(57)【要約】本発明は、導波路を励起するよう使用され、光源としても使用される半導体ダイオードレーザに係る。ＩＲ波長放射から可視光線放射を作り出す本発明に従った導波路レーザは、ａ）ＩＲ波長放射を作り出す少なくとも１つの半導体ダイオードレーザ又はダイオードレーザ・バーと、ｂ）後に放射が続く光子吸収エネルギ移動のアップコンバージョン工程によってＩＲ波長放射を可視光線へと変換する半導体ダイオードレーザにおいて放射層の厚さより少なくとも１μｍ厚い厚さを有する少なくとも１つのアップコンバージョン層と、ｃ）可視光線放射を再循環する少なくとも１つの光学的感知手段及び／又はＩＲ波長放射を再循環する少なくとも１つの光学的感知手段と、を有する。レーザダイオード又はレーザダイオード・バー、及びアップコンバージョン層は、同一の基板上又は別個の基板上に配置される。レーザダイオード又はレーザダイオード・バー、及びアップコンバージョン層は、近接して配置される。近接して配置されたダイオードレーザ・バーとアップコンバージョン層との間にギャップが形成される。あるいは、レーザダイオード又はレーザダイオード・バー、及びアップコンバージョン層は、このオーダにおいて接触して配置され、導波路レーザは、    【数５６】2007504645.tif 000058  乃至    【数５７】2007504645.tif 000059  であるビーム質Ｍ２を有する。
2007504645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＲ波長放射から可視光線放射を作り出す導波路レーザであって、
ａ）  ＩＲ波長放射を作り出す少なくとも１つの半導体ダイオードレーザ又はダイオードレーザ・バーと、
ｂ）  後に放射が続く光子吸収エネルギ伝達のアップコンバージョン工程によって前記ＩＲ波長放射を可視光線へと変換し、前記半導体ダイオードレーザにおける放射層の厚さより少なくとも１μｍの厚さを有する少なくとも１つのアップコンバージョン層と、
ｃ）  前記可視光線の放射を再循環させる少なくとも１つの光学的感知手段、及び／又は、前記ＩＲ波長放射を再循環させる少なくとも１つの光学的感知手段と、
を有し、
前記レーザダイオード又はレーザダイオード・バー及び前記アップコンバージョン層は、同一の基板上に、又は夫々別個の基板上に配置され、
前記レーザダイオード又はレーザダイオード・バー及び前記アップコンバージョン層は、近接して配置され、前記近接して配置されたダイオードレーザ・バーと前記アップコンバージョン層との間にギャップが形成されるか、あるいは、
前記レーザダイオード又はレーザダイオード・バー及び前記アップコンバージョン層は、このオーダで配置されて接触し、
前記導波路レーザは、
【数１】
2007504645.tif 000048
乃至
【数２】
2007504645.tif 000049
であるビーム質Ｍ２を有する、
導波路レーザ。
【請求項２】
ＩＲ波長放射から可視光線放射を作り出す導波路レーザであって、
ａ）  ＩＲ波長放射を作り出す少なくとも１つの半導体ダイオードレーザ又はレーザ・バーと、
ｂ）  後に放射が続く光子吸収エネルギ伝達のアップコンバージョン工程によって前記ＩＲ波長放射を可視光線へと変換する、少なくとも１つのアップコンバージョン層と、
ｃ）  前記ＩＲ波長放射を有する少なくとも２つの導波路層と、
ｄ）  前記可視光線放射を再循環させる少なくとも１つの光学的感知手段、及び／又は、前記ＩＲ波長放射を再循環させる少なくとも１つの光学的感知手段と、
を有し、
前記アップコンバージョン層は、前記アップコンバージョン層の屈折率より小さい前記屈折率を有する２つの導波路層の間におかれ、
前記アップコンバージョン層及び前記２つの導波路層の厚さ総計は、前記半導体ダイオードレーザにおける前記放射層の厚さより少なくとも１μｍ厚く、
前記レーザダイオード又はレーザダイオード・バー及び前記アップコンバージョン層は、同一の基板上又は夫々別個の基板上に配置され、
前記レーザダイオード又はダイオード・バー及び前記アップコンバージョン層は、近接して配置され、前記近接して配置されたダイオードレーザ又はダイオードレーザ・バーと前記アップコンバージョン層との間にギャップが形成されるか、あるいは、
前記レーザダイオード又はレーザダイオード・バー及び前記アップコンバージョン層は、配置されて接触し、
前記ダイオードレーザは、
【数３】
2007504645.tif 000050
乃至
【数４】
2007504645.tif 000051
である光学ビーム質Ｍ２を有する、
導波路レーザ。
【請求項３】
前記半導体ダイオードレーザ・バーは、少なくとも２つ、望ましくは少なくとも５つ、より望ましくは少なくとも１０、最も望ましくは少なくとも２０の単一のダイオードレーザ・エミッタを有する、
請求項１又は２記載の導波路レーザ。
【請求項４】
請求項１乃至３に従った少なくとも２つの導波路レーザのスタックを有する、
導波路レーザ。
【請求項５】
前記ダイオードレーザの端面は、赤外線において部分的に透過性である端部ミラーで被覆され、
前記ＩＲダイオードレーザ端面を指し示すアップコンバージョン層端面は、前記可視光線においては高反射性コーティングで、前記赤外線においては高透過性コーティングで被覆され、
前記近接したダイオードレーザとアップコンバージョン層との間の前記ギャップは、可視光線放射及び／又は赤外線の波長放射に対して半透明の材料で充填され、前記充填材料は、望ましくは前記ダイオードレーザ又はダイオードレーザ・バーの屈折率と前記アップコンバージョン層の前記屈折率との間の屈折率を有する、
請求項１乃至４記載の導波路レーザ。
【請求項６】
前記ダイオードレーザの端面は、前記赤外線において部分的に透過性であり、前記可視光線において高反射性である端部ミラーで被覆され、
