平面導波路型レーザ装置
【課題】熱分布の発生を抑制して、ビーム品質を高めることができるようにする。
【解決手段】入射面２ａから励起光６を導入して、その励起光６を伝搬させる平板状の励起光導入部２と、励起光導入部２より高い屈折率を有しており、その励起光導入部２により伝搬された励起光６を導入する入射面が、その励起光導入部２の下面２ｃに接合され、その入射面から導入した励起光６を吸収して利得を発生する平板状のレーザ媒質１とを備え、その励起光導入部２における励起光６の入射方向の長さがレーザ媒質１より長く、その励起光導入部２の入射面２ａ付近にはレーザ媒質１が接合されていないように構成する。
【解決手段】入射面２ａから励起光６を導入して、その励起光６を伝搬させる平板状の励起光導入部２と、励起光導入部２より高い屈折率を有しており、その励起光導入部２により伝搬された励起光６を導入する入射面が、その励起光導入部２の下面２ｃに接合され、その入射面から導入した励起光６を吸収して利得を発生する平板状のレーザ媒質１とを備え、その励起光導入部２における励起光６の入射方向の長さがレーザ媒質１より長く、その励起光導入部２の入射面２ａ付近にはレーザ媒質１が接合されていないように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、加工用レーザ装置やプロジェクションテレビなどの光源に好適な平面導波路構造を有する平面導波路型レーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
平面導波路型レーザ装置は、レーザ光の進行方向に伸長されている薄い平板状のレーザ媒質の上下両面が、そのレーザ媒質より屈折率が低いクラッドによって挟み込まれた構造を有しており、そのレーザ媒質が導波路としても機能する。
図１４は以下の特許文献１に開示されている平面導波路型レーザ装置を示す構成図である。
図１４の平面導波路型レーザ装置では、レーザ媒質１０１より屈折率が低い物質であるクラッド１０２がレーザ媒質１０１の上面に配置され、クラッド１０２より屈折率が低い物質であるクラッド１０３がクラッド１０２の上面に配置されている。
また、レーザ媒質１０１より屈折率が低い物質であるクラッド１０４がレーザ媒質１０１の下面に配置されている。
ただし、クラッド１０３，１０４が配置されない場合もあり、その場合には空気がクラッドの役割を担う。
【０００３】
レーザ媒質１０１及びクラッド１０２には励起光が入射される。ただし、励起光は、レーザ媒質１０１及びクラッド１０２の端面に対して角度がつけられて入射される。
入射された励起光は、クラッド１０２とクラッド１０３の界面や、レーザ媒質１０１とクラッド１０４の界面で、全反射を繰り返しながら、レーザ媒質１０１及びクラッド１０２内を伝搬する。
以上のようなダブルクラッド構造を有することで、クラッド１０２内ではレーザ光が利得を得ることがないため、所望のレーザ光と異なる光路を通る寄生発振を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２７７９４３号公報（段落番号［０００８］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の平面導波路型レーザは以上のように構成されているので、励起光がレーザ媒質１０１及びクラッド１０２の端面に対して角度がつけられて入射され、入射された励起光が、クラッド１０２とクラッド１０３の界面や、レーザ媒質１０１とクラッド１０４の界面で、全反射を繰り返しながら、レーザ媒質１０１及びクラッド１０２内を伝搬する。そのため、レーザ媒質１０１の中で、励起される領域が飛び飛びになって、レーザ媒質１０１内に熱分布が発生し、熱レンズ効果によってビーム品質が劣化することがある課題があった。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、熱分布の発生を抑制して、ビーム品質を高めることができる平面導波路型レーザを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る平面導波路型レーザ装置は、入射面から励起光を導入して、その励起光を伝搬させる平板状の励起光導入部と、励起光導入部より高い屈折率を有しており、その励起光導入部により伝搬された励起光を導入する入射面が、その励起光導入部における厚さ方向と垂直な面に接合され、その入射面から導入した励起光を吸収して利得を発生する平板状のレーザ媒質とを備え、その励起光導入部における励起光の入射方向の長さがレーザ媒質より長く、その励起光導入部における励起光の入射面付近にはレーザ媒質が接合されていないように構成したものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、入射面から励起光を導入して、その励起光を伝搬させる平板状の励起光導入部と、励起光導入部より高い屈折率を有しており、その励起光導入部により伝搬された励起光を導入する入射面が、その励起光導入部における厚さ方向と垂直な面に接合され、その入射面から導入した励起光を吸収して利得を発生する平板状のレーザ媒質とを備え、その励起光導入部における励起光の入射方向の長さがレーザ媒質より長く、その励起光導入部における励起光の入射面付近にはレーザ媒質が接合されていないように構成したので、熱分布の発生を抑制して、ビーム品質を高めることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１による平面導波路型レーザ装置を示す構成図である。
【図２】励起光の入射方向と垂直な方向にレーザ光の光軸を取った場合のレーザ光の光路を示す模式図である。
【図３】レーザ光がレーザ媒質の中をジグザグに折り返す場合のレーザ光の光路を示す模式図である。
【図４】この発明の実施の形態１による平面導波路型レーザ装置で寄生発振を抑制する構造の一例を示す模式図である。
【図５】この発明の実施の形態１による平面導波路型レーザ装置で寄生発振を抑制する構造の一例を示す模式図である。
【図６】この発明の実施の形態１による平面導波路型レーザ装置で寄生発振を抑制する構造の一例を示す模式図である。
【図７】周回モードの一例を示す模式図である。
【図８】この発明の実施の形態２による平面導波路型レーザ装置をレーザ増幅器として用いた場合のレーザ光の光路の一例を示す模式図である。
【図９】この発明の実施の形態１，２による平面導波路型レーザ装置における周回モード及びクラッド外部伝搬光の光路の一例を示す模式図である。
【図１０】この発明の実施の形態３による平面導波路型レーザ装置を示す構成図である。
【図１１】この発明の実施の形態４による平面導波路型レーザ装置における励起光の入射方法を示す模式図である。
【図１２】この発明の実施の形態５による平面導波路型レーザ装置を示す上面図である。
【図１３】この発明の実施の形態５による平面導波路型レーザ装置を示す断面図である。
【図１４】特許文献１に開示されている平面導波路型レーザ装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による平面導波路型レーザ装置を示す構成図である。
図１において、レーザ媒質１は励起光導入部２より高い屈折率を有している平板形状の部材であり、励起光導入部２により伝搬された励起光６を導入する入射面が、励起光導入部２の下面２ｃ（励起光導入部２における厚さ方向と垂直な面）に接合され、その入射面から導入した励起光６を吸収して利得を発生する。
ただし、励起光導入部２における励起光６の入射方向の長さがレーザ媒質１より長く、励起光導入部２における励起光６の入射面２ａ付近にはレーザ媒質１が接合されないように構成される。
レーザ媒質１と励起光導入部２は、オプティカルコンタクト、拡散接合、表面活性化接合などによって光学的に接合される。
【００１１】
レーザ媒質１としては、一般的な固体レーザ材料を用いることができる。例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：Ｇｌａｓｓ、Ｎｄ：ＹＶＯ４、Ｎｄ：ＧｄＶＯ４、Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＹＬＦ、Ｙｂ：ＫＧＷ、Ｅｒ：Ｇｌａｓｓ、Ｅｒ：ＹＡＧ、Ｔｍ：ＹＡＧ、Ｔｍ：ＹＬＦ、Ｈｏ：ＹＡＧ、Ｈｏ：ＹＬＦ、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦなどを用いることができる。
【００１２】
励起光導入部２は平板形状をなしており、入射面２ａから励起光６を導入して、その励起光６を伝搬させる部材である。
励起光導入部２としては、レーザ媒質１より屈折率が低い材料が用いられる。
例えば、レーザ媒質１のホスト材料やガラス材料などが用いられる。
励起光導入部２はレーザ光をレーザ媒質１内に閉じ込めるために、レーザ光に対するクラッドとしての役割を担っている。
【００１３】
クラッド３は励起光導入部２より屈折率が小さい部材であり、励起光導入部２の上面２ｂに接合されている。
励起光導入部２の上面２ｂに対するクラッド３の接合は、例えば、オプティカルコンタクトや拡散接合などで直接接合してもよいし、スパッタ法、蒸着法やＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｃｕｕｍ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などを用いることで成膜するようにしてもよい。
【００１４】
クラッド４はレーザ媒質１より屈折率が小さい部材であり、レーザ媒質１の下面に接合されている。
レーザ媒質１の下面に対するクラッド４の接合は、例えば、オプティカルコンタクトや拡散接合などで直接接合してもよいし、スパッタ法、蒸着法やＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｃｕｕｍ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などを用いることで成膜するようにしてもよい。
図１の例では、クラッド３，４が接合されているが、クラッド３，４が接合されていなくてもよく、クラッド３，４が接合されていない場合は、空気がクラッドの役割を担う。
レーザ光に対しては、レーザ媒質１がコア、励起光導入部２及びクラッド４がクラッドとなる平面導波路構造を構成している。
【００１５】
励起光６はレーザ媒質１で利得を発生させるために入射するものであり、励起光６の光源としては、高出力な半導体レーザを用いてもよいし、ファイバー出力の励起光源を用いてもよい。
また、複数の半導体レーザがバー状に配置されているＬＤバーを用いてもよいし、複数のＬＤバーが積層されているスタックＬＤを用いてもよい。
なお、励起光導入部２の入射面２ａから導入された励起光６の入射方向にあるレーザ媒質１の面は荒らし面５となっている。
【００１６】
次に動作について説明する。
