(57)【要約】  高出力なレーザを出力できる固体レーザ素子を得るために、平板状のレーザ媒質内で複数の基本波レーザ光を光学軸６方向に発振させて、レーザ媒質内の平板状の主面に垂直な方向であるレーザ媒質の厚さ方向に導波路構造を形成する平面導波路型の固体レーザ素子において、レーザ媒質は、光学軸６方向およびレーザ媒質の厚さ方向に垂直な方向であるレーザ媒質の主面幅方向が、レーザ媒質内を光学軸６方向に延びる溝１０によって区切られている。
2009028079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状のレーザ媒質内で複数の基本波レーザ光を光軸方向に発振させて、前記レーザ媒質内の前記平板状の主面に垂直な方向である厚さ方向に導波路構造を形成する平面導波路型の固体レーザ素子において、
前記レーザ媒質は、前記光軸方向および前記厚さ方向に垂直な方向である主面幅方向が、前記レーザ媒質内を前記光軸方向に延びる溝によって区切られていることを特徴とする固体レーザ素子。
【請求項２】
前記溝は、前記主面幅方向に複数個並べられるとともに、前記複数の基本波レーザ光の光軸間に配設されることを特徴とする請求項１に記載の固体レーザ素子。
【請求項３】
前記溝は、前記レーザ媒質で発生する自然放出光を散乱する粗し面を有していることを特徴とする請求項１に記載の固体レーザ素子。
【請求項４】
前記溝は、前記レーザ媒質で発生する自然放出光を吸収する吸収剤を前記溝の内部に有していることを特徴とする請求項１に記載の固体レーザ素子。
【請求項５】
前記溝は、前記レーザ媒質の一方の主面側から他方の主面側へ、前記厚さ方向から所定の角度をもって配設されることを特徴とする請求項１に記載の固体レーザ素子。
【請求項６】
前記幅方向に歯が並ぶ櫛歯状をなすとともに、各櫛歯の先端部が前記レーザ媒質の主面側で前記レーザ媒質に接合して前記レーザ媒質で発生する熱を吸熱するヒートシンクをさらに備え、
前記ヒートシンクは、前記レーザ媒質内の前記主面幅方向で熱レンズ効果が発生するよう、前記レーザ媒質の種類および前記導波路構造の位置に応じた位置で前記レーザ媒質に接合することを特徴とする請求項１に記載の固体レーザ素子。
【請求項７】
平板状のレーザ媒質内で複数の基本波レーザ光を光軸方向に発振させて、前記レーザ媒質内の前記平板状の主面に垂直な方向である厚さ方向に導波路構造を形成する平面導波路型の固体レーザ素子において、
前記平板状の主面に接合されるとともに前記レーザ媒質よりも小さな屈折率を有したクラッドを備え、
前記クラッドは、前記光軸方向および前記厚さ方向に垂直な方向である主面幅方向が、前記レーザ媒質内を前記光軸方向に延びる溝によって区切られていることを特徴とする固体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平板状の平面導波路内でレーザ光を発振させてレーザ出力する固体レーザ素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プリンターやプロジェクションテレビなどのカラー画像を表示する装置では、光源としてＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３つの色の光源が必要とされる。近年、これらの光源として、９００ｎｍ帯、１μｍ帯、１．３μｍ帯のレーザ光を基本波レーザ光とし、非線形材料を用いて基本波レーザ光を第２高調波に変換（ＳＨＧ、Ｓｅｃｏｎｄ  Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）する波長変換レーザ装置（レーザ発振器）が開発されている。ＳＨＧにおいて基本波レーザ光から第２高調波レーザ光への高い変換効率を実現するためには、非線形材料上の基本波レーザ光のパワー密度を高くすること、および、基本波レーザ光を波面収差の少ない高輝度なレーザ光にすることが要求される。【０００３】
２次元導波路型レーザは、基本波レーザ光のパワー密度を高くすることができるので、基本波レーザ光から第２高調波レーザ光への高い変換効率を実現することができる。ところが、２次元導波路型レーザには高いパワー密度による破壊限界があるので、高出力化に制限がかかる。また、２次元導波路に結合可能な２次元方向（２次元導波路と同一平面内）でビーム品質がよいＬＤ（Laser  Diode）光の出力は一般に低いことから、高出力化には制限がかかる。【０００４】
このため、第２高調波レーザ光を高出力化するために、導波路を１次元とした平面導波路型レーザを用いることがある。この平面導波路型レーザでは、レーザ光を空間モードによって、平板面内でレーザ光軸に垂直な方向（平板の主面と垂直な方向）にレーザ発振させ、このレーザ光軸に垂直な方向にレーザ光のビーム径を広げることやレーザ光をマルチビーム化することによって高出力化を図っている。このような、導波路を１次元とした平面導波路型レーザでは、励起源であるＬＤ光が平面導波路で１次元方向に結合すればよい。このため、導波路を１次元とした平面導波路型レーザには、高出力なブロードエリアＬＤを用いることができ、その結果、高出力なレーザ光を得ることができる。また、導波路を１次元とした平面導波路型レーザには、ＬＤ光の発光点を１次元方向に並べたマルチエミッタＬＤを用いることができるので、ブロードエリアＬＤを用いる場合よりもさらに大きなレーザ出力を得ることが可能となる（非特許文献１参照）。【０００５】
【非特許文献１】IEEE  J.Quantum  Electronics  Vol.39(2003),  495
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の平面導波路型レーザでは、レーザ光軸に垂直な方向（平板面の厚さ方向）にレーザ光のビーム径を広げる場合やレーザ光をマルチ化する場合に、平板面の幅方向のサイズを広げなければならない。平板面の幅方向のサイズが広いと、平板面の幅方向への利得が増加するので、寄生発振が発生し、高出力なレーザ出力が得られない場合があるという問題があった。【０００７】