前記近接したダイオードレーザとアップコンバージョン層との間の前記ギャップは、可視光線放射及び赤外線の波長放射に対して半透明の材料で充填され、前記充填材料は、前記アップコンバージョン層の前記屈折率とは０．２より大きくは異ならない屈折率を有する、
請求項１乃至５記載の導波路レーザ。
【請求項７】
前記アップコンバージョン層の長さは、
【数５】
2007504645.tif 000052
乃至
【数６】
2007504645.tif 000053
、望ましくは、
【数７】
2007504645.tif 000054
、より望ましくは、
【数８】
2007504645.tif 000055
、及び、最も望ましくは、
【数９】
2007504645.tif 000056
乃至
【数１０】
2007504645.tif 000057
であり、
前記アップコンバージョン層の幅は、前記ダイオードレーザの放射層と略同一の幅を有し、望ましくは前記エミッタ幅より＞１μｍ広いが、前記エミッタ幅より２００μｍより広くはなく、及び／又は、
前記アップコンバージョン層の厚さ、又は夫々前記アップコンバージョン層及び前記２つの導波路層の前記厚さ総計は、前記ダイオードレーザの前記放射層の前記厚さより少なくとも１μｍ厚く、望ましくは前記エミッタの厚さより２μｍ厚いが、前記エミッタの厚さより２０μｍより厚くはない、
請求項１乃至６記載の導波路レーザ。
【請求項８】
前記ダイオードレーザ・バー及び／又はスタックは、１つのｐ電極及び１つのｎ電極と導電的に接続されるか、あるいは、
前記単一のダイオードレーザ・エミッタ及び／又はスタックは、所望の活性化を受けるよう個別の群として又は共通して又は互いに対して分離されて導電的に接続される、
請求項１乃至７記載の導波路レーザ。
【請求項９】
前記ダイオードレーザは、少なくとも３つ、望ましくは少なくとも１５のアップコンバージョン層を有し、望ましくは各々が前記ＩＲ波長を、原色の赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、又は青色（Ｂ）のうちの１色へと変換し、より望ましくは、前記アップコンバージョン層は、Ｒ−Ｇ−Ｂパターンを作り出すよう近接して配置されるか、あるいは、前記アップコンバージョン層は、交互性Ｒ／Ｇ／Ｂ又は反復性Ｒ−Ｇ−Ｂのパターンを作り出すよう近接して配置される、
請求項１乃至８記載の導波路レーザ。
【請求項１０】
請求項１乃至９のうちいずれか一項記載の前記ダイオードレーザの少なくとも１つを有する照明ユニットであって、次の適用、
店舗用照明、家庭用照明、アクセント照明、スポット照明、劇場用照明、自動車用ヘッドライト、光ファイバのアプリケーション、及び投射系、
のうちいずれか１つにおける使用に対して設計される、
照明ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイオードレーザ励起の導波路レーザ、及び、従来のアークランプの代替に対する光源としての該レーザの使用に係り、特には、アップコンバージョン導波路レーザに係る。本発明の導波路レーザは、投射ディスプレイ、及び、ヘッドライト、店舗用、家庭用、アクセント、スポット、又は劇場用の照明等の多種の照明の応用等に対する従来のアークランプを置き換えるよう光源として使用され得る。
【背景技術】
【０００２】
レーザダイオードは、コヒーレント放射を作り出す半導体装置であり、そこでは波は、電流が通過する際可視又は赤外線（ＩＲ）スペクトルにおいて全て同一の周波数及び相である。導波路レーザは、励起源としてレーザダイオード及び導波路構造を有し、該構造においては、ダイオードレーザの励起放射は吸収され、異なる波長に変換される。レーザダイオード及び導波路レーザは、光ファイバシステム、コンパクトディスク（ＣＤ）において、固体レーザ、レーザプリンタ、リモート・コントロール装置、侵入検知システム、及び、溶接又は切断等の材料加工に対する励起源として使用される。
【０００３】
米国特許第Ａ５４３６９１９号明細書（特許文献１）は、可視又は紫外線の波長放射を作り出すマルチ波長のアップコンバージョン導波路レーザを開示する。該レーザは、比較的長い波長放射を作り出す半導体レーザダイオード、比較的長い波長放射を可視又は紫外線の波長放射に変換する薄膜材料を有するチャネル導波路、及び、可視又は紫外線の波長放射を再循環する光学的感知手段を有する。光学的感知手段は、出力カプラとして出力光学コーティング、あるいは１つ又はそれ以上のブラッグ・グレーティング反射体を使用し得る。１つ又はそれ以上の光学的感知手段は、１つ又はそれ以上の可視又は紫外線の放射波長を作り出すよう使用され得る。１つ又はそれ以上の単独で制御可能な光波モジュレータは、可視又は紫外線の波長放射を変調するよう使用され得る。特許文献１において、薄膜材料が０．７μｍ乃至２．０μｍの厚さを有することが開示される。
【０００４】
故に、ダイオードレーザ、更にアップコンバージョン導波路レーザは、従来技術において一般的に既知である。
【０００５】
しかしながら、導波路レーザの製造工程を簡略化することが長い間必要とされている。これは、製造の低い垂直方向の範囲、少数の構成部品、増強された堅牢性、更なる小型化、及び低コストを有する導波路レーザを与えるため、及び、更にアークランプより優れた又は同程度の光線性能を有する光源を与えるためであり、前出の導波路レーザは、アークランプを置き換えるよう更に優れた又は同様の放射性能を有する光源として使用され得る。
