(57)【要約】【課題】調整の容易化、組立作業の簡略化を図ることのできる平面導波路型レーザ装置および平面導波路型レーザ装置の製造方法を得る。【解決手段】導波路構造を有するレーザ媒質（３ｃ）を含む導波路型固体レーザ素子（３）と、導波路構造を有する非線形材料（４ｃ）を含む導波路型光学素子（４）と、両素子（３、４）を実装するために一体構成されたヒートシンク（１）とを備え、導波路型固体レーザ素子（３）の励起光入射側の端面方向を規定する第１の当て面および第２の当て面と、導波路型固体レーザ素子の励起光入射側の端面方向と平行になるように導波路型光学素子（４）のレーザ光出射側の端面方向を規定する第３の当て面および第４の当て面とをヒートシンク（１）上に形成するステップと、当て面を用いて導波路型固体レーザ素子および導波路型光学素子を配置するステップとを備える。【選択図】図１
2011139011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状をなし、光軸に対する垂直断面の厚さ方向に導波路構造を有するレーザ媒質を含む導波路型固体レーザ素子と、
平板状をなし、光軸に対する垂直断面の厚さ方向に導波路構造を有する非線形材料を含む導波路型光学素子と、
前記導波路型固体レーザ素子と前記導波路型光学素子とを実装するために一体構成されたヒートシンクと
を備えた平面導波路型レーザ装置の製造方法であって、
前記導波路型固体レーザ素子の励起光入射側の端面方向を規定するための第１の当て面および第２の当て面と、前記導波路型固体レーザ素子の前記励起光入射側の端面方向と平行になるように前記導波路型光学素子のレーザ光出射側の端面方向を規定するための第３の当て面および第４の当て面とを、前記ヒートシンク上の四隅に形成するステップと、
前記ヒートシンク上に形成された前記第１の当て面および前記第２の当て面に対して前記導波路型固体レーザ素子の前記励起光入射側の端面を当てて配置し、前記ヒートシンク上に形成された前記第３の当て面および前記第４の当て面に対して前記導波路型光学素子の前記レーザ光出射側の端面を当てて配置するステップと
を備えることを特徴とする平面導波路型レーザ装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の平面導波路型レーザ装置の製造方法において、
前記形成するステップは、前記第１の当て面と前記第２の当て面との距離、および前記第３の当て面と前記第４の当て面との距離を所定距離以上離して形成し、
前記配置するステップは、導波路厚方向および光軸方向の両方向に対して垂直な方向において、前記所定距離以上の長いバー状の形状を有する前記導波路型固体レーザ素子および前記導波路型光学素子を配置する
ことを特徴とする平面導波路型レーザ装置の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の平面導波路型レーザ装置の製造方法において、
前記配置するステップの後に、前記ヒートシンク上に配置された前記導波路型固体レーザ素子および前記導波路型光学素子を、レーザ加工により前記光軸方向に切断するステップ
をさらに備えることを特徴とする平面導波路型レーザ装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の平面導波路型レーザ装置の製造方法において、
前記形成するステップは、金属めっきを用いて前記第１の当て面〜前記第４の当て面を形成する
ことを特徴とする平面導波路型レーザ装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の平面導波路型レーザ装置の製造方法において、
前記配置するステップは、前記導波路型固体レーザ素子および前記導波路型光学素子を前記ヒートシンク上に配置する際に、蒸着可能なはんだを接合剤として用いて接合する
ことを特徴とする平面導波路型レーザ装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の平面導波路型レーザ装置の製造方法において、
前記配置するステップは、前記導波路型光学素子を前記ヒートシンク上に配置する際に、融点が１５０℃以下の低融点の接合剤を用いて接合する
ことを特徴とする平面導波路型レーザ装置の製造方法。
【請求項７】
平板状をなし、光軸に対する垂直断面の厚さ方向に導波路構造を有するレーザ媒質を含む導波路型固体レーザ素子と、
平板状をなし、光軸に対する垂直断面の厚さ方向に導波路構造を有する非線形材料を含む導波路型光学素子と、
前記導波路型固体レーザ素子と前記導波路型光学素子とを実装するヒートシンクと
を備えた平面導波路型レーザ装置であって、
