(57)【要約】【課題】機械的可動部を設けることなく、温度等の使用環境が変化しても発振波長を一定に維持して波長安定化を図ることができる小型の波長変換レーザ装置を提供する。【解決手段】一面に例えば分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）が設けられて第１のレーザ光を発生する面発光レーザ素子２２と、第１のレーザ光を通す波長選択フィルタ２４と、第１のレーザ光を高調波の第２のレーザ光に変換する非線形光学素子２６と、透明電極５４ａ，５４ｂ間に封止された液晶５８を有すると共に、一面に分布ブラッグ反射鏡４６との間で光共振器を形成する誘電体多層膜よりなる反射鏡を有して、液晶に加わる電圧によって屈折率を変化する液晶セル３０と、光共振器内で共振する高調波のレーザ光の波長を変えるために液晶セルに加わる電界を制御する液晶セル制御回路３２とを備える。【選択図】図１
2007242667.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長変換レーザ装置において、
一面側から第１の波長を有する第１のレーザ光を外側に出射し、他面側に前記一面側からの前記第１のレーザ光を反射する第１の反射膜を有する面発光レーザ素子と、
前記第１のレーザ光の出射方向に、波長選択フィルタと、非線形光学素子と、液晶セルとをこの順に備え、
前記波長フィルタは、前記第１の波長を含む所定範囲の波長のレーザ光を透過し、
前記非線形光学素子は、前記波長選択フィルタを透過した前記第１のレーザ光の一部を、前記第１の波長に応じた波長であり該第１の波長とは異なる波長である第２の波長を有する第２のレーザ光に変換し、
前記液晶セルは、
前記第１のレーザ光の出射方向に、第１の透明基板と、該第１の透明基板と間隙を有して配置された第２の透明基板とをこの順に備え、
前記第１の透明基板は、前記非線形光学素子を透過した前記第１のレーザ光及び前記第２のレーザ光が入射する側とは反対側に第１の透明電極を有し、
前記間隙は、液晶で充填され、
前記第２の透明基板は、前記液晶を透過した前記第１のレーザ光及び前記第２のレーザ光が入射する側に第２の透明電極と、前記第１のレーザ光を反射し前記第２のレーザ光を透過する第２の反射膜とがこの順序で配置され、
前記第１の透明電極及び前記第２の透明電極に電気的に接続された液晶セル制御回路を有し、
前記第１のレーザ光は、前記第１の反射膜と前記第２の反射膜との間で共振すると共に、前記液晶セル制御回路から前記液晶へ印加される電圧を前記液晶セル制御回路で調整して前記液晶の屈折率を制御することによって前記第１の波長を調整され、
前記第２のレーザ光は、前記液晶セルを透過して外部に出射される構成としたことを特徴とする波長変換レーザ装置。
【請求項２】
多波長レーザ装置において、
一面側から第１の波長を有するレーザ光を外側に出射し他面側に前記一面側からの前記レーザ光を反射する第１の反射膜を有する面発光レーザ素子と、前記レーザ光の出射方向に、波長選択用液晶セルと、波長可変用液晶セルとをこの順に備えたレーザピクセルが複数個配置され、
前記波長選択用液晶セルは、
前記レーザ光の出射方向に、第１の透明基板と、該第１の透明基板と間隙を有して配置された第２の透明基板とをこの順に備え、
前記第１の透明基板は、前記面発光レーザ素子から出射された前記レーザ光が入射する側とは反対側に第１の透明電極を有し、
前記間隙は、液晶で充填され、
前記第２の透明基板は、該液晶を透過した前記レーザ光が入射する側に第２の透明電極を有し、
前記第１の透明電極及び前記第２の透明電極に電気的に接続された第１の液晶セル制御回路を有し、
前記波長可変用液晶セルは、
前記レーザ光の出射方向に、第３の透明基板と、該第３の透明基板と間隙を有して配置された第２の透明基板とをこの順に備え、
前記第３の透明基板は、前記波長選択用液晶セルを透過した前記レーザ光が入射する側とは反対側に第３の透明電極を有し、
前記間隙は、液晶で充填され、
前記第４の透明基板は、該液晶を透過した前記レーザ光が入射する側に第４の透明電極と前記レーザ光の一部を反射する第２の反射膜とがこの順序で配置され、
前記第３の透明電極及び前記第４の透明電極に電気的に接続された第２の液晶セル制御回路を有し、
前記レーザピクセル毎に、前記各レーザ光は、前記第１の反射膜と前記第２の反射膜との間でそれぞれ共振すると共に、前記第２の液晶セル制御回路により前記第２の液晶への印加電圧を調整して前記各第２の液晶の屈折率をそれぞれ個別に制御することによって前記第１の波長をそれぞれ所定の波長とされ、
