(57)【要約】【課題】高出力のレーザ光を安定に出力することが可能な外部共振型半導体レーザおよびそれを備える光源を提供する。【解決手段】同一端面２上に中心軸３を介して第１の入出射部２ａおよび第２の入出射部２ｂを有して、各入出射部２ａ，２ｂより二方向にレーザ光４，５を出射することが可能な半導体レーザ素子１と、第１の入出射部２ａより出射したレーザ光４を反射して第１の入出射部２ａに帰還させる第１の反射手段１４と、第２の入出射部２ｂより出射したレーザ光５を反射して第２の入出射部２ｂに帰還させる第２の反射手段１５と、半導体レーザ素子１の入出射部２ａ，２ｂを有する第１の端面２と対向する第２の端面７の側に設けられて、帰還したレーザ光を第１の端面２より出射するように反射する第３の反射手段８と、レーザ光の共振器内に設けられたモードフィルタ１６とを具備することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一端面上に中心軸を介して第１の入出射部および第２の入出射部を有して、各入出射部より二方向にレーザ光を出射することが可能な半導体レーザ素子と、
前記第１の入出射部より出射したレーザ光を反射して前記第１の入出射部に帰還させる第１の反射手段と、
前記第２の入出射部より出射したレーザ光を反射して前記第２の入出射部に帰還させる第２の反射手段と、
前記半導体レーザ素子の前記入出射部を有する第１の端面と対向する第２の端面の側に設けられて、第１の端面に帰還したレーザ光を、前記第１の入出射部または前記第２の入出射部より出射するように反射する第３の反射手段と、
レーザ光の一部を出力用レーザ光とする出力手段と、
レーザ光の共振器内に設けられたモードフィルタとを具備することを特徴とする外部共振型半導体レーザ。
【請求項２】
請求項１に記載の外部共振型半導体レーザにおいて、前記出力手段は、前記第１の反射手段又は第２の反射手段に設けられていることを特徴とする外部共振型半導体レーザ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の外部共振型半導体レーザにおいて、前記出力手段は、照射されたレーザ光の一部を反射し、レーザ光の他の一部を透過するハーフミラーであることを特徴とする外部共振型半導体レーザ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の外部共振型半導体レーザにおいて、前記半導体レーザ素子は、利得導波路型半導体レーザであることを特徴とする外部共振型半導体レーザ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の外部共振型半導体レーザにおいて、前記第３の反射手段は、前記第２の端面上に設けられた反射膜であることを特徴とする外部共振型半導体レーザ。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の外部共振型半導体レーザにおいて、さらに、出射する前記レーザ光の各光路に跨って配置される少なくとも一つ以上のビーム整形素子を具備することを特徴とする外部共振型半導体レーザ。
【請求項７】
請求項６に記載の外部共振型半導体レーザにおいて、前記ビーム整形素子は、速軸用コリメータと遅軸用コリメータを含むことを特徴とする外部共振型半導体レーザ。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の外部共振型半導体レーザと、前記外部共振型半導体レーザからの出力レーザ光を波長変換する光導波路型またはバルク型の非線形光学結晶とを備えることを特徴とする光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部共振型半導体レーザに関し、特に、同一端面より２方向にレーザ光を出射することが可能な半導体レーザ素子を用いた外部共振型半導体レーザおよびそれを備える光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体レーザは小型なコヒーレント光源として、光通信技術、光計測技術、さらには光加工技術など多様な用途に利用されている。しかしながら、半導体レーザは、一般的に光出力が小さく、温度変化に依存して波長や光量がシフトしやすく、さらには光出力を上げるため半導体レーザの駆動電流を大きくするとスペクトル幅が広がる等の問題点がある。これに対して外部共振型半導体レーザは、半導体レーザ素子から出射するレーザ光の一部を半導体レーザ素子にフィードバックし、特定の波長の光を増幅するようにして、光出力の安定化を図っている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