前記導波路型固体レーザ素子と前記導波路型光学素子は、一体で構成された前記ヒートシンク上に実装されている
ことを特徴とする平面導波路型レーザ装置。
【請求項８】
請求項７に記載の平面導波路型レーザ装置において、
前記導波路型光学素子は、前記ヒートシンクと同等の熱膨張係数である基板を有する
ことを特徴とする平面導波路型レーザ装置。
【請求項９】
請求項８に記載の平面導波路型レーザ装置において、
前記導波路型固体レーザ素子は、前記ヒートシンクと同等の熱膨張係数である基板を有する
ことを特徴とする平面導波路型レーザ装置。
【請求項１０】
請求項７に記載の平面導波路型レーザ装置において、
前記ヒートシンクは、前記導波路型固体レーザ素子と前記導波路型光学素子との間に位置する未接合領域において溝が形成されている
ことを特徴とする平面導波路型レーザ装置。
【請求項１１】
請求項７に記載の平面導波路型レーザ装置において、
前記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する
ことを特徴とする平面導波路型レーザ装置。
【請求項１２】
請求項７に記載の平面導波路型レーザ装置において、
前記ヒートシンクの接合面は、光軸に平行かつ導波路に垂直な断面内で櫛構造を有する
ことを特徴とする平面導波路型レーザ装置。
【請求項１３】
請求項７に記載の平面導波路型レーザ装置において、
前記ヒートシンクの接合面は、光軸に垂直な断面内、および光軸に平行かつ導波路に垂直な断面内で櫛構造を有する
ことを特徴とする平面導波路型レーザ装置。
【請求項１４】
請求項７ないし１３のいずれか１項に記載の平面導波路型レーザ装置において、
導波路型固体レーザ素子に対して励起光を発生させるレーザとして、半導体レーザを用いる
ことを特徴とする平面導波路型レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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構造を有する、平面導波路型レーザ装置および平面導波路型レーザ装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
平面導波路型レーザ装置の一例として、導波路型波長変換レーザ装置がある。この導波路型波長変換レーザ装置は、半導体レーザ素子、導波路型固体レーザ素子、および導波路型波長変換素子で構成されている（例えば、特許文献１参照）。半導体レーザ素子により、励起光を発生させ、導波路型固体レーザ素子が、その励起光を吸収し、基本波を発生させる。さらに、導波路型波長変換素子は、基本波の２倍高調波を発生させる。
【０００３】
ここで、半導体レーザおよび光導波路等に代表される２つの光学素子間の光軸位置を調整して光接続する方法としては、次のようなアクティブアライメントが一般的である。このアクティブアライメントでは、半導体レーザから出射され、その半導体レーザに光接続される光導波路を伝搬して出射される光の出射光量を、パワーメータ等で測定しながら、その光量が最大となるように位置調整することとなる（例えば、特許文献２、３参照）。
【０００４】
図１２は、従来の導波路型波長変換レーザ装置の構成図である。この図１２を用いて、従来の導波路型波長変換レーザ装置の製造方法について説明する。従来の導波路型波長変換レーザ装置は、ヒートシンク３０１ａ、３０１ｂ、半導体レーザ素子２、導波路型固体レーザ素子３、および導波路型波長変換素子４で構成されている。
【０００５】
ここで、導波路型固体レーザ素子３は、基板３ａ、クラッド３ｂ、レーザ媒質３ｃ、クラッド３ｄ、端面３ｅ、および端面３ｆの各部で構成されている。また、導波路型波長変換素子４は、基板４ａ、クラッド４ｂ、非線形材料４ｃ、クラッド４ｄ、端面４ｅ、および端面４ｆの各部で構成されている。
【０００６】
導波路型固体レーザ素子３の端面３ｅおよび導波路型波長変換素子４の端面４ｆにおいてレーザ装置の共振器を構成するためには、端面３ｅと端面４ｆが光学的に平行になるように各素子を配置する必要がある。そこで、従来の導波路型波長変換レーザ装置の組立においては、各素子をそれぞれ別個のヒートシンク３０１ａ、３０１ｂに接合した後、レーザ出力を光検出器２０で検出しながら各素子の位置合わせを行う、アクティブアライメントが用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＷＯ２００６／１０３７６７号パンフレット
【特許文献２】特開平１−１８０５７号公報
【特許文献３】特開２００４−１０９２５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。従来の組立方法では、レーザ出力を検出しながら各素子の位置合わせを行う際に、非常に高い精度が要求され、調整点数も多く、組立作業に時間がかかるという問題点があった。