【特許文献１】米国特許第Ａ５４３６９１９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、アークランプに対して同様の放射性能を有する導波路レーザを与えることによって上述の課題を克服することを目的とする。本発明の導波路レーザ光源は、従来技術における既知のレーザダイオードと比較して、製造がより容易であり、より小型化され、アークランプにより類似する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、ＩＲ波長放射から可視光線放射を作り出す導波路レーザにおいて達成される。該導波路レーザは、ａ）ＩＲ波長放射を作り出す少なくとも１つの半導体ダイオードレーザ又はダイオードレーザ・バー、ｂ）後に放射が続く光子吸収エネルギ伝達のアップコンバージョン工程によってＩＲ波長放射を可視光線に変換する、少なくとも１つのアップコンバージョン層、及び、ｃ）可視光線放射を再循環させる少なくとも１つの光学的感知手段、及び／又は、ＩＲ波長放射を再循環させる少なくとも１つの光学的感知手段、を有する。アップコンバージョン層の厚さは、半導体ダイオードレーザにおける放射層の厚さより少なくとも１μｍの厚さを有する。レーザダイオード又はレーザダイオード・バー及びアップコンバージョン層は、同一の基板上又は夫々別個の基板上に配置される。レーザダイオード又はレーザダイオード・バー及びアップコンバージョン層は近接して配置され、近接して配置されたダイオードレーザ又はダイオードレーザ・バーとアップコンバージョン層との間にギャップが形成される。あるいは、レーザダイオード又はレーザダイオード・バー及びアップコンバージョン層は、配置されて接触する。ダイオードレーザは、
【０００８】
【数１１】
2007504645.tif 000003
乃至
【０００９】
【数１２】
2007504645.tif 000004
である光学ビーム質Ｍ２を有する。
【００１０】
この目的は又、ＩＲ波長放射から可視光線放射を作り出す導波路レーザにおいて達成され得る。該導波路レーザは、ａ）ＩＲ波長放射を作り出す少なくとも１つの半導体ダイオードレーザ又はダイオードレーザ・バー、ｂ）後に放射が続く光子吸収エネルギ伝達のアップコンバージョン工程によってＩＲ波長放射を可視光線に変換する、少なくとも１つのアップコンバージョン層、ｃ）ＩＲ波長放射を有する少なくとも２つの導波路層、及び、ｄ）可視光線放射を再循環させる少なくとも１つの光学的感知手段、及び／又は、ＩＲ波長放射を再循環させる少なくとも１つの光学的感知手段、を有する。アップコンバージョン層は、アップコンバージョン層の屈折率より小さい屈折率を有する２つの導波路層の間に置かれる。アップコンバージョン層及び２つの導波路層の厚さ総計は、半導体ダイオードレーザにおける放射層の厚さより少なくとも１μｍ厚い。レーザダイオード又はレーザダイオード・バー及びアップコンバージョン層は、同一の基板上又は夫々別個の基板上に配置さる。レーザダイオード又はレーザダイオード・バー及びアップコンバージョン層は、近接して配置され、近接して配置されたダイオードレーザ又はダイオードレーザ・バーとアップコンバージョン層との間にギャップが形成される。あるいは、レーザダイオード又はレーザダイオード・バー及びアップコンバージョン層は、配置されて接触し、ダイオードレーザは、
【００１１】
【数１３】
2007504645.tif 000005
乃至
【００１２】
【数１４】
2007504645.tif 000006
である光学ビーム質Ｍ２を有する。
【００１３】
驚くべきことに、アップコンバージョン導波路レーザは、光学ビーム質Ｍ２が、
【００１４】
【数１５】
2007504645.tif 000007
乃至
【００１５】
【数１６】
2007504645.tif 000008
に調整されるという点において、アークランプに対して同様の放射性能を有するよう適合され得ることが、発明者によって見つけられている。これは、アップコンバージョン層の厚さが半導体ダイオードレーザにおける放射層の厚さより少なくとも１μｍ厚いという点で達成される。
【００１６】
本願で使用される「光学的感知手段」という語は、可視光線放射を再循環する、及び／又はＩＲ波長放射を再循環する少なくとも２つのミラーを有する。
【００１７】
本願で使用される「放射層」という語は、レーザ光を有し、各単一のエミッタのレージング点を確定するレーザダイオード又はレーザダイオード・バーにおける層を意味する。これらの層は、典型的なレーザダイオードにおいて、ＩＲレーザダイオードに対して少なくとも１μｍである典型的な全体的厚さを有する量子井戸構造を間に挟む２つの導波路層を有する。
【００１８】
本願で使用される「アップコンバージョン層」という語は、望ましくはレアアースを塗布されたＺＢＬＡＮ層を有する層構造を意味し、例えば、後に放射が続く光子吸収エネルギ伝達のアップコンバージョン工程によるレアアース・イオンによって放射された結合されていない（ｉｎｃｏｕｐｌｅｄ）ＩＲ光及び可視光を有するＺＢＬＡＮ：Ｅｒである。アップコンバージョン層は、例えば、異なる化学量論的組成を有するＺＢＬＡＮを有し、より低い屈折率を有する２つの層の間に置かれ得る。また、アップコンバージョン層は、例えば、異なる化学両論的組成を有するＺＢＬＡＮを有し、より低い屈折率を有する２つの導波路層の間に置かれ得、同様に、例えば、アップコンバージョン層及び導波路層とは異なる化学両論的組成を有するＺＢＬＡＮを有し、導波路層より低い屈折率を有する２つの層の間に置かれ得る。
【００１９】
アップコンバージョン層の厚さ、又は、夫々アップコンバージョン層と２つの導波路層の厚さの総計は、少なくとも２．１μｍ、望ましくは少なくとも２．５μｍ、及びより望ましくは少なくとも３μｍであり得る。更には、アップコンバージョン層の厚さ、又は、夫々アップコンバージョン層と２つの導波路層の厚さの総計は、少なくとも３．５μｍ、又は少なくとも４μｍ、又は少なくとも５μｍ、又は少なくとも６μｍであり得る。
【００２０】
本願で使用される「導波路層」という語は、望ましくは非ドープのＺＢＬＡＮを望ましくは有し、結合されていないＩＲ光を有するが、可視光又は単なる少量の可視光は有さない層を意味する。
【００２１】
本発明の導波路レーザがレーザダイオードを有する場合、アップコンバージョン層の厚さ、又は、夫々アップコンバージョン層と２つの導波路層の厚さの総計は、近接するレーザダイオード・バーの各近接する放射層の厚さより少なくとも１μｍ厚い。
