(57)【要約】  複屈折を有する平板状のレーザ媒質（１）と、レーザ媒質（１）の厚さ方向に垂直な面の少なくとも一方の面に接合されるクラッド（２ａ，２ｂ）と、によって導波路を形成するとともに、レーザ媒質（１）に入射される励起光により発生した利得でレーザ光を増幅し、レーザ発振を行う平面導波路型レーザ装置で、レーザ媒質（１）は、レーザ光の進行方向である光軸に垂直な断面内に光学軸を有する材料からなり、クラッド（２ａ，２ｂ）は、レーザ媒質（１）中を光軸に沿って進む、振動面が互いに直交する２つの偏光に対する屈折率の間の範囲の屈折率を有する材料からなり、直線偏光のレーザ光を容易に発振する。
2009016703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複屈折を有する平板状のレーザ媒質と、前記レーザ媒質の厚さ方向に垂直な面の少なくとも一方の面に接合されるクラッドと、によって導波路を形成するとともに、前記レーザ媒質に入射される励起光によって発生した利得でレーザ光を増幅し、レーザ発振を行う平面導波路型レーザ装置であって、
前記レーザ媒質は、前記レーザ光の進行方向である光軸に垂直な断面内に光学軸を有する複屈折材料からなり、
前記クラッドは、前記レーザ媒質中を前記光軸に沿って進む、振動面が互いに直交する２つの偏光に対する屈折率の間の範囲の屈折率を有する材料からなることを特徴とする平面導波路型レーザ装置。
【請求項２】
前記レーザ媒質は、活性イオンが添加されたＹＶＯ4またはＧｄＶＯ4であり、前記クラッドは、Ｔａ2Ｏ5の誘電体膜であることを特徴とする請求項１に記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項３】
前記クラッドの前記レーザ媒質との接合面に対向する面は、レーザ光を散乱する荒らし面であることを特徴とする請求項１または２に記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項４】
前記クラッドの前記レーザ媒質との接合面に対向する面上に、レーザ光を吸収する吸収層をさらに配置することを特徴とする請求項１に記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項５】
前記吸収層は、クロム、チタンおよびＣｒ4+：ＹＡＧのうちのいずれかであることを特徴とする請求項４に記載の平面導波路型レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プリンタやプロジェクションテレビなどの光源に好適な平面導波路型構造を有する平面導波路型レーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
平面導波路型レーザは、レーザ光の進行方向に伸長した薄い平板状のレーザ媒質の上下両面を、レーザ媒質よりも屈折率の低いクラッドで挟み込んだ構造を有し、レーザ媒質を導波路としても機能させる構造を有する。この平面導波路型レーザは、導波路厚さが薄く励起密度が高いため、誘導放出断面積が小さなレーザ媒質を用いた場合でも大きな利得が得られ、高効率な発振動作が実現可能である。さらに、導波路を幅方向に広げることによって、励起密度を所定の値に保ったままでの出力のスケーリングが可能である。一方で、利得が高く、複数の導波路モードが容易に発振してしまうため、波長変換の際に必要な直線偏光でレーザ発振させることや、所望のモードに制限してレーザ発振させることが課題となる。また、不要な光の増幅（寄生増幅）や、クラッド外部の面と端面での全反射で導波路内に閉じ込められて発振する寄生発振を抑制して、効率よくレーザ光を出力することが課題となる。【０００３】