【０００９】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、調整の容易化、組立作業の簡略化を図ることのできる平面導波路型レーザ装置および平面導波路型レーザ装置の製造方法を得ることを目的する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る平面導波路型レーザ装置の製造方法は、平板状をなし、光軸に対する垂直断面の厚さ方向に導波路構造を有するレーザ媒質を含む導波路型固体レーザ素子と、平板状をなし、光軸に対する垂直断面の厚さ方向に導波路構造を有する非線形材料を含む導波路型光学素子と、導波路型固体レーザ素子と導波路型光学素子とを実装するために一体構成されたヒートシンクとを備えた平面導波路型レーザ装置の製造方法であって、導波路型固体レーザ素子の励起光入射側の端面方向を規定するための第１の当て面および第２の当て面と、導波路型固体レーザ素子の励起光入射側の端面方向と平行になるように導波路型光学素子のレーザ光出射側の端面方向を規定するための第３の当て面および第４の当て面とを、ヒートシンク上の四隅に形成するステップと、ヒートシンク上に形成された第１の当て面および第２の当て面に対して導波路型固体レーザ素子の励起光入射側の端面を当てて配置し、ヒートシンク上に形成された第３の当て面および第４の当て面に対して導波路型光学素子のレーザ光出射側の端面を当てて配置するステップとを備えるものである。
【００１１】
また、本発明に係る平面導波路型レーザ装置は、平板状をなし、光軸に対する垂直断面の厚さ方向に導波路構造を有するレーザ媒質を含む導波路型固体レーザ素子と、平板状をなし、光軸に対する垂直断面の厚さ方向に導波路構造を有する非線形材料を含む導波路型光学素子と、導波路型固体レーザ素子と導波路型光学素子とを実装するヒートシンクとを備えた平面導波路型レーザ装置であって、導波路型固体レーザ素子と導波路型光学素子は、一体で構成されたヒートシンク上に実装されているものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る平面導波路型レーザ装置および平面導波路型レーザ装置の製造方法によれば、導波路型固体レーザ素子と導波路型波長変換素子を、一体構成された同一ヒートシンク上で組立調整することにより、調整の容易化、組立作業の簡略化を図ることのできる平面導波路型レーザ装置および平面導波路型レーザ装置の製造方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１における導波路型波長変換レーザ装置の構成図である。
【図２Ａ】本発明の実施の形態１の平面導波路型レーザ装置における切断前の導波路型固体レーザ素子−導波路型波長変換素子一体型素子の上面図である。
【図２Ｂ】本発明の実施の形態１の平面導波路型レーザ装置における切断前の導波路型固体レーザ素子−導波路型波長変換素子一体型素子の側面図である。
【図３】導波路型固体レーザ素子−導波路型波長変換素子一体型素子の切断位置を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１における溶融物が発生しない平面導波路型レーザ装置の加工方法の一例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２における導波路型波長変換素子の構成図である。
【図６Ａ】本発明の実施の形態３の平面導波路型レーザ装置における導波路型固体レーザ素子−導波路型波長変換素子一体型素子の上面図である。
【図６Ｂ】本発明の実施の形態３の平面導波路型レーザ装置における導波路型固体レーザ素子−導波路型波長変換素子一体型素子の側面図である。
【図７Ａ】本発明の実施の形態４における導波路型固体レーザ素子−導波路型波長変換素子一体型素子用ヒートシンクの構造図である。
【図７Ｂ】本発明の実施の形態４における導波路型固体レーザ素子−導波路型波長変換素子の導波路型波長変換素子接合部の光軸に垂直な面での断面図である。
【図８】本発明の実施の形態４の櫛状構造を有するヒートシンクにおける櫛歯のＤｕｔｙ（櫛幅／櫛歯間距離）に対する波長変換素子にかかる熱応力、および櫛歯にかかるせん断応力のそれぞれの関係を示した図である。
【図９】本発明の実施の形態４において、図７Ｂ中のヒートシンク〜非線形材料の断面図の一部を拡大した図である。
【図１０】本発明の実施の形態４における導波路型固体レーザ素子−導波路型波長変換素子一体型素子用ヒートシンクで、ｘ方向に櫛歯を設けた場合の構造図である。