【００２２】
本発明の導波路レーザがレーザダイオード・バーを有する場合、アップコンバージョン層の厚さ、又は、夫々アップコンバージョン層と２つの導波路層の厚さの総計は、近接するレーザダイオード・バーの各近接する放射層の厚さより少なくとも１μｍ厚い。
【００２３】
望ましくは、本発明に従った導波路レーザは、
【００２４】
【数１７】
2007504645.tif 000009
乃至
【００２５】
【数１８】
2007504645.tif 000010
、また望ましくは、
【００２６】
【数１９】
2007504645.tif 000011
乃至
【００２７】
【数２０】
2007504645.tif 000012
、より望ましくは
【００２８】
【数２１】
2007504645.tif 000013
乃至
【００２９】
【数２２】
2007504645.tif 000014
、更に望ましくは
【００３０】
【数２３】
2007504645.tif 000015
乃至
【００３１】
【数２４】
2007504645.tif 000016
、最も望ましくは
【００３２】
【数２５】
2007504645.tif 000017
乃至
【００３３】
【数２６】
2007504645.tif 000018
、である光学ビーム質Ｍ２を有する。
【００３４】
投射ディスプレイは、光源上で高い需要を有し、従ってＵＨＰランプ、即ちショートアーク高放圧ランプが一般的に使用される。驚くべきことに、本発明の導波路レーザは、投射ディスプレイに対してアークランプの代わりに使用され得ることが、発明者によって見つけられている。更に、かかる投射系における光学構成部品の数は、本発明のレーザ光源をアークランプの代わりに使用する際、余剰となる。更には、本発明の導波路レーザは、５％より大きい、望ましくは７％より大きい、より望ましくは１０％より大きい光学変換効率を望ましくは有する。光学変換効率とは、レーザダイオード又はレーザダイオード・バーへの電力入力に対する導波路レーザの可視光出力の比率である。
【００３５】
アップコンバージョン層の厚さ、又は、夫々アップコンバージョン層と２つの導波路層の厚さの総計は、半導体ダイオードレーザにおける放射層の厚さより少なくとも１μｍ厚く、後に放射が続く光子吸収エネルギ伝達のアップコンバージョン工程によってＩＲ波長放射を可視光線に変換する。アップコンバージョン層は、ＺＢＬＡＮとして既知であるフッ化物ガラスを有する。該ＺＢＬＡＮは、構成要素ＺｒＦ４，ＢａＦ２，ＬａＦ３，ＡｌＦ３，及びＮａＦを有し、Ｅｒ，Ｙｂ，Ｐｒ，Ｔｍ，Ｈｏ，Ｄｙ，Ｅｕ，Ｎｄの群から１つ又はそれ以上のレアアース・イオン又はそれらの組み合わせ、あるいは、結晶ＬｉＬｕＦ４，ＬｉＹＦ４，ＢａＹ２Ｆ８、ＳｒＦ２，ＬａＣｌ３，Ｋｐｂ２Ｃｌ５，ＬａＢｒ３を有してドープされ、該結晶は、上述された１つ又はそれ以上のレアアース・イオン、又はレアアースをドープしたＢａ−Ｌｎ−Ｆ又はＣａ−Ｌｎ−Ｆ等のフッ化金属を有してドープされる。Ｌｎは、１つ又はそれ以上のレアアース・イオンであり、上述のＺＢＬＡＮ材料は、Ｋ．Ｏｈｓａｗａ、Ｔ．Ｓｈｉｂａｔａ著、「Preparation and characterization of ZrF4-BaF2-LaF3-NaF-AlF3
glass optical fibers」、Journal of Lightwave Technology LT-2 (5), 602、（１９８４年）中に更に記載される。
【００３６】
例えば、アップコンバージョン層は、銅基板上のＺＢＬＡＮ層に蒸着されたＥｒドープＺＢＬＡＮのガラス層を有し得る。あるいは、アップコンバージョン層は、Ｙｂ，ＥｒドープＺＢＬＡＮを有し得る。本発明によれば、Ｅｒ，Ｈｏ，Ｎｄ，Ｐｒ，Ｐｒ／Ｙｂの群及び／又はＴｍにおいて有するレアアース金属が望ましい。しかしながら、係るアップコンバージョン層を作る製造技術は、従来技術において一般的に既知である。本発明に従ったアップコンバージョン層に対して使用され得るレアアース・ドープ金属は、米国特許第Ｂ１  ６５１０２７６号明細書等において開示される。
【００３７】
従来の半導体ＩＲレーザダイオードは、光励起として働く。半導体レーザダイオードは、７９０ｎｍ乃至１１５０ｎｍの波長で動作すべきである。他のレアアース・ドーパントは、異なる励起波長を要求し得る。所要電力は、アップコンバージョン層に従って変化する。望ましくは、本発明に従って使用されるダイオードレーザ・バー又はスタックのＩＲ出力は、
【００３８】
【数２７】
2007504645.tif 000019
、より望ましくは、
【００３９】
【数２８】
2007504645.tif 000020
であり得る。
【００４０】
単一のレーザダイオードのＩＲ出力は、
【００４１】
【数２９】
2007504645.tif 000021
、より望ましくは、
【００４２】
【数３０】
2007504645.tif 000022
であるべきである。
【００４３】
本発明によれば、アップコンバージョン層及び任意で可視光線放射を再循環する少なくとも１つの光学的感知手段を有する少なくとも１つの周波数変換層は、ＩＲダイオードレーザ又はダイオードレーザ・バー又はダイオードレーザ・スタックと接触する。より詳細には、ＩＲダイオードレーザ又はダイオードレーザ・バー又はスタックのＩＲ波長放射は、ダイオードレーザ又はダイオードレーザ・バーの前方に位置付けられたガラス又は結晶層等のレアアース・ドープアップコンバージョン層を用いて高い周波数に変換される。
【００４４】
ＩＲダイオードレーザ又はダイオードレーザ・バー又はスタック、及びアップコンバージョン層は、同一の基板上又は別個の基板上に置かれ得る。基板は、ガラス材料及び／又はセラミック及び／又は銅等の金属を有し、望ましくは、基板は、装置の効率的な冷却を可能にするよう高熱伝導を有する材料を有する。
