光ポンピング方式の面発光レーザー
【課題】光ポンピング用ビームをレーザーチップに垂直に入射させ得る垂直外部共振器型面発光レーザーを提供する。
【解決手段】第２波長の光を放出するポンプレーザー３４と前記ポンプレーザ励起により第１波長の光を放出させるレーザーチップ３２と、レーザーチップ３２から発生した第１波長の光をレーザーチップ３２に再び反射する外部ミラー３８と、レーザーチップ３２と外部ミラー３８との間に配置されたものであって、ポンプレーザー３４から放出された第２波長の光をレーザーチップ３２に反射させ、レーザーチップ３２から放出された第１波長の光を透過させる波長選択性ミラー３６と、波長選択性ミラー３６とレーザーチップ３２との間に配置されたものであって、第１波長の光を外部ミラー３８と波長選択性ミラー３６との間の光路上にフォーカシングし、第２波長の光をレーザーチップ３２上にフォーカシングする光学素子３５と、を備える。
【解決手段】第２波長の光を放出するポンプレーザー３４と前記ポンプレーザ励起により第１波長の光を放出させるレーザーチップ３２と、レーザーチップ３２から発生した第１波長の光をレーザーチップ３２に再び反射する外部ミラー３８と、レーザーチップ３２と外部ミラー３８との間に配置されたものであって、ポンプレーザー３４から放出された第２波長の光をレーザーチップ３２に反射させ、レーザーチップ３２から放出された第１波長の光を透過させる波長選択性ミラー３６と、波長選択性ミラー３６とレーザーチップ３２との間に配置されたものであって、第１波長の光を外部ミラー３８と波長選択性ミラー３６との間の光路上にフォーカシングし、第２波長の光をレーザーチップ３２上にフォーカシングする光学素子３５と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ポンピング方式の面発光レーザーに係り、さらに詳細には、光ポンピング用ビームをレーザーチップに垂直に入射させ得る垂直外部共振器型面発光レーザー（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ：ＶＥＣＳＥＬ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＶＥＣＳＥＬは、垂直共振器型面発光レーザー（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ：ＶＣＳＥＬ）の上部ミラーを外部ミラーに代替して利得領域を拡大させることによって、数〜数十Ｗ以上の高出力を得させるレーザー素子である。
【０００３】
図１は、従来の光ポンピング方式のＶＥＣＳＥＬの概略的な断面図である。図１を参照して従来の光ポンピング方式のＶＥＣＳＥＬ１０の構造を説明すれば、レーザー発振のためのレーザーチップ１３が熱拡散器１２を介してヒートシンク１１に付着されており、レーザーチップ１３と所定間隔離れて外部ミラー１６が配置されている。そして、レーザーチップ１３に光ポンピング用ビームを提供するためのポンプレーザー１４が斜めに配置されている。レーザーチップ１３は、分散ブラッグ反射器（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ：ＤＢＲ）層１３ａ及び活性層１３ｂが順次に積層された構造である。活性層１３ｂは、例えば、多重量子ウェル構造であり、光ポンピング用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。また、ポンプレーザー１４は、レーザーチップ１３の発振波長より短波長の光をレンズ１５を介してレーザーチップ１３に入射させて、レーザーチップ１３内の活性層１３ｂを励起させる役割を担う。
【０００４】
また、レーザーチップ１３と外部ミラー１６との間に特定の波長光のみを通過させるフィルタ１７と、光の周波数を２倍にするＳＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：第二高調波発生）結晶１８とをさらに配置できる。ＳＨＧ結晶１８を使用する場合、例えば、レーザーチップ１３から放出される赤外線領域の光を可視光線領域の波長を有するレーザービームに出力できる。
【０００５】
このような構造で、ポンプレーザー１４から放出された光ビームが、レンズ１５を介してレーザーチップ１３に入射すれば、レーザーチップ１３内の活性層１３ｂが励起されつつ、特定の波長の光を放出する。このように発生した光は、レーザーチップ１３内のＤＢＲ層１３ａと外部ミラー１６との間で反射を繰り返しつつ活性層１３ｂを往復する。このような過程を通じて、レーザーチップ１３内で増幅された光の一部は、外部ミラー１６を介してレーザービームとして外部に出力される。
【０００６】
ところが、前述した構造の従来のＶＥＣＳＥＬ１０の場合、レーザーチップ１３を発振させるためのポンプレーザー１４が斜めに配列されているため、全体的な部品を配列し難い。また、光ポンピング用ビームをヒートシンク１１により遮断させないためには、ヒートシンク１１の上面に形成された開口を大きくする必要があるが、この場合、熱拡散器１２も大きくならなければならないため、製造コストが上昇する。さらに、ポンプレーザー１４から放出された光ポンピング用ビームがレーザーチップ１３に斜めに入射するため、レーザーチップ１３の発振効率が低下するという問題がある。
【０００７】
一方、ＳＨＧ結晶１８の光波長変換効率が入射する光のエネルギー密度に比例する特性があり、図２に示すように、レーザーチップ１３から遠ざかるほど、ビームの半径が広くなるので、可能な限りＳＨＧ結晶１８は、レーザーチップ１３に近く配置されることが望ましい。しかし、フィルタ１７及びポンプレーザー１４の存在によって、ＳＨＧ結晶１８をレーザーチップ１３に密着させ得ない。したがって、ＳＨＧ結晶１８の効率性も低下せざるを得ない。
【０００８】
図３は、ＳＨＧ結晶１８の効率性を向上させるための従来のＶＥＣＳＥＬの構造を概略的に示す。図３に示すように、従来のＶＥＣＳＥＬ２０の場合、レーザーチップ２１で発生した光は、フィルタ２３を経た後、第１外部ミラー２４により反射されて第２外部ミラー２５に向かう。その後、第２外部ミラー２５により反射された光は、第１外部ミラー２４を介してレーザーチップ２１に再び入射する。ＳＨＧ結晶２６は、第１外部ミラー２４と第２外部ミラー２５との間に配置され、ＳＨＧ結晶２６により波長が変換された光は、第１外部ミラー２４を介して外部に出力される。このとき、第１外部ミラー２４及び第２外部ミラー２５を何れも凹面鏡に構成することによって、ＳＨＧ結晶２６の位置で光を収斂させれば、ＳＨＧ結晶２６の効率を向上させうる。
【０００９】
しかし、従来のＶＥＣＳＥＬ２０の場合、外部ミラーをさらに一つ使用するだけでなく、二つの外部ミラーを斜めに配置せねばならないので、さらに配列し難くなる。したがって、全体的なレーザーシステムのサイズが大きくならざるを得ない。さらに、レーザービームが斜めに出力されるという問題もある。また、ポンプレーザー２２及びレンズ２７が斜めに配列されることによって発生する前述した問題は、全く解決されていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、前記問題点を解決するためになされたものである。