そこで、従来では、所望のモードのレーザ発振を実現する平面導波路型レーザ装置が提案されている（たとえば、非特許文献１参照）。この平面導波路型レーザ装置は、Ｎｄ：ＹＡＧ（Yttrium  Aluminum  Garnet：Ｙ3Ａｌ5Ｏ12）をコアとし、このコアの上下両面に無添加ＹＡＧを接合して導波路コアを構成し、さらにこの導波路コアの上下両面（すなわち、無添加ＹＡＧの表面）をクラッド層としてのサファイア結晶で挟んだ構造を有する。この導波路構成では、複数の導波路モードで発振する場合があるが、コアの中心付近のみに利得を持たせることによって、導波路基本モードと導波路高次モードとの間に利得の差を発生させ、導波路基本モードのみで発振させることが可能となる。また、導波路の幅方向の発振モードは、励起光の入射形状を基本モードの形状に一致させることによって、基本モードのみを選択的に発振させている。【０００４】
【非特許文献１】Jacob  I.  Mackenzie,  Cheng  Li,  and  David  P.  Shepherd,  “Multi-Watt,  High  Efficiency,  Diffraction-Limited  Nd:YAG  Planar  Waveguide  Laser”,  IEEE  Journal  of  Quantum  Electronics,  Vol.39 (2003),  p.495
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記非特許文献１による平面導波路型レーザ装置では、導波路がＴＥ（Transverse  Electric）偏光（振動面がｃ軸とレーザ光の進行方向である光軸の作る平面に垂直でかつ光軸を含む平面内に存在する偏光。通常光ともいう）とＴＭ（Transverse  Magnetic）偏光（振動面がｃ軸と光軸の作る平面内に存在する偏光。異常光ともいう）のモードを伝搬するとともに、ＴＥ偏光とＴＭ偏光に対する利得が等しい。そのため、これらの二つの偏光のレーザが発振してしまい、直線偏光の出力が得られないという問題点があった。【０００６】
また、コアでの全反射条件を満たさない光のクラッド層の外部の面と、平面導波路型レーザ装置のレーザ出射方向の端面との反射によって、導波路内部で周回する寄生発振や寄生増幅が発生してしまい、目的とするレーザ光のレーザ発振効率を低下させてしまうという問題点もあった。【０００７】
この発明は上記に鑑みてなされたもので、直線偏光のレーザ発振が容易な平面導波路型レーザ装置を得ることを目的とする。また、導波路内部の寄生増幅や寄生発振を抑制して、高効率な平面導波路型レーザ装置を得ることも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、この発明にかかる平面導波路型レーザ装置は、複屈折を有する平板状のレーザ媒質と、前記レーザ媒質の厚さ方向に垂直な面の少なくとも一方の面に接合されるクラッドと、によって導波路を形成するとともに、前記レーザ媒質に入射される励起光によって発生した利得でレーザ光を増幅し、レーザ発振を行う平面導波路型レーザ装置であって、前記レーザ媒質は、前記レーザ光の進行方向である光軸に垂直な断面内に光学軸を有する複屈折材料からなり、前記クラッドは、前記レーザ媒質中を前記光軸に沿って進む、振動面が互いに直交する２つの偏光に対する屈折率の間の範囲の屈折率を有する材料からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、レーザ媒質のＴＥ偏光に対する屈折率とＴＭ偏光に対する屈折率との間の屈折率を有する材料をクラッドとして用いるようにしたので、ＴＥ偏光かＴＭ偏光のいずれかが全反射条件を満たさなくなり、全反射条件を満たすいずれか一方の偏光のレーザ発振が可能となるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１−１】図１−１は、この発明による平面導波路型レーザ装置の実施の形態１の構成の模式的に示す斜視図である。
【図１−２】図１−２は、平面導波路型レーザ装置の実施の形態１の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、この実施の形態１による平面導波路型レーザ装置におけるレーザ光の伝搬の偏光依存性を模式的に示す図である。
【図３−１】図３−１は、この発明による平面導波路型レーザ装置の製造方法の手順の一例を模式的に示す図である（その１）。
【図３−２】図３−２は、この発明による平面導波路型レーザ装置の製造方法の手順の一例を模式的に示す図である（その２）。