また、寄生発振に至らない場合であっても、自然放出光の増幅に起因するエネルギーの抽出によってレーザ光軸方向への利得が減少し、高出力なレーザ出力が得られないという問題があった。【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高出力なレーザを出力できる固体レーザ素子を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、平板状のレーザ媒質内で複数の基本波レーザ光を光軸方向に発振させて、前記レーザ媒質内の前記平板状の主面に垂直な方向である厚さ方向に導波路構造を形成する平面導波路型の固体レーザ素子において、前記レーザ媒質は、前記光軸方向および前記厚さ方向に垂直な方向である主面幅方向が、前記レーザ媒質内を前記光軸方向に延びる溝によって区切られていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る固体レーザ素子は、固体レーザ素子の主面幅方向が、レーザ媒質内を光軸方向に延びる溝によって区切られているので、主面幅方向のレーザ伝搬長を短くすることができ、光軸方向以外への利得を抑制して高出力なレーザを出力できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る波長変換レーザ装置の構成を示す上面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る波長変換レーザ装置の構成を側面から見た断面図である。
【図３】図３は、図１および図２のａ−ａ’断面図（１）である。
【図４】図４は、図１および図２のａ−ａ’断面図（２）である。
【図５】図５は、レーザ光の発振モードを説明するための図である。
【図６】図６は、レーザ媒質の自然放出光を説明するための図である。
【図７】図７は、図３のＢ部分の拡大図（１）である。
【図８】図８は、図３のＢ部分の拡大図（２）である。
【図９】図９は、図３のＢ部分の拡大図（３）である。
【図１０】図１０は、図３のＢ部分の拡大図（４）である。
【図１１】図１１は、図１のａ−ａ’断面図（３）である。
【図１２】図１２は、図１のａ−ａ’断面図（４）である。
【図１３】図１３は、固体レーザ素子の作製手順を説明するための図（１）である。
【図１４】図１４は、固体レーザ素子の作製手順を説明するための図（２）である。
【図１５】図１５は、固体レーザ素子の作製手順を説明するための図（３）である。
【図１６】図１６は、固体レーザ素子の作製手順を説明するための図（４）である。
【図１７】図１７は、固体レーザ素子の作製手順を説明するための図（５）である。
【図１８】図１８は、固体レーザ素子の作製手順を説明するための図（６）である。
【図１９】図１９は、固体レーザ素子の作製手順を説明するための図（７）である。
【図２０】図２０は、固体レーザ素子の作製手順を説明するための図（８）である。
【図２１】図２１は、図１のａ−ａ’断面図（５）である。
【図２２】図２２は、図１のａ−ａ’断面図（６）である。
【図２３】図２３は、外部波長変換方式の波長変換レーザ装置の構成を示す上面図である。
【符号の説明】
【００１２】
１  半導体レーザ
１ａ  活性層
２  ヒートシンク
２，２ｂ  ヒートシンク
３，３ａ，３ｂ  接合剤
４，４ａ，４ｂ  クラッド
５  レーザ媒質
５ａ〜５ｃ，７ａ，７ｂ  端面
６  光学軸
７  非線形材料
１０，１７  溝
１１  基板
２０  吸収剤
５０  固体レーザ素子
１００  波長変換レーザ装置
Ｌ  第２高調波レーザ光
Ｎ  自然放出光
Ｔ  熱流
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明実施の形態に係る固体レーザ素子を図面に従って詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。【００１４】
実施の形態
図１は、本発明の実施の形態に係る波長変換レーザ装置の構成を示す上面図であり、図２は、本発明の実施の形態に係る波長変換レーザ装置の構成を側面から見た断面図である。なお、図１および図２では、レーザ発振方向を表す光軸を光学軸６で示している。【００１５】
平面導波路型の波長変換レーザ装置１００は、寄生発振と、レーザ光軸方向（光学軸６）以外への自然放出光の増幅によるエネルギー抽出と、を抑制するため、レーザ媒質に溝（溝壁面）を形成したレーザ発振器である。波長変換レーザ装置１００は、例えば光情報処理分野などにおいて、レーザディスプレイ装置や光メモリ装置の光源に使用される。波長変換レーザ装置１００は、半導体レーザ１と、非線形材料（非線形光学材料）７と、本発明の主たる特徴である固体レーザ素子５０と、を含んで構成されている。【００１６】
半導体レーザ１は、複数の活性層から複数のＬＤ光を出力する。半導体レーザ１は、複数のＬＤ光を出力させるためにＬＤ光をアレー状に出射し、固体レーザ素子５０にマルチエミッタ発振を行なわせる。固体レーザ素子５０は、基本波レーザ光を発振させる平面導波路型の素子であり、ヒートシンク２、接合剤３、クラッド（低屈折率部）４、レーザ媒質５を有している。非線形材料（波長変換素子）７は、発振した基本波レーザ光を第２高調波レーザ光に変換するとともに、変換した第２高調波レーザ光の一部を出射する素子である。非線形材料７は、スラブ型の導波路構造を有している。【００１７】
以下では、説明の便宜上、光学軸６をｚ軸方向とし、波長変換レーザ装置１００の主面と垂直な方向をｙ軸方向（厚さ方向）とし、ｚ軸およびｙ軸の両方に垂直な方向をｘ軸方向（主面幅方向）として説明する。【００１８】
半導体レーザ１、レーザ媒質５、非線形材料７は、それぞれ概略矩形状の平板状を成しており、各平板状の主面がｘｚ平面と平行になるよう同一の平面内に配設されている。レーザ媒質５は、レーザ媒質５の１つの側面（ｚ軸に垂直な端面５ａ）で半導体レーザ１に近接し、この側面と対向する側面（ｚ軸に垂直な端面５ｂ）で非線形材料７と近接するよう、半導体レーザ１と非線形材料７の間に配設されている。【００１９】
非線形材料７は、光学軸６に垂直な端面７ａおよび端面７ｂを有しており、端面７ａがレーザ媒質５の端面５ｂに近接して配置されている。非線形光学材料７の端面７ｂは、第２高調波レーザ光Ｌを出射する側の端面である。【００２０】
半導体レーザ１とレーザ媒質５とが近接する近接面は、半導体レーザ１とレーザ媒質５とでほぼ同じ面形状（概略矩形状）を有し、レーザ媒質５と非線形材料７とが近接する近接面は、レーザ媒質５と非線形材料７とでほぼ同じ面形状（概略矩形状）を有している。換言すると、波長変換レーザ装置１００では、半導体レーザ１のＬＤ光の出射面、レーザ媒質５の端面５ａ，５ｂ、非線形材料７の端面７ａ，７ｂがそれぞれ、平行となるよう半導体レーザ１、固体レーザ素子５０、非線形材料７が配設されている。【００２１】
