(57)【要約】【課題】レーザ光を効率よく出力することができ、且つ、体格の小型化が可能なレーザ装置を提供する。【解決手段】励起光を出力する励起光生成部と、励起光を受けて、励起光とは異なる波長の光を出力する固体レーザ媒質層を有する波長変換部と、を備えるレーザ装置であって、励起光生成部は、半導体基板上に形成され、第１の反射鏡間に活性層を含む半導体層が配置された面発光レーザ素子と、面発光レーザ素子との間に固体レーザ媒質層が介在され、励起光の波長で高反射となる第２の反射鏡とを有し、励起光の波長λ０における固体レーザ媒質層の吸収波長域が、面発光レーザ素子の共振波長域よりも広くなるように、第１の反射鏡の反射率Ｒ１，Ｒ２が設定されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を出力する励起光生成部と、
前記励起光を受けて、前記励起光とは異なる波長の光を出力する固体レーザ媒質層を有する波長変換部と、を備えるレーザ装置であって、
前記励起光生成部は、半導体基板上に形成され、第１の反射鏡間に活性層を含む半導体層が配置された面発光レーザ素子と、前記面発光レーザ素子との間に前記固体レーザ媒質層が介在され、前記励起光の波長で高反射となる第２の反射鏡とを有し、
前記第１の反射鏡のうち、前記励起光を出力する側の出力側反射鏡の反射率Ｒ１と、前記出力側反射鏡とは反対の裏側反射鏡の反射率Ｒ２（＞Ｒ１）とが、前記励起光の波長λ０における前記固体レーザ媒質層の吸収スペクトルの半値幅ＦＷＨＭに対して、下記式を満たしていることを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記第１の反射鏡において、前記出力側反射鏡と前記裏側反射鏡とが同一組成の多層膜反射鏡とされ、多層膜の層数によって各反射率Ｒ１，Ｒ２が調整されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記多層膜反射鏡は、Ａｌｚ１Ｇａ１−ｚ１Ａｓ／Ａｌｚ２Ｇａ１−ｚ２Ａｓ（０≦ｚ１＜ｚ２≦１）であることを特徴とする請求項２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記多層膜反射鏡は、Ａｌｚ１Ｇａ１−ｚ１Ａｓ／ＡｌＡｓ（０＜ｚ１＜１）であることを特徴とする請求項３に記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記面発光レーザ素子は、前記半導体基板側から前記裏側反射鏡、前記活性層、前記出力側反射鏡の順で積層されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項６】
前記面発光レーザ素子は、前記半導体基板側から前記出力側反射鏡、前記活性層、前記裏側反射鏡の順で積層され、
前記半導体基板における前記励起光が伝播する領域が除去されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項７】
前記波長変換部は、前記固体レーザ媒質層の出力面上に配置され、前記固体レーザ媒質層から出力された光の波長を変換する波長変換素子を含むことを特徴とする請求項１〜６いずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項８】
前記波長変換素子は、前記固体レーザ媒質層から出力された光を受けて、その第２高調波を生じる非線形結晶であることを特徴とする請求項７に記載のレーザ装置。
【請求項９】
前記波長変換素子は、前記固体レーザ媒質層と一体化されていることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のレーザ装置。
【請求項１０】
入力光をコリメート乃至集光するマイクロレンズを含むレンズ部材を備え、
前記レンズ部材は、前記励起光生成部の出力面と前記波長変換部の励起光入力面との間、及び、前記波長変換部の出力面上の少なくとも一方に配置されていることを特徴とする請求項１〜９いずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項１１】
前記波長変換部の出力面上に配置され、外部への出力光の出力方向を調整可能に構成された調整用光学素子を備えることを特徴とする請求項１〜１０いずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項１２】
前記面発光レーザ素子を構成する活性層が、Ａｌｘ１Ｉｎｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ａｓ井戸層を含むことを特徴とする請求項１〜１１いずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項１３】
前記面発光レーザ素子を構成する活性層が、Ｉｎｘ２Ｇａ１−ｘ２Ａｓｙ２Ｐ１−ｙ２井戸層を含むことを特徴とする請求項１〜１１いずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項１４】
前記波長変換部は、前記励起光の出力方向において前記固体レーザ媒質層の両側にそれぞれ配置され、前記励起光とは波長の異なる光の波長で高反射となる第３の反射鏡を有することを特徴とする請求項１〜１３いずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項１５】
前記第３の反射鏡は、前記固体レーザ媒質層に積層されて一体化され、
前記第２の反射鏡は、前記固体レーザ媒質層の出力面に対して、前記第３の反射鏡を介して積層されて一体化され、
前記励起光生成部と前記波長変換部とが一体化されていることを特徴とする請求項１４に記載のレーザ装置。
【請求項１６】
複数の前記面発光レーザ素子は、同一の前記半導体基板上に２次元アレイ状に形成されていることを特徴とする請求項１〜１５いずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項１７】
複数の前記面発光レーザ素子は、同一の前記半導体基板上に２次元アレイ状に形成され、
前記波長変換部は、互いに異なる波長の光を出力する複数の領域に分けられていることを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載のレーザ装置
【請求項１８】
前記固体レーザ媒質層は、前記励起光を受けて複数の異なるピーク波長の光を出力するものであり、
前記波長変換部は、前記第３の反射鏡の構成によって複数の領域に分けられていることを特徴とする請求項１７に記載のレーザ装置
【請求項１９】
前記第３の反射鏡は、
前記固体レーザ媒質層の出力側において、それぞれの前記ピーク波長で高反射となる反射膜を固体レーザ媒質層側から任意の順で積層し、
前記固体レーザ媒質層の励起光入力側において、前記出力側とは逆の順で固体レーザ媒質層側から前記反射膜を積層し、
積層後、前記各領域において、対応する前記ピーク波長で高反射となる反射膜を最外層としてなることを特徴とする請求項１８に記載のレーザ装置。
【請求項２０】
前記各反射膜は、屈折率の異なる２種類の層を交互に積層してなり、
前記各層の膜厚は、対応する前記ピーク波長を屈折率の４倍で除した厚さであることを特徴とする請求項１９に記載のレーザ装置。
【請求項２１】
前記各ピーク波長に対応する前記反射膜は、隣り合う前記ピーク波長λ１，λ２に対応する前記反射膜において、それぞれ高反射を示す反射帯域Δ１、Δ２が、下記式を満たしていることを特徴とする請求項１９又は請求項２０に記載のレーザ装置。
｜λ１−λ２｜＞Δ１／２，｜λ１−λ２｜＞Δ２／２
【請求項２２】
前記固体レーザ媒質層は、母材としての結晶に希土類イオンとしてＮｄを添加してなる
ことを特徴とする請求項１８〜２１いずれか１項に記載のレーザ装置。
【請求項２３】
前記面発光レーザ素子は、それぞれ電気的に独立して制御可能に構成されていることを特徴とする請求項１６〜２２いずれか１項に記載のレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、励起光を異なる波長の光に変換して出力するレーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１〜３に示すように、励起光を異なる波長の光に変換して出力する構成の装置が知られている。
【０００３】
特許文献１に示される装置は、面発光レーザから出力される励起光で蛍光体層を励起し、励起光とは異なる波長の光を出力するものである。
【０００４】
特許文献２に示される装置は、有機発光ダイオードから出力される励起光で垂直レーザ共振器を構成する有機活性層を励起し、励起光とは異なる波長のレーザ光を出力するものである。
【０００５】
特許文献３に示される装置は、半導体レーザから出力される励起光で面発光レーザ素子を励起し、波長変換素子で波長変換して可視域のレーザ光を出力するものである。
【特許文献１】特開２００４−１３４６３３号公報
【特許文献２】特開２００５−２０００２号公報
【特許文献３】特開２００６−１１３５９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に示す装置の場合、蛍光体層から出力される光は自然放出光（インコヒーレント光）である。すなわち、レーザ光（コヒーレント光）と同等の集光性を得ることができない。従って、高精細なディスプレイ用の光源には不向きである。
【０００７】
特許文献２に示す構成の場合、励起光源としてインコヒーレント光を出力する有機発光ダイオードを用いており、有機活性層において、ホスト材料でインコヒーレント光を吸収した後、励起エネルギーをドーパントへ移動させて発光するようにしている。従って、レーザ光への変換効率が低く、高出力の光を得ることができない。
【０００８】
特許文献３に示す構成の場合、面発光レーザ素子を別の半導体レーザを用いて励起する必要がある。従って、小型化には適していない。
【０００９】
