(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状をなし、光軸に対して垂直な面の厚さ方向に導波路構造を有するレーザ媒質と、
前記レーザ媒質の光軸上に、当該レーザ媒質に近接して配置され、前記レーザ媒質の導波路構造と同じ方向に導波路構造を有し、前記光軸および前記厚さ方向に垂直な方向に単一または周期的なレンズ効果を有する第１の非線形材料と、
前記第１の非線形材料の一面に接合されたクラッドと、
前記第１の非線形材料の一面側に前記クラッドを介して接合されたヒートシンクと、
前記第１の非線形材料の光軸上に、当該第１の非線形材料に近接して配置され、前記レーザ媒質の導波路構造と同じ方向に導波路構造を有する第２の非線形材料とを備え、
レーザ発振は、前記レーザ媒質の導波路モードで発振するレーザ発振と、前記第１の非線形材料の単一または周期的なレンズ効果で形成される共振器モードで発振するレーザ発振とを有し、
前記第１の非線形材料および第２の非線形材料に入射した基本波レーザ光が異なる波長のレーザ光に変換されて出力され、
前記レンズ効果を有する第１の非線形材料は、当該第１の非線形材料内の屈折率分布により単一または周期的なレンズ効果を生成し、
前記クラッドに対する前記ヒートシンクの接合面は、前記光軸に垂直な断面内で櫛構造を有し、前記第１の非線形材料内の屈折率分布は、前記櫛構造の櫛歯の先端を前記クラッドに接合して発生する周期的な温度分布で生成し、
前記第１の非線形材料は、当該第１の非線形材料の前記ヒートシンクが接合されている面に対向する面に接合された前記クラッドを有し、当該クラッドは、所望の熱レンズ効果が得られるように吸収損失が調節されていることを特徴とするモード制御平面導波路型レーザ装置。
【請求項２】
平板状をなし、光軸に対して垂直な面の厚さ方向に導波路構造を有するレーザ媒質と、
前記レーザ媒質の光軸上に、当該レーザ媒質に近接して配置され、前記レーザ媒質の導波路構造と同じ方向に導波路構造を有する第１の非線形材料と、
前記第１の非線形材料の光軸上に、当該第１の非線形材料に近接して配置され、前記レーザ媒質の導波路構造と同じ方向に導波路構造を有し、前記光軸および前記厚さ方向に垂直な方向に単一または周期的なレンズ効果を有する第２の非線形材料と、
前記第２の非線形材料の一面に接合されたクラッドと、
前記第２の非線形材料の一面側に前記クラッドを介して接合されたヒートシンクとを備え、
レーザ発振は、前記レーザ媒質の導波路モードで発振するレーザ発振と、前記第２の非線形材料の単一または周期的なレンズ効果で形成される共振器モードで発振するレーザ発振とを有し、
前記第１の非線形材料および第２の非線形材料に入射した基本波レーザ光が異なる波長のレーザ光に変換されて出力され、
前記レンズ効果を有する第２の非線形材料は、当該第２の非線形材料内の屈折率分布により単一または周期的なレンズ効果を生成し、
前記クラッドに対する前記ヒートシンクの接合面は、前記光軸に垂直な断面内で櫛構造を有し、前記第２の非線形材料内の屈折率分布は、前記櫛構造の櫛歯の先端を前記クラッドに接合して発生する周期的な温度分布で生成し、
前記第２の非線形材料は、当該第２の非線形材料の前記ヒートシンクが接合されている面に対向する面に接合された前記クラッドを有し、当該クラッドは、所望の熱レンズ効果が得られるように吸収損失が調節されていることを特徴とするモード制御平面導波路型レーザ装置。
【請求項３】
平板状をなし、光軸に対して垂直な面の厚さ方向に導波路構造を有するレーザ媒質と、
前記レーザ媒質の光軸上に、当該レーザ媒質に近接して配置され、前記レーザ媒質の導波路構造と同じ方向に導波路構造を有し、前記光軸および前記厚さ方向に垂直な方向に単一または周期的なレンズ効果を有する非線形材料と、
前記非線形材料の一面に接合されたクラッドと、
前記非線形材料の一面側に前記クラッドを介して接合されたヒートシンクとを備え、
レーザ発振は、前記レーザ媒質の導波路モードで発振するレーザ発振と、前記非線形材料の単一または周期的なレンズ効果で形成される共振器モードで発振するレーザ発振とを有し、
前記非線形材料に入射した基本波レーザ光が異なる波長のレーザ光に変換されて出力され、
前記レンズ効果を有する非線形材料は、当該非線形材料内の屈折率分布により単一または周期的なレンズ効果を生成し、
前記クラッドに対する前記ヒートシンクの接合面は、前記光軸に垂直な断面内で櫛構造を有し、非線形材料内の屈折率分布は、前記櫛構造の櫛歯の先端を前記クラッドに接合して発生する周期的な温度分布で生成し、
前記非線形材料は、当該非線形材料の前記ヒートシンクが接合されている面に対向する面に接合された前記クラッドを有し、当該クラッドは、所望の熱レンズ効果が得られるように吸収損失が調節されていることを特徴とするモード制御平面導波路型レーザ装置。
【請求項４】
平板状をなし、光軸に対して垂直な面の厚さ方向に導波路構造を有するレーザ媒質と、
前記レーザ媒質の光軸上に、当該レーザ媒質に近接して配置され、前記レーザ媒質の導波路構造と同じ方向に導波路構造を有し、前記光軸および前記厚さ方向に垂直な方向に単一または周期的なレンズ効果を有する第１の非線形材料と、
前記第１の非線形材料の一面に接合されたクラッドと、
前記第１の非線形材料の一面側に前記クラッドを介して接合されたヒートシンクと、
前記第１の非線形材料の光軸上に、当該第１の非線形材料に近接して配置され、前記レーザ媒質の導波路構造と同じ方向に導波路構造を有する第２の非線形材料とを備え、
レーザ発振は、前記レーザ媒質の導波路モードで発振するレーザ発振と、前記第１の非線形材料の単一または周期的なレンズ効果で形成される共振器モードで発振するレーザ発振とを有し、
前記第１の非線形材料および第２の非線形材料に入射した基本波レーザ光が異なる波長のレーザ光に変換されて出力され、
前記レンズ効果を有する第１の非線形材料は、当該第１の非線形材料内の屈折率分布により単一または周期的なレンズ効果を生成し、
前記ヒートシンクの接合面は前記光軸に垂直な断面内で周期的な凸凹構造を有し、前記ヒートシンクよりも小さな熱伝導率を有する接合剤で前記クラッドに接合され、前記第１の非線形材料内の屈折率分布は、前記接合剤の厚さの差で発生する周期的な温度分布で生成し、
前記第１の非線形材料は、当該第１の非線形材料の前記ヒートシンクが接合されている面に対向する面に接合された前記クラッドを有し、当該クラッドは、所望の熱レンズ効果が得られるように吸収損失が調節されていることを特徴とするモード制御平面導波路型レーザ装置。
【請求項５】
平板状をなし、光軸に対して垂直な面の厚さ方向に導波路構造を有するレーザ媒質と、
前記レーザ媒質の光軸上に、当該レーザ媒質に近接して配置され、前記レーザ媒質の導波路構造と同じ方向に導波路構造を有する第１の非線形材料と、
前記第１の非線形材料の光軸上に、当該第１の非線形材料に近接して配置され、前記レーザ媒質の導波路構造と同じ方向に導波路構造を有し、前記光軸および前記厚さ方向に垂直な方向に単一または周期的なレンズ効果を有する第２の非線形材料と、