まず、図示せぬ光源から出射された励起光６が、励起光導入部２の入射面２ａから導入される。
励起光６の入射角度は、励起光導入部２とクラッド３の臨界角と、レーザ媒質１とクラッド４の臨界角のうち、大きい方の臨界角をθとしたとき、励起光６の励起光導入部２内部でのｚ方向に対する伝搬角が、９０°−θ以下となるようにする。
なお、効率よく励起光６を励起光導入部２に導入させるために、図示せぬレンズなどの光学部品を用いて、励起光６を集光してから入射させてもよい。
また、励起光導入部２の入射面２ａを、励起光６の入射角度に合わせて、ｙ軸方向に対して傾斜をつけてもよい。
【００１７】
励起光導入部２に導入された励起光６は、全反射を繰り返しながら、励起光導入部２の内部を伝搬する。
このとき、励起光６は広がりを持つため、励起光導入部２の内部を伝搬していくにしたがって励起光導入部２の内部において均一に広がっていくようになる。
したがって、励起光６がレーザ媒質１に到達するまでに、励起光導入部２の内部に均一に分布されていれば、レーザ媒質１は均一に励起されることになる。
【００１８】
図１の平面導波路型レーザ装置では、励起光導入部２における励起光６の入射面２ａ付近にはレーザ媒質１が接合されておらず、励起光導入部２の入射面２ａ付近がレーザ媒質１より飛び出している形状になっているが、この飛び出している部分の長さが長いほど、励起光６が広がって均一に分布され易くなる。
図１では、励起光６が図中左側から入射される例を示しているが、図中右側から入射されてもよく、両側から励起光６が入射される方が、レーザ媒質１における励起光６の分布がより均一になる。
【００１９】
レーザ媒質１は、励起光導入部２により伝搬された励起光６を導入すると、その励起光６を吸収して利得を発生する。
これにより、レーザ光の光軸に沿って進行する自然放出光を種として、誘導放出によってレーザ光を発生する。
ここで、コアとなるレーザ媒質１の屈折率が、クラッドとなる励起光導入部２及びクラッド４（クラッド４が接合されていない場合は空気）の屈折率より大きいため、コア（レーザ媒質１）とクラッド（励起光導入部２、クラッド４）との界面で、全反射条件を満たす成分がコア内に閉じ込められて、導波モードとして伝搬する。
【００２０】
ここで、レーザ媒質１内を通るレーザ光の光路について説明する。
図２は励起光６の入射方向と垂直な方向にレーザ光７の光軸を取った場合のレーザ光の光路を示す模式図である。
図２に示すように、レーザ媒質１のレーザ光７の光軸に垂直な面のうち、一方の面（図中、下側の面）に全反射鏡８を配置し、もう一方の面（図中、上側の面）に部分反射鏡９を配置すると、全反射鏡８と部分反射鏡９との間でレーザ発振し、部分反射鏡９からレーザ光７の一部が出力される。
この全反射鏡８及び部分反射鏡９は、レーザ媒質１におけるレーザ光７の光軸に垂直な面に対して、誘電体膜又は金属膜を直接成膜することによって実現してもよい。
【００２１】
図３はレーザ光７がレーザ媒質１の中をジグザグに折り返す場合のレーザ光の光路を示す模式図である。
図３の例では、レーザ媒質１のｘ軸方向に垂直な２つの面（図中、上側の面と下側の面）は、平行に配置されておらず、ある角度で配置されている。
このため、図３の例では、レーザ光がｘ軸方向に垂直な２つの面で反射を繰り返しながら進むため、ジグザグに折り返す光路となる。
【００２２】
レーザ媒質１のｘ軸方向に垂直な２つの面に対するレーザ光７の入射角は、レーザ光７の出射口から遠ざかるにしたがって、１回折り返す度にレーザ媒質１のｘ軸方向に垂直な２つの面の角度分だけ小さくなり、最終的には９０°で入射して元の光路と同じ光路を戻っていくようになる。
図３の例では、レーザ光７の出射口には全透過膜１０が施されており、レーザ光７の出射口以外のｘ軸方向に垂直な２つの面には全反射鏡８が配置されており、さらに、出射したレーザ光７に対して垂直に部分反射鏡１１が配置されている。
最終的には９０°で入射して元の光路に戻るためには、レーザ光７の出射口におけるレーザ媒質１内でのレーザ光７の角度が、レーザ媒質１のｘ軸方向に垂直な２つの面の角度の整数倍である必要がある。そのため、レーザ光７の出射口におけるレーザ媒質１内でのレーザ光７の角度が、レーザ媒質１のｘ軸方向に垂直な２つの面の角度の整数倍となるように、部分反射鏡１１の角度が調整される。
【００２３】
なお、図３の全反射鏡８は、図２の全反射鏡８と同様に、レーザ媒質１の端面に対して、誘電体膜又は金属膜を直接成膜することによって実現してもよい。
以上がレーザ光７の光路の一例であり、レーザ媒質１内を通る光路であれば、どのような光路であってもよい。
【００２４】
ここで、所望のレーザ光７と異なる光路を通り、発振する光は寄生発振と呼ばれる。
レーザ媒質１と励起光導入部２との界面での全反射条件は満たさないが、励起光導入部２とクラッド３との界面での全反射条件と、レーザ媒質１とクラッド４との界面での全反射条件とを満たす光は、レーザ媒質１と励起光導入部２の中に閉じ込められて、寄生発振となる。
ただし、励起光導入部２内は利得がないため、レーザ媒質１と励起光導入部２の中を導波する光の増幅は抑制され、上記の寄生発振は抑制することができる。
【００２５】
図３の符号１２は周回モードの光路の一例である。
レーザ媒質１のｘ軸方向に垂直な２つの面で反射を繰り返し、さらに、レーザ媒質１のｚ方向に垂直な面で全反射することで元の光路に戻る。
このような周回モード１２の光は外に取り出すことができず、レーザ媒質１内を周回して、利得を奪いながら増幅されるため、所望のレーザ光７の出力が低下する。
この実施の形態１では、周回モード１２を抑制するために、レーザ媒質１のｚ方向に垂直な面を荒らし面５としている。
レーザ媒質１のｚ方向に垂直な面を荒らし面５とすることで、レーザ媒質１のｚ方向に垂直な面への入射光が反射せずに散乱するため、周回モード１２を抑制することができる。
【００２６】
ここでは、周回モード１２を抑制するために、レーザ媒質１のｚ方向に垂直な面を荒らし面５としている例を示したが、荒らし面５の代わりに、レーザ光７を吸収する吸収層を設けてもよい。
吸収層はレーザ光７を吸収することができる材料であればよく、クロム（Ｃｒ）やチタン（Ｔｉ）などを用いることができる。
また、レーザ媒質１のｚ方向に垂直な面を荒らし面５にして、その荒らし面５の上に吸収層を設けてもよい。
【００２７】
上記の寄生発振の他に、レーザ媒質１のｚ方向に垂直な２つの面の間で発振するような寄生発振なども発生する。
図３の符号１３はレーザ媒質１のｚ方向に垂直な２つの面の間で発振する寄生発振の一例である。
このような寄生発振１３を抑制するためには、レーザ媒質１のｚ方向に垂直な２面が平行でなければよい。
図４はこの発明の実施の形態１による平面導波路型レーザ装置で寄生発振を抑制する構造の一例を示す模式図である。
図４の例では、レーザ媒質１のｚ方向に垂直な２つの面がｙ方向に対して傾斜がつけられている。
図４の例では、２つの面がｙ方向に対して傾斜がつけられているが、一方の面だけがｙ方向に対して傾斜がつけられていてもよい。
ｚ方向に垂直な２面が互いに平行でないため、レーザ媒質１のｚ方向に垂直な面で反射した光は、元の光路と異なる方向に反射されるため、寄生発振１３を抑制することができる。
【００２８】
ここでは、レーザ媒質１のｚ方向に垂直な２つの面がｙ方向に対して傾斜がつけられているものを示したが、レーザ媒質１のｚ方向に垂直な２つの面がｘ方向に対して傾斜がつけられていてもよい。
図５はこの発明の実施の形態１による平面導波路型レーザ装置で寄生発振を抑制する構造の一例を示す模式図である。
図５の例では、レーザ媒質１のｚ方向に垂直な２つの面がｘ方向に対して傾斜がつけられている。
図５の例では、一方の面だけがｘ方向に対して傾斜がつけられているが、２つの面がｘ方向に対して傾斜がつけられていてもよい。
この場合も、ｚ方向に垂直な２面が互いに平行でないため、レーザ媒質１のｚ方向に垂直な面で反射した光は、元の光路と異なる方向に反射されるため、寄生発振１３を抑制することができる。
このように面に傾斜をつけた場合でも、その面を荒らし面としてもよいし、吸収層を設けてもよい。
【００２９】
また、周回モード１２や寄生発振１３を抑制する方法として、レーザ媒質１のｚ方向に垂直な面の外側の屈折率をレーザ媒質１とほぼ同じにして、光を透過させる方法もある。
即ち、図６に示すように、レーザ媒質１の屈折率と同じか、非常に近い屈折率を持ち、レーザ光７に利得を与えない物質からなる屈折率整合部１４をレーザ媒質１のｚ方向に垂直な面の外側（レーザ媒質１が接合されている励起光導入部２の面の中で、レーザ媒質１が接合されていない部分）に設ける方法がある。
屈折率整合部１４としては、例えば、レーザ媒質１のホスト材料などが用いられる。
レーザ媒質１と屈折率整合部１４は、例えば、オプティカルコンタクト、拡散接合、表面活性化接合などによって光学的に接合される。
【００３０】
レーザ媒質１のz方向に垂直な面の外側に屈折率整合部１４が設けられた場合、レーザ媒質１のｚ方向に垂直な面に入射された光は、そのまま屈折率整合部１４に透過する。
屈折率整合部１４内へ進入した光は利得を与えられないので、減衰していき、寄生発振を抑制することができる。
また、屈折率整合部１４を設けることで、励起光導入部２が飛び出している部分を保持することができ、励起光導入部２とレーザ媒質１の接合面のうち、レーザ媒質１と外部との境界付近の領域にかかる製造時の応力を緩和する効果もあり、製造時の割れや欠けなどを防止することができる。
【００３１】
レーザ媒質１と励起光導入部２をコアとする導波モードで伝搬する光のうち、ｘ軸方向に垂直な面に対して、レーザ媒質１又は励起光導入部２と外部（空気など）との界面での全反射条件を満たして入射する光は、レーザ媒質１内に閉じ込められて、周回モードとなる。
以下、このような周回モードを抑制する方法について説明する。
図７は周回モードの一例を示す模式図である。
コア（レーザ媒質１又は励起光導入部２）とクラッド（クラッド４又はクラッド３）との界面での入射角をθ１、コアとクラッドとの界面で反射した光のうち、レーザ媒質１又は励起光導入部２と外部（空気など）との界面への入射角をθ２とする。
周回モード１５を抑制するためには、入射角θ２が、レーザ媒質１と外部との界面における臨界角以下であれば全反射が起こらない。
【００３２】
入射角θ２が最大となるのは、入射角θ１が、レーザ媒質１とクラッド４との界面における臨界角と、励起光導入部２とクラッド３との界面における臨界角のうち、大きい方と同じになるときである。
ここで、レーザ媒質１の外部の屈折率がｎ０、レーザ媒質１の屈折率がｎ１、励起光導入部２の屈折率がｎ２、クラッド３の屈折率がｎ３、クラッド４の屈折率がｎ４であるとする。ただしｎ１，ｎ２＞ｎ３，ｎ４，ｎ０である。
また、レーザ媒質１とクラッド４との界面における臨界角がθ１ｃ、励起光導入部２とクラッド３との界面における臨界角がθ１ｃ’であるとする。
θ１ｃ＝ｓｉｎ−１（ｎ４／ｎ１）