本発明は上記問題点に鑑み、レーザ光を効率よく出力することができ、且つ、体格の小型化が可能なレーザ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成する為に請求項１に記載の発明は、励起光を出力する励起光生成部と、励起光を受けて、励起光とは異なる波長の光を出力する固体レーザ媒質層を有する波長変換部と、を備えるレーザ装置であって、励起光生成部は、半導体基板上に形成され、第１の反射鏡間に活性層を含む半導体層が配置された面発光レーザ素子と、面発光レーザ素子との間に固体レーザ媒質層が介在され、励起光の波長で高反射となる第２の反射鏡とを有し、第１の反射鏡のうち、励起光を出力する側の出力側反射鏡の反射率Ｒ１と、出力側反射鏡とは反対の裏側反射鏡の反射率Ｒ２（＞Ｒ１）とが、励起光の波長λ０における固体レーザ媒質層の吸収スペクトルの半値幅ＦＷＨＭに対して、下記式を満たしていることを特徴とする。
【００１１】
このように本発明によれば、面発光レーザ素子が励起光を生成し、励起光を受けた固体レーザ媒質層が励起光を波長の異なる光に変換する。したがって、従来の構成に比べて、レーザ装置の体格を小型化することができる。
【００１２】
また、面発光レーザ素子において、励起光の縦モード制御を実施しているので、固体レーザ媒質層に添加されている希土類イオン或いは遷移金属イオンのエネルギー準位間を直接励起することができる。従って、投入電力からレーザ光（波長変換部から出力される光）へのエネルギー変換効率が高く、高出力化することができる。
【００１３】
また、第２の反射鏡と、面発光レーザ素子を構成する出力側反射鏡との間で、固体レーザ媒質層を介して励起光が繰り返し反射される（反復される）ので、励起光を固体レーザ媒質層に効率よく吸収させることができる。これによっても、エネルギー変換効率を向上することができる。
【００１４】
ところで、励起光の波長λ０における固体レーザ媒質層の吸収スペクトルの半値幅ＦＷＨＭ（すなわち吸収波長域）は例えば１〜３ｎｍと非常に狭い。したがって、固体レーザ媒質層の吸収波長域が面発光レーザ素子の共振波長域に比べて狭いと、励起光のうち、固体レーザ媒質層の吸収波長域に対応する波長の光だけが反復されるなかで吸収され、面発光レーザ素子が、固体レーザ媒質層の吸収波長域以外の波長でレーザ発振しやすくなる。すなわち、エネルギー変換効率が低下してしまう。これに対し、本発明においては、励起光の波長λ０における固体レーザ媒質層の吸収波長域が、面発光レーザ素子の共振波長域（上記式の右辺）よりも広くなるように、第１の反射鏡の反射率Ｒ１，Ｒ２が設定されている。すなわち、固体レーザ媒質層の吸収波長域に応じて、面発光レーザ素子の励起光波長域が制限された構成となっているので、エネルギー変換効率を向上することができる。
【００１５】
また、励起光以外の外乱光に対して、面発光レーザ素子を構成する出力側反射鏡によって活性層への入射を抑制することができる。すなわち、面発光レーザ素子が、固体レーザ媒質層の吸収波長域以外の波長でレーザ発振し、エネルギー変換効率が低下するのを抑制することができる。
【００１６】
請求項１に記載の発明においては、例えば請求項２に記載のように、第１の反射鏡を構成する出力側反射鏡と裏側反射鏡とが同一組成の多層膜反射鏡とされ、多層膜の層数によって各反射率Ｒ１，Ｒ２が調整された構成としても良い。このような構成とすると、各反射率Ｒ１，Ｒ２を調整するためのパラメータが１つとなるので、面発光レーザ素子の構成を簡素化することができる。しかしながら、上述以外にも、出力側反射鏡と裏側反射鏡とが異なる組成の多層膜反射鏡とされて、各反射率Ｒ１，Ｒ２が調整された構成としても良い。
【００１７】
具体的には、請求項３に記載のように、多層膜反射鏡として、Ａｌｚ１Ｇａ１−ｚ１Ａｓ／Ａｌｚ２Ｇａ１−ｚ２Ａｓ（０≦ｚ１＜ｚ２≦１）を採用することができる。この場合、多層膜反射鏡の構成を、請求項４に記載のように、Ａｌｚ１Ｇａ１−ｚ１Ａｓ／ＡｌＡｓ（０＜ｚ１＜１）とすると、多層膜反射鏡における励起光の吸収を効果的に抑制しつつ、熱伝導率を高める（活性層からの放熱性を向上する）ことができる。
【００１８】
請求項１〜４いずれかに記載の発明においては、請求項５に記載のように、面発光レーザ素子を、半導体基板側から裏側反射鏡、活性層、出力側反射鏡の順で積層されてなる構成としても良いし、請求項６に記載のように、半導体基板側から出力側反射鏡、活性層、裏側反射鏡の順で積層され、半導体基板における励起光が伝播する領域が除去された構成としても良い。励起生成部と波長変換部が一体化された構成においては、特に請求項６の構成とすると、活性層からの放熱性を向上することができる。
【００１９】
請求項１〜６いずれかに記載の発明においては、請求項７に記載のように、波長変換部が、固体レーザ媒質層の出力面上に配置され、固体レーザ媒質層から出力された光の波長を変換する波長変換素子を含む構成としても良い。これにより、固体レーザ媒質層から出力される光の波長をさらに変換することができる。
【００２０】
波長変換素子としては、例えば請求項８に記載のように、固体レーザ媒質層から出力された光を受けて、その第２高調波を生じる非線形結晶ピーク波長の第２高調波を生じる非線形結晶からなるものを採用することができる。これにより、面発光レーザ素子から出力される例えば近赤外域の波長を有する光を可視光とすることができる。すなわち、ＲＧＢ光源として利用することが可能となる。なお、請求項９に記載のように、波長変換素子が固体レーザ媒質層と一体化された構成とすると、体格を小型化することができる。
【００２１】
請求項１〜９いずれかに記載の発明においては、請求項１０に記載のように、入力光をコリメート乃至集光するマイクロレンズを含むレンズ部材を備え、レンズ部材が、励起光生成部の出力面と波長変換部の励起光入力面との間、及び、波長変換部の出力面上の少なくとも一方に配置された構成としても良い。
【００２２】
レンズ部材が、励起光生成部の出力面と波長変換部の励起光入力面との間に配置される場合、励起光はレンズ部材にてコリメート乃至集光されて発光ユニットに入力される。したがって、効率よく固体レーザ媒質層を励起させることができるので、より高出力化することができる。また、レンズ部材が波長変換部の出力面上に配置される場合、レンズ部材によって、出力光のビーム形状を制御することができる。
【００２３】
また、請求項１〜１０いずれかに記載の発明においては、請求項１１に記載のように、波長変換部の出力面上に配置され、外部への出力光の出力方向を調整可能に構成されたマイクロプリズムなどの調整用光学素子を備える構成としても良い。これにより、装置から出力されるレーザ光の出力方向を制御することが可能となる。
【００２４】
請求項１〜１１いずれかに記載の発明においては、請求項１２に記載のように、面発光レーザ素子を構成する活性層が、Ａｌｘ１Ｉｎｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ａｓ井戸層を含む構成としても良い。この場合、井戸層の組成、厚さを調整することで、所望の波長を持つ光を生じるべく所定波長の励起光を出力し、選択的に所定のエネルギー準位間で電子を励起することができる。なお、Ａｌｘ１Ｉｎｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ａｓ井戸層以外にも、例えば請求項１３に記載のように、Ｉｎｘ２Ｇａ１−ｘ２Ａｓｙ２Ｐ１−ｙ２井戸層を含む構成においても同様の効果を期待することができる。
【００２５】
請求項１〜１３いずれかに記載の発明においては、請求項１４に記載のように、波長変換部は、励起光の出力方向において固体レーザ媒質層の両側にそれぞれ配置され、励起光とは波長の異なる光の波長で高反射となる第３の反射鏡を有する構成とすることが好ましい。このような構成とすると、固体レーザ媒質層で変換された単一波長の光（波長変換素子でさらに変換された光を含む）を選択的に共振させて、高出力でレーザ発振することができる。
【００２６】
例えば請求項１５に記載のように、第３の反射鏡が、固体レーザ媒質層に積層されて一体化され、第２の反射鏡は、固体レーザ媒質層の出力面に対して第３の反射鏡を介して積層されて一体化され、励起光生成部と波長変換部とが一体化された構成とすると、装置の体格を小型化することができる。
【００２７】
次に、請求項１〜１５いずれかに記載の発明においては、請求項１６に記載のように、複数の面発光レーザ素子が、同一の半導体基板上に２次元アレイ状に形成された構成としても良い。
【００２８】
これによれば、同一の半導体基板上に２次元アレイ状に面発光レーザ素子が形成された面発光レーザアレイを励起光生成部として、波長変換部の固体レーザ媒質層を一括励起するので、装置の体格を小型化することができる。
【００２９】
また、請求項１４又は請求項１５に記載の発明においては、請求項１７に記載のように、複数の面発光レーザ素子が、同一の半導体基板上に２次元アレイ状に形成され、波長変換部が、互いに異なる波長の光を出力する複数の領域に分けられた構成とすることが好ましい。
【００３０】
これによれば、同一の半導体基板上に２次元アレイ状に面発光レーザ素子が形成された面発光レーザアレイを励起光生成部として、波長変換部の複数の領域を一括励起するとともに、波長変換部の同一面内から波長の異なる複数の光を同時に出力可能としている。したがって、装置の体格を小型化することができる。
【００３１】
また、励起光生成部として面発光レーザアレイを採用している。従って、面発光レーザ素子を個別に制御する構成とすれば、波長の異なる複数の光の発光強度をそれぞれ調整することも可能である。
【００３２】
請求項１７に記載の発明においては、例えば請求項１８に記載のように、固体レーザ媒質層が、励起光を受けて複数の異なるピーク波長の光を出力するものであり、波長変換部が、第３の反射鏡の構成によって複数の領域に分けられた構成を採用することができる。
【００３３】
これによれば、第３の反射層の構成を領域ごとに異なるものとすることで、領域ごとに異なるピーク波長の光を共振する構成としているので、面発光レーザアレイから出力される単一波長の光を励起光とし、波長の異なる複数の光を同時に出力することができる。したがって、同一面内から波長の異なる複数の光を同時に出力可能としている装置の体格を小型化することができる。なお、第３の反射層の構成とは、例えば構成材料（屈折率）、厚さ、積層数（周期）の少なくとも１つである。