半導体レーザ１には、必要に応じて冷却用のヒートシンク（図示せず）を接合してもよい。半導体レーザ１のｘ軸方向の幅は、レーザ媒質５のｘ軸方向の幅とほぼ等しく、半導体レーザ１はｘ軸方向にほぼ一様に励起光を出力する。半導体レーザ１は、例えばＬＤ光を出力する活性層１ａを複数配置したマルチエミッタ半導体レーザなどである。半導体レーザ１がマルチエミッタ半導体レーザである場合、半導体レーザ１では、端面５ａに近接する側面のｘ軸方向に活性層１ａが並ぶよう各活性層１ａを配置しておく。この場合、半導体レーザ１は複数の活性層１ａから複数のＬＤ光を出力するので、ｘ軸方向に複数並んだ各活性層１ａからそれぞれのレーザ出力光が得られる。半導体レーザ１より出力されたＬＤ光は、端面５ａからレーザ媒質５のｘｚ平面方向（ｘｙ平面に垂直な方向）（光学軸６方向）に入射してレーザ媒質５に吸収される。【００２２】
レーザ媒質５の端面５ａは基本波レーザ光を反射する全反射膜であり、レーザ媒質５の端面５ｂは基本波レーザ光を透過する反射防止膜である。非線形材料７の端面７ａは基本波レーザ光を透過させるとともに第２高調波レーザ光Ｌを反射する光学膜（部分反射膜）であり、非線形材料７の端面７ｂは基本波レーザ光を反射するとともに第２高調波レーザ光Ｌを透過させる光学膜（部分反射膜）である。これらの全反射膜、反射防止膜、光学膜は、例えば、誘電体薄膜を積層することによって作製される。なお、半導体レーザ１から出力される励起光を、レーザ媒質５の端面５ａから入射する場合には、端面５ａの全反射膜は、励起光を透過し基本波レーザ光を反射する光学膜となる。【００２３】
レーザ媒質５は、例えば、ｙ軸方向の厚さが数〜数十μｍ、ｘ軸方向の幅が数百μｍ〜数ｍｍの大きさを有している。レーザ媒質５としては、一般的な固体レーザ材料を使用することができる。レーザ媒質５は、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：Ｇｌａｓｓ、Ｎｄ：ＹＶＯ４、Ｎｄ：ＧｄＶＯ４、Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＹＬＦ、Ｙｂ：ＫＧＷ、Ｙｂ：ＫＹＷ、Ｅｒ：Ｇｌａｓｓ、Ｅｒ：ＹＡＧ、Ｔｍ：ＹＡＧ、Ｔｍ：ＹＬＦ、Ｈｏ：ＹＡＧ、Ｈｏ：ＹＬＦ、Ｔｍ，Ｈｏ：ＹＡＧ、Ｔｍ，Ｈｏ：ＹＬＦ、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦなどである。【００２４】
クラッド４は、レーザ媒質５よりも小さな屈折率を有しており、レーザ媒質５のｘｚ平面に平行な１つの面（クラッド４の上面）でレーザ媒質５の下面側に接合されている。クラッド４は、例えば、光学材料を原料とした膜をレーザ媒質５に蒸着する方法、光学材料をオプティカルコンタクトまたは拡散接合などによってレーザ媒質５と光学的に接合する方法によって作製されている。【００２５】
ヒートシンク２は、熱伝導度の大きな材料を含んで構成されており、クラッド４の下面側で接合剤３を介してクラッド４と接合されている。接合剤３は、レーザ媒質５で発生した熱をクラッド４を介してヒートシンク２に排熱する。この接合剤３には、例えば金属半田、光学接着剤、熱伝導接着剤等を用いる。クラッド４は、接合剤３との接合の強度を上げるために、レーザ媒質５が接合されている面に対向した面（下面）をメタライズ（金属膜を付着）してもよい。また、ヒートシンク２を光学材料で構成した場合には、クラッド４とヒートシンク２を、例えばオプティカルコンタクトまたは拡散接合などによって直接接合してもよい。これにより、ヒートシンク２、接合剤３、クラッド４、レーザ媒質５は、ｙ軸方向に積層構造を成している。【００２６】
非線形材料７としては、一般的な波長変換用材料を用いることができる。非線形材料７としては、例えば、ＫＴＰ、ＫＮ、ＢＢＯ、ＬＢＯ、ＣＬＢＯ、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３などを用いる。また、非線形材料７として、光損傷に強いＭｇＯ添加ＬｉＮｂＯ３、ＭｇＯ添加ＬｉＴａＯ３、定比ＬｉＮｂＯ３、定比ＬｉＴａＯ３を用いれば、入射する基本波レーザ光のパワー密度を上げることができるので、高効率な波長変換が可能となる。さらに、非線形材料７として、周期反転分極構造を持つＭｇＯ添加ＬｉＮｂＯ３、ＭｇＯ添加ＬｉＴａＯ３、定比ＬｉＮｂＯ３、定比ＬｉＴａＯ３、ＫＴＰを用いれば、非線形定数が大きいので、ＭｇＯ添加ＬｉＮｂＯ３などよりもさらに高効率な波長変換が可能となる。【００２７】
本実施の形態では、レーザ媒質５に１〜複数の溝１０を形成している。レーザ媒質５の各溝１０は、それぞれの溝壁面（側面）が光学軸６と略平行方向に並ぶよう配置される。各溝１０の溝壁面は、レーザ媒質５の主面と垂直方向を成しながら、端面５ａ〜端面５ｂまで光学軸６方向に延びている。各溝１０は、半導体レーザ１の各活性層１ａから出力される各ＬＤ光の間（各ＬＤ光の光軸の間）にそれぞれ配置される。これにより、本実施の形態のレーザ媒質５は、溝１０によって光学的に複数に区切られている（分割されている）。このため、半導体レーザ１の１つの活性層１ａから出力される１つのＬＤ光は、隣接する溝１０に挟まれた領域内でレーザ媒質５内を伝搬しレーザ媒質５に吸収される。【００２８】
なお、ｘ軸方向への自然放出光によるエネルギーの抽出が小さい場合には、複数の活性層１ａから出力される複数のＬＤ光毎に溝１０を配置してもよい。換言すると、１組の隣接する溝１０に挟まれた領域内で複数のＬＤ光（１組のＬＤ光）が伝搬するよう、溝１０をレーザ媒質５内に配設する。この場合、１つのＬＤ光毎に溝１０を配設する場合（１つのＬＤ光を隣接する溝１０で挟む場合）よりも、溝１０の配設数を減らすことができるので、レーザ媒質５が簡易な構成となり、レーザ媒質５の製造を容易に行なうことが可能となる。【００２９】
図３は、図１および図２のａ−ａ’断面図（１）であり、図４は、図１および図２のａ−ａ’断面図（２）である。溝１０のｙ軸方向の深さは、図３に示すようにレーザ媒質５のｙ軸方向の厚さと等しくしてもよいし、図４に示すようにレーザ媒質５のｙ軸方向の厚さより浅くしてもよい。【００３０】
なお、図４では、溝１０がレーザ媒質５の上面側に形成されている場合について示したが、溝１０をレーザ媒質５の下面側に形成してもよい。また、溝１０をレーザ媒質５の上面および下面側の両方から形成してもよい。また、溝１０をレーザ媒質５の中間部近傍に形成してもよい。【００３１】
波長変換レーザ装置１００の動作手順について説明する。レーザ媒質５の端面５ａから入射した半導体レーザ１からの励起光は、レーザ媒質５で吸収されて、レーザ媒質５内部で基本波レーザ光に対する利得を発生する。基本波レーザ光は、レーザ媒質５内で発生した利得によって、光学軸６に垂直なレーザ媒質５の端面５ａと非線形材料７の端面７ｂとの間でレーザ発振する。【００３２】
