(57)【要約】【課題】高効率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レーザ光を発生させるレーザチップ（２１）と、レーザチップ上に形成された第１エタロンフィルタ層（２３）と、第１エタロンフィルタ層上に形成された、第１エタロンフィルタ層の屈折率と異なる屈折率を有する第２エタロンフィルタ層（２５）と、前記レーザチップの前記第１エタロンフィルタが形成された面から一定距離をおいて、かつ前記面に対し斜めに配置された第１ミラー（３２）と、第１ミラーから反射されたレーザ光を再び前記第１ミラーに反射し、レーザチップと共に共振器を形成する第２ミラー（３４）と、第１ミラーと第２ミラーとの間の光路に配置されたものであって、レーザチップから放出されたレーザ光の周波数を２倍の周波数に変換する二次高調波発生結晶（３３）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（２０）である。【選択図】図６
2007142384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長を有するレーザ光を発生させるレーザチップと、
前記レーザチップ上に形成された第１エタロンフィルタ層と、
前記第１エタロンフィルタ層上に形成され、前記第１エタロンフィルタ層の屈折率と異なる屈折率を有する第２エタロンフィルタ層と、
前記レーザチップの前記第１エタロンフィルタが形成された面から一定距離をおいて、かつ前記面に対し斜めに配置された第１ミラーと、
前記第１ミラーから反射されたレーザ光を再び前記第１ミラーに反射させ、前記レーザチップと共に共振器を形成する第２ミラーと、
前記第１ミラーと第２ミラーとの間の光路に配置されたものであって、前記レーザチップから放出されたレーザ光の周波数を２倍の周波数に変換する二次高調波発生結晶と、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１エタロンフィルタ層及び第２エタロンフィルタ層は、前記レーザチップで発生したレーザ光に対して透過性のあ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１エタロンフィルタ層は、前記レーザチップで発生する熱を外部に放出できる熱拡散素子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】
前記第１エタロンフィルタ層は、ダイアモンド、Ａｌ２Ｏ３及びＳｉＣを含む群から選択された少なくとも一つの材料であって、前記第２エタロンフィルタ層と異なる屈折率を有する材料からな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】
前記第２エタロンフィルタ層は、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＳｉＣ、ダイアモンド、Ａｌ２Ｏ３を含む群から選択された少なくとも一つの材料であって、前記第１エタロンフィルタ層と異なる屈折率を有する材料からな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６】
前記レーザチップと第１エタロンフィルタ層との界面での透過率を向上させるために、前記レーザチップと第１エタロンフィルタ層との間に介在されるコーティング層をさらに備え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７】
前記コーティング層は、相異なる屈折率を有する二つの半導体物質または誘電体物質を交互に反復積層することによって形成されたことを特徴とする請求項６に記載の外部共振器型面発光レーザ。
【請求項８】
前記第１エタロンフィルタ層と第２エタロンフィルタ層との界面での透過率を向上させるために、前記第１エタロンフィルタ層と第２エタロンフィルタ層との間に介在されるコーティング層をさらに備え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９】
前記コーティング層は、相異なる屈折率を有する二つの半導体物質または誘電体物質を交互に反復積層することによって形成されたことを特徴とする請求項８に記載の外部共振器型面発光レーザ。
【請求項１０】
前記第１ミラーとレーザチップとの間に配置されたものであって、特定の波長のレーザ光のみを通過させる複屈折フィルタをさらに備えることを特徴とする請求項１ないし請求項９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１１】