【図１１】本発明の実施の形態４における導波路型固体レーザ素子−導波路型波長変換素子一体型素子用ヒートシンクで、ｘ方向、ｙ方向ともに櫛歯を設けた場合の構造図である。
【図１２】従来の導波路型波長変換レーザ装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の平面導波路型レーザ装置および平面導波路型レーザ装置の製造方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における導波路型波長変換レーザ装置の構成図である。この導波路型波長変換レーザ装置は、ヒートシンク１、半導体レーザ素子２、導波路型固体レーザ素子３および導波路型波長変換素子４から構成されている。本発明における導波路型波長変換レーザ装置は、先の図１２に示した従来の導波路型波長変換レーザ装置と比較すると、同一のヒートシンク１の上に導波路型固体レーザ素子３および導波路型波長変換素子４が実装されている点が異なっている。ここで、導波路型固体レーザ素子３および導波路型波長変換素子４は、レーザ発振方向を表す光軸６に垂直な断面の厚さ方向に平面導波路構造を有する。
【００１６】
レーザ媒質３ｃの形状は、典型的には、導波路厚方向（後述するｚ方向に相当）に数〜数十μｍ、光軸６方向（後述するｘ方向に相当）に数百μｍ〜数ｍｍ、導波路厚方向および光軸６方向に垂直な方向（後述するｙ方向に相当）に数百μｍ〜数ｍｍの直方体である。そして、レーザ媒質３ｃは、光軸６に垂直な端面３ｅ、３ｆを有する。また、クラッド３ｂおよびクラッド３ｄは、レーザ媒質３ｃより屈折率の小さい材料を用いる。なお、クラッド３ｂとクラッド３ｄは、同一の材料用いてもよい。また、基板３ａの材質は、問わない。ただし、典型的には、レーザ媒質３ｃと同一の材料もしくはガラス板などを用いる。
【００１７】
レーザ媒質３ｃ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、Ｅｒ：Ｇｌａｓｓ、Ｅｒ：ＹＡＧ、Ｔｍ：ＹＡＧ、Ｔｍ：ＹＬＦ、Ｈｏ：ＹＡＧ、Ｈｏ：ＹＬＦ、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦなどを用いる。
【００１８】
非線形材料４ｃは、光軸６に垂直な断面がレーザ媒質３ｃとほぼ同じ形状を有し、光軸６に垂直な端面４ｅ、４ｆを有している。また、端面４ｅは、図１に示すように、導波路型固体レーザ素子３の端面３ｆに近接して配置される。
【００１９】
クラッド４ｂ、クラッド４ｄは、非線形材料４ｃより屈折率の小さい材料を用いる。なお、クラッド４ｂとクラッド４ｄは、同一の材料を用いてもよい。また、基板４ａの材質は、問わない。ただし、典型的には、非線形材料４ｃと同一の材料を用いる。
【００２０】
非線形材料４ｃ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。このため、高効率な波長変換が可能となる。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、非線形定数を大きくすることができ、さらに高効率な波長変換が可能となる。
【００２１】
半導体レーザ素子２は、レーザ媒質３ｃの端面３ｅに近接して配置されており、必要に応じて、冷却用のヒートシンク（図示せず）が接合される。半導体レーザ素子２の導波路厚方向および光軸６方向に垂直な方向の大きさは、レーザ媒質３ｃの導波路厚方向および光軸６方向に垂直な方向の大きさとほぼ同じである。そして、半導体レーザ素子２は、導波路厚方向および光軸６方向に垂直な方向の大きさにほぼ一様に励起光を出力する。半導体レーザ素子２から出力された励起光は、端面３ｅからレーザ媒質３ｃへ入射して、レーザ媒質３ｃに吸収される。
【００２２】
ここで、レーザ媒質３ｃの端面３ｅは、基本波レーザ光を反射する全反射膜を有し、端面３ｆは、基本波レーザ光を透過する反射防止膜を有する。一方、非線形材料４ｃの端面４ｅは、基本波レーザ光を透過して第二高調波レーザ光を反射する光学膜を有し、端面４ｆは、基本波レーザ光を反射し第二高調波レーザ光を透過する光学膜を有する。
【００２３】
これらの全反射膜、反射防止膜および光学膜は、例えば、誘電体薄膜を積層して構成される。なお、半導体レーザ素子２より出力される励起光をレーザ媒質３ｃの端面３ｅから入射させる場合には、端面３ｅ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。また、ヒートシンク１は、熱伝導度の大きな材料で構成される。例えば、Ｓｉなどが用いられる。
【００２４】
