(57)【要約】  平面導波路型レーザ装置（１）において、導波路（２）の上面には基板（６）が接合されている。基板（６）の、レーザ光の発振方向に対して垂直な端面の、導波路（２）側の角部には、面取りされた形状の凹部（６ａ）が形成されている。導波路（２）の、レーザ光の発振方向に対して垂直な端面は、コーティング（７）に被覆されている。このコーティング（７）とひと続きの回り込み部（７ａ）は、導波路（２）の、基板（６）の凹部（６ａ）に向き合う上面を被覆している。
2018020641.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状のレーザ媒質、前記レーザ媒質の上面に接合された上部クラッド、および、前記レーザ媒質の下面に接合された下部クラッドを有する導波路と、
前記導波路の上面に接合された基板と、
前記基板の、レーザ光の発振方向に対して垂直な端面の、前記導波路側の角部が面取りされた形状の凹部と、
前記導波路の、前記レーザ光の発振方向に対して垂直な端面、および、前記基板の前記凹部に向き合う上面をひと続きに被覆するコーティングとを備える平面導波路型レーザ装置。
【請求項２】
前記導波路は、前記レーザ媒質の上面または下面に凸形状を有するリッジ導波路であることを特徴とする請求項１記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項３】
前記コーティングは、前記導波路の前記端面および前記上面に加えて、前記導波路の下面の少なくとも一部もひと続きに被覆することを特徴とする請求項１記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項４】
前記コーティングは、前記導波路の前記端面および前記上面に加えて、前記基板の前記凹部、および、前記基板の前記端面もひと続きに被覆することを特徴とする請求項１記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項５】
前記コーティングは、前記導波路の前記端面および前記上面、ならびに、前記基板の前記凹部および前記端面に加えて、前記基板の上面の少なくとも一部もひと続きに被覆することを特徴とする請求項４記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項６】
前記レーザ媒質は、吸湿性のある材料で構成されていることを特徴とする請求項１記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項７】
前記レーザ媒質は、Ｅｒ：ｐｈｏｓｐｈａｔｅ  ｇｌａｓｓ、Ｙｂ：ｐｈｏｓｐｈａｔｅ  ｇｌａｓｓ、Ｅｒ／Ｙｂ：ｐｈｏｓｐｈａｔｅ  ｇｌａｓｓ、または、Ｎｄ：ｐｈｏｓｐｈａｔｅ  ｇｌａｓｓであることを特徴とする請求項６記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項８】
前記基板の熱膨張率は、前記レーザ媒質の熱膨張率と同じであることを特徴とする請求項１記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項９】
前記上部クラッドまたは前記下部クラッドの少なくとも一方は、前記レーザ媒質に対して蒸着によって成膜されたものであることを特徴とする請求項１記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項１０】
前記リッジ導波路は、前記レーザ媒質の上面または下面に前記凸形状を複数有することを特徴とする請求項２記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項１１】
前記リッジ導波路は、前記凸形状の上面および側面、ならびに、前記レーザ媒質の凹形状上面に、成膜クラッドが蒸着されていることを特徴とする請求項２記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項１２】
前記リッジ導波路は、接着剤によって、前記基板に接着されていることを特徴とする請求項２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、平板状の導波路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、レーザ光の発振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。【０００３】
特許文献１に示されるような従来の平面導波路型レーザ装置は、レーザ媒質とレーザ媒質の両側に接合されたクラッドとで構成される導波路を有する。この導波路の端面には、所望の光学特性を有するように、誘電体多層膜を用いたコーティングが施されている。なお、説明の便宜上、レーザ媒質の上面側に接合されたクラッドを上部クラッド、レーザ媒質の下面側に接合されたクラッドを下部クラッドと、以降呼ぶことにする。【０００４】
平面導波路型レーザ装置を作製する際には、レーザ媒質よりも小さな屈折率を有する上部クラッド、および、下部クラッドが、蒸着、光学接合、または光学接着剤などの方法により接合され、上部クラッド、レーザ媒質、下部クラッドが一体化した導波路として製造される。一体化された導波路に対して、端面箇所は光学研磨され、その後に光学研磨面に対してコーティングが施され、導波路面に垂直な方向から切断されることで、所望の大きさの平面導波路型レーザ素子が複数作製される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００９／１６７０３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
