偏向する。
【００８６】
レンズ６４は、偏向素子６３から出射された光波を導波路４１１に集光するレンズである。本実施の形態では、光学系６０は、各々が各導波路から出射された光波を集光する三つのレンズ６４を有する。レンズ６４として、例えば球面レンズを用いることができる。
【００８７】
光学系６０が以上のような構成を有することにより、増幅部２Ｌ、２Ｃ及び２Ｒからそれぞれ出射される光波３１Ｌ、３１Ｃ及び３１Ｒは、導波路４１１のコアに向かう。導波路４１１に向かう各光波の偏光方向は、図１３で破線矢印４０５Ｌ、４０５Ｃ及び４０５Ｒで示されるように、導波路４１１の光軸を中心とする円の周方向とほぼ一致する。したがって、各増幅器からの光波が導波路４１１に入射されることで導波路４１１からの出射光３３は、偏光多重された光となる。
【００８８】
本実施の形態に係る光学装置４００では、以上のような構成を有することにより、導波路４１１に形成された一つの回折格子１２により多くの光波を入射できるため、高出力、かつ、コンパクトな光学装置４００を実現できる。なお、導波機構は実施形態３のように断面が長方形でも構わない。
【００８９】
（実施の形態４の変形例１）
実施の形態４の変形例１に係る光学装置について説明する。本変形例に係る光学装置は、実施の形態４に係る光学装置４００より多くの増幅器を利用し得る構成を有する。以下、本変形例に係る光学装置について、図１４を用いて説明する。
【００９０】
図１４は、本変形例に係る光学装置４００ａの構成を示す斜視図である。図１４に示されるように、本変形例に係る光学装置４００ａは、導波路４１１ａと、第１増幅器１Ａ〜第４増幅器１Ｄ及び第１増幅器４０１Ａ〜第４増幅器４０１Ｄと、光学系６０とを備える。このように、光学装置４００ａは、導波路４１１ａと、導波路４１１ａの導波方向に配列された複数の第１増幅器１Ａ、４０１Ａ及び複数の第２増幅器１Ｂ、４０１Ｂを備える。本実施の形態では、導波路４１１ａの導波方向に配列された複数の第３増幅器１Ｃ、４０１Ｃ及び複数の第４増幅器１Ｄ、４０１Ｄをさらに備える。
【００９１】
導波路４１１ａは、光波を導波することが可能であり、導波される光波と結合して複数の放射モード光を発生する回折格子１２及び４１２を有する導波路である。導波路４１１ａは、実施の形態１に係る導波路１１と同様に反射層１３を有する。
【００９２】
本変形例に係る導波路４１１ａの回折格子１２と、第１増幅器１Ａ〜第４増幅器１Ｄとの構成は、実施の形態４に係る光学装置４００と同様である。
【００９３】
回折格子４１２は、回折格子１２と同様の構成を有する。また、第１増幅器４０１Ａ〜第４増幅器４０１Ｄは、それぞれ、第１増幅器１Ａ〜第４増幅器１Ｄと同様の構成を有し、回折格子４１２からの放射モード光が入射され、当該放射モード光を増幅する。
【００９４】
本変形例に係る光学装置４００ａでは、実施の形態４に係る光学装置４００より多くの増幅器によって光波を増幅できるため、より一層高出力化できる。
【００９５】
（実施の形態５）
実施の形態５に係る光学装置について説明する。本実施の形態に係る光学装置は、主に、導波路の構成において実施の形態４に係る光学装置４００と相違する。以下、本実施の形態に係る光学装置について、実施の形態４に係る光学装置４００との相違点を中心に図１５を用いて説明する。
【００９６】
図１５は、本実施の形態に係る光学装置４００ｂの構成を示す斜視図である。図１５に示されるように、光学装置４００ｂは、導波路４１１ｂと、第１増幅器１Ａ〜第４増幅器１Ｄと、光学系６０とを備える。
【００９７】
