專利名稱：模式控制波導型激光裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種模式控制波導型激光裝置，該模式控制波導型激光裝置用于適合于打印機、投影電視的光源的大功率激光裝置及波長轉換激光裝置。
背景技術：
在打印機、投影電視中，作為光源，要求R(紅)、G(綠)、B(藍)3種顏色的光源。作為該光源，開發(fā)出這樣的波長轉換激光器，該波長轉換激光器以900nm波長區(qū)、1μm波長區(qū)、1.3μm波長區(qū)的激光作為基波激光，使用非線性材料產(chǎn)生二次諧波(SHGSecondHarmonic Generation)。在SHG中，為了實現(xiàn)從基波激光到二次諧波激光的高轉換效率，要求提高非線性材料上的基波激光的功率密度，以及波面像差少的高亮度激光。
作為實現(xiàn)這樣的波長轉換激光裝置的方法，具有圖15所示激光共振器內二次諧波發(fā)生激光裝置(例如參照非專利文獻1)。圖15所示激光裝置具有出射激勵光的激勵用半導體激光器101，輸送激勵光的光纖102，使激勵光聚光的聚光光學系統(tǒng)103，反射基波激光、透射激勵光的第1反射鏡105，激光介質104，反射基波激光的第2反射鏡106，反射基波激光、透射二次諧波激光的第3反射鏡107，將基波激光轉換成二次諧波激光的非線性材料109，以及反射基波激光和二次諧波激光的第4反射鏡108。符號110為由第1反射鏡和第4反射鏡構成的基波激光共振器的共振器內的傳輸形狀，符號111為二次諧波激光的輸出。
在圖15中，從激勵用半導體激光器101輸出的激勵光由光纖102輸送和輸出，由聚光光學系統(tǒng)103調整光軸和光束尺寸并進行聚光，使得與基波的傳輸形狀110一致，由激光介質104吸收。這樣，在激光介質104中產(chǎn)生相對基波激光的增益，由第1反射鏡105～第4反射鏡108構成的共振器中發(fā)生基波激光的激光振蕩。
此時，入射到非線性材料109的基波激光的一部分轉換成二次諧波激光，由第3反射鏡107作為二次諧波激光輸出111輸出到外部。由第1反射鏡105～第4反射鏡108構成的共振器構成為使得相對基波激光可獲得高亮度激光振蕩，實現(xiàn)波面像差少的高亮度激光振蕩。另外，如由傳輸形狀110所示那樣，利用非線性材料109減小基波激光的光束尺寸，提高基波激光的功率密度，從而實現(xiàn)高效率的SHG。
非專利文獻1ELSEVIER社發(fā)行的光學通信，205(2002)，361頁然而，在圖15所示激光裝置中，需要入射激勵光的聚光光學系統(tǒng)、構成共振器的多個反射鏡，需要多個光學部件。因此，存在裝置體積龐大而變得昂貴的問題。
另外，需要能夠獲得高亮度的激光振蕩地構成共振器，但除了共振器的長度、反射鏡的曲率、反射角度外，由于激光介質的熱透鏡效果、振蕩模式變化大，所以，存在著難以獲得穩(wěn)定的激光輸出的課題。
另外，由于使用了反射鏡的空間型的共振器，校準調整復雜，另外，由于來自外部的干擾容易產(chǎn)生校準偏差，所以，存在著難以獲得高可靠性的課題。
另外，為了增加激光輸出，需要增加激勵光，但由于可入射到光纖的激勵光的功率受到限制，所以，增加從1根光纖的輸出受到限制，另外，在使用多個光纖的輸出入射到激光介質的場合，聚光光學系統(tǒng)的構成變得復雜，所以，存在著難以增加二次諧波激光輸出的課題。

發(fā)明內容
本發(fā)明用于解決上述課題，其目的在于獲得一種可進行高效率的二次諧波轉換的模式控制波導型激光裝置，該模式控制波導型激光裝置通過在激光介質內進行多個振蕩模式的振蕩，從而可獲得容易進行輸出定標的、高亮度的基波輸出。
