(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状をなし、光軸に対し垂直な断面の厚さ方向に導波路構造を有し、レーザ光に対する利得を発生するレーザ媒質と、
前記レーザ媒質の一面に接合されたクラッドと、
前記レーザ媒質の一面側に前記クラッドを介して接合されたヒートシンクと
を備え、
前記ヒートシンクにより前記レーザ媒質に温度分布を発生させて前記レーザ媒質内の屈折率分布を生成し、
前記レーザ媒質は、当該レーザ媒質内の屈折率分布により、前記光軸及び前記厚さ方向に垂直な方向に複数のレンズを並べた効果であるレンズ効果を生成し、
前記レーザ光は、前記厚さ方向において導波路モードであると共に、前記光軸及び前記厚さ方向に垂直な方向において前記レンズ効果による空間モードで複数発振する
ことを特徴とするモード制御導波路型レーザ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモード制御導波路型レーザ装置において、
前記レーザ媒質の光軸上に近接して配置され、前記レーザ媒質の導波路構造と同じ方向に導波路構造を有する非線形材料をさらに備え、
前記導波路モードで発振するレーザ発振は、前記レーザ媒質または前記非線形材料のいずれかの導波路モードで発振し、
前記非線形材料に入射した基本波レーザ光が異なる波長のレーザ光に変換されて出力される
ことを特徴とするモード制御導波路型レーザ装置。
【請求項３】
請求項２に記載のモード制御導波路型レーザ装置において、
前記非線形材料の光軸上に近接して配置され、所望の波長のレーザ光を反射しその他の波長を透過する波長選択導波路をさらに備え、
前記導波路モードで発振するレーザ発振は、前記レーザ媒質、前記非線形材料または前記波長選択導波路のいずれかの導波路モードで発振し、
前記波長選択導波路が反射する所望の波長で基本波レーザ光がレーザ発振する  ことを特徴とするモード制御導波路型レーザ装置。
【請求項４】
請求項１に記載のモード制御導波路型レーザ装置において、
前記レーザ媒質の光軸上に近接して配置され、所望の波長のレーザ光を反射しその他の波長を透過する波長選択導波路をさらに備え、
前記導波路モードで発振するレーザ発振は、前記レーザ媒質または前記波長選択導波路のいずれかの導波路モードで発振し、
前記波長選択導波路が一部を反射する所望の波長でレーザ発振する
ことを特徴とするモード制御導波路型レーザ装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載のモード制御導波路型レーザ装置において、
前記レーザ媒質は半導体レーザである
ことを特徴とするモード制御導波路型レーザ装置。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか１項に記載のモード制御導波路型レーザ装置において、
前記レーザ媒質は、前記レーザ媒質に近接して配置された半導体レーザにより励起されて利得を発生する固体レーザ媒質である
ことを特徴とするモード制御導波路型レーザ装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載のモード制御導波路型レーザ装置において、
前記クラッドに対する前記ヒートシンクの接合面は、光軸に垂直な断面内で櫛構造を有し、
前記レーザ媒質内の屈折率分布は、前記櫛構造の櫛歯の先端を前記クラッドに接合して発生する周期的な温度分布で生成する
ことを特徴とするード制御導波路型レーザ装置。
【請求項８】
請求項７に記載のモード制御導波路型レーザ装置において、
前記櫛構造の櫛歯の間は、前記ヒートシンクよりも熱伝導度の小さな熱絶縁材料により埋められており、
前記レーザ媒質内の屈折率分布は、前記櫛歯の先端と前記熱絶縁材料の熱伝導度の差で発生する周期的な温度分布で生成する
ことを特徴とするモード制御導波路型レーザ装置。
【請求項９】
請求項１から６のいずれか１項に記載のモード制御導波路型レーザ装置において、
前記ヒートシンクの接合面は光軸に垂直な断面内で周期的な凸凹構造を有し、前記ヒートシンクよりも小さな熱伝導率を有する接合剤で前記クラッドに接合され、
前記レーザ媒質内の屈折率分布は、前記接合剤の厚さの差で発生する周期的な温度分布で生成する
ことを特徴とするモード制御導波路型レーザ装置。
【請求項１０】
平板状をなし、光軸に対し垂直な断面の厚さ方向に導波路構造を有し、レーザ光に対する利得を発生するレーザ媒質と、
前記レーザ媒質の一面に接合されたクラッドと、
前記レーザ媒質の一面側に前記クラッドを介して接合されたヒートシンクと
を備え、
前記ヒートシンクにより前記レーザ媒質に応力を与えて前記レーザ媒質内の屈折率分布を形成し、
前記レーザ媒質は、前記レーザ媒質内の屈折率分布により、前記光軸及び前記厚さ方向に垂直な方向に複数のレンズを並べた効果であるレンズ効果を生成し、
前記レーザ光は、前記厚さ方向において導波路モードであると共に、前記光軸及び前記厚さ方向に垂直な方向において前記レンズ効果による空間モードで複数発振する
ことを特徴とするモード制御導波路型レーザ装置。
【請求項１１】
請求項１または２に記載のモード制御導波路型レーザ装置において、
前記クラッドは、前記レーザ媒質との接合面にレーザ光を吸収する吸収部が前記光軸に対し垂直な断面の厚さ方向に設けられ、所望の波長でレーザ発振させる
ことを特徴とするモード制御導波路型レーザ装置。
【請求項１２】
請求項１または２に記載のモード制御導波路型レーザ装置において、
前記クラッドは、前記レーザ媒質との接合面に屈折率変化が前記光軸に周期的に設けられ、所望の波長でレーザ発振させる
ことを特徴とするモード制御導波路型レーザ装置。
【請求項１３】
請求項１から４のいずれか１項に記載のモード制御導波路型レーザ装置において、
前記クラッドは、前記レーザ媒質が利得を発生する複数の波長に対し、一つの波長を透過しその他の波長を吸収する材料で構成し、所望の波長でレーザ発振させる
ことを特徴とするモード制御導波路型レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プリンターやプロジェクションテレビの光源に好適な高出力レーザ装置および波長変換レーザ装置に用いられるモード制御導波路型レーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プリンターやプロジェクションテレビでは、光源としてＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３つの色の光源が要求される。この光源として、９００ｎｍ帯、１μｍ帯、１．３μｍ帯のレーザ光を基本波レーザ光として、非線形材料を用いて第二高調波を発生（ＳＨＧ：Second Harmonic Generation）する波長変換レーザが開発されている。ＳＨＧにおいて、基本波レーザ光から第二高調波レーザ光への高い変換効率を実現するためには、非線形材料上の基本波レーザ光のパワー密度を高くすること、および、波面収差の少ない高輝度なレーザ光が要求される。【０００３】
このような波長変換レーザ装置を実現する方法として、図１５に示すレーザ共振器内第二高調波発生レーザ装置がある（例えば、非特許文献１参照）。図１５に示すレーザ装置は、励起光を出射する励起用半導体レーザ１０１と、励起光を輸送する光ファイバ１０２と、励起光を集光する集光光学系１０３と、基本波レーザ光を反射し励起光を透過する第１のミラー１０５と、レーザ媒質１０４と、基本波レーザ光を反射する第２のミラー１０６と、基本波レーザ光を反射し第２高調波レーザ光を透過する第３のミラー１０７と、基本波レーザ光を第二高調波レーザ光に変換する非線形材料１０９と、基本波レーザ光と第２高調波レーザ光を反射する第４のミラー１０８とを備えている。なお、１１０は第１のミラーと第４のミラーで構成される基本波レーザ共振器の共振器内の伝搬形状、１１１は第二高調波レーザ光の出力である。【０００４】
図１５において、励起用半導体レーザ１０１より出力された励起光は、光ファイバ１０２により輸送されて出力され、集光光学系１０３により、基本波の伝搬形状１１０に一致するように光軸およびビームサイズを調整して集光され、レーザ媒質１０４に吸収される。これにより、レーザ媒質１０４に基本波レーザ光に対する利得が発生し、第１のミラー１０５〜第４のミラー１０８で構成される共振器で基本波レーザ光のレーザ発振を発生する。【０００５】
この時、非線形材料１０９に入射した基本波レーザ光は、一部が第二高調波レーザ光に変換されて、第３のミラー１０７より第二高調波レーザ光出力１１１として外部に出力される。第１のミラー１０５〜第４のミラー１０８で構成される共振器は、基本波レーザ光に対して高輝度なレーザ発振が得られるように構成されており、波面収差の少ない高輝度なレーザ発振を実現している。また、伝搬形状１１０で示したように、非線形材料１０９で基本波レーザ光のビームサイズを小さくして基本波レーザ光のパワー密度を高くすることにより、高効率なＳＨＧを実現している。【０００６】
【非特許文献１】ELSEVIER社発行のOptics Communications 205(2002)、361ページ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図１５に示すレーザ装置では、励起光を入射する集光光学系や、共振器を構成する多数のミラーが必要であり、光学部品が多数必要である。従って、装置が大型で高価になってしまうという課題があった。【０００８】