図５は、レーザ光の発振モードを説明するための図である。非線形材料７は、非線形効果によって基本波レーザ光が第２高調波レーザ光Ｌに変換されるよう、結晶軸角度、温度、周期反転分極の周期などが最適化されている。したがって、端面５ａと端面７ａの間で発振した基本波レーザ光が非線形材料７に入射すると、基本波レーザ光の一部が第２高調波レーザ光Ｌに変換されて端面７ｂから外部に出力される。【００３３】
また、第２高調波レーザ光Ｌに変換されずに非線形材料７内に残留した基本波レーザ光は、端面７ｂで全反射されて、再度、非線形材料７内を通過し、第２高調波レーザ光Ｌに変換される。この残留した基本波レーザ光の一部が変換されて発生した第２高調波レーザ光Ｌは、端面７ａで全反射して端面７ｂより外部に出力される。【００３４】
レーザ媒質５は、ｙ軸方向の厚さがレーザ光の波長の数倍〜数十倍程度であり、レーザ媒質５よりも屈折率の小さなクラッド４と空気とによって挟まれているので、レーザ媒質５は屈折率の高いレーザ媒質５に基本波レーザ光が閉じ込められた導波路として動作する。これにより、レーザ媒質５は、ｙ軸方向に導波路構造を形成し、レーザ媒質５内の基本波レーザ光は、導波路の所定のモード（レーザ発振モード）で選択的に発振する。導波路のモードは、クラッド４の屈折率やレーザ媒質５のｙ軸方向の厚さを調整することによって任意に設定できる。このため、導波路のモードでは、低次のモードまたは単一モードのみを導波させて、高輝度発振を実現できる。【００３５】
レーザ媒質５は、排熱によって発生する熱分布により、ｙ軸方向にも屈折率分布が発生するが、クラッド４とレーザ媒質５との屈折率差および空気とレーザ媒質５との屈折率差が、熱分布による屈折率変化に比べて十分大きければ、導波路のモードが優勢となり、ｙ軸方向の熱による影響は無視することができる。本実施の形態では、クラッド４とレーザ媒質５との屈折率差および空気とレーザ媒質５との屈折率差が、熱分布による屈折率変化よりも十分大きな値となるクラッド４とレーザ媒質５を波長変換レーザ装置１００に用いる。【００３６】
非線形材料７は、ｙ軸に垂直な上面と下面を、空気やクラッド（図示せず）で挟まれている。この空気やクラッドは、非線形材料７に比べて小さな屈折率を有している。さらに、非線形材料７は、ｙ軸方向の厚さがレーザ光の波長の数倍〜数十倍程度であるので、レーザ媒質５と同様にｙ軸方向は導波路として動作する。これにより、図５に示すようにレーザ媒質５と非線形材料７とで、レーザ光が発振モードとなる。【００３７】
なお、非線形材料７がレーザ光を吸収して発熱する場合には、非線形材料７の下面や非線形材料７に接合するクラッド（図示せず）にヒートシンクを接合することによって、非線形材料７内で吸熱した熱を非線形材料７外へ排熱してもよい。【００３８】
例えば、非線形材料７に直接ヒートシンクを接合する場合には、ヒートシンク材料に非線形材料７よりも小さな屈折率を有する光学材料を使用するか、または、非線形材料７よりも小さな屈折率を有する接合剤（例えば、光学接着剤など）を用いることによって、非線形材料７のｙ軸方向を導波路として使用できるようにしておく。換言すると、非線形材料７と固体レーザ素子５０では、鉛直方向（ｙ軸方向）に導波路構造を形成させる。【００３９】
レーザ共振器内（レーザ媒質５の端面５ａから非線形材料７の端面７ｂまで）のｚ軸方向のレーザ発振のｙ軸方向のモードは、レーザ媒質５の導波路のモードや非線形材料７の導波路のモードによって選択的に行なう。レーザ媒質５の導波路のモードと非線形材料７の導波路のモードは、それぞれ、レーザ媒質５のｙ軸方向の厚さやクラッドとの屈折率差によって任意に設定できる。このため、レーザ媒質５の導波路のモードや非線形材料７の導波路のモードでは、低次のモードまたは単一モードのみを導波させて、高輝度発振を実現できる。【００４０】
レーザ媒質５の導波路モードと非線形材料７の導波路モードとは、同じ導波路モードとしてもよいし、異なる導波路モードとしてもよい。例えば、何れか一方の導波路のモードをマルチモードとし、他方の導波路のモードを単一モードとすれば、レーザ発振のモードは最も低次のモードで制限されるので、単一モードで選択的に発振することが可能となる。【００４１】
レーザ共振器内のｚ軸方向のレーザ発振のｘ軸方向のモードは、レーザ媒質５や非線形材料７の幅が、基本波レーザ光や第２高調波レーザ光Ｌの波長に比べて十分大きいので、導波路によるモードの選択は行われず空間モードとなる。【００４２】
図６は、レーザ媒質の自然放出光を説明するための図である。ＬＤ光によって励起されたレーザ媒質５は、自然放出光Ｎを全方位に放出するとともに、光学軸６方向に共振してレーザ発振を行なう。このため、光学軸６以外の方向への意図しない寄生発振や、自然放出光Ｎの増幅によるエネルギーの抽出があれば、光学軸６方向への利得が減少し、レーザ出力パワーが低下する。【００４３】
例えば、ｘ方向の成分を含む角度でレーザ媒質５内を伝搬する自然放出光Ｎのうち、レーザ媒質５内の全ての側面やレーザ媒質５の全ての境界面（上面や下面）において全反射角を満たす成分は、ｘ方向の成分を含む角度で導波路内を伝搬して増幅することがある。ｘ方向に幅の広い半導体レーザや活性層１ａを複数配置した半導体レーザを励起源に使用した場合には、レーザ媒質５内でｘ方向の成分を含んだ方向に伝搬する自然放出光Ｎの受ける利得が大きくなるので、レーザ媒質５の内部で全反射する寄生発振が生じ易い。【００４４】
また、寄生発振しきい値に至らない場合であっても、レーザ媒質５内でｘ方向を含む方向に伝搬する自然放出光Ｎの増幅によるエネルギーの抽出によって、光学軸６方向への利得が減少し、高出力なレーザ出力が得られない。【００４５】
このように、レーザ媒質５で発生する自然放出光Ｎは、レーザ媒質５内を伝搬して増幅される。自然放出光Ｎの増幅によって抽出されるエネルギーが、レーザ媒質５で吸収されるＬＤ光のエネルギーよりも十分に小さい場合には、自然放出光Ｎの増幅率は、自然放出光Ｎがレーザ媒質５内を伝搬する長さに対して指数関数倍で増幅する。従って、自然放出光Ｎのレーザ媒質５内での伝搬長が長ければ、指数関数的に蓄えられたエネルギーが抽出され、光学軸６方向への利得は減少する。このため、ｘ方向の成分を含む角度で導波路内を伝搬する自然放出光Ｎに対して、ｘ方向の伝搬長を短くすることによって、自然放出光Ｎの増幅によるエネルギーの抽出を抑えることができ、光学軸６方向に高出力なレーザ光を発生させることができる。【００４６】