したがって、本発明の目的は、光ポンピング用ビームをレーザーチップに垂直に入射させることによって、高い発振効率を有し、かつ配列し易いＶＥＣＳＥＬを提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、レーザーチップから発生した光ビームをＳＨＧ結晶にフォーカシングすることによって、ＳＨＧ結晶の光変換効率を向上させたＶＥＣＳＥＬを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を解決するための本発明に係る面発光レーザーは、光ポンピング方式により第１波長の光を放出させるレーザーチップと、前記レーザーチップから所定距離ほど離隔されて位置し、前記レーザーチップから発生した第１波長の光を前記レーザーチップに再び反射する外部ミラーと、前記レーザーチップを発振させるための第２波長の光を放出するポンプレーザーと、前記レーザーチップと前記外部ミラーとの間に配置されたものであって、前記ポンプレーザーから放出された第２波長の光を前記レーザーチップに反射させ、前記レーザーチップから放出された第１波長の光を透過させる波長選択性ミラーと、前記波長選択性ミラーと前記レーザーチップとの間に配置されたものであって、第１波長の光を前記外部ミラーと前記波長選択性ミラーとの間の光路上にフォーカシングし、第２波長の光を前記レーザーチップ上にフォーカシングする光学素子と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る面発光レーザーは、前記外部ミラーと前記波長選択性ミラーとの間で第１波長の光がフォーカシングされる位置に配置されたものであって、前記レーザーチップから放出された第１波長の光の周波数を２倍に変更して、第３波長の光にするＳＨＧ結晶をさらに備え得る。
【００１４】
ここで、前記波長選択性ミラーは、第１波長の光のみを通過させる複屈折フィルタであり、前記波長選択性ミラーのレーザーチップ側の表面には、第１波長の光に対して反射防止特性を有し、第２波長の光に対して反射特性を有するコーティング層が形成されている。
【００１５】
本発明の一実施形態によれば、前記波長選択性ミラーのＳＨＧ結晶側の表面には、第１波長の光に対して反射防止特性を有し、第３波長の光に対して反射特性を有するコーティング層が形成されることによって、第３波長の光を光路に対して垂直方向に外部に出力する。
【００１６】
この場合、前記ＳＨＧ結晶の両側の表面には、第１波長及び第３波長の光に対して何れも反射防止特性を有するコーティング層が形成されることが望ましい。
【００１７】
また、前記外部ミラーは、凹状の反射面を有し、前記外部ミラーの凹状の反射面には、第１波長及び第３波長の光に対して何れも反射特性を有するコーティング層が形成されていることが望ましい。
【００１８】
本発明の他の実施形態によれば、前記波長選択性ミラーのＳＨＧ結晶側の表面には、第１波長の光に対して反射防止特性を有するコーティング層が形成され得る。
【００１９】
この場合、前記ＳＨＧ結晶の波長選択性ミラー側の表面には、第１波長の光に対して反射防止特性を有し、第３波長の光に対して反射特性を有するコーティング層が形成されており、外部ミラー側の表面には、第１波長及び第３波長の光に対して何れも反射防止特性を有するコーティング層が形成される。
【００２０】
また、前記外部ミラーは、凹状の反射面を有し、前記外部ミラーの凹状の反射面には、第１波長の光に対して反射特性を有し、第３波長の光に対して反射防止特性を有するコーティング層が形成されることによって、第３波長の光を前記外部ミラーを通じて外部に出力する。
【００２１】
本発明のさらに他の実施形態によれば、前記波長選択性ミラーは、第１波長の光に対して反射防止特性を有し、第２波長の光に対して反射特性を有するコーティング層がレーザーチップ側の表面に形成されているビームスプリッタであることを特徴とする。この場合、前記外部ミラーは、平坦な反射面を有し、前記外部ミラーの平坦な反射面には、第１波長の光の一部を透過させて外部に出力し、残りの一部を前記レーザーチップに向って反射するように、コーティング層が形成されている。
【００２２】
一方、本発明に係る面発光レーザーは、前記レーザーチップから発生する熱を外部に放出するために、前記レーザーチップの底面に配置されたヒートシンクをさらに備え得る。また、本発明に係る面発光レーザーは、前記レーザーチップから発生する熱を前記ヒートシンクに伝達するために、前記レーザーチップの上面に配置された熱拡散器をさらに備え得る。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の望ましい実施形態に係る面発光レーザー、特に、ＶＥＣＳＥＬは、波長選択性ミラーを利用して光ポンピング用光をレーザーチップに垂直に入射させるため、高い発振効率が得られ、小さなサイズの熱拡散器を使用できる。さらに、ポンプレーザーがレーザーチップに向って精密に配列されなくてもよいので、配列が比較的に容易である。したがって、製造コストを低減させ、かつレーザー装置の全体的なサイズを縮小させることも可能である。
【００２４】
また、本発明の望ましい実施形態によれば、レーザーチップから発生した光を簡単な方法でＳＨＧ結晶にフォーカシングすることによって、ＳＨＧ結晶の光変換効率を最適化することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、添付した図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
【００２６】
図４は、本発明の一実施形態に係るＶＥＣＳＥＬの構造を示す断面図である。図４に示すように、ヒートシンク３１上にレーザーチップ３２が搭載されており、レーザーチップ３２上には、透明な熱拡散器３３が配置され得る。熱拡散器３３は、レーザーチップ３２から発生する熱をヒートシンク３１に伝達することによって、ヒートシンク３１を介して熱を外部に放出させるものであって、ダイアモンドのように、透光性及び熱伝導度に優れた物質を使用する。本発明の一実施形態に係るＶＥＣＳＥＬ３０で、レーザーチップ３２は、光ポンピング方式により活性化されて、第１波長の光を放出させるものであって、公知のように、ＤＢＲ層３２ａ及び活性層３２ｂが順次に積層された構造である。活性層３２ｂは、例えば、多重量子ウェル構造を有し、光ポンピング用光により励起されて所定の波長を有する光を放出する。
【００２７】
外部ミラー３８は、レーザーチップ３２と対向する位置に所定距離ほど離隔されて配置されている。外部ミラー３８は、レーザーチップ３２から発生した第１波長の光を、レーザーチップ３２に再び反射させる役割を担う。望ましくは、外部ミラー３８により反射される光を収斂させるために、外部ミラー３８は、凹状の反射面３８ａを有することが望ましい。
【００２８】
レーザーチップ３２を発振させるための第２波長の光を放出するポンプレーザー３４は、レーザーチップ３２から放出される第１波長の光路に対してほぼ垂直に配置されている。一般的に、ポンプレーザー３４の発振波長は、レーザーチップ３２の発振波長に比べて短いものを使用せねばならない。例えば、レーザーチップ３２から発振される光の波長（すなわち、第１波長）が１０６４ｎｍであれば、ポンプレーザー３４から発振される光の波長（すなわち、第２波長）は、約８０８ｎｍであることが適当である。
【００２９】
ポンプレーザーから放出される光ポンピング用光が、レーザーチップに直接に入射される従来の技術とは異なり、本発明に係るＶＥＣＳＥＬ３０では、波長選択性ミラー３６を介して光ポンピング用光がレーザーチップ３２に入射する。図４に示すように、波長選択性ミラー３６は、レーザーチップ３２と外部ミラー３８との間に配置されており、側面に垂直に配置されたポンプレーザー３４と対向している。波長選択性ミラー３６は、ポンプレーザー３４から放出された第２波長の光をレーザーチップ３２に反射させ、レーザーチップ３２から放出された第１波長の光を透過させる役割を担う。例えば、波長選択性ミラー３６は、第１波長の光に対して反射防止特性を有し、第２波長の光に対して反射特性を有するコーティング層をガラスの表面に形成することによって製作され得る。さらに望ましくは、ガラスの代りに、第１波長の光のみを通過させる複屈折フィルタを用いて波長選択性ミラー３６を製作することが望ましい。一般的に、レーザーチップ３２から放出される光は、第１波長を中心波長とする比較的に広域のスペクトルを有するので、さらに高品質のレーザービームを出力するためには、複屈折フィルタを用いて第１波長の光のみを濾過するか、少なくともスペクトルの帯域幅を狭める必要がある。