導波路４１１ｂは、光波を導波することが可能であり、導波される光波と結合して複数の放射モード光を発生する回折格子４１２ｂを有する導波路である。導波路４１１ｂは、円筒状の形状を有する。また、導波路４１１ｂは、実施の形態１に係る導波路１１と同様に反射層１３を有する。回折格子４１２ｂは、回折格子４１２ｂにおける導波路４１１ｂの導波方向と交差する方向において周期的な屈折率分布を有する。言い換えると、回折格子４１２ｂは、導波路４１１ｂにおいて光軸（導波路４１１ｂの中心軸）から半径方向に周期的に屈折率が変化する領域である。このような回折格子４１２ｂも、実施の形態４に係る回折格子４１２と同様に、導波路４１１ｂの光軸方向に導波される光波と結合して複数の放射モード光を発生する。
【００９８】
導波路４１１ｂの回折格子４１２ｂは、例えば、導波路４１１ｂの端面に形成された同心円状凹凸構造によって形成されてもよい。このような表面の凹凸構造は、半導体プロセス（フォトリソグラフィ）を用いて形成できる。半導体プロセスによれば、高い寸法精度で大量生産を行うことが可能である。
【００９９】
本実施の形態に係る光学装置４００ｂにおいては、各増幅器が出射した光波の少なくとも一部は、回折格子４１２ｂに回折され、出射光３３となる。また、回折格子４１２ｂによって回折されなかった光波は、各増幅器と導波路４１１ｂを挟んで対向する他の増幅器に入射され、増幅された後、再度回折格子４１２ｂに入射される。このように、各増幅器が出射した光波を有効利用できるため、光学装置４００ｂの高効率化が可能である。なお、このように導波路に対して対称に増幅器を配置する構成は、他の実施の形態にも適用できる。
【０１００】
（実施の形態５の変形例１）
実施の形態５の変形例１に係る光学装置について説明する。本変形例に係る光学装置は、実施の形態５に係る光学装置４００ｂを同一の基板に集積している点において、実施の形態５に係る光学装置４００ｂと相違する。以下、本変形例に係る光学装置について、図１６を用いて説明する。
【０１０１】
図１６は、本実施の形態の変形例１に係る光学装置４００ｃの構成を示す斜視図である。図１６に示されるように、本変形例に係る光学装置４００ｃは、基板４１４と、基板４１４上に実装された導波路４１１ｂ、第１増幅器１Ａ〜第４増幅器１Ｄ及び光学系６０とを備える。つまり、光学装置４００ｃは、基板４１４と、基板４１４上に実装された実施の形態５に係る光学装置４００ｂとを備える。このように、本変形例に係る光学装置４００ｃは、同一の基板４１４に配置される。つまり、光学装置４００ｃは基板４１４に集積される。これにより、各構成要素のアライメントが容易となる。
【０１０２】
（実施の形態５の変形例２）
実施の形態５の変形例２に係る光学装置について説明する。本変形例に係る光学装置は、主に導波路の形状において実施の形態５に係る光学装置４００ｂと相違する。以下、本変形例に係る光学装置について、実施の形態５に係る光学装置４００ｂとの相違点を中心に、図１７及び図１８を用いて説明する。
【０１０３】
図１７及び図１８は、それぞれ、本実施の形態の変形例２に係る光学装置４００ｄの構成を示す斜視図及び上面図である。図１７及び図１８に示されるように、光学装置４００ｄは、導波路４１１ｄと、第１増幅器１Ａ〜第４増幅器１Ｄと、光学系６０ｄとを備える。
【０１０４】
導波路４１１ｄは、光波を導波することが可能であり、導波される光波と結合して複数の放射モード光を発生する回折格子４１２ｄを有する導波路である。導波路４１１ｄは、直方体状の形状を有する。また、導波路４１１ｄは、実施の形態５に係る導波路４１１ｂと同様に反射層４１３を有する。回折格子４１２ｄは、光軸（導波路４１１ｄの中心軸）から遠ざかる方向に周期的に屈折率が変化する領域である。本実施の形態では、第１屈折率を有する材料からなる矩形状の領域の外周に、第１屈折率と異なる第２屈折率を有する材料からなる矩形状の領域が形成されている。このような構造が繰り返し形成されることで、周期的に屈折率が変化する領域が形成されている。なお、回折格子４１２ｄに含まれる材料は、二種類に限定されない。回折格子４１２ｄは、三種以上の屈折率が互いに異なる材料で構成されてもよい。また、導波路４１１ｄは、導波路４１１ｄの端面に形成された凹凸構造によって形成されてもよい。