【００４５】
本発明の第１の実施例によれば、基板上に配置されたＩＲダイオードレーザ又はダイオードレーザ・バーは、１つのｎ電極と１つのｐ電極との間に挟まれる。アップコンバージョン層は、ＩＲダイオードレーザ又はレーザ・バーの前方に近接して位置付けられた同一の基板上に配置される。可視のレーザは、イントラキャビティ又はエクストラキャビティ配置の形状で実現され得る。エクストラキャビティ配置の場合、レーザダイオード又はレーザダイオード・バーは、一側上では所望のＩＲ波長に対して高反射率を有するミラーを有し、アップコンバージョン層が位置付けられた他側上では従来技術において既知であるアウトカップリング（ｏｕｔｃｏｕｐｌｉｎｇ）ミラーを有する。これらのミラーは、ダイオードレーザ又はダイオードレーザ・バーの端面上のダイクロイック・コーティングとして典型的には実現される。第２の光学的感知手段は、アップコンバージョン層構造の両端部で２つのミラーによって形成される。ＩＲダイオードレーザとアップコンバージョン層構造との間に置かれた一方のミラーは、所望の可視光線で非常に反射性であり、装置の端部の他方のミラーは、従来技術において既知であるアウトカップリング・ミラーとして働く。これらのミラーはまた、ダイクロイック・コーティングの形状で実現され得る。イントラキャビティ配置の場合、ＩＲ出力ミラーは、装置の端部、即ちアップコンバージョン層の端部に置かれる。この場合、ミラーは、所望のＩＲ波長に対して高反射率を有し得る。ＩＲダイオードレーザのイントラキャビティ配置の場合、即ちＩＲダイオードレーザとアップコンバージョン層との間にＩＲミラーが置かれない場合、可視光線放射に対しては反射性だがＩＲ波長放射に対しては透過性であるミラーが、アップコンバージョン層の側部でＩＲダイオードレーザ・バー又はスタックとアップコンバージョン層との間に置かれることが望ましい。
【００４６】
本発明の第２の実施例によれば、ＩＲダイオードレーザ又はダイオードレーザ・バーは、第１の基板上に配置され、１つのｎ電極と１つのｐ電極との間に挟まれる。アップコンバージョン層は、ＩＲダイオードレーザ又はレーザ・バーの前方に位置付けられた第２の基板上に配置される。可視レーザは、イントラキャビティ又はエクストラキャビティ配置の形状で実現され得る。エクストラキャビティ配置の場合、レーザダイオード又はレーザダイオード・バーは、一側上では所望のＩＲ波長に対して高反射率を有するミラーを有し、アップコンバージョン層が位置付けられた他側上では従来技術において既知であるアウトカップリング・ミラーを有する。これらのミラーは、ダイオードレーザ又はダイオードレーザ・バーの端面上のダイクロイック・コーティングとして典型的には実現される。第２の光学的感知手段は、アップコンバージョン層構造の両端部で２つのミラーによって形成される。ＩＲダイオードレーザとアップコンバージョン層構造との間に置かれた一方のミラーは、所望の可視光線で非常に反射性があり、装置の端部の他方のミラーは、従来技術において既知であるアウトカップリング・ミラーとして働く。これらのミラーはまた、ダイクロイック・コーティングの形状で実現され得る。イントラキャビティ配置の場合、ＩＲ出力ミラーは、装置の端部、即ちアップコンバージョン層の端部に置かれる。この場合、ミラーは、所望のＩＲ波長に対して高反射率を有し得る。ＩＲダイオードレーザのイントラキャビティ配置の場合、即ちＩＲダイオードレーザとアップコンバージョン層との間にＩＲミラーが置かれない場合、可視光線放射に対しては反射性だがＩＲ波長放射に対しては透過性であるミラーが、アップコンバージョン層の側部でＩＲダイオードレーザ・バー又はスタックとアップコンバージョン層との間に置かれることが望ましい。
【００４７】
本発明によれば、導波路レーザ光源は、少なくとも１つ、望ましくは少なくとも５つ、より望ましくは少なくとも１０、最も望ましくは少なくとも２０のダイオードレーザ・エミッタ、即ち１つのレーザダイオード・バーを有し得る。
【００４８】
あるいは、本発明に従った導波路レーザ光源は、ＩＲ波長放射を作り出す１つより多い半導体ダイオードレーザ・バーのスタック、及び、上述された通り後に放射が続く光子吸収エネルギ伝達のアップコンバージョン工程によってＩＲ波長放射を可視光線に変換する、アップコンバージョン層を有する。
【００４９】
本発明に従った導波路レーザ光源は、近接して配置されたダイオードレーザ又はダイオードレーザ・バーとアップコンバージョン層との間に、
【００５０】
【数３１】
2007504645.tif 000023
乃至
【００５１】
【数３２】
2007504645.tif 000024
であるギャップを有し得る。しかしながら、近接して配置されたダイオードレーザ又はダイオードレーザ・バー、少なくとも１つの光学的感知手段のミラー材料とアップコンバージョン層との間には、ギャップが形成されないことが望ましい。ギャップは近接して配置されたダイオードレーザ・バー、少なくとも１つの光学的感知手段のミラー材料とアップコンバージョン層との間にギャップが形成される場合、該ギャップは、望ましくは従来技術において既知である屈折率整合液体又はゲル等の充填材料で充填される。
【００５２】
該ギャップは、
【００５３】
【数３３】
2007504645.tif 000025
乃至
【００５４】
【数３４】
2007504645.tif 000026
で有り得、望ましくは、
【００５５】
【数３５】
2007504645.tif 000027
乃至
【００５６】
【数３６】
2007504645.tif 000028
、更に望ましくは、
【００５７】
【数３７】
2007504645.tif 000029
乃至
【００５８】
【数３８】
2007504645.tif 000030
、また望ましくは、
【００５９】
【数３９】
2007504645.tif 000031
乃至
【００６０】
【数４０】
2007504645.tif 000032