本發(fā)明的模式控制波導型激光裝置的特征在于具有激光介質、包層、及散熱器；該激光介質形成為平板狀，在相對光軸垂直的截面厚度方向具有波導構造，在與上述光軸和上述厚度方向垂直的方向具有周期性的透鏡效果；該包層而接合于上述激光介質的一面；該散熱器通過上述包層接合于上述激光介質的一面?zhèn)?；激光振蕩具有按上述激光介質的波導模式振蕩的激光振蕩和按由上述激光介質的周期性透鏡效果形成的多個共振器模式振蕩的激光振蕩。
按照本發(fā)明，通過在激光介質內使多個振蕩模式振蕩，可獲得輸出標定容易的、高亮度的基波輸出，可進行高效率的二次諧波轉換。


圖1為示出本發(fā)明實施形式1的模式控制波導型激光裝置的構成的側面圖。
圖2為從非線性材料側觀看圖1的a-a′截面的截面圖。
圖3放大示出圖2中的散熱器2～激光介質5的截面圖的一部分，為說明在激光介質5中發(fā)生的溫度分布的圖。
圖4為用于說明本發(fā)明實施形式1的模式控制波導型激光裝置的動作的圖。
圖5A說明同時地制造將基板、激光介質、包層及散熱器一體化的波導的工序的圖，示出激光介質的研磨工序。
圖5B為示出圖5A之后的基板與激光介質的接合工序的圖。
圖5C為示出圖5B之后的激光介質的研磨工序的圖。
圖5D為示出圖5C之后的包層的接合工序的圖。
圖5E為圖5D之后的一體化波導的切斷工序的圖。
圖5F為圖5E之后的包層與散熱器的接合工序的圖。
圖6為示出與圖2和圖3所示散熱器形狀不同的形狀的例子的圖。
圖7為示出使用半導體激光器5A代替圖1的激光介質5的場合的模式控制波導型激光裝置的構成的側面圖。
圖8為示出本發(fā)明實施形式2的模式控制波導型激光裝置的構成的側面圖。
圖9為示出本發(fā)明實施形式3的模式控制波導型激光裝置的激光介質和非線性材料的圖。
圖10示出本發(fā)明實施形式4的模式控制波導型激光裝置的構成，為從側面觀看激光裝置的圖。
圖11示出本發(fā)明實施形式4的模式控制波導型激光裝置的構成，為從上面觀看激光裝置的圖。
圖12為示出本發(fā)明實施形式5的模式控制波導型激光裝置的構成的側面圖。
圖13為示出本發(fā)明實施形式6的模式控制波導型激光裝置的激光介質的圖，僅示出圖12中的激光介質5。
圖14示出在用于本發(fā)明實施形式7的模式控制波導型激光裝置的激光介質形成折射率分布的構成，為從激光出射面?zhèn)扔^看激光裝置的圖。
圖15為示出公開于ELSEVIER社發(fā)行的光學通信，205(2002)，361頁的現(xiàn)有激光裝置的構成的圖。
具體實施例方式
下面，為了更詳細地說明本發(fā)明，根據(jù)

用于實施本發(fā)明的最佳形式。
實施形式1圖1和圖2為示出本發(fā)明實施形式1的模式控制波導型激光裝置的構成的圖，圖1為側面圖，圖2為從非線性材料側觀看圖1的a-a′截面的截面圖。
圖1和圖2所示本實施形式1的模式控制波導型激光振蕩器具有半導體激光器1、激光介質5、包層4、散熱器2、以及非線性材料7；該激光介質5構成為平板狀，在相對表示激光振蕩方向的光軸6垂直的截面厚度方向具有波導構造，沿與光軸6和厚度方向垂直的方向具有周期性的透鏡效果；該包層4接合于激光介質5的下面；該散熱器2由接合劑3接合到與激光介質5的下面接合的包層4的下面；該非線性材料7鄰近地配置在激光介質的光軸上，在與激光介質5的波導構造相同的方向具有波導構造。