平面導波路型レーザ装置の作製過程において、導波路の端面、つまりレーザ光の発振方向に対して垂直な方向の面を光学研磨する場合、面が歪むことがある。導波路端面の理想形状は、完全に垂直な形状であるが、これと比較して、端面の角度が増大することがある。この端面角度の増大がレーザ媒質にも及ぶ場合には、レーザの特性に影響することがある。すなわち、導波路を伝搬するレーザ光の波面が、端面において劣化し、光学的な損失が増大することにより、所望のレーザ特性が得られなくなるという課題がある。【０００７】
また、バー形状の平面型導波路レーザを切断して所望の大きさのレーザ素子にする切断行程では、例えば、ダイサーが用いられ、導波路面に垂直な方向から刃が入射されることで、導波路が切断される。既に端面にコーティングが施されている導波路に対して切断が行われる場合には、導波路端面からコーティング面が剥がれることがあり、素子作製歩留まりの低下につながることがある。したがって、従来の平面導波路型レーザ装置の作製過程では、光学研磨時に端面角度が増大すること、または、切断行程時に導波路端面からコーティング面が剥がれることで、所望のレーザ特性が得られるような素子を作製できないという課題があった。【０００８】
また、レーザ媒質として吸湿性のある材料が用いられる場合には、吸湿に伴うレーザ素子特性の変化が生じることがある。よって、平面導波路型レーザ装置は、湿度管理された環境で使用されることが必須であり、一般環境での保管が困難であることから、ハンドリングの煩雑さが課題となっていた。【０００９】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、平面導波路型レーザ装置の導波路端面の歪み抑制、コーティング面の導波路端面からの剥がれ現象防止、および、吸湿性のあるレーザ媒質の保管性向上を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係る平面導波路型レーザ装置は、平板状のレーザ媒質、レーザ媒質の上面に接合された上部クラッド、および、レーザ媒質の下面に接合された下部クラッドを有する導波路と、導波路の上面に接合された基板と、基板の、レーザ光の発振方向に対して垂直な端面の、導波路側の角部が面取りされた形状の凹部と、導波路の、レーザ光の発振方向に対して垂直な端面、および、基板の凹部に向き合う上面をひと続きに被覆するコーティングとを備えるものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、導波路に基板が接合され、かつ、コーティングが、導波路の、レーザ光の発振方向に対して垂直な端面、および、基板の凹部に向き合う上面をひと続きに被覆するようにしたので、光学研磨時の導波路端面の面歪みを防ぐことができ、コーティング面における光の波面の劣化を防ぐことで、光学的損失を低減することができる。さらに、導波路端面とコーティング面との密着性を向上させることで、導波路端面からコーティング面を剥がれにくくすることができる。さらに、吸湿性のある材料をレーザ媒質として用いた場合にも、湿気成分の流入を防ぎ、一般環境での保管に耐えやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１Ａは、この発明の実施の形態１に係る平面導波路型レーザ装置における導波路とコーティングとの関係を示す断面図、図１Ｂは上面図である。
【図２】図２Ａ〜図２Ｈは、実施の形態１に係る平面導波路型レーザ装置１の製造方法を示すプロセス図である。
【図３】図３Ａは、面歪みが発生した場合の導波路の形状を示す図であり、図３Ｂは、面歪みが発生していない理想的な導波路の形状を示す図である。
【図４】実施の形態１に係る平面導波路型レーザ装置の変形例を示す断面図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る平面導波路型レーザ装置における導波路とコーティングとの関係を示す断面図である。
【図６】図６Ａおよび図６Ｂは、実施の形態２に係る平面導波路型レーザ装置１の製造方法を示すプロセス図である。
【図７】実施の形態２に係る平面導波路型レーザ装置の変形例を示す断面図である。
【図８】図８Ａは、この発明の実施の形態３に係る平面導波路型レーザ装置を端面側から見た層構造を表す図であり、図８Ｂは側面から見た断面図である。
【図９】図９は、実施の形態３に係る平面導波路型レーザ装置の変形例を示す図である。
【図１０】図１０Ａおよび図１０Ｂは、実施の形態３に係る平面導波路型レーザ装置の変形例を示す図である。
【図１１】図１１Ａおよび図１１Ｂは、実施の形態３に係る平面導波路型レーザ装置の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１Ａは、この発明の実施の形態１に係る平面導波路型レーザ装置１における導波路２とコーティング７との関係を示す断面図である。図１Ｂは、この発明の実施の形態１に係る平面導波路型レーザ装置１における導波路２とコーティング７との関係を示す上面図である。図１Ｂにおいては基板６の図示を省略している。