近年では、利得導波路型半導体レーザの高出力特性を利用した外部共振型半導体レーザが提案されている。利得導波路型半導体レーザ（Ｇａｉｎ−ｇｕｉｄｅｄ  ｄｉｏｄｅ  ｌａｓｅｒ）においては、同一端面より出射するレーザ光がレーザ素子内の導波路の中心軸から外れた２方向に出射される。このため、利得導波路型半導体レーザを用いた外部共振型半導体レーザでは、一方のレーザ光を半導体レーザ素子にフィードバックし、他方のレーザ光を出力光として利用する。利得導波路型半導体レーザを用いた外部共振型半導体レーザの例としては、特許文献２及び非特許文献１，２などの例がある。
【０００４】
利得導波路型半導体レーザを用いた外部共振型半導体レーザの概略構成例を図３に示す。図３に示す外部共振型半導体レーザ５０において、半導体レーザ素子１の第１の端面２より、半導体レーザ素子１内の導波路の中心軸３から外れた２方向に出射光４，５が出射される。これらの出射光４，５をコリメートするため、速軸用コリメータ（ＦＡＣ）５１と遅軸用コリメータ（ＳＡＣ）５２が設けられている。一方の出射光４は反射ミラー５３で反射し、再度ＳＡＣ５２およびＦＡＣ５１を通過して半導体レーザ素子１に帰還して外部共振用レーザ光を形成する。他方の出射光５は、ＦＡＣ５１およびＳＡＣ５２を通過して出力用レーザ光として出力される。
【特許文献１】特開昭５８−７１６８７号公報
【特許文献２】国際公開第０３／０５５０１８号パンフレット
【非特許文献１】Ｖｏｌｋｅｒ  Ｒａａｂ，  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｅｘｔｅｒｎａｌ  ｒｅｓｏｎａｔｏｒ  ｄｅｓｉｇｎ  ｆｏｒ  ｈｉｇｈ−ｐｏｗｅｒ  ｌａｓｅｒ  ｄｉｏｄｅｓ  ｔｈａｔ  ｙｉｅｌｄ  ４００  ｍＷ  ｏｆ  ＴＥＭＰＯ  ｐｏｗｅｒ”，  ｐ１６７−１６９，  Ｖｏｌ．２７，  Ｎｏ．３，  ＯＰＴＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ，  Ｆｅｂｒｕａｒｙ  １，  ２００２
【非特許文献２】Ｖｏｌｋｅｒ  Ｒａａｂ，  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｔｕｎｉｎｇ  ｈｉｇｈ−ｐｏｗｅｒ  ｌａｓｅｒ  ｄｉｏｄｅｓ  ｗｉｔｈ  ａｓ  ｍｕｃｈ  ａｓ  ０．３８  Ｗ  ｏｆ  ｐｏｗｅｒ  ａｎｄ  Ｍ２＝１．２  ｏｖｅｒ  ａ  ｒａｎｇｅ  ｏｆ  ３２  ｎｍ  ｗｉｔｈ  ３−ＧＨｚ  ｂａｎｄｗｉｄｔｈ”，  ｐ１９９５−１９９７，  Ｖｏｌ．２７，  Ｎｏ．２２，  ＯＰＴＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ，  Ｎｏｖｅｍｂｅｒ  １５，  ２００２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の外部共振型半導体レーザ５０の出力用レーザ光５を不図示のレンズで集光し、光導波路型の第二高調波発生素子（ＳＨＧ素子）に入射させて波長変換を行う場合、ＳＨＧ素子の導波路幅および深さは一般に数μｍである。このため、ＳＨＧ素子の光導波路への集光位置は、サブミクロン以下に安定にする必要がある。このとき、半導体レーザ素子１の内部のスラブ導波路において屈折率が高い部分は経時変化により変動するので、ＳＨＧ素子の光導波路への集光位置をサブミクロン以下に安定にすることは困難である。当該集光位置が不安定であると、ＳＨＧ素子の光導波路への結合効率が低下し、出力低下が発生するという問題がある。