また、高輝度なレーザ発振が得られるように共振器を構成する必要があるが、共振器の長さ、ミラーの曲率、反射角度に加えて、レーザ媒質の熱レンズ効果により発振モードが大きく変化するため、安定したレーザ出力を得ることが困難であるという課題があった。【０００９】
また、ミラーを用いた空間型の共振器のためアライメント調整が複雑であり、また、外部からの擾乱により容易にアライメントずれが発生するため、高い信頼性を得ることが困難であるという課題があった。【００１０】
また、レーザ出力を増加させるには励起光を増加させる必要があるが、光ファイバへ入射可能な励起光のパワーが制限されるため１本の光ファイバからの出力を増加させるには制限があり、さらに、複数の光ファイバの出力を用いてレーザ媒質に入射させた場合、集光光学系の構成が複雑になるため、第二高調波レーザ光出力を増加させることが困難であるという課題があった。【００１１】
この発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、レーザ媒質内で複数の発振モードを発振させることにより、出力のスケーリングが容易で、高輝度な基本波出力が得られ、高効率な第二高調波変換が可能なモード制御導波路型レーザ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係るモード制御導波路型レーザ装置は、平板状をなし、光軸に対し垂直な断面の厚さ方向に導波路構造を有し、レーザ光に対する利得を発生するレーザ媒質と、前記レーザ媒質の一面に接合されたクラッドと、前記レーザ媒質の一面側に前記クラッドを介して接合されたヒートシンクとを備え、前記ヒートシンクにより前記レーザ媒質に温度分布を発生させて前記レーザ媒質内の屈折率分布を生成し、前記レーザ媒質は、当該レーザ媒質内の屈折率分布により、前記光軸及び前記厚さ方向に垂直な方向に複数のレンズを並べた効果であるレンズ効果を生成し、前記レーザ光は、前記厚さ方向において導波路モードであると共に、前記光軸及び前記厚さ方向に垂直な方向において前記レンズ効果による空間モードで複数発振することを特徴とする。
また、平板状をなし、光軸に対し垂直な断面の厚さ方向に導波路構造を有し、レーザ光に対する利得を発生するレーザ媒質と、前記レーザ媒質の一面に接合されたクラッドと、前記レーザ媒質の一面側に前記クラッドを介して接合されたヒートシンクとを備え、前記ヒートシンクにより前記レーザ媒質に応力を与えて前記レーザ媒質内の屈折率分布を形成し、前記レーザ媒質は、前記レーザ媒質内の屈折率分布により、前記光軸及び前記厚さ方向に垂直な方向に複数のレンズを並べた効果であるレンズ効果を生成し、前記レーザ光は、前記厚さ方向において導波路モードであると共に、前記光軸及び前記厚さ方向に垂直な方向において前記レンズ効果による空間モードで複数発振することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、レーザ媒質内で複数の発振モードを発振させることにより、出力のスケーリングが容易で、高輝度な基本波出力が得られ、高効率な第二高調波変換が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態１に係るモード制御導波路型レーザ装置の構成を示す側面図である。
【図２】図１のａ-ａ’断面を非線形材料側から見た断面図である。
【図３】図２中のヒートシンク２〜レーザ媒質５の断面図の一部を拡大して示し、レーザ媒質５の中で発生する温度分布について説明する図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係るモード制御導波路型レーザ装置の動作を説明するための図である。
【図５Ａ】基板、レーザ媒質、クラッド及びヒートシンクを一体化した導波路を同時に製造する工程を説明するもので、レーザ媒質の研磨工程を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ａに続く基板とレーザ媒質の接合工程を示す図である。
【図５Ｃ】図５Ｂに続くレーザ媒質の研磨工程を示す図である。
【図５Ｄ】図５Ｃに続くクラッドの接合工程を示す図である。
【図５Ｅ】図５Ｄに続く一体化した導波路の切断工程を示す図である。
【図５Ｆ】図５Ｅに続くクラッドとヒートシンクの接合工程を示す図である。
【図６】図２及び図３に示すヒートシンクの形状とは異なる形状の例を示す図である。
【図７】図１のレーザ媒質５の代わりに半導体レーザ５Ａを用いた場合のモード制御導波路型レーザ装置の構成を示す側面図である。
【図８】この発明の実施の形態２に係るモード制御導波路型レーザ装置の構成を示す側面図である。
【図９】この発明の実施の形態３に係るモード制御導波路型レーザ装置のレーザ媒質と非線形材料を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態４に係るモード制御導波路型レーザ装置の構成を示すもので、レーザ装置を側面から見た図である。
【図１１】この発明の実施の形態４に係るモード制御導波路型レーザ装置の構成を示すもので、レーザ装置を上面から見た図である。
【図１２】この発明の実施の形態５に係るモード制御導波路型レーザ装置の構成を示す側面図である。
【図１３】この発明の実施の形態６に係るモード制御導波路型レーザ装置のレーザ媒質を示す図で、図１２中のレーザ媒質５のみを示した図である。
【図１４】この発明の実施の形態７に係るモード制御導波路型レーザ装置に用いられるレーザ媒質に屈折率分布を与える構成を示す図であり、レーザ出射面側からレーザ装置を見た図である。
【図１５】ELSEVIER社発行のOptics Communications 205(2002)、361ページに開示された従来のレーザ装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための最良の形態について、添付の図面に従って説明する。【００１６】
実施の形態１．
図１と図２は、この発明の実施の形態１に係るモード制御導波路型レーザ装置の構成を示す図であり、図１は側面図、図２は図１のａ?ａ’断面を非線形材料側から見た断面図である。【００１７】
図１と図２に示される本実施の形態１に係るモード制御導波路型レーザ発振器は、半導体レーザ１と、平板状をなし、レーザ発振方向を表す光軸６に対し垂直な断面の厚さ方向に導波路構造を有し、光軸６及び厚さ方向に垂直な方向に周期的なレンズ効果を有するレーザ媒質５と、レーザ媒質５の下面に接合されたクラッド４と、レーザ媒質５の下面に接合されたクラッド４の下面に接合剤３により接合されたヒートシンク２と、レーザ媒質の光軸上に近接して配置され、レーザ媒質５の導波路構造と同じ方向に導波路構造を有する非線形材料７とを備えている。【００１８】
レーザ媒質５は、光軸６に垂直な端面５ａ、端面５ｂの形状が、例えば長方形でなり、典型的には、ｙ軸方向の厚さが数〜数十μｍ、ｘ軸方向の幅が数百μｍ〜数ｍｍの大きさを有する。説明のため、長方形の長辺方向をｘ軸、短辺方向をｙ軸、光軸６方向をｚ軸とした座標系を用いる。なお、レーザ媒質５の端面５ａ、端面５ｂの短辺側は丸くなっていても良く、端面が必ずしも長方形でなくとも良い。【００１９】
クラッド４は、レーザ媒質５に比べて小さな屈折率を有し、レーザ媒質５のｘｚ平面に平行な一つの面に接合される。クラッド４は、例えば、光学材料を原料とした膜を蒸着するか、光学材料をオプティカルコンタクト、または、拡散接合などによって、レーザ媒質５と光学的に接合することにより構成される。また、レーザ媒質５に比べて小さな屈折率を有する光学接着剤を用いても良い。【００２０】
ヒートシンク２は、熱伝導度の大きな材料で構成され、光軸６に垂直な断面（ｘｙ平面）で櫛の形状を有する。ヒートシンク２の櫛歯の先端部が、接合剤３を介してクラッド４と接合される。【００２１】
接合剤３は、レーザ媒質５で発生した熱を、クラッド４を介してヒートシンク２に排熱する。この接合剤３は、金属半田や光学接着剤、熱伝導接着剤等により実現可能である。クラッド４のレーザ媒質５が接合されている面に対向した面は、接合剤３との接合の強度を上げるため、メタライズ（金属膜を付着）を行っても良い。また、ヒートシンク２を光学材料で構成した場合には、クラッド４とヒートシンク２を、例えば、オプティカルコンタクト、または、拡散接合などによって直接接合しても良い。【００２２】
また、半導体レーザ１は、レーザ媒質５の端面５ａに近接して配置され、必要に応じて、図示しない冷却用のヒートシンクが接合される。半導体レーザ１のｘ軸方向の大きさは、レーザ媒質５のｘ軸方向の大きさとほぼ等しく、ｘ軸方向にほぼ一様に励起光を出力する。半導体レーザ１より出力された励起光は、端面５ａからレーザ媒質５にｘｚ平面方向に入射して、レーザ媒質５に吸収される。【００２３】
非線形材料７は、光軸６に垂直な断面がレーザ媒質５とほぼ同じ形状を有し、光軸６に垂直な端面７ａおよび７ｂを有し、端面７ａがレーザ媒質５の端面５ｂに近接して配置される。【００２４】
ここで、レーザ媒質５の端面５ａは基本波レーザ光を反射する全反射膜、端面５ｂは基本波レーザ光を透過する反射防止膜、非線形材料７の端面７ａは基本波レーザ光を透過し、第二高調波レーザ光を反射する光学膜、端面７ｂは基本波レーザ光を反射し、第二高調波レーザ光を透過する光学膜が施されている。これらの全反射膜、部分反射膜及び光学膜は、例えば誘電体薄膜を積層して構成される。なお、半導体レーザ１より出力される励起光を、レーザ媒質５の端面５ａから入射する場合には、端面５ａの全反射膜は、励起光を透過し基本波レーザ光を反射する光学膜となる。【００２５】