次に、本実施の形態１の特徴である、導波路型固体レーザ素子−導波路型波長変換素子一体型素子の製造方法について、図２Ａ、図２Ｂ、および図３を用いて説明する。図２Ａは、本発明の実施の形態１の平面導波路型レーザ装置における切断前の導波路型固体レーザ素子−導波路型波長変換素子一体型素子の上面図である。また、図２Ｂは、本発明の実施の形態１の平面導波路型レーザ装置における切断前の導波路型固体レーザ素子−導波路型波長変換素子一体型素子の側面図である。さらに、図３は、導波路型固体レーザ素子−導波路型波長変換素子一体型素子の切断位置を示す図である。
【００２５】
なお、図２Ａ、図２Ｂ、および図３の各図中に示した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６の方向
ｙ方向：光軸６に対する垂直断面における、導波路型固体レーザ素子３および導波路型波長変換素子４の幅方向（長手方向）を意味している。
ｚ方向：光軸６に対する垂直断面における、導波路型固体レーザ素子３および導波路型波長変換素子４の厚さ方向を意味している。
なお、これらの方向は、後述する図６Ａ、図６Ｂにおいても同様である。
【００２６】
レーザ媒質３ｃの端面３ｅと非線形材料４ｃの端面４ｆとでレーザ装置の共振器を構成するために、端面３ｅと端面４ｆは、平行に配置する必要がある。そのため、本願発明の平面導波路型レーザ装置では、ヒートシンク１の四隅に当て面５を設けている。この当て面５に当たるように、導波路型固体レーザ素子３と導波路型波長変換素子４を配置することで、端面３ｅと端面４ｆを容易に平行になるようにすることができる。
【００２７】
当て面５は、金属めっき（例えば、金メッキなど）で作られ、形状は、典型的には、ｘｙ方向が百μｍ〜数ｍｍの長方形、ｚ方向の厚さが数百μｍ〜数ｍｍの直方体とする。当て面５は、５ａ〜５ｄの４つで構成され、当て面５ａと５ｂの端面３ｅが当たる面を結ぶ線と、当て面５ｃと５ｄの端面４ｆが当たる面を結ぶ線とが平行になるように、ヒートシンク１の四隅に、配置されている。
【００２８】
図２Ａ中の点線領域１ａ、１ｂにヒートシンク１が有ってもよいが、エッチング等で加工して、無いほうが望ましい。端面３ｅは、半導体レーザ素子２の端面に近接して配置するため、点線領域にヒートシンクが存在する場合には、点線領域１ａのｘ方向の大きさを１００μｍ以下とする。
【００２９】
レーザ媒質３ｃの端面３ｅと非線形材料４ｃの端面４ｆとの平行度をより精度よく出すために、導波路型固体レーザ素子３と導波路型波長変換素子４は、ｙ方向に長いバー状の形状とし、当て面５ａと５ｂの距離および当て面５ｃと５ｄの距離をなるべく長くする。バー状の導波路型固体レーザ素子３と導波路型波長変換素子４のｙ方向の大きさは、典型的には、数〜数十ｍｍとする。
【００３０】
バー状の導波路型固体レーザ素子３と導波路型波長変換素子４をヒートシンク１上に接合した後、ｙ方向に、所望の長さに切断する（図３参照）。切断方法としては、切粉などが発生しないレーザ加工を用いる。しかしながら、レーザ加工は、加工物をレーザ光によって溶融させて切断するため、溶融物がレーザ媒質３ｃの端面３ｆと非線形材料４ｃの端面４ｅとの間に入り込まないようにする必要がある。
【００３１】
図４は、本発明の実施の形態１における溶融物が発生しない平面導波路型レーザ装置の加工方法の一例を示す図である。レーザ光１０をレンズ９により集光して加工物に照射する際に、集光点が加工物内部になるようにし、表面を溶融させずに内部のみ溶融させ、加工物内部に改質領域１１を形成する。具体的には、図３における切断ラインに沿って、導波路型固体レーザ素子３の内部および導波路型波長変換素子４の内部に、改質領域１１ａおよび１１ｂを形成することとなる。
【００３２】
また、必要に応じて、ヒートシンク１の内部にも改質領域１１ｃを形成してもよい。この改質領域１１ａ、１１ｂおよび１１ｃを形成した後、ヒートシンク１の下面より応力を加えることにより、この改質領域１１ａ、１１ｂおよび１１ｃを起点に素子が切断される。
【００３３】
レーザ媒質３ｃの端面３ｆから出射された基本波レーザ光が非線形材料４ｃの端面４ｅから入射するためには、レーザ媒質３ｃと非線形材料４ｃのｚ方向の位置（高さ）を合わせて、導波路型固体レーザ素子３と導波路型波長変換素子４を配置する必要がある。そのためには、導波路型固体レーザ素子３および導波路型波長変換素子４と、ヒートシンク１との接合に用いる接合剤７ａ、７ｂ（図２Ｂ参照）としては、厚さ制御が容易な蒸着はんだ（例えば、ＡｕＳｎはんだなど）を用いるのが望ましい。
【００３４】
なお、導波路型固体レーザ素子３の接合に用いる接合剤７ａと、導波路型波長変換素子４の接合に用いる接合剤７ｂは同一の材料である必要はない。また、はんだ接合するために、ヒートシンク１と、導波路型固体レーザ素子３および導波路型波長変換素子４との接合面には、金属膜（例えば、Ｃｒ／Ｎｉ／Ａｕなど）を設けていてもよい。