前記第２の非線形材料の一面に接合されたクラッドと、
前記第２の非線形材料の一面側に前記クラッドを介して接合されたヒートシンクとを備え、
レーザ発振は、前記レーザ媒質の導波路モードで発振するレーザ発振と、前記第２の非線形材料の単一または周期的なレンズ効果で形成される共振器モードで発振するレーザ発振とを有し、
前記第１の非線形材料および第２の非線形材料に入射した基本波レーザ光が異なる波長のレーザ光に変換されて出力され、
前記レンズ効果を有する第２の非線形材料は、当該第２の非線形材料内の屈折率分布により単一または周期的なレンズ効果を生成し、
前記ヒートシンクの接合面は前記光軸に垂直な断面内で周期的な凸凹構造を有し、前記ヒートシンクよりも小さな熱伝導率を有する接合剤で前記クラッドに接合され、前記第２の非線形材料内の屈折率分布は、前記接合剤の厚さの差で発生する周期的な温度分布で生成し、
前記第２の非線形材料は、当該第２の非線形材料の前記ヒートシンクが接合されている面に対向する面に接合された前記クラッドを有し、当該クラッドは、所望の熱レンズ効果が得られるように吸収損失が調節されていることを特徴とするモード制御平面導波路型レーザ装置。
【請求項６】
平板状をなし、光軸に対して垂直な面の厚さ方向に導波路構造を有するレーザ媒質と、
前記レーザ媒質の光軸上に、当該レーザ媒質に近接して配置され、前記レーザ媒質の導波路構造と同じ方向に導波路構造を有し、前記光軸および前記厚さ方向に垂直な方向に単一または周期的なレンズ効果を有する非線形材料と、
前記非線形材料の一面に接合されたクラッドと、
前記非線形材料の一面側に前記クラッドを介して接合されたヒートシンクとを備え、
レーザ発振は、前記レーザ媒質の導波路モードで発振するレーザ発振と、前記非線形材料の単一または周期的なレンズ効果で形成される共振器モードで発振するレーザ発振とを有し、
前記非線形材料に入射した基本波レーザ光が異なる波長のレーザ光に変換されて出力され、
前記レンズ効果を有する非線形材料は、当該非線形材料内の屈折率分布により単一または周期的なレンズ効果を生成し、
前記ヒートシンクの接合面は前記光軸に垂直な断面内で周期的な凸凹構造を有し、前記ヒートシンクよりも小さな熱伝導率を有する接合剤で前記クラッドに接合され、前記非線形材料内の屈折率分布は、前記接合剤の厚さの差で発生する周期的な温度分布で生成し、
前記非線形材料は、当該非線形材料の前記ヒートシンクが接合されている面に対向する面に接合された前記クラッドを有し、当該クラッドは、所望の熱レンズ効果が得られるように吸収損失が調節されていることを特徴とするモード制御平面導波路型レーザ装置。
【請求項７】
前記櫛構造の櫛歯の間は、前記ヒートシンクよりも熱伝導度の小さな熱絶縁材料により埋められており、前記非線形材料内の屈折率分布は、前記櫛歯の先端と前記熱絶縁材料の熱伝導度の差で発生する周期的な温度分布で生成することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のモード制御平面導波路型レーザ装置。
【請求項８】
前記非線形材料は、当該非線形材料の前記ヒートシンクが接合されている面に対向する面に接合されたクラッドと、当該クラッドの上面に接合された吸収層とを有し、前記クラッドの厚さが、前記レーザ光の前記クラッドへの染み出し距離よりも短いことを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか１項記載のモード制御平面導波路型レーザ装置。
【請求項９】
前記吸収層は、クロム、チタンのいずれかであることを特徴とする請求項８記載のモード制御平面導波路型レーザ装置。
【請求項１０】
前記非線形材料は、当該非線形材料の前記ヒートシンクが接合されている面に対向する面に接合されたクラッドと、当該クラッドの上面に接合された発熱体を有することを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか１項記載のモード制御平面導波路型レーザ装置。
【請求項１１】
前記レーザ媒質は半導体レーザであることを特徴とする請求項１から請求項１０のうちのいずれか１項記載のモード制御平面導波路型レーザ装置。
【請求項１２】
前記レーザ媒質は、当該レーザ媒質に近接して配置された半導体レーザにより励起されて利得を発生する固体レーザ媒質であることを特徴とする請求項１から請求項１０のうちのいずれか１項記載のモード制御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、例えば、加工用レーザ装置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構造を有するモード制御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。
【０００３】
平面導波路型レーザの光は、導波路厚さ方向は導波モードとして発振するが、水平方向は空間モードとして発振する。そのため、平面導波路型レーザでは水平方向の共振器モードの制御が課題であった。
【０００４】
例えば特許文献１に開示されている従来の平面導波路型レーザにおける水平方向のモード制御方法を図１４に示す。図１４に示す平面導波路型レーザは、平面導波路型構造を有するレーザ媒質１０２と、レーザ媒質１０２の端面１０２ａに近接配置された半導体レーザ１０１と、レーザ媒質１０２の端面１０２ｂに近接配置された導波路構造を有する非線形材料１０３とから構成されている。レーザ媒質１０２のｘ−ｘ’断面を図１５に示す。レーザ媒質１０２の下面にはクラッド１０５が接合されており、櫛形状を有するヒートシンク１０６の櫛歯１０７の上面と、クラッド１０５の下面が、接合剤１０８によって接合されている。半導体レーザ１０１によって励起された、レーザ媒質１０２中で発生した、基本波レーザ光１１１は、非線形材料１０３中で第二高調波１１２に変換される。端面１０２ａおよび１０３ｂには、基本波レーザ光１１１に対して、全反射コーティングが施されており、基本波レーザ光１１１は、端面１０２ａと１０３ｂの間で発振する。このときレーザ媒質１０２中で発生した熱は、ヒートシンク１０６を介して排熱されるが、櫛歯１０７によって熱が伝わるため、図１５に示すように、櫛歯１０７の上と、櫛歯１０７と櫛歯１０７の中心部とでは排熱効率が異なり、熱分布が生じる。この櫛歯１０７によって生じる熱分布により、屈折率分布が生じ、熱レンズ１０９が発生する。この熱レンズ１０９が基本波の共振器内部に存在することにより、基本波の水平方向の共振器モードは安定する。また櫛歯の幅や間隔を変えることにより、熱レンズを調節でき、共振器モードを制御できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００６／１０３７６７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１６に示すように、非線形材料１０３の端面１０３ｂ側に、もう一つ非線形材料１０４を備えて、さらに波長変換するレーザ構成を考える。