また、従来の構成では、共振器からの出力光は完全にシングルモードではなく、高次成分を一部含んでいるので、ＳＨＧ素子の光導波路への結合効率が低下したり、不安定になるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高出力のレーザ光を安定に出力することが可能な外部共振型半導体レーザおよびそれを備える光源を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る外部共振型半導体レーザでは、同一端面上に中心軸を介して第１の入出射部および第２の入出射部を有して、各入出射部より二方向にレーザ光を出射することが可能な半導体レーザ素子と、前記第１の入出射部より出射したレーザ光を反射して前記第１の入出射部に帰還させる第１の反射手段と、前記第２の入出射部より出射したレーザ光を反射して前記第２の入出射部に帰還させる第２の反射手段と、前記半導体レーザ素子の前記入出射部を有する第１の端面と対向する第２の端面の側に設けられて、第１の端面に帰還したレーザ光を、前記第１の入出射部または前記第２の入出射部より出射するように反射する第３の反射手段と、レーザ光の一部を出力用レーザ光とする出力手段と、レーザ光の共振器内に設けられたモードフィルタとを具備することを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る外部共振型半導体レーザでは、請求項１に記載の外部共振型半導体レーザにおいて、前記出力手段は、前記第１の反射手段又は第２の反射手段に設けられていることを特徴とする。
請求項３に係る外部共振型半導体レーザでは、請求項１又は２に記載の外部共振型半導体レーザにおいて、前記出力手段は、照射されたレーザ光の一部を反射し、レーザ光の他の一部を透過するハーフミラーであることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に係る外部共振型半導体レーザでは、請求項１から３のいずれか１項に記載の外部共振型半導体レーザにおいて、前記半導体レーザ素子が利得導波路型半導体レーザであることを特徴とする。
請求項５に係る外部共振型半導体レーザでは、請求項１から４のいずれか１項に記載の外部共振型半導体レーザにおいて、前記第３の反射手段が前記第２の端面上に設けられた反射膜であることを特徴とする。
請求項６に係る外部共振型半導体レーザでは、請求項１から５のいずれか１項に記載の外部共振型半導体レーザにおいて、さらに、出射する前記レーザ光の各光路に跨って配置される少なくとも一つ以上のビーム整形素子を具備することを特徴とする。
請求項７に係る外部共振型半導体レーザでは、請求項６に記載の外部共振型半導体レーザにおいて、前記ビーム整形素子が速軸用コリメータと遅軸用コリメータを含むことを特徴とする。
請求項８に係る光源では、請求項１から７のいずれか一項に記載の外部共振型半導体レーザと、前記外部共振型半導体レーザからの出力レーザ光を波長変換する光導波路型またはバルク型の非線形光学結晶とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の請求項１に係る発明により、出力光が良好な単一モード（シングルモード）となり、その先の光学系において光ファイバや光導波路へ結合させる際に、高効率かつ安定な結合状態を得ることができる。また、第１の反射手段および第２の反射手段を両端として、第１の入出射部、第３の反射手段、第２の入出射部を経由する折り返し型のパスが外部共振用の光路となり、半導体レーザ素子の活性層全体を使って外部共振器を組むことができるため、高出力化が可能となる。また、第１の反射手段と第２の反射手段を両端とする外部共振用光路内でレーザ光を多数回往復させて共振することができるので、安定した定在波を形成することができる。
【００１１】
請求項２に係る発明により、出力手段をレーザ光の反射手段と兼用することが可能となり、部品点数の増大を避けることができる。
請求項３に係る発明により、高出力なレーザ光を得ることが可能となる。
請求項４に係る発明により、第２の端面と反射手段との間でのレーザ光の干渉や散乱を避けることができる。
請求項５に係る発明により、外部共振用光路におけるレーザ光の共振に悪影響を与えることなく、出力用レーザ光を取り出すことができる。
請求項６に係る発明により、２方向に出射されるレーザ光を共通の光学系でコリメートすることが可能となり、部品点数の増大を避けることができる。
請求項７に係る発明により、レーザ光を２段階で効率的にコリメートすることが可能となる。
請求項８に係る発明により、非線形光学結晶への集光を容易にし、外部共振型半導体レーザから非線形光学結晶への結合変動を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、最良の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。図１は本形態例の外部共振型半導体レーザ１０及びこれを備えた光源２０を示す概略構成図である。