前記第２ミラーは、前記二次高調波発生結晶により周波数が変換されていないレーザ光に対して所定の透過率を有し、前記第１ミラーは、前記二次高調波発生結晶により周波数が変換されたレーザ光に対して所定の透過率を有することを特徴とする請求項１ないし請求項９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１ミラーは、凹ミラーであり、前記第２ミラーは、平面ミラーであることを特徴とする請求項１１に記載の外部共振器型面発光レーザ。
【請求項１３】
所定の波長を有するレーザ光を発生させるレーザチップと、
前記レーザチップ上に形成された第１エタロンフィルタ層と、
前記第１エタロンフィルタ層上に形成され、前記第１エタロンフィルタ層の屈折率と異なる屈折率を有する第２エタロンフィルタ層と、
前記レーザチップの前記第１エタロンフィルタが形成された面から一定距離をおいて対向配置され、前記レーザチップで発生したレーザ光を前記レーザチップに反射して共振させるミラーと、
前記レーザチップとミラーとの間の光路に配置されたものであって、前記レーザチップから放出されたレーザ光の周波数を２倍の周波数に変換する二次高調波発生結晶と、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１４】
前記第１エタロンフィルタ層及び第２エタロンフィルタ層は、前記レーザチップで発生したレーザ光に対して透過性の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エタロンフィルタ層は、前記レーザチップで発生する熱を外部に放出できる熱拡散素子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エタロンフィルタ層は、ダイアモンド、Ａｌ２Ｏ３及びＳｉＣを含む群から選択された少なくとも一つの材料であって、前記第２エタロンフィルタ層と異なる屈折率を有する材料からなることを特徴とする請求項１５に記載の外部共振器型面発光レーザ。
【請求項１７】
前記第２エタロンフィルタ層は、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＳｉＣ、ダイアモンド、Ａｌ２Ｏ３を含む群から選択された少なくとも一つの材料であって、前記第１エタロンフィルタ層と異なる屈折率を有する材料からな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１８】
前記レーザチップと第１エタロンフィルタ層との界面での透過率を向上させるために、前記レーザチップと第１エタロンフィルタ層との間に介在されるコーティング層をさらに備え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１９】
前記コーティング層は、相異なる屈折率を有する二つの半導体物質または誘電体物質を交互に反復積層することによって形成されたことを特徴とする請求項１８に記載の外部共振器型面発光レーザ。
【請求項２０】
前記第１エタロンフィルタ層と第２エタロンフィルタ層との界面での透過率を向上させるために、前記第１エタロンフィルタ層と第２エタロンフィルタ層との間に介在されるコーティング層をさらに備え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２１】
前記コーティング層は、相異なる屈折率を有する二つの半導体物質または誘電体物質を交互に反復積層することによって形成されたことを特徴とする請求項２０に記載の外部共振器型面発光レーザ。
【請求項２２】
前記二次高調波発生結晶とレーザチップとの間に配置されたものであって、特定の波長のレーザ光のみを通過させる複屈折フィルタをさらに備えることを特徴とする請求項１３ないし請求項２１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２３】
前記複屈折フィルタと二次高調波発生結晶との間に配置されたものであって、レーザ光を前記二次高調波発生結晶上にフォーカシングするレンズ素子をさらに備えることを特徴とする請求項２２に記載の外部共振器型面発光レーザ。
【請求項２４】