本実施の形態では、半導体レーザ１の複数の活性層１ａから出力される複数のＬＤ光のそれぞれの光軸の間に、光学軸６と略平行に溝１０を配置し、自然放出光Ｎのｘ方向の伝搬長を短くしている。これにより、レーザ媒質５では、ｘ方向への自然放出光Ｎの伝搬が溝１０によって阻止されるので、ｘ方向への自然放出光Ｎの増幅が小さくなる。したがって、ｘ方向に幅の広い半導体レーザや、活性層１ａを複数配置した半導体レーザを励起源に使用した場合であっても、寄生発振と、自然放出光Ｎの増幅によるエネルギーの抽出とが小さくなり、光学軸６方向の利得の減少が少なくなる。これにより、波長変換レーザ装置１００は、高出力なレーザ出力を得ることが可能となる。【００４７】
図７は、図３のＢ部分の拡大図（１）である。溝１０では、レーザ媒質５に接する側面（境界面）を面精度のよい光学面としてもよいし、粗し面としてもよい。図７では、溝１０のレーザ媒質５に接する側面が粗し面である場合を示している。この場合、レーザ媒質５側から溝１０の粗し面（側面）に入射した自然放出光Ｎは、溝１０の粗し面でレーザ光の一部が拡散されながら溝１０へ透過するとともに、溝１０の粗し面でレーザ光の一部が拡散されながら反射する。拡散した自然放出光Ｎの一部は、導波路の全反射条件から外れるので、隣り合う２つの溝１０が対向するレーザ媒質５の側面間（溝１０と溝１０の間）で多重反射する。これにより、増幅してしまう自然放出光Ｎが少なくなるので、エネルギーの抽出による光学軸６方向への利得の減少が少なくなる。このため、高出力なレーザ出力を得ることが可能となる。【００４８】
なお、図３のＢ部分は他の構成であってもよい。図８は、図３のＢ部分の拡大図（２）である。図８に示す波長変換レーザ装置１００では、溝１０の内部に自然放出光Ｎを吸収する吸収剤２０を充填している。なお、図８では、吸収剤２０が溝１０の内部を完全に満たす場合を示したが、レーザ媒質５との境界面である溝１０の側面の一部に吸収剤２０を付けてもよい。【００４９】
溝１０内部の吸収剤２０は、耐熱性の高いポリイミド材や染料、ＣｒやＮｉ、または、その他の金属、炭素材やカーボンナノチューブ、自然放出光Ｎの波長を吸収する他のレーザ媒質、溝１０作製時に発生するレーザ媒質５の酸化物などあってもよい。なお、図８に示した溝１０の側面（溝壁面）は粗し面であってもよいし、面精度の良い光学面であってもよい。【００５０】
このように、溝１０の内部を自然放出光Ｎを吸収する吸収剤２０で満たしたので、レーザ媒質５で発生して増幅する自然放出光Ｎは吸収剤２０で吸収され、溝１０とレーザ媒質５との境界（溝１０の側面）で反射する自然放出光Ｎの割合を大きく低下させることができる。これにより、寄生発振と、自然放出光Ｎの増幅によるエネルギーの抽出と、が少なくなり、光学軸６方向の利得の減少も少なくなる。したがって、高出力なレーザ出力を得ることが可能となる。【００５１】
また、溝１０のｘ−ｙ面の断面形状は、矩形に限らず、台形、三角形、山形形状、曲面を持つ形状などの矩形以外の断面であってもよい。図９は、図３のＢ部分の拡大図（３）である。図９に示す波長変換レーザ装置１００では、溝１０の側面が（溝１０のｘ−ｙ面の断面形状）ｙ軸方向から傾斜した形状を有している。換言すると、溝１０はｙ軸方向から所定の角度をもって、レーザ媒質内に配設されている。【００５２】
波長変換レーザ装置１００では、溝１０の側面がｙ軸方向から傾斜しているので、溝１０の側面で反射する自然放出光Ｎの反射角が大きくなる。このため、溝１０の側面で反射した自然放出光Ｎは、導波路の全反射条件から外れ、導波路外に漏れる。これにより、寄生発振と、自然放出光Ｎの増幅によるエネルギーの抽出と、が小さくなり、光学軸６方向の利得の減少が少なくなる。したがって、高出力なレーザ出力を得ることが可能となる。【００５３】
図１０は、図３のＢ部分の拡大図（４）である。図１０に示す波長変換レーザ装置１００では、溝１０の側面（溝１０のｘ−ｙ面の断面形状）がｙ軸方向から傾斜した形状であるとともに、溝１０の側面が粗し面であり、溝１０の内部に吸収剤２０が配置されている。このように、図１１の波長変換レーザ装置１００では、自然放出光Ｎの増幅によって抽出されるエネルギーを抑制するための構造（抽出エネルギー抑制構造）を２つ以上組合わせている。このため、図１１の波長変換レーザ装置１００では、溝１０の側面で反射した自然放出光Ｎがレーザ媒質５内を伝搬する長さと、自然放出光Ｎがｘ方向に伝搬する成分の割合を、抽出エネルギー抑制構造が１つの場合よりもさらに少なくすることができる。これにより、寄生発振や自然放出光Ｎの増幅に起因するエネルギーの抽出を、抽出エネルギー抑制構造が１つの場合より小さくでき、光学軸６方向の利得の減少も抽出エネルギー抑制構造が１つの場合より少なくできる。したがって、抽出エネルギー抑制構造が１つの場合よりも高出力なレーザ出力を得ることが可能となる。【００５４】
また、波長変換レーザ装置１００のａ−ａ’断面構成は、図３や図４に示した構成に限られない。図１１は、図１のａ−ａ’断面図（３）である。図１１に示すように、レーザ媒質５よりも小さな屈折率を有するとともにレーザ媒質５のｘｚ平面に平行な面で対向して接合される２つのクラッド４ａ，４ｂによって、レーザ媒質５を挟んでもよい。換言すると、対向する２つのクラッド４ａ，４ｂによってレーザ媒質５の主面（表面と裏面）を挟持する構成としてもよい。このように、レーザ媒質５は、ｙ方向の上面側と下面側の２つのクラッド４ａ，４ｂに挟まれた構成であるので、導波路モードはｙ方向での対称性が良くなり、レーザ媒質５から出力されるレーザ光のビーム品質が向上するといった効果がある。【００５５】
レーザ媒質５をクラッド４ａ，４ｂによって挟持する場合、レーザ媒質５の下面側にクラッド４ａを配設し、クラッド４ａとヒートシンク２を接合剤３ａで接合する。そして、レーザ媒質５の上面側にクラッド４ｂを配設し、クラッド４ｂと基板１１を接合剤３ｂで接合する。【００５６】
なお、波長変換レーザ装置１００のレーザ媒質５の上面（クラッド４ｂ側）へは、基板１１を配設しなくてもよい。基板１１をレーザ媒質５上に配設する場合は、基板１１とレーザ媒質５とは、接合剤３ｂを介して直接接合してもよいし、基板１１とレーザ媒質５を接合剤３ｂとクラッド４ｂを介して接合してもよい。【００５７】
なお、レーザ媒質５をクラッド４ａ，４ｂによって挟持する場合、レーザ媒質５の溝１０がクラッド４ａやクラッド４ｂを貫通するよう溝１０を形成してもよい。図１１では、溝１０がクラッド４ｂを貫通して接合剤３ｂの位置まで溝１０を形成した場合を示している。【００５８】
このように、図１１の波長変換レーザ装置１００では、基板１１をレーザ媒質５の上に配置しているので、レーザ媒質５が溝１０によって分割されている場合であっても、固体レーザ素子５０の剛性が向上し、固体レーザ素子５０の信頼性が向上する。【００５９】