【００３４】
請求項１８に記載の発明においては、例えば請求項１９に記載のように、第３の反射層として、固体レーザ媒質層の出力側において、それぞれのピーク波長で高反射となる反射膜を固体レーザ媒質層側から任意の順で積層し、固体レーザ媒質層の励起光入力側において、出力側とは逆の順で固体レーザ媒質層側から反射膜を積層し、積層後、各領域において、対応するピーク波長で高反射となる反射膜が最外層となるように、不用な反射膜を除去してなる構成を採用することができる。
【００３５】
これによれば、不用な反射膜を除去するだけで、各領域において、対応するピーク波長で高反射となる反射膜のみが、固体レーザ媒質層が間に配置された状態で共振器となる対を構成することができる。従って、製造工程を簡素化することができる。
【００３６】
請求項１９に記載の発明においては、請求項２０に記載のように、各反射膜を、屈折率の異なる２種類の層を交互に積層してなる構成とし、各層の膜厚を、対応するピーク波長を屈折率の４倍で除した厚さとすることが好ましい。これにより、各領域において、対応するピーク波長の光を共振させることができる。
【００３７】
請求項１９又は請求項２０に記載の発明においては、請求項２１に記載のように、各ピーク波長に対応する反射膜は、隣り合うピーク波長λ１、λ２に対応する反射膜において、それぞれ高反射を示す反射帯域Δ１、Δ２が、下記式を満たすように設定されていることが好ましい。｜λ１−λ２｜＞Δ１／２，｜λ１−λ２｜＞Δ２／２
このような構成を採用すると、各領域において、対応するピーク波長の光を選択的に共振させることができる。例えば反射膜の屈折率（構成材料）によって、反射帯域を調整することが可能である。なお、ピーク波長が反射帯域の中心波長である。
【００３８】
なお、請求項１８〜２１いずれかに記載の発明においては、例えば請求項２２に記載のように、固体レーザ媒質層として、母材としての結晶に希土類イオンとしてＮｄを添加してなるものを採用すると良い。Ｎｄを添加した場合、母材にもよるが、励起光を受けて近赤外域の複数のピーク波長（９００〜９５０ｎｍ、１０４０〜１０６５ｎｍ、１３００〜１３５０ｎｍ）をもつ光を出力することができる。
【００３９】
請求項１６〜２２いずれかに記載の発明においては、請求項２２に記載のように、面発光レーザ素子を、それぞれ電気的に独立して制御可能に構成しても良い。これにより、装置から出力される光の輝度を調整することができる。また、装置から出力される光を合成する場合には、輝度及び色調を調整することが可能となる。具体的には、例えば各面発光レーザの発光タイミング（発光数、発光時間）を制御すれば良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態に係るレーザ装置１００の構成は、本出願人による特願２００５−３６６８９９号に記載の多波長レーザ装置、特願２００５−３６６８９８号に記載のレーザ装置と共通する部分が多いので、以下においては、各実施形態の特徴部分を重点的に説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るレーザ装置の概略構成を示す断面図である。図２は、固体レーザ媒質層における励起と遷移を示す模式図である。
【００４１】
図１に示すように、レーザ装置１００は、要部として、励起光を出力する励起光生成部１１０と、励起光を受けて、励起光とは異なる波長の光を出力する固体レーザ媒質層１３１を有する波長変換部１３０と、を有している。
【００４２】
励起光生成部１１０は、要部として、半導体基板１１１上に形成された面発光レーザ素子１１５と、面発光レーザ素子１１５との間に固体レーザ媒質層１３１が介在され、励起光の波長λ０で高反射となる第２の反射鏡１１６とを有している。なお、面発光レーザ素子１１５の構成としては公知のものを採用することができる。
【００４３】
本実施形態においては、半導体基板１１１としてのｎ−ＧａＡｓ基板の一面上に、ｎ型ドーパントを添加したＡｌｚ１Ｇａ１−ｚ１Ａｓ／Ａｌｚ２Ｇａ１−ｚ２Ａｓ（０≦ｚ１＜ｚ２≦１）多層反射膜１１２が形成されている。このＡｌｚ１Ｇａ１−ｚ１Ａｓ層とＡｌｚ２Ｇａ１−ｚ２Ａｓ層とを交互に積層してなる多層反射膜１１２は、特許請求の範囲に記載の第１の反射鏡（励起光の反出力側である裏側反射鏡）に相当するものであり、以下第１の反射鏡１１２と示す。
【００４４】
第１の反射鏡１１２上には、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層（図示略）、Ａｌｘ１Ｉｎｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ａｓ／Ａｌｘ３Ｉｎｙ３Ｇａ１−ｘ３−ｙ３Ａｓ多重量子井戸層１１３、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層（図示略）がこの順で積層されている。Ａｌｘ１Ｉｎｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ａｓ層とＡｌｘ３Ｉｎｙ３Ｇａ１−ｘ３−ｙ３Ａｓ層とを積層してなる多重量子井戸層１１３は、特許請求の範囲に記載の活性層に相当するものであり、以下活性層１１３と示す。活性層１１３の組成及び膜厚は、所望の波長λ０を有するレーザ光（以下励起光と示す）を出力するように調整されている。本実施形態において、活性層１１３は光学的膜厚が１波長となるように形成されており、波長λ０が７９０〜８１０ｎｍ（例えば８０８ｎｍ）の範囲に含まれるように調整されている。なお、ここで言う波長λ０とは、ピーク波長のことを示している。
【００４５】
ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層上には、ｐ型ドーパントを添加したＡｌｚ３Ｇａ１−ｚ３Ａｓ／Ａｌｚ４Ｇａ１−ｚ４Ａｓ（０≦ｚ３＜ｚ４≦１）多層反射膜１１４が形成されている。このＡｌｚ３Ｇａ１−ｚ３Ａｓ層とＡｌｚ４Ｇａ１−ｚ４Ａｓ層とを交互に積層してなる多層反射膜１１４は、特許請求の範囲に記載の第１の反射層（励起光の出力側である出力側反射鏡）に相当するものであり、以下第１の反射鏡１１４と示す。
【００４６】
第１の反射鏡１１２，１１４を構成する各層の膜厚は、波長を屈折率の４倍で除した値とされており、活性層１１３から出力される励起光に対して、第１の反射鏡１１２の反射率Ｒ２が第１の反射鏡１１４の反射率Ｒ１よりも大きくなるように屈折率が調整されている。このように、面発光レーザ素子１１５は、第１の反射鏡１１２，１１４間に活性層１１３が配置された共振器として構成されており、活性層１１３から出力される励起光は、第１の反射鏡１１２，１１４によって共振されて、第１の反射鏡１１４側へレーザ発振される。また、励起光生成部１１０（面発光レーザ素子１１５）においては、励起光の縦モード制御を実施しているので、波長変換部１３０の固体レーザ媒質層１３１に添加されている希土類イオン或いは遷移金属イオンのエネルギー準位間を直接励起することができる。従って、投入電力からレーザ光（波長変換部１３０から出力される光）へのエネルギー変換効率が高く、高出力化することができる。
【００４７】
上述の各層は、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法やＭＢＥ（分子線エピタキシー）法などの公知の結晶成長方法を用いて形成することができる。そして、結晶成長後、素子分離のためのメサエッチングや絶縁膜形成、電極膜蒸着等のプロセスを経て、面発光レーザ素子１１５が構成されている。図１において、符号１１７は水平方向（第１の反射鏡１１２，１１４と活性層１１３の積層方向に対して垂直な方向）の光と電流を狭窄するための絶縁膜（本例においてはシリコン酸化膜）、符号１１８はｐ型電極（本例においてはＣｒ／Ｐｔ／Ａｕ）、符号１１９はｎ型電極（本例においてはＡｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ）である。
【００４８】
なお、エネルギー変換効率を高くするためには、波長λ０の励起光を極力吸収しないように、第１の反射鏡１１２，１１４を構成する各層のＡｌ組成Ｚ１〜Ｚ４が設定されることが好ましい。このような組成は経験的に明らかとなっている。例えば波長λ０が８８０ｎｍの場合にはＡｌ組成を０．１２以上とすれば良く、波長λ０が８０８ｎｍの場合にはＡｌ組成を０．２３以上とすれば良い。励起光の波長λ０に応じてＡｌの組成比を設定すれば、Ａｌの組成に応じてバンドギャップが大きくなる（バンドギャップの狭いＧａＡｓに対して）ので、励起光の吸収を抑制することができる。本実施形態においては、上述したように波長λ０が８０８ｎｍとされ、Ａｌ組成が０．２３とされている。また、本実施形態においては、第１の反射鏡１１２，１１４の反射率Ｒ１，Ｒ２を所望の関係を満たすようにすることによっても、エネルギー変換効率が向上されている。この点については、本実施形態に係るレーザ装置１００の主とする特徴点であるので、その詳細については後述する。
【００４９】
また、活性層１１３から装置外部への放熱性が低いと、面発光レーザ素子１１５の信頼性（寿命）の低下、出力変動、励起光の波長ズレなどが生じる恐れがある。したがって、第１の反射鏡１１２，１１４の組成としては、熱伝導率についても考慮されることが好ましい。上述した第１の反射鏡１１２，１１４の構成においては、Ｚ１，Ｚ３を０に近くし、Ｚ２，Ｚ４を１に近くすることにより、熱伝導率を高めることができる。しかしながらＺ１，Ｚ３が０に近いほどＡｌの組成比が小さくなるので、エネルギー変換効率が低下する恐れがある。したがって、実用的には励起光の吸収を抑制できる範囲でＺ１，Ｚ３を０に近い値とし、Ｚ２，Ｚ４を１にすると良い。このように、第１の反射鏡１１２，１１４をＡｌｚ１Ｇａ１−ｚ１Ａｓ／ＡｌＡｓ（０＜ｚ１＜１），Ａｌｚ３Ｇａ１−ｚ３Ａｓ／ＡｌＡｓ（０＜ｚ３＜１）とすると、第１の反射鏡１１２，１１４による励起光の吸収を効果的に抑制しつつ、熱伝導率を高める（活性層からの放熱性を向上する）ことができる。なお、本実施形態においては、第１の反射鏡１１２，１１４が、導電型がｐｎ逆ではあるものの同一組成の多層膜反射鏡（すなわち、Ｚ１＝Ｚ２，Ｚ３＝Ｚ４）となっており、上述したようにＡｌ組成Ｚ１＝Ｚ２＝０．２３，Ｚ３＝Ｚ４＝１とされたＡｌ０．２３Ｇａ０．７７Ａｓ／ＡｌＡｓとなっている。このように、第１の反射鏡１１２，１１４を同一組成とすると、構成を簡素化することができる。この場合、層数（対を成す２層のペアの数）によって、反射率Ｒ１，Ｒ２を調整することとなるので、各反射率Ｒ１，Ｒ２を調整するためのパラメータが１つとなり、面発光レーザ素子１１５の構成を簡素化することができる。