【図３−３】図３−３は、この発明による平面導波路型レーザ装置の製造方法の手順の一例を模式的に示す図である（その３）。
【図３−４】図３−４は、この発明による平面導波路型レーザ装置の製造方法の手順の一例を模式的に示す図である（その４）。
【図３−５】図３−５は、この発明による平面導波路型レーザ装置の製造方法の手順の一例を模式的に示す図である（その５）。
【図３−６】図３−６は、この発明による平面導波路型レーザ装置の製造方法の手順の一例を模式的に示す図である（その６）。
【図４】図４は、実施の形態１の平面導波路型レーザ装置におけるレーザ光の光路の一例を模式的に示す図である。
【図５−１】図５−１は、この発明による平面導波路型レーザ装置の実施の形態２の構成を模式的に示す斜視図である。
【図５−２】図５−２は、平面導波路型レーザ装置の実施の形態２の構成を模式的に示す断面図である。
【図６】図６は、この実施の形態２による平面導波路型レーザ装置におけるレーザ光の伝搬の様子を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００１１】
１  レーザ媒質
２ａ，２ｂ  クラッド
３  基板
４  接合剤
５ａ，５ｂ  吸収層
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる平面導波路型レーザ装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、これら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。また、以下の実施の形態で用いられる平面導波路型レーザ装置の斜視図や断面図は模式的なものであり、層の厚みと幅との関係や各層の厚みの比率などは現実のものとは異なる。【００１３】
実施の形態１．
図１−１は、この発明にかかる平面導波路型レーザ装置の実施の形態１の構成を模式的に示す斜視図であり、図１−２は、平面導波路型レーザ装置の実施の形態１の構成を模式的に示す断面図である。この平面導波路型レーザ装置は、平板状を有するレーザ媒質１と、このレーザ媒質１の上下両面に設けられるクラッド２ａ，２ｂと、を備える。さらに、いずれかのクラッド２ａ，２ｂ（ここでは、クラッド２ｂ）の外側の面に基板３が接合剤４を介して接合される。なお、図１−１〜図１−２において、レーザ媒質１の最も面積の広い上下の矩形状の面に平行な面内で、この面の直交する２つの辺に平行な方向をそれぞれｘ軸とｚ軸とし、これらのｘ軸とｚ軸の両方に垂直な方向をｙ軸とする。ここでは、ｚ軸方向をレーザ光の伝播方向（進行方向）である光軸とする。また、レーザ媒質１のｘｙ平面に平行な形状は、ｘ軸方向がｙ軸方向に比して長い矩形形状となっている。【００１４】
レーザ媒質１は、たとえば励起光によって反転分布状態を形成し、誘導放出によって生成されるレーザ光を増幅する複屈折材料（光学的異方体の材料）によって構成される。そして、このレーザ媒質１は、その材料内での光波の速さ（屈折率）が１つしかない方向である光学軸（optic  axis）がｘｙ平面内となるように配置されるが、特に、レーザ媒質１の光学軸は、図中のｘ軸方向またはｙ軸方向となるように配置されるのが望ましい。以下の説明では、レーザ媒質１の光学軸をｘ軸またはｙ軸方向となるように配置する場合を例に挙げて説明する。また、設計上の点から考慮すると、レーザ媒質１は、複屈折材料の中でも、光学軸が結晶軸のｃ軸方向と一致する光学的一軸性結晶であることが望ましい。【００１５】
クラッド２ａ，２ｂは、レーザ媒質１中におけるｘ軸方向の偏光に対する屈折率をｎｘとし、ｙ軸方向の偏光に対する屈折率をｎｙとしたときに、クラッド２ａ，２ｂの屈折率ｎｃがｎｘとｎｙとの間の範囲となるような材料によって構成される。なお、ここでは、ｎｘ＜ｎｃ＜ｎｙとなるような屈折率ｎｃを有する材料をクラッド２ａ，２ｂに使用する場合を例に挙げる。【００１６】