θ１ｃ’＝ｓｉｎ−１（ｎ３／ｎ２）
【００３３】
（１）θ１ｃ＞θ１ｃ’である場合
レーザ媒質１と外部との界面での臨界角がθ２ｃ（＝ｓｉｎ−１（ｎ０／ｎ１））であるとすると、周回モード１５を抑制するためには、９０°−θ１ｃ＜θ２ｃであればよい。
即ち、屈折率が下記の関係を満たせばよい。
ｎ１ｓｉｎ（９０°−ｓｉｎ−１（ｎ０／ｎ１））＜ｎ４
ただし、ｎ４＜ｎ１であるため、周回モード１５を抑制する屈折率の関係は、下記のようになる。
ｎ１ｓｉｎ（９０°−ｓｉｎ−１（ｎ０／ｎ１））＜ｎ４＜ｎ１
【００３４】
（２）θ１ｃ＜θ１ｃ’である場合
励起光導入部２と外部との界面での臨界角がθ２ｃ（＝ｓｉｎ−１（ｎ０／ｎ２））であるとすると、周回モード１５を抑制するためには、９０°−θ１ｃ’＜θ２ｃであればよい。
即ち、屈折率が下記の関係を満たせばよい。
ｎ２ｓｉｎ（９０°−ｓｉｎ−１（ｎ０／ｎ２））＜ｎ３
ただしｎ３＜ｎ２であるため、周回モード１５を抑制する屈折率の関係は、下記のようになる。
ｎ２ｓｉｎ（９０°−ｓｉｎ−１（ｎ０／ｎ２））＜ｎ３＜ｎ２
【００３５】
例えば、臨界角の大きい方のクラッドにＳｉＯ２を用いて、外部を空気とする場合は、ｎ０＝１、ｎ３（またはｎ４）＝１．４５となるので、ＳｉＯ２に接合されているレーザ媒質１又は励起光導入部２の屈折率を１．４５〜１．７６にすれば、周回モード１５を抑制することができる。
また、臨界角の大きい方のクラッドにＡｌ２Ｏ３を用いて、外部を空気とする場合は、ｎ０＝１、ｎ３（またはｎ４）＝１．６となるので、Ａｌ２Ｏ３に接合されているレーザ媒質１又は励起光導入部２の屈折率を１．６〜１．８９にすれば、周回モード１５を抑制することができる。
【００３６】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、入射面２ａから励起光６を導入して、その励起光６を伝搬させる平板状の励起光導入部２と、励起光導入部２より高い屈折率を有しており、その励起光導入部２により伝搬された励起光６を導入する入射面が、その励起光導入部２の下面２ｃに接合され、その入射面から導入した励起光６を吸収して利得を発生する平板状のレーザ媒質１とを備え、その励起光導入部２における励起光６の入射方向の長さがレーザ媒質１より長く、その励起光導入部２の入射面２ａ付近にはレーザ媒質１が接合されていないように構成したので、熱分布の発生を抑制して、ビーム品質を高めることができる効果を奏する。
【００３７】
即ち、この実施の形態１によれば、励起光導入部２の励起光６の入射方向の長さがレーザ媒質１より長くなる構成をとることにより、励起光導入部２の入射面２ａから導入された励起光６は、励起光導入部２の飛び出している部分を伝搬しているうちに、広がって均一に分布する。そのため、レーザ媒質１に入射される際には励起光６の分布が均一になっており、レーザ媒質１が均一に励起されるようになる。
その結果、レーザ媒質１内での熱分布の発生が抑えられ、熱レンズ効果によるビーム品質の劣化を抑制することができる。また、熱分布が均一になるため、局所的な発熱も抑制することができ、信頼性が向上する。
【００３８】
また、この実施の形態１では、レーザ媒質１のｚ方向に垂直な面を荒らし面５としているので、周回モード１２を抑制することがきる。
さらに、この実施の形態１では、レーザ媒質１の外部の屈折率がｎ０、レーザ媒質１の屈折率がｎ１、励起光導入部２の屈折率がｎ２、クラッド３の屈折率がｎ３、クラッド４の屈折率がｎ４であるとき、ｎ１ｓｉｎ（９０°−ｓｉｎ−１（ｎ０／ｎ１））＜ｎ４＜ｎ１、または、ｎ２ｓｉｎ（９０°−ｓｉｎ−１（ｎ０／ｎ２））＜ｎ３＜ｎ２を満たす材料を選ぶことで、周回モード１５を抑制することができる。
こういった周回モード１２，１５を抑制することにより、効率よく所望のレーザ光を増幅させることができる。
【００３９】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、レーザ発振について説明したが、励起されたレーザ媒質１に別のレーザ光を通過させ、そのレーザ光を増幅させるレーザ増幅器に適用することもできる。
レーザ増幅器として用いる場合、入射レーザ光によって出力を制御することができる。
例えば、ビーム品質、波長、パルス形状などを制御することができ、応用分野が広がる。
【００４０】
図８はこの発明の実施の形態２による平面導波路型レーザ装置をレーザ増幅器として用いた場合のレーザ光の光路の一例を示す模式図である。
導波路構造や励起光の入射方法などは、上記実施の形態１と同様である。
以下、平面導波路型レーザ装置をレーザ増幅器として用いる場合の動作について説明する。
【００４１】
レーザ媒質１は、入射された励起光６を吸収して利得を発生する。
このとき、レーザ媒質１の外部からレーザ光７が入射されると、誘導放出によって、入射されたレーザ光７が増幅される。
レーザ媒質１のｘ軸方向に垂直な２つの面（図８では、この２つの面は平行に配置されておらず、厳密にはｘ軸方向に垂直な面ではない）において、レーザ光７を入射する領域や出射させる領域には、全透過膜１０が施されており、その他領域には、全反射鏡８が配置されている。この全反射鏡８は、レーザ媒質１の端面に対して、誘電体膜又は金属膜を直接成膜することによって実現してもよい。
【００４２】
レーザ媒質１に入射されたレーザ光７は、ｘ軸方向に垂直な２つの面で反射を繰り返しながら進行することで、ジグザグに折り返す光路となる。
ｘ軸方向に垂直な２つの面へのレーザ光７の入射角は、レーザ光７の入射口から遠ざかるにしたがって、１回折り返す度にレーザ媒質１のｘ軸方向に垂直な２つの面の角度分だけ小さくなり、最終的には折り返して戻ってくる。
このとき、レーザ光７の復路が往路と重ならずに、レーザ光７が入射された面と対向する面から、レーザ光７が出射されるように、レーザ光７の入射角度が調節される。
これにより、利得を持ったレーザ媒質１内をレーザ光７が隙間なく通ることができるため、高い増幅率が得られる。
【００４３】
図８に示すレーザ光７の光路は一例であり、レーザ媒質１の中を通れば、どのような光路でもよい。
図８では、レーザ媒質１のｘ軸方向に垂直な２つの面が、平行に配置されておらず、ある角度で配置されている形状について説明したが、この形状に限るものではない。
【００４４】
この実施の形態２によれば、上記実施の形態１と同様に、励起分布の均一化を図ることができるほか、レーザ増幅器として用いることで、入射されたレーザ光７によって、出力のビーム品質、波長、パルス形状などを制御することが可能となり、応用分野が広がる効果が得られる。
【００４５】
実施の形態３．
上記実施の形態１，２では、クラッド３，４が設けられているものを示したが、クラッド３，４内に進入した光が、クラッド３，４と外部との界面で全反射して、レーザ媒質１内に戻ることがある。
このような光は、周回モードや寄生発振の原因となる。
【００４６】
図９はこの発明の実施の形態１，２による平面導波路型レーザ装置における周回モード及びクラッド外部伝搬光の光路の一例を示す模式図である。
図９では、レーザ媒質１とクラッド４との臨界角より、励起光導入部２とクラッド３との臨界角の方が大きい場合の例を示している。
レーザ媒質１とクラッド４との界面で全反射した光のうち、クラッド３に漏れ出したレーザ光は、クラッド３と外部との境界で反射して、再度、レーザ媒質１に入射されて増幅されることで、レーザ媒質１内の利得を消費してしまう。
【００４７】
このようなレーザ光がそのまま出力端面から出力されるクラッド外部伝搬光１６と、クラッド３の外部の境界で反射されたレーザ光がレーザ媒質１の出力端面でも全反射して、レーザ媒質１、励起光導入部２及びクラッド３内に閉じ込められる周回モード１７がある。
この実施の形態３では、クラッド外部伝搬光１６や周回モード１７のように、所望のレーザ光７の光路とは異なる光路をとり、レーザ媒質１内の利得を消費してしまう光を抑制するための平面導波路型レーザ装置について説明する。
【００４８】
図１０はこの発明の実施の形態３による平面導波路型レーザ装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
吸収層１８はレーザ光７を吸収する材料で構成されており、クラッド３の上面（励起光導入部２が接合されている面と対向している面）及びクラッド４の下面（レーザ媒質１が接合されている面と対向している面）に成膜されている。
吸収層１８はレーザ光７を吸収できる材料であればよいが、例えば、クロム（Ｃｒ）やチタン（Ｔｉ）などを用いることができる。
【００４９】
次に動作について説明する。
吸収層１８を設けていない場合、図９に示すように導波路モードとして発振するレーザ光７の他に、クラッド外部伝搬光１６や周回モード１７が存在する。導波モード以外は、クラッド３と外部との境界で全反射する。
一方、吸収層１８を設けることで、界面で反射する光が吸収層１８で吸収されて、クラッド外部伝搬光１６と周回モード１７が抑制される。
【００５０】
なお、クロムやチタンの金属膜は、吸収率の波長依存性が小さいため、広い波長帯域のレーザ光を吸収することができる。
例えば、レーザ媒質１として、Ｎｄ：ＹＶＯ４を用いて、９１４ｎｍのレーザ光を増幅する場合、Ｎｄ：ＹＶＯ４が利得を持つ９１４ｎｍ、１０６４ｎｍ、１３４２ｎｍのクラッド外部伝搬光１６及び周回モード１７を抑制することができる。
【００５１】
また、吸収層１８として、レーザ媒質１が最も大きな利得を持つ波長を選択的に吸収する材料を用いてもよい。
例えば、レーザ媒質１として、Ｎｄ：ＹＶＯ４を用いて、９１４ｎｍのレーザ光を増幅する場合、Ｎｄ：ＹＶＯ４は１０６４ｎｍに大きな利得を持つため、１０６４ｎｍ付近の光に対して高い吸収率を持つ材料を吸収層１８として用いてもよい。
このような材料として、例えば、Ｃｒ４＋：ＹＡＧなどがある。このようにＣｒ４＋：ＹＡＧを吸収層１８として用いれば、１０６４ｎｍ付近の光を選択的に吸収して、１０６４ｎｍのクラッド外部伝搬光１６及び周回モード１７を抑制することができる。
【００５２】
この実施の形態３では、吸収層１８を設けることで、クラッド外部伝搬光１６及び周回モード１７を抑制するものを示したが、吸収層１８を設ける以外の方法で、クラッド外部伝搬光１６及び周回モード１７を抑制するようにしてもよい。
例えば、吸収層１８の代わりに、クラッド３，４の外側の面を荒らし面としてもよい。
この場合、クラッド３，４の外部の境界で反射する光が荒らし面によって散乱されるため、クラッド外部伝搬光１６や周回モード１７の成分に損失を与えることができる。
【００５３】
また、クラッド３，４の外側の荒らし面に吸収層１８を成膜するようにしてもよい。
この構成にすれば、荒らし面による散乱と、吸収層１８による吸収によってクラッド外部伝搬光１６及び周回モード１７を抑制し、効率よく所望のレーザ光を増幅させることができる。
【００５４】
実施の形態４．
上記実施の形態１〜３では、ｚ方向の励起分布の改善方法について説明したが、ｘ方向の励起分布を改善するようにしてもよい。