【００３０】
また、波長選択性ミラー３６とレーザーチップ３２との間の光路には、ポンプレーザー３４から放出された第２波長の光ポンピング用光をレーザーチップ３２上にフォーカシングする光学素子３５が配置されている。例えば、光学素子３５として凸レンズを使用でき、その外に複数のレンズから構成されたレンズ群のように、他の種類の光学素子を使用しても良い。光学素子３５は、また、レーザーチップ３２から放出された第１波長の光を、外部ミラー３８と波長選択性ミラー３６との間の光路上にフォーカシングする役割を行う。この場合、レーザーチップ３２から放出された第１波長の光ビームの半径は、図５に示すグラフの通りである。すなわち、レーザーチップ３２から放出された光は、若干の発散性を有するので、ビームの半径が次第に大きくなり、光学素子３５により収斂されて、外部ミラー３８と波長選択性ミラー３６との間の所定の位置でビームの半径が最小となる。
【００３１】
図４及び図５に示すように、レーザーチップ３２から放出された第１波長の光ビームの半径が最小となる外部ミラー３８と波長選択性ミラー３６との間の位置にＳＨＧ結晶３７を配置できる。前述したように、ＳＨＧ結晶３７は、レーザーチップ３２から放出された第１波長の光の周波数を２倍に変更して、第３波長の光にする役割を行う。例えば、レーザーチップ３２から放出された光の波長（すなわち、第１波長）が１０６４ｎｍである場合、ＳＨＧ結晶３７により変更された光の波長（すなわち、第３波長）は、５３２ｎｍになる。したがって、ＳＨＧ結晶３７を利用すれば、赤外線領域の波長を可視光線領域の波長に変えて出力できる。一般的に、ＳＨＧ結晶３７の光波長の変換効率は、入射光のエネルギー密度に比例する特性を有する。したがって、本発明の望ましい実施形態のように、第１波長のビームの半径が最小となる位置にＳＨＧ結晶３７を配置することによって、ＳＨＧ結晶３７の光波長の変換効率を最適にすることができる。
【００３２】
一方、本発明の望ましい実施形態によれば、レーザーチップ３２から放出された第１波長の光と、ポンプレーザー３４から放出された第２波長の光と、ＳＨＧ結晶３７で変化した第３波長が光とがそれぞれ所定の光路に沿って進行できるように、波長選択性ミラー３６、ＳＨＧ結晶３７及び外部ミラー３８の表面には、それぞれ適切なコーティング層が形成されている。例えば、波長選択性ミラー３６のレーザーチップ側の表面３６ａには、第１波長の光に対しては反射防止（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ：ＡＲ）特性を有し、第２波長の光に対しては高反射（Ｈｉｇｈ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ：ＨＲ）特性を有するコーティング層が形成されており、波長選択性ミラー３６のＳＨＧ結晶側の表面３６ｂには、第１波長の光に対して反射防止ＡＲの特性を有し、第３波長の光に対して高反射ＨＲの特性を有するコーティング層が形成され得る。そして、ＳＨＧ結晶３７の両側面３７ａ，３７ｂには、第１波長及び第３波長の光に対して何れも反射防止ＡＲの特性を有するコーティング層が形成され、外部ミラー３８の凹状の反射面３８ａには、第１波長及び第３波長の光に対して何れも高反射ＨＲの特性を有するコーティング層が形成され得る。このようなコーティング層は、屈折率のそれぞれ異なる複数の材料を複数層に積層して形成され得るが、公知の技術によって材料の種類及び積層の厚さなどを適切に選択することによって、必要とする光学的な特性（例えば、反射される光の波長、透過される光の波長、反射率、透過率など）が容易に得られる。
【００３３】
このような構造のＶＥＣＳＥＬ３０で、ポンプレーザー３４から放出された第２波長の光ポンピング用光は、波長選択性ミラー３６で反射された後、光学素子３５を介してレーザーチップ３２上にフォーカシングされる。それにより、レーザーチップ３２の活性層３２ｂが励起されつつ、第１波長の光を放出する。レーザーチップ３２から放出された第１波長の光は、光学素子３５を通過した後、波長選択性ミラー３６を透過してＳＨＧ結晶３７に入射する。ＳＨＧ結晶３７に入射した光は、波長が１／２に短くなった第３波長に変換される。このとき、第１波長の光が全て第３波長に変換されるのではないため、ＳＨＧ結晶３７から出射される光は、第１波長の光と第３波長の光とが混合された状態である。前記第１波長及び第３波長の光は、外部ミラー３８により反射されて、再びＳＨＧ結晶３７に入射し、第１波長の光の一部が第３波長の光に変換される。その後、第１波長及び第３波長の光は、ＳＨＧ結晶３７から出射されて波長選択性ミラー３６に入射する。前述したように、波長選択性ミラー３６のＳＨＧ結晶側の表面は、第１波長の光は透過させ、第３波長の光は反射する性質を有する。したがって、第３波長の光は、波長選択性ミラー３６により側面に反射されて、レーザービームとして外部に出力される。また、第１波長の光は、波長選択性ミラー３６を透過してレーザーチップ３２に入射した後、ＤＢＲ層３２ａにより反射されて再び外部ミラー３８に向かって進む。
【００３４】
図６は、本発明の他の実施形態に係るＶＥＣＳＥＬの構造を示す断面図である。図６に示すように、本発明の他の実施形態に係るＶＥＣＳＥＬは、図４に示すＶＥＣＳＥＬと同じ構造を有するが、コーティング層の光学的な特性を異ならせることによって、外部ミラー３８を介してレーザービームを外部に放出させている。すなわち、ヒートシンク３１、レーザーチップ３２、熱拡散器３３、ポンプレーザー３４、光学素子３５、波長選択性ミラー３６、ＳＨＧ結晶３７及び外部ミラー３８の構造及び配置は、図４のＶＥＣＳＥＬと関連して説明したものと同じである。
【００３５】
例えば、図６のＶＥＣＳＥＬで、波長選択性ミラー３６のレーザーチップ側の表面３６ａには、第１波長の光に対しては反射防止ＡＲの特性を有し、第２波長の光に対しては高反射ＨＲの特性を有するコーティング層が形成されており、波長選択性ミラー３６のＳＨＧ結晶側の表面３６ｂには、第１波長の光に対して反射防止ＡＲの特性を有するコーティング層が形成され得る。そして、ＳＨＧ結晶３７の波長選択性ミラー側の表面３７ａには、第１波長の光に対して反射防止ＡＲの特性を有し、第３波長の光に対して高反射ＨＲの特性を有するコーティング層が形成されており、外部ミラー側の表面３７ｂには、第１波長及び第３波長の光に対して何れも反射防止ＡＲの特性を有するコーティング層が形成されている。また、外部ミラー３８の凹状の反射面３８ａには、第１波長の光に対して高反射ＨＲの特性を有し、第３波長の光に対して反射防止ＡＲの特性を有するコーティング層が形成されている。
【００３６】
図６のＶＥＣＳＥＬで、ポンプレーザー３４から放出された第２波長の光ポンピング用光は、波長選択性ミラー３６で反射された後、光学素子３５を介してレーザーチップ３２上にフォーカシングされる。それにより、レーザーチップ３２の活性層３２ｂが励起されつつ第１波長の光を放出する。レーザーチップ３２から放出された第１波長の光は、光学素子３５を通過した後、波長選択性ミラー３６を透過してＳＨＧ結晶３７に入射する。ＳＨＧ結晶３７に入射した光は、波長が１／２に短くなった第３波長に変換される。前述したように、第１波長の光が全て第３波長に変換されるのではないため、ＳＨＧ結晶３７から出射される光は、第１波長の光と第３波長の光とが混合された状態である。その後、ＳＨＧ結晶３７から出射された第１波長及び第３波長の光は、外部ミラー３８に入射される。コーティング層により、外部ミラー３８の反射面３８ａは、第１波長の光に対しては高反射の特性を有し、第３波長の光に対しては透過特性を有する。したがって、第１波長の光は反射されて、ＳＨＧ結晶３７に入射し、第３波長の光は、レーザービームとして外部に出力される。ＳＨＧ結晶３７に再入射した第１波長の光の一部は、再び第３波長の光に変換される。一方、ＳＨＧ結晶３７の波長選択性ミラー側の表面３７ａには、第１波長の光に対して反射防止ＡＲの特性を有し、第３波長の光に対して高反射ＨＲの特性を有するコーティング層が形成されている。したがって、第１波長の光は、ＳＨＧ結晶３７及び波長選択性ミラー３６を透過してレーザーチップ３２に入射し、第３波長の光は、ＳＨＧ結晶３７の波長選択性ミラー側の表面３７ａで反射されて、外部ミラー３８を介して外部に出力される。