【００３５】
以上のように、実施の形態１によれば、導波路型固体レーザ素子と導波路型波長変換素子を、同一ヒートシンク上に配置している。特に、導波路型固体レーザ素子と導波路型波長変換素子との平行度の位置出しを行うための当て面を、ヒートシンク上に設けておくことで、調整の容易化、組立作業の簡略化を図ることができる。
【００３６】
なお、本実施の形態１では、導波路型光学素子として、波長変換素子を用いた場合の例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、導波路型光学素子として、他の光学素子を用いた場合にも適用できる。例えば、導波路型波長変換素子４の代わりに、導波路型偏光子、導波路型Ｑスイッチ素子などを用いることができる。
【００３７】
実施の形態２．
先の実施の形態１において、非線形材料４ｃとして周期反転分極構造を持つＭｇＯ添加ＬｉＮｂＯ３を用いる場合には、基板４ａとしては、通常、非線形材料４ｃと同一の材質であるＬｉＮｂＯ３を用いる。しかしながら、ＬｉＮｂＯ３の熱膨張係数は、１４．８×１０−６Ｋ−１であり、Ｓｉの熱膨張係数は、２．６×１０−６Ｋ−１である。従って、ヒートシンク１として、一般的なＳｉヒートシンクを用いる場合には、熱膨張係数の差が大きく、ヒートシンク１と導波路型波長変換素子４の接合において、高温での接合が困難となる。
【００３８】
一方、ヒートシンク１と導波路型波長変換素子４の接合における接合剤としては、蒸着可能なＡｕＳｎはんだなどを用いることが望ましい。しかしながら、ＡｕＳｎはんだの融点は、２８０℃であり、高温での接合が必要になる。
【００３９】
そこで、本実施の形態２では、このような高温の問題を解決するために、基板として、ヒートシンク１と同等な熱膨張係数を持つ材料を用いる場合について説明する。図５は、本発明の実施の形態２における導波路型波長変換素子の構成図である。本実施の形態２における導波路型波長変換素子１０４の基板１０４ａとして、ヒートシンク１と同一の材質であるＳｉを用いる。なお、熱膨張係数がＳｉとほぼ同じ材料であれば、基板１０４ａとして他の材料を用いてもよい。その他の導波路型波長変換素子１０４の構造は、先の実施の形態１で示した導波路型波長変換素子４と同一の構造である。また、導波路型波長変換素子１０４以外の構造および製造方法は、先の実施の形態１と同様である。
【００４０】
基板１０４ａとして、ヒートシンク１と同等な熱膨張係数を持つ材料を用いることで、高温接合後冷却時に導波路型波長変換素子１０４およびヒートシンク１にかかる応力を緩和することができる。この結果、高融点を持つＡｕＳｎはんだによる接合が可能となる。
【００４１】
以上のように、実施の形態２によれば、先の実施の形態１における構成に加え、導波路型波長変換素子の基板として、ヒートシンクと同等な熱膨張係数を持つ材料を用いている。この結果、先の実施の形態１における効果に加え、高温接合後冷却時に導波路型波長変換素子およびヒートシンクにかかる応力を緩和することができ、高融点を持つＡｕＳｎはんだによる接合が可能となる。
【００４２】
実施の形態３．
先の実施の形態２では、接合剤として高融点のものを用いる場合について説明した。これに対して、本実施の形態３では、接着剤として低融点のものを用いる場合について説明する。
【００４３】
本実施の形態３の特徴である、導波路型固体レーザ素子−導波路型波長変換素子一体型素子の製造方法について、図６Ａ、図６Ｂを用いて説明する。図６Ａは、本発明の実施の形態３の平面導波路型レーザ装置における導波路型固体レーザ素子−導波路型波長変換素子一体型素子の上面図である。また、図６Ｂは、本発明の実施の形態３の平面導波路型レーザ装置における導波路型固体レーザ素子−導波路型波長変換素子一体型素子の側面図である。
【００４４】
本実施の形態３の場合、ヒートシンク１０１と導波路型波長変換素子４との接合における接合剤１０７ｂとして、低融点であるＳｎＢｉ系（例えば、Ｂｉ−５７Ｂｉ−１Ａｇはんだ、融点：１３７℃）のはんだを用いる。はんだの供給方法としては、蒸着が望ましいが、ＳｎＢｉ系はんだのように蒸着が困難なはんだを用いる場合は、一般的なはんだペーストを用いてもよい。
【００４５】
また、この接合剤１０７ｂとしては、融点が１５０℃以下のはんだであれば、他のはんだを用いてもよい。これにより、１５０℃以下の低温で、ヒートシンク１０１と導波路型波長変換素子４とを確実に接合することができ、両者の熱膨張係数の差が大きい場合にも、その影響を受けにくい状態での接合が可能となる。
【００４６】
なお、ヒートシンク１０１と導波路型固体レーザ素子３の接合における接合剤１０７ａとしては、先の実施の形態１と同様に、蒸着可能なはんだ（例えば、ＡｕＳｎはんだ）を用いてよい。