この実施の形態４の平面導波路型レーザ装置の構成自体は、上記実施の形態１〜３と同様である。
図１１はこの発明の実施の形態４による平面導波路型レーザ装置における励起光６の入射方法を示す模式図である。
【００５５】
この実施の形態４では、励起光６を励起光導入部２に入射する際、図示しないレンズなどの光学部品を用いて集光させながら入射するようにする。
集光された励起光６は、その後広がるため、励起光導入部２内に入射された励起光６がｘ方向に広がる。
励起光導入部２のｘ方向に垂直な面に対して励起光６が到達すると、その励起光６は、その面と外部との境界で全反射されて、再び励起光導入部２の内部を伝搬する。
これにより、励起光６は、ｘ方向での反射を繰り返しながら、励起光導入部２内でｚ方向に伝搬されるため、ｘ方向における励起光６の分布が均一化され、レーザ媒質１のｘ方向の励起分布が均一になる。
ただし、集光後の広がり角は、励起光導入部２のｘ方向に垂直な面と外部との臨界角以下にする必要がある。
【００５６】
この実施の形態４では、励起光６をｘ方向に集光させてから、励起光導入部２へ入射することにより、レーザ媒質１のｘ方向の励起分布を均一にすることができる。
上記実施の形態１によるｚ方向の励起分布の均一化に加え、この実施の形態４によるｘ方向の励起分布の均一化という効果を合わせれば、レーザ媒質１のｘｚ平面での励起分布がより均一となり、熱レンズ効果によるビーム品質の劣化を抑制することができる。
【００５７】
実施の形態５．
上記実施の形態１〜４では、励起光導入部２に対して、１個のレーザ媒質１が接合されているものを示したが、励起光導入部２に対して、複数個のレーザ媒質１が接合されていてもよい。
励起光導入部２に対して、複数個のレーザ媒質１が接合されている点以外は、上記実施の形態１〜４と同様である。
【００５８】
図１２はこの発明の実施の形態５による平面導波路型レーザ装置を示す上面図であり、 図１３はこの発明の実施の形態５による平面導波路型レーザ装置を示す断面図である。図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
レーザ媒質１ａ，１ｂは図１のレーザ媒質１と同様に、励起光導入部２より高い屈折率を有している平板形状の部材であり、励起光導入部２により伝搬された励起光６を導入する入射面が、励起光導入部２の下面２ｃ（励起光導入部２における厚さ方向と垂直な面）に接合され、その入射面から導入した励起光６を吸収して利得を発生する。
ただし、レーザ媒質１ａ，１ｂは離れた位置で、励起光導入部２と接合されている。
なお、励起光導入部２における励起光６の入射方向の長さが、レーザ媒質１ａ，１ｂを合わせた長さより長く、励起光導入部２における励起光６の入射面２ａ付近にはレーザ媒質１ａ，１ｂが接合されないように構成される。
レーザ媒質１ａ，１ｂと励起光導入部２は、オプティカルコンタクト、拡散接合、表面活性化接合などによって光学的に接合される。
【００５９】
次に動作について説明する。
まず、励起光導入部２の入射面２ａから導入された励起光６は、励起光導入部２内を均一に広がりながら伝搬していき、その後、レーザ媒質１ａに入射される。
レーザ媒質１ａ内で吸収されなかった励起光６は、励起光導入部２に戻り、その後、励起光導入部２内を伝搬してレーザ媒質１ｂに入射される。
このように、励起光導入部２を用いれば、複数個のレーザ媒質１ａ，１ｂに励起光６を損失なく、入射させることが可能となる。
【００６０】
レーザ媒質１ｂは、励起光導入部２により伝搬された励起光６を導入すると、その励起光６を吸収して利得を発生する。
これにより、レーザ光７がレーザ媒質１ｂ内で反射を繰り返しながら伝搬していき、増幅される。
レーザ媒質１ｂから出射されたレーザ光７は、全反射鏡１９で折り返され、レーザ媒質１ａ内に入射される。
このとき、レーザ光７をアパーチャー２０に通すことにより、本来のレーザ光７と異なる成分（寄生発振や自然放出光）の増幅光を取り除くことができるため、ビーム品質が向上する。
レーザ媒質１ａ内に入射されたレーザ光７は、上記実施の形態２と同様に増幅されて、レーザ光の出射口から出射される。
【００６１】
この実施の形態５によれば、２個のレーザ媒質１ａ，１ｂを励起光導入部２に接合して、一度、増幅光をレーザ媒質１の外に出してから、アパーチャー２０を通過させることで、本来のレーザ光７と異なる成分（寄生発振や自然放出光）の増幅光を取り除くことができ、ビーム品質を向上させることができる効果を奏する。
【００６２】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１，１ａ，１ｂ レーザ媒質、２ 励起光導入部、２ａ 励起光導入部における励起光の入射面、２ｂ 励起光導入部の上面、２ｃ 励起光導入部の下面、３，４ クラッド、５ 荒らし面、６ 励起光、７ レーザ光、８ 全反射鏡、９ 部分反射鏡、１０ 全透過膜、１１ 部分反射鏡、１２ 周回モード、１３ 寄生発振、１４ 屈折率整合部、１５ 周回モード、１６ クラッド外部伝搬光、１７ 周回モード、１８ 吸収層、１９ 全反射鏡、２０ アパーチャー、１０１ レーザ媒質、１０２，１０３，１０４ クラッド。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、加工用レーザ装置やプロジェクションテレビなどの光源に好適な平面導波路構造を有する平面導波路型レーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
平面導波路型レーザ装置は、レーザ光の進行方向に伸長されている薄い平板状のレーザ媒質の上下両面が、そのレーザ媒質より屈折率が低いクラッドによって挟み込まれた構造を有しており、そのレーザ媒質が導波路としても機能する。
図１４は以下の特許文献１に開示されている平面導波路型レーザ装置を示す構成図である。
図１４の平面導波路型レーザ装置では、レーザ媒質１０１より屈折率が低い物質であるクラッド１０２がレーザ媒質１０１の上面に配置され、クラッド１０２より屈折率が低い物質であるクラッド１０３がクラッド１０２の上面に配置されている。
また、レーザ媒質１０１より屈折率が低い物質であるクラッド１０４がレーザ媒質１０１の下面に配置されている。
ただし、クラッド１０３，１０４が配置されない場合もあり、その場合には空気がクラッドの役割を担う。
【０００３】
レーザ媒質１０１及びクラッド１０２には励起光が入射される。ただし、励起光は、レーザ媒質１０１及びクラッド１０２の端面に対して角度がつけられて入射される。
入射された励起光は、クラッド１０２とクラッド１０３の界面や、レーザ媒質１０１とクラッド１０４の界面で、全反射を繰り返しながら、レーザ媒質１０１及びクラッド１０２内を伝搬する。
以上のようなダブルクラッド構造を有することで、クラッド１０２内ではレーザ光が利得を得ることがないため、所望のレーザ光と異なる光路を通る寄生発振を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２７７９４３号公報（段落番号［０００８］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の平面導波路型レーザは以上のように構成されているので、励起光がレーザ媒質１０１及びクラッド１０２の端面に対して角度がつけられて入射され、入射された励起光が、クラッド１０２とクラッド１０３の界面や、レーザ媒質１０１とクラッド１０４の界面で、全反射を繰り返しながら、レーザ媒質１０１及びクラッド１０２内を伝搬する。そのため、レーザ媒質１０１の中で、励起される領域が飛び飛びになって、レーザ媒質１０１内に熱分布が発生し、熱レンズ効果によってビーム品質が劣化することがある課題があった。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、熱分布の発生を抑制して、ビーム品質を高めることができる平面導波路型レーザを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る平面導波路型レーザ装置は、入射面から励起光を導入して、その励起光を伝搬させる平板状の励起光導入部と、励起光導入部より高い屈折率を有しており、その励起光導入部により伝搬された励起光を導入する入射面が、その励起光導入部における厚さ方向と垂直な面に接合され、その入射面から導入した励起光を吸収して利得を発生する平板状のレーザ媒質とを備え、その励起光導入部における励起光の入射方向の長さがレーザ媒質より長く、その励起光導入部における励起光の入射面付近にはレーザ媒質が接合されていないように構成したものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、入射面から励起光を導入して、その励起光を伝搬させる平板状の励起光導入部と、励起光導入部より高い屈折率を有しており、その励起光導入部により伝搬された励起光を導入する入射面が、その励起光導入部における厚さ方向と垂直な面に接合され、その入射面から導入した励起光を吸収して利得を発生する平板状のレーザ媒質とを備え、その励起光導入部における励起光の入射方向の長さがレーザ媒質より長く、その励起光導入部における励起光の入射面付近にはレーザ媒質が接合されていないように構成したので、熱分布の発生を抑制して、ビーム品質を高めることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１による平面導波路型レーザ装置を示す構成図である。
【図２】励起光の入射方向と垂直な方向にレーザ光の光軸を取った場合のレーザ光の光路を示す模式図である。
【図３】レーザ光がレーザ媒質の中をジグザグに折り返す場合のレーザ光の光路を示す模式図である。
【図４】この発明の実施の形態１による平面導波路型レーザ装置で寄生発振を抑制する構造の一例を示す模式図である。
【図５】この発明の実施の形態１による平面導波路型レーザ装置で寄生発振を抑制する構造の一例を示す模式図である。
【図６】この発明の実施の形態１による平面導波路型レーザ装置で寄生発振を抑制する構造の一例を示す模式図である。
【図７】周回モードの一例を示す模式図である。
【図８】この発明の実施の形態２による平面導波路型レーザ装置をレーザ増幅器として用いた場合のレーザ光の光路の一例を示す模式図である。
【図９】この発明の実施の形態１，２による平面導波路型レーザ装置における周回モード及びクラッド外部伝搬光の光路の一例を示す模式図である。
【図１０】この発明の実施の形態３による平面導波路型レーザ装置を示す構成図である。
【図１１】この発明の実施の形態４による平面導波路型レーザ装置における励起光の入射方法を示す模式図である。
【図１２】この発明の実施の形態５による平面導波路型レーザ装置を示す上面図である。
【図１３】この発明の実施の形態５による平面導波路型レーザ装置を示す断面図である。
