(57)【要約】【課題】ポンプビーム反射層を利用してポンプビームを再活用することによって活性層によるポンプビームの吸収を増大させた後方光ポンピング方式の外部共振器型面発光レーザを提供する。【解決手段】所定の波長を有する信号光を放出する活性層３３と、活性層３３の上面と離隔されて対向し、活性層３３で発生した信号光の一部は透過させて外部に出力し、一部は活性層に反射する外部ミラー３６と、活性層３３の下面と接し、活性層３３で発生した信号光を外部ミラー３６に反射する第１反射層３２と、活性層３３を励起させるためのポンプビームを活性層３３の下面に向けて放出するポンプレーザ３５と、活性層３３の上面と接し、活性層３３を透過したポンプビームが活性層３３で再吸収されるように対反射する第２反射層３４と、を備えることを特徴とする外部共振器型面発光レーザである。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長を有する信号光を放出する活性層と、
前記活性層の上面と離隔されて対向し、前記活性層で発生した信号光の一部は透過させて外部に出力し、一部は活性層に反射する外部ミラーと、
前記活性層の下面と接し、前記活性層で発生した信号光を前記外部ミラーに反射する第１反射層と、
前記活性層を励起させるためのポンプビームを前記活性層の下面に向けて放出するポンプレーザと、
前記活性層の上面と接し、前記活性層を透過したポンプビームが活性層で再吸収されるように対反射する第２反射層と、を備えることを特徴とする外部共振器型面発光レーザ。
【請求項２】
前記第２反射層は、前記ポンプレーザから放出されたポンプビームを反射し、前記活性層から放出された信号光を透過させることを特徴とする請求項１に記載の外部共振器型面発光レーザ。
【請求項３】
前記第２反射層は、屈折率が互いに異なる２層の半導体層を交互に反復して積層した複層構造の分散ブラッグ反射層であることを特徴とする請求項２に記載の外部共振器型面発光レーザ。
【請求項４】
前記半導体層のそれぞれの厚さは、ポンプビーム波長の１／４であることを特徴とする請求項３に記載の外部共振器型面発光レーザ。
【請求項５】
前記屈折率の異なる２層の半導体層は、それぞれＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）とＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ≦１、ｘ≠ｙ）とであることを特徴とする請求項４に記載の外部共振器型面発光レーザ。
【請求項６】
前記２層の半導体層のうち屈折率の高い方をＨ、屈折率の低い方をＬとするとき、前記第２反射層は、（（Ｌ／２）Ｈ（Ｌ／２））Ｎ形態（Ｎは正の整数）の複層構造を有することを特徴とする請求項５に記載の外部共振器型面発光レーザ。
【請求項７】
前記第２反射層は、屈折率の異なる２層の誘電体層を交互に積層した複層構造の誘電体スタック反射層であることを特徴とする請求項２に記載の外部共振器型面発光レーザ。
【請求項８】
前記第２反射層を形成する誘電体層のそれぞれの厚さは、ポンプビーム波長の１／４であることを特徴とする請求項７に記載の外部共振器型面発光レーザ。
【請求項９】
前記第２反射層は、金属薄膜層であることを特徴とする請求項２に記載の外部共振器型面発光レーザ。
【請求項１０】
前記金属薄膜層の厚さは、５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項９に記載の外部共振器型面発光レーザ。
【請求項１１】
前記第２反射層のポンプビームに対する反射率は、５０％以上であることを特徴とする請求項１から請求項１０のうちいずれか１項に記載の外部共振器型面発光レーザ。
【請求項１２】
前記第２反射層による信号光の反射を防止するために、前記第２反射層の上面に反射防止層がさらに形成されたことを特徴とする請求項１から請求項１０のうちいずれか１項に記載の外部共振器型面発光レーザ。
【請求項１３】
前記活性層の下面と接する第１反射層は、前記ポンプレーザから放出されたポンプビームを透過させ、前記活性層から放出された信号光を反射することを特徴とする請求項１から請求項１０のうちいずれか１項に記載の外部共振器型面発光レーザ。
【請求項１４】