前記レーザチップは、ポンプビームにより励起されて、所定の波長を有するレーザ光を発生させる多重量子ウェル構造の活性層と、前記活性層の前記ミラーと対向する面と反対側の面に形成されたものであって、前記活性層で発生したレーザ光を前記ミラーに反射する分布ブラッグ反射層と、を備えることを特徴とする請求項１３ないし請求項２１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（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｅｘｔｅｒｎａｌ  Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ；ＶＥＣＳＥＬ）に係り、さらに詳細には、２個のエタロンフィルタを利用してレーザ光の半値幅（Ｆｕｌｌ−Ｗｉｄｔｈ  ａｔ  Ｈａｌｆ  Ｍａｘｉｍｕｍ；ＦＷＨＭ）を小さくすることによって、二次高調波発生（Ｓｅｃｏｎｄ  Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ；ＳＨＧ）結晶の効率を向上させた外部共振器型面発光レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
外部共振器型面発光レーザは、垂直共振器型面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ；ＶＣＳＥＬ）の上部ミラーを外部のミラーに替えて利得領域を拡大させることによって、数〜数十Ｗ以上の高出力を得るレーザ素子である。
【０００３】
図１は、このような外部共振器型面発光レーザの例示的な構造を概略的に示している。図１に示すように、従来の外部共振器型面発光レーザ１０は、例えば、分布ブラッグ反射器（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ；ＤＢＲ）層１１及び活性層１２を備えるレーザチップ１８と、前記レーザチップ１８を冷却させるための熱拡散素子１３と、前記レーザチップ１８の前記第１エタロンフィルタが形成された面から一定距離をおいて、かつ前記面に対し斜めに配置された第１ミラー１５と、前記第１ミラー１５から反射されたレーザ光を更に第１ミラー１５に反射する第２ミラー１７と、を備える。また、前記第２ミラー１７と第１ミラー１５との間の光路には、光の周波数を２倍の周波数に変換する二次高調波発生結晶１６が配置されており、第１ミラー１５とレーザチップ１８との間の光路には、複屈折フィルタ１４が配置されている。前記活性層１２は、例えば、ＲＰＧ（Ｒｅｓｏｎａｎｔ  Ｐｅｒｉｏｄｉｃ  Ｇａｉｎ）構造を有する多重量子ウェル構造とすることができ、ポンプビームにより励起されて所定の波長を有する光を放出する。
【０００４】
前述した構造で、ポンプレーザ（図示せず）から放出されたポンプビームが活性層１２に入射すると、前記活性層１２が励起されつつ特定の波長の光を放出する。図１に示すように、外部共振器型面発光レーザ１０は、活性層１２の下面にポンプビームが入射するように構成されてもよく、活性層１２の上面に斜めにポンプビームが入射するように構成されてもよい。活性層１２で発生したレーザ光は、分布ブラッグ反射器層１１により第１ミラー１５に反射された後、更に第１ミラー１５により第２ミラー１７に反射される。この過程で、レーザ光の波長は、二次高調波発生結晶１６により１／２に短縮される。例えば、活性層１２で発生したレーザ光が、９２０ｎｍの中心波長を有する赤外線領域の光であれば、二次高調波発生結晶１６を通過した光は、４６０ｎｍの中心波長を有する可視光線領域の光になる。
【０００５】
第２ミラー１７は、波長変換された可視光線領域の光に対して高反射度を有する一方、波長変換されていない赤外線領域の光に対して若干の透過性を有するようにコーティングされうる。また、第１ミラー１５は、波長変換された可視光線領域の光に対して若干の透過性を有する一方、波長変換されていない赤外線領域の光に対して高反射度を有するようにコーティングされうる。したがって、二次高調波発生結晶１６により変換された光は、第２ミラー１７により反射された後、第１ミラー１５を通じて外部に出力される。また、波長変換されていない赤外線光は、第２ミラー１７を通じて外部に出力されうる。一方、複屈折フィルタ１４は、特定の波長のレーザ光のみを共振させる役割を有する。また、熱拡散素子１３は、活性層１２で発生する熱を外部に放出して前記活性層１２を冷却させる役割を有する。
【０００６】
ところが、前記二次高調波発生結晶１６は、図２の波長−効率グラフに示すように、非常に狭い波長領域でのみ高い波長変換効率を有する特性がある。すなわち、二次高調波発生結晶１６は、一般的に、非常に狭い半値幅の波長−効率特性を有する。例えば、二次高調波発生結晶１６として、ＰＰＳＬＴ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  Ｐｏｌｅｄ  Ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｉｃ  Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｔａｎｔａｌａｔｅ）を使用する場合、半値幅は、約０.１〜０.２ｎｍである。これに対し、第２ミラー１７を通じて出力される赤外線領域のレーザ光の半値幅は、相対的に大きいため、二次高調波発生結晶１６の変換効率が低下するという問題が発生する。例えば、複屈折フィルタ１４および熱拡散素子１３がない場合、出力レーザ光の半値幅は、約１.６ｎｍと大きいため、レーザ光の多くの部分が浪費されてしまう。