【００１４】
なお、図中では、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向はそれぞれ以下の方向を意味している。
ｘ方向：光軸に対する垂直断面における、平面導波路型レーザ素子の幅方向を意味している。
ｙ方向：光軸に対する垂直断面における、平面導波路型レーザ素子の厚さ方向を意味している。
ｚ方向：光軸の方向を意味している。光軸は、レーザ光の発振方向を表す。
以降の図面においても、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向については、一貫して上記と同様に定めることにする。
【００１５】
図１Ａおよび図１Ｂに示すように、平面導波路型レーザ装置１は、レーザ媒質３、上部クラッド４、および下部クラッド５を有する導波路２と、基板６と、コーティング７とを備えている。
【００１６】
導波路２は、平板状のレーザ媒質３と、レーザ媒質３の上面に接合された上部クラッド４と、レーザ媒質３の下面に接合された下部クラッド５とを有する。レーザ媒質３、上部クラッド４、および下部クラッド５は、レーザ光の発振方向を表す光軸に対して垂直な方向に、積層されている。説明上、レーザ媒質３の一つの面を上面、その面に対向する面を下面と呼ぶに過ぎず、平面導波路型レーザ装置１の設置方向を限定するものではない。
【００１７】
レーザ媒質３は、光軸に垂直な端面の形状、つまりｘｙ平面の形状が、例えば長方形である。この端面は、典型的には、ｙ軸方向の厚さが数〜数十μｍ、ｘ軸方向の幅が数百μｍ〜数ｍｍの大きさである。
【００１８】
レーザ媒質３としては、Ｎｄ，Ｙｂ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｈｏ，Ｐｒなどの活性媒質を添加した結晶、セラミック、またはガラスなどの一般的な固体レーザ材料を使用することができる。固体レーザ材料は、レーザ発振または増幅を行うレーザ光の波長に合わせて好適なものが選択される。固体レーザ材料は、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：Ｇｌａｓｓ、Ｎｄ：ＹＶＯ４、Ｎｄ：ＧｄＶＯ４、Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＹＬＦ、Ｙｂ：ＫＧＷ、Ｅｒ：Ｇｌａｓｓ、Ｅｒ：ＹＡＧ、Ｅｒ／Ｙｂ：Ｇｌａｓｓ、Ｅｒ／Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｔｍ：ＹＡＧ、Ｔｍ：ＹＬＦ、Ｈｏ：ＹＡＧ、Ｈｏ：ＹＬＦ、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ、Ｐｒ：ＹＬＦ、または、Ｐｒ：Ｇｌａｓｓなどを用いることができる。
【００１９】
レーザ媒質３として、例えば、ガラスを母材とする吸湿性のある材料を用いることもできる。ガラスを母材とする吸湿性のあるレーザ媒質とは、例えば、Ｅｒ：ｐｈｏｓｐｈａｔｅ  ｇｌａｓｓ、Ｙｂ：ｐｈｏｓｐｈａｔｅ  ｇｌａｓｓ、Ｅｒ／Ｙｂ：ｐｈｏｓｐｈａｔｅ  ｇｌａｓｓ、または、Ｎｄ：ｐｈｏｓｐｈａｔｅ  ｇｌａｓｓである。
【００２０】
上部クラッド４および下部クラッド５は、レーザ媒質３に比べて、小さな屈折率を有する。上部クラッド４は、レーザ媒質３のｘｚ平面に平行な一つの面、つまり上面に接合されている。下部クラッド５は、レーザ媒質３のｘｚ平面に平行なもう一つの面、つまり下面に接合されている。なお、レーザ媒質３は、上部クラッド４の上側角部（つまり、導波路２の上面）から概ね２００μｍ以内のところに形成された構造となっている。
【００２１】
上部クラッド４および下部クラッド５は、例えば、光学材料を原料とした膜をスパッタ法、蒸着法またはＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などによって、レーザ媒質３上に成膜される。あるいは、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３と光学的に接合することで、上部クラッド４および下部クラッド５が形成される。あるいは、レーザ媒質３に比べて小さな屈折率を有する光学接着剤を、上部クラッド４および下部クラッド５として用いてもよい。
【００２２】
上記で挙げた上部クラッド４および下部クラッド５の形成方法のうち、蒸着等による成膜の方法を用いた場合には、クラッド厚さの制御が容易であり、精密な厚さの管理が可能となる。また、接合する場合と比較すると、成膜を用いた場合のほうが作製のプロセスが簡単であるので、複数の平面導波路型レーザ装置１を一括して作製する量産時には特に効果的である。
【００２３】
導波路２の上面には、基板６が接合されている。基板６の、光軸に垂直な端面、つまりｘｙ平面の、導波路２側の角部が面取りされて、凹部６ａが形成されている。図示はしないが、基板６の反対側の端面の、導波路２側の角部も面取りされて、凹部６ａが形成されている。面取りは例えばＣ面取りであり、Ｃ面取りの寸法は例えば数ｍｍ程度である。基板６は、上部クラッド４の上面に、例えば図示しない接合剤を介して接合されている。接合剤は、例えば、光学接着剤が用いられる。また光学接着剤に限らず、オプティカルコンタクトまたは拡散接合により、基板６が導波路２に接合されてもよい。基板６は、例えば、光学材料または金属が用いられる。また、基板６は、レーザ媒質３とほぼ同じ熱膨張率を有することが望ましい。ほぼ同じ熱膨張率となる材料が選定されることで、平面導波路型レーザ装置１の作製工程時の温度変化が生じたとき等に、レーザ媒質３と基板６とがほぼ同じ膨張をするので、熱膨張率の不整合による材料破壊等の問題を回避できる。