【図１４】特許文献１に開示されている平面導波路型レーザ装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による平面導波路型レーザ装置を示す構成図である。
図１において、レーザ媒質１は励起光導入部２より高い屈折率を有している平板形状の部材であり、励起光導入部２により伝搬された励起光６を導入する入射面が、励起光導入部２の下面２ｃ（励起光導入部２における厚さ方向と垂直な面）に接合され、その入射面から導入した励起光６を吸収して利得を発生する。
ただし、励起光導入部２における励起光６の入射方向の長さがレーザ媒質１より長く、励起光導入部２における励起光６の入射面２ａ付近にはレーザ媒質１が接合されないように構成される。
レーザ媒質１と励起光導入部２は、オプティカルコンタクト、拡散接合、表面活性化接合などによって光学的に接合される。
【００１１】
レーザ媒質１としては、一般的な固体レーザ材料を用いることができる。例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：Ｇｌａｓｓ、Ｎｄ：ＹＶＯ４、Ｎｄ：ＧｄＶＯ４、Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＹＬＦ、Ｙｂ：ＫＧＷ、Ｅｒ：Ｇｌａｓｓ、Ｅｒ：ＹＡＧ、Ｔｍ：ＹＡＧ、Ｔｍ：ＹＬＦ、Ｈｏ：ＹＡＧ、Ｈｏ：ＹＬＦ、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦなどを用いることができる。
【００１２】
励起光導入部２は平板形状をなしており、入射面２ａから励起光６を導入して、その励起光６を伝搬させる部材である。
励起光導入部２としては、レーザ媒質１より屈折率が低い材料が用いられる。
例えば、レーザ媒質１のホスト材料やガラス材料などが用いられる。
励起光導入部２はレーザ光をレーザ媒質１内に閉じ込めるために、レーザ光に対するクラッドとしての役割を担っている。
【００１３】
クラッド３は励起光導入部２より屈折率が小さい部材であり、励起光導入部２の上面２ｂに接合されている。
励起光導入部２の上面２ｂに対するクラッド３の接合は、例えば、オプティカルコンタクトや拡散接合などで直接接合してもよいし、スパッタ法、蒸着法やＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｃｕｕｍ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などを用いることで成膜するようにしてもよい。
【００１４】
クラッド４はレーザ媒質１より屈折率が小さい部材であり、レーザ媒質１の下面に接合されている。
レーザ媒質１の下面に対するクラッド４の接合は、例えば、オプティカルコンタクトや拡散接合などで直接接合してもよいし、スパッタ法、蒸着法やＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｃｕｕｍ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などを用いることで成膜するようにしてもよい。
図１の例では、クラッド３，４が接合されているが、クラッド３，４が接合されていなくてもよく、クラッド３，４が接合されていない場合は、空気がクラッドの役割を担う。
レーザ光に対しては、レーザ媒質１がコア、励起光導入部２及びクラッド４がクラッドとなる平面導波路構造を構成している。
【００１５】
励起光６はレーザ媒質１で利得を発生させるために入射するものであり、励起光６の光源としては、高出力な半導体レーザを用いてもよいし、ファイバー出力の励起光源を用いてもよい。
また、複数の半導体レーザがバー状に配置されているＬＤバーを用いてもよいし、複数のＬＤバーが積層されているスタックＬＤを用いてもよい。
なお、励起光導入部２の入射面２ａから導入された励起光６の入射方向にあるレーザ媒質１の面は荒らし面５となっている。
【００１６】
次に動作について説明する。
まず、図示せぬ光源から出射された励起光６が、励起光導入部２の入射面２ａから導入される。
励起光６の入射角度は、励起光導入部２とクラッド３の臨界角と、レーザ媒質１とクラッド４の臨界角のうち、大きい方の臨界角をθとしたとき、励起光６の励起光導入部２内部でのｚ方向に対する伝搬角が、９０°−θ以下となるようにする。
なお、効率よく励起光６を励起光導入部２に導入させるために、図示せぬレンズなどの光学部品を用いて、励起光６を集光してから入射させてもよい。
また、励起光導入部２の入射面２ａを、励起光６の入射角度に合わせて、ｙ軸方向に対して傾斜をつけてもよい。
【００１７】
励起光導入部２に導入された励起光６は、全反射を繰り返しながら、励起光導入部２の内部を伝搬する。
このとき、励起光６は広がりを持つため、励起光導入部２の内部を伝搬していくにしたがって励起光導入部２の内部において均一に広がっていくようになる。
したがって、励起光６がレーザ媒質１に到達するまでに、励起光導入部２の内部に均一に分布されていれば、レーザ媒質１は均一に励起されることになる。
【００１８】
図１の平面導波路型レーザ装置では、励起光導入部２における励起光６の入射面２ａ付近にはレーザ媒質１が接合されておらず、励起光導入部２の入射面２ａ付近がレーザ媒質１より飛び出している形状になっているが、この飛び出している部分の長さが長いほど、励起光６が広がって均一に分布され易くなる。
図１では、励起光６が図中左側から入射される例を示しているが、図中右側から入射されてもよく、両側から励起光６が入射される方が、レーザ媒質１における励起光６の分布がより均一になる。
【００１９】
レーザ媒質１は、励起光導入部２により伝搬された励起光６を導入すると、その励起光６を吸収して利得を発生する。
これにより、レーザ光の光軸に沿って進行する自然放出光を種として、誘導放出によってレーザ光を発生する。
ここで、コアとなるレーザ媒質１の屈折率が、クラッドとなる励起光導入部２及びクラッド４（クラッド４が接合されていない場合は空気）の屈折率より大きいため、コア（レーザ媒質１）とクラッド（励起光導入部２、クラッド４）との界面で、全反射条件を満たす成分がコア内に閉じ込められて、導波モードとして伝搬する。
【００２０】
ここで、レーザ媒質１内を通るレーザ光の光路について説明する。
図２は励起光６の入射方向と垂直な方向にレーザ光７の光軸を取った場合のレーザ光の光路を示す模式図である。
図２に示すように、レーザ媒質１のレーザ光７の光軸に垂直な面のうち、一方の面（図中、下側の面）に全反射鏡８を配置し、もう一方の面（図中、上側の面）に部分反射鏡９を配置すると、全反射鏡８と部分反射鏡９との間でレーザ発振し、部分反射鏡９からレーザ光７の一部が出力される。
この全反射鏡８及び部分反射鏡９は、レーザ媒質１におけるレーザ光７の光軸に垂直な面に対して、誘電体膜又は金属膜を直接成膜することによって実現してもよい。
【００２１】
図３はレーザ光７がレーザ媒質１の中をジグザグに折り返す場合のレーザ光の光路を示す模式図である。
図３の例では、レーザ媒質１のｘ軸方向に垂直な２つの面（図中、上側の面と下側の面）は、平行に配置されておらず、ある角度で配置されている。
このため、図３の例では、レーザ光がｘ軸方向に垂直な２つの面で反射を繰り返しながら進むため、ジグザグに折り返す光路となる。
【００２２】
レーザ媒質１のｘ軸方向に垂直な２つの面に対するレーザ光７の入射角は、レーザ光７の出射口から遠ざかるにしたがって、１回折り返す度にレーザ媒質１のｘ軸方向に垂直な２つの面の角度分だけ小さくなり、最終的には９０°で入射して元の光路と同じ光路を戻っていくようになる。
図３の例では、レーザ光７の出射口には全透過膜１０が施されており、レーザ光７の出射口以外のｘ軸方向に垂直な２つの面には全反射鏡８が配置されており、さらに、出射したレーザ光７に対して垂直に部分反射鏡１１が配置されている。
最終的には９０°で入射して元の光路に戻るためには、レーザ光７の出射口におけるレーザ媒質１内でのレーザ光７の角度が、レーザ媒質１のｘ軸方向に垂直な２つの面の角度の整数倍である必要がある。そのため、レーザ光７の出射口におけるレーザ媒質１内でのレーザ光７の角度が、レーザ媒質１のｘ軸方向に垂直な２つの面の角度の整数倍となるように、部分反射鏡１１の角度が調整される。
【００２３】
なお、図３の全反射鏡８は、図２の全反射鏡８と同様に、レーザ媒質１の端面に対して、誘電体膜又は金属膜を直接成膜することによって実現してもよい。
以上がレーザ光７の光路の一例であり、レーザ媒質１内を通る光路であれば、どのような光路であってもよい。
【００２４】
ここで、所望のレーザ光７と異なる光路を通り、発振する光は寄生発振と呼ばれる。
レーザ媒質１と励起光導入部２との界面での全反射条件は満たさないが、励起光導入部２とクラッド３との界面での全反射条件と、レーザ媒質１とクラッド４との界面での全反射条件とを満たす光は、レーザ媒質１と励起光導入部２の中に閉じ込められて、寄生発振となる。
ただし、励起光導入部２内は利得がないため、レーザ媒質１と励起光導入部２の中を導波する光の増幅は抑制され、上記の寄生発振は抑制することができる。
【００２５】
図３の符号１２は周回モードの光路の一例である。
レーザ媒質１のｘ軸方向に垂直な２つの面で反射を繰り返し、さらに、レーザ媒質１のｚ方向に垂直な面で全反射することで元の光路に戻る。
このような周回モード１２の光は外に取り出すことができず、レーザ媒質１内を周回して、利得を奪いながら増幅されるため、所望のレーザ光７の出力が低下する。
この実施の形態１では、周回モード１２を抑制するために、レーザ媒質１のｚ方向に垂直な面を荒らし面５としている。
レーザ媒質１のｚ方向に垂直な面を荒らし面５とすることで、レーザ媒質１のｚ方向に垂直な面への入射光が反射せずに散乱するため、周回モード１２を抑制することができる。
【００２６】
ここでは、周回モード１２を抑制するために、レーザ媒質１のｚ方向に垂直な面を荒らし面５としている例を示したが、荒らし面５の代わりに、レーザ光７を吸収する吸収層を設けてもよい。
吸収層はレーザ光７を吸収することができる材料であればよく、クロム（Ｃｒ）やチタン（Ｔｉ）などを用いることができる。
また、レーザ媒質１のｚ方向に垂直な面を荒らし面５にして、その荒らし面５の上に吸収層を設けてもよい。
【００２７】
上記の寄生発振の他に、レーザ媒質１のｚ方向に垂直な２つの面の間で発振するような寄生発振なども発生する。
図３の符号１３はレーザ媒質１のｚ方向に垂直な２つの面の間で発振する寄生発振の一例である。
このような寄生発振１３を抑制するためには、レーザ媒質１のｚ方向に垂直な２面が平行でなければよい。
図４はこの発明の実施の形態１による平面導波路型レーザ装置で寄生発振を抑制する構造の一例を示す模式図である。
図４の例では、レーザ媒質１のｚ方向に垂直な２つの面がｙ方向に対して傾斜がつけられている。
図４の例では、２つの面がｙ方向に対して傾斜がつけられているが、一方の面だけがｙ方向に対して傾斜がつけられていてもよい。