、及びより望ましくは、
【００６１】
【数４１】
2007504645.tif 000033
乃至
【００６２】
【数４２】
2007504645.tif 000034
であり得る。しかしながら、該ギャップは、
【００６３】
【数４３】
2007504645.tif 000035
乃至
【００６４】
【数４４】
2007504645.tif 000036
、又は、
【００６５】
【数４５】
2007504645.tif 000037
乃至
【００６６】
【数４６】
2007504645.tif 000038
、又は、
【００６７】
【数４７】
2007504645.tif 000039
乃至
【００６８】
【数４８】
2007504645.tif 000040
、又は、
【００６９】
【数４９】
2007504645.tif 000041
乃至
【００７０】
【数５０】
2007504645.tif 000042
であり得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７１】
本発明の具体的な実施例は、以下の図面を参照してこれより説明される。
【００７２】
図１は、はんだ付け層（５）を有して基板（３）にはんだ付けされたレーザダイオード・バー（２）を有する導波路レーザ（６）の概略的側面図である。同一の基板（３）上に、アップコンバージョン層（４）が置かれる。アップコンバージョン層は、ＺＢＬＡＮ：Ｅｒで作られ、より低い屈折率を有する２つの層の間に置かれ、例えば異なる化学量論的組成を有するＺＢＬＡＮを有する。
【００７３】
図２は、はんだ付け層（５）を有して第１の基板（３ａ）にはんだ付けされたレーザダイオード・バー（２）を有する導波路レーザ（６）の概略的側面図である。別個の第２の基板（３ｂ）上に、ＺＢＬＡＮで作られたアップコンバージョン層（４）が置かれる。前述のアップコンバージョン層は、より低い屈折率を有する２つの層の間に置かれ、例えば異なる化学量論的組成を有するＺＢＬＡＮを有する。この第２の基板（３ｂ）は、第１の基板（３ａ）に近接して位置付けられ、レーザダイオード・バー（２）とアップコンバージョン層（４）との間には、レーザダイオード・バー（２）の屈折率とアップコンバージョン層（４）の屈折率との間の屈折率を有する材料で充填されたギャップ（７）がある。
【００７４】
図３は、本例ではレーザダイオード・バーを有する導波路レーザ（１１）の概略図である。該レーザダイオード・バーは、はんだ付け層（５）を有して基板（１０）にはんだ付けされる３つのエミッタ（８）、及び、同一の基板（１０）上でエミッタ出力面の前方に置かれた３つのアップコンバージョン層（９ａ；９ｂ，９ｃ）を有する。この場合、３つの個別のアップコンバージョン層（９ａ；９ｂ，９ｃ）は、赤色光（９ａ）、緑色光（９ｂ）、及び青色光（９ｃ）を発する。
【００７５】
本発明の他の実施例によれば、導波路レーザは、３つのエミッタと、同一の基板上でエミッタ出力面の前方に置かれた３つのアップコンバージョン層を有する。この場合、３つの個別のアップコンバージョン層は、１つの色のみの光を発する。しかしながら、本発明に従ったはどれは、１つの装置において多かれ少なかれエミッタを有することができ、１つ又はそれ以上の色（特には、３つより多い色）の光を発することができる。
【００７６】
図４は、レーザダイオード・バーを有する導波路レーザ（１５）の概略図である。該レーザダイオード・バーは、はんだ付け層（５）を有して第１の基板（１２）にはんだ付けされる３つのエミッタ（８）、及び、別個の第２の基板（１４）にはんだ付けされる３つのアップコンバージョン層（１３ａ；１３ｂ，１３ｃ）を有する。前述の第２の基板（１４）にはんだ付けされた３つのアップコンバージョン層（１３ａ；１３ｂ，１３ｃ）は、第１の基板（１２）上でレーザダイオード・バーのエミッタ出力面の前方に置かれる。この場合、３つの個別のアップコンバージョン層（１３ａ；１３ｂ，１３ｃ）は、赤色光（１３ａ）、緑色光（１３ｂ）、及び青色光（１３ｃ）を発する。
【００７７】
図５は、はんだ付け層（５）を有して基板（３）にはんだ付けされたレーザダイオード・バー（２）を有する導波路レーザ（１）の概略的側面図である。同一の基板（３）上に、アップコンバージョン層（４ｂ）が置かれる。アップコンバージョン層は、ＺＢＬＡＮ：Ｅｒで作られ、より低い屈折率を有する２つの導波路層（４ａ，４ｃ）の間に置かれ、例えば異なる化学量論的組成を有するＺＢＬＡＮを有する。アップコンバージョン層は（４ｂ）及び２つの導波路層（４ａ，４ｃ）は、導波路層より低い屈折率を有する２つの層の間に順番に置かれ得、例えば、アップコンバージョン層及び導波路層とは異なる化学量論的組成を有するＺＢＬＡＮを有する。
【００７８】
図６は、はんだ付け層（５）を有して第１の基板（３ａ）にはんだ付けされたレーザダイオード・バー（２）を有する導波路レーザ（６）の概略的側面図である。別個の第２の基板（３ｂ）上に、ＺＢＬＡＮ：Ｅｒで作られたアップコンバージョン層（４ｂ）が置かれる。前述のアップコンバージョン層は、より低い屈折率を有する２つの導波路層（４ａ，４ｃ）の間に置かれ、例えばアップコンバージョン層及び導波路層とは異なる化学量論的組成を有するＺＢＬＡＮを有する。この第２の基板（３ｂ）は、第１の基板（３ａ）に近接して位置付けられ、レーザダイオード・バー（２）とアップコンバージョン層（４）との間には、レーザダイオード・バー（２）の屈折率とアップコンバージョン層（４）の屈折率との間の屈折率を有する材料で充填されたギャップ（７）がある。
【００７９】
しかしながら、図４中の導波路レーザが実行され得、３つの別個のアップコンバージョン層（１３ａ；１３ｂ，１３ｃ）が１つの色のみの光を発し、及び／又は導波路レーザが多かれ少なかれエミッタを有して１つ又はそれ以上、特には３つ以上の色の光を発する。
【００８０】