【０１０５】
このような直方体状の導波路４１１ｄの形成には、ダイシングだけでなく、劈開も利用できるため、製造が容易になる。さらには、導波路４１１ｄの各増幅器からの光波が入射される面（つまり、導波路４１１ｄの側面）に低反射膜を形成することも容易となる。
【０１０６】
本実施の形態では、上記式１を満たすために、各増幅部からの光波を導波路４１１ｄの側面に垂直に入射させる。このため、図１８に示されるように、光学系６０ｄは、実施の形態５に係る光学系６０が有するレンズ６１、６２及び６４、並びに、偏向素子６３に加えて、偏向素子６５を有する。偏向素子６５は、直方体状の透光部材を台形柱状に切り欠いた形状を有する。これにより、光学系６０ｄから出射される三つの光波がいずれも導波路４１１ｄの側面に略垂直に入射できる。
【０１０７】
（実施の形態５の変形例３）
実施の形態５の変形例３に係る光学装置について説明する。本変形例に係る光学装置は、回折格子の周期構造において実施の形態５の変形例２に係る光学装置４００ｄと相違し、その他の点において一致する。以下、本変形例に係る光学装置について、実施の形態５の変形例２に係る光学装置４００ｄとの相違点を中心に、図１９を用いて説明する。
【０１０８】
図１９は、本変形例に係る光学装置４００ｅの構成を示す斜視図である。図１９に示されるように、光学装置４００ｅは、導波路４１１ｅと、第１増幅器１Ａ〜第４増幅器１Ｄと、光学系６０ｄとを備える。
【０１０９】
導波路４１１ｅは、光波を導波することが可能であり、導波される光波と結合して複数の放射モード光を発生する回折格子４１２ｅを有する導波路である。本変形例では、回折格子４１２ｅは、図１９に示されるように、導波路４１１ｅの端面に沿った方向に二方向において周期的に屈折率が変化する領域である。回折格子４１２ｅにおいては、いわゆる市松模様状に屈折率が変化する。
【０１１０】
このような構成においても、実施の形態５の変形例２と同様の効果を奏することができる。
【０１１１】
（実施の形態６）
実施の形態６に係る光学装置について説明する。本実施の形態に係る光学装置は、波長制御を行う構成が追加されている点において、実施の形態４に係る光学装置４００と相違し、その他の点において一致する。以下、本実施の形態に係る光学装置について、実施の形態４に係る光学装置４００との相違点を中心に図面を用いて説明する。
【０１１２】
図２０は、本実施の形態に係る光学装置４００ｆの構成を示す斜視図である。図２０に示されるように、光学装置４００ｆは、実施の形態４に係る光学装置４００に加えて、さらに、出力カプラ７０を備える。
【０１１３】
出力カプラ７０は、導波路４１１から出射される出射光３３の一部を導波路４１１に戻し、他の一部を最終的な出射光１３１として出射する。これにより、各増幅器、導波路４１１及び出力カプラ７０などからなる外部共振器が形成される。つまり、各増幅器、導波路、出力カプラ、導波路、各増幅器の順に光波が繰り返し伝播する帰還経路が形成される。このような外部共振器を形成することにより各増幅器における発振波長を上記式１の波長λｒに制御できる。
【０１１４】
以上のように、本実施の形態では、光学装置４００ｆの出射光の波長を制御できる。なお、実施の形態４以外の各実施の形態及びそれらの変形例に係る光学装置においても、同様に出力カプラを備えることで波長制御を行うことができる。
【０１１５】
（実施の形態７）