図１６に示す平面導波路型レーザの動作は、非線形材料１０３における第二高調波発生までは図１４に示す平面導波路型レーザと同じである。非線形材料１０３中で第二高調波へ変換されなかった基本波レーザ光１１１と、非線形材料１０３中で発生した第二高調波１１２は、非線形材料１０４中で和周波により第三高調波１１３へ変換される。このとき、基本波レーザ光１１１は端面１０２ａと端面１０４ｂによって形成される共振器内で発振し、第二高調波１１２は端面１０３ａと端面１０４ｂによって形成される共振器内部に閉じ込められる。熱レンズ１０９は基本波レーザ光の共振器内部に存在するが、第二高調波１１２の共振器内部には存在しない。そのために、図１６中の点線で示すように、わずかなアライメントずれにより第二高調波１１２が発振しない、第二高調波１１２と基本波レーザ光１１１の光軸がずれるため和周波発生効率が低下する、という問題点があった。
【０００７】
この発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、共振器モードを安定させ、効率の良いレーザ光が得られるモード制御平面導波路型レーザ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係るモード制御平面導波路型レーザ装置は、平板状をなし、光軸に対して垂直な面の厚さ方向に導波路構造を有するレーザ媒質と、レーザ媒質の光軸上に、レーザ媒質に近接して配置され、レーザ媒質の導波路構造と同じ方向に導波路構造を有し、光軸および厚さ方向に垂直な方向に単一または周期的なレンズ効果を有する第１の非線形材料と、第１の非線形材料の一面に接合されたクラッドと、第１の非線形材料の一面側にクラッドを介して接合されたヒートシンクと、第１の非線形材料の光軸上に、第１の非線形材料に近接して配置され、レーザ媒質の導波路構造と同じ方向に導波路構造を有する第２の非線形材料とを備え、レーザ発振は、レーザ媒質の導波路モードで発振するレーザ発振と、第１の非線形材料の単一または周期的なレンズ効果で形成される共振器モードで発振するレーザ発振とを有し、第１の非線形材料および第２の非線形材料に入射した基本波レーザ光が異なる波長のレーザ光に変換されて出力され、レンズ効果を有する第１の非線形材料は、当該第１の非線形材料内の屈折率分布により単一または周期的なレンズ効果を生成し、クラッドに対するヒートシンクの接合面は、光軸に垂直な断面内で櫛構造を有し、第１の非線形材料内の屈折率分布は、櫛構造の櫛歯の先端をクラッドに接合して発生する周期的な温度分布で生成し、第１の非線形材料は、当該第１の非線形材料のヒートシンクが接合されている面に対向する面に接合されたクラッドを有し、当該クラッドは、所望の熱レンズ効果が得られるように吸収損失が調節されるようにしたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明のモード制御平面導波路型レーザ装置は、レーザ媒質の光軸上に、レーザ媒質に近接して配置され、レーザ媒質の導波路構造と同じ方向に導波路構造を有し、光軸および厚さ方向に垂直な方向に単一または周期的なレンズ効果を有する第１の非線形材料を設けた上記構成により、共振器モードを安定させ、効率の良いレーザ光を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１によるモード制御平面導波路型レーザ装置を示す構成図である。
【図２】図１のａ−ａ′線断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるモード制御平面導波路型レーザ装置のヒートシンクと第１の非線形材料の一部を示す断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１によるモード制御平面導波路型レーザ装置の第１の非線形材料の発熱量を増加させる構成例を示す断面図である。
【図５】この発明の実施の形態１によるモード制御平面導波路型レーザ装置の第１の非線形材料の発熱量を増加させる他の構成例を示す断面図である。
【図６】この発明の実施の形態１によるモード制御平面導波路型レーザ装置の第１の非線形材料の発熱量を増加させるさらに他の構成例を示す断面図である。
【図７】この発明の実施の形態１によるモード制御平面導波路型レーザ装置の他の例を示す構成図である。
【図８】この発明の実施の形態１によるモード制御平面導波路型レーザ装置のさらに他の例を示す構成図である。
【図９】この発明の実施の形態２によるモード制御平面導波路型レーザ装置を示す構成図である。
【図１０】図９のｂ−ｂ′線断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態２によるモード制御平面導波路型レーザ装置の第三高調波レーザ光の光路を示す説明図である。
【図１２】この発明の実施の形態３によるモード制御平面導波路型レーザ装置を示す構成図である。
【図１３】この発明の実施の形態３によるモード制御平面導波路型レーザ装置の第二高調波レーザ光の光路を示す説明図である。
【図１４】従来のモード制御平面導波路型レーザ装置を示す構成図である。
【図１５】図１４のｘ−ｘ′線断面図である。
【図１６】図１４のモード制御平面導波路型レーザ装置にさらに非線形材料を備えた例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１に本発明の実施の形態１に係わるモード制御平面導波路型レーザ装置の構成図を示し、図２に、図１のａ−ａ’線の断面図を示す。実施の形態１のモード制御平面導波路型レーザ装置は、半導体レーザ１と、平板状をなし、レーザ発振方向を表す光軸１０に対し垂直な断面の厚さ方向に導波路構造を有するレーザ媒質２と、レーザ媒質２の導波路構造と同じ方向に導波路構造を有し、光軸１０と厚さ方向に垂直な方向に周期的なレンズ効果を有する第１の非線形材料３と、第１の非線形材料３の下面に接合されたクラッド５と、第１の非線形材料３の下面に接合されたクラッド５の下面に接合剤８によって接合されたヒートシンク６と、レーザ媒質２の導波路構造と同じ方向に導波路構造を有する第２の非線形材料４とを備えている。
【００１２】
レーザ媒質２は、光軸１０に垂直な端面２ａ、端面２ｂの形状が、例えば長方形であり、典型的には、ｙ軸方向の厚さが数〜数百μｍ、ｘ軸方向の幅が数百μｍ〜数ｍｍの大きさを有する。以下の説明では、長方形の長辺方向をｘ軸、短辺方向をｙ軸、光軸１０方向をｚ軸とした座標系を用いる。なお、レーザ媒質２の端面２ａ、端面２ｂの短辺側は例えば丸くなっていても良く、端面が必ずしも長方形でなくとも良い。
【００１３】
第１の非線形材料３は、光軸１０に垂直な断面がレーザ媒質２とほぼ同じ形状を有し、光軸１０に垂直な端面３ａおよび３ｂを有し、端面３ａがレーザ媒質２の端面２ｂに近接して配置される。