激光介質5的與光軸6垂直的端面5a、端面5b的形狀例如為長方形，典型地說，具有y軸方向的厚度為數(shù)～數(shù)十μm，x軸方向的寬度為數(shù)百μm～數(shù)mm的大小。為了進行說明，使用以長方形的長邊方向為x軸、短邊方向為y軸、光軸6的方向為z軸的座標系。激光介質5的端面5a、端面5b的短邊側也可為圓形，端面不一定非要為長方形。
包層4具有比激光介質5小的折射率，接合到激光介質5的平行于xz平面的一個面。包層4例如通過蒸鍍以光學材料為原料的膜而構成，或通過利用光學接觸或擴散接合等將光學材料與激光介質5光學地接合而構成。另外，也可使用具有比激光介質5小的折射率的光學粘接劑。
散熱器2由導熱系數(shù)大的材料構成，在與光軸6垂直的截面(xy平面)具有梳齒形狀。散熱器2的梳齒的前端部分通過接合劑3接合到包層4。
接合劑3通過包層4將由激光介質5產(chǎn)生的熱排出到散熱器2。該接合劑3可由金屬焊錫、光學粘接劑、導熱粘接劑等實現(xiàn)。包層4的與激光介質5接合的面相對的面為了提高與接合劑3的接合強度，也可進行金屬噴鍍(附著金屬膜)。另外，在由光學材料構成散熱器2的場合，例如也可由光學接觸或擴散接合等直接接合包層4與散熱器2。
另外，半導體激光器1鄰近激光介質5的端面5a而配置，根據(jù)需要，接合圖中未示出的冷卻用的散熱器。半導體激光器1的x軸方向的大小與激光介質5的x軸方向的大小大致相等，沿x軸方向大致一樣地輸出激勵光。從半導體激光器1輸出的激勵光從端面5a沿xz平面方向入射到激光介質5，由激光介質5吸收。
非線性材料7的與光軸6垂直的截面具有與激光介質5大致相同的形狀，具有與光軸6垂直的端面7a和7b，端面7a鄰近激光介質5的端面5b而配置。
在這里，激光介質5的端面5a形成有反射基波激光的全反射膜，端面5b形成透射基波激光的反射防止膜，非線性材料7的端面7a形成透射基波激光、反射二次諧波激光的光學膜，端面7b形成反射基波激光、透射二次諧波激光的光學膜。這些全反射膜、部分反射膜及光學膜例如通過層疊電介質薄膜而構成。在從半導體激光器1輸出的激勵光從激光介質5的端面5a入射的場合，端面5a的全反射膜成為透射激勵光、反射基波激光的光學膜。
作為激光介質5，可使用一般的固體激光材料。例如使用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等。
另外，作為非線性材料7，可使用一般的波長轉換用材料。例如，使用KTP、KN、BBO、LBO、CLBO、LiNbO3、LiTaO3等。另外，如使用對光損傷的抵抗能力強的MgO添加LiNbO3、MgO添加LiTaO3、定比LiNbO3、定比LiTaO3，則可提高入射的基波激光的功率密度，所以，可進行高效率的波長轉換。另外，如使用具有周期反反轉極化構造的MgO添加LiNbO3、MgO添加LiTaO3、定比LiNbO3、定比LiTaO3、KTP，則由于非線性常數(shù)大，可進行更高效率的波長轉換。
下面，根據(jù)圖3說明激光介質5中發(fā)生的溫度分布。圖3為放大示出圖2中的散熱器2～激光介質5的截面圖的一部分的圖。激光介質5將吸收了的激勵光的功率的一部分轉換成熱而產(chǎn)生熱。發(fā)生的熱通過包層4和接合劑3排出到散熱器2。
此時，由于散熱器2為梳形，由接合劑3接合的范圍僅為梳齒的前端部分，所以，在二個梳齒間的中間部分發(fā)生從二個梳齒的大約中心到x軸方向兩側的熱流。因此，二個梳齒的大致中心的溫度為最高，溫度隨著接近梳齒的部分而下降。