レーザ媒質５としては、一般的な固体レーザ材料を使用することができる。例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：Ｇｌａｓｓ、Ｎｄ：ＹＶＯ4、Ｎｄ：ＧｄＶＯ4、Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＹＬＦ、Ｙｂ：ＫＧＷ、Ｙｂ：ＫＹＷ、Ｅｒ：Ｇｌａｓｓ、Ｅｒ：ＹＡＧ、Ｔｍ：ＹＡＧ、Ｔｍ：ＹＬＦ、Ｈｏ：ＹＡＧ、Ｈｏ：ＹＬＦ、Ｔｍ、Ｈｏ：ＹＡＧ、Ｔｍ、Ｈｏ：ＹＬＦ、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦなどを用いる。【００２６】
また、非線形材料７としては、一般的な波長変換用材料を用いることができる。例えば、ＫＴＰ、ＫＮ、ＢＢＯ、ＬＢＯ、ＣＬＢＯ、ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3などを用いる。また、光損傷に強いＭｇＯ添加ＬｉＮｂＯ3、ＭｇＯ添加ＬｉＴａＯ3、定比ＬｉＮｂＯ3、定比ＬｉＴａＯ3を用いれば、入射する基本波レーザ光のパワー密度を上げることができるため、高効率な波長変換が可能である。さらに、周期反転分極構造を持つＭｇＯ添加ＬｉＮｂＯ3、ＭｇＯ添加ＬｉＴａＯ3、定比ＬｉＮｂＯ3、定比ＬｉＴａＯ3、ＫＴＰを用いれば、非線形定数が大きいため、さらに高効率な波長変換が可能である。【００２７】
次に、レーザ媒質５の中で発生する温度分布について図３を用いて説明する。図３は、図２中のヒートシンク２〜レーザ媒質５の断面図の一部を拡大した図である。レーザ媒質５は、吸収した励起光のパワーの一部が熱に変換されて熱を発生する。発生した熱は、クラッド４及び接合剤３を介してヒートシンク２に排熱される。【００２８】
この時、ヒートシンク２が櫛形をしており、接合剤３により接合されている範囲が櫛歯の先端部のみのため、二つの櫛歯間の中間部には、二つの櫛歯のほぼ中心からｘ軸方向の両側に熱の流れが発生する。したがって、二つの櫛歯のほぼ中心の温度が最大となり、櫛歯の部分に近づくに従い温度が低下する。【００２９】
レーザ媒質５などの光学材料は、温度差にほぼ比例して屈折率が変化する。レーザ媒質５の光学材料として、単位温度あたりの屈折率変化ｄｎ／ｄＴが正の材料を用いた場合、温度の高い二つの櫛歯の中心部の屈折率が大きくなり、櫛歯の部分に近づくに従い屈折率が小さくなる。その結果、ｘ軸方向には二つの櫛歯の中心部を光軸とした熱レンズ効果が発生する。【００３０】
レーザ媒質５に入射する半導体レーザ１による励起光は、ｘ軸方向にほぼ均一に励起されており、ヒートシンク２の櫛形の櫛歯は、ｘ軸方向にほぼ等間隔に配置されている。したがって、熱レンズ効果も周期的に発生し、櫛歯の本数をｍ本とすると、（ｍ−１）個のレンズをほぼ等間隔に並べた効果が得られる。周期的に発生する熱レンズ効果の強さおよび周期は、ヒートシンク２の櫛歯の間隔、櫛歯の太さ、櫛歯の長さ、熱伝導度、接合剤３の熱伝導度、厚さ、クラッド４の材料、厚さにより、任意に調整可能である。【００３１】
同様に、レーザ媒質５の光学材料として、単位温度あたりの屈折率変化ｄｎ／ｄＴが負の材料を用いた場合、温度分布と反対の屈折率分布となり、櫛に接合された部分の屈折率が大きく、二つの櫛歯の中心部の屈折率が小さくなる。その結果、ｘ軸方向には櫛に接合された部分を光軸とした熱レンズ効果が発生する。この場合、櫛歯の本数をｍ本とすると、ｍ個のレンズをほぼ等間隔に並べた効果が得られる。【００３２】
さらに、ヒートシンク２の櫛歯の間の空隙は、通常、空気であるが、ヒートシンク２よりも小さな熱伝導度を有する熱絶縁材料で埋めても良い。この場合、前記レーザ媒質５内の屈折率分布は、前記櫛歯の先端と前記熱絶縁材料の熱伝導度の差で発生する周期的な温度分布が生成する。【００３３】
このように構成すれば、熱レンズ効果の強さ、分布を、さらに微調整することが可能である。また、熱絶縁材を埋めることにより、ヒートシンク２の剛性を高めることも出来る。なお、ｄｎ／ｄＴの正負によらず、同様の効果が得られるため、以後、特に明示しない限り、ｄｎ／ｄＴが正の場合を用いて説明する。【００３４】
次に、実施の形態１に係るモード制御導波路型レーザ装置の動作について図４を用いて説明する。
図４は、図１に示したレーザ装置をｚ軸方向から見た図である。ここで、基本波レーザ光の発振モードとヒートシンク２の櫛歯の関係を明らかにするため、ヒートシンク２の櫛歯の部分を視認できるように破線にて櫛歯を図示している。【００３５】
レーザ媒質５の側面５ａから入射した励起光は、レーザ媒質５で吸収されて、レーザ媒質５内部で基本波レーザ光に対する利得を発生する。レーザ媒質５内部で発生した利得により、基本波レーザ光は、レーザ媒質５の光軸６に垂直な端面５ａおよび非線形材料７の端面７ｂの間でレーザ発振する。【００３６】
非線形材料７は、基本波レーザ光が入射すると、非線形効果により第２高調波レーザ光に変換されるように、結晶軸角度、温度、または、周期反転分極の周期が最適化されている。したがって、端面５ａと端面７ａの間で発振した基本波レーザ光が非線形材料７に入射すると、基本波レーザ光の一部が第二高調波レーザ光に変換されて、端面７ｂより外部に出力される。【００３７】
また、第二高調波レーザ光に変換されずに残留した基本波レーザ光は、端面７ｂで全反射されて、再度、非線形材料７を通過して、第二高調波レーザ光に変換される。残留した基本波レーザ光の一部が変換されて発生した第二高調波レーザ光は、端面７ａで全反射して端面７ｂより外部に出力される。【００３８】
レーザ媒質５のｙ軸方向は、厚さが波長の数〜数十倍程度であり、レーザ媒質５よりも屈折率の小さなクラッド４および空気により挟まれているため、屈折率の高いレーザ媒質５に基本波レーザ光が閉じ込められる導波路として動作し、基本波レーザ光は導波路のモードで選択的に発振する。導波路のモードは、クラッド４の屈折率およびレーザ媒質５のｙ軸方向の厚さを調整することにより任意に設定可能であり、低次のモードまたは単一モードのみを導波させて、高輝度発振が実現可能である。排熱により発生する熱分布により、ｙ軸方向にも屈折率分布が発生するが、クラッド４とレーザ媒質５、および、空気とレーザ媒質５の屈折率差が、熱分布による屈折率変化に比べて十分大きければ、導波路のモードが優勢となり、熱による影響は無視することができる。【００３９】
非線形材料７は、ｙ軸に垂直な上下面を空気または非線形材料７に比べて小さな屈折率を有する図示しないクラッドで挟まれており、厚さが波長の数〜数十倍程度であるため、レーザ媒質５と同様にｙ軸方向は導波路として動作する。また、非線形材料７がレーザ光を吸収して発熱する場合には、非線形材料７の下面または非線形材料７に接合したクラッドにヒートシンクを接合して排熱しても良い。【００４０】
なお、非線形材料７にヒートシンクを直接接合する場合には、ヒートシンク材料に非線形材料７よりも小さな屈折率を有する光学材料を使用するか、または、非線形材料７よりも小さな屈折率を有する接合剤、例えば光学接着剤などを用いて、非線形材料７のｙ軸方向を導波路として使用できるようにする。【００４１】
レーザ共振器内のｙ軸方向におけるレーザ発振は、レーザ媒質５または非線形材料７の導波路のモードで選択的に発振する。レーザ媒質５の導波モードと、非線形材料７の導波モードは、それぞれ、厚さ、クラッドとの屈折率差により任意に設定可能であり、低次のモードまたは単一モードのみ導波させて、高輝度発振が実現可能である。【００４２】
レーザ媒質５の導波モードと非線形材料７の導波モードは、必ずしも一致する必要はなく、例えば、いずれかの導波モードをマルチモードとして、もう一方の導波モードを単一モードとすれば、レーザ発振のモードは最も低次のモードで制限されるため、単一モードで選択的に発振することが可能である。もちろん、同じ導波モードとなるように構成しても良い。【００４３】
レーザ共振器内のｘ軸方向におけるレーザ発振は、レーザ媒質５および非線形材料７の幅が、基本波レーザ光および第二高調波レーザ光の波長に比べて十分大きいため、導波路によるモードの選択は行われず、空間型の共振器となる。レーザ媒質５では、ヒートシンク２の櫛形構造により、二つの櫛歯の中心を光軸とする熱レンズ効果が周期的に発生している。一方、非線形材料７のｘ軸方向には、屈折率分布は存在しないため、自由な空間での伝搬となる。【００４４】
したがって、レーザ発振のモードは、レーザ媒質５で発生する熱レンズで与えられ、それぞれの光軸で独立した発振モードを生成する。独立した個々の発振モードが、非線形材料７を含めた共振器で、低次のモードまたは単一モードのみとなるように、レーザ媒質５の熱レンズの強さ、周期を調整することにより、高輝度発振が実現可能である。【００４５】
なお、ヒートシンク２の櫛形構造において、櫛歯は、必ずしも等間隔である必要はなく、例えば、半導体レーザ１のｘ軸方向の出力に分布がある場合には、発熱量に応じて櫛歯の間隔を変えることにより、レーザ媒質５のあらゆる発振モードで高輝度発振が実現可能である。【００４６】
このように構成すれば、レーザ媒質５および非線形材料７のｘ軸方向は空間型の共振器となるため、自由にｘ軸方向の幅を設定可能である。また、半導体レーザ１のｘ軸方向には高いビーム品質が要求されないので、半導体レーザ１のｘ軸方向の幅に合わせてレーザ媒質５および非線形材料７の幅を調整することにより、半導体レーザ１のｘ軸方向の幅は自由に設定できる。【００４７】