【００３７】
図７は、本発明にさらに他の実施形態に係るＶＥＣＳＥＬの構造を示す断面図である。前述した実施形態のＶＥＣＳＥＬと比較すると、図７に示すＶＥＣＳＥＬは、ＳＨＧ結晶を使用しないという点で異なり、他の構造は全て同じである。図７のＶＥＣＳＥＬの場合には、ＳＨＧ結晶を使用しないため、ＳＨＧ結晶の位置に光を収斂させる必要はない。したがって、外部ミラー３８の反射面３８ａが平坦に形成されていても関係ない。また、ＳＨＧ結晶を使用しないため、レーザーチップ３２から発生した第１波長の光が、そのままレーザービームとして外部に出力される。このために、外部ミラー３８の反射面３８ａには、第１波長の光の一部を透過させて外部に出力し、残りの一部をレーザーチップ３２に向って反射する特性を有するコーティング層が形成されることが望ましい。また、波長選択性ミラー３６としては、第１波長の光に対して反射防止特性を有し、第２波長の光に対して反射特性を有するコーティング層が形成されているビームスプリッタを使用できる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、光ポンピング方式の面発光レーザーに関連した技術分野に好適に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】従来の光ポンピング方式のＶＥＣＳＥＬの構造を示す断面図である。
【図２】従来のＶＥＣＳＥＬの共振器の内部でビーム半径のサイズの変化を表すグラフである。
【図３】従来のさらに他のＶＥＣＳＥＬの構造を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るＶＥＣＳＥＬの構造を示す断面図である。
【図５】本発明に係るＶＥＣＳＥＬの共振器の内部でビーム半径のサイズの変化を表すグラフである。
【図６】本発明の他の実施形態に係るＶＥＣＳＥＬの構造を示す断面図である。
【図７】本発明のさらに他の実施形態に係るＶＥＣＳＥＬの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
３０ ＶＥＣＳＥＬ、
３１ ヒートシンク、
３２ レーザーチップ、
３２ａ ＤＢＲ層、
３２ｂ 活性層、
３３ 熱拡散器、
３４ ポンプレーザー、
３５ 光学素子、
３６ 波長選択性ミラー、
３６ａ レーザーチップ側の表面、
３６ｂ ＳＨＧ結晶側の表面、
３７ ＳＨＧ結晶、
３７ａ，３７ｂ ＳＨＧ結晶の両側面、
３８ 外部ミラー、
３８ａ 凹状の反射面。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ポンピング方式の面発光レーザーに係り、さらに詳細には、光ポンピング用ビームをレーザーチップに垂直に入射させ得る垂直外部共振器型面発光レーザー（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ：ＶＥＣＳＥＬ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＶＥＣＳＥＬは、垂直共振器型面発光レーザー（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ：ＶＣＳＥＬ）の上部ミラーを外部ミラーに代替して利得領域を拡大させることによって、数〜数十Ｗ以上の高出力を得させるレーザー素子である。
【０００３】
図１は、従来の光ポンピング方式のＶＥＣＳＥＬの概略的な断面図である。図１を参照して従来の光ポンピング方式のＶＥＣＳＥＬ１０の構造を説明すれば、レーザー発振のためのレーザーチップ１３が熱拡散器１２を介してヒートシンク１１に付着されており、レーザーチップ１３と所定間隔離れて外部ミラー１６が配置されている。そして、レーザーチップ１３に光ポンピング用ビームを提供するためのポンプレーザー１４が斜めに配置されている。レーザーチップ１３は、分散ブラッグ反射器（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ：ＤＢＲ）層１３ａ及び活性層１３ｂが順次に積層された構造である。活性層１３ｂは、例えば、多重量子ウェル構造であり、光ポンピング用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。また、ポンプレーザー１４は、レーザーチップ１３の発振波長より短波長の光をレンズ１５を介してレーザーチップ１３に入射させて、レーザーチップ１３内の活性層１３ｂを励起させる役割を担う。
【０００４】
また、レーザーチップ１３と外部ミラー１６との間に特定の波長光のみを通過させるフィルタ１７と、光の周波数を２倍にするＳＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：第二高調波発生）結晶１８とをさらに配置できる。ＳＨＧ結晶１８を使用する場合、例えば、レーザーチップ１３から放出される赤外線領域の光を可視光線領域の波長を有するレーザービームに出力できる。
【０００５】
このような構造で、ポンプレーザー１４から放出された光ビームが、レンズ１５を介してレーザーチップ１３に入射すれば、レーザーチップ１３内の活性層１３ｂが励起されつつ、特定の波長の光を放出する。このように発生した光は、レーザーチップ１３内のＤＢＲ層１３ａと外部ミラー１６との間で反射を繰り返しつつ活性層１３ｂを往復する。このような過程を通じて、レーザーチップ１３内で増幅された光の一部は、外部ミラー１６を介してレーザービームとして外部に出力される。
【０００６】
ところが、前述した構造の従来のＶＥＣＳＥＬ１０の場合、レーザーチップ１３を発振させるためのポンプレーザー１４が斜めに配列されているため、全体的な部品を配列し難い。また、光ポンピング用ビームをヒートシンク１１により遮断させないためには、ヒートシンク１１の上面に形成された開口を大きくする必要があるが、この場合、熱拡散器１２も大きくならなければならないため、製造コストが上昇する。さらに、ポンプレーザー１４から放出された光ポンピング用ビームがレーザーチップ１３に斜めに入射するため、レーザーチップ１３の発振効率が低下するという問題がある。
【０００７】
一方、ＳＨＧ結晶１８の光波長変換効率が入射する光のエネルギー密度に比例する特性があり、図２に示すように、レーザーチップ１３から遠ざかるほど、ビームの半径が広くなるので、可能な限りＳＨＧ結晶１８は、レーザーチップ１３に近く配置されることが望ましい。しかし、フィルタ１７及びポンプレーザー１４の存在によって、ＳＨＧ結晶１８をレーザーチップ１３に密着させ得ない。したがって、ＳＨＧ結晶１８の効率性も低下せざるを得ない。
【０００８】
図３は、ＳＨＧ結晶１８の効率性を向上させるための従来のＶＥＣＳＥＬの構造を概略的に示す。図３に示すように、従来のＶＥＣＳＥＬ２０の場合、レーザーチップ２１で発生した光は、フィルタ２３を経た後、第１外部ミラー２４により反射されて第２外部ミラー２５に向かう。その後、第２外部ミラー２５により反射された光は、第１外部ミラー２４を介してレーザーチップ２１に再び入射する。ＳＨＧ結晶２６は、第１外部ミラー２４と第２外部ミラー２５との間に配置され、ＳＨＧ結晶２６により波長が変換された光は、第１外部ミラー２４を介して外部に出力される。このとき、第１外部ミラー２４及び第２外部ミラー２５を何れも凹面鏡に構成することによって、ＳＨＧ結晶２６の位置で光を収斂させれば、ＳＨＧ結晶２６の効率を向上させうる。