ダイオードレーザの端面が赤外線において部分的に透過性である端部ミラーで被覆される際、ＩＲダイオードレーザ端面を指し示すアップコンバージョン層端面は、可視光線においては高反射性であり、赤外線においては高透過性であるコーティングを有して被覆される。近接するダイオードレーザとアップコンバージョン層との間のギャップは、可視光線放射及び／又は赤外線波長放射に対して半透明である材料で充填されることが望ましく、該充填材料は、ダイオードレーザ又はダイオードレーザ・バーの屈折率とアップコンバージョン層の屈折率との間の屈折率を望ましくは有する。
【００８１】
より望ましくは、該充填材料は、レーザ・バーの屈折率から、又はアップコンバージョン材料の屈折率から、又は導波路層の屈折率から、０．２より大きく、望ましくは０．１より大きく逸脱しない屈折率を有する。
【００８２】
ダイオードレーザ端面が、赤外線において部分的に透過性であり、可視光線においては高反射性である端部ミラーで被覆される際、近接するダイオードレーザとアップコンバージョン層との間のギャップは、可視光線放射及び赤外線波長放射に対して半透明である材料で充填される、ことが望ましい。充填材料は、青色押送の屈折率から０．２より大きく異ならない屈折率を有する。
【００８３】
更には、本発明に従った導波路レーザは、
・  
【００８４】
【数５１】
2007504645.tif 000043
乃至
【００８５】
【数５２】
2007504645.tif 000044
であり、望ましくは、
【００８６】
【数５３】
2007504645.tif 000045
であり、より望ましくは、
【００８７】
【数５４】
2007504645.tif 000046
であり、最も望ましくは、
【００８８】
【数５５】
2007504645.tif 000047
であるアップコンバージョン層の長さ、及び／又は、
・  ダイオードレーザの放射層とほぼ同一の幅、望ましくは、前述のエミッタの幅より＞１μｍ広いが、前述のエミッタの幅より２００μｍより大きく広くはない幅を有するアップコンバージョン層の幅と、
・  ダイオードレーザの放射層の厚さより少なくとも１μｍあつく、望ましくは前述のエミッタの厚さより２μｍあついが、前述のエミッタの厚さより２０μｍより厚くはない、アップコンバージョン層、又は夫々アップコンバージョン層と２つの導波路層の厚さの総計と、
を有し得る。
【００８９】
しかしながら、アップコンバージョン層の厚さ、又は夫々アップコンバージョン層と２つの導波路層の厚さの総計は、ダイオードレーザの放射層の厚さより少なくとも１μｍ厚く、望ましくはダイオードレーザの放射層の厚さより少なくとも１．５μｍ厚く、より望ましくはダイオードレーザの放射層の厚さより少なくとも２μｍ厚くなり得る。更には、アップコンバージョン層の厚さ、又は夫々アップコンバージョン層と２つの導波路層の厚さの総計は、ダイオードレーザの放射層の厚さより少なくとも２．５μｍ厚く、より望ましくはダイオードレーザの放射層の厚さより少なくとも３μｍ厚く、ダイオードレーザの放射層の厚さより少なくとも４μｍ厚く、あるいは、放射層の厚さより少なくとも５μｍ厚くなり得る。
【００９０】
個別のＩＲダイオードレーザは、各ＩＲダイオードレーザが別個に制御され得るよう導電的に接触され得、及び／又は、ＩＲダイオードレーザの群は、ＩＲダイオードレーザの群が共同に操作されるよう導電的に接触され得る。例えば、ＩＲダイオードレーザの群は、夫々のアップコンバージョン層において同一の色又は異なる色を作り出す複数のＩＲダイオードレーザであり得る。
【００９１】
本発明の望ましい一実施例では、光源は、複数の導波路レーザの群を有して与えられ、複数の赤色、緑色、及び青色を放射する導波路レーザは、異なる色を有する導波路レーザの順次的な操作を夫々可能にして共同に作用される。これによって、例えば、夫々のＩＲダイオードレーザ及び／又は共同して操作されたＩＲダイオードレーザの電力を変えることによって、異なる可視光線放射、即ち異なる色の出力を適合することが可能となる。
【００９２】
更には、ＩＲダイオードレーザの群はまた、異なる色をもたらすアップコンバージョン層等の導波路を励起するよう使用された個別のＩＲダイオードレーザを有し得る。しかしながら、ＩＲダイオードレーザの群は、アップコンバージョン層等の導波路を励起するよう使用されて同一の色出力をもたらすことが、望ましい。
【００９３】
更に望ましくは、同一の色出力の導波路を励起するよう使用される複数のＩＲダイオードレーザの群は、各群が個別に指定され得るよう操作され得る。
【００９４】
ＩＲダイオードレーザの個別の操作は、即ちＩＲダイオードレーザが個別に導電的に接触され、異常を有するＩＲダイオードレーレをオフにする可能性を与える。更には、異常を有しているＩＲダイオードレーザのショートカット又は不要な熱の生成を避けることを可能にする。
【００９５】
本発明の導波路レーザは、ダイオードレーザ・バー又はスタックが少なくとも１つのアップコンバージョン層に近接して配置されるよう、作られ得ることが意図される。しかしながら、本発明に従ったダイオードレーザ・バー又はスタックは、少なくとも１つのアップコンバージョン層を有し得る。一般的には、各アップコンバージョン層は、ＩＲ波長を特定の可視光線へと、望ましくは赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、又は青色（Ｂ）の原色のうち１つの色に変換する。アップコンバージョン層は、Ｒ−Ｇ−Ｂパターンを作るよう同一又は別個の基板上に近接して配置され、及び／又は、アップコンバージョン層は、交互性Ｒ／Ｇ／Ｂ又は反復性Ｒ−Ｇ−Ｂパターンを作るよう近接して配置される。
【００９６】
製造工程においては、同一又は別個の基板上でダイオードレーザに対して近接に配置された１つのアップコンバージョン層から始めることが可能である。この初期は１つのアップコンバージョン層の横方向の構造化は、パターン転写、レーザ切除による除去、機械的除去、又はイオン衝撃又はＵＶ処理等による屈折率の修正等の既知の技術のうち１つを使用して行われる。