符号１は、半導体レーザ素子である。本発明で用いられる半導体レーザ素子１は、図２に拡大して図示したように、同一の端面２（この端面を第１の端面という場合がある。）より二方向にレーザ光４，５を出射することが可能なものであって、第１の端面２上において、第１のレーザ光４が出射される第１の入出射部２ａと第２のレーザ光５が出射される第２の入出射部２ｂとの間に中心軸３が介在するものを用いる。このようなレーザ素子の具体例としては利得導波路型半導体レーザが挙げられる。利得導波路型半導体レーザとは、レーザの活性層がｐ型半導体とｎ型半導体との接合面に沿って５０μｍ〜４００μｍ程度の広い幅を持つものである。利得導波路型半導体レーザは、駆動電流の増加に伴い活性層の両端部の屈折率が高くなるため、活性層自身が凹レンズの効果を持ち、出射するレーザ光が二方向に曲げられるという特性を持つ。
本発明に適用可能な半導体レーザ素子１としては、例えばブロードエリア型半導体レーザ素子（ＢＡＬＤ）が挙げられる。本発明において好ましいブロードエリア型半導体レーザ（ＢＡＬＤ）は、利得導波路型半導体レーザであって、横（空間）モードがマルチモードであるレーザ光を発振する。
【００１３】
本形態例の外部共振型半導体レーザ１０には、半導体レーザ素子１から出射するレーザ光４，５をコリメートするため、ビーム整形素子として、速軸用コリメータ（ＦＡＣ）１１と遅軸用コリメータ（ＳＡＣ）１２が設けられている。ＦＡＣ１１およびＳＡＣ１２は、２つのレーザ光４，５の光路に跨って配置されているため、両方のレーザ光４，５をコリメートすることができる。ＦＡＣ１１およびＳＡＣ１２としては、例えばシリンドリカルレンズを用いることができる。
【００１４】
また、本形態例の外部共振型半導体レーザ１０は、第１の入出射部２ａより出射した第１のレーザ光４を反射して第１の入出射部２ａに帰還させる第１の反射手段としてのハーフミラー１５と、第２の入出射部２ｂより出射した第２のレーザ光５を反射して第２の入出射部２ｂに帰還させる第２の反射手段としての反射ミラー１４を備えている。ここで、反射ミラー１４およびハーフミラー１５に入射する光は、コリメータ１１，１２でコリメートされた光であるため、これらのミラー１４、１５として平面鏡を用いることができる。第１の出射光４はハーフミラー１５により反射し、再度ＳＡＣ１２およびＦＡＣ１１を通過して半導体レーザ素子１の第１の入出射部２ａに帰還する。同様に、第２の出射光５は反射ミラー１４で反射し、再度ＳＡＣ１２およびＦＡＣ１１を通過して半導体レーザ素子１の第２の入出射部２ｂに帰還する。
反射ミラー１４の反射率は、９０％以上であることが望ましい。また、ハーフミラー１５の反射率は、４〜４０％が望ましい。
【００１５】
本発明において、出力用レーザ光の取り出しは、外部共振用光路上の適当な位置でレーザ光を２方向に分岐する出力手段を設けることにより実現できる。本形態例の外部共振型半導体レーザ１０の場合、ハーフミラー１５を透過した光が外部共振型半導体レーザ１０の出力用レーザ光９とされる。すなわち本形態例では、レーザ光の一部を出力用レーザ光９とする出力手段が、レーザ光の第１の反射手段を兼ねたハーフミラー１５に設けられている。これにより、外部共振器によるレーザ光の共振に悪影響を与えることなく出力用レーザ光９を取り出すことができる。
本発明において出力手段は、第１，第２の反射手段とは別の要素として、共振器内のレーザ光の光路上に配置することも可能である。例えば、出射光４，５のうちいずれかの光路上に、レーザ光の一部を反射し、他の一部を透過するハーフミラーを出力手段として設置した場合、該ハーフミラーの反射光として出力用レーザ光を取り出すことができる。
【００１６】
また、本形態例の外部共振型半導体レーザ１０は、半導体レーザ素子１の第１の端面２と対向する第２の端面７の側に設けられて、第１の端面２に帰還したレーザ光４，５を、第１の端面２より出射するように反射する第３の反射手段として、第２の端面７上に設けられた反射膜８を備える。この反射膜８としては、誘電体多層膜フィルタや金属蒸着膜などを用いることができる。このため、第１の入出射部２ａに帰還したレーザ光４の大部分は反射膜８での反射により第２の入出射部２ｂより出射し、第２の入出射部２ｂに帰還したレーザ光５の大部分は反射膜８での反射により第１の入出射部２ａより出射する。一部のレーザ光は、反射膜８で反射する前後における半導体レーザ素子１内での屈折により、帰還した方の入出射部より出射することもある。反射膜８の反射率は、９０％以上が望ましい。