【０００９】
しかし、従来のＶＥＣＳＥＬ２０の場合、外部ミラーをさらに一つ使用するだけでなく、二つの外部ミラーを斜めに配置せねばならないので、さらに配列し難くなる。したがって、全体的なレーザーシステムのサイズが大きくならざるを得ない。さらに、レーザービームが斜めに出力されるという問題もある。また、ポンプレーザー２２及びレンズ２７が斜めに配列されることによって発生する前述した問題は、全く解決されていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、前記問題点を解決するためになされたものである。したがって、本発明の目的は、光ポンピング用ビームをレーザーチップに垂直に入射させることによって、高い発振効率を有し、かつ配列し易いＶＥＣＳＥＬを提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、レーザーチップから発生した光ビームをＳＨＧ結晶にフォーカシングすることによって、ＳＨＧ結晶の光変換効率を向上させたＶＥＣＳＥＬを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を解決するための本発明に係る面発光レーザーは、光ポンピング方式により第１波長の光を放出させるレーザーチップと、前記レーザーチップから所定距離ほど離隔されて位置し、前記レーザーチップから発生した第１波長の光を前記レーザーチップに再び反射する外部ミラーと、前記レーザーチップを発振させるための第２波長の光を放出するポンプレーザーと、前記レーザーチップと前記外部ミラーとの間に配置されたものであって、前記ポンプレーザーから放出された第２波長の光を前記レーザーチップに反射させ、前記レーザーチップから放出された第１波長の光を透過させる波長選択性ミラーと、前記波長選択性ミラーと前記レーザーチップとの間に配置されたものであって、第１波長の光を前記外部ミラーと前記波長選択性ミラーとの間の光路上にフォーカシングし、第２波長の光を前記レーザーチップ上にフォーカシングする光学素子と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る面発光レーザーは、前記外部ミラーと前記波長選択性ミラーとの間で第１波長の光がフォーカシングされる位置に配置されたものであって、前記レーザーチップから放出された第１波長の光の周波数を２倍に変更して、第３波長の光にするＳＨＧ結晶をさらに備え得る。
【００１４】
ここで、前記波長選択性ミラーは、第１波長の光のみを通過させる複屈折フィルタであり、前記波長選択性ミラーのレーザーチップ側の表面には、第１波長の光に対して反射防止特性を有し、第２波長の光に対して反射特性を有するコーティング層が形成されている。
【００１５】
本発明の一実施形態によれば、前記波長選択性ミラーのＳＨＧ結晶側の表面には、第１波長の光に対して反射防止特性を有し、第３波長の光に対して反射特性を有するコーティング層が形成されることによって、第３波長の光を光路に対して垂直方向に外部に出力する。
【００１６】
この場合、前記ＳＨＧ結晶の両側の表面には、第１波長及び第３波長の光に対して何れも反射防止特性を有するコーティング層が形成されることが望ましい。
【００１７】
また、前記外部ミラーは、凹状の反射面を有し、前記外部ミラーの凹状の反射面には、第１波長及び第３波長の光に対して何れも反射特性を有するコーティング層が形成されていることが望ましい。
【００１８】
本発明の他の実施形態によれば、前記波長選択性ミラーのＳＨＧ結晶側の表面には、第１波長の光に対して反射防止特性を有するコーティング層が形成され得る。
【００１９】
この場合、前記ＳＨＧ結晶の波長選択性ミラー側の表面には、第１波長の光に対して反射防止特性を有し、第３波長の光に対して反射特性を有するコーティング層が形成されており、外部ミラー側の表面には、第１波長及び第３波長の光に対して何れも反射防止特性を有するコーティング層が形成される。
【００２０】
また、前記外部ミラーは、凹状の反射面を有し、前記外部ミラーの凹状の反射面には、第１波長の光に対して反射特性を有し、第３波長の光に対して反射防止特性を有するコーティング層が形成されることによって、第３波長の光を前記外部ミラーを通じて外部に出力する。
【００２１】
本発明のさらに他の実施形態によれば、前記波長選択性ミラーは、第１波長の光に対して反射防止特性を有し、第２波長の光に対して反射特性を有するコーティング層がレーザーチップ側の表面に形成されているビームスプリッタであることを特徴とする。この場合、前記外部ミラーは、平坦な反射面を有し、前記外部ミラーの平坦な反射面には、第１波長の光の一部を透過させて外部に出力し、残りの一部を前記レーザーチップに向って反射するように、コーティング層が形成されている。
【００２２】
一方、本発明に係る面発光レーザーは、前記レーザーチップから発生する熱を外部に放出するために、前記レーザーチップの底面に配置されたヒートシンクをさらに備え得る。また、本発明に係る面発光レーザーは、前記レーザーチップから発生する熱を前記ヒートシンクに伝達するために、前記レーザーチップの上面に配置された熱拡散器をさらに備え得る。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の望ましい実施形態に係る面発光レーザー、特に、ＶＥＣＳＥＬは、波長選択性ミラーを利用して光ポンピング用光をレーザーチップに垂直に入射させるため、高い発振効率が得られ、小さなサイズの熱拡散器を使用できる。さらに、ポンプレーザーがレーザーチップに向って精密に配列されなくてもよいので、配列が比較的に容易である。したがって、製造コストを低減させ、かつレーザー装置の全体的なサイズを縮小させることも可能である。
【００２４】
また、本発明の望ましい実施形態によれば、レーザーチップから発生した光を簡単な方法でＳＨＧ結晶にフォーカシングすることによって、ＳＨＧ結晶の光変換効率を最適化することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、添付した図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
【００２６】
図４は、本発明の一実施形態に係るＶＥＣＳＥＬの構造を示す断面図である。図４に示すように、ヒートシンク３１上にレーザーチップ３２が搭載されており、レーザーチップ３２上には、透明な熱拡散器３３が配置され得る。熱拡散器３３は、レーザーチップ３２から発生する熱をヒートシンク３１に伝達することによって、ヒートシンク３１を介して熱を外部に放出させるものであって、ダイアモンドのように、透光性及び熱伝導度に優れた物質を使用する。本発明の一実施形態に係るＶＥＣＳＥＬ３０で、レーザーチップ３２は、光ポンピング方式により活性化されて、第１波長の光を放出させるものであって、公知のように、ＤＢＲ層３２ａ及び活性層３２ｂが順次に積層された構造である。活性層３２ｂは、例えば、多重量子ウェル構造を有し、光ポンピング用光により励起されて所定の波長を有する光を放出する。
【００２７】
外部ミラー３８は、レーザーチップ３２と対向する位置に所定距離ほど離隔されて配置されている。外部ミラー３８は、レーザーチップ３２から発生した第１波長の光を、レーザーチップ３２に再び反射させる役割を担う。望ましくは、外部ミラー３８により反射される光を収斂させるために、外部ミラー３８は、凹状の反射面３８ａを有することが望ましい。
【００２８】
レーザーチップ３２を発振させるための第２波長の光を放出するポンプレーザー３４は、レーザーチップ３２から放出される第１波長の光路に対してほぼ垂直に配置されている。一般的に、ポンプレーザー３４の発振波長は、レーザーチップ３２の発振波長に比べて短いものを使用せねばならない。例えば、レーザーチップ３２から発振される光の波長（すなわち、第１波長）が１０６４ｎｍであれば、ポンプレーザー３４から発振される光の波長（すなわち、第２波長）は、約８０８ｎｍであることが適当である。