激光介質5等的光學材料的折射率與溫差大致成比例地變化。作為激光介質5的光學材料，在使用每單位溫度的折射率變化dn/dT為正的材料的場合，溫度高的二個梳齒中心部分的折射率變大，隨著接近梳齒的部分，折射率變小。結果，在x軸方向發(fā)生以二個梳齒的中心部分為光軸的熱透鏡效果。
入射到激光介質5的由半導體激光器1產(chǎn)生的激勵光沿x軸方向被大致均勻地激勵，散熱器2的梳形的梳齒沿x軸方向配置成大致等間隔。因此，熱透鏡效果也周期地發(fā)生，如設梳齒的根數(shù)為m根，則可獲得按大致等間隔排列(m-1)個透鏡的效果。周期發(fā)生的熱透鏡效果的強度和周期可根據(jù)散熱器2的梳齒的間隔、梳齒的粗細、梳齒的長度、導熱系數(shù)、接合劑3的導熱系數(shù)、厚度、包層4的材料、厚度任意地調整。
同樣，作為激光介質5的光學材料，在使用每單位溫度的折射率變化dn/dT為負的材料的場合，成為與溫度分布相反的折射率分布，與梳接合的部分的折射率變大，二個梳齒的中心部分的折射率變小。結果，在x軸方向發(fā)生以與梳接合的部分為光軸的熱透鏡效果。在該場合，如設梳齒的根數(shù)為m根，即可獲得按大致等間隔排列m個透鏡的效果。
另外，散熱器2的梳齒間的空隙通常為空氣，但也可由具有比散熱器2小的導熱系數(shù)的熱絕緣材料填充。在該場合，上述激光介質5內的折射率分布生成按上述梳齒的前端與上述絕緣材料的導熱系數(shù)的差發(fā)生的周期性溫度分布。
如這樣構成，則可進一步調整熱透鏡效果的強度、分布。另外，通過填入絕熱材料，還可提高散熱器2的剛性。另外，由于不管dn/dT是正還是負，都可獲得同樣的效果，以后只要不特別明示，則都使用dn/dT為正的場合進行說明。
下面使用圖4說明實施形式1的模式控制波導型激光裝置的動作。
圖4為從z軸方向觀看圖1所示激光裝置的圖。在這里，為了明確基波激光的振蕩模式與散熱器2的梳齒的關系，由虛線示出梳齒使得可看到散熱器2的梳齒部分。
從激光介質5的側面5a入射的激勵光由激光介質5吸收，在激光介質5內部發(fā)生相對基波激光的增益。通過在激光介質5內部發(fā)生的增益，基波激光在激光介質5的與光軸6垂直的端面5a與非線性材料7的端面7b間進行激光振蕩。
使非線性材料7的晶軸角度、溫度或周期反轉極化的周期最佳化，使得當基波激光入射時通過非線性效果轉換成二次諧波激光。因此，當在端面5a與端面7a間振蕩的基波激光入射到非線性材料7時，基波激光的一部分轉換成二次諧波激光，從端面7b輸出到外部。
另外，未轉換成二次諧波激光而殘留的基波激光在端面7b受到全反射，再次通過非線性材料7，轉換成二次諧波激光。殘留的基波激光的一部分得到轉換而發(fā)生的二次諧波激光由端面7a進行全反射，從端面7b輸出到外部。
激光介質5的y軸方向，厚度為波長的數(shù)～數(shù)十倍程度，由折射率比激光介質5小的包層4和空氣夾住，所以，作為在折射率高的激光介質5中封入基波激光的波導而起作用，基波激光按波導的模式而有選擇地振蕩。波導的模式可通過調整包層4的折射率和激光介質5的y軸方向的厚度而任意地設定，可僅按低次模式或單一模式導波，實現(xiàn)高亮度振蕩。雖然排熱產(chǎn)生的熱分布使得在y軸方向也發(fā)生折射率分布，但如果包層4與激光介質5以及空氣與激光介質5的折射率差同由熱分布產(chǎn)生的折射率變化相比足夠大，則波導模式處于優(yōu)勢，可忽略熱的影響。
由于非線性材料7由空氣或具有比非線性材料7小的折射率的未圖示的包層夾住與y軸垂直的上下面，厚度為波長的數(shù)～數(shù)十倍左右，所以，與激光介質5同樣，y軸方向作為波導起作用。另外，在非線性材料7吸收激光而發(fā)熱的場合，也可在非線性材料7的下面或與非線性材料7接合的包層上接合散熱器進行排熱。