【００１７】
これにより、ハーフミラー１５および反射ミラー１４を両端として、第１の入出射部２ａ、反射膜８、第２の入出射部２ｂを経由する折り返し型のパスが外部共振用の光路となる。この外部共振用光路は、活性層の第１の入出射部２ａ側の部分６ａと、活性層の第２の入出射部２ｂ側の部分６ｂとの両方を含んでおり、半導体レーザ素子１の活性層全体６ａ，６ｂを使って外部共振器を組むことができるため、高出力化が可能となる。しかも、折り返し型の外部共振用光路内でレーザ光を多数回往復させて共振することができるので、安定した定在波を形成することができる。外部共振用光路の光路長を適切に調整することにより、レーザの共振波長を決定することができるので、出力用レーザ光のスペクトル幅を狭窄化することが可能になり、単色性の優れたレーザ光を安定的に出力することができる。外部共振用光路の光路長は、コリメータ１１，１２の位置や焦点距離、半導体レーザ素子１と第１及び第２の反射手段１４、１５との距離などを調節することにより調整することができる。
【００１８】
従来例（図３参照）では、反射ミラー５３と半導体レーザ素子１の出射モードとの関係によって増幅する共振器出力モードを限定していたのに対し、本形態例の外部共振型半導体レーザ１０によれば、反射ミラー１４とハーフミラー１５の関係によって増幅する共振器出力モードを限定する。このため、温度変化や外部応力などの外乱に対して安定な共振器出力モードを得ることができる。反射ミラー１４およびハーフミラー１５のいずれにおいても光路長の調整作業が可能であるため、両者の関係を最適な状態に調整することが可能である。よって、外部共振型半導体レーザ１０の出力用レーザ光９の集光位置をサブミクロン以下に安定にすることが容易になる。
【００１９】
さらに本形態例の外部共振型半導体レーザ１０は、半導体レーザ素子１とハーフミラー１５との間にある第１のレーザ光４の光路にモードフィルタ１６を備える。図示したモードフィルタ１６は、半導体レーザ素子１からのレーザ光をモード限定素子１６ｂに集光するとともに、ハーフミラー１５で反射されモード限定素子１６ｂから出射された反射光をコリメートするコリメートレンズ１６ａと、外部共振型半導体レーザ１０の発振波長において単一モード動作するモード限定素子１６ｂと、モード限定素子１６ｂからの出射光をコリメートするとともに、ハーフミラー１５からの反射光をモード限定素子１６ｂに集光するコリメートレンズ１６ｃとを備えて構成されている。モード限定素子１６ｂとしては、単一モード動作する光ファイバ（シングルモード光ファイバ）や単一モード動作する光導波路などを用いることができる。
【００２０】
本形態例の外部共振型半導体レーザ１０には、本発明において必須の要素ではないが、レーザ光４，５の波長を限定するため波長限定素子１３を設けることもできる。図１には、第１及び第２の反射手段１４、１５とＳＡＣ１２との間に波長限定素子１３を２つのレーザ光４，５の光路に跨って配置した例を示すが、特にこの形態、配置に限定するものではない。波長限定素子１３としては例えば、好ましくない波長の光をカットし、共振器による共振波長λの光を透過するカットフィルタを用いることができる。波長限定素子を設けることにより、より狭帯域で波長安定度の高い出力光を得ることができる。
【００２１】
本形態例によれば、符号１４−１３−１２−１１−１−１１−１２−１３−１６−１５で表される折り返し型の共振器（共振光路）が形成され、波長安定度の高いレーザ光を安定的に出力することができる。
この共振光路内で増幅されるレーザ光は、共振光路中に設置されたモード限定素子１６ｂを通過するため、半導体レーザ素子１の出射モードのうち、モード限定素子１６ｂを通過できる出射モードのみが増幅されて共振器出力となる。よって、出力用レーザ光９が良好な単一モード（シングルモード）となり、その先の光学系において光ファイバや光導波路へ結合させる際に、高効率かつ安定な結合状態を得ることができる。
また、共振光路内に波長限定素子１３を設けた場合には、第１のレーザ光４の光路上と第２のレーザ光５の光路上との両方で波長限定素子１３を通過しており、共振光路における波長限定素子１３の通過回数が多いため、より狭帯域で波長安定度の高い出力光を得ることができる。