【００４７】
一般的に、はんだペーストを用いて接合する場合には、はんだ表面に形成する酸化膜を除去するために、スクラブという作業が必要である。このスクラブとは、接合時にはんだが溶融している状態で、接合する素子を前後左右に動かし、溶融しているはんだをかき混ぜる作業のことである。導波路型波長変換素子４をスクラブする場合には、ｘ方向に動かすと導波路型固体レーザ素子３と接触してしまうため、ｙ方向のみでスクラブを行う。
【００４８】
また、はんだペーストは、蒸着ではんだを供給するよりもはんだ量が多くなる。そこで、スクラブや、接合時に導波路型波長変換素子４にかける荷重により、はんだが導波路型波長変換素子４の接合面からはみ出して、導波路型固体レーザ素子３の端面３ｆに接触することを避ける必要がある。このため、本実施の形態３におけるヒートシンク１０１は、溝１０１ａが設けられており、はみ出てきたはんだを逃がすようにしている。溝１０１ａの寸法は、典型的には、ｘ方向が１００μｍ程度、深さ方向（ｚ方向）が１００〜数百μｍとする。
【００４９】
接着剤１０７ｂの材質、およびヒートシンク１０１の構造を除いて、本実施の形態３における平面導波路型レーザ装置の構造およびその製造方法は、先の実施の形態１と同様である。
【００５０】
以上のように、実施の形態３によれば、ヒートシンクと導波路型波長変換素子との接合における接合剤として、融点が１５０℃以下の低融点のものを用いている。この結果、１５０℃以下の低温で、ヒートシンク１０１と導波路型波長変換素子４とを確実に接合することができ、両者の熱膨張係数の差が大きい場合にも、その影響を受けにくい状態での接合が可能となる。
【００５１】
さらに、本実施の形態３のヒートシンクは、導波路型固体レーザ素子と導波路型光学素子との間に位置する未接合領域に溝が形成されている。これにより、はんだが導波路型波長変換素子の接合面からはみ出して、導波路型固体レーザ素子の端面に接触することを回避することができる。
【００５２】
実施の形態４．
先の実施の形態２では、導波路型波長変換素子の基板をヒートシンクと同等の熱膨張係数を有する材料を使用する方法について説明した。これに対して、本実施の形態４では、ヒートシンクに櫛型構造を設け、導波路型波長変換素子にかかる熱応力を緩和する方法について説明する。
【００５３】
図７Ａは、本発明の実施の形態４における導波路型固体レーザ素子−導波路型波長変換素子一体型素子用ヒートシンクの構造図である。ここで、ヒートシンク２０１の接合面には、櫛歯２０２が設けられている。
【００５４】
また、図７Ｂは、本発明の実施の形態４における導波路型固体レーザ素子−導波路型波長変換素子の導波路型波長変換素子接合部の光軸に垂直な面での断面図である。ヒートシンク２０１の光軸に垂直な断面は、櫛状の構造をしており、この櫛の先端部が接合剤２０３を介して波長変換素子４の接合面と接合される。
【００５５】
この櫛歯２０２は、金属めっき（例えば、ＣｕやＮｉなど）により作成され、接合剤２０３としては、蒸着やめっきが可能なはんだ（例えば、ＡｕＳｎはんだ）が用いられる。めっきで櫛歯２０２を作成することにより、マスクパターンの変更のみで、容易に櫛幅や櫛歯間距離を変更することができる。
【００５６】
基板４ａにＬｉＮｂＯ３を用いる場合、Ｓｉヒートシンクとは熱膨張係数が異なるため、ＡｕＳｎはんだで高温接合すれば、波長変換素子に熱応力が発生する。そこで、Ｓｉヒートシンクの接合面を、図７Ａ、図７Ｂに示したように、櫛型構造にすることにより、波長変換素子の熱応力が各櫛歯に対してせん断応力として働く。そのため、各櫛歯にせん断歪が生じ、その歪の分だけ波長変換素子の熱応力が緩和される。
【００５７】
ここで、各櫛歯にかかるせん断応力は、櫛幅（接合面積）に反比例する。このため、櫛幅を狭くする方が、櫛歯のせん断歪が大きくなり、波長変換素子の応力もより緩和される（図７Ｂ参照）。
【００５８】
しかしながら、櫛幅を狭くすると、櫛歯にかかるせん断応力の増大により櫛歯が破断する可能性がある。図８は、本発明の実施の形態４の櫛状構造を有するヒートシンク２０１における櫛歯のＤｕｔｙ（櫛幅／櫛歯間距離）に対する波長変換素子にかかる熱応力、および櫛歯にかかるせん断応力のそれぞれの関係を示した図である。この関係は、用いる材料の物理特性（熱膨張係数や弾性率など）によって決まる。このため、用いる材料に応じて、最適なＤｕｔｙを設定することとなる。基板４ａにＬｉＮｂＯ３を用い、ヒートシンク２０１にＳｉを用いる場合には、Ｄｕｔｙを８０％以下に設定することが望ましい。
【００５９】