したがって、高出力化が容易な、幅が広い発光領域をもつブロードエリアＬＤや、エミッタを一列に配置したＬＤアレーを用いて、励起光の高出力化を図り、高出力な第二高調波レーザ光を出力することができる。【００４８】
また、レーザ媒質５のｙ軸方向の厚さが薄く、非線形材料７に入射する基本波レーザ光のパワー密度が高くなるので、第二高調波レーザ光を高効率に出力することが可能である。【００４９】
また、レーザ媒質５のｙ軸方向の厚さが薄く、励起光のパワー密度が高くなるので、利得の小さなレーザ媒質や、下準位吸収の大きな三準位レーザ媒質を用いて高い利得を得ることができる。その結果、高効率に基本波レーザ光を出力することが可能である。【００５０】
また、レーザ媒質５のｙ軸方向の厚さが薄く、励起光のパワー密度が高くなるので、利得の小さなレーザ媒質や、下準位吸収の大きな三準位レーザ媒質を用いて高い利得を得ることができる。その結果、高効率に基本波レーザ光を発振させることができるので、高効率に第二高調波レーザ光を出力することが可能である。【００５１】
また、レーザ媒質５のｙ軸方向の厚さが薄いので、レーザ媒質５の温度上昇が小さくなり、温度上昇により利得の低下が発生する三準位レーザ媒質を用いて高効率に基本波レーザ光を出力することができるので、高効率に第二高調波レーザ光を出力することが可能である。【００５２】
また、半導体レーザ１、レーザ媒質５、および、非線形材料７を近接して配置できるので、励起光用の集光光学系、および、共振器を構成するレンズやミラーが不要となり、小型で廉価なレーザ装置を構成することが可能である。【００５３】
また、図１に示した導波路型のレーザ装置では、導波モードの利得／損失比により、レーザ発振は直線偏光が得られることが多い。したがって、基本波レーザ光に直線偏光が要求される非線形材料７を用いた場合でも、高効率に第二高調波レーザ光を出力することができる。【００５４】
さらに、レーザ媒質５として結晶軸方向により利得の異なるレーザ媒質（ホストが、ＹＬＦ、ＹＶＯ4、ＧｄＶＯ4、ＫＧＷ、ＫＹＷ、Ｓａｐｐｈｉｒｅなど、複屈折を有する結晶からなるレーザ媒質）を用いれば、容易に、利得の高い方向の直線偏光発振を得ることができるので、基本波レーザ光に直線偏光が要求される非線形材料７を用いた場合でも、高効率に第二高調波レーザ光を出力することができる。【００５５】
また、図１に示したレーザ装置では、レーザ媒質５が利得を有する範囲内で、わずかに波長の異なる複数の縦モードによる発振が発生する。ＳＨＧを含む波長変換では、基本波レーザ光の発振波長域が広い場合、位相不整合による変換効率の低下が発生する。したがって、高い変換効率を実現するには、狭い波長帯域を有する基本波レーザ光が要求され、単一縦モードによる発振が望ましい。【００５６】
定在波型のレーザ発振器では、共振器内部で定在波を形成するため、電界強度がゼロとなる節と、電界強度が最大となる腹の部分が存在する。波長が異なると、それぞれの波長の定在波の腹と節の位置がずれるため、光軸６方向に周期的に損失を与えると、損失と電界の重なりにより、波長ごとに異なる損失を与えることが可能であり、所望の波長のみを選択的に発振させることが可能となる。【００５７】
また、図１に示したモード制御導波路型レーザ装置では、ｙ軸方向はレーザ媒質５の内部に閉じ込められた導波路のモードで発振するが、クラッド４内部にもしみ出しによる電界がわずかに存在する。したがって、クラッド４に周期的な損失を与えることにより、所望の波長のみを選択的に発振させることができる。また、クラッド４の屈折率が周期的に変化すると、レーザ媒質５内部のレーザ光の閉じ込めの強さが変化するため、周期的に損失を与えることと同じ効果が得られる。【００５８】
クラッド４に損失を与える方法としては、例えば、レーザ光を吸収するイオンをクラッド４に添加する方法があり、１μｍのレーザ光に対してはＣｒ４＋イオンを周期的に添加すればよい。クラッド４に屈折率変化を与える方法としては、例えば、強度の強いレーザ光の干渉光をクラッド４に照射して、周期的に屈折率を変化させることで実現が可能である。【００５９】
このように構成すれば、所望の波長のみを選択的に発振させることができるので、波長変換に適した基本波レーザ光の発振を得ることが可能である。【００６０】
さらに、レーザ媒質５として、複数の波長に利得を有するレーザ媒質で構成した場合、レーザ媒質５のｙ軸方向の厚さが薄いため、それぞれの波長で非常に大きな利得が発生する。そのため、所望の波長以外の波長の反射がレーザ媒質５の端面５ｂや、非線形材料７の端面７ａ、７ｂで発生すると、端面５ａと反射面の間で、不要な波長のレーザ発振（寄生発振）が発生する場合がある。図１に示したモード制御導波路型レーザ装置では、ｙ軸方向はレーザ媒質５の内部に閉じ込められた導波路のモードで発振するが、クラッド４内部にもしみ出しによる電界がわずかに存在する。【００６１】
したがって、クラッド４に、所望の波長に対しては透過し、不要な波長を吸収する材料を用いれば、不要な波長の損失を増加させて、寄生発振を抑制することができる。クラッド４で不要な波長を吸収させるには、例えば、所望の波長に対しては吸収が無く、不要な波長を吸収するイオンを、ガラスまたは結晶に添加したものを用いればよい。【００６２】
さらに、図１に示した導波路型のレーザ装置では、レーザ媒質５のｙ軸方向の厚さが薄いため、非常に大きな利得が発生する。そのため、基本波レーザ光を透過する端面５ｂまたは端面７ａで、基本波レーザ光がわずかに反射すると、反射面と端面５ａの間で、不要なレーザ発振（寄生発振）が発生する場合がある。【００６３】
一方、図１に示した導波路型のレーザ装置では、端面５ｂ、端面７ａは、それぞれ、端面５ａ、端面７ｂと平行である必要はなく、端面５ｂ、および、端面７ａを、レーザ媒質５で発生する熱レンズにより与えられる光軸に対して傾けても良い。この場合、光軸は傾いた端面で屈折し、傾いた端面を通過した際に角度が変化するが、端面５ａおよび端面７ａが、角度が変化した光軸に対して垂直に設置していれば、上述した同様の効果が得られる。【００６４】
このように構成すれば、端面５ｂまたは端面７ａで、基本波レーザ光の反射が発生しても、端面５ａとの間に安定した共振器を構成することができないので、寄生発振を抑制することができる。【００６５】
さらに、図１に示した導波路型のレーザ装置では、レーザ媒質のｙ軸方向の厚さが薄いため、非常に大きな利得が発生する。そのため、端面５ａ、５ｂで反射したレーザ光がクラッド４のヒートシンクに接合した面およびレーザ媒質５の上面で反射して、所望の導波路モードと異なるモードで寄生発振を発生する場合がある。そこで、クラッド４のヒートシンクに接合した面に、レーザ光を吸収する吸収膜を施し、所望の導波路モードと異なるモードのレーザ光に対する損失を増加させて、寄生発振を抑制することができる。吸収膜は、寄生発振のレーザ光波長に対して吸収を有する材料を用いれば良く、例えば、Ｃｒ金属膜を施せばよい。このように構成すれば、所望の導波路モードは、レーザ媒質５と、クラッド４にわずかにしみ出すだけであるので、吸収膜による損失は発生せず、寄生発振を抑制することができる。【００６６】
また、上述したレーザ装置では、端面７ａは基本波レーザ光を透過し、第二高調波レーザ光を反射する光学膜を施すとしたが、端面５ａに基本波レーザ光および第２高調波レーザ光を全反射する全反射膜を施し、端面７ａを基本波レーザ光および第二高調波レーザ光を透過する反射防止膜を施しても、同様の効果が得られることは明らかである。【００６７】
また、半導体レーザ１は、レーザ媒質５の端面５ａに近接して配置するとしたが、ｙｚ面に平行な側面に近接して配置しても良い。このように配置すれば、基本波レーザ光の漏れ光が半導体レーザ１に直接入射しないため、半導体レーザ１の破損の可能性が低減され、信頼性の高いレーザ装置を構成することができる。【００６８】
なお、レーザ媒質５のクラッド４が接合された面に対向した面は空気に接しているとしたが、レーザ媒質５に比べて小さな屈折率を有する第２のクラッドを接合しても良い。【００６９】
このように構成すれば、レーザ媒質５と第２のクラッドの屈折率差を調整することにより、レーザ媒質５のｙ軸方向の伝搬モードを任意に調整することができる。また、第２のクラッドのｙ軸方向の厚さを厚くすれば、レーザ媒質５の導波モードに影響を与えずに、レーザ媒質５の剛性を高くすることが可能である。【００７０】
また、レーザ媒質５のクラッド４が接合された面に対向した面は空気に接しているとしたが、レーザ媒質５に比べて小さな屈折率を有する第２の接合剤を介して、基板を接合しても良い。第２の接合剤は、例えば、光学接着剤が用いられる。また、基板は、例えば、光学材料、金属などが用いられる。【００７１】
このように構成すれば、レーザ媒質５と接合剤の屈折率差を調整することにより、レーザ媒質５のｙ軸方向の伝搬モードを任意に調整することができる。また、基板のｙ軸方向の厚さを厚くすれば、レーザ媒質５の導波モードに影響を与えずに、レーザ媒質５の剛性を高くすることが可能である。【００７２】
さらにまた、レーザ媒質５の温度上昇により熱膨張が発生した場合、光学接着剤は結晶やガラス材料に比べて剛性が低いので、レーザ媒質５の膨張にあわせて変形するため、レーザ媒質５に与える応力を緩和することが可能である。【００７３】
さらにまた、レーザ媒質５のクラッド４が接合された面に対向した面は空気に接しているとしたが、レーザ媒質５に比べて小さな屈折率を有する光学膜を施し、光学膜の表面に、さらに、オプティカルコンタクトや拡散接合によりレーザ媒質５とほぼ同じ熱膨張率を有する基板を接合しても良い。【００７４】