図１２は、図１のａ−ａ’断面図（４）である。レーザ媒質５では、吸収した励起光のパワーの一部を熱エネルギーに変換して熱を発生する。発生した熱は、クラッド４ａ、接合剤３ａを介して、ヒートシンク（櫛型ヒートシンク）２ｂ側に排熱される。図１２では、ヒートシンク２ｂを櫛歯状に形成し、櫛歯の各先端部でレーザ媒質５側（接合剤３ａ）と接合させた場合を示している。換言すると、ヒートシンク２ｂは、ｘ軸方向に歯が並ぶ櫛歯状をなしている。そして、各櫛歯の先端部がレーザ媒質５の主面側でレーザ媒質５に接合している。【００６０】
本実施の形態では、各溝１０の下部（ｙ軸方向の下面側）でレーザ媒質５と櫛歯の各先端部が接合するよう、レーザ媒質５にヒートシンク２を接合する。レーザ媒質５は、接合剤３によってヒートシンク２ｂと接合されている範囲が各櫛歯の先端部のみであるので、レーザ媒質５内では、櫛歯と接合していない部分のｘ方向の略中心部（隣り合う２つの櫛歯の中間部近傍）（以下、櫛歯間隙中間部という）からｘ軸方向の両側に熱の流れ（熱流Ｔ）が発生する。レーザ媒質５のうち、櫛歯の先端部と接合している部分からはレーザ媒質５で発生した熱がヒートシンク２ｂ側に排熱されるのに対し、櫛歯の先端部と接合していない部分からはレーザ媒質５で発生した熱がヒートシンク２ｂ側に排熱されないからである。これにより、レーザ媒質５内では、櫛歯間隙中間部の温度が最大となり、櫛歯の先端部（櫛歯との接合部）に近づくに従って温度が低下する。【００６１】
レーザ媒質５などの光学材料は、温度差にほぼ比例して屈折率が変化する。単位温度あたりの屈折率変化ｄｎ／ｄＴが正である光学材料を用いた場合、レーザ媒質５では櫛歯間隙中間部の屈折率が大きくなり、櫛歯との接合部に近づくに従って屈折率が小さくなる。レーザ媒質５内では、櫛歯間隙中間部の温度が最大となるからである。この結果、レーザ媒質５では、ｘ軸方向に各櫛歯間隙中間部を光軸とした熱レンズ効果が発生する。【００６２】
このため、レーザ媒質５の屈折率変化ｄｎ／ｄＴが正の光学材料である場合、溝１０は、ｘ方向の位置がヒートシンク２ｂの櫛歯の上部となるよう配置する。これにより、レーザ媒質５で発生した熱は、溝１０の下部を通過してヒートシンク２ｂに排熱される。【００６３】
レーザ媒質５内のレーザ光は、半導体レーザ１によってｘ軸方向にほぼ均一に励起されており、ヒートシンク２ｂの各櫛歯は、ｘ軸方向にほぼ等間隔に配置されている。したがって、熱レンズ効果もｘ軸方向で周期的に発生する。例えば、ヒートシンク２ｂの櫛歯の本数がｍ（ｍは自然数）本である場合、（ｍ−１）個のレンズをほぼｘ軸方向に等間隔に並べた効果が得られる。波長変換レーザ装置１００は、周期的に発生する熱レンズ効果の強さおよび周期を、所望のヒートシンク２ｂ、接合剤３ａ，３ｂ、クラッド４ａ，４ｂを用いることによって任意に調整可能である。例えば、波長変換レーザ装置１００では、ヒートシンク２ｂの櫛歯の間隔、櫛歯の太さ、櫛歯の長さ（ｙ軸方向の高さ）、ヒートシンク２ｂの熱伝導度、接合剤３の熱伝導度、接合剤３の厚さ、クラッド４の材料の種類、クラッド４の厚さを調整することによって、所望の熱レンズ効果を得ることができる。【００６４】
同様に、単位温度あたりの屈折率変化ｄｎ／ｄＴが負の光学材料をレーザ媒質５に用いた場合、レーザ媒質５では、温度分布と反対の屈折率分布になり、櫛歯との接合部での屈折率が大きく、櫛歯間隙中間部での屈折率が小さくなる。その結果、レーザ媒質５では、ｘ軸方向に各櫛歯との接合部分を光軸とした熱レンズ効果が発生する。【００６５】
レーザ媒質５の屈折率変化ｄｎ／ｄＴが負の材料である場合、溝１０は、ｘ方向の位置が櫛歯間隙中間部となるよう配置する。これにより、レーザ媒質５で発生した熱は、櫛歯間隙中間部からヒートシンク２ｂに排熱される。例えば、ヒートシンク２ｂの櫛歯の本数がｍ本である場合、ｍ個のレンズをほぼｘ軸方向に等間隔に並べた効果が得られる。【００６６】
このように、本実施の形態では、レーザ媒質５内のｘ軸方向で熱レンズ効果が発生するよう、レーザ媒質５の種類（屈折率変化の正負などによって分類された種類）および導波路構造（光軸）の位置に応じた位置で、ヒートシンク２ｂとレーザ媒質５を接合する。【００６７】
また、ｄｎ／ｄＴの正負によらず、ヒートシンク２ｂの櫛歯の間の空隙を、空気の代わりにヒートシンク２ｂよりも小さな熱伝導度を有する熱絶縁材料で埋めてもよい。このように構成すれば、ヒートシンク２ｂの熱レンズ効果の強さや分布を、櫛歯の空隙が空気である場合よりも微調整することが可能となる。また、櫛歯に熱絶縁材を埋めることによって、ヒートシンク２ｂの剛性を高めることが可能となる。【００６８】
このようにヒートシンク２ｂを構成すれば、レーザ媒質５および非線形材料７のｘ軸方向は空間型の共振器であるので、レーザ媒質５に対してｘ軸方向の導波路の幅を任意に設定できる。また、半導体レーザ１のｘ軸方向には高いビーム品質が要求されないので、半導体レーザ１のｘ軸方向の幅に合わせてレーザ媒質５および非線形材料７の幅を調整することによって、半導体レーザ１のｘ軸方向の発光領域の幅を自由に設定できる。これにより、波長変換レーザ装置１００は、高出力化が容易で幅が広い発光領域をもつブロードエリアＬＤや、エミッタを一列に配置したマルチエミッタＬＤを用いて、励起光の高出力化をはかることができ、高出力な第２高調波レーザ光を出力することができる。さらに、溝１０によってｘ方向の成分を含む方向（意図しない方向）への自然放出光の増幅を阻止できるので、寄生発振や自然放出光の増幅によるエネルギーの抽出を小さくし、光学軸６方向の高出力なレーザ光を得ることが可能となる。【００６９】
レーザ媒質５は、ｙ軸方向の厚さが数〜数十μｍのため、単体で製造することは困難である。そこで、本実施の形態では、固体レーザ素子５０（レーザ媒質５）を例えば図１３〜図２０に示した方法によって作製する。図１３に示すように、まずレーザ媒質５の主面の一方（表面側）を研磨する（１）。そして、図１４に示すように、レーザ媒質５を研磨した面（研磨面）側から、レーザ媒質５よりも小さな屈折率を有するクラッド（光学膜）４をレーザ媒質５に生成する。レーザ媒質５の研磨面へは、クラッド４の代わりに、レーザ媒質５よりも小さな屈折率を有する基板１１をオプティカルコンタクトや拡散接合等によって直接接合してもよいし、金属や光学材料で構成された基板１１をレーザ媒質５よりも小さな屈折率を有する光学接着剤によって接合してもよい。【００７０】
この後、図１５に示すように、クラッド４上からレーザ媒質５の深さまで溝１０を掘込む。このとき、各溝１０が光軸方向と平行になるよう、各溝１０を掘り込む。レーザ媒質５にのみ溝１０を掘込む場合には、レーザ媒質５を研磨した後に溝１０を掘込み、その後クラッド４をレーザ媒質５に形成する。【００７１】