【００５０】
第２の反射鏡１１６は、屈折率の異なる２つの誘電体を交互に積層してなる多層膜反射鏡であり、波長変換部１３０の出力面上に積層配置されている。本実施形態においては、蒸着、スパッタ等の手法によって、後述する第３の反射鏡１３３を介して固体レーザ媒質層１３１の出力面上に、Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２多層反射膜を積層形成することで、第２の反射鏡１１６が構成されている。また、励起光の波長λ０で高反射となるように、Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２多層反射膜を構成する各層の膜厚が調整されている。このように、第２の反射鏡１１６を設けると、図１に示すように、面発光レーザ素子１１５を構成する出力側の第１の反射鏡１１４と第２の反射鏡１１６との間で、固体レーザ媒質層１３１を介して励起光（波長λ０）が繰り返し反射される（反復される）こととなる。従って、励起光を固体レーザ媒質層１３１に効率よく吸収させて、エネルギー変換効率をより向上することができる。なお、本実施形態においては、第２の反射鏡１１６が出力側の第３の反射鏡１３３上に積層配置される例を示した。しかしながら、面発光レーザ素子１１５との間に固体レーザ媒質層１３１が介在された構成であれば採用することができる。例えば固体レーザ媒質層１３１の出力面上に第２の反射鏡１１６が接触配置され、第２の反射鏡１１６を介して出力側の第３の反射鏡１３３が積層配置された構成としても良い。
【００５１】
次に、波長変換部１３０について説明する。波長変換部１３０は、励起光を受けて、励起光とは異なる波長の光を出力する固体レーザ媒質層１３１を少なくとも有している。本実施形態においては、固体レーザ媒質層１３１とともに、励起光の出力方向において固体レーザ媒質層１３１の両側にそれぞれ配置され、固体レーザ媒質層１３１から出力される所定波長の光で高反射となる第３の反射鏡１３２，１３３を有している。このような構成とすると、固体レーザ媒質層１３１で変換された単一波長の光を選択的に共振させて、高出力でレーザ発振することができる。
【００５２】
本実施形態においては、固体レーザ媒質層１３１の励起光入力面上及び出力面上に第３の反射鏡１３２，１３３がそれぞれ積層形成されており、第３の反射鏡１３２を当接面として、波長変換部１３０が励起光生成部１１０の出力面上に積層配置されている。また、固体レーザ媒質層１３１の構成材料として、母材としてのＹＡＧ（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）に希土類イオンであるＮｄイオンが添加されたＮｄ：ＹＡＧ結晶を採用しており、固体レーザ媒質層１３１は面発光レーザ素子１１５の出力面全面を覆うように配置されている。
【００５３】
上述したように、面発光レーザ素子１１５から波長λ０が７９０〜８１０ｎｍ（本例においては８０８ｎｍ）の範囲内で調整された励起光を受けると、図２に示すように、ＹＡＧ結晶に添加されたＮｄイオンのエネルギー準位４Ｉ９／２→４Ｆ５／２間で電子が選択的に励起される。４Ｉ９／２→４Ｆ５／２では吸収が大きく、効率よく励起することが可能である。エネルギー準位４Ｆ５／２に励起された電子は、発光を伴わない非輻射緩和によって４Ｆ３／２へ一旦遷移した後、４Ｉ１１／２，４Ｉ１３／２，４Ｉ１５／２にそれぞれ遷移する。この遷移に伴って、９００〜９５０ｎｍ（例えば９４６ｎｍ）、１０４０〜１０６５ｎｍ（例えば１０６４ｎｍ）、１３００〜１３５０ｎｍ（例えば１３１９ｎｍ）の範囲内のピーク波長λ１，λ２，λ３を持つ光がそれぞれ生成される。
【００５４】
なお、面発光レーザ素子１１５の活性層１１３の組成（Ｘ１，Ｙ１）や膜厚を調整することで、励起光の波長λ０を上記以外とすることも可能である。例えば励起光の波長λ０を８８０〜８８５ｎｍとした場合には、図２に示すように、ＹＡＧ結晶に添加されたＮｄイオンのエネルギー準位４Ｉ９／２→４Ｆ３／２間で電子が選択的に励起され、４Ｉ１１／２，４Ｉ１３／２，４Ｉ１５／２にそれぞれ遷移する際に、９００〜９５０ｎｍ、１０４０〜１０６５ｎｍ、１３００〜１３５０ｎｍの範囲内のピーク波長λ１，λ２，λ３を持つ光がそれぞれ生成される。このように、４Ｆ５／２→４Ｆ３／２への非輻射緩和によるエネルギー遷移が無いので、エネルギー変換効率を向上することができる。
【００５５】
第３の反射鏡１３２，１３３は、励起光を受けて固体レーザ媒質層１３１から出力される光のうち、所定波長（本実施形態においては、図１に示すように波長λ１）で選択的に共振するように構成されている。具体的には、その構成材料（屈折率）、厚さ、積層数（周期）の少なくとも１つによって、共振特性が調整されている。本実施形態においては、蒸着、スパッタ等の手法によって、固体レーザ媒質層１３１の両面に、Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２多層反射膜を積層形成することで、第３の反射鏡１３２，１３３が構成されている。また、第３の反射鏡１３２，１３３を構成する各層（Ａｌ２Ｏ３層、ＴｉＯ２層）の膜厚は、共振波長を屈折率の４倍で除した値としている。また、共振波長の光に対する反射率を、出力側の第３の反射鏡１３３が励起光入力側の第３の反射鏡１３２よりも小さくなるように設定されている。従って、波長変換部１３０は、図１に示すように、波長λ１の光を選択的に共振させて、第３の反射鏡１３３側からレーザ発振することができる。なお、波長変換部１３０から出力されるレーザ光の波長はλ１に限定されるものでなく、第３の反射鏡１３２，１３３を適宜設定することで、波長λ２や波長λ３を選択的にレーザ発振させる構成としても良い。
【００５６】
次に、本実施形態に係るレーザ装置１００の主とする特徴点について説明する。図３は、ＦＷＨＭを説明するための図である。図４は、反射率と吸収波長域との関係を示す図である。図５は、多層膜反射鏡のペア数と反射率との関係を示す図である。
【００５７】
波長変換部１３０に含まれる固体レーザ媒質層１３１は、面発光レーザ素子１１５からの励起光に対して、例えば図３に示すような吸収特性を示す。なお、図３においては、波長λ０が８０８ｎｍの励起光に対する、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶からなる固体レーザ媒質層１３１の吸収スペクトルと、その半値幅ＦＷＨＭ（すなわち吸収波長域）を示している。図３に一例を示したように、固体レーザ媒質層１３１の吸収波長域は１〜３ｎｍ程度と非常に狭く、このことが一般的な固体レーザにおいて励起光率（エネルギー変換効率）が低い要因となっている。また、上述した面発光レーザ素子１１５の共振波長域ｆ（ピーク波長λ０を中心とする一般的なファブリペロー共振器の半値幅）は、第１の反射鏡１１２，１１４の反射率Ｒ１，Ｒ２を用いて、次式のように示すことができることが知られている。
【００５８】
【数１】
2008218568.tif 000003
【００５９】
例えば固体レーザ媒質層１３１の吸収波長域（ＦＷＨＭ）が面発光レーザ素子１１５の共振波長域ｆに比べて狭いと、上述したように出力側の第１の反射鏡１１４と第２の反射鏡１１６との間を反復されるなかで、励起光のうち、固体レーザ媒質層１３１の吸収波長域に対応する波長の光だけが吸収されることとなる。したがって、励起光のうち、固体レーザ媒質層１３１の吸収波長域以外の波長の光の割合が増加し、面発光レーザ素子１１５が、固体レーザ媒質層１３１の吸収波長域以外の波長でレーザ発振しやすくなる。すなわち、エネルギー変換効率が低下してしまう。そこで、本実施形態においては、反射率Ｒ１，Ｒ２が次式を満たすように第１の反射鏡１１２，１１４を形成している。
【００６０】
【数２】
2008218568.tif 000004
【００６１】
数式２に示すように、励起光の波長λ０における固体レーザ媒質層１３１の吸収波長域（ＦＷＨＭ）が、面発光レーザ素子１１５の共振波長域ｆよりも広くなるように、第１の反射鏡１１２，１１４を形成している。このように、固体レーザ媒質層１３１の吸収波長域に応じて、面発光レーザ素子１１５の励起光波長域が制限された構成とすると、固体レーザ媒質層１３１の吸収波長域以外の波長でのレーザ発振を抑制することができるので、エネルギー変換効率をより向上することができる。
【００６２】
一例として、図４には、波長λ０が８０８ｎｍの励起光に対して、第１の反射鏡１１２の反射率Ｒ２を９９．９％と固定したときの、第１の反射鏡１１４の反射率Ｒ１と面発光レーザ素子１１５の共振波長域ｆとの関係（数式１）を示している。なお、波長λ０が８０８ｎｍの励起光に対する、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶からなる固体レーザ媒質層１３１の吸収波長域（ＦＷＨＭ）は１．２ｎｍであり、この値も図４に示している。図４に示すように、第１の反射鏡１１４の反射率Ｒ１を略９８．３％以上とすれば、数式２の関係を満たすことが明らかである。なお、波長λ０の励起光に対する、固体レーザ媒質層１３１の吸収波長域（ＦＷＨＭ）は母材に依存しており、例えばＹＡＧ結晶の場合、波長λ０が８８５ｎｍの励起光に対してＦＷＨＭが２．８ｎｍであり、ＹＶＯ（ＹＶＯ４）結晶の場合、波長λ０が８０８ｎｍの励起光に対してＦＷＨＭが１．３〜１．７ｎｍである。また、ＧＶＯ（ＧｄＶＯ４）結晶の場合、波長λ０が８０８ｎｍの励起光に対してＦＷＨＭが１．４〜１．５ｎｍである。このように、励起光の波長λ０と固体レーザ媒質層１３１の種類に応じてＦＷＨＭが変化するので、各条件において数式２を満たすように第１の反射鏡１１２，１１４を形成すれば良い。なお、上述したように、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶を固体レーザ媒質層１３１とし、励起光の波長λ０を８８５ｎｍとするとＦＷＨＭが２．８ｎｍと広くなるので、第１の反射鏡の反射率（例えば第１の反射鏡１１４の反射率Ｒ１）を低くすることができる。