このような条件を満たすレーザ媒質１とクラッド２ａ，２ｂの組み合わせとして、たとえば、レーザ媒質１がＹＶＯ4を母材とした材料であり、クラッド２ａ，２ｂがＴａ2Ｏ5である材料の組み合わせや、レーザ媒質１がＧｄＶＯ4を母材とした材料であり、クラッド２ａ，２ｂがＴａ2Ｏ5である材料の組み合わせを挙げることができる。【００１７】
レーザ媒質１としてＮｄ：ＹＶＯ4（正方晶系）を、ｃ軸（結晶軸でもあり、光学軸でもある）がｙ軸方向となるように配置する場合には、このＮｄ：ＹＶＯ4は、波長９１４ｎｍにおいて、通常光（ｘ軸方向の偏光）屈折率ｎｏ〜１．９６（＝ｎｘ）、異常光（ｙ軸方向の偏光）屈折率ｎｅ〜２．１７（＝ｎｙ）を有する。また、波長９１４ｎｍにおいて約２．０８の屈折率ｎｃを有するＴａ2Ｏ5の誘電体膜は、Ｎｄ：ＹＶＯ4の通常光屈折率（ｎｏ＝ｎｘ）と異常光屈折率（ｎｅ＝ｎｙ）との間の屈折率を有するので、クラッド２ａ，２ｂとして用いることができる。【００１８】
基板３は、レーザ媒質１とクラッド２ａ，２ｂからなる導波路を製造する上で、剛性を高めて、取り扱いを容易にするために、接合剤４によりクラッド２ｂと接合される。この基板３として、たとえば、無添加ＹＶＯ4などのレーザ媒質１の活性イオンが添加されていない母材などを使用することができる。また、接合剤４として接着剤を使用可能である。なお、レーザ媒質１とクラッド２ａ，２ｂのみで十分な剛性を有する場合には、基板３を設けなくてもよい。【００１９】
このレーザ媒質１の上下両面をクラッド２ａ，２ｂで挟んだ構造は、レーザ媒質１内の屈折率がクラッド２ａ，２ｂの屈折率ｎｃよりも大きくなる直線偏光のレーザ光に対して、光導波路を形成している。つまり、このようなレーザ光（直線偏光）に対して、レーザ媒質１は、レーザ媒質として機能するとともに、励起光の照射による誘導放出で生じたレーザ光を導波するコアとしても機能する。【００２０】
ここで、このような構成を有する平面導波路型レーザ装置の動作について説明する。図２は、この実施の形態１による平面導波路型レーザ装置におけるレーザ光の伝搬の偏光依存性を模式的に示す図である。ここでは、上述したように、ｃ軸（光学軸）がｙ軸方向となるように平板状に形成したＮｄ：ＹＶＯ4からなるレーザ媒質１の上下両面に、Ｔａ2Ｏ5誘電体膜からなるクラッド２ａ，２ｂを形成した構造を有する平面導波路型レーザ装置を例に挙げて説明する。このときの各屈折率は、ｎｘ（＝ｎｏ）〜１．９６、ｎｙ（＝ｎｅ）〜２．１７、ｎｃ＝２．０８となる。【００２１】
まず、図２のレーザ媒質１の左端側からｚ軸に沿って、励起光が入射する。レーザ媒質１は、レーザ媒質１の外部から入射してきた励起光を吸収して利得を発生する。そして、ｚ軸方向に進行する自然放出光などを種として、誘導放出によってレーザ光が発生すると、レーザ媒質１は発生したレーザ光に利得を与えてレーザ光を増幅する。ここで、コア屈折率（レーザ媒質１の屈折率）がクラッド屈折率に比べて大きい場合、導波路内を伝搬する光のうち、コアとクラッド２ａ，２ｂの界面で全反射条件を満たす成分がコア内に閉じ込められて、導波路モードとして伝搬する。一方、コア屈折率がクラッド屈折率に比べて小さい場合、コアとクラッド２ａ，２ｂの界面でクラッド２ａ，２ｂに光が漏れ出す放射モードとなり、大きな損失が発生する。【００２２】
たとえば、図２に示されるように、レーザ媒質１中をｚ軸方向に伝搬するレーザ光のうち、ｙ軸方向の偏光を有するレーザ光（ＴＭモードのレーザ光）が感じる屈折率はｎｙ〜２．１７であり、クラッド屈折率ｎｃ〜２．０８に比べて大きいため、平面導波路型レーザ装置中を導波路モードで伝搬する。一方、ｘ軸方向の偏光を有するレーザ光（ＴＥモードのレーザ光）が感じる屈折率はｎｘ〜１．９６であり、クラッド屈折率ｎｃ〜２．０８に比べて小さいため、コア（レーザ媒質１）とクラッド２ａ，２ｂとの境界では全反射が起こらず、放射モードとなる。その結果、このＴＥモードのレーザ光が平面導波路型レーザ装置中を伝搬する間に大きな損失が発生する。したがって、この例における平面導波路型レーザ装置では、ＴＭモードのレーザ光のみが選択されて増幅されることになる。【００２３】