このように構成すれば、レーザ媒質５と光学膜の屈折率差を調整することにより、レーザ媒質５のｙ軸方向の伝搬モードを任意に調整することができる。また、基板のｙ軸方向の厚さを厚くすれば、レーザ媒質５の導波モードに影響を与えずに、レーザ媒質５の剛性を高くすることが可能である。【００７５】
さらにまた、レーザ媒質５と基板はほぼ同じ熱膨張率を有するので、レーザ媒質５の温度上昇により熱膨張が発生した場合、基板もほぼ同じ割合で膨張する。その際、光学膜は結晶やガラス材料に比べて密度が低く、剛性が低いので、基板の膨張にあわせて変形され、レーザ媒質５に与える応力を緩和することが可能である。さらに、光学膜と基板を接合する際に、光学接合が容易な光学膜材料と基板を選択することにより、接合の強度を高めることが可能である。【００７６】
また、上述したレーザ媒質５は、厚さが数〜数十μｍのため、単体で製造することは困難である。そこで、例えば、図５Ａ〜図５Ｆに示した方法により製造することが可能である。【００７７】
図５Ａにおいて、まず、レーザ媒質５の一面を研磨する。
図５Ｂにおいて、次に、図５Ａで研磨した面に、レーザ媒質５よりも小さな屈折率を有する基板をオプティカルコンタクトや拡散接合等により直接接合するか、金属や光学材料で構成された基板をレーザ媒質５よりも小さな屈折率を有する光学接着剤により接合するか、または、レーザ媒質５よりも小さな屈折率を有する光学膜をレーザ媒質に施した後、光学膜に基板をオプティカルコンタクトや拡散接合等により接合する。【００７８】
図５Ｃにおいて、レーザ媒質５の基板を接合した面と対向する面の研磨を行い、レーザ媒質５を所望の厚さにする。
図５Ｄにおいて、レーザ媒質５よりも小さな屈折率を有するクラッド４を蒸着するか、または、光学接合や光学接着剤を用いて接合し、基板、レーザ媒質５、クラッド４を一体化した導波路を製造する。【００７９】
図５Ｅにおいて、一体化した導波路を切断し、所望の大きさの導波路を複数製作する。
図５Ｆにおいて、クラッド４とヒートシンク３を、接合剤を用いて接合する。【００８０】
以上により、多数の一体化した導波路を同時に製造することが可能であり、製造コストの低減をはかることが可能である。製造後、レーザ媒質５単体での剛性が十分であれば、基板は取り外しても良い。【００８１】
さらに、レーザ媒質５とクラッド４は、同一のホスト材料で製造することも可能である。一般に、ホスト材料に活性イオンを添加してレーザ媒質を製造した場合、ホスト材料とレーザ媒質は、わずかに屈折率が変化する。そこで、活性イオンを添加すると屈折率が高くなるホスト材料を用いて、レーザ媒質５の領域にのみ活性イオンを添加し、クラッド４は活性イオンを添加しないようにすれば、同様の効果が得られる。【００８２】
このように構成すれば、レーザ媒質５とクラッド４をオプティカルコンタクトまたは拡散接合により光学的に接合した場合に、同種の材料の接合となるため、高い接合強度が得られる。また、結晶を粉砕して粉状に加工し、圧縮成型した後に焼結する、セラミック製造方法により、活性イオンが添加されたレーザ媒質５、活性イオンが添加されていないクラッド４を一体で製造することも可能である。さらに、セラミック製造方法を用いた場合、結晶に比べて活性イオンを高濃度に添加することができるため、レーザ媒質５の高吸収効率化、高利得化をはかることが可能である。【００８３】
また、上述したヒートシンク２は、光軸６に垂直な断面で櫛の形状を有するとしたが、レーザ媒質５の内部に温度分布を発生できる形状であれば、どのような形状でも良い。図６は、ヒートシンクの形状の他の例を説明したものであり、ヒートシンク２Ａ、接合剤３Ａ、クラッド４およびレーザ媒質５を示している。【００８４】
クラッド４およびレーザ媒質５は、図３に示したクラッド４およびレーザ媒質５と同様の構成を有しており、特に明記しない限り、図３で示したクラッド４およびレーザ媒質５と同様の機能を有する。【００８５】
ヒートシンク２Ａは、熱伝導度の大きな材料で構成され、光軸６に垂直な断面（ｘｙ平面）で周期的な凸凹形状を有する。ヒートシンク２Ａの凸凹面は、接合剤３Ａを介してクラッド４と接合される。【００８６】
通常、ヒートシンク２Ａと接合剤３Ａは、異なる熱伝導度を有する。接合剤３Ａがヒートシンク２Ａに比べて小さな熱伝導度を有する場合、図６において、接合剤３Ａの厚さが薄い部分、すなわち、ヒートシンク２Ａの凸部は、排熱の効率が高く温度が低下し、接合剤３Ａの厚さが厚い部分、すなわち、ヒートシンク２Ａの凹部は、排熱の効率が低く温度が高くなる。【００８７】
その結果、レーザ媒質５のｘ軸方向には、ヒートシンク２Ａの凹部を光軸とした熱レンズ効果が発生し、櫛形のヒートシンク２と同様の効果が得られる。また、このように構成すれば、クラッド４の排熱側の全面が接合剤３Ａに接合されて、レーザ媒質５で発生した熱を排熱するため、レーザ媒質５の温度上昇を抑制することができる。また、クラッド４の排熱側の全面が接合剤３Ａに接合されるので、クラッド４を櫛形の先端のみで固定した場合に比べて、高い剛性が得られる。【００８８】
なお、図１で示したモード制御導波路型レーザ装置では、レーザ媒質５として半導体レーザ１で励起されて利得を発生する固体レーザ媒質５を用いたが、図７に示したように、レーザ媒質５として半導体レーザ５Ａを用いても良い。【００８９】
半導体レーザ５Ａは、図示は省略したが、半導体レーザ５Ａの上下面に電圧を印加し、電流を流すことにより、所望の波長のレーザ光に利得を発生する。その際、電流の一部が熱に変換されて半導体レーザ５Ａ内で熱が発生する。【００９０】
従って、図２に示したように、ヒートシンク２を用いることにより、ｘ軸方向に二つの櫛歯の中心部を光軸とした周期的な熱レンズ効果が発生する。【００９１】
このように構成すれば、図１に示したモード制御導波路型レーザ装置に比べて、部品点数を低減させることができるので、製造コストを低減することができる。また、光学部品が少ないので、調整が少なく、信頼性の高いモード制御導波路型レーザ装置を構成することができる。【００９２】
実施の形態２．
波長選択を行わない通常のレーザ共振器では、レーザ媒質が利得を有する範囲内で、わずかに波長の異なる複数の縦モードによる発振が発生し、発振波長域が広くなる。ＳＨＧを含む波長変換では、基本波レーザ光の発振波長域が広い場合、位相不整合による変換効率の低下が発生する。したがって、高い変換効率を実現するには、狭い波長帯域を有する基本波レーザ光が要求され、単一縦モードによる発振が望ましい。【００９３】
前記実施の形態１では、所望の波長のみを選択的に発振させる方法として、クラッド４に損失を与える方法について説明した。しかし、クラッド４に損失を与えた場合、所望の波長にも損失が発生し、基本波レーザ光の効率が低下してしまう。【００９４】
この実施の形態２では、波長を選択する素子を用いて、前記不具合を解消する構成を開示するものである。【００９５】
図８は、この発明の実施の形態２に係るモード制御導波路型レーザ装置の構成を示す側面図である。図８において、新たな符号として、８は波長選択導波路であり、半導体レーザ１〜非線形材料７は、図１に示した半導体レーザ１〜非線形材料７と同様の構成を示しており、特に明記しない限り、図１で示した半導体レーザ１〜非線形材料７と同様の機能を有する。【００９６】
波長選択導波路８は、光軸６に垂直な断面がレーザ媒質５および非線形材料７とほぼ同じ形状を有し、光軸６に垂直な端面８ａおよび８ｂを有し、端面８ａが非線形材料７の端面７ｂに近接して配置される。【００９７】
波長選択導波路８は、所望の波長の基本波レーザ光を全反射し、その他の波長の基本波レーザ光および第二高調波レーザ光を透過する。波長選択導波路８が反射する波長帯域は、非線形材料７における波長変換で発生する位相不整合が十分小さくなるように設定されている。【００９８】
波長選択導波路８の反射に波長選択性を与える方法としては、例えば、波長選択導波路８の端面８ｂに所望の波長を反射しその他の波長を透過する光学膜を施す方法や、波長選択導波路８に光軸６の方向に屈折率分布を与え、所望の波長のみを反射する回折格子を構成すれば良い。光学膜は、例えば、誘電体多層膜で構成される。また、モード制御導波路８に屈折率変化を与える方法としては、例えば、強度の強いレーザ光の干渉光をモード制御導波路８に照射して、周期的に屈折率を変化させることで実現が可能である。【００９９】
また、波長選択導波路８は、ｙ軸に垂直な上下面を空気、または、図示は省略したが、波長選択導波路８に比べて小さな屈折率を有するクラッドで挟まれており、厚さが波長の数〜数十倍程度であるため、ｙ軸方向は導波路として動作する。波長選択導波路８は、レーザ媒質５および非線形材料７の導波路モードとほぼ同じ導波路モードを有する。【０１００】
基本波レーザ発振は、レーザ媒質５の光軸６に垂直な端面５ａおよび波長選択導波路８の間で発生し、端面５ａは基本波レーザ光を反射する全反射膜、端面５ｂは基本波レーザ光を透過する反射防止膜、端面７ａは基本波レーザ光を透過し第二高調波レーザ光を反射する光学膜、端面７ｂは基本波レーザ光と第二高調波レーザ光を透過する反射防止膜が施されている。これらの全反射膜、反射防止膜および光学膜は、例えば誘電体薄膜を積層して構成される。【０１０１】
このように構成すれば、損失を与えることなく所望の波長の基本波レーザ光のレーザ発振を得ることができるので、非線形材料７において第二高調波への高い変換効率を実現することができる。【０１０２】
また、図８に示したレーザ装置では、波長選択導波路８は、レーザ媒質５および非線形材料７の導波路モードとほぼ同じ導波路モードを有するとしたが、波長選択導波路８のｙ軸方向の厚さおよびクラッドの屈折率を調整して、低次のモードまたは単一モードのみを導波するように構成しても良い。【０１０３】