【００６３】
本実施形態においては、上述したように第１の反射鏡１１２，１１４が、ともにＡｌ０．２３Ｇａ０．７７Ａｓ／ＡｌＡｓとなっている。このような組成の第１の反射鏡１１２，１１４においては、対を成す２層（Ａｌ０．２３Ｇａ０．７７Ａｓ層とＡｌＡｓ層）のペア数と反射率とが、図５の実線のような関係を示す。したがって、励起光の波長λ０を８０８ｎｍ、第１の反射鏡１１２の反射率Ｒ２を９９．９％とした場合、数式２を満たすべく第１の反射鏡１１４の反射率Ｒ１を例えば９９．０％以上とするには、図５からペア数を２２以上とすれば良いことが明らかである。なお、第１の反射鏡１１２の反射率Ｒ２を９９．９％以上とするには、図５からペア数を３０以上とすれば良いことが明らかである。本実施形態においては、この点を考慮して、第１の反射鏡１１２，１１４の層数（ペア数）がそれぞれ設定されている。なお、図５には、励起光の波長λ０を８８０ｎｍ、第１の反射鏡１１２，１１４をともにＡｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓ／ＡｌＡｓとした構成において、ペア数と反射率との関係を一点鎖線で示している。また、図５には、参考例として、多層反射鏡として一般的なＧａＡｓ／ＡｌＡｓのペア数と反射率との関係を二点鎖線で示している。
【００６４】
このように本実施形態に係るレーザ装置１００によれば、面発光レーザ素子１１５が励起光を生成し、励起光を受けた波長変換部１３０（固体レーザ媒質層１３１）が励起光を波長の異なる光に変換する。したがって、従来の構成に比べて、レーザ装置１００の体格を小型化することができる。特に本実施形態においては、各要素が積層されて一体化されているので、体格をより小型化することができる。
【００６５】
また、面発光レーザ素子１１５において、励起光の縦モード制御を実施しているので、固体レーザ媒質層１３１に添加されている希土類イオン或いは遷移金属イオンのエネルギー準位間を直接励起することができる。従って、エネルギー変換効率が高く、高出力化することができる。
【００６６】
また、第２の反射鏡１１６と、面発光レーザ素子１１５を構成する出力側の第１の反射鏡１１４との間で、固体レーザ媒質層１３１を介して励起光が繰り返し反射される（反復される）。したがって、励起光を固体レーザ媒質層１３１に効率よく吸収させることができるので、エネルギー変換効率をより向上することができる。
【００６７】
また、励起光の波長λ０における固体レーザ媒質層１３１の吸収波長域（ＦＷＨＭ）が、面発光レーザ素子１１５の共振波長域ｆよりも広くなるように（数式２の関係を満たすように）、第１の反射鏡１１２，１１４が設定されている。したがって、エネルギー変換効率をさらに向上することができる。
【００６８】
また、励起光以外の外乱光に対して、面発光レーザ素子１１５を構成する出力側の第１の反射鏡１１４によって活性層１１３への入射を抑制することができる。すなわち、面発光レーザ素子１１５が、固体レーザ媒質層１３１の吸収波長域以外の波長でレーザ発振し、エネルギー変換効率が低下するのを抑制することができる。
【００６９】
なお、本実施形態においては、励起光をうけて固体レーザ媒質層１３１がピーク波長の異なる３つの光を生成する例を示した。しかしながら、励起光を受けて、励起光とは波長の異なる光を生成するものであれば、固体レーザ媒質層１３１として採用することができる。例えば、Ｙｂ：ＹＡＧ（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）結晶を採用しても良い。この場合、面発光レーザ素子１１５から波長λ０が例えば９００〜９８５ｎｍの範囲内で調整された励起光を受けると、ＹＡＧ結晶に添加されたＹｂイオンのエネルギー準位２Ｆ５／２→２Ｆ７／２間で電子が選択的に励起される。そして、エネルギー準位２Ｆ７／２に励起された電子は、２Ｆ５／２に遷移し、１０００〜１０８５ｎｍの範囲内のピーク波長を持つ光が生成される。このように励起準位と発光準位が同準位であるので、発光効率が良い。なお、母材としても、上述したＹＡＧ以外に、各種希土類イオン又は遷移金属イオンの添加されたＹＶＯ（ＹＶＯ４）、ＧＶＯ（ＧｄＶＯ４）、ＧＧＯ（Ｇｄ３Ｇａ５Ｏ１２）、ＳＶＡＰ（Ｓｒ５（ＶＯ４）３Ｆ）、ＦＡＰ（（ＰＯ４）３Ｆ）、ＳＦＡＰ（Ｓｒ５（ＰＯ４）３Ｆ）、ＹＬＦ（ＹＬｉＦ４）などを採用することができる。
【００７０】
また、本実施形態においては、面発光レーザ素子１１５を構成する活性層１１３として、Ａｌｘ１Ｉｎｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ａｓ／Ａｌｘ３Ｉｎｙ３Ｇａ１−ｘ３−ｙ３Ａｓ多重量子井戸層を採用する例を示した。しかしながら、励起光の波長に応じて適宜選択して採用することができる。例えば活性層１１３として、Ｉｎｘ２Ｇａ１−ｘ２Ａｓｙ２Ｐ１−ｙ２／Ｉｎｘ４Ｇａ１−ｘ４Ａｓｙ４Ｐ１−ｙ４多重量子井戸層を採用することができる。この場合も、半導体基板１１１としてのＧａＡｓ基板に格子整合し、所望波長の励起光を得ることができる。
【００７１】
また、本実施形態においては、波長変換部１３０が、第３の反射鏡１３２を当接面として、励起光生成部１１０上に積層配置された例を示した。しかしながら、波長変換部１３０が励起光生成部１１０上（出力面上）に離間して配置された構成としても良い。しかしながら、本実施形態に示すように積層配置された構成とすると、より小型化することができるので、活性層１１３から固体レーザ媒質層１３１までの距離も短くすることができる。
【００７２】
また、本実施形態においては、半導体基板１１１としてｎ−ＧａＡｓ基板を採用する例を示した。しかしながら、それ以外の半導体基板を採用しても良い。例えばｐ−ＧａＡｓ基板を採用する場合、第１の反射鏡１１２，１１４や電極１１８，１１９などにおいて、ｐ型とｎ型を置き換えて考えればよい。
【００７３】
また、本実施形態においては、面発光レーザ素子１１５から出力される励起光の波長λ０が８０８ｎｍである例を示した。しかしながら、励起光の波長λ０は上記例に限定されるものではない。固体レーザ媒質層１３１に含まれる希土類イオン又は遷移金属イオンを高いエネルギー準位に励起でき、低いエネルギー準位に遷移する際の波長が励起光と異なるものであれば採用することができる。例えば、上述した面発光レーザ素子１１５において、活性層１１３の組成（Ｘ１，Ｙ１）や膜厚を調整することで、８８０ｎｍの励起光を出力することができる。この場合、第１の反射鏡１１２，１１４をＡｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓ／ＡｌＡｓとすると、図５に一点鎖線で示した関係から、第１の反射鏡１１４を１８ペア以上とすると反射率Ｒ１を９９．０％以上、第１の反射鏡１１２を３０ペア以上とすると反射率Ｒ２を９９．９％%以上とすることができる。
【００７４】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を、図６に基づいて説明する。図６は、第２実施形態に係るレーザ装置の概略構成を示す断面図である。
【００７５】
第２実施形態に係るレーザ装置は、第１実施形態に示したレーザ装置と共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、第１実施形態に示した要素と同一の要素には、同一の符号を付与するものとする。
【００７６】
第１実施形態においては、面発光レーザ素子１１５が、半導体基板１１１とは反対側に励起光を出力するように構成された例を示した。これに対し、本実施形態においては、面発光レーザ素子１１５が、半導体基板１１１側に励起光を出力するように構成されている点を特徴とする。
【００７７】
具体的には、図６に示すように、半導体基板１１１側から反射率Ｒ１の第１の反射鏡１１４、活性層１１３、反射率Ｒ２の第１の反射鏡１１２の順で積層されて、面発光レーザ素子１１５が構成されている。すなわち、活性層１１３から出力される励起光が、第１の反射鏡１１２，１１４によって共振され、第１の反射鏡１１４側へレーザ発振されるように構成されている。また、半導体基板１１１には、面発光レーザ素子１１５の形成位置に対応して、面発光レーザ素子１１５の形成面の裏面側に開口する溝部１２０が構成されている。具体的には、溝部１２０は、第１の反射鏡１１２，１１４と活性層１１３の積層方向に垂直な方向における溝部底面の大きさが、面発光レーザ素子１１５の直径（出射口径）よりも大きく、その深さは面発光レーザ素子１１５に影響を及ぼさない程度にできる限り深く形成されている。このような溝部１２０は、例えば半導体基板１１１をエッチングすることにより構成することができる。また、半導体基板１１１の、溝部１２０を除く面発光レーザ素子形成面の裏面に、ｎ型電極１１９が形成されている。このように、半導体基板１１１における励起光が伝播する領域が除去されている。また、本実施形態においては、ｎ型電極１１９に当接するように、励起光生成部１１０上に波長変換部１３０が積層配置されている。
【００７８】
このように本実施形態に係るレーザ装置１００によれば、第１実施形態に示した構成による効果と同じ効果を発揮することができる。さらには、面発光レーザ素子１１５の第１の反射鏡１１２側に、半導体基板１１１が配置されておらず、活性層１１３から装置外部に放熱しやすい構成となっている。従って、より高出力化することができる。
【００７９】
なお、ヒートシンク等の放熱部材を面発光レーザ素子１１５の第１の反射鏡１１２側に接触配置することで、放熱性をより向上させても良い。また、本実施形態においては、溝部１２０が空洞となっているが、溝部１２０の少なくとも一部が励起光を吸収しがたい材料で満たされた構成としても良い。