前記第１反射層は、屈折率が互いに異なる２層の半導体層を交互に反復して積層した複層構造の分散ブラッグ反射層であることを特徴とする請求項１３に記載の外部共振器型面発光レーザ。
【請求項１５】
前記第１反射層を形成する半導体層のそれぞれの厚さは、信号光波長の１／４であることを特徴とする請求項１４に記載の外部共振器型面発光レーザ。
【請求項１６】
前記第１反射層の下面に接し、前記活性層を冷却させるための透光性熱拡散素子をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項１０のうちいずれか１項に記載の外部共振器型面発光レーザ。
【請求項１７】
前記透光性熱拡散素子は、ダイアモンド、シリコンカーバイド、窒化アルミニウム、及び窒化ガリウムを含むグループから選択された少なくとも一つの材料からなることを特徴とする請求項１６に記載の外部共振器型面発光レーザ。
【請求項１８】
前記活性層から放出された信号光の周波数を２倍にするＳＨＧ結晶が前記活性層と外部ミラーとの間にさらに配置されたことを特徴とする請求項１から請求項１０のうちいずれか１項に記載の外部共振器型面発光レーザ。
【請求項１９】
前記活性層は、信号光を生成する複数の量子ウェル層を備え、それぞれの量子ウェル層は、前記外部ミラーと第１反射層との間で信号光が共振して発生する定常波のアンチノードに位置することを特徴とするに請求項１から請求項１０のうちいずれか１項に記載の外部共振器型面発光レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部共振器型面発光レーザに係り、さらに詳細には、ポンプビーム反射層を利用してポンプビームを再活用することにより、活性層によるポンプビームの吸収を増大させた後方光ポンピング方式の外部共振器型面発光レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
発振されるビームが基板に垂直な方向に放出される面発光レーザ（または、垂直共振器型面発光レーザ）（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ）は、狭いスペクトルの単一縦モードの発振が可能であり、ビームの放射角が小さいという長所がある。また、面発光の構造上、他の装置への一体化が容易である。しかし、ＶＣＳＥＬは、単一横モード発振が側面発光レーザに比べて困難であり、出力が弱いという問題がある。
【０００３】
前述のＶＣＳＥＬの長所を生かした高出力レーザ素子であり、外部共振器型面発光レーザ（ＶＥＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｅｘｔｅｒｎａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ）がある。前記ＶＥＣＳＥＬは、ＶＣＳＥＬの上部ミラーを外部のミラーに代替して利得領域を増大させることにより、数〜数十Ｗ以上の高出力を得させるレーザ素子である。
【０００４】
図１は、一般的なＶＥＣＳＥＬの概略的な構造を図示するものであり、図１に図示されたＶＥＣＳＥＬは、前方に斜めに配置されたポンプレーザにより光ポンピングされる前方光ポンピング方式のレーザである。図１に図示されたように、前記前方光ポンピング方式のＶＥＣＳＥＬ１０は、一般的にヒートシンク１１上に順次に積層された分散ブラッグ反射層（ＤＢＲ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）１３、活性層１４、活性層１４と所定の間隔をおいて対向する外部ミラー１７、及び活性層１４の上面に向けてななめに配置されたポンプレーザ１５を備える。そして、活性層１４の上面には、活性層１４で発生する熱を拡散させるための熱拡散素子１２がさらに配置され、活性層１４と外部ミラー１７との間には、出力される光の周波数を２倍にする第二次高調波発生（ＳＨＧ：Ｓｅｃｏｎｄ  Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）結晶１８がさらに配置されうる。また、ポンプレーザ１５から放出されるポンプビームを平行光にするコリメーティングレンズ（ｃｏｌｌｉｍａｔｉｎｇ  ｌｅｎｓ）１６が配置される。ここで、活性層１４は、例えば、ＲＰＧ（Ｒｅｓｏｎａｎｔ  Ｐｅｒｉｏｄｉｃ  Ｇａｉｎ）構造を有する多重量子ウェル構造であり、ポンプビームにより励起されて所定の波長λ２を有する光を放出する。ポンプレーザ１５は、活性層１４から放出される光の波長より短い波長λ１のポンプビームを活性層１４に入射させて活性層１４を励起させる役割を果たす。