【００２９】
ポンプレーザーから放出される光ポンピング用光が、レーザーチップに直接に入射される従来の技術とは異なり、本発明に係るＶＥＣＳＥＬ３０では、波長選択性ミラー３６を介して光ポンピング用光がレーザーチップ３２に入射する。図４に示すように、波長選択性ミラー３６は、レーザーチップ３２と外部ミラー３８との間に配置されており、側面に垂直に配置されたポンプレーザー３４と対向している。波長選択性ミラー３６は、ポンプレーザー３４から放出された第２波長の光をレーザーチップ３２に反射させ、レーザーチップ３２から放出された第１波長の光を透過させる役割を担う。例えば、波長選択性ミラー３６は、第１波長の光に対して反射防止特性を有し、第２波長の光に対して反射特性を有するコーティング層をガラスの表面に形成することによって製作され得る。さらに望ましくは、ガラスの代りに、第１波長の光のみを通過させる複屈折フィルタを用いて波長選択性ミラー３６を製作することが望ましい。一般的に、レーザーチップ３２から放出される光は、第１波長を中心波長とする比較的に広域のスペクトルを有するので、さらに高品質のレーザービームを出力するためには、複屈折フィルタを用いて第１波長の光のみを濾過するか、少なくともスペクトルの帯域幅を狭める必要がある。
【００３０】
また、波長選択性ミラー３６とレーザーチップ３２との間の光路には、ポンプレーザー３４から放出された第２波長の光ポンピング用光をレーザーチップ３２上にフォーカシングする光学素子３５が配置されている。例えば、光学素子３５として凸レンズを使用でき、その外に複数のレンズから構成されたレンズ群のように、他の種類の光学素子を使用しても良い。光学素子３５は、また、レーザーチップ３２から放出された第１波長の光を、外部ミラー３８と波長選択性ミラー３６との間の光路上にフォーカシングする役割を行う。この場合、レーザーチップ３２から放出された第１波長の光ビームの半径は、図５に示すグラフの通りである。すなわち、レーザーチップ３２から放出された光は、若干の発散性を有するので、ビームの半径が次第に大きくなり、光学素子３５により収斂されて、外部ミラー３８と波長選択性ミラー３６との間の所定の位置でビームの半径が最小となる。
【００３１】
図４及び図５に示すように、レーザーチップ３２から放出された第１波長の光ビームの半径が最小となる外部ミラー３８と波長選択性ミラー３６との間の位置にＳＨＧ結晶３７を配置できる。前述したように、ＳＨＧ結晶３７は、レーザーチップ３２から放出された第１波長の光の周波数を２倍に変更して、第３波長の光にする役割を行う。例えば、レーザーチップ３２から放出された光の波長（すなわち、第１波長）が１０６４ｎｍである場合、ＳＨＧ結晶３７により変更された光の波長（すなわち、第３波長）は、５３２ｎｍになる。したがって、ＳＨＧ結晶３７を利用すれば、赤外線領域の波長を可視光線領域の波長に変えて出力できる。一般的に、ＳＨＧ結晶３７の光波長の変換効率は、入射光のエネルギー密度に比例する特性を有する。したがって、本発明の望ましい実施形態のように、第１波長のビームの半径が最小となる位置にＳＨＧ結晶３７を配置することによって、ＳＨＧ結晶３７の光波長の変換効率を最適にすることができる。
【００３２】
一方、本発明の望ましい実施形態によれば、レーザーチップ３２から放出された第１波長の光と、ポンプレーザー３４から放出された第２波長の光と、ＳＨＧ結晶３７で変化した第３波長が光とがそれぞれ所定の光路に沿って進行できるように、波長選択性ミラー３６、ＳＨＧ結晶３７及び外部ミラー３８の表面には、それぞれ適切なコーティング層が形成されている。例えば、波長選択性ミラー３６のレーザーチップ側の表面３６ａには、第１波長の光に対しては反射防止（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ：ＡＲ）特性を有し、第２波長の光に対しては高反射（Ｈｉｇｈ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ：ＨＲ）特性を有するコーティング層が形成されており、波長選択性ミラー３６のＳＨＧ結晶側の表面３６ｂには、第１波長の光に対して反射防止ＡＲの特性を有し、第３波長の光に対して高反射ＨＲの特性を有するコーティング層が形成され得る。そして、ＳＨＧ結晶３７の両側面３７ａ，３７ｂには、第１波長及び第３波長の光に対して何れも反射防止ＡＲの特性を有するコーティング層が形成され、外部ミラー３８の凹状の反射面３８ａには、第１波長及び第３波長の光に対して何れも高反射ＨＲの特性を有するコーティング層が形成され得る。このようなコーティング層は、屈折率のそれぞれ異なる複数の材料を複数層に積層して形成され得るが、公知の技術によって材料の種類及び積層の厚さなどを適切に選択することによって、必要とする光学的な特性（例えば、反射される光の波長、透過される光の波長、反射率、透過率など）が容易に得られる。
【００３３】
このような構造のＶＥＣＳＥＬ３０で、ポンプレーザー３４から放出された第２波長の光ポンピング用光は、波長選択性ミラー３６で反射された後、光学素子３５を介してレーザーチップ３２上にフォーカシングされる。それにより、レーザーチップ３２の活性層３２ｂが励起されつつ、第１波長の光を放出する。レーザーチップ３２から放出された第１波長の光は、光学素子３５を通過した後、波長選択性ミラー３６を透過してＳＨＧ結晶３７に入射する。ＳＨＧ結晶３７に入射した光は、波長が１／２に短くなった第３波長に変換される。このとき、第１波長の光が全て第３波長に変換されるのではないため、ＳＨＧ結晶３７から出射される光は、第１波長の光と第３波長の光とが混合された状態である。前記第１波長及び第３波長の光は、外部ミラー３８により反射されて、再びＳＨＧ結晶３７に入射し、第１波長の光の一部が第３波長の光に変換される。その後、第１波長及び第３波長の光は、ＳＨＧ結晶３７から出射されて波長選択性ミラー３６に入射する。前述したように、波長選択性ミラー３６のＳＨＧ結晶側の表面は、第１波長の光は透過させ、第３波長の光は反射する性質を有する。したがって、第３波長の光は、波長選択性ミラー３６により側面に反射されて、レーザービームとして外部に出力される。また、第１波長の光は、波長選択性ミラー３６を透過してレーザーチップ３２に入射した後、ＤＢＲ層３２ａにより反射されて再び外部ミラー３８に向かって進む。
【００３４】
図６は、本発明の他の実施形態に係るＶＥＣＳＥＬの構造を示す断面図である。図６に示すように、本発明の他の実施形態に係るＶＥＣＳＥＬは、図４に示すＶＥＣＳＥＬと同じ構造を有するが、コーティング層の光学的な特性を異ならせることによって、外部ミラー３８を介してレーザービームを外部に放出させている。すなわち、ヒートシンク３１、レーザーチップ３２、熱拡散器３３、ポンプレーザー３４、光学素子３５、波長選択性ミラー３６、ＳＨＧ結晶３７及び外部ミラー３８の構造及び配置は、図４のＶＥＣＳＥＬと関連して説明したものと同じである。
【００３５】
例えば、図６のＶＥＣＳＥＬで、波長選択性ミラー３６のレーザーチップ側の表面３６ａには、第１波長の光に対しては反射防止ＡＲの特性を有し、第２波長の光に対しては高反射ＨＲの特性を有するコーティング層が形成されており、波長選択性ミラー３６のＳＨＧ結晶側の表面３６ｂには、第１波長の光に対して反射防止ＡＲの特性を有するコーティング層が形成され得る。そして、ＳＨＧ結晶３７の波長選択性ミラー側の表面３７ａには、第１波長の光に対して反射防止ＡＲの特性を有し、第３波長の光に対して高反射ＨＲの特性を有するコーティング層が形成されており、外部ミラー側の表面３７ｂには、第１波長及び第３波長の光に対して何れも反射防止ＡＲの特性を有するコーティング層が形成されている。また、外部ミラー３８の凹状の反射面３８ａには、第１波長の光に対して高反射ＨＲの特性を有し、第３波長の光に対して反射防止ＡＲの特性を有するコーティング層が形成されている。