在將散熱器直接接合于非線性材料7的場合，可在散熱器材料上使用具有比非線性材料7小的折射率的光學材料，或使用具有比非線性材料7小的折射率的接合劑，例如光學接合劑等，使得可將非線性材料7的y軸方向用作波導。
激光共振器內的y軸方向的激光振蕩按激光介質5或非線性材料7的波導模式而有選擇地振蕩。激光介質5的導波模式和非線性材料7的導波模式可分別根據(jù)厚度、與包層的折射率差而任意地設定，可僅按低次模式或單一模式導波，實現(xiàn)高亮度振蕩。
激光介質5的導波模式與非線性材料7的導波模式不一定非要一致，例如如果將任一導波模式設為多模，將另一方的導波模式設為單一模式，則激光振蕩的模式由最低次的模式限制，所以，可按單一模式選擇地振蕩。當然，也可采用成為相同導波模式的構成。
由于激光介質5和非線性材料7的寬度同基波激光和二次諧波激光的波長相比足夠大，所以，激光共振器內的x軸方向的激光振蕩不根據(jù)波導進行模式選擇，而是成為空間型的共振器。在激光介質5中，根據(jù)散熱器2的梳形構造，周期性地發(fā)生以二個梳齒的中心為光軸的熱透鏡效果。另一方面，在非線性材料7的x軸方向，由于折射率分布不存在，所以，成為自由空間內的傳輸。
因此，激光振蕩的模式由在激光介質5發(fā)生的熱透鏡提供，生成在各個光軸獨立的振蕩模式。獨立的各個振蕩模式通過利用包含非線性材料7的共振器調整激光介質5的熱透鏡的強度、周期，使得僅成為低次模式或單一模式，從而可實現(xiàn)高亮度振蕩。
在散熱器2的梳形構造中，梳齒不一定非要為等間隔，例如在半導體激光器1的x軸方向的輸出存在分布的場合，通過對應于發(fā)熱量而改變梳齒的間隔，可按激光介質5的所有振蕩模式實現(xiàn)高亮度振蕩。
如這樣構成，則激光介質5和非線性材料7的x軸方向成為空間型的共振器，所以，可自由地設定x軸方向的寬度。另外，由于在半導體激光器1的x軸方向要求高的光束質量，所以，通過配合半導體激光器1的x軸方向的寬度而調整激光介質5和非線性材料7的寬度，從而可自由設定半導體激光器1的x軸方向的寬度。
因此，可使用大功率化容易的、具有大寬度的發(fā)光區(qū)域的寬區(qū)LD、或將發(fā)射器配置成一列的LD陣列，實現(xiàn)激勵光的大功率化，可輸出大功率的二次諧波激光。
另外，由于激光介質5的y軸方向的厚度小，入射到非線性材料7的基波激光的功率密度變大，所以，可高效率地輸出二次諧波激光。
另外，由于激光介質5的y軸方向的厚度小，激勵光的功率密度變大，所以，可使用小增益的激光介質、或低能級吸收大的三能級激光介質而獲得大的增益。結果，可高效率地輸出基波激光。
另外，由于激光介質5的y軸方向的厚度小，激勵光的功率密度變大，所以，可使用小增益的激光介質、或低能級吸收大的三能級激光介質而獲得大的增益。結果，可高效率地使基波激光振蕩，所以，可高效率地輸出二次諧波激光。
另外，由于激光介質5的y軸方向的厚度小，所以，激光介質5的溫升變小，可使用溫升導致增益下降的三能級激光介質而高效率地輸出基波激光，所以，可高效率地輸出二次諧波激光。
另外，由于半導體激光器1、激光介質5、及非線性材料7可鄰近配置，所以，不需要激勵光用的聚光光學系統(tǒng)和構成共振器的透鏡、反射鏡，可構成小型、廉價的激光裝置。
另外，在圖1所示波導型的激光裝置中，激光振蕩大多按導波模式的增益/損失比獲得直線偏振。因此，即使在使用基波激光要求直線偏振光的非線性材料7的場合，也可高效率地輸出二次諧波激光。