【０００５】
このような構造で、ポンプレーザ１５から放出された比較的短い波長λ１のポンプビームが活性層１４に入射されれば、活性層１４が励起されつつ、特定波長λ２の光を放出する。このように発生した光は、ＤＢＲ層１３と外部ミラー１７との間で反射を繰り返しつつ、活性層１４を往復する。この過程を介し、活性層１４内で増幅された光の一部は、外部ミラー１７を介して外部に出力される。このとき、活性層１４と外部ミラー１７との間にＳＨＧ結晶１８が配置される場合、例えば、活性層１４から放出される赤外線領域の光を可視光線領域の光に変換して出力できる。
【０００６】
一方、図２は、後方光ポンピング方式の一般的なＶＥＣＳＥＬの構造を概略的に図示している。図１に図示された前方光ポンピング方式の場合には、活性層でポンプビームの入射面と出力光の放出面とが同一である。すなわち、活性層の上面を介してポンプビームが入射し、活性層の上面を介して出力光が放出される。一方、図２に図示されたように、後方光ポンピング方式のＶＥＣＳＥＬ２０は、活性層の底面を介してポンプビームが入射し、活性層の上面を介して出力光が放出される。このために、例えば、ダイアモンドやシリコンカーバイド（ＳｉＣ）などからなる透光性熱拡散素子２１上に、ＤＢＲ層２２と活性層２３とが順次に積層され、ポンプレーザ２４は、透光性熱拡散素子２１を挟んで活性層２３と対向する。従って、ポンプレーザ２４から放出されたポンプビームは、透光性熱拡散素子２１を通過して活性層２３の底面に入射する。このような後方光ポンピング方式は、前方光ポンピング方式に比べ、組立てが容易であり、ポンプビームが活性層に垂直に入射するために、損失が少ないという長所がある。
【０００７】
しかし、これまで開発されたＶＥＣＳＥＬの場合、ポンプレーザから放出されたポンプビームが活性層で完全に吸収されず、ポンプビームの一部がヒートシートにより消散されるか、または活性層を通過して放出されるという問題がある。例えば、前方光ポンピング方式の場合、活性層ですべて吸収できていないポンプビームの一部は、ＤＢＲ層を通過して消滅される。また、後方光ポンピング方式の場合、活性層ですべて吸収できないポンプビームの一部は、活性層の上面を介して放出されてしまう。従って、従来のＶＥＣＳＥＬは、ポンプビームのエネルギーを十分に利用できずに効率が低くなってしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、ポンプレーザから放出されたポンプビームを再活用することにより、活性層によるポンプビームの吸収を増大させた後方光ポンピング方式のＶＥＣＳＥＬを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の望ましい実施形態によるＶＥＣＳＥＬは、所定の波長を有する信号光を放出する活性層と、前記活性層の上面と離隔されて対向し、前記活性層で発生した信号光の一部は透過させて外部に出力し、一部は活性層に反射する外部ミラーと、前記活性層の下面と接し、前記活性層で発生した信号光を前記外部ミラーに反射する第１反射層と、前記活性層を励起させるためのポンプビームを前記活性層の下面に向けて放出するポンプレーザと、前記活性層の上面と接し、前記活性層を透過したポンプビームが活性層で再吸収されるように対反射する第２反射層と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、前記第２反射層は、前記ポンプレーザから放出されたポンプビームを反射し、前記活性層から放出された信号光を透過させることを特徴とする。
【００１１】
前記第２反射層は、屈折率が互いに異なる２層の半導体層を交互に反復して積層した複層構造のＤＢＲでありうる。この場合、前記屈折率の異なる２層の半導体層は、例えば、それぞれＡｌｘＧａ１−ｘ（０≦ｘ≦１）ＡｓとＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ≦１、ｘ≠ｙ）とでありうる。望ましくは、前記半導体層のそれぞれの厚さは、ポンプビーム波長の１／４である。例えば、前記２層の半導体層のうち屈折率の高い方をＨ、屈折率の低い方をＬとするとき、前記第２反射層は、（（Ｌ／２）Ｈ（Ｌ／２））Ｎ（ここで、Ｎは正の整数）形態の複層構造を有することができる。