該所定の波長とされた前記各レーザ光は、前記レーザピクセル毎に、前記第１の液晶セル制御回路により前記第１の液晶への印加電圧を調整して前記各第１の液晶の屈折率をそれぞれ個別に制御することによって選択され、
前記選択されたレーザ光は、前記波長可変用液晶セルを透過して外部に出射される構成としたことを特徴とする多波長レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は面発光レーザ素子を用いた波長変換レーザ装置及び多波長レーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ディスク装置や表示装置において、可視域での任意の波長のレーザ光を発振可能な波長変換レーザ装置が求められている。また、光インターコネクション、並列光リンクのためのキーデバイスとして面発光レーザ素子の研究が盛んに行われており、この分野ではレーザ光の出力波長を可変にできる多波長レーザ装置が求められている。
【０００３】
従来の一般的な波長変換レーザ装置の概略構成は図１３に示すように、半導体レーザ素子２の光軸上に、入力側コリメートレンズ４、レーザ光の基本波の高調波光を発生する非線形光学素子６、出力側コリメートレンズ８、波長選択プリズム１０及び回転可能な回折格子ミラー１２を光軸に沿って順次介設して構成されている。そして、上記回折ミラー１２を回転させることで、半導体レーザ素子２自身が発振するレーザ光の発振波長と、半導体レーザ素子２と回折格子ミラー１２との間で決まる波長で半導体レーザ素子２の波長を選択し、且つ回折格子ミラー１２の回転を制御することで、波長を安定化させるようになっている。
【０００４】
また特許文献１には、面発光レーザ素子における波長を可変とするために、誘電体多層鏡を有するマイクロマシーン形態の可動ミラーを機械的に動かすようにした構造が開示されている。
更に非特許文献１には、面発光レーザ素子上に、電気的に屈折率を変化させる半導体構造を設けるようにした構造の波長可変レーザ装置が提案されている。
【０００５】
また従来の多波長レーザ装置は、図１４に示すように、半導体基板１４上に、選択成長を用いたエピタキシャル結晶成長にて、ＳｉＯ２ 膜又は半導体薄膜の凸段差１６と、膜厚を連続的に変化させて可変膜厚層１７とを設け（図１４（Ｂ）参照）、この可変膜厚層１７を適宜に薄切りして厚さの異なる複数のレーザピクセルを形成し（図１４（Ｃ）参照）、各レーザピクセルよりそれぞれ異なる波長λ１、λ２、λ３のレーザ光を発生し得るようになっている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２７９４３号公報
【非特許文献１】面発光レーザ「波長制御素子の集積」（伊賀健一・小山二三夫共著，２３４−２３７頁、オーム社１９９０年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記した特許文献１のレーザ装置では、波長を可変にするためにマイクロマシーン形態の機械的に動く部分が必要であることから、このような半導体基板上に可動構造体を作製するのは非常に複雑な工程を行わなければならない。
また、非特許文献１に提案されている装置例では、可動部がないという利点を有するが、電気的に屈折率を変化させる構造であることから、半導体構造体に光の吸収が発生するので光損失が大きい、という問題があった。
【０００８】
また非特許文献２に提案されている装置例では、各レーザピクセルより発振されるレーザ光の波長は、装置の作製時に決まってしまい、その後に波長を変えることができない、といった問題があった。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。
【０００９】
第１の発明の目的は、機械的可動部を設けることなく、温度等の使用環境が変化しても発振波長を一定に維持して波長安定化を図ることができる小型の波長変換レーザ装置を提供することにある。