【００２４】
なお、導波路２の下面側は、図示しないヒートシンクに接合されていてもよい。ヒートシンクを接合することで、導波路２で発生する熱を排熱することができる。この場合、導波路２とヒートシンクとは接合剤によって接合されている。接合剤は、熱伝導率の高いものが好ましい。
【００２５】
導波路２の、光軸に対して垂直な端面、つまりｘｙ平面には、コーティング７が施されている。コーティング７は、平面導波路型レーザ装置１に所望の光学特性を持たせるためのものであり、誘電体多層膜である。多層膜は、一般的に、高屈折率の材料と低屈折率の材料とが交互に積層されることで作製される。また、多層膜は、所望の光学特性が得られるように、構成する材料の種類、材料の厚さ、および材料の層数等が、予め設計されている。誘電体多層膜の厚さは、数μｍ〜数十μｍ程度になっており、導波路２の端面に対して垂直なｚ軸方向に積層された構造となっている。
【００２６】
図１Ａの断面図に示すように、コーティング７は、導波路２の端面に積層していることに加えて、上部クラッド４側の上面に数μｍ〜数ｍｍ程度、回り込んだ構造となっている。この回り込んだ部分を、回り込み部７ａと呼ぶ。図１Ｂの上面図に示すように、導波路２を上から見たときには、ｚ軸方向に、回り込み部７ａが見えることになる。なお、図１Ｂでは基板６は図示を省略している。このように、コーティング７は、導波路２の端面、および、基板６の凹部６ａに向き合う上面をひと続きに被覆している。
【００２７】
次に、平面導波路型レーザ装置１におけるレーザ動作について説明する。図１Ａの紙面上、レーザ媒質３の左端から、ｚ軸方向に沿って、励起光が入射される。励起光は、ｚ軸方向に伝搬しながら、レーザ媒質３に吸収される。励起光がレーザ媒質３に吸収されることにより、活性媒質が励起されて反転分布が形成され、レーザ光に対して利得を発生する。レーザ媒質３内で発生した利得により、レーザ媒質３内を通過するレーザ光が増幅作用を受け、レーザ出力は増加する。出力が増加したレーザ光は、図１Ａの紙面上、レーザ媒質３の右端から外部へ発振する。
【００２８】
なお、レーザ種光を準備して、レーザ媒質３に導入し増幅を行うことで、平面導波路型レーザ装置１はレーザ増幅器になる。また、レーザ光の一部を反射する図示しない出力鏡を、光軸上にこの光軸に垂直となるように配置することで、平面導波路型レーザ装置１はレーザ発振器となる。平面導波路型レーザ装置１は、レーザ増幅器およびレーザ発振器を問わず、適用することが出来る。
【００２９】
次に、実施の形態１に係る平面導波路型レーザ装置１の製造方法を説明する。
レーザ媒質３は、厚さが数〜数十μｍであるため、単体で製造することは困難である。そこで、例えば、図２Ａ〜図２Ｈに示す方法により、平面導波路型レーザ装置１を製造する。
【００３０】
図２Ａにおいては、まず、レーザ媒質３の上面が研磨される。
【００３１】
図２Ｂにおいて、図２Ａで研磨されたレーザ媒質３の上面に、レーザ媒質３よりも小さな屈折率を有するクラッド材料が、オプティカルコンタクトまたは拡散接合等により、直接接合され、上部クラッド４が形成される。
あるいは、図２Ａで研磨された上面に、金属または光学材料で構成された基板６が、レーザ媒質３よりも小さな屈折率を有する光学接着剤により接合される。光学接着剤は、上部クラッド４である。また、基板６には凹部６ａが予め形成されてあるものとする。
あるいは、図２Ａで研磨された上面に、レーザ媒質３よりも小さな屈折率を有する光学膜が成膜される。光学膜は、上部クラッド４である。
【００３２】
図２Ｃにおいて、レーザ媒質３の下面が研磨される。この研磨時、レーザ媒質３は所望の厚さにされる。
【００３３】
図２Ｄにおいて、図２Ｃで研磨されたレーザ媒質３の下面に、レーザ媒質３よりも小さな屈折率を有するクラッドが、図２Ｂと同様の方法により接合され、下部クラッド５が形成される。これにより、レーザ媒質３、上部クラッド４、および、下部クラッド５を一体化した導波路２が製造される。
【００３４】
図２Ｅにおいて、導波路２の上面に、凹部６ａが予め形成された基板６が接合される。ただし、図２Ｂにおいてすでに基板６が接合されている場合、ここでの基板６の接合は不要である。
【００３５】
図２Ｆにおいて、導波路２と基板６の端面が、光学研磨される。また、図示しないが、対向する端面も光学研磨される。
【００３６】
図２Ｇにおいて、図２Ｆで研磨された導波路２の端面に、コーティング７が成膜される。このとき、導波路２の上面のうち、基板６の凹部６ａに向き合う部分にも、コーティング７が回り込み、回り込み部７ａが成膜される。また、図示しないが、対向する導波路２の端面と上面にも、同様に、コーティング７および回り込み部７ａが成膜される。
これにより、導波路２の、レーザ光の発振方向に対して垂直な端面、および、基板６の凹部６ａに向き合う上面をひと続きに被覆するコーティングが形成される。
【００３７】
図２Ｈにおいて、導波路２および基板６が切断され、所望の大きさの平面導波路型レーザ装置１が複数製作される。
【００３８】