【００１２】
また、前記第２反射層は、屈折率の異なる２層の誘電体層を交互に積層した複層構造の誘電体スタック反射層でありうる。望ましくは、前記第２反射層を形成する誘電体層のそれぞれの厚さは、ポンプビーム波長の１／４である。
【００１３】
また、前記第２反射層は、金属薄膜層でもありうる。この場合、前記金属薄膜層の厚さは、５０ｎｍ以下であることが望ましい。
【００１４】
本発明によれば、前記第２反射層のポンプビームに対する反射率は、５０％以上であることが望ましい。
【００１５】
前記第２反射層による信号光の反射を防止するために、前記第２反射層の上面に反射防止層がさらに形成されることもある。
【００１６】
一方、前記活性層の下面と接する第１反射層は、前記ポンプレーザから放出されたポンプビームを透過させ、前記活性層から放出された信号光を反射することを特徴とする。
【００１７】
例えば、前記第１反射層は、屈折率が互いに異なる２層の半導体層を交互に反復して積層した複層構造のＤＢＲでありうる。この場合、前記第１反射層を形成する半導体層のそれぞれの厚さは、信号光波長の１／４であることが望ましい。
【００１８】
また、本発明によれば、前記第１反射層の下面に接し、前記活性層を冷却させるための透光性熱拡散素子をさらに備えることができる。前記透光性熱拡散素子は、例えば、ダイアモンド、シリコンカーバイド、窒化アルミニウム、及び窒化ガリウムを含むグループから選択された少なくとも一つの材料からなりうる。
【００１９】
また、前記活性層から放出された信号光の周波数を２倍にするＳＨＧ結晶が前記活性層と外部ミラーとの間にさらに配置されることもある。
【００２０】
また、前記活性層は、信号光を生成する複数の量子ウェル層を備え、それぞれの量子ウェル層は、前記外部ミラーと第１反射層との間で信号光が共振して発生する定常波のアンチノードに位置する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によるＶＥＣＳＥＬの場合、活性層の上面にポンプビーム反射層を形成することにより、活性層で完全に吸収されずに放出されるポンプビームを再活用できる。その結果、ポンプビームの使用効率が向上するので、さらに大きい出力のレーザ素子を提供することが可能である。また、出力が同じである場合、活性層の厚さが従来に比べて薄く、消耗電力が少ないレーザ素子を提供できる。また、入力の変化による出力の変化量が従来に比べて大きい傾度を有し、出力変化量の線形性が優秀になるので、本発明によるレーザ素子は、優秀な特性を有するモジュレータとして使われることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付された図面を参照しつつ、本発明の望ましい実施形態について詳細に説明する。
【００２３】
図３は、本発明の望ましい実施形態によるＶＥＣＳＥＬの構造を概略的に図示している。図３に図示されたように、本発明の望ましい実施形態によるＶＥＣＳＥＬ３０は、図２に図示された従来の後方光ポンピング方式ＶＥＣＳＥＬで、ポンプビームを反射するためのポンプビーム反射層をさらに追加したことを特徴とする。すなわち、本発明によるＶＥＣＳＥＬ３０は、所定の波長λ２を有する信号光（ｓｉｇｎａｌ  ｌｉｇｈｔ）を放出する活性層３３、活性層３３の上面と離隔されて対向する外部ミラー３６、活性層３３の下面と接して活性層３３で発生した信号光を外部ミラー３６に反射する信号光反射層（第１反射層）３２、活性層３３を励起させるための波長λ１を有するポンプビームを活性層３３の下面に向けて放出するポンプレーザ３５、及び活性層３３の上面と接し、活性層３３を透過したポンプビームを対反射するポンプビーム反射層（第２反射層）３４を備える。
【００２４】
そして、信号光反射層３２の下面には、活性層３３で発生する熱を外部に放出するための熱拡散素子３１がさらに配置されうる。この場合、ポンプレーザ３５から放出されたポンプビームが熱拡散素子３１を通過せねばならない、熱拡散素子３１は、透光性でなければならない。このような透光性熱拡散素子３１として、例えば、ダイアモンド、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、及び窒化ガリウム（ＧａＮ）などを使用できる。