【００２２】
また、本形態例の外部共振型半導体レーザ１０を備えた光源２０は、外部共振型半導体レーザ１０からの出力用レーザ光９を波長変換する非線形光学結晶２１を備える。
非線形光学結晶２１は、光導波路型でもバルク型でもよいが、好ましくは強誘電体材料からなる基板にシングルモード光導波路が設けられており、該光導波路の長さ方向において前記強誘電体材料の分極方向が周期的に反転している分極反転型ＳＨＧ素子が用いられる。具体的には、ＭｇＯをドープしたニオブ酸リチウム（ＬＮ：Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｎｉｏｂａｔｅ）に、プロトン交換により周期的にドメイン反転させてなる光導波路型ＰＰＬＮが好適である。このＳＨＧ素子に対して、出力用レーザ光９を基本光として入射させることにより、出力用レーザ光９の半分の波長を有する第二高調波を出射光２２として出射することができる。ＳＨＧ素子における波長変換特性は、反転幅等のパラメータによって制御することができる。本形態例では、基本光（レーザ光９）として波長１１２０ｎｍの光が入射されたときに、ＳＨＧ素子から波長５６０ｎｍの光（出射光２２）が出射されるように構成されている。
【００２３】
本形態例において、波長変換素子（非線形光学結晶２１）として第二高調波発生素子（ＳＨＧ素子）を用いた場合、外部共振型半導体レーザ１０の共振波長に対する第二高調波を出射することができる。この他、波長変換素子としては、第三高調波発生素子（ＴＨＧ素子）や和周波発生素子（ＳＦＧ素子）などを採用することも可能である。ＴＨＧ素子を用いた場合、波長が出力用レーザ光９の波長の三分の一である第三高調波を、光源２０の出射光２２として出射することができる。また、ＳＦＧ素子を用いた場合、出力用レーザ光９より波長が長い光を、光源２０の出射光２２として出射することができる。
【００２４】
本形態例の光源２０によれば、外部共振型半導体レーザ１０の出力用レーザ光９を非線形光学結晶２１の光導波路に集光するときに、その集光位置をサブミクロン以下に安定にすることが可能なので、光導波路への結合効率の低下を抑制し、波長変換したレーザ出射光の出力向上が期待できる。
また、本形態例の光源２０では、外部共振型半導体レーザ１０からの出力用レーザ光９がモードフィルタ１６によって良好な単一モードとなっているので、非線形光学結晶２１との結合効率を向上し、かつ安定な結合状態を得ることができる。
【００２５】
以上、本発明を好適な実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は上述の形態例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
反射手段としては、平面鏡や曲面鏡などの反射ミラーに限定されるものではなく、グレーティングやエタロンなどの波長選択性を有する反射素子を用いることもできる。これにより、反射手段に波長選択性を持たせて出力用レーザ光のスペクトル幅の狭窄化を図ることも可能である。
【００２６】
反射手段として用いられる反射ミラーとしては、外部共振用レーザ光が照射される領域にのみ鏡面状の反射面が形成されている部分反射ミラーを利用することができる。この場合、反射面を鏡面状態とする作業を簡略化することが可能となる。さらには、反射面の形成領域を調整することにより、ビーム形状を調整することも可能となる。この際には反射面の周囲の部分に光吸収膜や反射防止膜などを形成することで、より効果的にビーム形状の調整が可能となる。
さらに、反射ミラーの反射面に特定波長のみを反射するフィルタ膜を形成し、波長選択性を持たせて出力用レーザ光のスペクトル幅の狭窄化を図ることも可能である。
【００２７】
モードフィルタ１６およびハーフミラー１５の機能を一体化した素子を用いることもできる。例えば、モード限定素子１６ｂとして用いる光ファイバまたは光導波路において、当該光ファイバや光導波路のコリメートレンズ１６ｃ側の端面に反射膜を形成することにより、モードフィルタ１６内にハーフミラー１５の機能を形成できる。この場合、反射膜の反射率は４〜４０％が好ましい。