【０００７】
出力レーザ光の半値幅は、前記複屈折フィルタ１４および熱拡散素子１３を通じてある程度減らすことはできる。一般的に、複屈折フィルタ１４および熱拡散素子１３の厚さが厚くなる場合、出力レーザ光の半値幅が小さくなることが知られている。例えば、３００μｍの厚さの熱拡散素子１３と４ｍｍ厚さの複屈折フィルタ１４とを使用する場合、９２０ｎｍの中心波長で約０.２９ｎｍの半値幅を有し、１０６４ｎｍの中心波長で約０.３５ｎｍの半値幅を有する。５００μｍの厚さの熱拡散素子１３及び４ｍｍの厚さの複屈折フィルタ１４を使用する場合には、９２０ｎｍの中心波長で約０.２８ｎｍ、１０６４ｎｍの中心波長で約０.３ｎｍの半値幅を有する。また、５００μｍの厚さの熱拡散素子１３及び６ｍｍ厚さの複屈折フィルタ１４を使用する場合、９２０ｎｍの中心波長で約０.２６ｎｍ、１０６４ｎｍの中心波長で約０.２７ｎｍの半値幅を有する。しかし、十分に小さな半値幅を得るためには、複屈折フィルタ１４および熱拡散素子１３の厚さが非常に厚くなる必要があるため、材料コストが大きく上昇し、外部共振器型面発光レーザの全体的なサイズも非常に大きくなる。さらに、複屈折フィルタ１４および熱拡散素子１３の厚さが厚くなる場合、レーザの出力が減少するという問題も発生する。したがって、複屈折フィルタ１４および熱拡散素子１３を厚くして半値幅を小さくするのには限界があり、実質的に実現がほとんど困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前述した従来の問題点を改善するためになされたものである。すなわち、本発明の目的は、簡単な方法でレーザ光の半値幅を小さくすることによって、二次高調波発生結晶の波長変換効率を向上させた高効率外部共振器型面発光レーザを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施例に係る外部共振器型面発光レーザは、所定の波長を有するレーザ光を発生させるレーザチップと、前記レーザチップ上に形成された第１エタロンフィルタ層と、前記第１エタロンフィルタ層上に形成され、前記第１エタロンフィルタ層の屈折率と異なる屈折率を有する第２エタロンフィルタ層と、前記レーザチップの前記第１エタロンフィルタが形成された面から一定距離をおいて、かつ前記面に対し斜めに配置された第１ミラーと、前記第１ミラーから反射されたレーザ光を再び前記第１ミラーに反射し、前記レーザチップと共に共振器を形成する第２ミラーと、前記第１ミラーと第２ミラーとの間の光路に配置されたものであって、前記レーザチップから放出されたレーザ光の周波数を２倍の周波数に変換する二次高調波発生結晶と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
前記第１エタロンフィルタ層及び第２エタロンフィルタ層は、前記レーザチップで発生したレーザ光に対して透過性のあることを特徴とする。
【００１１】
また、 前記第１エタロンフィルタ層は、前記レーザチップで発生する熱を外部に放出できる熱拡散素子でありうる。例えば、 前記第１エタロンフィルタ層は、ダイアモンド、Ａｌ２Ｏ３及びＳｉＣを含む群から選択された少なくとも一つの材料であって、前記第２エタロンフィルタ層と異なる屈折率を有する材料からなりうる。
【００１２】
また、前記第２エタロンフィルタ層は、例えば、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＳｉＣ、ダイアモンド、Ａｌ２Ｏ３を含む群から選択された少なくとも一つの材料であって、前記第１エタロンフィルタ層と異なる屈折率を有する材料からなりうる。
【００１３】
一方、前記レーザチップと第１エタロンフィルタ層との界面での透過率を向上させるために、前記レーザチップと第１エタロンフィルタ層との間にコーティング層がさらに介在されうる。また、前記第１エタロンフィルタ層と第２エタロンフィルタ層との界面での透過率を向上させるために、前記第１エタロンフィルタ層と第２エタロンフィルタ層との間にコーティング層がさらに介在されうる。例えば、前記コーティング層は、相異なる屈折率を有する二つの半導体物質または誘電体物質を交互に反復積層することによって形成されうる。