このように構成すれば、ｙ軸方向のレーザ発振は共振器中の最も低次のモードで制限されるため、レーザ媒質５、および、非線形材料７のｙ軸方向に所望の導波モードが得られない場合にもて、波長選択導波路８の低次モードまたは単一モードで発振するため、高輝度発振が実現可能である。【０１０４】
実施の形態３．
この実施の形態３は、一つのレーザ装置から、複数波長の第二高調波レーザ光を出力する構成を開示するものである。
図９は、この発明の実施の形態３に係るモード制御導波路型波長変換レーザ装置のレーザ媒質と非線形材料を示す図である。図９において、レーザ媒質５と非線形材料７Ａ〜７Ｃは、それぞれ、図１に示したレーザ媒質５と非線形材料７と同様の構成を示しており、明示しない限り図１に示したレーザ媒質５と非線形材料７と同様の機能を有する。【０１０５】
レーザ媒質５のｘ軸方向は、ヒートシンク２の二つの櫛歯の中心を光軸とした複数の独立した発振モードが形成されている。したがって、レーザ媒質５の端面５ａ、端面５ｂに施された全反射膜、部分反射膜の波長特性を、発振モードごとに変化させ、さらに、それぞれの波長で第２高調波レーザ光に変換されるように設計された複数の非線形材料７Ａ〜７Ｃを並べることにより、一つのレーザ装置からから複数の波長を有する高輝度な第二高調波レーザ光出力を得ることができる。【０１０６】
レーザ媒質５は、複数の波長に利得を有するレーザ媒質で構成されており、例えば、９４６ｎｍ（波長１）、１０６４ｎｍ（波長２）、１３３８ｎｍ（波長３）に利得を持つＮｄ：ＹＡＧで構成される。領域Ａ〜Ｃは、それぞれ、出力される第二高調波レーザ光の範囲を表す。【０１０７】
図９において、レーザ媒質５の領域Ａにおける端面５ａには波長１を全反射し、波長２、波長３を透過する光学膜、レーザ媒質５の領域Ａにおける端面５ｂには波長１〜３を透過する光学膜、非線形材料７Ａの端面７Ａａには波長１〜３を透過し波長１の第二高調波レーザ光を反射する光学膜、非線形材料７Ａの端面７Ａａには波長１を全反射し、波長２、波長３、および、波長１の第二高調波レーザ光をを透過する光学膜が施されている。【０１０８】
同様に、レーザ媒質５の領域Ｂにおける端面５ａには波長２を全反射し、波長１、波長３を透過する光学膜、レーザ媒質５の領域Ｂにおける端面５ｂには波長１〜３を透過する光学膜、非線形材料７Ｂの端面７Ｂａには波長１〜３を透過し波長２の第二高調波レーザ光を反射する光学膜、非線形材料７Ｂの端面７Ｂａには波長２を全反射し、波長１、波長３、および、波長２の第二高調波レーザ光をを透過する光学膜が施されている。【０１０９】
同様に、レーザ媒質５の領域Ｃにおける端面５ａには波長３を全反射し、波長２、波長３を透過する光学膜、レーザ媒質５の領域Ｃにおける端面５ｂには波長１〜３を透過する光学膜、非線形材料７Ｃの端面７Ｃａには波長１〜３を透過し波長３の第二高調波レーザ光を反射する光学膜、非線形材料７Ｃの端面７Ｃａには波長３を全反射し、波長１、波長２、および、波長３の第二高調波レーザ光をを透過する光学膜が施されている。【０１１０】
したがって、領域Ａでは、波長１のレーザ発振が発生して波長１の第二高調波レーザ光のみが出力され、領域Ｂでは、波長２のレーザ発振が発生して波長２の第二高調波レーザ光のみが出力され、領域Ｃでは、波長３のレーザ発振が発生して波長３の第二高調波レーザ光のみが出力される。【０１１１】
このように構成すれば、一つのレーザ装置から複数の波長の第二高調波レーザ光を同時に出力できるので、小型なレーザ装置を構成することが可能である。なお、前記の例では波長の数は３つとしたが、２波長以上であれば同様の効果が得られることは明らかである。また、最大で、独立して発振する発振モードの数の波長を同時に出力させることが可能である。【０１１２】
また、非線形材料７Ａ〜７Ｃの材料として周期分極反転構造を有する非線形材料を用いて、一つの基板にそれぞれの波長に最適化された複数の反転周期構造を製作しても良い。このように構成すれば、非線形材料７Ａ〜７Ｃを一体で構成できるため、光学部品の点数を減少することができ、廉価で小型な波長変換レーザ装置を構成することができる。【０１１３】
実施の形態４．
前記実施の形態１では、独立した複数の共振器モードで基本波レーザ光を発振し、非線形材料により共振器内で波長変換を行い、高効率に第二高調波レーザ光を出力するモード制御導波路型レーザ装置を示した。一方、波長変換方式の方式として、基本波レーザ光を共振器外部に出力し、出力された基本波レーザ光を非線形材料に入射して波長変換する、外部波長変換方式がある。【０１１４】
この方式では、基本波レーザ光を出力するレーザ装置と、波長変換を行う非線形材料を個別に構成できるため、設計が容易になるという特長がある。一方、基本波レーザ光のパワー密度は、同じビーム径であっても、共振器内部に比べて共振器外部の方が小さくなり、高効率な波長変換を実現するためには、小さなビーム径に集光することができる、高輝度な基本波レーザ光出力が要求される。【０１１５】
この実施の形態４は、外部波長変換に適した、独立した複数のモードで発振し、高輝度な基本波レーザ光を出力するモード制御導波路型レーザ装置を実現するものである。【０１１６】
図１０と図１１は、この発明の実施の形態４に係るモード制御導波路型レーザ装置の構成を示す図であり、図１０はレーザ装置を側面から見た図、図１１はレーザ装置を上面から見た図である。図１０と図１１に示される本実施の形態４に係るモード制御導波路型レーザ装置は、半導体レーザ１、ヒートシンク（屈折率分布付加手段）２、接合剤３、クラッド（低屈折率部）４、レーザ媒質５から構成される。また、６はレーザ発振方向を表す光軸である。半導体レーザ１〜レーザ媒質５は、図１に示した半導体レーザ１〜レーザ媒質５と同様の構成を示しており、特に明記しない限り、図１で示した半導体レーザ１〜レーザ媒質５と同様の機能を有する。【０１１７】
ここで、レーザ媒質５の端面５ａは基本波レーザ光を反射する全反射膜、端面５ｂは基本波レーザ光の一部を反射し、一部を透過する反射防止膜が施されている。これらの全反射膜及び部分反射膜は、例えば誘電体薄膜を積層して構成される。なお、半導体レーザ１より出力される励起光を、レーザ媒質５の端面５ａから入射する場合には、端面５ａの全反射膜は、励起光を透過し基本波レーザ光を反射する光学膜となる。【０１１８】
次に、動作について、図１０を用いて説明する。
レーザ媒質５の端面５ａから入射した励起光は、レーザ媒質５で吸収されて、レーザ媒質５内部で基本波レーザ光に対する利得を発生する。レーザ媒質５内部で発生した利得により、基本波レーザ光は、レーザ媒質５の光軸６に垂直な端面５ａおよび端面５ｂの間でレーザ発振し、発振光の一部が端面５ｂより共振器外部に出力される。【０１１９】
レーザ共振器内のｙ軸方向におけるレーザ発振は、レーザ媒質５の導波路のモードで選択的に発振する。レーザ媒質５の導波モードは、厚さ、クラッドとの屈折率差により任意に設定可能であり、低次のモードまたは単一モードのみ導波させて、高輝度発振が実現可能である。【０１２０】
レーザ共振器内のｘ軸方向におけるレーザ発振は、レーザ媒質５の幅が、基本波レーザ光の波長に比べて十分大きいため、導波路によるモードの選択は行われず、空間型の共振器となる。レーザ媒質５では、ヒートシンク２の櫛構造により、二つの櫛歯の中心を光軸とする熱レンズ効果が周期的に発生しているので、レーザ発振のモードはレーザ媒質５で発生する熱レンズで与えられ、それぞれの光軸で独立した発振モードを生成する。独立した個々の発振モードが、低次のモードまたは単一モードのみとなるように、レーザ媒質５の熱レンズの強さ、周期を調整することにより、高輝度発振が実現可能である。【０１２１】
なお、ヒートシンク２の櫛歯構造は、必ずしも等間隔である必要はなく、例えば、半導体レーザ１のｘ軸方向の出力に分布がある場合には、発熱量に応じて櫛歯の間隔を変えることにより、レーザ媒質５のすべての独立した発振モードで高輝度発振が実現可能である。【０１２２】
このように構成すれば、レーザ媒質５のｘ軸方向は空間型の共振器のため、自由にｘ軸方向の幅を設定可能である。また、半導体レーザ１のｘ軸方向には高いビーム品質が要求されないので、半導体レーザ１のｘ軸方向の幅に合わせてレーザ媒質５の幅を調整することにより、半導体レーザ１のｘ軸方向の幅は自由に設定できる。したがって、高出力化が容易な、幅が広い発光領域をもつブロードエリアＬＤや、エミッタを一列に配置したＬＤアレーを用いて、励起光の高出力化を図り、波長変換に適した高輝度で高出力な基本波レーザ光を出力することができる。【０１２３】
また、レーザ媒質５のｙ軸方向の厚さが薄く、励起光のパワー密度が高くなるので、利得の小さなレーザ媒質や、下準位吸収の大きな三準位レーザ媒質を用いて高い利得を得ることができ、波長変換に適した高輝度な基本波レーザ光を高効率に出力することが可能である。【０１２４】
また、レーザ媒質５のｙ軸方向の厚さが薄いので、レーザ媒質５の温度上昇が小さくなり、温度上昇により利得の低下が発生する三準位レーザ媒質を用いて、波長変換に適した高輝度な基本波レーザ光を高効率に出力することが可能である。【０１２５】
また、半導体レーザ１をレーザ媒質５に近接して配置できるので、励起光用の集光光学系、共振器を構成する光学系が不要となり、小型で廉価なレーザ装置を構成することが可能である。【０１２６】
また、共振器のアライメント調整が不要なので、信頼性の高いレーザ装置を構成することが可能である。【０１２７】