【００３６】
図６のＶＥＣＳＥＬで、ポンプレーザー３４から放出された第２波長の光ポンピング用光は、波長選択性ミラー３６で反射された後、光学素子３５を介してレーザーチップ３２上にフォーカシングされる。それにより、レーザーチップ３２の活性層３２ｂが励起されつつ第１波長の光を放出する。レーザーチップ３２から放出された第１波長の光は、光学素子３５を通過した後、波長選択性ミラー３６を透過してＳＨＧ結晶３７に入射する。ＳＨＧ結晶３７に入射した光は、波長が１／２に短くなった第３波長に変換される。前述したように、第１波長の光が全て第３波長に変換されるのではないため、ＳＨＧ結晶３７から出射される光は、第１波長の光と第３波長の光とが混合された状態である。その後、ＳＨＧ結晶３７から出射された第１波長及び第３波長の光は、外部ミラー３８に入射される。コーティング層により、外部ミラー３８の反射面３８ａは、第１波長の光に対しては高反射の特性を有し、第３波長の光に対しては透過特性を有する。したがって、第１波長の光は反射されて、ＳＨＧ結晶３７に入射し、第３波長の光は、レーザービームとして外部に出力される。ＳＨＧ結晶３７に再入射した第１波長の光の一部は、再び第３波長の光に変換される。一方、ＳＨＧ結晶３７の波長選択性ミラー側の表面３７ａには、第１波長の光に対して反射防止ＡＲの特性を有し、第３波長の光に対して高反射ＨＲの特性を有するコーティング層が形成されている。したがって、第１波長の光は、ＳＨＧ結晶３７及び波長選択性ミラー３６を透過してレーザーチップ３２に入射し、第３波長の光は、ＳＨＧ結晶３７の波長選択性ミラー側の表面３７ａで反射されて、外部ミラー３８を介して外部に出力される。
【００３７】
図７は、本発明にさらに他の実施形態に係るＶＥＣＳＥＬの構造を示す断面図である。前述した実施形態のＶＥＣＳＥＬと比較すると、図７に示すＶＥＣＳＥＬは、ＳＨＧ結晶を使用しないという点で異なり、他の構造は全て同じである。図７のＶＥＣＳＥＬの場合には、ＳＨＧ結晶を使用しないため、ＳＨＧ結晶の位置に光を収斂させる必要はない。したがって、外部ミラー３８の反射面３８ａが平坦に形成されていても関係ない。また、ＳＨＧ結晶を使用しないため、レーザーチップ３２から発生した第１波長の光が、そのままレーザービームとして外部に出力される。このために、外部ミラー３８の反射面３８ａには、第１波長の光の一部を透過させて外部に出力し、残りの一部をレーザーチップ３２に向って反射する特性を有するコーティング層が形成されることが望ましい。また、波長選択性ミラー３６としては、第１波長の光に対して反射防止特性を有し、第２波長の光に対して反射特性を有するコーティング層が形成されているビームスプリッタを使用できる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、光ポンピング方式の面発光レーザーに関連した技術分野に好適に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】従来の光ポンピング方式のＶＥＣＳＥＬの構造を示す断面図である。
【図２】従来のＶＥＣＳＥＬの共振器の内部でビーム半径のサイズの変化を表すグラフである。
【図３】従来のさらに他のＶＥＣＳＥＬの構造を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るＶＥＣＳＥＬの構造を示す断面図である。
【図５】本発明に係るＶＥＣＳＥＬの共振器の内部でビーム半径のサイズの変化を表すグラフである。
【図６】本発明の他の実施形態に係るＶＥＣＳＥＬの構造を示す断面図である。
【図７】本発明のさらに他の実施形態に係るＶＥＣＳＥＬの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
３０ ＶＥＣＳＥＬ、
３１ ヒートシンク、
３２ レーザーチップ、
３２ａ ＤＢＲ層、
３２ｂ 活性層、
３３ 熱拡散器、
３４ ポンプレーザー、
３５ 光学素子、
３６ 波長選択性ミラー、
３６ａ レーザーチップ側の表面、
３６ｂ ＳＨＧ結晶側の表面、
３７ ＳＨＧ結晶、
３７ａ，３７ｂ ＳＨＧ結晶の両側面、
３８ 外部ミラー、
３８ａ 凹状の反射面。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ポンピング方式により第１波長の光を放出させるレーザーチップと、
前記レーザーチップから所定距離ほど離隔されて位置し、前記レーザーチップから発生した第１波長の光を前記レーザーチップに再び反射する外部ミラーと、
前記レーザーチップを発振させるための第２波長の光を放出するポンプレーザーと、
前記レーザーチップと前記外部ミラーとの間に配置されたものであって、前記ポンプレーザーから放出された第２波長の光を前記レーザーチップに反射させ、前記レーザーチップから放出された第１波長の光を透過させる波長選択性ミラーと、
前記波長選択性ミラーと前記レーザーチップとの間に配置されたものであって、第１波長の光を前記外部ミラーと前記波長選択性ミラーとの間の光路上にフォーカシングし、第２波長の光を前記レーザーチップ上にフォーカシングする光学素子と、を備えることを特徴とする面発光レーザー。
【請求項２】
前記外部ミラーと前記波長選択性ミラーとの間で第１波長の光がフォーカシングされる位置に配置されたものであって、前記レーザーチップから放出された第１波長の光の周波数を２倍に変更して、第３波長の光にするＳＨＧ結晶をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザー。
【請求項３】
前記波長選択性ミラーは、第１波長の光のみを通過させる複屈折フィルタであり、前記波長選択性ミラーのレーザーチップ側の表面には、第１波長の光に対して反射防止特性を有し、第２波長の光に対して反射特性を有するコーティング層が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の面発光レーザー。
【請求項４】
前記波長選択性ミラーのＳＨＧ結晶側の表面には、第１波長の光に対して反射防止特性を有し、第３波長の光に対して反射特性を有するコーティング層が形成されることによって、第３波長の光を光路に対して垂直方向に外部に出力することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の面発光レーザー。
【請求項５】
前記ＳＨＧ結晶の両側の表面には、第１波長及び第３波長の光に対して何れも反射防止特性を有するコーティング層が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の面発光レーザー。
【請求項６】
前記外部ミラーは、凹状の反射面を有し、前記外部ミラーの凹状の反射面には、第１波長及び第３波長の光に対して何れも反射特性を有するコーティング層が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の面発光レーザー。
【請求項７】
前記波長選択性ミラーのＳＨＧ結晶側の表面には、第１波長の光に対して反射防止特性を有するコーティング層が形成されたことを特徴とする請求項２項または請求項３に記載の面発光レーザー。
【請求項８】
前記ＳＨＧ結晶の波長選択性ミラー側の表面には、第１波長の光に対して反射防止特性を有し、第３波長の光に対して反射特性を有するコーティング層が形成されており、外部ミラー側の表面には、第１波長及び第３波長の光に対して何れも反射防止特性を有するコーティング層が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の面発光レーザー。