ｚ方向に垂直な２面が互いに平行でないため、レーザ媒質１のｚ方向に垂直な面で反射した光は、元の光路と異なる方向に反射されるため、寄生発振１３を抑制することができる。
【００２８】
ここでは、レーザ媒質１のｚ方向に垂直な２つの面がｙ方向に対して傾斜がつけられているものを示したが、レーザ媒質１のｚ方向に垂直な２つの面がｘ方向に対して傾斜がつけられていてもよい。
図５はこの発明の実施の形態１による平面導波路型レーザ装置で寄生発振を抑制する構造の一例を示す模式図である。
図５の例では、レーザ媒質１のｚ方向に垂直な２つの面がｘ方向に対して傾斜がつけられている。
図５の例では、一方の面だけがｘ方向に対して傾斜がつけられているが、２つの面がｘ方向に対して傾斜がつけられていてもよい。
この場合も、ｚ方向に垂直な２面が互いに平行でないため、レーザ媒質１のｚ方向に垂直な面で反射した光は、元の光路と異なる方向に反射されるため、寄生発振１３を抑制することができる。
このように面に傾斜をつけた場合でも、その面を荒らし面としてもよいし、吸収層を設けてもよい。
【００２９】
また、周回モード１２や寄生発振１３を抑制する方法として、レーザ媒質１のｚ方向に垂直な面の外側の屈折率をレーザ媒質１とほぼ同じにして、光を透過させる方法もある。
即ち、図６に示すように、レーザ媒質１の屈折率と同じか、非常に近い屈折率を持ち、レーザ光７に利得を与えない物質からなる屈折率整合部１４をレーザ媒質１のｚ方向に垂直な面の外側（レーザ媒質１が接合されている励起光導入部２の面の中で、レーザ媒質１が接合されていない部分）に設ける方法がある。
屈折率整合部１４としては、例えば、レーザ媒質１のホスト材料などが用いられる。
レーザ媒質１と屈折率整合部１４は、例えば、オプティカルコンタクト、拡散接合、表面活性化接合などによって光学的に接合される。
【００３０】
レーザ媒質１のz方向に垂直な面の外側に屈折率整合部１４が設けられた場合、レーザ媒質１のｚ方向に垂直な面に入射された光は、そのまま屈折率整合部１４に透過する。
屈折率整合部１４内へ進入した光は利得を与えられないので、減衰していき、寄生発振を抑制することができる。
また、屈折率整合部１４を設けることで、励起光導入部２が飛び出している部分を保持することができ、励起光導入部２とレーザ媒質１の接合面のうち、レーザ媒質１と外部との境界付近の領域にかかる製造時の応力を緩和する効果もあり、製造時の割れや欠けなどを防止することができる。
【００３１】
レーザ媒質１と励起光導入部２をコアとする導波モードで伝搬する光のうち、ｘ軸方向に垂直な面に対して、レーザ媒質１又は励起光導入部２と外部（空気など）との界面での全反射条件を満たして入射する光は、レーザ媒質１内に閉じ込められて、周回モードとなる。
以下、このような周回モードを抑制する方法について説明する。
図７は周回モードの一例を示す模式図である。
コア（レーザ媒質１又は励起光導入部２）とクラッド（クラッド４又はクラッド３）との界面での入射角をθ１、コアとクラッドとの界面で反射した光のうち、レーザ媒質１又は励起光導入部２と外部（空気など）との界面への入射角をθ２とする。
周回モード１５を抑制するためには、入射角θ２が、レーザ媒質１と外部との界面における臨界角以下であれば全反射が起こらない。
【００３２】
入射角θ２が最大となるのは、入射角θ１が、レーザ媒質１とクラッド４との界面における臨界角と、励起光導入部２とクラッド３との界面における臨界角のうち、大きい方と同じになるときである。
ここで、レーザ媒質１の外部の屈折率がｎ０、レーザ媒質１の屈折率がｎ１、励起光導入部２の屈折率がｎ２、クラッド３の屈折率がｎ３、クラッド４の屈折率がｎ４であるとする。ただしｎ１，ｎ２＞ｎ３，ｎ４，ｎ０である。
また、レーザ媒質１とクラッド４との界面における臨界角がθ１ｃ、励起光導入部２とクラッド３との界面における臨界角がθ１ｃ’であるとする。
θ１ｃ＝ｓｉｎ−１（ｎ４／ｎ１）
θ１ｃ’＝ｓｉｎ−１（ｎ３／ｎ２）
【００３３】
（１）θ１ｃ＞θ１ｃ’である場合
レーザ媒質１と外部との界面での臨界角がθ２ｃ（＝ｓｉｎ−１（ｎ０／ｎ１））であるとすると、周回モード１５を抑制するためには、９０°−θ１ｃ＜θ２ｃであればよい。
即ち、屈折率が下記の関係を満たせばよい。
ｎ１ｓｉｎ（９０°−ｓｉｎ−１（ｎ０／ｎ１））＜ｎ４
ただし、ｎ４＜ｎ１であるため、周回モード１５を抑制する屈折率の関係は、下記のようになる。
ｎ１ｓｉｎ（９０°−ｓｉｎ−１（ｎ０／ｎ１））＜ｎ４＜ｎ１
【００３４】
（２）θ１ｃ＜θ１ｃ’である場合
励起光導入部２と外部との界面での臨界角がθ２ｃ（＝ｓｉｎ−１（ｎ０／ｎ２））であるとすると、周回モード１５を抑制するためには、９０°−θ１ｃ’＜θ２ｃであればよい。
即ち、屈折率が下記の関係を満たせばよい。
ｎ２ｓｉｎ（９０°−ｓｉｎ−１（ｎ０／ｎ２））＜ｎ３
ただしｎ３＜ｎ２であるため、周回モード１５を抑制する屈折率の関係は、下記のようになる。
ｎ２ｓｉｎ（９０°−ｓｉｎ−１（ｎ０／ｎ２））＜ｎ３＜ｎ２
【００３５】
例えば、臨界角の大きい方のクラッドにＳｉＯ２を用いて、外部を空気とする場合は、ｎ０＝１、ｎ３（またはｎ４）＝１．４５となるので、ＳｉＯ２に接合されているレーザ媒質１又は励起光導入部２の屈折率を１．４５〜１．７６にすれば、周回モード１５を抑制することができる。
また、臨界角の大きい方のクラッドにＡｌ２Ｏ３を用いて、外部を空気とする場合は、ｎ０＝１、ｎ３（またはｎ４）＝１．６となるので、Ａｌ２Ｏ３に接合されているレーザ媒質１又は励起光導入部２の屈折率を１．６〜１．８９にすれば、周回モード１５を抑制することができる。
【００３６】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、入射面２ａから励起光６を導入して、その励起光６を伝搬させる平板状の励起光導入部２と、励起光導入部２より高い屈折率を有しており、その励起光導入部２により伝搬された励起光６を導入する入射面が、その励起光導入部２の下面２ｃに接合され、その入射面から導入した励起光６を吸収して利得を発生する平板状のレーザ媒質１とを備え、その励起光導入部２における励起光６の入射方向の長さがレーザ媒質１より長く、その励起光導入部２の入射面２ａ付近にはレーザ媒質１が接合されていないように構成したので、熱分布の発生を抑制して、ビーム品質を高めることができる効果を奏する。
【００３７】
即ち、この実施の形態１によれば、励起光導入部２の励起光６の入射方向の長さがレーザ媒質１より長くなる構成をとることにより、励起光導入部２の入射面２ａから導入された励起光６は、励起光導入部２の飛び出している部分を伝搬しているうちに、広がって均一に分布する。そのため、レーザ媒質１に入射される際には励起光６の分布が均一になっており、レーザ媒質１が均一に励起されるようになる。
その結果、レーザ媒質１内での熱分布の発生が抑えられ、熱レンズ効果によるビーム品質の劣化を抑制することができる。また、熱分布が均一になるため、局所的な発熱も抑制することができ、信頼性が向上する。
【００３８】
また、この実施の形態１では、レーザ媒質１のｚ方向に垂直な面を荒らし面５としているので、周回モード１２を抑制することがきる。
さらに、この実施の形態１では、レーザ媒質１の外部の屈折率がｎ０、レーザ媒質１の屈折率がｎ１、励起光導入部２の屈折率がｎ２、クラッド３の屈折率がｎ３、クラッド４の屈折率がｎ４であるとき、ｎ１ｓｉｎ（９０°−ｓｉｎ−１（ｎ０／ｎ１））＜ｎ４＜ｎ１、または、ｎ２ｓｉｎ（９０°−ｓｉｎ−１（ｎ０／ｎ２））＜ｎ３＜ｎ２を満たす材料を選ぶことで、周回モード１５を抑制することができる。
こういった周回モード１２，１５を抑制することにより、効率よく所望のレーザ光を増幅させることができる。
【００３９】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、レーザ発振について説明したが、励起されたレーザ媒質１に別のレーザ光を通過させ、そのレーザ光を増幅させるレーザ増幅器に適用することもできる。
レーザ増幅器として用いる場合、入射レーザ光によって出力を制御することができる。
例えば、ビーム品質、波長、パルス形状などを制御することができ、応用分野が広がる。
【００４０】
図８はこの発明の実施の形態２による平面導波路型レーザ装置をレーザ増幅器として用いた場合のレーザ光の光路の一例を示す模式図である。
導波路構造や励起光の入射方法などは、上記実施の形態１と同様である。
以下、平面導波路型レーザ装置をレーザ増幅器として用いる場合の動作について説明する。
【００４１】
レーザ媒質１は、入射された励起光６を吸収して利得を発生する。
このとき、レーザ媒質１の外部からレーザ光７が入射されると、誘導放出によって、入射されたレーザ光７が増幅される。
レーザ媒質１のｘ軸方向に垂直な２つの面（図８では、この２つの面は平行に配置されておらず、厳密にはｘ軸方向に垂直な面ではない）において、レーザ光７を入射する領域や出射させる領域には、全透過膜１０が施されており、その他領域には、全反射鏡８が配置されている。この全反射鏡８は、レーザ媒質１の端面に対して、誘電体膜又は金属膜を直接成膜することによって実現してもよい。
【００４２】
レーザ媒質１に入射されたレーザ光７は、ｘ軸方向に垂直な２つの面で反射を繰り返しながら進行することで、ジグザグに折り返す光路となる。
ｘ軸方向に垂直な２つの面へのレーザ光７の入射角は、レーザ光７の入射口から遠ざかるにしたがって、１回折り返す度にレーザ媒質１のｘ軸方向に垂直な２つの面の角度分だけ小さくなり、最終的には折り返して戻ってくる。
このとき、レーザ光７の復路が往路と重ならずに、レーザ光７が入射された面と対向する面から、レーザ光７が出射されるように、レーザ光７の入射角度が調節される。
これにより、利得を持ったレーザ媒質１内をレーザ光７が隙間なく通ることができるため、高い増幅率が得られる。
【００４３】
図８に示すレーザ光７の光路は一例であり、レーザ媒質１の中を通れば、どのような光路でもよい。
図８では、レーザ媒質１のｘ軸方向に垂直な２つの面が、平行に配置されておらず、ある角度で配置されている形状について説明したが、この形状に限るものではない。
【００４４】
この実施の形態２によれば、上記実施の形態１と同様に、励起分布の均一化を図ることができるほか、レーザ増幅器として用いることで、入射されたレーザ光７によって、出力のビーム品質、波長、パルス形状などを制御することが可能となり、応用分野が広がる効果が得られる。
【００４５】
実施の形態３．
上記実施の形態１，２では、クラッド３，４が設けられているものを示したが、クラッド３，４内に進入した光が、クラッド３，４と外部との界面で全反射して、レーザ媒質１内に戻ることがある。
このような光は、周回モードや寄生発振の原因となる。
【００４６】
図９はこの発明の実施の形態１，２による平面導波路型レーザ装置における周回モード及びクラッド外部伝搬光の光路の一例を示す模式図である。