また、図１０に示した導波路型のレーザ装置では、導波モードの利得／損失比により、レーザ発振は直線偏光が得られることが多い。したがって、波長変換において基本波レーザ光に直線偏光が要求される場合でも、波長変換に適した高輝度な基本波レーザ光を出力することができる。さらに、レーザ媒質５として結晶軸方向により利得の異なるレーザ媒質（ホストが、ＹＬＦ、ＹＶＯ4、ＧｄＶＯ4、ＫＧＷ、ＫＹＷ、Ｓａｐｐｈｉｒｅなど、複屈折を有する結晶からなるレーザ媒質）を用いれば、容易に、利得の高い方向の直線偏光発振を得ることができるので、波長変換において基本波レーザ光に直線偏光が要求される場合でも、波長変換に適した高輝度な基本波レーザ光を出力することができる。【０１２８】
また、図１に示したレーザ装置では、レーザ媒質５が利得を有する範囲内で、わずかに波長の異なる複数の縦モードによる発振が発生する。ＳＨＧを含む波長変換では、基本波レーザ光の発振波長域が広い場合、位相不整合による変換効率の低下が発生する。したがって、高い変換効率を実現するには、狭い波長帯域を有する基本波レーザ光が要求され、単一縦モードによる発振が望ましい。【０１２９】
定在波型のレーザ発振器では、共振器内部で定在波を形成するため、電界強度がゼロとなる節と、電界強度が最大となる腹の部分が存在する。波長が異なると、それぞれの波長の定在波の腹と節の位置がずれるため、光軸６方向に周期的に損失を与えると、損失と電界の重なりにより、波長ごとに異なる損失を与えることが可能であり、所望の波長のみを選択的に発振させることが可能となる。【０１３０】
また、図１０に示したモード制御導波路型レーザ装置では、ｙ軸方向はレーザ媒質５の内部に閉じ込められた導波路のモードで発振するが、クラッド４内部にもしみ出しによる電界がわずかに存在する。したがって、クラッド４に周期的な損失を与えることにより、所望の波長のみを選択的に発振させることができる。  【０１３１】
また、クラッド４の屈折率が周期的に変化すると、レーザ媒質５内部のレーザ光の閉じ込めの強さが変化するため、周期的に損失を与えることと同じ効果が得られる。【０１３２】
クラッド４に損失を与える方法としては、例えば、レーザ光を吸収するイオンをクラッド４に添加する方法があり、１μｍのレーザ光に対してはＣｒ４＋イオンを周期的に添加すればよい。クラッド４に屈折率変化を与える方法としては、例えば、強度の強いレーザ光の干渉光をクラッド４に照射して、周期的に屈折率を変化させることで実現が可能である。このように構成すれば、所望の波長のみを選択的に発振させることができるので、波長変換に適した基本波レーザ光の発振を得ることが可能である。【０１３３】
さらに、レーザ媒質５として、複数の波長に利得を有するレーザ媒質で構成した場合、レーザ媒質５のｙ軸方向の厚さが薄いため、それぞれの波長で非常に大きな利得が発生する。そのため、所望の波長以外の波長の反射がレーザ媒質５の端面５ｂで発生すると、端面５ａと反射面の間で、不要な波長のレーザ発振（寄生発振）が発生する場合がある。【０１３４】
図１０に示したモード制御導波路型レーザ装置では、ｙ軸方向はレーザ媒質５の内部に閉じ込められた導波路のモードで発振するが、クラッド４内部にもしみ出しによる電界がわずかに存在する。したがって、クラッド４に、所望の波長に対しては透過し、不要な波長を吸収する材料を用いれば、不要な波長の損失を増加させて、寄生発振を抑制することができる。クラッド４で不要な波長を吸収させるには、例えば、所望の波長に対しては吸収が無く、不要な波長を吸収するイオンを、ガラスまたは結晶に添加したものを用いればよい。【０１３５】
また、半導体レーザ１は、レーザ媒質５の端面５ａに近接して配置するとしたが、ｙｚ面に平行な側面に近接して配置しても良い。このように配置すれば、基本波レーザ光の漏れ光が半導体レーザ１に直接入射しないため、半導体レーザ１の破損の可能性が低減され、信頼性の高いレーザ装置を構成することができる。【０１３６】
なお、レーザ媒質５のクラッド４が接合された面に対向した面は空気に接しているとしたが、レーザ媒質５に比べて小さな屈折率を有する第２のクラッドを接合しても良い。このように構成すれば、レーザ媒質５と第２のクラッドの屈折率差を調整することにより、レーザ媒質５のｙ軸方向の伝搬モードを任意に調整することができる。また、第２のクラッドのｙ軸方向の厚さを厚くすれば、レーザ媒質５の導波モードに影響を与えずに、レーザ媒質５の剛性を高くすることが可能である。【０１３７】
また、レーザ媒質５のクラッド４が接合された面に対向した面は空気に接しているとしたが、レーザ媒質５に比べて小さな屈折率を有する第２の接合剤を介して、基板を接合しても良い。第２の接合剤は、例えば、光学接着剤が用いられる。また、基板は、例えば、光学材料、金属などが用いられる。【０１３８】
このように構成すれば、レーザ媒質５と接合剤の屈折率差を調整することにより、レーザ媒質５のｙ軸方向の伝搬モードを任意に調整することができる。また、基板のｙ軸方向の厚さを厚くすれば、レーザ媒質５の導波モードに影響を与えずに、レーザ媒質５の剛性を高くすることが可能である。さらにまた、レーザ媒質５の温度上昇により熱膨張が発生した場合、光学接着剤は結晶やガラス材料に比べて剛性が低いので、レーザ媒質５の膨張にあわせて変形するため、レーザ媒質５に与える応力を緩和することが可能である。【０１３９】
さらにまた、レーザ媒質５のクラッド４が接合された面に対向した面は空気に接しているとしたが、レーザ媒質５に比べて小さな屈折率を有する光学膜を施し、光学膜の表面に、さらに、オプティカルコンタクトや拡散接合によりレーザ媒質５とほぼ同じ熱膨張率を有する基板を接合しても良い。【０１４０】
このように構成すれば、レーザ媒質５と光学膜の屈折率差を調整することにより、レーザ媒質５のｙ軸方向の伝搬モードを任意に調整することができる。また、基板のｙ軸方向の厚さを厚くすれば、レーザ媒質５の導波モードに影響を与えずに、レーザ媒質５の剛性を高くすることが可能である。さらにまた、レーザ媒質５と基板はほぼ同じ熱膨張率を有するので、レーザ媒質５の温度上昇により熱膨張が発生した場合、基板もほぼ同じ割合で膨張する。その際、光学膜は結晶やガラス材料に比べて密度が低く、剛性が低いので、基板の膨張にあわせて変形され、レーザ媒質５に与える応力を緩和することが可能である。さらに、光学膜と基板を接合する際に、光学接合が容易な光学膜材料と基板を選択することにより、接合の強度を高めることが可能である。【０１４１】
さらに、レーザ媒質５とクラッド４、および、前記第２のクラッドは、同一のホスト材料で製造することも可能である。一般に、ホスト材料に活性イオンを添加してレーザ媒質を製造した場合、ホスト材料とレーザ媒質は、わずかに屈折率が変化する。そこで、活性イオンを添加すると屈折率が高くなるホスト材料を用いて、レーザ媒質５の領域にのみ活性イオンを添加し、クラッド４、および、第２のクラッドは活性イオンを添加しないようにすれば、同様の効果が得られる。  【０１４２】
このように構成すれば、レーザ媒質５とクラッド４、および、レーザ媒質５と第２のクラッドをオプティカルコンタクト、または、拡散接合により光学的に接合した場合に、同種の材料の接合となるため、高い接合強度が得られる。また、結晶を粉砕して粉状に加工し、圧縮成型した後に焼結する、セラミック製造方法により、活性イオンが添加されたレーザ媒質５、活性イオンが添加されていないクラッド４、および、第２のクラッドを一体で製造することも可能である。さらに、セラミック製造方法を用いた場合、結晶に比べて活性イオンを高濃度に添加することができるため、レーザ媒質５の高吸収効率化、高利得化をはかることが可能である。【０１４３】
実施の形態５．
波長選択を行わない通常のレーザ共振器では、レーザ媒質が利得を有する範囲内で、わずかに波長の異なる複数の縦モードによる発振が発生し、発振波長域が広くなる。ＳＨＧを含む波長変換では、基本波レーザ光の発振波長域が広い場合、位相不整合による変換効率の低下が発生する。したがって、高い変換効率を実現するには、狭い波長帯域を有する基本波レーザ光が要求され、単一縦モードによる発振が望ましい。【０１４４】
前記実施の形態４では、所望の波長のみを選択的に発振させる方法として、クラッド４に損失を与える方法について説明した。しかし、クラッド４に損失を与えた場合、所望の波長にも損失が発生し、基本波レーザ光の効率が低下してしまう。【０１４５】
この実施の形態５では、波長を選択する素子を用いて、前記不具合を解消する構成を開示するものである。【０１４６】
図１２は、この発明の実施の形態５に係るモード制御導波路型レーザ装置の構成を示す側面図である。半導体レーザ１〜レーザ媒質５は、図１０に示した半導体レーザ１〜レーザ媒質５と同様の構成を示しており、特に明記しない限り、図１０で示した半導体レーザ１〜レーザ媒質５と同様の機能を有する。また、波長選択素子８Ａは、図８に示した波長選択素子８と同様の構成を示しており、特に明記しない限り、図８で示した波長選択素子８と同様の機能を有する。【０１４７】
波長選択導波路８Ａは、光軸６に垂直な断面がレーザ媒質５とほぼ同じ形状を有し、光軸６に垂直な端面８ａおよび８ｂを有し、端面８ａがレーザ媒質５の端面５ｂに近接して配置される。【０１４８】
波長選択導波路８Ａは、所望の波長の基本波レーザ光の一部を反射し、その他の波長の基本波レーザ光を透過する。波長選択導波路８Ａが反射する波長帯域は、共振器外部に設置する非線形材料における波長変換で発生する位相不整合が十分小さくなるように設定されている。【０１４９】