図３Ａは、面歪みが発生した場合の導波路２の形状を示す図である。図３Ｂは、面歪みが発生していない理想的な導波路２の形状を示す図である。これら図３Ａおよび図３Ｂは、導波路２を伝搬するレーザ光の面歪みによる影響を示す概念図である。
図２Ｆに示した研磨工程において、研磨面の角部に、面歪みを生じる可能性がある。図３Ａのように、基板６が接合されていない導波路２においては、導波路２の端面が研磨面に相当するため、上部クラッド４の上側の角部Ａと、下部クラッド５の下側の角部Ｂに、面歪みが生じる可能性がある。面歪みが生じた場合には、レーザ媒質３の端面Ｃの角度が増大する。端面Ｃの角度とは、ｚ軸方向に対して垂直なｘｙ平面を基準とし、その基準面に対する傾斜角度である。端面Ｃの角度が増大すると、端面Ｃの形状が、理想的な垂直な形状ではなくなる。すると、導波路２を伝搬するレーザ光は、端面Ｃで反射される際に、波面が劣化する。そのため、レーザ光の光学的損失が増大し、所望の特性が得られなくなる。
【００３９】
これに対し、図３Ｂのように、基板６が接合されている導波路２においては、研磨面の角部に相当するのは、基板６の上側の角部Ｄと、下部クラッド５の下側の角部Ｂであり、これらの角部Ｄ，Ｂでは面歪みが生じる可能性がある。一方で、上部クラッド４の上側の角部Ａからレーザ媒質３にかけての領域は、基板６が接合されたことで、面歪みの発生が大きく緩和される。よって、レーザ特性に直接影響を与えるレーザ媒質３の端面Ｃは、角度が増大せず、理想的な垂直な形状を維持できる。そのため、レーザ光の光学的損失が抑制され、所望の特性を得ることができる。
【００４０】
また、図１Ａに示したように、実施の形態１の平面導波路型レーザ装置１は、コーティング７の回り込み部７ａが導波路２の上面に回り込んでいるために、導波路２の端面とコーティング７との密着性が向上する。コーティング７の密着力をとりわけ、導波路２の上部クラッド４からレーザ媒質３にかけての領域で高めることができる。そのため、図２Ｈの切断工程で、導波路２の端面からコーティング７が剥がれにくくなる。よって、歩留まりの悪化を低減でき、安定した平面導波路型レーザ装置１の製造方法を実現することができる。
これに対し、コーティング７の回り込み部７ａが導波路２の上面に回り込んでいない場合、導波路２の端面とコーティング７との密着性が十分でないことに起因して、切断時に導波路２の端面からコーティング７が剥がれやすい。そのため、歩留まりが悪化し、安定した平面導波路型レーザ装置１の製造方法を実現することが困難である。
【００４１】
さらに、実施の形態１の平面導波路型レーザ装置１は、コーティング７の回り込み部７ａが導波路２の上面に回り込んでいるために、導波路２の端面とコーティング７との若干の隙間から流入する湿気成分を防ぐことが出来る。これにより、レーザ媒質３の吸湿を抑制できるため、一般環境での保管に耐えやすくなるという効果がある。
従来、レーザ媒質３として、例えば、ガラスを母材とする吸湿性のある材料を用いた場合には、長期保管に適さず、湿度管理された環境が必要であり、一般環境での保管が困難であった。これに対し、実施の形態１の平面導波路型レーザ装置１は、レーザ媒質３の吸湿を抑制できるため、一般環境での保管に耐えやすくなるという効果に加え、レーザ媒質３に吸湿性のある材料を使用することができるという効果もある。
【００４２】
以上のように、実施の形態１に係る平面導波路型レーザ装置１は、平板状のレーザ媒質３、レーザ媒質３の上面に接合された上部クラッド４、および、レーザ媒質３の下面に接合された下部クラッド５を有する導波路２と、導波路２の上面に接合された基板６と、基板６の、レーザ光の発振方向に対して垂直な端面の、導波路２側の角部が面取りされた形状の凹部６ａと、導波路２の、レーザ光の発振方向に対して垂直な端面、および、基板６の凹部６ａに向き合う上面をひと続きに被覆するコーティング７とを備える構成である。この構成により、光学研磨時の導波路２の端面の面歪みを防ぐことができ、コーティング面における光の波面の劣化を防ぐことで、光学的損失を低減することができる。さらに、導波路２の端面とコーティング７との密着性を向上させることで、導波路２の端面からコーティング７を剥がれにくくすることができる。さらに、吸湿性のある材料をレーザ媒質３として用いた場合にも、湿気成分の流入を防ぎ、一般環境での保管に耐えやすくなる。以上により、平面導波路型レーザ装置１の作製時の歩留まり改善、安定した製造方法の確立、および、吸湿性のあるレーザ媒質３を用いた平面導波路型レーザ装置１の取り扱いの簡便化が可能となる。
【００４３】
また、実施の形態１では、コーティング７が、導波路２の上面のみに回り込む構成であったが、導波路２の下面に回り込む構成であってもよいし、導波路２の上面と下面の両方に回り込む構成であってもよい。
【００４４】
ここで、図４の断面図に、実施の形態１に係る平面導波路型レーザ装置１の変形例を示す。図４の例では、導波路２の端面を被覆するコーティング７は、導波路２の上面に回り込む回り込み部７ａと、導波路２の下面に回り込む回り込み部７ｂとを備えている。
コーティング７が導波路２の上面と下面の両方に回り込む構成である場合、上部クラッド４の上側面および下部クラッド５の下側面の両方において、導波路２の端面とコーティング７との密着性が高まる。従って、コーティング７が導波路２の上面のみに回り込む構成と比較して、導波路２の端面とコーティング７との密着性がさらに高くなるという効果がある。