【００２５】
また、活性層３３と外部ミラー３６との間には、活性層３３から放出された信号光の周波数を２倍にするＳＨＧ結晶３７がさらに配置されもする。活性層３３と外部ミラー３６との間にＳＨＧ結晶３７が配置される場合、例えば、活性層３３から放出される赤外線領域の光を可視光線領域の光に変換して出力できる。
【００２６】
公知のように、所定の波長λ２を有する信号光を放出する活性層３３は、複数の量子ウェルと前記量子ウェル間の障壁とにより構成されるＲＰＧ（Ｒｅｓｏｎａｎｔ  Ｐｅｒｉｏｄｉｃ  Ｇａｉｎ）構造を有する。利得を得るために、それぞれの量子ウェルは、活性層３３で発生する信号光が外部ミラー３６と信号光反射層３２との間で共振して発生する定常波のアンチノードに位置する。このような構造の活性層３３は、ポンプレーザ３５から放出されるポンプビームを吸収することによって励起され、信号光を放出する。活性層３３がポンプビームにより励起されるためには、ポンプビームの波長λ１が活性層３３で発生する信号光の波長λ２より短くなければならない。例えば、活性層３３が９２０ｎｍまたは１，０６０ｎｍの赤外線領域の信号光を放出する場合、ポンプビームの波長λ１は、８０８ｎｍほどであることが適当である。
【００２７】
外部ミラー３６は、活性層３３の上面から所定の距離ほど離隔されてあり、活性層３３で発生して入射する信号光のほとんどを共振のために反射し、一部を透過させて外部に出力する。図３に図示されたように、外部ミラー３６の反射面は、反射された信号光が活性層３３に収斂されうるように、凹状であることが望ましい。
【００２８】
活性層３３の下面に接するように配置された信号光反射層３２は、活性層３３で発生した信号光を外部ミラー３６に向かって反射し、信号光を外部ミラー３６と信号光反射層３２との間で共振させる。このとき、ポンプレーザ３５から放出されたポンプビームが信号光反射層３２を通過して活性層３３で吸収されるように、信号光反射層３２は、ポンプビームの波長λ１に対しては透過性がなければならない。このために、公知のように、信号光反射層３２は、信号光の波長λ２で最大の反射率を有するように設計されたＤＢＲであることが望ましい。すなわち、信号光反射層３２は、屈折率が互いに異なる２層の半導体層を信号光波長の約１／４厚（すなわち、λ２／４）に交互に反復して積層することにより形成されうる。例えば、信号光を反射してポンプビームを透過させるＤＢＲ層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層とＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ層（ここで、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ≠ｙ）とをそれぞれλ２／４厚に交互に反復して得ることができる。
【００２９】
また、活性層３３の上面に形成されたポンプビーム反射層３４は、活性層３３で吸収されずに活性層３３を通過したポンプビームを反射して活性層３３に再入射させる役割を果たす。このとき、活性層３３で発生した信号光が外部ミラー３６と信号光反射層３２との間で共振されるように、ポンプビーム反射層３４は、信号光に対して透過性がなければならない。従って、ポンプビーム反射層３４は、ポンプレーザ３５から放出されたポンプビームは反射し、活性層３３から放出された信号光は透過させる性質を有する。例えば、ポンプビーム反射層３４は、ポンプビームの波長λ１で最大反射率を有し、信号光の波長λ２で最小反射率を有するように設計されたＤＢＲでありうる。すなわち、ポンプビーム反射層３４は、屈折率が互いに異なる２層の半導体層をポンプビーム波長の約１／４厚（すなわち、λ１／４）に交互に反復して積層することによって形成可能である。ここで、それぞれの層厚は、シミュレーションを介して最適に設計されることが可能である。２層の半導体層は、信号光反射層３２の場合と同様に、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層とＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ層（ここで、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ≠ｙ）とをそれぞれ使用できる。上のような条件を満足するポンプビーム反射層３４は、多様な形態で設計することが可能である。