第２の発明の目的は、機械的可動部を設けることなく、また面発光レーザ素子作製上、多波長構造化することなく任意の所望する波長のレーザ光を出力することができる多波長レーザ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に係る発明は、波長変換レーザ装置において、一面側から第１の波長を有する第１のレーザ光を外側に出射し、他面側に前記一面側からの前記第１のレーザ光を反射する第１の反射膜を有する面発光レーザ素子と、前記第１のレーザ光の出射方向に、波長選択フィルタと、非線形光学素子と、液晶セルとをこの順に備え、前記波長フィルタは、前記第１の波長を含む所定範囲の波長のレーザ光を透過し、前記非線形光学素子は、前記波長選択フィルタを透過した前記第１のレーザ光の一部を、前記第１の波長に応じた波長であり該第１の波長とは異なる波長である第２の波長を有する第２のレーザ光に変換し、前記液晶セルは、前記第１のレーザ光の出射方向に、第１の透明基板と、該第１の透明基板と間隙を有して配置された第２の透明基板とをこの順に備え、前記第１の透明基板は、前記非線形光学素子を透過した前記第１のレーザ光及び前記第２のレーザ光が入射する側とは反対側に第１の透明電極を有し、前記間隙は、液晶で充填され、前記第２の透明基板は、前記液晶を透過した前記第１のレーザ光及び前記第２のレーザ光が入射する側に第２の透明電極と、前記第１のレーザ光を反射し前記第２のレーザ光を透過する第２の反射膜とがこの順序で配置され、前記第１の透明電極及び前記第２の透明電極に電気的に接続された液晶セル制御回路を有し、前記第１のレーザ光は、前記第１の反射膜と前記第２の反射膜との間で共振すると共に、前記液晶セル制御回路から前記液晶へ印加される電圧を前記液晶セル制御回路で調整して前記液晶の屈折率を制御することによって前記第１の波長を調整され、前記第２のレーザ光は、前記液晶セルを透過して外部に出射される構成としたことを特徴とする波長変換レーザ装置である。
【００１１】
請求項２に係る発明は、多波長レーザ装置において、一面側から第１の波長を有するレーザ光を外側に出射し他面側に前記一面側からの前記レーザ光を反射する第１の反射膜を有する面発光レーザ素子と、前記レーザ光の出射方向に、波長選択用液晶セルと、波長可変用液晶セルとをこの順に備えたレーザピクセルが複数個配置され、前記波長選択用液晶セルは、前記レーザ光の出射方向に、第１の透明基板と、該第１の透明基板と間隙を有して配置された第２の透明基板とをこの順に備え、前記第１の透明基板は、前記面発光レーザ素子から出射された前記レーザ光が入射する側とは反対側に第１の透明電極を有し、前記間隙は、液晶で充填され、前記第２の透明基板は、該液晶を透過した前記レーザ光が入射する側に第２の透明電極を有し、前記第１の透明電極及び前記第２の透明電極に電気的に接続された第１の液晶セル制御回路を有し、前記波長可変用液晶セルは、前記レーザ光の出射方向に、第３の透明基板と、該第３の透明基板と間隙を有して配置された第２の透明基板とをこの順に備え、前記第３の透明基板は、前記波長選択用液晶セルを透過した前記レーザ光が入射する側とは反対側に第３の透明電極を有し、前記間隙は、液晶で充填され、前記第４の透明基板は、該液晶を透過した前記レーザ光が入射する側に第４の透明電極と前記レーザ光の一部を反射する第２の反射膜とがこの順序で配置され、前記第３の透明電極及び前記第４の透明電極に電気的に接続された第２の液晶セル制御回路を有し、前記レーザピクセル毎に、前記各レーザ光は、前記第１の反射膜と前記第２の反射膜との間でそれぞれ共振すると共に、前記第２の液晶セル制御回路により前記第２の液晶への印加電圧を調整して前記各第２の液晶の屈折率をそれぞれ個別に制御することによって前記第１の波長をそれぞれ所定の波長とされ、該所定の波長とされた前記各レーザ光は、前記レーザピクセル毎に、前記第１の液晶セル制御回路により前記第１の液晶への印加電圧を調整して前記各第１の液晶の屈折率をそれぞれ個別に制御することによって選択され、前記選択されたレーザ光は、前記波長可変用液晶セルを透過して外部に出射される構成としたことを特徴とする多波長レーザ装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る波長変換レーザ装置によれば、機械的可動部を設けることなく、温度等の使用環境が変化しても発振波長を一定に維持して波長安定化を図ることができる小型の波長変換レーザ装置を提供することがでる。
また本発明に係る多波長レーザ装置によれば、機械的可動部を設けることなく、また面発光レーザ素子作製上、多波長構造化することなく任意の所望する波長のレーザ光を出力することができる多波長レーザ装置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】
【００１３】