【００１４】
また、特定の波長のレーザ光のみを通過させる複屈折フィルタが、前記第１ミラーとレーザチップとの間により配置されうる。
【００１５】
本発明によれば、前記レーザチップは、ポンプビームにより励起されて所定の波長を有するレーザ光を発生させる多重量子ウェル構造の活性層と、前記活性層の下部に形成されたものであって、前記活性層で発生したレーザ光を前記第２ミラーに反射する分布ブラッグ反射器と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
前記第２ミラーは、前記二次高調波発生結晶により周波数が変換されていないレーザ光に対して所定の透過率を有し、前記第１ミラーは、前記二次高調波発生結晶により周波数が変換されたレーザ光に対して所定の透過率を有することを特徴とする。
【００１７】
また、 前記第１ミラーは、凹ミラーであり、前記第２ミラーは、平面ミラーであることを特徴とする。
【００１８】
一方、本発明の他の実施例に係る外部共振器型面発光レーザは、所定の波長を有するレーザ光を発生させるレーザチップと、前記レーザチップ上に形成された第１エタロンフィルタ層と、前記第１エタロンフィルタ層上に形成され、前記第１エタロンフィルタ層の屈折率と異なる屈折率を有する第２エタロンフィルタ層と、前記レーザチップの前記第１エタロンフィルタが形成された面から一定距離をおいて対向配置され、前記レーザチップで発生したレーザ光を前記レーザチップに反射して共振させるミラーと、前記レーザチップとミラーとの間の光路に配置されたものであって、前記レーザチップから放出されたレーザ光の周波数を２倍の周波数に変換する二次高調波発生結晶と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
本発明によれば、特定の波長のレーザ光のみを通過させる複屈折フィルタが前記二次高調波発生結晶とレーザチップとの間に配置されうる。
【００２０】
また、レーザ光を前記二次高調波発生結晶上にフォーカシングするレンズ素子が、前記複屈折フィルタと二次高調波発生結晶との間にさらに配置されうる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、エタロンフィルタを利用することによって、複屈折フィルタ及び熱拡散素子の厚さを厚くせずとも、簡単な方法でレーザ光の半値幅を小さくすることができる。したがって、比較的に簡単で、かつ低コストで二次高調波発生結晶の波長変換効率を向上させることが可能である。その結果、出力が向上し、非常に狭いスペクトル幅を有する高性能高効率の外部共振器型面発光レーザを提供することができる。
【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て本発明の実施例を詳細に説明する。
【００２３】
図３及び図４は、外部共振器型面発光レーザで出力レーザ光の半値幅を小さくするための本発明の望ましい実施例に係る例示的な構造を概略的に示している。図３及び図４には、第２ミラー及び二次高調波発生結晶などの図示が省略され、レーザチップを中心にした本発明の特徴部を示している。
【００２４】
まず、図３に示すように、本発明の望ましい実施例によれば、レーザチップ２１上に第１エタロンフィルタ層２３、コーティング層２４及び第２エタロンフィルタ層２５が順次に形成されている。
【００２５】
前記レーザチップ２１は、図３に示すように、活性層２１ｂ及び分布ブラッグ反射器層２１ａを備える。前記活性層２１ｂは、ＲＰＧ（Ｒｅｓｏｎａｎｔ  Ｐｅｒｉｏｄｉｃ  Ｇａｉｎ）構造を有する多重量子ウェル構造であって、ポンプビームにより励起されて所定の波長を有する光を放出する。分布ブラッグ反射器層２１ａは、前記活性層２１ａから発生したレーザ光を外部のミラー（図示せず）に反射して、レーザ光を外部のミラーと分布ブラッグ反射器層２１ａとの間で共振させる高反射率のミラー層である。一般的に、前記活性層２１ｂを構成する複数の量子ウェルは、分布ブラッグ反射器層２１ａと外部のミラーとの間で共振するレーザ光のうち、中心波長を有するレーザ光の正常波のアンチノードに位置する。
【００２６】