【００３０】
例えば、図５は（（Ｌ／２）Ｈ（Ｌ／２））Ｎ形態の複層構造を有するポンプビーム反射層３４の波長による反射度変化を図示するグラフである。ここで、Ｌは、２層の半導体層のうち屈折率が相対的に低い低屈折率半導体層、Ｈは屈折率が相対的に高い高屈折率半導体層を表し、Ｎは正の整数を表す。例えば、Ｎ＝５である場合、ポンプビーム反射層３４は低屈折率半導体層（Ｌ）と高屈折率半導体層（Ｈ）とが活性層３３から（Ｌ／２）Ｈ（Ｌ／２）（Ｌ／２）Ｈ（Ｌ／２）（Ｌ／２）Ｈ（Ｌ／２）（Ｌ／２）Ｈ（Ｌ／２）（Ｌ／２）Ｈ（Ｌ／２）の順序で、すなわち、（Ｌ／２）ＨＬＨＬＨＬＨＬＨ（Ｌ／２）の順序で積層される。図５のグラフに示されたように、例えば、ポンプビーム波長が８０８ｎｍである場合、ポンプビーム反射層３４によりほとんどのポンプビームが反射される。また、信号光が９２０ｎｍまたは１，０６０ｎｍである場合、ほとんどの信号光は、ポンプビーム反射層３４を通過できる。図５で、３つのグラフは、それぞれＮの大きさを異にした場合であり、Ｎが大きいほど、すなわち、積層された半導体層の層数が多いほど、ポンプビームに対するポンプビーム反射層３４の反射度が高まる。
【００３１】
下の表１は、他の形態のポンプビーム反射層３４の構造を例示している。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
表１に例示されているように、活性層３３の上面真上に、ＧａＡｓ層が約５ｎｍの厚さに形成されており、その上に、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層とＡｌＡｓ層とが表１の右側に表示された厚さに交互に積層されてある。図６は、表１によるポンプビーム反射層３４の波長による反射率変化を図示するグラフである。図６に図示されたように、ポンプビーム反射層３４は、８０８ｎｍのポンプビームに対して最も高い反射率を有し、９２０ｎｍの信号光に対して最も低い反射率を有する。
【００３４】
一方、ポンプビーム反射層３４は、前述の半導体ＤＢＲ層以外に、異なる形態に構成することも可能である。例えば、ポンプビーム反射層３４は、屈折率が互いに異なる２層の誘電体層を交互に積層した複層構造の誘電体スタック反射層でもありうる。その場合にも、前述の半導体ＤＢＲ層と同様に、誘電体スタック反射層を構成するそれぞれの誘電体層の厚さは、ポンプビーム波長の約１／４であることが適当である。このような誘電体スタック反射層を構成する物質として、例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３のような誘電体物質を使用できる。
【００３５】
また、ポンプビーム反射層３４として非常に薄い金属薄膜層を使用することもある。金属薄膜層を使用する場合、信号光の反射を少なくするために、ポンプビーム反射層３４の厚さを５０ｎｍ以下とすることが適当である。金属薄膜層の厚さが５０ｎｍ以下になれば、ポンプビーム反射層３４のポンプビームに対する反射率が低下しうる。しかし、本発明によるポンプビーム反射層３４のポンプビームに対する反射率は、必ずしも１００％に近くなければならないということはなく、約５０％以上ならば十分である。
【００３６】
たとえ図面に図示されていないにしても、活性層３３で発生した信号光がポンプビーム反射層３４をさらに透過できるように、ポンプビーム反射層３４の上面には、反射防止層をさらにコーティングすることもある。
【００３７】
このような構造で、信号光反射層３２を通過して活性層３３の下面に入射したポンプビームは、図４に図示されたように、活性層３３の内部を進みつつ吸収されて活性層３３を励起させる。その後、活性層３３内で吸収されずに残ったポンプビームは、活性層３３の上面を介して出射される。従来の場合には、このように活性層３３を通過したポンプビームが再活用されずにそのまま捨てられることになる。しかし、本発明の場合、活性層３３の上面にポンプビーム反射層３４を形成することにより、図４に図示されたように、活性層３３を通過するポンプビームがポンプビーム反射層３４により反射され、再び活性層３３に入射する。従って、活性層３３で吸収されずに残ったポンプビームが活性層３３を励起させるのに再活用される。