【００１４】
クラッド５は、第１の非線形材料３に比べて小さな屈折率を有し、第１の非線形材料３のｘｚ平面に平行な一つの面に接合される。クラッド５は、例えば、光学材料を原料とした膜を蒸着するか、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、第１の非線形材料３と光学的に接合することにより構成される。また、第１の非線形材料３に比べて小さな屈折率を有する光学接着剤を用いても良い。
【００１５】
ヒートシンク６は、熱伝導度の大きな材料で構成され、光軸１０に垂直な断面（ｘｙ平面）で櫛の形状を有する。ヒートシンク６の櫛歯７の先端部が、接合剤８を介してクラッド５と接合される。
接合剤８は、第１の非線形材料３で発生した熱を、クラッド５を介してヒートシンク６に排熱する。この接合剤８は、金属はんだや光学接着剤、熱伝導接着剤等により実現可能である。クラッド５の第１の非線形材料３が接合されている面に対向した面は、接合剤８との接合の強度を上げるため、メタライズ（金属膜を付着）を行っても良い。また、ヒートシンク６を光学材料で構成した場合には、クラッド５とヒートシンク６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良い。
このような第１の非線形材料３、クラッド５〜接合剤８の構成によって、第１の非線形材料３中に熱レンズ９が生成される。
【００１６】
第２の非線形材料４は光軸１０に垂直な断面が第１の非線形材料３とほぼ同じ形状を有し、光軸１０に垂直な端面４ａおよび４ｂを有し、端面４ａが第１の非線形材料３の端面３ｂに近接して配置される。
【００１７】
また、半導体レーザ１は、レーザ媒質２の端面２ａに近接して配置され、必要に応じて、図示しない冷却用のヒートシンクが接合される。半導体レーザ１のｘ軸方向の大きさは、レーザ媒質２のｘ軸方向の大きさとほぼ等しく、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より出力された励起光は、端面２ａからレーザ媒質２にｘｚ平面方向に入射して、レーザ媒質２に吸収される。
【００１８】
ここで、レーザ媒質２の端面２ａは基本波レーザ光１１を反射する全反射膜、端面２ｂは基本波レーザ光１１を透過する反射防止膜、第１の非線形材料３の端面３ａは基本波レーザ光１１を透過し、第二高調波レーザ光１２を反射する光学膜、端面３ｂは基本波レーザ光１１および第二高調波レーザ光１２を透過する光学膜、第２の非線形材料４の端面４ａは基本波レーザ光１１および第二高調波レーザ光１２は透過し、第三高調波レーザ光１３は反射する光学膜、端面４ｂは基本波レーザ光１１および第二高調波レーザ光１２は反射し、第三高調波レーザ光１３は透過する光学膜が施されている。これらの全反射膜、部分反射膜及び光学膜は、例えば誘電体薄膜を積層して構成される。なお、半導体レーザ１より出力される励起光を、レーザ媒質２の端面２ａから入射する場合には、端面２ａの全反射膜は、励起光を透過し基本波レーザ光１１を反射する光学膜となる。
【００１９】
レーザ媒質２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。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などを用いる。
【００２０】
また、第１の非線形材料３および第２の非線形材料４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。例えば、ＫＴＰ、ＫＮ、ＢＢＯ、ＬＢＯ、ＣＬＢＯ、ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3などを用いる。また、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１１のパワー密度を上げることができるため、高効率な波長変換が可能である。さらに、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ため、さらに高効率な波長変換が可能である。
【００２１】
次に、第１の非線形材料３の中で発生する温度分布について図３を用いて説明する。図３（ａ）は、図２中のヒートシンク６〜第１の非線形材料３の断面図の一部を拡大した図である。第１の非線形材料３は、基本波レーザ光１１または第二高調波レーザ光１２の一部が吸収され熱に変換されて熱を発生する。発生した熱は、クラッド５及び接合剤８を介してヒートシンク６に排熱される。
【００２２】
この時、ヒートシンク６が櫛形をしており、接合剤８により接合されている範囲が櫛歯７の先端部のみのため、二つの櫛歯７間の中間部には、二つの櫛歯７のほぼ中心からｘ軸方向の両側に熱の流れが発生する。従って、二つの櫛歯７のほぼ中心の温度が最大となり、櫛歯７の部分に近づくに従い温度が低下する。
【００２３】
非線形材料などの光学材料は、温度差にほぼ比例して屈折率が変化する。第１の非線形材料３の光学材料として、単位温度あたりの屈折率変化ｄｎ／ｄＴが正の材料を用いた場合、温度の高い二つの櫛歯７の中心部の屈折率が大きくなり、櫛歯７の部分に近づくに従い屈折率が小さくなる。その結果、ｘ軸方向には二つの櫛歯７の中心部を光軸とした熱レンズ効果が発生する。
【００２４】
ヒートシンク６の櫛歯７は２本以上、ｘ軸方向に等間隔で配置される。櫛歯７の本数が２本のときは単一の、３本以上のときは周期的に並んだ複数のレンズ効果が発生する。櫛歯７の本数をｍ本とすると、（ｍ−１）個のレンズを並べた効果が得られる。周期的に発生する熱レンズ効果の強さおよび周期は、ヒートシンク６の櫛歯７の間隔、櫛歯７の太さ、櫛歯７の長さ、熱伝導度、接合剤８の熱伝導度、厚さ、クラッド５の材料、厚さにより、任意に調整可能である。
【００２５】
同様に、第１の非線形材料３の光学材料として、単位温度あたりの屈折率変化ｄｎ／ｄＴが負の材料を用いた場合、温度分布と反対の屈折率分布となり、櫛に接合された部分の屈折率が大きく、二つの櫛歯７の中心部の屈折率が小さくなる。その結果、ｘ軸方向には櫛に接合された部分を光軸とした熱レンズ効果が発生する。この場合、櫛歯７の本数をｍ本とすると、ｍ個のレンズをほぼ等間隔に並べた効果が得られる。
【００２６】
さらに、ヒートシンク６の櫛歯７の間の空隙は、通常、空気であるが、ヒートシンク６よりも小さな熱伝導度を有する熱絶縁材料で埋めても良い。この場合、第１の非線形材料３内の屈折率分布は、櫛歯７の先端と熱絶縁材料の熱伝導度の差で発生する周期的な温度分布が生成する。
このように構成すれば、熱レンズ効果の強さ、分布を、さらに微調整することが可能である。また、熱絶縁材を埋めることにより、ヒートシンク６の剛性を高めることもできる。
【００２７】