また、第１エタロンフィルタ層２３及び第２エタロンフィルタ層２５は、前記活性層２１ｂで発生するレーザ光に対して透過性のある物質からなる。後述する通り、前記第１エタロンフィルタ層２３及び第２エタロンフィルタ層２５は、それぞれ前記活性層２１ｂで発生して、分布ブラッグ反射器層２１ａと外部のミラーとの間で共振するレーザ光の半値幅を小さくする役割を有する。特に、前記第１エタロンフィルタ層２３は、前記レーザチップ２１で発生する熱を外部に放出できる熱拡散素子の機能を同時に有することが望ましい。したがって、前記第１エタロンフィルタ層２３は、一般的な熱拡散素子と同じ材料、例えば、ダイアモンドや炭化ケイ素（ＳｉＣ）またはＡｌ２Ｏ３のように、熱拡散能の大きな材料を使用できる。また、第２エタロンフィルタ層２５は、前記第１エタロンフィルタ層２３の屈折率と異なる屈折率を有する材料からなる。例えば、前記第２エタロンフィルタ層２５として、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＳｉＣ、ダイアモンド、Ａｌ２Ｏ３などを使用できる。
【００２７】
一方、前記コーティング層２４は、前記第１エタロンフィルタ層２３と第２エタロンフィルタ層２５との界面での透過率を向上させるためのものである。このために、前記コーティング層２４は、相異なる屈折率を有する二つの半導体物質または誘電体物質を交互に反復積層することによって形成されうる。例えば、半導体物質を使用する場合には、ＧａＡｓ層及びＡｌＡｓ層を２〜３回交互に反復積層することによって、前記コーティング層２４を形成できる。しかし、層数が多くなれば、むしろコーティング層２４での反射率が高まるので、反復回数は２〜３回程度が適当である。このようなコーティング層２４は、透過率の改善のために選択的に使用されうる。したがって、前記第１エタロンフィルタ層２３上にコーティング層２４を設けないで、第２エタロンフィルタ層２５を直接形成してもよい。
【００２８】
以下、前述した構造でレーザ光の半値幅を小さくする原理を説明する。
【００２９】
一般的に、分布ブラッグ反射器層２１ａと外部のミラーとの間の共振器で共振するレーザ光は、たった一つの波長のみを有するのではなく、中心波長でピークを有するスペクトルからなる。また、このようなスペクトルは、連続的な波長からならず、共振条件を満たす複数の不連続的な波長からなる。しかし、共振器の長さが長くなる場合、このような不連続的な波長間の間隔が相対的に狭くなるため、スペクトルがほぼ連続的な波長からなるともいえる。この場合、レーザ光の半値幅は、中心波長の強度の１／２である強度を有する二つの波長間の幅になる。
【００３０】
本発明に係る第１エタロンフィルタ層２３及び第２エタロンフィルタ層２５は、前記複数の波長のうち、特定のモードの波長のみを分離するファブリー・ペローエタロンフィルタの役割を有する。さらに具体的に、活性層２１ｂで発生して第１エタロンフィルタ層２３の内部に入射したレーザ光は、前記第１エタロンフィルタ層２３と第２エタロンフィルタ層２５との界面で部分的に反射された後、さらに、前記第１エタロンフィルタ層２３と活性層２１ｂとの界面で部分的に反射される。その結果、第１エタロンフィルタ層２３の上面と下面との間でレーザ光が反復的に反射されるので、前記第１エタロンフィルタ層２３の内部で干渉が複合的に発生する。これにより、第１エタロンフィルタ層２３の透過率が波長の変化によって周期的に変わる。すなわち、波長の整数倍が、第１エタロンフィルタ層２３の上面と下面との間の光学的距離に該当するレーザ光のみが前記第１エタロンフィルタ層２３の上面を通じて出射されうる。例えば、５００μｍの厚さのダイアモンドを第１エタロンフィルタ層２３として使用する場合、ＦＳＲ（Ｆｒｅｅ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｒａｎｇｅ）は、約０.８ｎｍであり、半値幅は、約０.３ｎｍになる。したがって、活性層２１ｂで発生したレーザ光のうち、特定のモードの波長のみが第１エタロンフィルタ層２３を通過し、この過程でレーザ光の半値幅が小さくなる。
【００３１】
前記第１エタロンフィルタ層２３から出射されたレーザ光は、コーティング層２４を透過して第２エタロンフィルタ層２５に入射する。第２エタロンフィルタ層２５の内部でも、前述した第１エタロンフィルタ層２３と同じ現象が発生する。したがって、前記第１エタロンフィルタ層２３を透過したレーザ光のうち、さらに特定のモードの波長のみが第２エタロンフィルタ層２５を通過し、この過程でレーザ光の半値幅はさらに小さくなる。本発明の望ましい実施例で、第１エタロンフィルタ層２３と第２エタロンフィルタ層２５との界面で反射が起こるように、前記第１エタロンフィルタ層２３の屈折率は、第２エタロンフィルタ層２５の屈折率と異なる必要がある。
【００３２】