【００３８】
図７は、本発明によるポンプビーム反射層３４による活性層３３でのポンプビーム吸収の増大効果を例示的に示すグラフである。図７のグラフ“Ａ”をみて分かるように、ポンプレーザ３５から直接入射したポンプビームは、活性層３３の表面から吸収されつつ、活性層３３の内部に進むほど減衰される。従って、活性層３３の表面から内部に入っていくほど、ポンプビームの吸収量が順次少なくなる。結局、活性層３３の表面から約１．５μｍの深さでは、吸収されるポンプビームのパワーが活性層３３を励起させるためのスレショルド値より小さくなり、活性層３３が信号光を放出しない。従って、その場合に、活性層３３の厚さは、約１．５μｍになることが適当である。それにより、活性層３３で完全に吸収されずに残ったポンプビームは、活性層３３の上面を介して放出される。このとき、活性層３３の上面に、前述のポンプビーム反射層３４が形成されていれば、活性層３３の上面を介して放出されるポンプビームがポンプビーム反射層３４により反射され、再び活性層３３の上面に入射される。図７のグラフ“Ｂ”を介して分かるように、反射されたポンプビームは、活性層３３の上部表面からさらに吸収される。その結果、活性層３３でのポンプビーム吸収量は、図７のグラフ“Ｃ”のように全体的に増加するだけではなく、活性層３３内で、深さによるポンプビーム吸収量の偏差も減る。従って、活性層３３内のキャリア濃度が全体的に上昇することによってレーザ素子の出力が高まり、深さによる出力も比較的均一になるので、レーザ素子の特性がさらに向上する。
【００３９】
図８は、このような本発明によるＶＥＣＳＥＬ３０の出力上昇を例示的に示すグラフである。図８で、下側のグラフは、活性層の上面にポンプビーム反射層のない場合であり、上側のグラフは、ポンプビーム反射層がある場合である。他の構造は、いずれも同じ状態で測定したとき、図８に図示されたように、ポンプビーム反射層を利用してポンプビームを再活用する場合、入力が増加するほど出力パワー（Ｗ）が従来に比べて約３０％以上増大するということが分かる。また、従来の場合、入力電流が３０Ａ以上になれば、出力が飽和されるが、本発明の場合には、入力と出力との間の線形性を維持できる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明のポンプビーム反射層を有するＶＥＣＳＥＬは、効率が優れた後方光ポンピング方式のＶＥＣＳＥＬを製造するのに利用でき、例えば、レーザ関連の技術分野に効果的に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】従来の前方光ポンピング方式のＶＥＣＳＥＬの構造を概略的に図示する。
【図２】従来の後方光ポンピング方式のＶＥＣＳＥＬの構造を概略的に図示する。
【図３】本発明によるポンプビーム反射層を有するＶＥＣＳＥＬの構造を概略的に図示する。
【図４】本発明によるポンプビーム反射層によるポンプビームの再活用原理を図示する。
【図５】本発明によるポンプビーム反射層の波長による反射距離の変化を例示的に図示するグラフである。
【図６】本発明によるポンプビーム反射層の波長による反射距離の変化を例示的に図示するグラフである。
【図７】本発明によるポンプビーム反射層による活性層でのポンプビーム吸収の増大効果を例示的に示すグラフである。
【図８】本発明によるＶＥＣＳＥＬの出力増大を例示的に示すグラフである。
【符号の説明】
【００４２】
１０，２０，３０    ＶＥＣＳＥＬ、
１１    ヒートシンク、
１２，３１    熱拡散素子、
１３，２２    ブラッグ反射層、
２１    透光性熱拡散素子、
３２    信号光反射層、
１４，２３，３３    活性層、
３４    ポンプビーム反射層、
１５，２４，３５    ポンプレーザ、
１６    コリメーティングレンズ、
１７，３６    外部ミラー、
１８，３７    ＳＨＧ結晶、
λ１，λ２    波長。
【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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