図９では、レーザ媒質１とクラッド４との臨界角より、励起光導入部２とクラッド３との臨界角の方が大きい場合の例を示している。
レーザ媒質１とクラッド４との界面で全反射した光のうち、クラッド３に漏れ出したレーザ光は、クラッド３と外部との境界で反射して、再度、レーザ媒質１に入射されて増幅されることで、レーザ媒質１内の利得を消費してしまう。
【００４７】
このようなレーザ光がそのまま出力端面から出力されるクラッド外部伝搬光１６と、クラッド３の外部の境界で反射されたレーザ光がレーザ媒質１の出力端面でも全反射して、レーザ媒質１、励起光導入部２及びクラッド３内に閉じ込められる周回モード１７がある。
この実施の形態３では、クラッド外部伝搬光１６や周回モード１７のように、所望のレーザ光７の光路とは異なる光路をとり、レーザ媒質１内の利得を消費してしまう光を抑制するための平面導波路型レーザ装置について説明する。
【００４８】
図１０はこの発明の実施の形態３による平面導波路型レーザ装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
吸収層１８はレーザ光７を吸収する材料で構成されており、クラッド３の上面（励起光導入部２が接合されている面と対向している面）及びクラッド４の下面（レーザ媒質１が接合されている面と対向している面）に成膜されている。
吸収層１８はレーザ光７を吸収できる材料であればよいが、例えば、クロム（Ｃｒ）やチタン（Ｔｉ）などを用いることができる。
【００４９】
次に動作について説明する。
吸収層１８を設けていない場合、図９に示すように導波路モードとして発振するレーザ光７の他に、クラッド外部伝搬光１６や周回モード１７が存在する。導波モード以外は、クラッド３と外部との境界で全反射する。
一方、吸収層１８を設けることで、界面で反射する光が吸収層１８で吸収されて、クラッド外部伝搬光１６と周回モード１７が抑制される。
【００５０】
なお、クロムやチタンの金属膜は、吸収率の波長依存性が小さいため、広い波長帯域のレーザ光を吸収することができる。
例えば、レーザ媒質１として、Ｎｄ：ＹＶＯ４を用いて、９１４ｎｍのレーザ光を増幅する場合、Ｎｄ：ＹＶＯ４が利得を持つ９１４ｎｍ、１０６４ｎｍ、１３４２ｎｍのクラッド外部伝搬光１６及び周回モード１７を抑制することができる。
【００５１】
また、吸収層１８として、レーザ媒質１が最も大きな利得を持つ波長を選択的に吸収する材料を用いてもよい。
例えば、レーザ媒質１として、Ｎｄ：ＹＶＯ４を用いて、９１４ｎｍのレーザ光を増幅する場合、Ｎｄ：ＹＶＯ４は１０６４ｎｍに大きな利得を持つため、１０６４ｎｍ付近の光に対して高い吸収率を持つ材料を吸収層１８として用いてもよい。
このような材料として、例えば、Ｃｒ４＋：ＹＡＧなどがある。このようにＣｒ４＋：ＹＡＧを吸収層１８として用いれば、１０６４ｎｍ付近の光を選択的に吸収して、１０６４ｎｍのクラッド外部伝搬光１６及び周回モード１７を抑制することができる。
【００５２】
この実施の形態３では、吸収層１８を設けることで、クラッド外部伝搬光１６及び周回モード１７を抑制するものを示したが、吸収層１８を設ける以外の方法で、クラッド外部伝搬光１６及び周回モード１７を抑制するようにしてもよい。
例えば、吸収層１８の代わりに、クラッド３，４の外側の面を荒らし面としてもよい。
この場合、クラッド３，４の外部の境界で反射する光が荒らし面によって散乱されるため、クラッド外部伝搬光１６や周回モード１７の成分に損失を与えることができる。
【００５３】
また、クラッド３，４の外側の荒らし面に吸収層１８を成膜するようにしてもよい。
この構成にすれば、荒らし面による散乱と、吸収層１８による吸収によってクラッド外部伝搬光１６及び周回モード１７を抑制し、効率よく所望のレーザ光を増幅させることができる。
【００５４】
実施の形態４．
上記実施の形態１〜３では、ｚ方向の励起分布の改善方法について説明したが、ｘ方向の励起分布を改善するようにしてもよい。
この実施の形態４の平面導波路型レーザ装置の構成自体は、上記実施の形態１〜３と同様である。
図１１はこの発明の実施の形態４による平面導波路型レーザ装置における励起光６の入射方法を示す模式図である。
【００５５】
この実施の形態４では、励起光６を励起光導入部２に入射する際、図示しないレンズなどの光学部品を用いて集光させながら入射するようにする。
集光された励起光６は、その後広がるため、励起光導入部２内に入射された励起光６がｘ方向に広がる。
励起光導入部２のｘ方向に垂直な面に対して励起光６が到達すると、その励起光６は、その面と外部との境界で全反射されて、再び励起光導入部２の内部を伝搬する。
これにより、励起光６は、ｘ方向での反射を繰り返しながら、励起光導入部２内でｚ方向に伝搬されるため、ｘ方向における励起光６の分布が均一化され、レーザ媒質１のｘ方向の励起分布が均一になる。
ただし、集光後の広がり角は、励起光導入部２のｘ方向に垂直な面と外部との臨界角以下にする必要がある。
【００５６】
この実施の形態４では、励起光６をｘ方向に集光させてから、励起光導入部２へ入射することにより、レーザ媒質１のｘ方向の励起分布を均一にすることができる。
上記実施の形態１によるｚ方向の励起分布の均一化に加え、この実施の形態４によるｘ方向の励起分布の均一化という効果を合わせれば、レーザ媒質１のｘｚ平面での励起分布がより均一となり、熱レンズ効果によるビーム品質の劣化を抑制することができる。
【００５７】
実施の形態５．
上記実施の形態１〜４では、励起光導入部２に対して、１個のレーザ媒質１が接合されているものを示したが、励起光導入部２に対して、複数個のレーザ媒質１が接合されていてもよい。
励起光導入部２に対して、複数個のレーザ媒質１が接合されている点以外は、上記実施の形態１〜４と同様である。
【００５８】
図１２はこの発明の実施の形態５による平面導波路型レーザ装置を示す上面図であり、 図１３はこの発明の実施の形態５による平面導波路型レーザ装置を示す断面図である。図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
レーザ媒質１ａ，１ｂは図１のレーザ媒質１と同様に、励起光導入部２より高い屈折率を有している平板形状の部材であり、励起光導入部２により伝搬された励起光６を導入する入射面が、励起光導入部２の下面２ｃ（励起光導入部２における厚さ方向と垂直な面）に接合され、その入射面から導入した励起光６を吸収して利得を発生する。
ただし、レーザ媒質１ａ，１ｂは離れた位置で、励起光導入部２と接合されている。
なお、励起光導入部２における励起光６の入射方向の長さが、レーザ媒質１ａ，１ｂを合わせた長さより長く、励起光導入部２における励起光６の入射面２ａ付近にはレーザ媒質１ａ，１ｂが接合されないように構成される。
レーザ媒質１ａ，１ｂと励起光導入部２は、オプティカルコンタクト、拡散接合、表面活性化接合などによって光学的に接合される。
【００５９】
次に動作について説明する。
まず、励起光導入部２の入射面２ａから導入された励起光６は、励起光導入部２内を均一に広がりながら伝搬していき、その後、レーザ媒質１ａに入射される。
レーザ媒質１ａ内で吸収されなかった励起光６は、励起光導入部２に戻り、その後、励起光導入部２内を伝搬してレーザ媒質１ｂに入射される。
このように、励起光導入部２を用いれば、複数個のレーザ媒質１ａ，１ｂに励起光６を損失なく、入射させることが可能となる。
【００６０】
レーザ媒質１ｂは、励起光導入部２により伝搬された励起光６を導入すると、その励起光６を吸収して利得を発生する。
これにより、レーザ光７がレーザ媒質１ｂ内で反射を繰り返しながら伝搬していき、増幅される。
レーザ媒質１ｂから出射されたレーザ光７は、全反射鏡１９で折り返され、レーザ媒質１ａ内に入射される。
このとき、レーザ光７をアパーチャー２０に通すことにより、本来のレーザ光７と異なる成分（寄生発振や自然放出光）の増幅光を取り除くことができるため、ビーム品質が向上する。
レーザ媒質１ａ内に入射されたレーザ光７は、上記実施の形態２と同様に増幅されて、レーザ光の出射口から出射される。
【００６１】
この実施の形態５によれば、２個のレーザ媒質１ａ，１ｂを励起光導入部２に接合して、一度、増幅光をレーザ媒質１の外に出してから、アパーチャー２０を通過させることで、本来のレーザ光７と異なる成分（寄生発振や自然放出光）の増幅光を取り除くことができ、ビーム品質を向上させることができる効果を奏する。
【００６２】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１，１ａ，１ｂ レーザ媒質、２ 励起光導入部、２ａ 励起光導入部における励起光の入射面、２ｂ 励起光導入部の上面、２ｃ 励起光導入部の下面、３，４ クラッド、５ 荒らし面、６ 励起光、７ レーザ光、８ 全反射鏡、９ 部分反射鏡、１０ 全透過膜、１１ 部分反射鏡、１２ 周回モード、１３ 寄生発振、１４ 屈折率整合部、１５ 周回モード、１６ クラッド外部伝搬光、１７ 周回モード、１８ 吸収層、１９ 全反射鏡、２０ アパーチャー、１０１ レーザ媒質、１０２，１０３，１０４ クラッド。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射面から励起光を導入して、上記励起光を伝搬させる平板状の励起光導入部と、上記励起光導入部より高い屈折率を有しており、上記励起光導入部により伝搬された励起光を導入する入射面が、上記励起光導入部における厚さ方向と垂直な面に接合され、上記入射面から導入した励起光を吸収して利得を発生する平板状のレーザ媒質とを備え、
上記励起光導入部における励起光の入射方向の長さが上記レーザ媒質より長く、上記励起光導入部における励起光の入射面付近には上記レーザ媒質が接合されていないことを特徴とする平面導波路型レーザ装置。
【請求項２】
励起光導入部の入射面から導入された励起光の入射方向にあるレーザ媒質の面が荒らし面であることを特徴とする請求項１記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項３】
励起光導入部の入射面から導入された励起光の入射方向と垂直な方向にあるレーザ媒質の２つの面が非平行であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項４】
レーザ媒質における励起光の入射方向と垂直な面の外側にレーザ光を吸収する吸収層が成膜されていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項５】
レーザ媒質が接合されている励起光導入部の面の中で上記レーザ媒質が接合されていない部分に、上記レーザ媒質と屈折率が略同一で、レーザ光に利得を与えない性質の物質が接合されていることを特徴とする請求項１記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項６】