以下に、本発明に係る波長変換レーザ装置及び多波長レーザ装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
＜第１の発明＞
図１は第１の発明に係る波長変換レーザ装置を示す断面図、図２は第１の発明における面発光レーザ素子を示す拡大断面図、図３は第１の発明における液晶セルを示す拡大断面図、図４は第１の発明における液晶セルの動作を説明する動作説明図、図５は第１の発明における波長選択フィルタでレーザ光の波長を選択する原理を示す図である。
【００１４】
図１に示すように、この波長変換レーザ装置２０は、基本波となるレーザ光（第１のレーザ光）を発生する面発光レーザ素子２２と、波長選択フィルタ２４と、非線形光学素子２６と、無反射膜２８と、液晶セル３０とを順に接合して形成され、上記液晶セル３０は液晶セル制御回路３２に接続されて制御されるようになっている。また上記面発光レーザ素子２２は面発光用レーザドライバ３３によって駆動される。
具体的には、この波長変換レーザ装置２０の全体は、回路基板３４上に設けられており、上記面発光レーザ素子２２が台座３６によって上記回路基板３４上に密着固定されている。
【００１５】
まず、上記面発光レーザ素子２２について説明する。この面発光レーザ素子２２の構成を図２に示す。ここに示す面発光レーザ素子２２は、基板面出射タイプであり、半導体基板３８上（図２において下側）に、導電層４０、活性層４２、スペーサ層４４、第１の反射膜である分布ブラッグ反射鏡としての半導体ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ                                    Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）反射多層膜４６、第１電極４８、第２電極５０を形成して全体が構成されている。このタイプの面発光レーザ素子２２では、活性層４２の発振波長に対して半導体基板３８が透明である材料の基板を選ぶことに注意する。
【００１６】
具体例を示すと、半導体基板３８をｕ−ＧａＡｓ、ｎ型の導電層４０をｎ−ＧａＡｓ、活性層４２をＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓのＭＱＷである多重量子井戸（例えば波長：９４０ｎｍ）、スペーサ層４４をｕ−Ａｌ０．６ Ｇａ０．４ Ａｓ、半導体ＤＢＲ反射多層膜４６をｐ−（ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ）の多層膜（反射率９９．９％以上）、第１電極４８をｐ型オーミック電極（ＡｕＺｎＮｉ等）、第２電極５０をｎ型オーミック電極（ＡｕＧｅＮｉ等）でそれぞれ構成できる。その他、長波長半導体レーザに使われている材料のＩｎＰ系のもの等、半導体レーザに使われている材料も適用できる。
この面発光レーザ素子２２の作製手順は、一般に広く用いられている面発光レーザ素子の作製手順と同じなので、説明は省略する。
【００１７】
次に、上記波長選択フィルタ２４は、誘電体多層膜、例えばＳｉＯ２ 膜とＴｉＯ２ 膜とを交互に積層して構成している。選択する波長は、本装置に使用する非線形光学素子２６の波長仕様に合わせて誘電体多層膜の構成を設計する。すなわち、この波長選択フィルタ２４は、上記非線形光学素子２６の波長仕様の波長のみ無反射となり、且つ上記非線形光学素子２６で発生する高調波光のレーザ光（第２のレーザ光）を反射するように設計される。
【００１８】
次に、上記非線形光学素子２６について、図１を参照して説明する。この非線形光学素子２６には、ＫＴｉＯＰＯ４ 、ＬｉＮｂＯ３ 、ＬｉＴａＯ３ 等の非線形光学特性を持った光学結晶であるＬｉＮｂＯ３ やＬｉＴａＯ３ 等に擬似位相整合するように分極反転処理を施した素子（ＰＰＬＮ［Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  Ｐｏｌｅｄ  ＬＮ］、ＰＰＬＴと呼ばれる）を用いている。この非線形光学素子２６により、上記面発光レーザ素子２２にて発生したレーザ光の高調波光（高次）のレーザ光に波長変換する。例えば非線形光学素子２６が、２次の非線形性を有すると、波長が９４０ｎｍである基本波を、波長が４７０ｎｍである２次高調波へ変換する。
また無反射層２８は、上記基本波のレーザ光を高調波光のレーザ光に対して無反射となるように設計する。この無反射層２８は、液晶セル３０と非線形光学素子２６間が余計な反射点となるのを防ぐ目的がある。また、場合によっては、この無反射層２８を省略してもよい。