また、上述したヒートシンク６は、光軸１０に垂直な断面で櫛の形状を有するとしたが、第１の非線形材料３の内部に温度分布を発生できる形状であれば、どのような形状でも良い。図３（ｂ）は、ヒートシンクの形状の他の例を説明したものであり、ヒートシンク６ａ、接合剤８ａ、クラッド５および第１の非線形材料３を示している。
クラッド５および第１の非線形材料３は、図３（ａ）に示したクラッド５および第１の非線形材料３と同様の構成を有しており、特に明記しない限り、図３（ａ）で示したクラッド５および第１の非線形材料３と同様の機能を有する。
【００２８】
ヒートシンク６ａは、熱伝導度の大きな材料で構成され、光軸１０に垂直な断面（ｘｙ平面）で周期的な凸凹形状を有する。ヒートシンク６ａの凸凹面は、接合剤８ａを介してクラッド５と接合される。
通常、ヒートシンク６ａと接合剤８ａは、異なる熱伝導度を有する。接合剤８ａがヒートシンク６ａに比べて小さな熱伝導度を有する場合、図３（ｂ）において、接合剤８ａの厚さが薄い部分、すなわち、ヒートシンク６ａの凸部は、排熱の効率が高く温度が低下し、接合剤８ａの厚さが厚い部分、すなわち、ヒートシンク６ａの凹部は、排熱の効率が低く温度が高くなる。
【００２９】
その結果、第１の非線形材料３のｘ軸方向には、ヒートシンク６ａの凹部を光軸とした熱レンズ効果が発生し、櫛形のヒートシンク６と同様の効果が得られる。また、このように構成すれば、クラッド５の排熱側の全面が接合剤８ａに接合されて、第１の非線形材料３で発生した熱を排熱するため、第１の非線形材料３の温度上昇を抑制することができる。また、クラッド５の排熱側の全面が接合剤８ａに接合されるので、クラッド５を櫛形の先端のみで固定した場合に比べて、高い剛性が得られる。
【００３０】
なお、ｄｎ／ｄＴの正負によらず、同様の効果が得られるため、以後、特に明示しない限り、ｄｎ／ｄＴが正の場合を用いて説明する。また第１の非線形材料３で発生する熱レンズ９が、ｘ軸方向に周期的に複数個並んでいる場合も、それぞれの熱レンズ９によって得られる効果は、熱レンズ９が１個であった場合と同じであるため、以後、特に明示しない限り、単一の熱レンズ９が存在する場合について説明する。
【００３１】
一般的に、波長変換用材料として用いられる非線形材料は、吸収が少なく発熱も小さい。発熱が小さく、所望のレンズ効果が得られない場合は、図４〜図６に示すような発熱量を増加させる手段を用いてもよい。
【００３２】
図４に第１の非線形材料３の発熱量を増加させる手段の一例を示す。第１の非線形材料３のｘｚ平面に平行な面のうち、クラッド５が接合されている面と対向する面に、クラッド５ａが接合されている。クラッド５ａは、クラッド５と同様に、第１の非線形材料３より小さい屈折率を有する。一般的に、導波路中を伝搬する光は、コアとクラッドの界面で全反射を繰り返しながらコアの内部に閉じ込められるが、クラッドへ染み出す光も存在する。このときクラッドの吸収損失が大きければ、クラッドへ染み出した光は、クラッド内部で吸収され熱に変わる。そこで、クラッド５ａの吸収損失を調整し、クラッド５ａ内部に染み出した光を吸収して発熱させることにより、第１の非線形材料３へ熱が伝わり、レンズ効果を発生させる。このとき所望の熱レンズ効果が得られるように、クラッド５ａの吸収損失を調整する。クラッドの吸収損失は、クラッドの材料や、製造方法（蒸着、スパッタ、接合など）によって変わるため、材料や製造方法を選定することにより、クラッドの吸収損失を調節できる。
【００３３】
図５に第１の非線形材料３の発熱量を増加させる手段の他の例を示す。第１の非線形材料３の上面に接合されているクラッド５ｂと、クラッド５ｂの上面に接合されているレーザ光を吸収する吸収層１４を備える。クラッド５ｂは第１の非線形材料３より小さい屈折率を有し、ｙ軸方向の厚さがレーザ光の染み出し距離より短くする。このような構成とすれば、クラッド５ｂ内に染み出したレーザ光は、クラッド５ｂより外側の吸収層１４まで達し、吸収層１４に吸収される。染み出したレーザ光が吸収されることにより、吸収層１４が発熱する。吸収層１４で発生した熱量は、クラッド５ｂを介して、第１の非線形材料３内へ伝わり、レンズ効果を発生させる。吸収層１４はレーザ光を吸収できる材料であれば良く、クロム（Ｃｒ）やチタン（Ｔｉ）などを用いることができる。
【００３４】
図６に第１の非線形材料３の発熱量を増加させる手段のさらに他の例を示す。第１の非線形材料３の上面に接合されているクラッド５ｃと、クラッド５ｃの上面に配置されている発熱体１５を備える。クラッド５ｃは第１の非線形材料３より小さい屈折率を有する。このような構成とすれば、発熱体１５で発生した熱は、クラッド５ｃを介して、第１の非線形材料３内へ伝わり、レンズ効果を発生させる。発熱体１５は、例えば電気抵抗を用いたヒータやペルチェ素子などを用いることができる。
【００３５】
次に、実施の形態１に係るモード制御平面導波路型レーザ装置の動作について説明する。レーザ媒質２の端面２ａから入射した励起光は、レーザ媒質２内で吸収されて、レーザ媒質２内部で基本波レーザ光１１に対する利得を発生させる。レーザ媒質２内部で発生した利得によって、基本波レーザ光１１は、レーザ媒質２の端面２ａと第２の非線形材料４の端面４ｂとの間でレーザ発振する。
【００３６】
第１の非線形材料３は、基本波レーザ光１１が入射すると、非線形効果により第二高調波レーザ光１２に変換されるように、結晶軸角度、温度、または、周期反転分極の周期が最適化されている。従って、端面２ａと端面４ｂの間で発振した基本波レーザ光１１が第１の非線形材料３に入射すると、基本波レーザ光１１の一部が第二高調波レーザ光１２に変換される。第二高調波レーザ光１２に変換されなかった基本波レーザ光１１と、第１の非線形材料３内部で発生した第二高調波レーザ光１２は、端面４ａから第２の非線形材料４へ入射する。
【００３７】
第２の非線形材料４は、基本波レーザ光１１と第二高調波レーザ光１２が入射すると、非線形効果により第三高調波レーザ光１３に変換されるように、結晶軸角度、温度、または、周期反転分極の周期が最適化されている。従って、端面４ａより第２の非線形材料４へ入射した基本波レーザ光１１の一部と第二高調波レーザ光１２の一部が、第三高調波レーザ光１３へ変換されて端面４ｂから外部へ出力される。第三高調波レーザ光１３へ変換されずに残留した基本波レーザ光１１と第二高調波レーザ光１２は、端面４ｂで全反射されて、再度、第２の非線形材料４を通過することにより第三高調波レーザ光１３に変換される。残留した基本波レーザ光１１および第二高調波レーザ光１２により変換された第三高調波レーザ光１３は、端面４ａで全反射して、端面４ｂより外部へ出力される。
【００３８】
上記残留した基本波レーザ光１１および第二高調波レーザ光１２のうち第三高調波レーザ光１３へ変換されなかった光は、端面３ｂより再度、第１の非線形材料３へ入射する。端面３ｂより入射した基本波レーザ光１１は第二高調波レーザ光１２へ変換される。端面３ｂより入射した第二高調波レーザ光１２および、残留した基本波レーザ光１１により変換された第二高調波レーザ光１２は、端面３ａで全反射されて、端面４ａより第２の非線形材料４へ入射する。従って、第二高調波レーザ光１２は端面３ａと端面４ｂとで構成される共振器において発振する。