溝１０は、先端の細い硬質刃などで掘込んでもよいし、エキシマレーザなどの短波長レーザやフェムト秒レーザなどの超短パルスレーザによって加工してもよい。超短パルスレーザを使用する場合には、基板１１や、クラッド４を通過してレーザ媒質５の内部を直接加工できるので、任意の行程で溝１０の加工が可能となる。エキシマレーザなどで表面からアブレーション加工する場合には、溝１０の側面は粗し面となるので、側面の粗し加工を別途行なう必要がなくなるといった効果を奏する。【００７２】
さらに、アブレーション加工時に発生するレーザ媒質の酸化物が、掘込んだ溝１０の内部の側面に付着する場合がある。この場合、レーザ媒質５の酸化物が自然放出光の良好な吸収体となることがあるので、吸収剤を溝１０に別途充填する必要がなくなるといった効果を奏する。吸収剤を溝１０に充填する場合には、吸収剤を充填した後、クラッド４表面に付着した吸収剤をエッチングや研磨や洗浄によって取り除く。【００７３】
溝１０をレーザ媒質５などに形成した後、図１６に示すように、クラッド４に基板１１を接着させ、オプティカルコンタクトや拡散接合等によって接合する（２）。そして、図１７に示すように、レーザ媒質５の基板１１を接合した面と対向する面（レーザ媒質５の裏面）の研磨を行なって、レーザ媒質５を所望の厚さまで削る（３）。【００７４】
図１８に示すように、レーザ媒質５よりも小さな屈折率を有するクラッド４をレーザ媒質５の裏面（基板１１を接合した面と対向する面）に蒸着、または光学接合や光学接着剤を用いた方法によって接合する。これにより、レーザ媒質５、基板１１、クラッド４を一体化した導波路を作製する。【００７５】
図１９に示すように、レーザ媒質５、基板１１、クラッド４が一体化して作製された導波路（固体レーザ素子５０）を切断し（４）、所望の大きさの導波路を複数作製する。そして、図２０に示すように、クラッド４とヒートシンク２を、接合剤を用いて接合する（５）。以上により、複数の導波路を、同時に作製することが可能となり、導波路の製造コストの低減をはかることが可能となる。【００７６】
なお、レーザ媒質５、基板１１、クラッド４を一体化して作製した導波路を、一体化したままの状態でヒートシンク２に接合剤で接合し、その後、各導波路を切断してもよい。また、レーザ媒質５単体での剛性が十分であれば、導波路の作成後に基板１１を取り外してもよい。【００７７】
ここで、レーザ媒質５として、レーザ媒質５にＮｄ：ＹＶＯ４、Ｎｄ：ＧｄＶＯ４を用いたブルーレーザを用いた場合について説明する。図１に示した導波路型の波長変換レーザ装置１００では、導波路モードの利得／損失比によって、レーザ発振による直線偏光を得られ場合が多い。このため、波長変換において基本波レーザ光に直線偏光が要求される場合であっても、波長変換に適した高輝度な基本波レーザ光を出力することができる。さらに、レーザ媒質５として結晶軸方向によって利得の異なるレーザ媒質（Ｎｄ：ＹＶＯ４、Ｎｄ：ＧｄＶＯ４）を用いれば、利得の高い方向の直線偏光発振を容易に得ることができるので、波長変換において基本波レーザ光に直線偏光が要求される場合でも、波長変換に適した高輝度な基本波レーザ光を出力することができる。【００７８】
ブルーレーザは、基本波として９００ｎｍ帯の波長を有したレーザ光を出力するレーザ媒質を用いるとともに、基本波を第２高調波に波長変換することによって得ることができる。Ｎｄ：ＹＶＯ４やＮｄ：ＧｄＶＯ４は、９１４ｎｍ近傍に利得帯域を持つので、レーザ媒質５にＮｄ：ＹＶＯ４やＮｄ：ＧｄＶＯ４を用いることによって４５７ｎｍ近傍のブルーレーザを得ることができる。【００７９】
Ｎｄ：ＹＶＯ４およびＮｄ：ＧｄＶＯ４において、最も利得の高い波長は１０６４ｎｍ帯であり、１．３μｍ帯の波長にも利得がある。このため、効率良く９１４ｎｍ帯の基本波を発振させるためには、最も利得の高い１０６４ｎｍ帯でのレーザ発振、寄生発振、意図しない方向への自然放出光の増幅によるエネルギーの抽出、１．３μｍ帯の発振をそれぞれ抑える必要がある。【００８０】
光学軸６方向への１０６４ｎｍ帯や１．３μｍ帯のレーザ発振を抑制するため、レーザ媒質５の基本波レーザ光を反射する全反射膜（端面５ａ）は、例えばブルーレーザの基本波となる９１４ｎｍ帯の波長を全反射し、１０６４ｎｍ帯や１．３μｍ帯の波長を透過する膜とする。また、基本波レーザ光を透過する反射防止膜（端面５ｂ）は、例えば９１４ｎｍ帯、１０６４ｎｍ帯、１．３μｍ帯の全ての波長を透過する膜とする。さらに、非線形材料７の基本波レーザ光を透過し、第２高調波レーザ光を反射する光学膜（端面７ａ）は、例えば９１４ｎｍ帯、１０６４ｎｍ帯、１．３μｍ帯の全ての波長を透過する膜とする。基本波レーザ光を反射し、第２高調波レーザ光を透過する光学膜（端面７ｂ）は、例えば９１４ｎｍ帯の波長を全反射し、１０６４ｎｍや１．３μｍ帯の波長を透過する膜とする。【００８１】
このようなレーザ媒質５の膜構成によって、波長変換レーザ装置１００は、光学軸６方向への１０６４ｎｍ帯および１．３μｍ帯のレーザ発振を抑制しつつ、基本波レーザ光を反射する全反射膜（端面５ａ）と基本波レーザ光を反射し第２高調波レーザ光を透過する光学膜（端面７ｂ）との間で９１４ｎｍ帯のレーザ発振を行うことが可能となる。これにより、非線形材料７によって第２高調波に変換された４５７ｎｍ帯のブルーレーザが出力される。【００８２】
例えば、基本波の波長を１０６４ｎｍ帯を用いて第２高調波を発生させる場合には、非線形材料７から５３２ｎｍ帯の第２高調波レーザが出力されるので、グリーンレーザを得ることができる。この場合、１０６４ｎｍ帯の波長は利得が高いのでレーザ発振しきい値が低くなり、光学軸６方向へのレーザ発振を容易に行なうことができる。また、レーザ発振しきい値が低いので、レーザ媒質５内に残留する利得は小さくなり、光学軸６方向以外の意図しない方向への寄生発振や、自然放出光の増幅によるエネルギーの抽出や、光学軸６方向への９１４ｎｍ帯や１．３μｍ帯などの他の波長のレーザ発振は起こりにくい。このため、平面導波路型レーザでｙ方向にビーム径を広げたりマルチ化したりしてレーザ光の高出力化を図った場合であっても、ｘ方向を含んだ角度で伝搬するレーザ光の寄生発振や、自然放出光の増幅に起因するエネルギーの抽出も起こりにくい。したがって、高出力なグリーンレーザを容易に得ることができる。【００８３】