【００１９】
次に、液晶セル３０の構成について説明する。この液晶セル３０の構成を図３に示す。この液晶セル３０は、第１の透明基板である下面ガラス基板５２ａと第２の透明基板である上面ガラス基板５２ｂとを有している。下面ガラス基板５２ａの一面は上記無反射層２８側に接続され、他面には例えばＩＴＯよりなる下面透明電極（第１の透明電極）５４ａが形成されている。
また上記上面ガラス基板５２ｂの一面には、誘電体多層膜よりなる反射鏡（第２の反射膜）５６が形成されている。この誘電体多層膜は、例えばＳｉＯ２ 膜５６ａとＴｉＯ２ 膜５６ｂとを交互に積層することにより形成されている。この誘電体多層膜は、非線形光学素子２６の仕様の波長を通過し、面発光レーザ素子２２の基本波を反射する。そして、この反射鏡５６の表面には、例えばＩＴＯよりなる上面透明電極（第２の透明電極）５４ｂが形成されている。
【００２０】
そして、上記下面ガラス基板５２ａと上面ガラス基板５２ｂとは、下面透明電極５４ａと上面透明電極５４ｂとが対向するように貼り合わせられ、その間に液晶５８を封止している。この封止は、上記両透明電極５４ａ、５４ｂの周辺部にスペーサ混入の接着剤５９を介在させることにより行っている。
上記液晶５８中の上記液晶分子５８ａは、下面ガラス基板５２ａの面に対して、水平又は垂直方向又はこれらの中間的な傾きに配向させてある。この液晶分子５８ａの配向のために、例えば配向膜（図示せず）が両透明電極５４ａ、５４ｂの液晶５８と接する側にそれぞれ設けられている。
【００２１】
ここで上記した液晶セル３０の動作を説明する。図４に液晶セル３０の動作を示す。図４では液晶セル３０を概略的に示している。まず、上述したように、液晶分子５８ａをガラス基板５２ａ、５２ｂ（図３参照）の面に水平または垂直または中間的な傾きになるように配向させてある。液晶５８を挟んでいる下面透明電極５４ａ、上面透明電極５４ｂに電圧を掛けると、液晶分子５８ａの配向方向を変えることができる。液晶５８は、液晶分子５８ａの方向に屈折率異方性を持っているので液晶分子５８ａの配向が変わることで、液晶５８中の屈折率が変化することになる。よって、下面透明電極５４ａ、上面透明電極５４ｂ間に加える電圧により液晶分子５８ａの配向具合を調整できるので、屈折率をこれに印加する電圧で制御するが出来ることになる。一般的に液晶の屈折率は、０．２程度変化する。
【００２２】
次に、上述のように構成された第１の発明の波長変換レーザ装置２０の動作について説明する。
まず、面発光レーザ素子２２は、レーザ用ドライバ３３によって駆動され、液晶セル３０は、液晶セル制御回路３２で電気的に制御される。上記面発光レーザ素子２２の活性層４２で発生した光は、面発光レーザ素子２２の反射鏡である半導体ＤＢＲ反射多層膜４６と液晶セル３０上の誘電体多層膜よりなる反射鏡５６との間で共振器構造を作り、レーザ発振する（図１中の光共振器６０に示す）。この状態で、液晶セル３０に加える電圧を変えると、液晶セル３０中の屈折率が変化するので光共振器６０の長さ（光路長）が変わることになる。すると、光共振器６０中のモード間隔が変わるので、レーザ発振波長も変わることになる。よって、液晶セル３０に加える電圧を制御することで、レーザ光の波長が制御できることになる。
【００２３】
ちなみに、液晶５８の部分の厚さを１０μｍ、液晶５８の屈折率変化を０．２とした場合には、共振器長は、２μｍ（＝１０μｍ×０．２）可変できることになる。この可変長は、液晶５８の厚さ（液晶用スペーサ厚）を変えることや、屈折率異方性が高い材料のものを選ぶことで、変えることができる。
しかし、この状態のままだと、多モード発振しており（図５（Ａ））、非線形光学素子２６の波長変換効率が良くない。そのため、波長選択フィルタ２４を設け、非線形光学素子２６の変換波長に合った波長だけをピックアップできるようにしている（図５（Ｂ）及び図５（Ｃ））。すなわち、面発光レーザ素子２２は、図５（Ｃ）に示す単一波長のレーザ光を発振することができる。
【００２４】