另外，如激光介質5使用增益隨晶軸方向而不同的激光介質(基體材料(ホスト)為YLF、YVO4、GdVO4、KGW、KYW、Sapphire等由具有雙折射的晶體構成的激光介質)，則可容易地獲得增益高的方向的直線偏振振蕩，所以，即使在使用基波激光要求直線偏振光的非線性材料7的場合，也可高效率地輸出二次諧波激光。
另外，在圖1所示激光裝置中，在激光介質5具有增益的范圍內，按照波長稍不同的多個縱模發(fā)生振蕩。當進行包含SHG的波長轉換時，在基波激光的振蕩波長區(qū)域寬的場合，相位失配導致轉換效率下降。因此，為了實現(xiàn)高轉換效率，要求具有窄波長帶區(qū)的基波激光，最好為按照單一縱模的振蕩。
在駐波型的激光振蕩器中，由于在共振器內部形成駐波，所以，存在電場強度為零的波節(jié)和電場強度最大的波腹的部分。當波長不同時，由于各個波長的駐波的波腹與波節(jié)的位置錯開，當在光軸6方向周期性地施加損失時，由損失與電場的重疊，可對各波長提供不同的損失，可選擇地僅使所期望的波長振蕩。
另外，在圖1所示模式控制波導型激光裝置中，雖然y軸方向按封入到激光介質5內部的波導模式振蕩，但在包層4內部稍存在由滲出而產(chǎn)生的電場。因此，通過對包層4施加周期性的損失，可選擇性地僅使所期望的波長振蕩。另外，當包層4的折射率周期性地變化時，由于激光介質5內部的激光的封入強度變化，可獲得與周期性施加損失相同的效果。
作為對包層4施加損失的方法，例如具有將吸收激光的離子添加到包層4的方法，相對1μm的激光、周期性地添加Cr4+離子即可。作為在包層4產(chǎn)生折射率變化的方法，例如可通過將強度大的激光的干涉光照射到包層4并周期性地使折射率變化而實現(xiàn)。
如這樣構成，則可選擇性地僅使所期望的波長振蕩，所以，可獲得適合于波長轉換的基波激光的振蕩。
另外，在激光介質5由對多種波長具有增益的激光介質構成的場合，由于激光介質5的y軸方向的厚度小，所以，在各個波長下發(fā)生非常大的增益。為此，當在激光介質5的端面5b、非線性材料7的端面7a、7b發(fā)生所期望波長以外的波長的反射時，有時在端面5a與反射面間發(fā)生不需要波長的激光振蕩(寄生振蕩)。在圖1所示模式控制波導型激光裝置中，雖然y軸方向按封入到激光介質5內部的波導的模式振蕩，但在包層4內部也稍存在由滲出產(chǎn)生的電場。
因此，如包層4使用相對所期望波長透射、吸收不需要波長的材料，則可使不需要波長的損失增加，可抑制寄生振蕩。為了由包層4吸收不需要的波長，例如只要使用將這樣的離子添加到玻璃或晶體中的材料即可，該離子相對所期望的波長不吸收，但吸收不需要的波長。
另外，在圖1所示模式控制波導型激光裝置中，由于激光介質5的y軸方向的厚度小，發(fā)生非常大的增益。為此，在透過基波激光的端面5b或端面7a，當基波激光稍稍反射時，在反射面與端面5a間有時發(fā)生不需要的激光振蕩(寄生振蕩)。
另一方面，在圖1所示模式控制波導型激光裝置中，端面5b、端面7a不需要分別與端面5a、端面7b平行，也可使端面5b和端面7a相對由激光介質5發(fā)生的熱透鏡提供的光軸傾斜。在該場合，光軸在傾斜的端面折射，當通過傾斜的端面時角度變化，但如使端面5a和端面7a相對角度變化了的光軸垂直地設置，則可獲得上述同樣的效果。
如這樣構成，即使在端面5b或端面7a發(fā)生基波激光的反射，也不能在與端面5a間構成穩(wěn)定的共振器，所以，可抑制寄生振蕩。