【００８０】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を、図７に基づいて説明する。図７は、第３実施形態に係るレーザ装置の概略構成を示す断面図である。
【００８１】
第３実施形態に係るレーザ装置は、上述した各実施形態に示したレーザ装置と共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、上述した各実施形態に示した要素と同一の要素には、同一の符号を付与するものとする。
【００８２】
図７に示すように、本実施形態に係るレーザ装置１００は、第１実施形態に示したレーザ装置１００に対し、波長変換部１３０として、固体レーザ媒質層１３１の出力面上に配置された、波長変換素子１３４をさらに含む点を特徴とする。このように、波長変換素子１３４を設けることで、固体レーザ媒質層１３１から出力あれた光の波長をさらに変換することができる。なお、本実施形態においては、体格を小型化するために、固体レーザ媒質層１３１の出力面上に、波長変換素子１３４、第３の反射鏡１３３、第２の反射鏡１１６の順で積層配置されて一体化されている。
【００８３】
本実施形態においては、波長変換素子１３４の構成材料として、固体レーザ媒質層１３１からの光を受けてその第２高調波を生じる非線形結晶を採用している。非線形結晶としては、入力される波長に応じて公知のものを適宜選択して用いることができる。例えばＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ４）、ＬＢＯ（ＬｉＢ３Ｏ５）、ＢｉＢＯ（ＢｉＢ３Ｏ６）、ＰＰＬＴＰ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  Ｐｏｌｅｄ  ＫＴＰ）などがある。
【００８４】
このような構成とすると、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶からなる固体レーザ媒質層１３１から生じ、第３の反射鏡１３２，１３３の構成によって選択的に共振されてレーザ発振される、近赤外域の９００〜９５０ｎｍ、１０４０〜１０６５ｎｍ、１３００〜１３５０ｎｍの範囲内のピーク波長λ１，λ２，λ３をもつ光を、波長変換素子１３４によって、可視光である４５０〜４７５ｎｍ、５２０〜５３３ｎｍ、６５０〜６７５ｎｍの範囲内の波長をもつ光にそれぞれ変換することができる。すなわち、ＲＧＢ用光源として利用することができる。
【００８５】
なお、図６においては、波長変換素子１３４を固体レーザ媒質層１３１の出力面上に積層配置する例を示した。しかしながら、波長変換素子１３４を第３の反射鏡１３３や第２の反射鏡１１６上に積層配置した構成としても良い。
【００８６】
また、波長変換素子１３４の構成材料は、第２高調波を生じる非線形結晶に限定されるものではない。固体レーザ媒質層１３１と第３の反射鏡１３２，１３３による共振器からレーザ発振される波長を変換できるものであれば良い。
【００８７】
なお、本実施形態に示す構成と第２実施形態に示した構成と組み合わせた構成としても良い。各実施形態に示した効果を発揮することができる。
【００８８】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態を、図８に基づいて説明する。図８は、第４実施形態に係るレーザ装置の概略構成を示す断面図である。
【００８９】
第４実施形態に係るレーザ装置は、上述した各実施形態に示したレーザ装置と共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、上述した各実施形態に示した要素と同一の要素には、同一の符号を付与するものとする。
【００９０】
図８に示すように、本実施形態に係るレーザ装置１００は、第３実施形態に示したレーザ装置１００に対し、入力光をコリメート乃至集光するマイクロレンズ１５２を含むレンズ部材１５０をさらに備える点を特徴とする。なお、マイクロレンズ１５２を含むレンズ部材１５０については、本出願人による特願２００５−３６６８９８号に詳細に記載されているので、参照されたい。
【００９１】
本実施形態において、レンズ部材１５０は、励起光生成部１１０と波長変換部１３０との間に配置され、励起光を集光乃至コリメートするように構成されている。このような構成を採用すると、集光乃至コリメートされた励起光によって、効率よく固体レーザ媒質層１３１を励起させることができる。従って、エネルギー変換効率を向上することができ、装置１００からの出力光を高出力化することができる。
【００９２】
また、レンズ部材１５０として、例えばガラスからなる基材１５１に、フォトリソグラフィ及びイオン拡散法を適用することにより、屈折率分布をつけて平板型のマイクロレンズ１５２を構成したものを採用している。また、マイクロレンズ１５２は、位置決めした状態で面発光レーザ素子１１５に対応する基材１５１の部位（言い換えれば、面発光レーザ素子１１５から出力される励起光の光軸と、マイクロレンズ１５２の光軸が略一致する部位）に形成されており、その直径は、面発光レーザ素子１１５の直径（出射口径）と同じかそれ以上とされている。従って、コリメート乃至集光の効率を向上することができる。なお、マイクロレンズ１５２を含むレンズ部材１５０の各種構成やレーザ装置における配置については、本出願人による特願２００５−３６６８９８号に記載されているので、参照されたい。
【００９３】
そして、レンズ部材１５０は、励起光生成部１１０の励起光出力面（本実施例においては、ｐ型電極１１８側）上に積層配置され、波長変換部１３０は、第３の反射鏡１３２を当接面としてレンズ部材１５０上に積層配置されている。励起光生成部１１０とレンズ部材１５０、レンズ部材１５０と波長変換部１３０は、それぞれ公知の接合方法（例えば接着）によって接合され、励起光生成部１１０、波長変換部１３０、及びレーザ部材１５０は一体化されている。
【００９４】
このように本実施形態に係るレーザ装置１００によれば、レンズ部材１５０として、面発光レーザ素子１１５に対応して平板型のマイクロレンズ１５２が設けられたレンズ部材を採用している。従って、各要素１１０，１３０，１５０を一体的に積層することができる。すなわち、装置の体格を小型化することができる。また、一体的に積層することで、面発光レーザ素子１１５（活性層１１３）と波長変換部１３０（固体レーザ媒質層１３１）との距離を低減するようにしている。すなわち、励起光のロスを低減し、高出力化することができる。
【００９５】
また、本実施形態においては、レンズ部材１５０により集光乃至コリメートされた励起光が波長変換部１３０に入力されるので、より高出力化することができる。
【００９６】
なお、入力光をコリメート乃至集光するマイクロレンズ１５２を含むレンズ部材１５０が、波長変換部１３０の出力面上に配置された構成としても良い。このような構成とすると、レンズ部材１５０によって、出力光のビーム形状を制御することができる。なお、レンズ部材１５０の出力面上に何も接触配置されない場合には、積層構造上問題とならないので、レンズ部材１５０として、例えば凸型のマイクロレンズを含むレンズ部材１５０を採用することもできる。なお、凸型のマイクロレンズは、例えばリフロー法、インクジェット法、グレースケールマスク法によって構成することができる。また、レンズ部材１５０が、励起光生成部１１０と波長変換部１３０との間、及び、波長変換部１３０の出力面上の両方に配置された構成としても良い。この場合、高出力化と出力光のビーム形状制御をともに実現することができる。
【００９７】
また、本実施形態に示した構成と第２実施形態に示した構成とを組み合わせた構成としても良い。各実施形態に示した効果を発揮することができる。なお、このような構成においては、溝部１２０の底面にレンズ部材１５０を配置することも可能である。また、第１実施形態に示した構成（波長変換素子１３４を有さない構成）と上述したレンズ部材１５０とを組み合わせた構成としても良い。
【００９８】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態を、図９に基づいて説明する。図９は、第５実施形態に係るレーザ装置の概略構成を示す断面図である。
【００９９】
第５実施形態に係るレーザ装置は、上述した各実施形態に示したレーザ装置と共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、上述した各実施形態に示した要素と同一の要素には、同一の符号を付与するものとする。
【０１００】
図９に示すように、本実施形態に係るレーザ装置１００は、第３実施形態に示したレーザ装置１００に対し、波長変換部１３０の出力面上に配置され、外部への出力光の出力方向を調整可能に構成された調整用光学素子１７０を含む点を特徴とする。すなわち、装置１００から出力されるレーザ光の出力方向を制御可能に構成されている。
【０１０１】
本実施形態においては、調整用光学素子１７０としてマイクロプリズムを採用しており、調整用光学素子１７０が、波長変換部１３０の出力面上であって第２の反射鏡１１６上に積層配置されて一体化されている。このような構成を採用すると、装置１００から出力されるレーザ光の出力方向を制御することができる。また、一体化されているので、装置１００の体格を小型化することができる。しかしながら、調整用光学素子１７０が波長変換部１３０又は第２の反射鏡１１６と離間された構成としても良い。
【０１０２】
なお、調整用光学素子１７０としてはマイクロプリズムに限定されるものではなく、外部に出力される光の出力方向を調整できるものであれば良い。例えば本出願人による特願２００５−３６６８９９号に記載のように、ＭＥＭＳによって半導体基板に形成された静電駆動型のマイクロミラーを採用することもできる。この場合、マイクロミラーの角度を任意角度に調整することが可能である。
【０１０３】
また、本実施形態に示した構成を、第２実施形態に示した構成と組み合わせた構成としても良いし、第４実施形態に示した構成と組み合わせた構成としても良い。各実施形態に示した効果を発揮することができる。また、第１実施形態に示した構成（波長変換素子１３４を有さない構成）と上述した調整用光学素子１７０とを組み合わせた構成としても良い。