一方、図４は、本発明の他の実施例を示す。図４に示す本発明の他の実施例によれば、レーザチップ２１上にコーティング層２４、第１エタロンフィルタ層２３及び第２エタロンフィルタ層２５が順次に形成されている。すなわち、図３の実施例と比較するとき、コーティング層２４の位置が、第１エタロンフィルタ層２３と第２エタロンフィルタ層２５との間から、レーザチップ２１と第１エタロンフィルタ層２３との間に変更されている。図４に示す実施例の場合、単にコーティング層２４の位置のみが変わり、他の構成及び動作原理は図３の実施例と同じである。前述したように、コーティング層２４は、単に透過率を改善するための目的のものであるので、省略してもよい。この場合、図３及び図４は、同じ実施例となる。
【００３３】
図５のグラフは、本発明に係る半値幅の縮小効果を確認するためのものであって、エタロンフィルタ層を透過するレーザ光の波長による透過率の変化を表している。まず、図５のグラフで、（１）で表示された曲線は、図１に示す従来の技術のように、レーザチップ上に熱拡散素子（すなわち、第１エタロンフィルタ層）のみがある場合である。また、図５のグラフで、（２）及び（３）で表示された曲線は、それぞれ図３及び図４に示す本発明の二つの実施例で測定した結果である。曲線（１）を通じて分かるように、レーザチップ上に一つの熱拡散素子のみがある場合、前記熱拡散素子を透過したレーザ光は、約０.１９ｎｍの比較的に大きな半値幅を有する。一方、本発明によれば、二つのエタロンフィルタ層を透過したレーザ光は、図３の場合に、約０.０５ｎｍの半値幅を有し、図４の場合に、約０.０３ｎｍの半値幅を有すると確認された。
【００３４】
前述したように、従来の技術の場合、第２ミラーを通じて外部に出力される赤外線領域のレーザ光の半値幅は、約０.２６ｎｍないし０.３ｎｍの範囲にあった。一方、図５に示すように、熱拡散素子を透過したレーザ光の半値幅が０.１９ｎｍ程度であるので、レーザ光の半値幅は、外部に出力される過程である程度大きくなるということが分かる。本発明によれば、二つのエタロンフィルタ層を透過したレーザ光の半値幅が約０.０３ｎｍ、０.０５ｎｍ程度であるので、レーザ光が出力される過程で、半値幅がある程度大きくなるということに鑑みても、レーザ光の半値幅は、二次高調波発生結晶の効率を向上させるために要求される狭い半値幅を満たしうるということが分かる。
【００３５】
図６及び図７は、図３及び図４に示す構造を利用して外部共振器型面発光レーザを完成した例である。
【００３６】
まず、図６に示すように、本発明の一実施例に係る外部共振器型面発光レーザ２０は、分布ブラッグ反射器層２１ａ及び活性層２１ｂを備えるレーザチップ２１、前記レーザチップ２１上に形成されたコーティング層２４、前記コーティング層２４上に形成された第１エタロンフィルタ層２３、前記第１エタロンフィルタ層２３上に形成された第２エタロンフィルタ層２５、前記レーザチップ２１から離隔されて斜めに配置された第１ミラー３２、前記第１ミラー３２から反射されたレーザ光をさらに第１ミラー３２に反射して、分布ブラッグ反射器層２１ａと共に共振器を形成する第２ミラー３４、及び前記第１ミラー３２と第２ミラー３４との間の光路に配置された二次高調波発生結晶３３を備える。また、前記レーザチップ２１と第１ミラー３２との間の光路には、複屈折フィルタ３１がさらに配置されうる。望ましくは、前記第１ミラー３２及び第２ミラー３４は、波長によって異なる反射度及び透過度を有するようにコーティングされる。例えば、第１ミラー３２は、二次高調波発生結晶３３により波長変換されたレーザ光に対して若干の透過性を有する一方、波長変換されていないレーザ光に対して高反射度を有するようにコーティングされうる。また、第２ミラー３４は、波長変換されたレーザ光に対して高反射度を有する一方、波長変換されていないレーザ光に対して若干の透過性を有するようにコーティングされうる。
【００３７】
図６に示す外部共振器型面発光レーザ２０は、図４に示す構造を利用しているが、前述したように、前記コーティング層２４の位置は変更できる。また、前記コーティング層２４は、省略されてもよい。ポンプビームは、ポンプレーザ（図示せず）の位置によって、レーザチップ２１の下面に入射してもよく、レーザチップ２１の上面に入射してもよい。複屈折フィルタ３１は、前記第２エタロンフィルタ層２５を透過したレーザ光のうち、特定の波長のレーザ光のみを通過させて、前記特定の波長のレーザ光のみを共振に参与させる役割を有する。
【００３８】