また、ファイバブラッググレーティングなどの光路折返し機能を有する素子（光路折返し素子）を使用しても同様の効果が得られる。光路折返し素子としては、例えばブラッググレーティング（Ｂｒａｇｇ  ｇｒａｔｉｎｇ）を光ファイバまたは光導波路の内部に形成して光路折返し機能を持たせた素子が挙げられる。光路折返し素子の反射率としては、４〜４０％が好ましい。このような構成を用いれば、１つの素子でモードフィルタ１６とハーフミラー１５の両方の機能を兼ねることができるので、部品点数の増大を避けることができる。
【００２８】
モードフィルタにＰＰＬＮ導波路などを使用して波長変換機能などを持たせると、光導波路に結合するモードが共振器により選択的に増幅されるようになるため、波長変換機能素子を共振器外に設置するよりも効率よく特性を得ることができる。すなわち、外部共振型半導体レーザの共振器内にレーザ光を波長変換する光導波路型またはバルク型の非線形光学結晶とを備えることによっても、所望の特定波長のレーザ光を安定に発生する光源を構成することができる。
【実施例】
【００２９】
以下、実施例をもって本発明を具体的に説明する。なお、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。
【００３０】
（光源の試験例）
実施例１に係る光源として、図１に示す構成の外部共振型半導体レーザ１０及びそれを備える光源２０を構成した。また、比較例に係る光源として、図３に示す構成の外部共振型半導体レーザ５０からの出力用レーザ光を非線形光学結晶に入射させた光源を構成した。これらの光源において、半導体レーザ素子としては、利得導波路型半導体レーザであるＥＹＰ−ＢＡＥ−１１２０（商品名：独国Ｅａｇｌｅｙａｒｄ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ社製、片面高反射コート／片面低反射コート型）を用い、コリメータとしては、焦点距離０．９ｍｍのＦＡＣと焦点距離３０ｍｍのＳＡＣを利用した。非線形光学結晶としては、いずれの光源においても、ＳＨＧ素子であるＰＰＬＮを用いた。本実施例におけるモードフィルタ１６としては、両端にコリメートレンズ１６ａ，１６ｃを設けた偏波面保持型のシングルモード光ファイバ１６ｂを使用した。
【００３１】
各光学部品の位置調整を行い、各実施例と比較例とで同じ条件により半導体レーザを駆動してレーザの共振および出力を行った。
２枚のミラーを用いた図３に示す外部共振型半導体レーザ５０を備える比較例の光源では、共振器から非線形光学結晶への出力光のビームポジション変動が±１０μｍ、ＰＰＬＮへの結合変動が６〜１０ｄＢであった。これに対して、実施例の光源２０では、共振器から非線形光学結晶への出力光のビームポジション変動が±０．５μｍ以下、ＰＰＬＮへの結合変動が０．５ｄＢ以下と、大幅に改善することができた。
さらに、モードフィルタ１６を有しない比較例の光源では、ＰＰＬＮへの結合が３〜４ｄＢであったのに対して、共振器内にモードフィルタ１６を挿入した実施例の光源２０では、ＰＰＬＮへの結合を２ｄＢ前後に改善することができた。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明によれば、高出力かつスペクトル幅が極めて狭いレーザ光を出力することが可能であり、しかも少ない部品点数で単純な構成とすることも可能であるので、高品質かつ低価格の外部共振型半導体レーザを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の外部共振型半導体レーザの一例を示す概略構成図である。
【図２】半導体レーザ素子を示す拡大図である。
【図３】従来の外部共振型半導体レーザの一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００３４】
１…半導体レーザ素子、２…第１の端面、２ａ…第１の入出射部、２ｂ…第２の入出射部、３…中心軸、４…第１のレーザ光、５…第２のレーザ光、７…第２の端面、８…第３の反射手段（反射膜）、９…出力用レーザ光、１０…外部共振型半導体レーザ、１１…速軸用コリメータ（ＦＡＣ）、１２…遅軸用コリメータ（ＳＡＣ）、１４…反射手段（反射ミラー）、１５…反射手段兼出力手段（ハーフミラー）、１６…モードフィルタ、２０…光源、２１…非線形光学結晶、２２…光源の出射光。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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