実施の形態７に係る光学装置について説明する。上記各実施の形態に係る光学装置においては、各増幅部が出射する光波の波長がほぼ同一である場合、それらの光波が互いに干渉するおそれがある。そこで、本実施の形態に係る光学装置は、各光波の干渉を低減するためのできるための構成を有する。以下、本実施の形態に係る光学装置について、実施の形態４に係る光学装置４００との相違点を中心に図２１を用いて説明する。
【０１１６】
図２１は、本実施の形態に係る光学装置４００ｇの構成を示す上面図である。図２１に示されるように、光学装置４００ｆは、実施の形態４に係る光学装置４００に加えて、さらに、位相制御素子８０Ｌ、８０Ｃ及び８０Ｒを備える。
【０１１７】
位相制御素子８０Ｌ、８０Ｃ及び８０Ｒは、導波路４１１と第１増幅器１Ａとの間に配置され、第１増幅器１Ａが出射する光波の位相を制御する素子である。本実施の形態では、位相制御素子８０Ｌ、８０Ｃ及び８０Ｒは、それぞれ、導波路４１１と増幅部２Ｌ、２Ｃ及び２Ｒとの間に配置され、増幅部２Ｌ、２Ｃ及び２Ｒが出射する光波の位相を制御する素子である。位相制御素子８０Ｌ、８０Ｃ及び８０Ｒとして、例えば、電圧が印加されるＧａＮ基板を用いることができる。ＧａＮ基板に電圧を印加することで屈折率を変化させることができるため、ＧａＮ基板を透過する光波の位相を変化させることができる。
【０１１８】
このような位相制御素子８０Ｌ、８０Ｃ及び８０Ｒによって、各光波の位相を制御することで、複数の光波間の干渉を低減できる。
【０１１９】
なお、本実施の形態では、すべての増幅部と導波路４１１との間に位相制御素子が配置されているが、位相制御素子は、すべての増幅部にと導波路４１１との間に配置されていなくてもよい。位相制御素子は、少なくとも一部の増幅部に配置されていればよい。
【０１２０】
本実施の形態に係る光学装置４００ｇによれば、各増幅部が出射する光波の波長を同一にできるため、複数の増幅部が出射する光波をビーム品質を劣化させることなく合成できる。また、光学装置４００ｇからの出射光が単一波長からなることにより、出射光をレンズで集光させる際に、色収差の影響を抑制できる。したがって、より小さいスポットサイズに出射光を集光できるため、出射光を用いて加工を行う際に、より微細な加工が可能となる。また、本実施の形態に係る光学装置４００ｇでは、各増幅器で同一の波長の光波を増幅するため、各増幅器の構成を統一できる。したがって、光学装置４００ｇの構成を簡素化できるため、光学装置４００ｇの製造を容易化できる。
【０１２１】
（その他の変形例など）
以上、本開示に係る発光装置及び光学装置について、各実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、上記各実施の形態に限定されるものではない。
【０１２２】
例えば、光学装置が備える増幅器は、レーザ素子であってもよい。つまり、上記各実施の形態及び変形例では、増幅器の両端面に低反射率誘電体多層膜が形成されているが、増幅器の両端面に低反射率誘電体多層膜が形成されていなくてもよい。例えば、増幅器の両端面に高反射率誘電体多層膜が形成されていてもよい。この場合、増幅器の両端面で構成される共振器と、帰還ループからなる共振器との複合共振器が形成される。
【０１２３】
また、上記実施の形態７では、単一波長の出射光を出射する光学装置４００ｇを示したが、光学装置は、複数の波長を有する出射光を出射してもよい。
【０１２４】
上記各実施の形態と同様に導波路が有する回折格子を２次の回折格子として機能させるためには、上記式１を満たす必要がある。ただし、回折格子の周期Λが上記式１を満たす場合、波長λｒ／Ｋ（Ｋは、２以上の整数）の光波に対して、回折格子は２Ｋ次の回折格子として機能する。したがって、波長λｒ／Ｋの光波も上記各実施の形態に係る光学装置において使用できる。
【０１２５】
例えば、図１２に示される実施の形態４に係る光学装置４００において、第１増幅器１Ａ及び第２増幅器１Ｂの発振波長をλｒとし、第３増幅器１Ｃ及び第４増幅器１Ｄの発振波長をλｒ／Ｋとすれば、二波長の光波を導波路４１１の光軸に合成できる。