複屈折フィルタ３１を通過したレーザ光は、第１ミラー３２により反射されて二次高調波発生結晶３３を通過する。一般的に、二次高調波発生結晶３３の変換効率は、入射光の強度が高いほど向上する。したがって、レーザ光が前記二次高調波発生結晶３３にフォーカシングされるように、前記第１ミラー３２の反射面は、凹面であることが望ましい。二次高調波発生結晶３３により周波数が２倍の周波数に増加されたレーザ光、例えば、可視光線領域のレーザ光は、第２ミラー３４により再び第１ミラー３２に反射された後、前記第１ミラー３２を通じて外部に出力される。したがって、第２ミラー３４は、二次高調波発生結晶３３により周波数が変換されたレーザ光に対して非常に高い反射度(例えば、約９９.９％）を有する。また、第２ミラー３４の反射面は、反射されたレーザ光が最初の経路に沿って戻れるように平面であることが望ましい。一方、第１ミラー３２を経て前記第２ミラー３４と分布ブラッグ反射器層２１ａとの間で共振するレーザ光のうち、前記二次高調波発生結晶３３により周波数が変換されていない、例えば、赤外線領域のレーザ光は、第２ミラー３４を通じて外部に出力することも可能である。
【００３９】
また、図７に示すように、本発明の他の実施例に係る外部共振器型面発光レーザ３０は、分布ブラッグ反射器層２１ａ及び活性層２１ｂを備えるレーザチップ２１、前記レーザチップ２１上に形成されたコーティング層２４、前記コーティング層２４上に形成された第１エタロンフィルタ層２３、前記第１エタロンフィルタ層２３上に形成された第２エタロンフィルタ層２５、前記レーザチップ２１と対向するように一定距離をおいて配置された第２ミラー３４、及び前記第２ミラー３４とレーザチップ２１との間の光路に配置された二次高調波発生結晶３３を備える。ここで、前述したように、前記コーティング層２４は、位置が変更されてもよく、または省略されてもよい。また、ポンプビームは、ポンプレーザ（図示せず）の位置によって、レーザチップ２１の下面に入射してもよく、レーザチップ２１の上面に入射してもよい。
【００４０】
図７に示すように、前記レーザチップ２１と二次高調波発生結晶３３との間の光路には、第２エタロンフィルタ層２５を透過したレーザ光のうち、特定の波長のレーザ光のみを通過させる複屈折フィルタ３１がさらに配置されうる。また、二次高調波発生結晶３３の変換効率を向上させるために、レーザ光を前記二次高調波発生結晶３３上にフォーカシングするレンズ素子３７が、前記複屈折フィルタ３１と二次高調波発生結晶３３との間により配置されることが望ましい。例えば、前記レンズ素子３７は、凸レンズでありうる。
【００４１】
したがって、図７に示す外部共振器型面発光レーザ３０は、図６に示す第１ミラー３２をレンズ素子３７に替えたと見られる。図７の外部共振器型面発光レーザ３０の場合、レーザ光は、第２ミラー３４と分布ブラッグ反射器層２１ａとの間で反復的に反射されて共振を行う。第２ミラー３４は、二次高調波発生結晶３３により周波数が変換されたレーザ光に対して所定の透過率を有するので、周波数変換されたレーザ光の一部が、前記第２ミラー３４を通じて外部に垂直に出力されうる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、高出力外部共振器型面発光レーザの製造に利用されうる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】従来の外部共振器型面発光レーザの構造を概略的に示す図面である。
【図２】波長による二次高調波発生結晶の効率特性を示すグラフである。
【図３】本発明の一実施例に係るレーザチップ及びエタロンフィルタ層の構造を概略的に示す図面である。
【図４】本発明の他の実施例に係るレーザチップ及びエタロンフィルタ層の構造を概略的に示す図面である。
【図５】本発明によってレーザチップ上に二つのエタロンフィルタ層を使用する場合と、従来の技術によってレーザチップ上に熱拡散素子のみがある場合との透過率を比較して示すグラフである。
【図６】本発明の一実施例に係る外部共振器型面発光レーザの構造を概略的に示す図面である。
【図７】本発明の他の実施例に係る外部共振器型面発光レーザの構造を概略的に示す図面である。
【符号の説明】
【００４４】
１３    熱拡散素子、
１８、２１    レーザチップ、
１１、２１ａ    分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）層、
１２、２１ｂ    活性層、
２３    第１エタロンフィルタ層、
２４    コーティング層、
２５    第２エタロンフィルタ層、
１０、２０、３０    外部共振器型面発光レーザ、
１４、３１    複屈折フィルタ、
１５、３２    第１ミラー、
１６、３３  二次高調波発生（ＳＨＧ）結晶、
１７、３４    第２ミラー、
３７    レンズ素子。
【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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