【０１０４】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態を、図１０〜図１３に基づいて説明する。図１０は、第６実施形態に係るレーザ装置の概略構成を示す断面図である。図１１は、第３の反射鏡の構成を示す拡大断面図である。図１２は、中心波長と反射帯域を説明するための、第３の反射鏡の反射特性を示す図である。図１３は、屈折率差と反射帯域との関係を示す図である。
【０１０５】
第６実施形態に係るレーザ装置は、上述した各実施形態に示したレーザ装置と共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、上述した各実施形態に示した要素と同一の要素には、同一の符号を付与するものとする。
【０１０６】
図１０に示すように、本実施形態に係るレーザ装置１００は、第１実施形態に示したレーザ装置１００に対し、面発光レーザ素子１１５が同一の半導体基板１１１上に２次元アレイ状に形成され、波長変換部１３０が、互いに異なる波長の光を出力する複数の領域に分けられた構成となっている点を特徴とする。すなわち、多波長レーザ装置として構成されている。このような多波長レーザ装置については、本出願人による特願２００５−３６６８９９号に記載されているので参照されたい。以下においては、本実施形態における特徴部分を説明する。
【０１０７】
励起光生成部１１０は、面発光レーザ素子１１５と第２の反射鏡１１６を有しており、同一の半導体基板１１１上に複数の面発光レーザ素子１１５が２次元アレイ状に形成されている点以外は、第１実施形態に示した構成と同じである。なお、ｐ型電極１１８は、面発光レーザ素子１１５ごとに電気的に分離されている。また、装置１００は、各面発光レーザ素子１１５の発光タイミング（発光オン・オフ、発光時間）を制御する図示されない発光制御手段を含んでいる。すなわち、個々の面発光レーザ素子１１５は、独立制御可能に構成されている。
【０１０８】
波長変換部１３０は、第１実施形態と同一構成の固定レーザ媒質層１３１と、第３の反射鏡１３２，１３３とを有しており、固体レーザ媒質層１３１に対する第３の反射鏡１３２，１３３の構成に特徴がある。第３の反射鏡１３２，１３３は、構成の違いによって複数の領域に分けられており、領域ごとに、異なるピーク波長で共振するように構成されている。第３の反射鏡１３２，１３３の構成とは、例えば構成材料（屈折率）、厚さ、積層数（周期）の少なくとも１つである。
【０１０９】
本実施形態においても、第１実施形態同様に第３の反射鏡１３２，１３３として、Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２多層反射膜を採用しており、図１０に示すように、対応するピーク波長で選択的に共振するように領域１〜３に分けられている。なお、領域１は固体レーザ媒質層１３１から出力される９００〜９５０ｎｍの範囲内のピーク波長λ１、領域２は１０４０〜１０６５ｎｍの範囲内のピーク波長λ２、領域３は１３００〜１３５０ｎｍの範囲内のピーク波長λ３で選択的に共振する領域となっている。
【０１１０】
詳しくは、図１１に示すように、固体レーザ媒質層１３１の出力面上に、上述した各ピーク波長λ１，λ２，λ３で高反射となるようにＡｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２多層反射膜を構成する各層の膜厚をそれぞれ調整したλ１用反射膜１３５、λ２用反射膜１３６、λ３用反射膜１３７を、固体レーザ媒質層１３１側から任意の順で積層する。本実施形態においては、λ１用反射膜１３５、λ２用反射膜１３６、λ３用反射膜１３７の順で積層する。また、固体レーザ媒質層１３１の励起光入力面上に、固体レーザ媒質層１３１側から出力面上とは逆の順で積層する。本実施形態においては、λ３用反射膜１３７、λ２用反射膜１３６、λ１用反射膜１３５の順で積層する。そして、積層後、各領域１〜３において、対応するピーク波長λ１，λ２，λ３で高反射となる反射層が最外層となるように、不用な反射膜をフォトリソグラフィ及びエッチングにより除去する。このようにして第３の反射鏡１３２，１３３は構成されている。すなわち、領域１においては、λ１用反射膜１３５が最外層となる（対をなす）ように、出力面上のλ２用反射膜１３６及びλ３用反射膜１３７が除去されている。また、領域２においては、λ２用反射膜１３６が最外層となる（対をなす）ように、出力面上のλ３用反射膜１３７と、励起光入力面上のλ１用反射膜１３５が除去されている。また、領域３においては、λ３用反射膜１３７が最外層となる（対をなす）ように、励起光入力面上のλ１用反射膜１３５及びλ２用反射膜１３６が除去されている。
【０１１１】
本実施形態において、各反射膜１３５〜１３７を構成する各層（Ａｌ２Ｏ３層、ＴｉＯ２層）の膜厚を、対応するピーク波長λ１，λ２，λ３を屈折率の４倍で除した値としている。また、対応するピーク波長λ１，λ２，λ３の光に対する各反射膜１３５〜１３７の反射率を、出力側の第３の反射鏡１３３が励起光入力側の第３の反射鏡１３２よりも小さくなるように設定されている。従って、各領域１〜３は、対応するピーク波長λ１，λ２，λ３で共振し、第３の反射鏡１３３側からレーザ発振することができる。
【０１１２】
しかしながら、各反射膜１３５〜１３７において高反射を示す反射帯域（例えば反射率が５０％における波長幅）が広く、反射帯域の一部が隣接するピーク波長（すなわち反射帯域の中心波長）を含む場合には、対応するピーク波長とともに、隣接するピーク波長の光も一部共振させることとなる。すなわち、十分な波長選択性を持たせることができない。そこで、本実施形態においては、図１２に示すように、隣り合うピーク波長λ１とλ２（λ２とλ３）に対応する反射膜１３５，１３６（１３６，１３７）において、それぞれ高反射を示す反射帯域Δ１，Δ２（Δ２，Δ３）が、｜λ１−λ２｜＞Δ１／２（｜λ１−λ２｜＞Δ２／２）、｜λ１−λ２｜＞Δ２／２（｜λ２−λ３｜＞Δ３／２）を満たすように設定している。従って、各領域１〜３は、対応するピーク波長λ１，λ２，λ３で選択的に共振し、レーザ発振することができる。
【０１１３】
なお、反射帯域は、例えば図１３に示すように、反射膜１３５〜１３７の屈折率（構成材料）によって調整することが可能である。すなわち、各反射膜１３５〜１３７を構成する材料を適宜選択すれば良い。本実施形態においては、Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２多層反射膜とすることで、上述の関係を満たすようにしている（例えばλ１：９４６ｎｍ、λ２：１０６４ｎｍとして、反射帯域Δ１，Δ２が２３６ｎｍ以下となるように、屈折率差０．５７以下としている）。すなわち、ピーク波長λ１，λ２，λ３で選択的に共振する共振器が同一平面内に構成されている。
【０１１４】
なお、第２の反射鏡１１６は、上述した各実施形態とは異なり、固体レーザ媒質層１３１の出力面上に積層配置されている。このように第２の反射鏡１１６を最内層とすれば、各反射膜１３５〜１３７を積層後、不要な反射膜を除去するにあたっても、第２の反射鏡１１６を固体レーザ媒質層１３１の出力面全面に残すことができる。
【０１１５】
このように本実施形態に係るレーザ装置１００によれば、第３の反射鏡１３２，１３３の構成を領域１〜３ごとに異なるものとすることで、領域１〜３ごとに対応するピーク波長λ１，λ２，λ３の光を選択的に共振させてレーザ発振させる構成としている。従って、励起光生成部１１０から出力される単一波長の光を励起光とし、波長の異なる複数の光を同時に出力可能である。
【０１１６】
また、第３の反射鏡１３２，１３３の構成によって、ピーク波長λ１，λ２，λ３の光を選択的に共振させる複数の共振器を同一平面内に構成している。従って、装置１００の体格を小型化することができる。また、本実施形態においては、同一の半導体基板１１１上に２次元アレイ状に面発光レーザ素子１１５が形成された面発光レーザアレイを、励起光生成部１１０として波長変換部１３０の複数の領域１〜３を一括励起するとともに、第３の反射鏡１３２を当接面として、波長変換部１３０を励起光生成部１１０上に積層配置している。従って、装置１００の体格をより小型化することができる。
【０１１７】
また、複数の面発光レーザ素子１１５はそれぞれ電気的に独立しており、個々に制御可能に構成されている。したがって、装置１００から出力される光の輝度を調整することができる。また、装置１００から出力される光を合成する場合には、輝度及び色調を調整することができる。
【０１１８】
なお、本実施形態においては、第３の反射鏡１３２，１３３を構成する各反射膜１３５〜１３７の厚さ（各反射膜１３５〜１３７を構成するＡｌ２Ｏ３層とＴｉＯ２層の膜厚）によって、各ピーク波長λ１，λ２，λ３で選択的に共振する領域１〜３を構成する例を示した。しかしながら、構成材料（屈折率）や、積層数（周期）を変えることで、各領域１〜３を構成しても良い。
【０１１９】
また、本実施形態においては、各領域１〜３に、各反射膜１３５〜１３７を一括して積層した後に、各領域１〜３に必要な反射膜の対のみが形成されるように不要な反射膜を除去することで、第３の反射鏡１３２，１３３が構成される例を示した。このような構成とすると、製造工程を簡素化することができる。しかしながら、フォトリソグラフィによって、各領域１〜３に選択的にλ１用反射膜１３５、λ２用反射膜１３６、λ３用反射膜１３７のみをそれぞれ形成することにより、第３の反射鏡１３２，１３３を構成しても良い。この場合、第３の反射鏡１３２，１３３を本実施形態よりも平坦とすることができ、ひいては装置１００はより小型化することも可能である。
【０１２０】
また、本実施形態においては、固体レーザ媒質層１３１が生成するピーク波長の数に対応して、第３の反射鏡１３２，１３３の構成が異なる領域１〜３を設ける例を示した。しかしながら、波長の異なる複数の光を出力すべく、領域も複数であれば良い。例えば３つのピーク波長λ１，λ２，λ３に対して、そのうちの２つ（例えばλ１，λ２）で共振するそれぞれの領域１，２のみを有する構成としても良い。
【０１２１】
また、本実施形態においては、励起光をうけて固体レーザ媒質層１３１がピーク波長の異なる３つの光を生成する例を示した。しかしながら、励起光を受けて、ピーク波長の異なる複数の光を生成するものであれば、固体レーザ媒質層１３１として採用することができる。