さらに、レーザ媒質３として、先に述べた吸湿性のある材料を用いた場合には、下部クラッド５の下側面とコーティング７との密着性が高まることで、ここから流入する湿気成分が減少する。従って、コーティング７が導波路２の上面のみに回り込む構成と比較して、レーザ媒質３の吸湿性の抑制および一般環境での保管のしやすさが、一層向上するという効果がある。
【００４５】
また、実施の形態１によれば、レーザ媒質３を吸湿性のある材料で構成した場合にも、コーティング７を導波路２の上面に回り込ませることにより、導波路２の端面とコーティング７との隙間からの吸湿を低減することが可能である。防湿効果が高まることで、平面導波路型レーザ装置１の信頼性を向上させることができる。防湿性のある材料とは、例えば、Ｅｒ：ｐｈｏｓｐｈａｔｅ  ｇｌａｓｓ、Ｙｂ：ｐｈｏｓｐｈａｔｅ  ｇｌａｓｓ、Ｅｒ／Ｙｂ：ｐｈｏｓｐｈａｔｅ  ｇｌａｓｓ、または、Ｎｄ：ｐｈｏｓｐｈａｔｅ  ｇｌａｓｓである。
【００４６】
また、実施の形態１によれば、基板６の熱膨張率と、レーザ媒質３の熱膨張率とを同じにすることにより、平面導波路型レーザ装置１の製造時において温度変化に伴う熱膨張の割合が同等となる。そのため、熱膨張率の不整合による、材料破壊等の問題を回避できる。
【００４７】
また、実施の形態１によれば、上部クラッド４または下部クラッド５の少なくとも一方が、レーザ媒質３に対して蒸着によって成膜される場合には、精密なクラッドの厚さ制御が可能である。
【００４８】
実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２に係る平面導波路型レーザ装置１における導波路２とコーティング７との関係を示す断面図である。図５において図１Ａと同一または相当する部分は、同一の符号を付し説明を省略する。
【００４９】
実施の形態２に係る平面導波路型レーザ装置１が、図１Ａに示した実施の形態１に係る平面導波路型レーザ装置１と異なる点は、コーティング７が、基板６の凹部６ａおよび基板６の端面を被覆する基板コーティング部７ｃを有している点である。
【００５０】
次に、実施の形態２に係る平面導波路型レーザ装置１の製造方法について説明する。
まず、図２Ａ〜図２Ｆで説明した手順までは、実施の形態１と同様である。それ以降の手順は異なるため、実施の形態２において異なる手順のみを、図６Ａおよび図６Ｂを用いて順に説明する。つまり、実施の形態２に係る平面導波路型レーザ装置１の製造方法は、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄ、図２Ｅ、図２Ｆ、図６Ａ、図６Ｂの順である。
【００５１】
図６Ａにおいて、基板６が接合された導波路２の端面に、コーティング７が成膜される。このとき、導波路２の上面のうち、基板６の凹部６ａに向き合う部分にも、コーティング７が回り込み、回り込み部７ａが成膜される。さらに、基板６の凹部６ａ、および基板６の端面にも、コーティング７が回り込み、基板コーティング部７ｃが成膜される。また、図示しないが、対向する導波路２の端面と上面、および基板６の凹部６ａと端面にも、同様に、コーティング７、回り込み部７ａおよび基板コーティング部７ｃが成膜される。
これにより、導波路２の、レーザ光の発振方向に対して垂直な端面、および、基板６の凹部６ａに向き合う上面に加えて、基板６の凹部６ａ、および、基板６の端面もひと続きに被覆するコーティングが形成される。
【００５２】
図６Ｂにおいて、導波路２および基板６が切断され、所望の大きさの平面導波路型レーザ装置１が複数製作される。
【００５３】
実施の形態２の平面導波路型レーザ装置１は、実施の形態１と同様、導波路２に基板６が接合された状態で研磨される。そのため、上部クラッド４の上側の角部からレーザ媒質３にかけての領域は、面歪みの発生が大きく緩和される。よって、レーザ光の光学的損失が抑制され、所望の特性を得ることができる。
【００５４】
また、図５に示したように、実施の形態２の平面導波路型レーザ装置１は、コーティング７の基板コーティング部７ｃが導波路２の上面と基板６の凹部６ａとの隙間に回り込んでいるために、導波路２の端面とコーティング７との密着性が向上し、切断時に、導波路２の端面からコーティング７が剥がれにくくなる。よって、歩留まりの悪化を低減でき、安定した平面導波路型レーザ装置１の製造方法を実現することができる。
【００５５】
さらに、実施の形態２の平面導波路型レーザ装置１は、コーティング７の基板コーティング部７ｃが導波路２の上面と基板６の凹部６ａとの隙間に回り込んでいるために、導波路２の端面とコーティング７との若干の隙間から流入する湿気成分を防ぐことが出来る。これにより、レーザ媒質３の吸湿を抑制できるため、一般環境での保管に耐えやすくなるという効果がある。加えて、レーザ媒質３に吸湿性のある材料を使用することができるという効果もある。
【００５６】
以上のように、実施の形態２に係る平面導波路型レーザ装置１は、コーティング７は、導波路２の、レーザ光の発振方向に対して垂直な端面、および、基板６の凹部６ａに向き合う上面に加えて、基板６の凹部６ａおよび基板６の端面もひと続きに被覆する構成である。この構成により、光学研磨時の導波路２の端面の面歪みを防ぐことができ、コーティング面における光の波面の劣化を防ぐことで、光学的損失を低減することができる。さらに、導波路２の端面とコーティング７との密着性を向上させることで、導波路２の端面からコーティング７を剥がれにくくすることができる。さらに、吸湿性のある材料をレーザ媒質３として用いた場合にも、湿気成分の流入を防ぎ、一般環境での保管に耐えやすくなる。以上により、平面導波路型レーザ装置１の作製時の歩留まり改善、安定した製造方法の確立、および、吸湿性のあるレーザ媒質３を用いた平面導波路型レーザ装置１の取り扱いの簡便化が可能となる。