また高効率の波長変換を求めると、非線形光学素子２６には、ＰＰＬＮ等の擬似位相整合非線形光学素子を使用するのが好ましい。しかし、このＰＰＬＮ等の擬似位相整合非線形光学素子は、波長許容度が非常に狭いため（０．１ｎｍ・ｃｍ程度、素子長２ｍｍ程度ならば０．５ｎｍ程度）、面発光レーザ素子２２の波長安定化が必要になる。そこで、面発光レーザ素子２２の発振波長が環境変化等で、変わっても液晶セル３０の屈折率を変化させることによって共振器長を調整し、これによって発振波長が調整されて、波長安定化を図ることができる。換言すれば、環境変化等によって、図５（Ａ）に示す多モード発振のスペクトルの振動波長が変化すると、波長選択フィルタ２４にて取り出していたレーザ光の波長が変動したり、或いは取り出せなくなってしまうが、このような場合に、上記液晶セル３０にて上記波長の変動を相殺するように屈折率を調整し、すなわち共振器長を調整し、これにより発振波長を安定化することができる。
【００２５】
＜第２の発明＞
次に第２の本発明に係る多波長レーザ装置について説明する。
先の第１の発明では、１つの面発光レーザ素子を設けた波長変換レーザ装置から特定の安定した波長のレーザ光を取り出すことを目的としたが、この第２の発明では、複数の面発光レーザ素子を有する多波長レーザ装置において、波長可変部と波長選択フィルタ部を組み合わせることで、個々の面発光レーザ素子を異なる波長で発振させることを目的としている。
【００２６】
図６は第２の発明に係る多波長レーザ装置を示す断面斜視図、図７は図６に示す多波長レーザ装置の上面図、図８は第２の発明における面発光レーザ素子アレイユニットを示す拡大断面図、図９は第２の発明における波長選択用液晶セルユニットを構成する１つの波長選択用液晶セルを示す拡大断面図、図１０は波長選択用液晶セルの動作を説明する動作説明図、図１１は波長可変液晶セルユニットの動作を説明する動作説明図、図１２は多モード発振から特定の波長のレーザ光を選択する原理を説明するための原理説明図である。尚、ここでは図１〜図５に示す先の第１の発明の構成部材と同一構成部材に関しては同一の参照符号を付す。
【００２７】
この多波長レーザ装置６２は、面発光レーザ素子２２よりなるレーザピクセルＰｘを複数個縦横にマトリクス状（アレイ状）に配列してなる面発光レーザ素子アレイユニット６４と、無反射膜２８と、内部に液晶が封止された波長選択用液晶セルを上記レーザピクセルＰｘに対応させて複数個設けてなる波長選択用液晶セルユニット６８と、内部に液晶が封止された波長可変用液晶セル７０を上記レーザピクセルＰｘに対応させて複数個設けてなる波長可変用液晶セルユニット７２とを有しており、上記波長可変用液晶セルユニット７２は第１の制御回路７４に接続されて制御され、上記波長選択用液晶セル６８は第２の制御回路７６に接続されて制御される。ここでは波長λ１〜λ９の９種類の波長の異なったレーザ光を出力するために、一例として９個のレーザピクセルＰｘが設けられた場合を示している。
【００２８】
具体的には、この多波長レーザ装置６２の全体は、回路基板３４上に設けられており、上記面発光レーザ素子アレイユニット６４が台座３６によって上記回路基板３４上に密着固定されている。ここで上記各面発光レーザ素子２２自体は、各々同一の波長モードで発振している。また上記各面発光レーザ素子２２は、これらに個別に設けた面発光用レーザドライバ３３によって各レーザピクセルＰｘ毎、すなわち各面発光レーザ素子２２毎に独立して個別制御できるようになっている。
【００２９】
また上記波長選択用液晶セルユニット６８では、上記各レーザピクセルＰｘに対応させて設けられた波長選択用液晶セル６６が複数個配置されており、上記第２の制御回路７６からは上記各波長選択用液晶セル６６へ配線７８（図７参照）が延びて、各波長選択用液晶セル６６を個別に、すなわち各レーザピクセルＰｘ毎に独立制御できるようになっている。
また上記波長可変用液晶セルユニット７２では、上記各レーザピクセルＰｘに対応させて設けられた波長選択用液晶セル７０が複数個配置されており、上記第１の制御回路７４からは上記各波長可変用液晶セル７０へ配線８０（図７参照）が延びて、各波長可変用液晶セル７０を個別に、すなわち各レーザピクセルＰｘ毎に独立制御できるようになっている。
【００３０】
上記面発光レーザ素子アレイユニット６４では、上述のようにアレイ状に配置された複数の面発光レーザ素子２２を有しており、各面発光レーザ素子２２は基本的に第１の発明の構造と同様に構成されている。ただし、ここでは各層を構成する材料を以下のように変えている。