基本波を利得の低い９１４ｎｍ帯とする場合は、利得が低いのでレーザ発振しきい値が高くなる。このため、レーザ媒質５の膜構成によって光学軸６方向への１０６４ｎｍ帯、１．３μｍ帯のレーザ発振を抑制した場合であっても、レーザ発振しきい値が高いので、ｘ方向を含む意図しない角度方向への利得も高くなり、意図しない寄生発振や自然放出光の増幅が発生することがある。さらに、平面導波路型レーザでｙ方向にビーム径を広げたり、マルチ化したりして高出力化を図った場合、ｘ方向を含む角度方向への利得は増加し、寄生発振が起こりやすくなる。また、寄生発振に至らない場合であっても、レーザ光の伝搬長が長いために自然放出光の増幅によるエネルギーの抽出が大きくなり、光学軸６方向への利得を低下させる。このため、光学軸６方向への９１４ｎｍ帯の基本波レーザの出力は低下し、第２高調波のブルーレーザの出力も低下することがある。【００８４】
本実施の形態では、平面導波路型レーザ装置（固体レーザ素子５０）のレーザ媒質５が、複数の活性層１ａから出力される複数のＬＤ光の各光軸の間に、光学軸６と略平行となるよう溝１０を配置している。これにより、ｘ方向を含む角度でレーザ媒質５内を伝搬する自然放出光を抑制でき、自然放出光がｘ方向を含む角度（意図しない角度）で発振する寄生発振を抑制できる。また、寄生発振に至らない場合であっても、自然放出光の増幅によるエネルギーの抽出を抑止できる。【００８５】
このため、波長変換レーザ装置１００は、レーザ発振しきい値の高い９１４ｎｍを基本波としたレーザ発振を行なう場合であっても、エネルギーの抽出による利得の低下が小さいので、高出力な基本波レーザ光を得ることができる。そして、基本波のレーザ出力が高いので、非線形材料７での波長変換効率が高くなり、高出力な第２高調波レーザ光であるブルーレーザを得ることが可能となる。【００８６】
ところで、波長変換レーザ装置１００では、２つの溝１０の間のレーザ媒質５でレーザ発振する。このとき、レーザ発振のｘ方向のビーム径が、２つの溝１０の間隔に対して大きい場合には、レーザ光が溝１０に妨げられるので損失となり、高出力なレーザ出力を得ることができない場合がある。【００８７】
このため、波長変換レーザ装置１００が２つのクラッド４ａ，４ｂによってレーザ媒質５を挟持する場合の波長変換レーザ装置１００のａ−ａ’断面構成を、図１１に示した構成とは異なる他の構成にしてもよい。【００８８】
図２１は、図１のａ−ａ’断面図（５）であり、図２２は、図１のａ−ａ’断面図（６）である。図２１と図２２では、図１１に示した波長変換レーザ装置１００の変形例を示している。【００８９】
図２１の波長変換レーザ装置１００は、クラッド４ｂに、１〜複数の溝（溝壁面）１７を形成している。また、図２２の波長変換レーザ装置１００は、クラッド４ａ，４ｂのそれぞれに、１〜複数の溝（溝壁面）１７を形成している。【００９０】
クラッド４ａやクラッド４ｂの溝１７は、レーザ媒質５の溝１０と同様の構成を有している。すなわち、クラッド４ａ，４ｂの各溝１７は、それぞれの溝壁面が光学軸６と略平行方向に並ぶよう配置される。各溝１７の溝壁面は、クラッド４ａ，４ｂの主面と垂直方向を成しながら、端面５ａ〜端面５ｂまで光学軸６方向に延びている。各溝１７は、半導体レーザ１の各活性層１ａから出力される各ＬＤ光の間（各ＬＤ光の光軸の間）にそれぞれ配置される。これにより、本実施の形態のクラッド４ａ，４ｂは、それぞれ溝１７によって光学的に複数に分割されている。【００９１】
このように、溝１７をクラッド４ａ，４ｂ内や、クラッド４ｂ内に配置することによって、自然放出光の一部を溝１７からクラッド４ａ，４ｂ外に漏れ出させることが可能となる。したがって、自然放出光の抽出は抑制され、自然放出光がｘ方向を含む角度で発振する寄生発振を抑止することが可能となる。また、自然放出光が寄生発振に至らない場合であっても、自然放出光の増幅によるエネルギーの抽出を抑止することが可能となる。【００９２】
また、溝１７をクラッド４ａ，４ｂ内や、クラッド４ｂ内に配置して、レーザ媒質５内に配置しない構成にすることによって、ｘ方向のビーム径が大きなレーザ発振時であっても、損失が小さく高出力なレーザ光を得る事が可能となる。【００９３】
なお、図１などでは、波長変換レーザ装置１００が、レーザ媒質５の全反射膜（端面５ａ）と非線形材料７の光学膜（端面７ｂ）との間で基本波を発振させるとともに、基本波の発振器内に非線形材料７を配置する内部波長変換方式である場合について説明したが、波長変換レーザ装置１００は内部波長変換方式以外の方式（外部波長変換方式）によって波長変換を行なってもよい。外部波長変換方式では、共振器外部に波長変換素子を設置しておく。例えば図２３に示すように、レーザ媒質５の１つの端面（端面５ａと対向する側面で、非線形材料７に近接する側の端面）に、基本波レーザ光の一部を反射する部分反射膜（端面５ｃ）を形成しておき、波長変換レーザ装置１００はレーザ媒質５の両端面５ａ，５ｃで基本波レーザ光のレーザ発振を行なう。この場合、レーザ媒質５から出力された基本波が非線形材料７に入射して非線形材料７で波長変換が行われ、第２高調波レーザ光Ｌが得られる。【００９４】
このような外部波長変換方式においても、内部波長変換方式と同様に、意図しない方向への寄生発振を抑制するとともに、意図しない方向への自然放出光の増幅によるエネルギーの抽出を抑制できる。したがって、波長変換レーザ装置１００が外部波長変換方式であっても、光学軸６方向への高出力な基本波を得ることができ、この結果、高出力な第２高調波レーザが得ることが可能となる。【００９５】
なお、本実施の形態では、溝１０の側面によって自然放出光Ｎを散乱、拡散しながらの反射、吸収を行なう場合について説明したが、図４に示すように溝１０に底面がある場合は、溝１０の底面によって自然放出光Ｎを散乱、拡散しながらの反射、吸収を行なってもよい。【００９６】
このように実施の形態によれば、レーザ媒質５に対して、半導体レーザ１から出力されるＬＤ光の各光軸の間に光学軸６と略平行な溝１０を配置し、自然放出光Ｎのｘ方向の伝搬長を短くしているので、ｘ方向への自然放出光Ｎの増幅が小さくなる。したがって、光学軸６以外の方向への寄生発振や、自然放出光Ｎの増幅によるエネルギーの抽出が小さくなり、光学軸６方向の利得の減少が少なくなる。これにより、固体レーザ素子５０は、高出力なレーザを出力することができ、波長変換レーザ装置１００は、高出力なレーザ出力を得ることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
以上のように、本発明に係る固体レーザ素子は、平面導波路を用いたレーザ出力に適している。
【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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【国際調査報告】
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