【００３９】
レーザ媒質２、第１の非線形材料３および第２の非線形材料４のｙ軸方向は、導波路構造をしており、基本波レーザ光１１は導波路のモードで選択的に発振する。一方、ｘ軸方向のレーザ発振は、レーザ媒質２、第１の非線形材料３および第２の非線形材料４の幅が、基本波レーザ光１１、第二高調波レーザ光１２および第三高調波レーザ光１３の波長に比べて十分大きいため、導波路によるモード選択は行われず、空間型の共振器となる。
【００４０】
基本波レーザ光１１は端面２ａと端面４ｂで構成される共振器で、第二高調波レーザ光１２は端面３ａと端面４ｂで構成される共振器で発振する。第１の非線形材料３では、ヒートシンク６の櫛構造により、熱レンズ効果が周期的に発生している。一方、レーザ媒質２および第２の非線形材料４のｘ軸方向には、屈折率分布は存在しないため、自由な空間での伝搬となる。従って、基本波レーザ光１１、第二高調波レーザ光１２ともに、レーザ発振のモードは第１の非線形材料３で発生する熱レンズ９によって与えられる。個々の発振モードが、低次のモードまたは単一のモードとなるように、熱レンズ９の強さを調節することにより、高輝度発振が実現可能となる。またこのような構成によれば、基本波レーザ光１１および第二高調波レーザ光１２の共振器モードが、同一の熱レンズ９によって与えられるため、第２の非線形材料４中でのビームオーバラップ効率が向上し、効率よく第三高調波レーザ光１３が得られる。
【００４１】
なお、ヒートシンク６の櫛形構造において、櫛歯７は、必ずしも等間隔である必要はなく、例えば、半導体レーザ１のｘ軸方向の出力に分布がある場合には、発熱量に応じて櫛歯７の間隔を変えることにより、レーザ媒質２のあらゆる発振モードで高輝度発振が実現可能である。
【００４２】
このように構成すれば、レーザ媒質２、第１の非線形材料３および第２の非線形材料４のｘ軸方向は空間型の共振器となるため、自由にｘ軸方向の幅を設定可能である。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２、第１の非線形材料３および第２の非線形材料４の幅を調整することにより、半導体レーザ１のｘ軸方向の幅は自由に設定できる。従って、高出力化が容易な、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ＬＤアレーを用いて、励起光の高出力化を図り、高出力な第三高調波レーザ光１３を出力することができる。
【００４３】
また、レーザ媒質２において、励起光の吸収により発熱が生じる。図１のように端面２ａに半導体レーザ１を配置した場合には、レーザ媒質２内部の励起光が通過する領域のみ発熱が生じるため、レーザ媒質２のｘ軸方向に熱分が生じ、レーザ媒質２内部にも熱レンズ効果が発生する。基本波レーザ光１１の共振器内部には２つの熱レンズ９が存在することになる。このレーザ媒質２内部の熱レンズ９が強い場合は、レーザ媒質２内部の熱レンズ９と、第１の非線形材料３内部の熱レンズ９の位置が、基本波レーザ光１１の光軸上になるように、レーザ媒質２と第１の非線形材料３の位置関係を調整する必要が生じる。
【００４４】
このような場合、例えば、図７に示すように、レーザ媒質２の側面に半導体レーザ１を配置してもよい。レーザ媒質２の側面からｘ軸方向に励起すれば、ｘ軸方向には一様に励起され、ｘ軸方向の熱レンズ効果は発生せず、レーザ媒質２と第１の非線形材料３の位置関係の調整が容易になる。図７中のその他の構成は図１で示した構成と同様である。
【００４５】
なお、図１で示したモード制御導波路型レーザ装置では、レーザ媒質２として半導体レーザ１で励起されて利得を発生する固体レーザ媒質を用いたが、図８に示すように、レーザ媒質２として半導体レーザ１を用いても良い。半導体レーザ１は、図示は省略したが、半導体レーザ１の上下面に電圧を印加し、電流を流すことにより、所望の波長のレーザ光に利得を発生する。
このように構成すれば、図１に示したモード制御導波路型レーザ装置に比べて、部品点数を低減させることができるので、製造コストを低減することができる。また、光学部品が少ないので、調整が少なく、信頼性の高いモード制御導波路型レーザ装置を構成することができる。
【００４６】
以上説明したように、実施の形態１のモード制御平面導波路型レーザ装置によれば、平板状をなし、光軸に対して垂直な面の厚さ方向に導波路構造を有するレーザ媒質と、レーザ媒質の光軸上に、レーザ媒質に近接して配置され、レーザ媒質の導波路構造と同じ方向に導波路構造を有し、光軸および厚さ方向に垂直な方向に単一または周期的なレンズ効果を有する第１の非線形材料と、第１の非線形材料の一面に接合されたクラッドと、第１の非線形材料の一面側にクラッドを介して接合されたヒートシンクと、第１の非線形材料の光軸上に、第１の非線形材料に近接して配置され、レーザ媒質の導波路構造と同じ方向に導波路構造を有する第２の非線形材料とを備え、レーザ発振は、レーザ媒質の導波路モードで発振するレーザ発振と、第１の非線形材料の単一または周期的なレンズ効果で形成される共振器モードで発振するレーザ発振とを有し、第１の非線形材料および第２の非線形材料に入射した基本波レーザ光が異なる波長のレーザ光に変換されて出力されるようにしたので、共振器モードを安定させ、効率の良いレーザ光を得ることができる。
【００４７】
また、実施の形態１のモード制御平面導波路型レーザ装置によれば、レーザ媒質を半導体レーザとしたので、製造コストの低減や信頼性工場を図ることができる。
【００４８】
また、実施の形態１のモード制御平面導波路型レーザ装置によれば、レーザ媒質は、レーザ媒質に近接して配置された半導体レーザにより励起されて利得を発生する固体レーザ媒質としたので、一般的な固体レーザ材料を使用することができる。
【００４９】
また、実施の形態１のモード制御平面導波路型レーザ装置によれば、レンズ効果を有する非線形材料は、非線形材料内の屈折率分布により単一または周期的なレンズ効果を生成するようにしたので、容易に共振器モードの制御を行うことができる。
【００５０】
また、実施の形態１のモード制御平面導波路型レーザ装置によれば、クラッドに対するヒートシンクの接合面は、光軸に垂直な断面内で櫛構造を有し、非線形材料内の屈折率分布は、櫛構造の櫛歯の先端をクラッドに接合して発生する周期的な温度分布で生成するようにしたので、容易に共振器モードの制御を行うことができる。
【００５１】
また、実施の形態１のモード制御平面導波路型レーザ装置によれば、櫛構造の櫛歯の間は、ヒートシンクよりも熱伝導度の小さな熱絶縁材料により埋められており、非線形材料内の屈折率分布は、櫛歯の先端と熱絶縁材料の熱伝導度の差で発生する周期的な温度分布で生成するようにしたので、熱レンズ効果の強さ、分布を、さらに微調整することができると共に、ヒートシンクの剛性を高めることもできる。