次に、非線形材料４ｃの中で発生する温度分布について用いて説明する。図９は、本発明の実施の形態４において、図７Ｂ中のヒートシンク２０１〜非線形材料４ｃの断面図の一部を拡大した図である。非線形材料４ｃ内で発生した熱は、クラッド４ｄおよび接合剤２０３を介して、ヒートシンク２０１に排熱される。
【００６０】
このとき、本実施の形態４におけるヒートシンク２０１は、櫛形をしており、接合剤２０３により接合されている範囲が櫛歯の先端部のみである。このため、２つの櫛歯間の中間部には、２つの櫛歯のほぼ中心からｙ軸方向の両側に、熱の流れが発生する。従って、２つの櫛歯のほぼ中心の温度が最大となり、櫛歯の部分に近づくに従い、温度が低下する。
【００６１】
非線形材料４ｃ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。非線形材料４ｃ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には、温度の高い２つの櫛歯の中心部の屈折率が大きくなり、櫛歯の部分に近づくに従い、屈折率が小さくなる。その結果、ｙ軸方向には、２つの櫛歯の中心部を光軸とした熱レンズ効果が発生し、ｙ軸方向のレーザ発振モードを安定化させることができる。なお、この櫛歯の間隔は、半導体レーザ素子２の発光点に対応するものとする。
【００６２】
この櫛歯は、導波路型固体レーザ素子の接合面も含むヒートシンクの接合面全面に施す。このように、導波路型固体レーザ素子との接合面も櫛歯構造にすることにより、温度分布による発振モード安定化の効果を、さらに大きくすることができる。
【００６３】
なお、ヒートシンク２０１において、導波路型固体レーザ素子と導波路型光学素子との間に位置する未接合領域は、櫛パターンを抜いておく。これにより、接合面からはみ出したはんだが、導波路型固体レーザ素子の端面および導波路型光学素子の端面へ接触することを回避することができる。
【００６４】
以上のように、実施の形態４によれば、ヒートシンクに櫛型構造を設けることで、導波路型波長変換素子にかかる熱応力を緩和することができ、高融点を持つＡｕＳｎはんだによる接合が可能となる。さらに、めっきで櫛歯を作成することにより、マスクパターンの変更のみで、容易に櫛幅や櫛歯間距離を変更することができ、熱応力の緩和に関し、所望の特性を持たせることが容易となる。
【００６５】
なお、上述した本実施の形態４では、ｙ方向の応力緩和について説明してきたが、ｘ方向の応力についても同様に考えられるため、ｘ方向に櫛歯を設けてもよい。図１０は、本発明の実施の形態４における導波路型固体レーザ素子−導波路型波長変換素子一体型素子用ヒートシンクで、ｘ方向に櫛歯を設けた場合の構造図である。ｘ方向に櫛歯を設ける場合は、熱レンズによるビーム安定化の効果は得られないが、櫛歯の間隔等は、自由に設定できる。
【００６６】
また、ｘ方向、ｙ方向ともに櫛歯を設けたほうがより効果的である。図１１は、本発明の実施の形態４における導波路型固体レーザ素子−導波路型波長変換素子一体型素子用ヒートシンクで、ｘ方向、ｙ方向ともに櫛歯を設けた場合の構造図である。この場合には、接合面がドット状になり、ｘｙ平面内の全方向の応力を緩和することが可能となる。なお、この場合のｘ方向の櫛歯の間隔は、特に等間隔である必要はない。
【００６７】
なお、先の実施の形態２で説明した導波路型波長変換素子１０４を用いると、応力緩和に関して、より効果的である。
【符号の説明】
【００６８】
１  ヒートシンク、２  半導体レーザ素子、３  導波路型固体レーザ素子、３ａ  基板、３ｂ  クラッド、３ｃ  レーザ媒質、３ｄ  クラッド、３ｅ  端面、３ｆ  端面、４  導波路型波長変換素子（導波路型光学素子）、４ａ  基板、４ｂ  クラッド、４ｃ  非線形材料、４ｄ  クラッド、４ｅ  端面、４ｆ  端面、５、５ａ〜５ｄ  当て面、６  光軸、７ａ、７ｂ  接合剤、８  切断ライン、９  レンズ、１０  レーザ光、１１、１１ａ〜１１ｃ  改質領域、１０１  ヒートシンク、１０１ａ  溝、１０４  導波路型波長変換素子、１０４ａ  基板、１０７ａ、１０７ｂ  接合剤、２０１  ヒートシンク、２０２  櫛歯、２０３  接合剤。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
2011139011.tif 000009
【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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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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