【００９７】
更に望ましい一実施例では、本発明のＩＲレーザダイオードは、基板上に位置付けられた１つのダイオードレーザ・バー、及び、同一の基板上又は別個の基板上に位置付けられた３つのアップコンバージョン層を有する。レーザバー及び３つのアップコンバージョン層は、互いに対して近接して配置され、第１のアップコンバージョン層は青色光の出力を有し、第２のアップコンバージョン層は緑色光の出力を有し、第３のアップコンバージョン層は赤色光の出力を有する。
【００９８】
各アップコンバージョン層は、ダイオードレーザの単一のエミッタの面の前方に位置付けられる。ダイオードレーザ・バーの場合、各エミッタに対して同一又は異なる材料及び／又はドーピングで作られた１つの別個のアップコンバージョン層がある（図３及び図４参照）。
【００９９】
屈折力を上昇させるよう、ＩＲダイオードレーザが少なくとも２つのレーザあるいは２つ又はそれ以上のダイオードレーザ・バーのスタックを有する際、少なくとも２つのアップコンバージョン層が使用される。
【０１００】
より低い屈折率を有する２つの導波路層の間に置かれたアップコンバージョン層は、例えば異なる化学量論的組成を有する非ドープのＺＢＬＡＮを有し、ＩＲダイオードレーザ・バー又はスタックに近接して前方で接着され得るか、あるいは、パルスレーザ蒸着（ＰＬＤ）によって蒸着され得る。
【０１０１】
続いて、本発明は、本発明に従った導波路レーザに基づいた例についてより詳細に説明される。該導波路層は、例えば夫々１６％，２０％及び１０％の可視の変換効率に対するＩＲを有する波長４５５ｎｍ、５４４ｎｍ、及び６３５ｎｍで三原色の出力を有するアップコンバージョン層を有する。
【０１０２】
１０００スクリーンルーメン及び約５０％の光学効率を有する投射ディスプレイでは、Ｄ６５の白色光カラー・バランスに相当し、レーザ光源は、赤色光２．１Ｗ（６３５ｎｍ）、緑色光２．２Ｗ（５４４ｎｍ）、及び青色光２．４Ｗ（４５５ｎｍ）を供給しなければならない。上述された通りの光学変換効率に従って、５０ＷのＩＲが２０のＩＲダイオードレーザに１つのバーにおいて使用されることを想定して、９つのＩＲダイオードレーザは赤色光に変換される必要があり、５つのＩＲダイオードレーザは緑色光に変換される必要があり、６つのＩＲダイオードレーザは青色光に変換される必要がある。上述の例における原色の正確なバランスを達成するよう、緑色及び赤色のレーザを励起するよう使用されるＩＲダイオードレーザの少なくとも１つのＩＲダイオードレーザ力は、青色レーザを励起するよう使用される他のＩＲダイオードレーザと比較して僅かに低減されて調整され得ることが、必要とされ得る。これは、前述された通り、例えばＩＲダイオードレーザが単独にいずれかが接触される際及び／又は同一の色出力の全てのＩＲダイオードレーザが１つの群として接触される際に達成される。
【０１０３】
原色のうち１つの出力を有して導波路を励起するよう使用された単独に指定されたＩＲダイオードレーザの群又はＩＲダイオードレーザは、次の理由、
・  原色の出力レベルは、単独又は群で変更され得るため、及び、
・  ＩＲレーザダイオードは、第１のタイムスロットにおいては赤色光、第２のタイムスロットにおいては緑色光、及び第３のタイムスロットにおいては青色光が作られる順次的なモードにおいて等の異なる時点で単独で又は群によって活性化され得るため、
有利である。
【０１０４】
これは、全ての単一パネルのディスプレイにおいて有利であり、白色光源と組み合わせて通例使用されるカラー・ホイール又はカラー・フィルタが無くても動作することを可能にする。タイムスロットの長さは、同一で有り得、原色よって異なるよう選択されてもよい。後者の場合、これは、出力レベルが出記号された上述の場合より色のバランスを取る更なる向上を可能とする。異なる出力レベルは、投影系において各色おの効果的な光学出力を低減するよう、他に対して１つの原色により短いタイムスケールを選択することによって適合され得る。
【０１０５】
本発明に従ったの導波路レーザのうち少なくとも１つを有する照明ユニットに関する本発明の他の目的は、次の応用、店舗照明、家庭用照明、アクセント照明、スポット照明、劇場用照明、自動車用ヘッドライト、光ファイバのアプリケーション、及び投射系、のうちいずれかひとつにおける使用に対して設計されることである。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】１つの基板上に位置決めされた導波路レーザの概略的側面図である。
【図２】２つの基板上に位置決めされた導波路レーザの概略的側面図である。
【図３】１つの基板上に位置決めされた３つのエミッタのレーザダイオード・バー及び３つのアップコンバージョン層を有する導波路レーザの概略図である。
【図４】２つの基板上に位置決めされた３つのエミッタのレーザダイオード・バー及び３つのアップコンバージョン層を有する導波路レーザの概略図である。
【図５】アップコンバージョン層が２つの導波路レーザの間に置かれた１つの基板上に位置決めされた導波路レーザの概略的側面図である。
【図６】アップコンバージョン層が２つの導波路レーザの間に置かれた２つの基板上に位置決めされた導波路レーザの概略的側面図である。
【図１】
2007504645.tif 000060
【図２】
2007504645.tif 000061
【図３】
2007504645.tif 000062
【図４】
2007504645.tif 000063
【図５】
2007504645.tif 000064
【図６】
2007504645.tif 000065
【国際調査報告】
2007504645.tif 000066
2007504645.tif 000067
2007504645.tif 000068