【０１２２】
また、本実施形態においては、第１実施形態に示す構成を、波長の異なる複数の光を出力する多波長レーザ装置とする例を示した。しかしながら、第１実施形態以外にも、上述した各実施形態に示した構成、及び、上述したように各実施形態を組み合わせた構成についても、波長の異なる複数の光を出力する多波長レーザ装置とすることができる。例えば、図１４に示すように、第２実施形態に示した構成（溝部１２０を有し、半導体基板１１１側に励起光を出力する構成）に本実施形態に示した特徴部分を組み合わせることによって、レーザ装置１００が多波長レーザ装置とされた構成としても良い。このような構成とすると、第２実施形態において示したように、放熱性を向上することができる。図１４は、変形例を示す断面図である。
【０１２３】
また、図１５に示すように、第３実施形態に示した構成（波長変換素子１３４を有する構成）に本実施形態に示した特徴部分を組み合わせることによって、レーザ装置１００が多波長レーザ装置とされた構成としても良い。このような構成とすると、各領域１〜３から出力される光を、異なる波長の光にそれぞれ変換することができる。例えば、第３実施形態同様、波長変換素子１３４として固体レーザ媒質層１３１からの光を受けてその第２高調波を生じる非線形結晶を採用すると、各領域１〜３から、可視光である４５０〜４７５ｎｍ、５２０〜５３３ｎｍ、６５０〜６７５ｎｍの範囲内の波長をもつ光を出力することができる。すなわち、レーザ装置１００の同一面内から、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色を有する複数の光を同時に出力することができる。図１５は、変形例を示す断面図である。なお、第３実施形態の変形例として示したように、第２実施形態と第３実施形態を組み合わせた構成（図１５の励起光生成部１１０を図１４の励起光生成部１１０で差し替えた構成）としても良い。いずれの効果も発揮することができる。
【０１２４】
また、図１６に示すように、第４実施形態に示した構成（マイクロレンズ１５２を含むレンズ部材１５０を有する構成）に本実施形態に示した特徴部分を組み合わせることによって、レーザ装置１００が多波長レーザ装置とされた構成としても良い。このような構成とすると、第４実施形態において示したように、高出力化することができる。図１６は、変形例を示す断面図である。なお、第４実施形態の変形例として示したように、マイクロレンズ１５２を含むレンズ部材１５０が、波長変換部１３０の出力面上に配置された構成としても良い。このような構成とすると、レンズ部材１５０によって、出力光のビーム形状を制御することができる。また、第４実施形態に示した構成と第２実施形態に示した構成とを組み合わせた構成（図１６の励起光生成部１１０を図１４の励起光生成部１１０で差し替えた構成）としても良い。各実施形態に示した効果を発揮することができる。さらには、第４実施形態に示した構成と第１実施形態に示した構成とを組み合わせた構成（図１６において波長変換部１３０が波長変換素子１３４を有さない構成）としても良い。
【０１２５】
また、図１７に示すように、第５実施形態に示した構成（調整用光学素子１７０を有する構成）に本実施形態に示した特徴部分を組み合わせることによって、レーザ装置１００が多波長レーザ装置とされた構成としても良い。このような構成とすると、第５実施形態において示したように、装置１００から出力されるレーザ光の出力方向を制御することができる。図１７は、変形例を示す断面図である。なお、第５実施形態の変形例として示したように、調整用光学素子１７０として面発光レーザ素子１１５に対応して設けられたマイクロミラーを採用することもできる。この場合、マイクロミラーの角度を個々に任意角度に調整することも可能である。また、第５実施形態に示した構成と第２実施形態に示した構成とを組み合わせた構成（図１７の励起光生成部１１０を図１４の励起光生成部１１０で差し替えた構成）としても良い。各実施形態に示した効果を発揮することができる。また、第５実施形態に示した構成と第４実施形態に示した構成とを組み合わせた構成（図１７にレンズ部材１５０を追加した構成）としても良い。さらには、第２実施形態、第４実施形態、及び第５実施形態の各形態を組み合わせた構成としても良い。また、第５実施形態に示した構成と第１実施形態に示した構成とを組み合わせた構成（図１７において波長変換部１３０が波長変換素子１３４を有さない構成）としても良い。
【０１２６】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【０１２７】
第６実施形態においては、第１〜第５実施形態、又は、第１〜第５実施形態を組み合わせた形態において、波長変換部１３０が互いに異なる波長の光を出力する複数の領域１〜３に分けられた例を示した。すなわち、レーザ装置１００が多波長レーザ装置として構成された例を示した。しかしながら、複数の面発光レーザ素子１１５が、同一の半導体基板１１１上に２次元アレイ状に形成され、波長変換部１３０が単一波長の光を出力する構成としても良い。このような構成としても、同一の半導体基板１１１上に２次元アレイ状に面発光レーザ素子１１５が形成された面発光レーザアレイを励起光生成部１１０として、波長変換部１３０の固体レーザ媒質層１３１を一括励起するので、装置の体格を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】第１実施形態に係るレーザ装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】固体レーザ媒質層における励起と遷移を示す模式図である。
【図３】ＦＷＨＭを説明するための図である。
【図４】反射率と吸収波長域との関係を示す図である。
【図５】多層膜反射鏡のペア数と反射率との関係を示す図である。
【図６】第２実施形態に係るレーザ装置の概略構成を示す断面図である。
【図７】第３実施形態に係るレーザ装置の概略構成を示す断面図である。
【図８】第４実施形態に係るレーザ装置の概略構成を示す断面図である。
【図９】第５実施形態に係るレーザ装置の概略構成を示す断面図である。
【図１０】第６実施形態に係るレーザ装置の概略構成を示す断面図である。
【図１１】第３の反射鏡の構成を示す拡大断面図である。
【図１２】中心波長と反射帯域を説明するための、第３の反射鏡の反射特性を示す図である。
【図１３】屈折率差と反射帯域との関係を示す図である。
【図１４】変形例を示す断面図である。
【図１５】変形例を示す断面図である。
【図１６】変形例を示す断面図である。
【図１７】変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１２９】
１００・・・レーザ装置
１１０・・・励起光生成部
１１２，１１４・・・第１の反射鏡
１１３・・・活性層
１１５・・・面発光レーザ素子
１１６・・・第２の反射鏡
１３０・・・波長変換部
１３１・・・固体レーザ媒質層
１３２，１３３・・・第３の反射鏡
１３４・・・波長変換素子
【図１】
2008218568.tif 000005
【図２】
2008218568.tif 000006
【図３】
2008218568.tif 000007
【図４】
2008218568.tif 000008
【図５】
2008218568.tif 000009
【図６】
2008218568.tif 000010
【図７】
2008218568.tif 000011
【図８】
2008218568.tif 000012
【図９】
2008218568.tif 000013
【図１０】
2008218568.tif 000014
【図１１】
2008218568.tif 000015
【図１２】
2008218568.tif 000016
【図１３】
2008218568.tif 000017
【図１４】
2008218568.tif 000018
【図１５】
2008218568.tif 000019
【図１６】
2008218568.tif 000020
【図１７】
2008218568.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成20年7月11日(2008.7.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
励起光を出力する励起光生成部と、
前記励起光を受けて、前記励起光とは異なる波長の光を出力する固体レーザ媒質層を有する波長変換部と、を備えるレーザ装置であって、
前記励起光生成部は、半導体基板上に形成され、第１の反射鏡間に活性層を含む半導体層が配置された面発光レーザ素子と、前記面発光レーザ素子との間に前記固体レーザ媒質層が介在され、前記励起光の波長で高反射となる第２の反射鏡とを有し、
前記第１の反射鏡のうち、前記励起光を出力する側の出力側反射鏡の反射率Ｒ１と、前記出力側反射鏡とは反対の裏側反射鏡の反射率Ｒ２（＞Ｒ１）とが、前記励起光の波長λ0における前記固体レーザ媒質層の吸収スペクトルの半値幅ＦＷＨＭに対して、下記式を満たしていることを特徴とするレーザ装置。
2008218568.tif 000022
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上記目的を達成する為に請求項１に記載の発明は、励起光を出力する励起光生成部と、励起光を受けて、励起光とは異なる波長の光を出力する固体レーザ媒質層を有する波長変換部と、を備えるレーザ装置であって、励起光生成部は、半導体基板上に形成され、第１の反射鏡間に活性層を含む半導体層が配置された面発光レーザ素子と、面発光レーザ素子との間に固体レーザ媒質層が介在され、励起光の波長で高反射となる第２の反射鏡とを有し、第１の反射鏡のうち、励起光を出力する側の出力側反射鏡の反射率Ｒ１と、出力側反射鏡とは反対の裏側反射鏡の反射率Ｒ２（＞Ｒ１）とが、励起光の波長λ0における固体レーザ媒質層の吸収スペクトルの半値幅ＦＷＨＭに対して、下記式を満たしていることを特徴とする。
2008218568.tif 000023