【０１２６】
具体的には、実施の形態４に係る回折格子１２の周期Λを４１５４Å（４１５．４ｎｍ）、第１増幅器１Ａ及び第２増幅器１Ｂの発振波長をλｒ＝８１０ｎｍ、第３増幅器１Ｃ及び第４増幅器１Ｄの発振波長をλｒ／２＝４０５ｎｍとしてもよい。このような光学装置は、アルミニウムの吸収が大きい波長８１０ｎｍのレーザ光、及び、銅の吸収が大きい波長４０５ｎｍのレーザ光の両方を出射できる。したがって、このような光学装置を用いることでアルミニウム及び銅の両方を加工できるレーザ加工装置を実現できる。
【０１２７】
また、光学装置によってさらに多くの波長のレーザ光を出射することも可能である。例えば、図１４に示される実施の形態４の変形例１に係る光学装置４００ａの回折格子１２及び４１２の周期を互いに異ならせる。また、各回折格子に対向する位置に配置された増幅器の発振波長を各回折格子に合わせて選択する。例えば、増幅器を形成する材料や、各層の膜厚などを適宜選択する。これにより、さらに多くの波長のレーザ光を出射できる光学装置を実現できる。
【０１２８】
また、上記各実施の形態及び変形例では、増幅器を形成する材料、及び、積層構造として特定の構成だけを例示したが、増幅器を形成する材料などは上記各実施の形態及び変形例で示した例に限定されない。例えば、増幅器において、ＧａＡｓ系、ＧａＮ系、ＩｎＧａＡｓＰ系、ＡｌＩｎＧａＰ系、ＧａＳｂ系の材料を用いる構成、量子カスケードレーザなども適用できる。
【０１２９】
また、上記各実施の形態及び変形例では、各増幅器は複数の増幅部を有したが、増幅器が有する増幅部の個数は１以上であればよい。また、各増幅器が有する増幅部の個数が異なってもよい。
【０１３０】
また、上記各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で上記各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１３１】
本開示の光学装置は、例えば、高出力なレーザ光源としてレーザ加工などに適用できる。
【符号の説明】
【０１３２】
１Ａ、４０１Ａ  第１増幅器
１Ｂ、４０１Ｂ  第２増幅器
１Ｃ、４０１Ｃ  第３増幅器
１Ｄ、４０１Ｄ  第４増幅器
１Ｅ  第５増幅器
１Ｆ  第６増幅器
１Ｇ  第７増幅器
１Ｈ  第８増幅器
２Ｃ、２Ｌ、２Ｒ  増幅部
１１、５０、５０ｅ、４１１、４１１ａ、４１１ｂ、４１１ｄ、４１１ｅ  導波路
１２、１２Ｃ、１２Ｌ、１２Ｒ、５４Ｃ、５４Ｌ、５４Ｒ、４１２、４１２ｂ、４１２ｄ、４１２ｅ  回折格子
１３、４１３  反射層
２１、２２  直線
２３  レンズ
３１Ｃ、３１Ｌ、３１Ｒ  光波
３２Ａ、３２Ａ１、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄ  光波群
３３、１３１  出射光
４０  波長板
５１、５３  クラッド層
５２  コア層
５５  誘電体多層膜
５６、５８  反射部材
５７、９３、４１４  基板
６０、６０ｄ  光学系
６１、６２、６４  レンズ
６３、６５  偏向素子
７０  出力カプラ
８０Ｃ、８０Ｌ、８０Ｒ  位相制御素子
９４、９６  クラッド層
９５  量子井戸活性層
３００、３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ、３００ｅ、３００ｆ、３００ｇ、４００、４００ａ、４００ｂ、４００ｃ、４００ｄ、４００ｅ、４００ｆ  光学装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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