【００５２】
また、実施の形態１のモード制御平面導波路型レーザ装置によれば、ヒートシンクの接合面は光軸に垂直な断面内で周期的な凸凹構造を有し、ヒートシンクよりも小さな熱伝導率を有する接合剤でクラッドに接合され、非線形材料内の屈折率分布は、接合剤の厚さの差で発生する周期的な温度分布で生成するようにしたので、第１の非線形材料の温度上昇を抑制することができると共に、ヒートシンクの剛性を高めることもできる。
【００５３】
また、実施の形態１のモード制御平面導波路型レーザ装置によれば、非線形材料は、非線形材料のヒートシンクが接合されている面に対向する面に接合されたクラッドを有し、クラッドは、所望の熱レンズ効果が得られるように吸収損失が調節されているようにしたので、第１の非線形材料の発熱量を増加させることができ、所望の熱レンズ効果を得ることができる。
【００５４】
また、実施の形態１のモード制御平面導波路型レーザ装置によれば、非線形材料は、非線形材料のヒートシンクが接合されている面に対向する面に接合されたクラッドと、クラッドの上面に接合された吸収層とを有し、クラッドの厚さが、レーザ光のクラッドへの染み出し距離よりも短いようにしたので、第１の非線形材料の発熱量を増加させることができ、所望の熱レンズ効果を得ることができる。
【００５５】
また、実施の形態１のモード制御平面導波路型レーザ装置によれば、吸収層は、クロム、チタンのいずれかとしたので、第１の非線形材料の発熱量を効率よく増加させることができる。
【００５６】
また、実施の形態１のモード制御平面導波路型レーザ装置によれば、非線形材料は、非線形材料のヒートシンクが接合されている面に対向する面に接合されたクラッドと、クラッドの上面に接合された発熱体を有するようにしたので、非線形材料の発熱量を増加させることができ、所望の熱レンズ効果を得ることができる。
【００５７】
実施の形態２．
実施の形態１では第１の非線形材料３にレンズ効果を持たせる例について説明したが、第２の非線形材料４にレンズ効果を持たせても、同様に基本波レーザ光１１および第二高調波レーザ光１２の共振器モードを安定させることができる。以下、このような例を実施の形態２として説明する。
【００５８】
図９に、実施の形態２に係わるモード制御平面導波路型レーザ装置の構成図を、図１０に図９中のｂ−ｂ’線の断面図を示す。
実施の形態２に係わる平面導波路型レーザ装置は、半導体レーザ１と、平板状をなし、レーザ発振方向を表す光軸１０に対し垂直な断面の厚さ方向に導波路構造を有するレーザ媒質２と、レーザ媒質２の導波路構造と同じ方向に導波路構造を有する第１の非線形材料３と、レーザ媒質２の導波路構造と同じ方向に導波路構造を有し、光軸１０と厚さ方向に垂直な方向に周期的なレンズ効果を有する第２の非線形材料４と、第２の非線形材料４の下面に接合されたクラッド５と、第２の非線形材料４の下面に接合されたクラッド５の下面に接合剤８によって接合されたヒートシンク６とを備えている。櫛歯７を持つヒートシンク６が、第１の非線形材料３ではなく、第２の非線形材料４に接合されている以外は、実施の形態１と同様な構成である。
【００５９】
実施の形態１と同様に、櫛歯７を有するヒートシンク６により、第２の非線形材料４の中に熱レンズ効果が発生する。レーザ動作も実施の形態１と同様であり、基本波レーザ光１１は端面２ａと端面４ｂで構成される共振器にて発振し、第二高調波レーザ光１２は端面３ａと端面４ｂで構成される共振器にて発振する。従って、熱レンズ９は、基本波レーザ光１１の共振器内部にも、第二高調波レーザ光１２の共振器内部にも存在することになり、基本波レーザ光１１、第二高調波レーザ光１２ともに、熱レンズ９によって、共振器モードは決定される。
【００６０】
また、実施の形態２のような構成にすれば、第三高調波レーザ光１３の光路にも熱レンズ９が存在することになり、第三高調波レーザ光出力のｘ軸方向の発散を抑制することができる。図１１に本実施の形態２における、第三高調波レーザ光１３の光路を説明する図を示す。第２の非線形材料４の中において、第三高調波レーザ光１３へ変換されずに残留した基本波レーザ光１１および第二高調波レーザ光１２は、端面４ｂで反射し、再度、第２の非線形材料４の中を通過することにより、第三高調波レーザ光１３へ変換される。残留した基本波レーザ光１１および第二高調波レーザ光１２によって、変換された第三高調波レーザ光１３は、端面４ａで反射されて、端面４ｂより外部へ出力される。このとき、端面４ａへ角度を持って入射する成分は、反射するとｘ軸方向に広がってしまう。しかしこの実施の形態２では、第２の非線形材料４の中に熱レンズ９が存在するため、第三高調波レーザ光１３のうち、ｘ軸方向に広がっている成分は、熱レンズ９によって曲げられ、広がりが抑制される。
【００６１】
実施の形態１でも述べたように、一般的に、非線形材料は吸収が少なく、発熱も小さいため、所望の熱レンズ効果が得られない場合は、実施の形態１で説明した、図４〜図６に示す非線形材料の発熱量を増加させる手段を、第２の非線形材料４へ適用しても良い。
【００６２】
また、図９のように端面２ａに半導体レーザ１を配置した場合には、励起光により、レーザ媒質２のｘ軸方向に熱分が生じ、レーザ媒質２内部にも熱レンズ効果が発生する。そのため、前述したように、図７のように半導体レーザ１をレーザ媒質２の側面に配置して、レーザ媒質２のｘ軸方向の励起分布を均一にする方法を、本実施の形態２へ適用しても良い。
また、実施の形態１における図８で説明したように、実施の形態２においても、レーザ媒質２として半導体レーザ１を用いても良い。
【００６３】
以上説明したように、実施の形態２のモード制御平面導波路型レーザ装置によれば、平板状をなし、光軸に対して垂直な面の厚さ方向に導波路構造を有するレーザ媒質と、レーザ媒質の光軸上に、レーザ媒質に近接して配置され、レーザ媒質の導波路構造と同じ方向に導波路構造を有する第１の非線形材料と、第１の非線形材料の光軸上に、第１の非線形材料に近接して配置され、レーザ媒質の導波路構造と同じ方向に導波路構造を有し、光軸および厚さ方向に垂直な方向に単一または周期的なレンズ効果を有する第２の非線形材料と、第２の非線形材料の一面に接合されたクラッドと、第２の非線形材料の一面側にクラッドを介して接合されたヒートシンクとを備え、レーザ発振は、レーザ媒質の導波路モードで発振するレーザ発振と、第２の非線形材料の単一または周期的なレンズ効果で形成される共振器モードで発振するレーザ発振とを有し、第１の非線形材料および第２の非線形材料に入射した基本波レーザ光が異なる波長のレーザ光に変換されて出力されるようにしたので、共振器モードを安定させ、効率の良いレーザ光を得ることができる。
【００６４】
実施の形態３．
実施の形態１、２では非線形材料を２個用いた第三高調波発生について述べたが、第二高調波発生においても、本発明を適用できる。図１２に本実施の形態３に係るモード制御平面導波路型レーザ装置の構成図を示す。図１２のａ−ａ’線の断面は図２に示す断面図と同じである。