【００５７】
また、実施の形態２では、コーティング７が、上部クラッド４および基板６側に回り込む構成であったが、導波路２の下面に回り込む構成であってもよいし、導波路２の上面と下面の両方に回り込む構成であってもよい。
さらに、コーティング７が、基板６の端面だけでなく、基板６の上面側に回り込む構成であってもよい。
【００５８】
ここで、図７の断面図に、実施の形態２に係る平面導波路型レーザ装置１の変形例を示す。図７の例では、導波路２の端面を被覆するコーティング７は、導波路２の上面に回り込む回り込み部７ａと、基板６の端面に回り込む基板コーティング部７ｃと、基板６の上面に回り込む基板回り込み部７ｄとを備えている。コーティング７が基板６の上面に回り込む構成である場合、基板６の上面とコーティング７との密着性が高まることは明らかである。
【００５９】
また、実施の形態１，２では、導波路２または基板６の、レーザ光の発振方向に対して垂直な端面に、コーティング７を成膜する場合の構成を示したが、これ以外の面に成膜されたコーティングに対して実施の形態１，２の構成を適用してもよい。即ち、例えば図１Ａでは導波路２の一方のｘｙ平面に成膜されたコーティング７に対して実施の形態１，２を適用した構成を示したが、導波路２のもう一方のｘｙ平面にコーティング７が成膜される場合にそのコーティング７に対して実施の形態１，２を適用してもよいし、導波路２のｙｚ平面にコーティング７が成膜される場合にそのコーティング７に対して実施の形態１，２を適用してもよい。その場合、実施の形態１，２と同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００６０】
また、実施の形態１，２では、平面導波路型レーザ装置１を、利得を有するレーザ媒質３をコアとした平面導波路型レーザ発振器、または、平面導波路型レーザ増幅器に適用する例を述べたが、これ以外にも、平面導波路型レーザ装置１を、平面導波路型構成の光学素子に対して広く適用することができる。
例えば、コアとして、レーザ媒質３の代わりに、レーザ光を導波することのできる略透明な光学材料が用いられていてもよい。あるいは、コアとして、入射されたレーザ光を波長変換するための、分極反転されている非線形材料が用いられていてもよい。あるいは、コアとして、体積ブラッググレーティング（Ｖｏｌｕｍｅ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ）などの回析素子が用いられていてもよい。
こうした材料をコア材料に用いて、平面導波路型の光学素子を作製する場合に、実施の形態１，２の構成を適用することで、実施の形態１，２と同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００６１】
また、実施の形態１，２で述べた基板６を採用することにより、導波路２の耐性を上げることができる。特に上部クラッド４、レーザ媒質３、および、下部クラッド５により構成される導波路２の厚さが薄い場合には、導波路２としての耐性が上がるだけでなく、導波路２のハンドリングのしやすさも向上するというさらなる効果が生じる。
【００６２】
また、実施の形態１，２では、凹部６ａを有する基板６が、上部クラッド４側に接合される構成であったが、この構成に限定するものではなく、凹部６ａを有する基板６が、下部クラッド５側に接合される構成であってもよい。この場合、端面研磨時に、下部クラッド５の下側の角部からレーザ媒質３にかけての領域において、面歪みが生じるのを防止することが出来る効果がある。
【００６３】
実施の形態３．
実施の形態１，２の平面導波路型レーザ装置１は、レーザ媒質３の形状が平板状であり、レーザ媒質３の幅方向が上部クラッド４および基板６と同寸法の構成であったが、この構成に限定されるものではなく、レーザ媒質３における上面または下面のうちの一方に、リッジ構造が設けられた構成であってもよい。
【００６４】
図８Ａは、この発明の実施の形態３に係る平面導波路型レーザ装置１を端面側から見た層構造を表す図である。ただし、図８Ａにおいてコーティング７の図示を省略している。図８Ｂは、この発明の実施の形態３に係る平面導波路型レーザ装置１における導波路２とコーティング７との関係を示す断面図である。図８Ａおよび図８Ｂにおいて図５と同一または相当する部分は、同一の符号を付し説明を省略する。
【００６５】
実施の形態３に係る平面導波路型レーザ装置１が、図５に示した実施の形態２に係る平面導波路型レーザ装置１と異なる点は、レーザ媒質３の上面に凸形状３ａが形成されている点である。また、上部クラッド４は、凸形状３ａの上面に形成されている。
なお、図８Ａおよび図８Ｂの例では、凸形状３ａがレーザ媒質３の上面に形成された構成であるが、この構成に限定されるものではなく、例えばレーザ媒質３の下面に形成された構成であってもよい。
【００６６】