【請求項９】
前記外部ミラーは、凹状の反射面を有し、前記外部ミラーの凹状の反射面には、第１波長の光に対して反射特性を有し、第３波長の光に対して反射防止特性を有するコーティング層が形成されることによって、第３波長の光を前記外部ミラーを通じて外部に出力することを特徴とする請求項８に記載の面発光レーザー。
【請求項１０】
前記波長選択性ミラーは、第１波長の光に対して反射防止特性を有し、第２波長の光に対して反射特性を有するコーティング層がレーザーチップ側の表面に形成されているビームスプリッタであることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザー。
【請求項１１】
前記外部ミラーは、平坦な反射面を有し、前記外部ミラーの平坦な反射面には、第１波長の光の一部を透過させて外部に出力し、残りの一部を前記レーザーチップに向って反射するように、コーティング層が形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の面発光レーザー。
【請求項１２】
前記レーザーチップから発生する熱を外部に放出するために、前記レーザーチップの底面に配置されたヒートシンク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３、請求項５、請求項６、請求項８ないし請求項１１のうち何れか１項に記載の面発光レーザー。
【請求項１３】
前記レーザーチップから発生する熱を前記ヒートシンクに伝達するために、前記レーザーチップの上面に配置された熱拡散器をさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の面発光レーザー。
【請求項１】
光ポンピング方式により第１波長の光を放出させるレーザーチップと、
前記レーザーチップから所定距離ほど離隔されて位置し、前記レーザーチップから発生した第１波長の光を前記レーザーチップに再び反射する外部ミラーと、
前記レーザーチップを発振させるための第２波長の光を放出するポンプレーザーと、
前記レーザーチップと前記外部ミラーとの間に配置されたものであって、前記ポンプレーザーから放出された第２波長の光を前記レーザーチップに反射させ、前記レーザーチップから放出された第１波長の光を透過させる波長選択性ミラーと、
前記波長選択性ミラーと前記レーザーチップとの間に配置されたものであって、第１波長の光を前記外部ミラーと前記波長選択性ミラーとの間の光路上にフォーカシングし、第２波長の光を前記レーザーチップ上にフォーカシングする光学素子と、を備えることを特徴とする面発光レーザー。
【請求項２】
前記外部ミラーと前記波長選択性ミラーとの間で第１波長の光がフォーカシングされる位置に配置されたものであって、前記レーザーチップから放出された第１波長の光の周波数を２倍に変更して、第３波長の光にするＳＨＧ結晶をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザー。
【請求項３】
前記波長選択性ミラーは、第１波長の光のみを通過させる複屈折フィルタであり、前記波長選択性ミラーのレーザーチップ側の表面には、第１波長の光に対して反射防止特性を有し、第２波長の光に対して反射特性を有するコーティング層が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の面発光レーザー。
【請求項４】
前記波長選択性ミラーのＳＨＧ結晶側の表面には、第１波長の光に対して反射防止特性を有し、第３波長の光に対して反射特性を有するコーティング層が形成されることによって、第３波長の光を光路に対して垂直方向に外部に出力することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の面発光レーザー。
【請求項５】
前記ＳＨＧ結晶の両側の表面には、第１波長及び第３波長の光に対して何れも反射防止特性を有するコーティング層が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の面発光レーザー。
【請求項６】
前記外部ミラーは、凹状の反射面を有し、前記外部ミラーの凹状の反射面には、第１波長及び第３波長の光に対して何れも反射特性を有するコーティング層が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の面発光レーザー。
【請求項７】
前記波長選択性ミラーのＳＨＧ結晶側の表面には、第１波長の光に対して反射防止特性を有するコーティング層が形成されたことを特徴とする請求項２項または請求項３に記載の面発光レーザー。
【請求項８】
前記ＳＨＧ結晶の波長選択性ミラー側の表面には、第１波長の光に対して反射防止特性を有し、第３波長の光に対して反射特性を有するコーティング層が形成されており、外部ミラー側の表面には、第１波長及び第３波長の光に対して何れも反射防止特性を有するコーティング層が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の面発光レーザー。
【請求項９】
前記外部ミラーは、凹状の反射面を有し、前記外部ミラーの凹状の反射面には、第１波長の光に対して反射特性を有し、第３波長の光に対して反射防止特性を有するコーティング層が形成されることによって、第３波長の光を前記外部ミラーを通じて外部に出力することを特徴とする請求項８に記載の面発光レーザー。
【請求項１０】
前記波長選択性ミラーは、第１波長の光に対して反射防止特性を有し、第２波長の光に対して反射特性を有するコーティング層がレーザーチップ側の表面に形成されているビームスプリッタであることを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザー。
【請求項１１】
前記外部ミラーは、平坦な反射面を有し、前記外部ミラーの平坦な反射面には、第１波長の光の一部を透過させて外部に出力し、残りの一部を前記レーザーチップに向って反射するように、コーティング層が形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の面発光レーザー。
【請求項１２】
前記レーザーチップから発生する熱を外部に放出するために、前記レーザーチップの底面に配置されたヒートシンク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３、請求項５、請求項６、請求項８ないし請求項１１のうち何れか１項に記載の面発光レーザー。
【請求項１３】
前記レーザーチップから発生する熱を前記ヒートシンクに伝達するために、前記レーザーチップの上面に配置された熱拡散器をさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の面発光レーザー。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−３４４９７３（Ｐ２００６−３４４９７３Ａ）
【公開日】平成１８年１２月２１日（２００６．１２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１５８７７８（Ｐ２００６−１５８７７８）
【出願日】平成１８年６月７日（２００６．６．７）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月２１日（２００６．１２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月７日（２００６．６．７）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【Ｆターム（参考）】
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