另外，在圖1所示波導型的激光裝置中，由于激光介質的y軸方向的厚度小，所以，發(fā)生非常大的增益。為此，在端面5a、5b反射的激光在包層4的接合于散熱器的面和激光介質5的上面反射，有時按與所期望波導模式不同的模式發(fā)生寄生振蕩。因此，在包層4的與散熱器接合的面上形成用于吸收激光的吸收膜，增加相對與所期望波導模式不同模式的激光的損失，可抑制寄生振蕩。吸收膜使用相對寄生振蕩的激光波長具有吸收的材料即可，例如形成Cr金屬膜即可。如這樣構成，則所期望的波導模式僅是很少量地滲出到激光介質5和包層4，所以，不發(fā)生由吸收膜帶來的損失，可抑制寄生振蕩。
另外可以得知，在上述激光裝置中，端面7a形成透射基波激光、反射二次諧波激光的光學膜，但即使在端面5a形成對基波激光和二次諧波激光進行全反射的全反射膜，在端面7a形成透射基波激光和二次諧波激光的反射防止膜，也可獲得同樣的效果。
另外，半導體激光器1雖然鄰接激光介質5的端面5a配置，但也可鄰接與yz面平行的側面配置。如這樣配置，則由于基波激光的漏光不直接入射到半導體激光器1，所以，半導體激光器1破損的可能性降低，可構成可靠性高的激光裝置。
而且，雖然激光介質5的與包層4所接合的面相對的面接觸空氣，但也可接合具有比激光介質5小的折射率的第2包層。
如這樣構成，則通過調整激光介質5與第2包層的折射率差，從而可任意地調整激光介質5的y軸方向的傳輸模式。另外，如增大第2包層的y軸方向的厚度，則可不影響激光介質5的導波模式地提高激光介質5的剛性。
另外，雖然激光介質5的與包層4所接合的面相對的面接觸空氣，但也可通過具有比激光介質5小的折射率的第2接合劑接合基板。第2接合劑例如使用光學粘接劑。另外，基板例如可使用光學材料、金屬等。
如這樣構成，則通過調整激光介質5與接合劑的折射率差，從而可任意地調整激光介質5的y軸方向的傳輸模式。另外，如增大基板的y軸方向的厚度，則可不影響激光介質5的導波模式地提高激光介質5的剛性。
另外，在激光介質5的溫升導致熱膨脹的場合，光學粘接劑的剛性比晶體、玻璃材料低，所以，相應于激光介質5的膨脹產(chǎn)生變形，由此可緩和施加于激光介質5的應力。
另外，雖然激光介質5的與包層4接合的面相對的面接觸空氣，但也可形成具有比激光介質5小的折射率的光學膜，在光學膜的表面進一步通過光學接觸、擴散接合而與具有與激光介質5大致相同熱膨脹率的基板接合。
如這樣構成，則通過調整激光介質5與光學膜的折射率差，從而可任意地調整激光介質5的y軸方向的傳輸模式。另外，如增大基板的y軸方向的厚度，則可不影響激光介質5的導波模式地提高激光介質5的剛性。
另外，由于激光介質5與基板具有大致相同的熱膨脹率，所以，在由激光介質5的溫升產(chǎn)生熱膨脹的場合，基板也按大致相同的比例膨脹。此時，與晶體、玻璃材料相比，光學膜的密度低、剛性低，所以，相應于基板的膨脹產(chǎn)生變形，可緩和施加于激光介質5的應力。另外，當接合光學膜與基板時，通過選擇容易進行光學接合的光學膜材料和基板，從而可提高接合的強度。
另外，上述激光介質5由于厚度為數(shù)～數(shù)十μm，所以，難以按單體制造。因此，例如可按圖5A～圖5F所示方法制造。
在圖5A中，首先對激光介質5的一面進行研磨。
在圖5B中，接下來，相對在圖5A中研磨后的面，通過光學接觸或擴散接合等直接接合具有比激光介質5小的折射率的基板，或通過具有比激光介質5小的折射率的光學粘接劑接合由金屬或光學材料構成的基板，或在將具有比激光介質5小的折射率的光學膜形成于激光介質后，通過光學接觸或擴散接合等將基板接合到光學膜。
在圖5C中，對激光介質5的與接合了基板的面相對的面進行研磨，使激光介質5成為所期望的厚度。