レーザ媒質３が凸形状３ａを有する導波路は、実施の形態１，２に示したような凹凸のない導波路２に対して、特にリッジ導波路２−１と呼ばれている。リッジ導波路２−１の場合、凸形状３ａにおける等価屈折率が、レーザ媒質３の凸形状３ａ以外の部分における等価屈折率よりも大きくなっている。このため、光軸であるｚ軸方向に垂直なｘｙ平面において、２方向の光を閉じ込めて、導波させる構造となっている。また、凸形状３ａを有するレーザ媒質３は、モードフィールド径が小さく、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、高効率な増幅と発振動作の実現が可能であるという特徴がある。
【００６７】
なお、リッジ導波路２−１の製造方法は、詳細な説明は省略するが、図２Ｄで説明した工程により導波路２が作製された後、図示しないエッチング工程において、上部クラッド４およびレーザ媒質３が彫り込まれて、図８Ａに示すような凸形状３ａが形成されたリッジ導波路２−１になる。その後、図２Ｅと同様に、リッジ導波路２−１に基板６が接合される。
【００６８】
なお、リッジ導波路２−１の構造については、図８Ａと図８Ｂを用いて説明したが、その構造はこの図に限定されるものではない。図９、図１０Ａと図１０Ｂ、および、図１１Ａと図１１Ｂに、実施の形態３に係る平面導波路型レーザ装置１におけるリッジ導波路２−１の変形例を示す。
【００６９】
例えば、図９に示すように、リッジ導波路２−１は、凸形状３ａが複数あり、この凸形状３ａの上面に基板６が接合された構成であってもよい。この場合、基板６と上部クラッド４間の接合面積が広くなるために、安定した接合が可能であるという効果を有する。なお、凸形状３ａを複数有する本構成において、凸形状３ａの個数は図９に限定されるものではなく、例えば５個または１０個の凸形状３ａを有してもよいことは言うまでもない。また、後述する図１０Ａと図１０Ｂ、および図１１Ａと図１１Ｂにおいて、リッジ導波路２−１が複数の凸形状３ａを有してもよいことは言うまでもない。
【００７０】
また、例えば、図１０Ａと図１０Ｂに示すように、リッジ導波路２−１と基板６とを接着剤１０を用いて接着しても良い。より詳細に述べると、基板６と凸形状３ａの上面との間、および基板６とレーザ媒質３の凹形状上面との間を、接着剤１０を用いて接着しても良い。ここで、使用する接着剤１０は、透過性の良い光学接着剤を使用することが望ましい。ただし、それに限定されるものではない。本構成では、接着剤１０によってリッジの凹形状空間を埋め込むことが出来るため、固定面積が広くなり、安定した接合が可能であるという効果を有する。
【００７１】
また、図１１Ａと図１１Ｂに示すように、リッジ導波路２−１の上面全体にクラッドを蒸着することによって成膜クラッド１１を形成し、その後接着剤１０により、基板６を接着してもよい。より詳細に述べると、リッジ導波路２−１の凸形状３ａの上面および側面とレーザ媒質３の凹形状上面とに、成膜クラッド１１を形成する。成膜クラッド１１は、レーザ媒質３の屈折率より小さな屈折率を有する材料を用いる。その後、基板６と成膜クラッド１１との間を、接着剤１０を用いて接着する。なお、リッジ導波路２−１を伝搬するレーザ光の一部が接着剤１０に漏れ出ることで、これに起因した劣化を生じることがある。成膜クラッド１１が設けられていることで、レーザ光の一部が接着剤１０に漏れ出るのを防ぐことが出来、結果として接着剤１０の劣化を防ぐことができる。さらに、レーザ媒質３の上面が、成膜クラッド１１により覆われることとなるため、レーザ媒質３の上面に対する湿気の流入を防ぐことができ、吸湿性のあるレーザ媒質３に対して防湿効果がある。
【００７２】
以上の説明では、実施の形態２に係る平面導波路型レーザ装置１の導波路２をリッジ導波路２−１に変形する例を示したが、これに限定されるものではなく、実施の形態１に係る平面導波路型レーザ装置１の導波路２をリッジ導波路２−１に変形してもよい。
【００７３】
なお、本発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、各実施の形態の任意の構成要素の変形、または各実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
この発明に係る平面導波路型レーザ装置は、光学損失の少ない導波路を実現するようにしたので、平面導波路型レーザ発振器、および平面導波路型レーザ増幅器等などに用いるのに適している。
【符号の説明】
【００７５】
１  平面導波路型レーザ装置、２  導波路、２−１  リッジ導波路、３  レーザ媒質、３ａ  凸形状、４  上部クラッド、５  下部クラッド、６  基板、６ａ  凹部、７  コーティング、７ａ，７ｂ  回り込み部、７ｃ  基板コーティング部、７ｄ  基板回り込み部、１０  接着剤、１１  成膜クラッド。
【図１】
2018020641.tif 000003
【図２】
2018020641.tif 000004
【図３】
2018020641.tif 000005
【図４】
2018020641.tif 000006
【図５】
2018020641.tif 000007
【図６】
2018020641.tif 000008
【図７】
2018020641.tif 000009
【図８】
2018020641.tif 000010
【図９】
2018020641.tif 000011
【図１０】
2018020641.tif 000012
【図１１】
2018020641.tif 000013
【国際調査報告】
2018020641.tif 000014
2018020641.tif 000015
2018020641.tif 000016
2018020641.tif 000017