波長選択導波路８Ａの反射に波長選択性を与える方法としては、例えば、波長選択導波路８Ａの端面８ｂに所望の波長を反射しその他の波長を透過する光学膜を施す方法や、波長選択導波路８Ａに光軸６の方向に屈折率分布を与え、所望の波長のみを反射する回折格子を構成すれば良い。光学膜は、例えば、誘電体多層膜で構成される。また、モード制御導波路８Ａに屈折率変化を与える方法としては、例えば、強度の強いレーザ光の干渉光をガラスや結晶に照射して、周期的に屈折率を変化させることで実現が可能である。【０１５０】
また、波長選択導波路８Ａは、ｙ軸に垂直な上下面を空気、または、図示は省略したが、波長選択導波路８Ａに比べて小さな屈折率を有するクラッドで挟まれており、厚さが波長の数〜数十倍程度であるため、ｙ軸方向は導波路として動作する。波長選択導波路８Ａは、レーザ媒質５の導波路モードとほぼ同じ導波路モードを有する。【０１５１】
基本波レーザ発振は、レーザ媒質５の光軸６に垂直な端面５ａ、および、波長選択導波路８の間で発生し、端面５ａは基本波レーザ光を反射する全反射膜、端面５ｂは基本波レーザ光を透過する反射防止膜が施されている。これらの全反射膜、反射防止膜は、例えば、誘電体薄膜を積層して構成される。【０１５２】
このように構成すれば、損失を与えることなく所望の波長の基本波レーザ光のレーザ発振を得ることができるので、波長変換に適した高輝度で高出力な基本波レーザ光を出力することができる。【０１５３】
また、前記図１２に示したレーザ装置では、波長選択導波路８Ａは、レーザ媒質５の導波路モードとほぼ同じ導波路モードを有するとしたが、波長選択導波路８のｙ軸方向の厚さ、および、クラッドの屈折率を調整して、低次のモードまたは単一モードのみを導波するように構成しても良い。【０１５４】
このように構成すれば、ｙ軸方向のレーザ発振は共振器中の最も低次のモードで制限されるため、レーザ媒質５のｙ軸方向に所望の導波モードが得られない場合にもて、波長選択導波路８Ａの低次モードまたは単一モードで発振するため、高輝度発振が実現可能である。【０１５５】
実施の形態６．
この実施の形態６は、一つのレーザ装置から、複数波長の基本波レーザ光を出力する構成を開示するものである。【０１５６】
図１３は、この発明の実施の形態６に係るモード制御導波路型レーザ装置のレーザ媒質を示す図で、図１２中のレーザ媒質５のみを示した図である。図１３において、５は図１２に示したレーザ媒質５と同様の構成を有しており、明示しない限り図１２で示したレーザ媒質５と同様の機能を有する。【０１５７】
レーザ媒質５のｘ軸方向は、ヒートシンク２の二つの櫛歯の中心を光軸とした複数の独立した発振モードが形成されている。したがって、レーザ媒質５の端面５ａ、端面５ｂに施された全反射膜、部分反射膜の波長特性を、発振モード毎に変えることにより、一つのレーザ媒質５から複数の波長を有する高輝度なレーザ発振光を得ることができる。【０１５８】
レーザ媒質５は、複数の波長に利得を有するレーザ媒質で構成されており、例えば、９４６ｎｍ（波長１）、１０６４ｎｍ（波長２）、１３３８ｎｍ（波長３）に利得を持つＮｄ：ＹＡＧで構成される。反射膜５ａ〜５ｆは、レーザ媒質５の端面５ａ、端面５ｂに施された全反射膜、および、部分反射膜を表す。【０１５９】
図１３において、反射膜５ｃは、波長１を全反射し、波長２、波長３を透過し、反射膜５ｄは、波長１を部分反射し、波長２、波長３を透過する。また、反射膜５ｅは、波長２を全反射し、波長１、波長３を透過し、反射膜５ｆは、波長２を部分反射し、波長１、波長３を透過する。さらにまた、反射膜５ｇは、波長３を全反射し、波長２、波長３を透過し、反射膜５ｈは、波長３を部分反射し、波長１、波長２を透過する。【０１６０】
したがって、反射膜５ｃと反射膜５ｄに挟まれたレーザ媒質５内では、波長１のレーザ発振のみが発生し、反射膜５ｅと反射膜５ｆに挟まれたレーザ媒質５内では、波長２のレーザ発振のみが発生し、反射膜５ｇと反射膜５ｈに挟まれたレーザ媒質５内では、波長３のレーザ発振のみが発生する。【０１６１】
このように構成すれば、一つのレーザ媒質５から複数の波長のレーザ光を同時に出力できるので、小型なレーザ装置を構成することが可能である。
なお、前記の例では波長の数は３つとしたが、２波長以上であれば同様の効果が得られることは明らかである。また、最大で、独立して発振する発振モードの数の波長を同時に出力させることが可能である。【０１６２】
実施の形態７．
前記実施の形態１〜６では、櫛構造を持つヒートシンク２を用いて、レーザ媒質５の内部に周期的なレンズ効果を発生させたモード制御導波路型レーザ装置を示した。この実施の形態７は、レーザ媒質５に周期的に応力を加えることにより屈折率分布を発生し、レーザ媒質５の内部に周期的なレンズ効果を発生させたモード制御導波路型レーザ装置を実現するものである。【０１６３】
図１４は、この発明の実施の形態７に係るモード制御導波路型レーザ装置に用いられるレーザ媒質に屈折率分布を与える構成を示す図であり、レーザ出射面側からレーザ装置を見た図である。本実施の形態７に係るモード制御導波路型レーザ発振器は、レーザ媒質５、クラッド４Ａ、クラッド４Ｂ、接合剤９Ａ、接合剤９Ｂ、ヒートシンク１０、基板１１より構成される。【０１６４】
クラッド４Ａ、クラッド４Ｂは、図３に示したクラッド４と同様の構成を有しており、特に明記しない限り、図３で示したクラッド４と同様の機能を有する。また、レーザ媒質５は、図３に示したレーザ媒質５と同様の構成を有しており、特に明記しない限り、図３で示したレーザ媒質５と同様の機能を有する。【０１６５】
ヒートシンク１０は、光軸６に垂直な断面（ｘｙ平面）で周期的な凸凹の形状を有し、ヒートシンク１０の凸凹面は接合剤９Ａを介して、クラッド４Ａと接合される。また、ヒートシンク１０は熱伝導度の大きな材料で構成され、レーザ媒質５で発生した熱は、接合剤９Ａを介して、ヒートシンク１０に排熱される。【０１６６】
基板１１は光軸６に垂直な断面（ｘｙ平面）で周期的な凸凹の形状を有し、基板１１の凸凹面は接合剤９Ｂを介して、クラッド４Ｂと接合される。また、ヒートシンク１０の凸部と、基板１１の凸部は、ｘ軸方向の位置が同じになるように配置されている。【０１６７】
接合剤９Ａ、および、接合剤９Ｂは、ヒートシンク１０、および、基板１１に比べて剛性が低く、柔らかい材料を用いており、例えば、金属半田や光学接着剤、熱伝導接着剤等により実現可能である。【０１６８】
ヒートシンク１０と基板１１は、レーザ媒質５のｙ軸方向に応力を与えるように、外側から圧力が付加されている。【０１６９】
次に、レーザ媒質５の中で発生する応力分布について、図１４を用いて説明する。ヒートシンク１０、および、基板１１に、外側から圧力を付加すると、ヒートシンク１０、および、基板１１に比べて柔らかい接合剤９Ａ、接合剤９Ｂを介して、レーザ媒質５に応力が付与される。このとき、ヒートシンク１０、基板１１の凹部は、接合剤９Ａ、接合剤９Ｂの厚さが厚いので、接合剤９Ａ、接合剤９Ｂの圧縮により圧力が緩和され、レーザ媒質５に与える応力が小さくなる。一方、ヒートシンク１０、基板１１の凸部は、接合剤９Ａ、接合剤９Ｂの厚さが薄いので、接合剤９Ａ、接合剤９Ｂの圧縮量が小さく、レーザ媒質５に大きな応力が与えられる。【０１７０】
レーザ媒質などの光学材料は、応力が与えられると、屈折率が変化する。したがって、圧縮の応力が付加されたときに屈折率が大きくなる材料を用いた場合、ヒートシンク１０、基板１１の凸部の位置では、レーザ媒質５の屈折率が大きくなり、凹部に近づくに従い屈折率が小さくなる。その結果、ｘ軸方向には凸部を光軸とした周期的なレンズ効果が発生する。【０１７１】
このように構成すれば、前記実施の形態１で示した櫛形のヒートシンクと同様の効果を得ることが可能である。【０１７２】
また、応力により周期的なレンズ効果を与えることができるため、励起光の強さや分布に依存しない安定したレーザ装置を構成することができる。【０１７３】
さらにまた、クラッド４Ａの排熱側の全面が接合剤９Ａに接合されて、レーザ媒質５で発生した熱を排熱するため、レーザ媒質５の温度上昇を抑制することができる。また、クラッド４Ａの排熱側の全面が接合剤９Ａに接合されるので、クラッド４Ａを櫛形の先端のみで固定した場合に比べて、高い剛性が得られる。【０１７４】
なお、レーザ媒質５は、クラッド４Ａとクラッド４Ｂに挟まれているとしたが、接合剤９Ａ、および、接合剤９Ｂに、レーザ媒質５よりも小さな屈折率を有する材料を用いれば、クラッド４Ａ、および、クラッド４Ｂは無くても良く、接合剤９Ａ、および、接合剤９Ｂを直接レーザ媒質５に接合しても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１７５】
この発明によれば、レーザ媒質内で複数の発振モードを発振させることにより、出力のスケーリングが容易で、高輝度な基本波出力が得られ、高効率な第二高調波変換が可能になり、プリンターやプロジェクションテレビの光源に好適な高出力レーザ装置および波長変換レーザ装置に用いられる。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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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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【図１５】
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