このように、平面導波路型レーザ装置にレーザ光をｚ軸方向に平行に入射させることによって、平面導波路型レーザ装置は、ｙ軸方向の偏光成分のみを増幅して出力するレーザ増幅器として動作する。また、レーザ媒質１のｚ軸に垂直な面の一方（励起光源側）に全反射鏡を設置し、もう一方の面に部分反射鏡を設置すると、全反射鏡と部分反射鏡の間でレーザ発振が発生し、部分反射鏡から発振したレーザ光の一部が出力される。このとき、ＴＥモードのレーザ光は大きな損失をうけるためにレーザ発振が抑制され、ＴＭモードのレーザ光のみがレーザ発振して、直線偏光の出力が得られる。したがって、この実施の形態１における平面導波路型レーザ装置では、偏光子などの偏光を制限する光学素子を追加することなく、直線偏光出力を高効率で得ることができる。 なお、全反射鏡と部分反射鏡は、レーザ媒質１のｚ軸に垂直な面に、誘電体膜または金属膜を直接成膜することによって実現してもよい。【００２４】
以上で説明した構成は、特に、レーザ媒質１のｘ軸方向とｙ軸方向の誘導放出断面積がほぼ等しい場合に特に有効であり、ｘ軸方向の発振を抑制することによって、ｙ軸方向に直線偏光したレーザ光を高い効率で発振させことが可能である。【００２５】
つぎに、このような構成を有する平面導波路型レーザ装置の製造方法について説明する。図３−１〜図３−６は、この発明にかかる平面導波路型レーザ装置の製造方法の手順の一例を模式的に示す図である。まず、レーザ媒質１を平板状となるように切断した後、面積の最も広い面（ｚｘ面）のうち一方の面を研磨する（図３−１）。【００２６】
ついで、レーザ媒質１の研磨した面に、ｎｘ＜ｎｃ＜ｎｙの屈折率ｎｃを有する材料からなるクラッド２ｂを接合する（図３−２）。このクラッド２ｂは、オプティカルコンタクトや拡散接合などの方法でレーザ媒質１に直接接合してもよいし、レーザ媒質１よりも小さな屈折率を有する光学接着剤を用いてレーザ媒質１に接合してもよい。また、レーザ媒質１の研磨した面に、クラッド２ｂの薄膜をスパッタ法や蒸着法、ＣＶＤ（Chemical  Vacuum  Deposition）法などを用いて成膜してもよい。【００２７】
ついで、クラッド２ｂのレーザ媒質１と接合された面とは反対側の面に基板３を接合する（図３−３）。この基板３は、オプティカルコンタクトや拡散接合などの方法でクラッド２ｂに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３をレーザ媒質１よりも小さな屈折率を有する光学接着剤で接着してもよい。ここでは、接着剤３でクラッド２ｂと基板３とを接合する。なお、クラッド２ｂに基板３を接合する前に、クラッド２ｂの表面を平坦化するために研磨を行ってもよい。【００２８】
その後、レーザ媒質１の基板３で保持されない側の面（ｚｘ面）を、所定の厚さとなるまで研磨する（図３−４）。そして、研磨したレーザ媒質１の面に、ｎｘ＜ｎｃ＜ｎｙの屈折率ｎｃを有する材料からなるクラッド２ａを接合する（図３−５）。このクラッド２ａも、図３−２で接合したクラッド２ｂと同様の方法によって接合することができる。その後、レーザ媒質１、クラッド２ａ，２ｂおよび基板３の積層体を基板面に垂直な方向から切断し、所望の大きさの平面導波路型レーザ装置が製造される（図３−６）。【００２９】
なお、上述した説明では、ｎｘ＜ｎｃ＜ｎｙの屈折率ｎｃを有するクラッド２ａ，２ｂをレーザ媒質１の上下両面に設けた場合を説明したが、このような屈折率ｎｃを有するクラッドを、レーザ媒質１の上下両面のうち何れか片側の面にだけ設けた場合にも同様の効果を得ることができる。この場合、レーザ媒質１の屈折率ｎｃ有するクラッドを設けない側の面は、何も設けずに空気と接するようにしてもよいし（空気をクラッドとしてもよいし）、またはレーザ媒質１のｘ軸方向の偏光に対する屈折率ｎｘよりも小さな任意の屈折率を有する材料をクラッドとして用いてもよい。【００３０】
また、図１−１〜図１−２において、基板３側のクラッド２ｂを無くして、レーザ媒質１のｘ軸方向の偏光に対する屈折率ｎｘよりも小さな任意の屈折率を有する接合剤４によって、レーザ媒質１を基板３と接合してもよいし、または、レーザ媒質１のｘ軸方向の偏光に対する屈折率ｎｘよりも小さな任意の屈折率を有する基板３をレーザ媒質１に直接接合してもよい。レーザ媒質１に基板３を直接接合する場合には、オプティカルコンタクトや拡散接合を用いることが可能である。【００３１】