励起光導入部における励起光の入射面が厚さ方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項７】
レーザ媒質の面の中で、励起光導入部が接合されている面と対向している面に、上記レーザ媒質より屈折率が低いクラッド層が接合されていることを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項８】
レーザ媒質の屈折率がｎ１、クラッド層の屈折率がｎ３、外部の屈折率がｎ０であるとき、上記屈折率ｎ０，ｎ１，ｎ３が、
ｎ１ｓｉｎ（９０°−ｓｉｎ−１（ｎ０／ｎ１））＜ｎ３＜ｎ１
の関係を満足するレーザ媒質とクラッド層が用いられていることを特徴とする請求項７記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項９】
クラッド層の面の中で、レーザ媒質が接合されている面と対向している面に、レーザ光を吸収する吸収層が成膜されていることを特徴とする請求項７または請求項８記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項１０】
励起光導入部の面の中で、レーザ媒質が接合されている面と対向している面に、上記励起光導入部より屈折率が低いクラッド層が接合されていることを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項１１】
励起光導入部の屈折率がｎ２、クラッド層の屈折率がｎ３’、外部の屈折率がｎ０であるとき、上記屈折率ｎ０，ｎ２，ｎ３’が、
ｎ２ｓｉｎ（９０°−ｓｉｎ−１（ｎ０／ｎ２））＜ｎ３’＜ｎ２
の関係を満足する励起光導入部とクラッド層が用いられていることを特徴とする請求項１０記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項１２】
クラッド層の面の中で、励起光導入部が接合されている面と対向している面に、レーザ光を吸収する吸収層が成膜されていることを特徴とする請求項１０または請求項１１記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項１３】
励起光導入部の面の中で、レーザ媒質が接合されている面と対向している面に、上記励起光導入部より屈折率が低い第１のクラッド層が接合されており、かつ、上記レーザ媒質の面の中で、上記励起光導入部が接合されている面と対向している面に、上記レーザ媒質より屈折率が低い第２のクラッド層が接合されていることを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項１４】
レーザ媒質の屈折率がｎ１、励起光導入部の屈折率がｎ２、第１のクラッド層の屈折率がｎ３、第２のクラッド層の屈折率がｎ４、外部の屈折率がｎ０であるとするとき、上記屈折率ｎ０，ｎ１，ｎ２，ｎ３，ｎ４が、
ｓｉｎ−１（ｎ４／ｎ１）＞ｓｉｎ−１（ｎ３／ｎ２）の場合には、
ｎ１ｓｉｎ（９０°−ｓｉｎ−１（ｎ０／ｎ１））＜ｎ４＜ｎ１の関係、
ｓｉｎ−１（ｎ４／ｎ１）＜ｓｉｎ−１（ｎ３／ｎ２）の場合には、
ｎ２ｓｉｎ（９０°−ｓｉｎ−１（ｎ０／ｎ２））＜ｎ３＜ｎ２の関係
を満足するレーザ媒質、励起光導入部及び第１及び第２のクラッド層が用いられていることを特徴とする請求項１３記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項１５】
第１のクラッド層の面の中で励起光導入部が接合されている面と対向している面、あるいは、第２のクラッド層の面の中でレーザ媒質が接合されている面と対向している面のうち、少なくとも一方にレーザ光を吸収する吸収層が成膜されていることを特徴とする請求項１３または請求項１４記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項１６】
吸収層は、クロム、チタン、Ｃｒ４＋：ＹＡＧのいずれかで構成されていることを特徴とする請求項４、請求項９、請求項１２または請求項１５記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項１７】
複数のレーザ媒質が励起光導入部に接合されていることを特徴とする請求項１から請求項１６のうちのいずれか１項記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項１】
入射面から励起光を導入して、上記励起光を伝搬させる平板状の励起光導入部と、上記励起光導入部より高い屈折率を有しており、上記励起光導入部により伝搬された励起光を導入する入射面が、上記励起光導入部における厚さ方向と垂直な面に接合され、上記入射面から導入した励起光を吸収して利得を発生する平板状のレーザ媒質とを備え、
上記励起光導入部における励起光の入射方向の長さが上記レーザ媒質より長く、上記励起光導入部における励起光の入射面付近には上記レーザ媒質が接合されていないことを特徴とする平面導波路型レーザ装置。
【請求項２】
励起光導入部の入射面から導入された励起光の入射方向にあるレーザ媒質の面が荒らし面であることを特徴とする請求項１記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項３】
励起光導入部の入射面から導入された励起光の入射方向と垂直な方向にあるレーザ媒質の２つの面が非平行であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項４】
レーザ媒質における励起光の入射方向と垂直な面の外側にレーザ光を吸収する吸収層が成膜されていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項５】
レーザ媒質が接合されている励起光導入部の面の中で上記レーザ媒質が接合されていない部分に、上記レーザ媒質と屈折率が略同一で、レーザ光に利得を与えない性質の物質が接合されていることを特徴とする請求項１記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項６】
励起光導入部における励起光の入射面が厚さ方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項７】
レーザ媒質の面の中で、励起光導入部が接合されている面と対向している面に、上記レーザ媒質より屈折率が低いクラッド層が接合されていることを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項８】
レーザ媒質の屈折率がｎ１、クラッド層の屈折率がｎ３、外部の屈折率がｎ０であるとき、上記屈折率ｎ０，ｎ１，ｎ３が、
ｎ１ｓｉｎ（９０°−ｓｉｎ−１（ｎ０／ｎ１））＜ｎ３＜ｎ１
の関係を満足するレーザ媒質とクラッド層が用いられていることを特徴とする請求項７記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項９】
クラッド層の面の中で、レーザ媒質が接合されている面と対向している面に、レーザ光を吸収する吸収層が成膜されていることを特徴とする請求項７または請求項８記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項１０】
励起光導入部の面の中で、レーザ媒質が接合されている面と対向している面に、上記励起光導入部より屈折率が低いクラッド層が接合されていることを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項１１】
励起光導入部の屈折率がｎ２、クラッド層の屈折率がｎ３’、外部の屈折率がｎ０であるとき、上記屈折率ｎ０，ｎ２，ｎ３’が、
ｎ２ｓｉｎ（９０°−ｓｉｎ−１（ｎ０／ｎ２））＜ｎ３’＜ｎ２
の関係を満足する励起光導入部とクラッド層が用いられていることを特徴とする請求項１０記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項１２】
クラッド層の面の中で、励起光導入部が接合されている面と対向している面に、レーザ光を吸収する吸収層が成膜されていることを特徴とする請求項１０または請求項１１記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項１３】
励起光導入部の面の中で、レーザ媒質が接合されている面と対向している面に、上記励起光導入部より屈折率が低い第１のクラッド層が接合されており、かつ、上記レーザ媒質の面の中で、上記励起光導入部が接合されている面と対向している面に、上記レーザ媒質より屈折率が低い第２のクラッド層が接合されていることを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項１４】
レーザ媒質の屈折率がｎ１、励起光導入部の屈折率がｎ２、第１のクラッド層の屈折率がｎ３、第２のクラッド層の屈折率がｎ４、外部の屈折率がｎ０であるとするとき、上記屈折率ｎ０，ｎ１，ｎ２，ｎ３，ｎ４が、
ｓｉｎ−１（ｎ４／ｎ１）＞ｓｉｎ−１（ｎ３／ｎ２）の場合には、
ｎ１ｓｉｎ（９０°−ｓｉｎ−１（ｎ０／ｎ１））＜ｎ４＜ｎ１の関係、
ｓｉｎ−１（ｎ４／ｎ１）＜ｓｉｎ−１（ｎ３／ｎ２）の場合には、
ｎ２ｓｉｎ（９０°−ｓｉｎ−１（ｎ０／ｎ２））＜ｎ３＜ｎ２の関係
を満足するレーザ媒質、励起光導入部及び第１及び第２のクラッド層が用いられていることを特徴とする請求項１３記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項１５】
第１のクラッド層の面の中で励起光導入部が接合されている面と対向している面、あるいは、第２のクラッド層の面の中でレーザ媒質が接合されている面と対向している面のうち、少なくとも一方にレーザ光を吸収する吸収層が成膜されていることを特徴とする請求項１３または請求項１４記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項１６】
吸収層は、クロム、チタン、Ｃｒ４＋：ＹＡＧのいずれかで構成されていることを特徴とする請求項４、請求項９、請求項１２または請求項１５記載の平面導波路型レーザ装置。
【請求項１７】
複数のレーザ媒質が励起光導入部に接合されていることを特徴とする請求項１から請求項１６のうちのいずれか１項記載の平面導波路型レーザ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−２４８６０９（Ｐ２０１２−２４８６０９Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１７９４９（Ｐ２０１１−１１７９４９）
【出願日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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