具体例を示すと、図８に示すように、半導体基板３８をｕ−ＩｎＰ、導電層４０をｎ−ＩｎＰ、活性層４２をＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰのＭＱＷである多重量子井戸（例えば波長１５５０ｎｍ）、スペーサ層４４をｕ−ＩｎＰ、分布ブラッグ反射鏡としての半導体ＤＢＲ反射多層膜４６をｐ−（ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ）の多層膜（反射率９９．９  ％以上）、第１電極４８をｐ型オーミック電極（ＡｕＺｎＮｉ等）、第２電極５０をｎ型オーミック電極（ＡｕＧｅＮｉ等）でそれぞれ構成できる。その他、短波長半導体レーザに使われている材料のＧａＡｓ系やＩｎＧａＡｓ系のもの等、他の半導体レーザに使われている材料も適用できる。この各面発光レーザ素子２２の作製手順は、一般に広く用いられている面発光レーザの作製手順と同じなので、説明は省略する。
【００３１】
次に、可変波長選択用液晶セル６６の動作について説明する。ここで波長選択用液晶セルユニット６８を構成する各波長選択用液晶セル６６は同じ構造なので、ここでは１つの波長選択用液晶セル６６を取り出して、図９を参照して説明する。
この波長選択用液晶セル６６は、下面ガラス基板（第１の透明基板）８２ａと上面ガラス基板（第２の透明基板）８２ｂとを有している。下面ガラス基板８２ａの一面は上記無反射２８側に接続される。そして、この下面ガラス基板８２ａの他面には、誘電体多層膜よりなる反射鏡８４が形成されている。この誘電体多層膜は、例えばＳｉＯ２ 膜８４ａとＴｉＯ２ 膜８４ｂとを交互に積層することにより形成されている。そして、この反射鏡８４の表面には、例えばＩＴＯよりなる下面透明電極（第１の透明電極）８８ａが形成されている。
【００３２】
また上記上面ガラス基板８２ｂの一面には、誘電体多層膜よりなる反射鏡９０が形成されている。この誘電体多層膜は、例えばＳｉＯ２ 膜９０ａとＴｉＯ２ 膜９０ｂとを交互に積層することにより形成されている。そして、この反射鏡９０の表面には、例えばＩＴＯよりなる上面透明電極（第２の透明電極）８８ｂが形成されている。
そして、上記下面ガラス基板８２ａと上面ガラス基板８２ｂとは、下面透明電極８８ａと上面透明電極８８ｂとが対向するように貼り合わせられ、その間に液晶９２を封止している。この封止は、上記両透明電極８８ａ、８８ｂの周辺部にスペーサ混入の接着剤９４を介在させることにより行っている。
【００３３】
上記液晶９２は、下面ガラス基板８２ａの面に対して、水平又は垂直方向又はこれらの中間的な傾きに配向させてある。この液晶９２の配向のために、例えば配向膜（図示せず）が両透明電極８８ａ、８８ｂの液晶と接する側にそれぞれ設けられている。
ここでは図６に示すように下面及び上面の両ガラス基板８２ａ、８２ｂを含む上記各反射鏡８４、９０は、各波長選択用液晶セル６６に関して共通に形成されている。
【００３４】
次に、この波長選択用液晶セル６６の動作について説明する。この動作の説明図を図１０に示す。この波長選択用液晶セル６６は任意の波長のレーザ光のみを透過する波長選択フィルタとして機能するものであり、上述したように下面ガラス基板８２ａと上面ガラス基板８２ｂには、それぞれ誘電体多層膜よりなる反射鏡８４、９０があり、その間に液晶９２が封止してある。上記原理により、この液晶９２の屈折率を、これに加わる電界を制御することで変化させると、エタロンと同じ効果が発生し、液晶９２の光学的ギャップに相当する波長のレーザ光のみを透過できるようになる。すなわち、図１０に示すように、印加電圧を制御すると、フィルタ特性が変化してこれを透過するレーザ光の波長が例えばλ１〜λ３の間で変化することになる。よって、この波長選択用液晶セル６６に掛ける電圧を制御すれば、上述したように任意の波長のレーザ光のみ透過する波長選択フィルタとして動作することになる。
【００３５】
尚、上記波長可変用液晶セルユニット７２における各波長可変用液晶セル７０の構成は、第１の発明の液晶セル７０（図３参照）及び動作原理（図４参照）と全く同じなので、ここではその説明を省略する。ここでも下面及び上面の両ガラス基板（第１及び第２の透明基板）５２ａ、５２ｂを含む反射鏡（第２の反射膜）５６は、各波長可変用液晶セル７０に関して共通に形成されている。
【００３６】
次に、上述のように構成された第２の発明の多波長レーザ装置６２の動作について説明する。
この時の動作波形を図１１と図１２に示す。面発光レーザ素子アレイユニット６４の各面発光レーザ素子２２は、各面発光用レーザドライバ３３によって各レーザピクセルＰｘ毎に独立に駆動される。また波長選択用液晶セルユニット６８の各波長選択用液晶セル６６は、第２の制御回路７６により各セル毎に制御される。また同様に、波長可変液晶セルユニット７２の各波長可変用セル７０は、第１の制御回路７４により各セル毎に制御される。