また、上述した説明では、レーザ媒質１の光学軸がｙ軸方向に向き、クラッド２ａ，２ｂの屈折率ｎｃがｎｘ＜ｎｃ＜ｎｙの場合について説明したが、同じ材料からなるレーザ媒質１の光学軸がｘ軸方向に向き、クラッド２ａ，２ｂの屈折率ｎｃがｎｙ＜ｎｃ＜ｎｘとなるように構成してもよい。この場合には、ｘ軸方向に偏光したＴＭモードのレーザ光のみが選択されることになる。【００３２】
このほかにも、レーザ媒質１の通常光（ＴＥモードの偏光）屈折率ｎｏが異常光（ＴＭモードの偏光）屈折率ｎｅよりも大きい材料からなる場合で、レーザ媒質１の光学軸がｙ軸方向に向き、クラッド２ａ，２ｂの屈折率ｎｃがｎｙ（＝ｎｅ）＜ｎｃ＜ｎｘ（＝ｎｏ）となるように構成したり、レーザ媒質１の光学軸がｘ軸方向に向き、クラッド２ａ，２ｂの屈折率ｎｃがｎｘ（＝ｎｅ）＜ｎｃ＜ｎｙ（＝ｎｏ）となるように構成したりしてもよい。このように構成すれば、上述した説明とは逆に、光学軸に垂直方向の偏光を有するレーザ光（ＴＥモードのレーザ光）は導波路モードで平面導波路型レーザ装置中を伝搬し、光学軸方向の偏光を有するレーザ光（ＴＭモードのレーザ光）は放射モードとなって平面導波路型レーザ装置を伝搬中に大きな損失が発生する。その結果、ＴＥモードのレーザ光のみが選択されて増幅され、ｘ軸またはｙ軸方向に直線偏光したレーザ光の出力が得られる。【００３３】
さらに、レーザ媒質１の光学軸を任意の方向となるように配置し、屈折率ｎｃがレーザ媒質１中を伝搬する２つの直線偏光の屈折率ｎｅ，ｎｏの間の範囲となるクラッド２ａ，２ｂを用いることによって、任意の方向に直線偏光したレーザ光を得ることができる。【００３４】
この実施の形態１によれば、レーザ媒質１の上下両面のうち少なくとも一方の面に、レーザ媒質１で生じる２つの偏光に対する屈折率ｎｏ，ｎｅの間の範囲となる屈折率ｎｃを有する材料をクラッド２ａ，２ｂに用いるようにしたので、屈折率ｎｃよりも大きなレーザ媒質１の屈折率に対応する偏光のみを、平面導波路型レーザ装置中を導波路モードで導波させることができるという効果を有する。【００３５】
実施の形態２．
図４は、実施の形態１の平面導波路型レーザ装置におけるレーザ光の光路の一例を模式的に示す図である。実施の形態１で、クラッド２ａ，２ｂの外側の屈折率がクラッド２ａ，２ｂの屈折率よりも小さい場合に、導波路モードＬ１として発振するレーザ光のほかに、放射モードとしてクラッド２ａ，２ｂに漏れ出したレーザ光が、クラッド２ａ，２ｂと外部の境界において反射し、再度、レーザ媒質１に入射して増幅され（以下、出力したいレーザ光以外による増幅を寄生増幅という）、レーザ媒質１に蓄積された利得を消費してしまう現象が生じることがある。このような場合として、クラッド２ａ，２ｂと外部の境界で反射したレーザ光がそのまま出力端面から出力されるクラッド外部伝搬光Ｌ２と、放射モードとしてクラッド２ａ，２ｂに漏れ出し、クラッド２ａ，２ｂと外部の境界において全反射するレーザ光が、レーザ媒質１の出力端面でも全反射条件を満たす場合に、レーザ媒質１とクラッド２ａ，２ｂ内に完全に閉じ込められる全反射周回モードＬ３と、がある。【００３６】
特に、全反射条件で反射するレーザ光Ｌ２，Ｌ３は損失が小さいために、レーザ媒質１とクラッド２ａ，２ｂの内部でレーザ発振（以下、寄生発振という）を発生させ、レーザ媒質１中の利得を消費する。その結果、平面導波路型レーザ装置の増幅器およびレーザ発振器としての効率を低下させてしまう。そこで、この実施の形態２では、放射モードとしてクラッド２ａ，２ｂに漏れ出したレーザ光のクラッド２ａ，２ｂと外部の境界での反射を抑制し、所望のレーザ光のみを高効率に増幅および発振することができる平面導波路型レーザ装置について説明する。【００３７】
図５−１は、この発明にかかる平面導波路型レーザ装置の実施の形態２の構成を模式的に示す斜視図であり、図５−２は、平面導波路型レーザ装置の実施の形態２の構成を模式的に示す断面図である。これらの図において、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の方向は、実施の形態１の図１−１〜図１−２と同様である。この平面導波路型レーザ装置は、平板状のレーザ媒質１と、このレーザ媒質１の上下両面に接合されるクラッド２ａ，２ｂと、クラッド２ａ，２ｂのレーザ媒質１との接合面に対向する面に接合されるレーザ光を吸収する吸収層５ａ，５ｂと、を備える。吸収層５ａ，５ｂは、レーザ光を吸収する材料であればよく、たとえば、クロム（Ｃｒ）やチタン（Ｔｉ）などを使用することができる。【００３８】