【００６５】
実施の形態３に係わる平面導波路型レーザ装置は、半導体レーザ１と、平板状をなし、レーザ発振方向を表す光軸１０に対し垂直な断面の厚さ方向に導波路構造を有するレーザ媒質２と、レーザ媒質２の導波路構造と同じ方向に導波路構造を有し、光軸１０と厚さ方向に周期的なレンズ効果を有する第１の非線形材料３と、第１の非線形材料３の下面に接合されたクラッド５と、第１の非線形材料３の下面に接合されたクラッド５の下面に接合剤７によって接合されたヒートシンク６とを備えている。実施の形態１の構成から、第２の非線形材料４が削除された構成である。
【００６６】
実施の形態３においては、実施の形態１と同様に、櫛歯７を有するヒートシンク６により、第１の非線形材料３の中に熱レンズ効果が発生する。また、端面２ａ、２ｂ、３ａには、実施の形態１と同様な光学膜が施されているが、端面３ｂのみ実施の形態１と異なり、基本波レーザ光１１は反射し、第二高調波レーザ光１２は透過する光学膜が施されている。
【００６７】
次に、実施の形態３に係るモード制御平面導波路型レーザ装置の動作について説明する。レーザ媒質２の端面２ａから入射した励起光は、レーザ媒質２内で吸収されて、レーザ媒質２内部で基本波レーザ光１１に対する利得を発生させる。レーザ媒質２内部で発生した利得によって、基本波レーザ光１１は、レーザ媒質２の端面２ａと第１の非線形材料３の端面３ｂとの間でレーザ発振する。
【００６８】
第１の非線形材料３は、基本波レーザ光１１が入射すると、非線形効果により第二高調波レーザ光１２に変換されるように、結晶軸角度、温度、または、周期反転分極の周期が最適化されている。従って、端面２ａと端面３ｂの間で発振した基本波レーザ光１１が第１の非線形材料３に入射すると、基本波レーザ光１１の一部が第二高調波レーザ光１２に変換されて、端面３ｂから外部へ出力される。
【００６９】
また、第二高調波レーザ光１２に変換されずに残留した基本波レーザ光１１は、端面３ｂで全反射されて、再度、第１の非線形材料３を通過して、第二高調波レーザ光１２に変換される。残留した基本波レーザ光１１の一部が変換されて発生した第二高調波レーザ光１２は、端面３ａで全反射して端面３ｂより外部に出力される。
【００７０】
レーザ媒質２および第１の非線形材料３のｙ軸方向は、導波路構造をしており、基本波レーザ光１１は導波路のモードで選択的に発振する。一方、ｘ軸方向のレーザ発振は、レーザ媒質２および、第１の非線形材料３の幅が、基本波レーザ光１１および、第二高調波レーザ光１２の波長に比べて十分大きいため、導波路によるモード選択は行われず、空間型の共振器となる。
【００７１】
基本波レーザ光１１は、端面２ａと端面３ｂで構成される共振器で発振するため、レーザ発振のモードは第１の非線形材料３で発生する熱レンズ９によって与えられる。個々の発振モードが、低次のモードまたは単一のモードとなるように、熱レンズ９の強さを調節することにより、高輝度発振が実現可能となる。
【００７２】
さらに、実施の形態３のような構成とすれば、第二高調波レーザ光１２の光路中にも熱レンズ９が存在することになり、第二高調波レーザ光出力のｘ軸方向の発散を抑制することができる。図１３に本実施の形態３における、第二高調波レーザ光１２の光路を説明する図を示す。第１の非線形材料３の中において、第二高調波レーザ光１２へ変換されずに残留した基本波レーザ光１１は、端面３ｂで反射し、再度、第１の非線形材料３の中を通過することにより、第二高調波レーザ光１２へ変換される。残留した基本波レーザ光１１によって、変換された第二高調波レーザ光１２は、端面３ａで反射されて、端面３ｂより外部へ出力される。このとき、端面３ａへ角度を持って入射する成分は、反射するとｘ軸方向に広がってしまう。しかしこの実施の形態３では、第１の非線形材料３の中に熱レンズ９が存在するため、第二高調波レーザ光１２のうち、ｘ軸方向に広がっている成分は、熱レンズ９によって曲げられ、広がりが抑制される。
【００７３】
実施の形態１でも述べたように、一般的に、非線形材料は吸収が少なく発熱も小さいため、所望の熱レンズ効果が得られない場合は、実施の形態１で説明した、図４〜図６に示す非線形材料の発熱量を増加させる手段を適用して、第１の非線形材料３の発熱量を調節しても良い。
【００７４】
また、図１２のように端面２ａに半導体レーザ１を配置した場合には、励起光により、レーザ媒質２のｘ軸方向に熱分が生じ、レーザ媒質２内部にも熱レンズ効果が発生する。そのため、前述したように、図７のように半導体レーザ１をレーザ媒質２の側面に配置して、レーザ媒質２のｘ軸方向の励起分布を均一にする方法を、本実施の形態３へ適用しても良い。
また、実施の形態１における図８で説明したように、実施の形態３においても、レーザ媒質２として半導体レーザ１を用いても良い。
【００７５】
以上説明したように、実施の形態３のモード制御平面導波路型レーザ装置によれば、平板状をなし、光軸に対して垂直な面の厚さ方向に導波路構造を有するレーザ媒質と、レーザ媒質の光軸上に、レーザ媒質に近接して配置され、レーザ媒質の導波路構造と同じ方向に導波路構造を有し、光軸および厚さ方向に垂直な方向に単一または周期的なレンズ効果を有する非線形材料と、非線形材料の一面に接合されたクラッドと、非線形材料の一面側にクラッドを介して接合されたヒートシンクとを備え、レーザ発振は、レーザ媒質の導波路モードで発振するレーザ発振と、非線形材料の単一または周期的なレンズ効果で形成される共振器モードで発振するレーザ発振とを有し、非線形材料に入射した基本波レーザ光が異なる波長のレーザ光に変換されて出力されるようにしたので、共振器モードを安定させ、効率の良いレーザ光を得ることができる。
【００７６】
なお、本願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、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。また、上記実施の形態１〜３では、第三高調波および第二高調波の場合において説明したが、その他の波長変換（例えば和周波、差周波、光パラメトリック発振など）や二波長発振レーザなどの、複数の波長に対する共振器を持つレーザに適用可能である。
【符号の説明】
【００７７】
１  半導体レーザ、２  レーザ媒質、２ａ，２ｂ  端面、３  第１の非線形材料、３ａ，３ｂ  端面、４  第２の非線形材料、４ａ，４ｂ  端面、５，５ａ，５ｂ，５ｃ  クラッド、６，６ａ  ヒートシンク、７  櫛歯、８，８ａ  接合剤、９  熱レンズ、１０  光軸、１１  基本波レーザ光、１２  第二高調波レーザ光、１３  第三高調波レーザ光、１４  吸収層、１５  発熱体。
【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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