【００３７】
ここで１つのレーザピクセルＰｘに注目して見ると、面発光レーザ素子２２の活性層４２で発生した光は、反射鏡である半導体ＤＢＲ反射多層膜４６と波長可変用液晶セルユニット７２の波長可変用液晶セル７０中の反射膜５６との間で光共振器構造を作り、レーザ光を発振する。このような面発光レーザでは上記光共振器構造は外部共振器構造となり、多モード発振することになる。この状態で、波長可変用液晶セル７０に加える電圧を変えると波長可変用液晶セル７０中の液晶の屈折率が変化するので共振器の長さが変わることになる。すると、共振器中のモード間隔が変わるので、レーザ発振波長も変わることになる。この時の状態は図１１に示されている。よって、波長可変用液晶セル７０に掛ける電圧を制御することで、レーザ光の波長が制御できることになる。
【００３８】
ちなみに、液晶５８の部分の厚さを１０μｍ、液晶５８の屈折率変化を０．２とした場合に、共振器長は２μｍ（＝１０μｍ×０．２）可変できることになる。可変長は、液晶５８の厚さ（液晶用スペーサ厚）を変えることや、屈折率異方性が高い材料のものを選ぶことで、変えることができる。
しかし、この状態のままだと、光共振器は外部共振器構造となっていることから多モード発振しており（図１２（Ａ）参照）、そのため、波長選択フィルタの機能を有する波長選択用液晶セル６６を設け、目的の波長に合ったレーザ光だけをピックアップできるようにしている（図１２（Ｃ）参照）。
【００３９】
波長可変の手順としては、波長選択用液晶セル６６の電圧を制御し、目的の波長にチューニングし、次に波長可変用液晶セル７０の電圧を制御し、選択された波長のレーザ光が通るように調整する。この操作を面発光レーザ素子アレイユニット６４の各レーザピクセル毎に行えば、波長の異なる任意の波長のレーザ光を任意の位置で出すことができる。
この多波長レーザ装置６２は、例えば通信用の波長多重通信（ＷＤＭ）用の多波長レーザ光源に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】第１の発明に係る波長変換レーザ装置を示す断面図である。
【図２】第１の発明における面発光レーザ素子を示す拡大断面図である。
【図３】第１の発明における液晶セルを示す拡大断面図である。
【図４】第１の発明における液晶セルの動作を説明する動作説明図である。
【図５】第１の発明における波長選択フィルタでレーザ光の波長を選択する原理を説明するための図である。
【図６】第２の発明に係る多波長レーザ装置を示す断面斜視図である。
【図７】図６に示す多波長レーザ装置の上面図である。
【図８】第２の発明における面発光レーザ素子アレイユニットを示す拡大断面図である。
【図９】第２の発明における波長選択用液晶セルユニットを構成する１つの波長選択用液晶セルを示す拡大断面図である。
【図１０】波長選択用液晶セルの動作を説明する動作説明図である。
【図１１】波長可変液晶セルユニットの動作を説明する動作説明図である。
【図１２】多モード発振から特定の波長のレーザ光を選択する原理を説明するための原理説明図である。
【図１３】従来の一般的な波長変換レーザ装置を示す概略構成図である。
【図１４】従来の多波長レーザ装置を示す構成図である。
【符号の説明】
【００４１】
２０…波長変換レーザ装置、２２…面発光レーザ素子、２４…波長選択フィルタ、２６…非線形光学素子、３０…液晶セル、３２…液晶セル制御回路、３８…半導体基板、４０…導電層、４２…活性層、４６…半導体ＤＢＲ反射多層膜（分布帰還型反射鏡：第１の反射膜）、４８…第１電極、５０…第２電極、５２ａ…下面ガラス基板、５２ｂ…上面ガラス基板、５４ａ…下面透明電極、５４ｂ…上面透明電極、５６…反射鏡（第２の反射膜）、５８…液晶、６２…多波長レーザ装置、６４…面発光レーザ素子アレイユニット、６６…波長選択用液晶セル、６８…波長選択用液晶セルユニット、７０…波長可変用液晶セル、７２…波長可変用液晶セルユニット、７４…第１の制御回路、７６…第２の制御回路、８２ａ…下面ガラス基板、８２ｂ…上面ガラス基板。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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