なお、この実施の形態２におけるレーザ媒質１とクラッド２ａ，２ｂは、実施の形態１の図１−１〜図１−２に示したレーザ媒質１とクラッド２ａ，２ｂとそれぞれ同様の構成と機能を有する。また、図示は省略したが、実施の形態１の図１−１〜図１−２に示したように、接合剤４を用いて基板３をいずれかの吸収層５ａ，５ｂの外側に接合してもよい。【００３９】
ここで、このような構成を有する平面導波路型レーザ装置の動作について説明する。図６は、この実施の形態２による平面導波路型レーザ装置におけるレーザ光の伝搬の様子を模式的に示す図である。ここでは、上述したように、ｃ軸（光学軸）がｙ軸方向となるように平板状に形成したＮｄ：ＹＶＯ4からなるレーザ媒質１の上下両面に、Ｔａ2Ｏ5誘電体膜からなるクラッド２ａ，２ｂを形成した構造を有する平面導波路型レーザ装置を例に挙げて説明する。このときの各屈折率は、ｎｘ（＝ｎｏ）〜１．９６、ｎｙ（＝ｎｅ）〜２．１７、ｎｃ＝２．０８となる。【００４０】
吸収層５ａ，５ｂを設けない平面導波路型レーザ装置には、図４で説明したように、コア（レーザ媒質１）とクラッド２ａ，２ｂの境界で全反射してコア内部を伝搬する導波路モードＬ１と、クラッド２ａ，２ｂと外部の境界で反射されて伝搬し、出力端面から出力するクラッド外部伝搬光Ｌ２と、クラッド２ａ，２ｂと外部との境界で反射し、さらに出力端面でも全反射条件を満たして、レーザ媒質１とクラッド２ａ，２ｂの内部でレーザ光が完全に閉じ込められる全反射周回モードＬ３と、が存在する。このうち、クラッド外部伝搬光Ｌ２と全反射周回モードＬ３は、既に説明したように、レーザ媒質１中で生じる２つの偏光のうち、クラッド２ａ，２ｂの屈折率よりも低い屈折率に対応する偏光によって引き起こされる。【００４１】
クラッド外部伝搬光Ｌ２および全反射周回モードＬ３が発生すると、レーザ媒質１に蓄えられた利得を消費してしまうため、所望のレーザ光（導波路モードＬ１のレーザ光）に対する利得が低下してレーザ光の増幅および発振の効率が低下する。このとき、導波路モードＬ１以外の成分は、クラッド２ａ，２ｂと外部の境界で反射される。そこで、図６に示されるように、クラッド２ａ，２ｂの外部に吸収層５ａ，５ｂを配置し、クラッド２ａ，２ｂの外部で反射するレーザ光の成分を吸収させることによって、クラッド外部伝搬光Ｌ２と全反射周回モードＬ３を抑制して、導波路モードＬ１で伝搬する所望のレーザ光を効率よく増幅することが可能となる。【００４２】
このような吸収層５ａ，５ｂを有する平面導波路型レーザ装置の製造方法は、実施の形態１の図３−２と図３−５でクラッド２ｂ，２ａをレーザ媒質１に接合した後に、スパッタ法や蒸着法によって、クロムやチタンなどからなる吸収層５ｂ，５ａをクラッド２ｂ，２ａのレーザ媒質１との接合面に対向する面に成膜することによって形成することができる。【００４３】
なお、クロムやチタンの金属膜は、吸収率の波長依存性が小さいため、広い波長帯域のレーザ光を吸収させることが可能である。したがって、レーザ媒質１としてＮｄ：ＹＶＯ4を用いて９１４ｎｍのレーザ光を増幅する場合、Ｎｄ：ＹＶＯ4が利得を持つ９１４ｎｍ，１０６４ｎｍ，１３４２ｎｍの寄生発振を抑制することが可能である。【００４４】
また、吸収層５ａ，５ｂとしてレーザ媒質１が最も大きな利得を持つ波長を選択的に吸収する材料を使用してもよい。たとえば、Ｎｄ：ＹＶＯ4をレーザ媒質１として使用し、９１４ｎｍのレーザ光を増幅する場合には、Ｎｄ：ＹＶＯ4は１０６４ｎｍに大きな利得を持つため、１０６４ｎｍの寄生増幅、寄生発振を抑制することが重要である。そこで、吸収層５ａ，５ｂとして、Ｃｒ4+：ＹＡＧを使用してもよい。このようにＣｒ4+：ＹＡＧを使用することによって、１０６４ｎｍ付近のレーザ光を選択的に吸収し、１０６４ｎｍの寄生増幅、寄生発振を抑制することが可能となる。【００４５】
さらに、上述した説明では、クラッド２ａ，２ｂのレーザ媒質１に対向する面に吸収層５ａ，５ｂを設ける場合を説明したが、平面導波路型レーザ装置で発生するクラッド外部伝搬光Ｌ２および全反射周回モードＬ３を抑制することができれば、どのようなものであってもよい。たとえば、吸収層５ａ，５ｂの代わりに、クラッド２ａ，２ｂの外部の面を荒らし面としてもよい。この場合、クラッド２ａ，２ｂと外部の境界で反射する光を荒らし面によって散乱させ、寄生増幅、寄生発振の成分に損失を与えることができる。また、クラッド２ａ，２ｂの荒らし面に、吸収層５ａ，５ｂを付着させてもよい。このように構成すれば、荒らし面によるレーザ光の散乱と、吸収層５ａ，５ｂによるレーザ光の吸収によって、寄生増幅や寄生発振を抑制し、所望のレーザ光を効率よく増幅させることが可能となる。【００４６】
さらに、クラッド２ａ，２ｂと吸収層５ａ，５ｂを、レーザ媒質１の何れか片側の面だけに設けられるようにしても同様の効果が得られる。このとき、レーザ媒質１のクラッドと吸収層が設けられない側は、何も設けずに空気と接するようにしてもよいし（空気をクラッドとしてもよいし）、またはレーザ媒質１中で２つの偏光が感じる屈折率のうち小さい方の屈折率よりも小さな任意の屈折率を有する材料のクラッドもしくは基板を設けてもよい。【００４７】
また、たとえば図５−１〜図５−２で、クラッド２ａと吸収層５ｂを無くした場合、このクラッド２ａと吸収層５ｂを無くした側のレーザ媒質１を、レーザ媒質１中で生じる２つの偏光に対する屈折率のうち小さい方の屈折率よりも小さな任意の屈折率を有する接合剤４によって基板３と接合してもよいし、または、レーザ媒質１中で２つの偏光に対する屈折率のうち小さい方の屈折率よりも小さな任意の屈折率を有する基板３をレーザ媒質１に直接接合してもよい。基板３をレーザ媒質１に直接接合する場合には、オプティカルコンタクトや拡散接合を用いることができる。【００４８】
この実施の形態２によれば、レーザ媒質１中で生じる２つの偏光に対する屈折率のうち小さい方の屈折率に対応する偏光によって引き起こされるクラッド外部伝搬光および全反射周回モードを吸収または散乱させて、寄生増幅および寄生発振を抑制し、導波路モードで伝搬する所望のレーザ光を効率よく増幅することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上のように、この発明にかかる平面導波路型レーザ装置は、直線偏光を取り出すレーザ光源に有用である。
【図１−１】
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【図１−２】
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【図２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図３−３】
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【図３−４】
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【図３−５】
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【図３−６】
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【図４】
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【図５−１】
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【図５−２】
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【図６】
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【国際調査報告】
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