在圖5D中，蒸鍍具有比激光介質5小的折射率的包層4，或使用光學接合、光學粘接劑進行接合，制造將基板、激光介質5、包層4一體化了的波導。
在圖5E中，切斷一體化了的波導，制造多個所期望大小的波導。
在圖5F中，使用接合劑接合包層4與散熱器3。
如以上那樣，可同時制造多個一體化了的波導，可降低制造成本。制造后，如激光介質5單體的剛性足夠，則也可拆卸基板。
另外，激光介質5和包層4也可由同一基體材料制造。一般情況下，在將活性離子添加到基體材料而制造激光介質的場合，基體材料和激光介質的折射率產(chǎn)生微小變化。因此，使用當添加活性離子時折射率變高的基體材料，僅對激光介質5的區(qū)域添加活性離子，包層4不添加活性離子，即可獲得同樣的效果。
如這樣構成，則在通過光學接觸或擴散接合光學地接合激光介質5與包層4的場合，由于成為同種材料的接合，所以，可獲得高接合強度。另外，也可粉碎晶體，加工成粉狀，壓縮成型，然后進行燒結，由這樣的陶瓷制造方法可一體制造添加了活性離子的激光介質5和未添加活性離子的包層4。另外，在使用陶瓷制造方法的場合，可按比晶體高的濃度添加活性離子，所以，可實現(xiàn)激光介質5的高吸收效率化、高增益化。
另外，雖然上述散熱器2在與光軸6垂直的截面具有梳形，但如為可使激光介質5內部產(chǎn)生溫度分布的形狀，則可為任何形狀。圖6為用于說明散熱器形狀的另一例的圖，示出散熱器2A、接合劑3A、包層4、及激光介質5。
包層4和激光介質5具有與圖3所示包層4和激光介質5同樣的構成，只要未特別說明，則具有與圖3所示包層4和激光介質5同樣的功能。
散熱器2A由導熱系數(shù)大的材料構成，在與光軸6垂直的截面(xy平面)具有周期性的凸凹形狀。散熱器2A的凸凹面通過接合劑3A與包層4接合。
通常，散熱器2A和接合劑3A具有不同的導熱系數(shù)。在接合劑3A具有比散熱器2A小的導熱系數(shù)的場合，圖6中的接合劑3A的厚度較薄的部分，即散熱器2A的凸部的排熱效率高，溫度下降，接合劑3A的厚度較厚的部分，即散熱器2A凹部的排熱效率低，溫度變高。
結果，在激光介質5的x軸方向，發(fā)生以散熱器2A的凹部為光軸的熱透鏡效果，可獲得與梳形的散熱器2同樣的效果。另外，如這樣構成，則包層4的排熱側的整個表面與接合劑3A接合，排出由激光介質5發(fā)生的熱，所以，可抑制激光介質5的溫度上升。另外，由于包層4的排熱側的整個面接合于接合劑3A，所以，與僅在梳形的前端固定包層4的場合相比，可獲得高剛性。
在圖1所示模式控制波導型激光裝置中，激光介質5使用由半導體激光器1激勵而發(fā)生增益的固體激光介質5，但也可如圖7所示那樣，使用半導體激光器5A作為激光介質5。
半導體激光器5A雖然省略了圖示，但通過在半導體激光器5A的上下面施加電壓，使電流流過，從而使所期望波長的激光發(fā)生增益。此時，電流的一部分轉換成熱，在半導體激光器5A內發(fā)生熱。
因此，如圖2所示那樣，通過使用散熱器2，從而沿x軸方向發(fā)生以二個梳齒的中心部分為光軸的周期性熱透鏡效果。
如這樣構成，則與圖1所示模式控制波導型激光裝置相比，可減少部件數(shù)量，所以，可降低制造成本。另外，由于光學部件少，所以，可構成調整少、可靠性高的模式控制波導型激光裝置。
實施形式2在不進行波長選擇的通常的激光共振器中，在激光介質具有增益的范圍內發(fā)生波長稍不同的多個縱模的振蕩，振蕩波長區(qū)變寬。在包含SHG的波長轉換中，當基波激光的振蕩波長區(qū)寬時，相位失配導致轉換效率下降。因此，為了實現(xiàn)高轉換效率，要求具有窄波長帶區(qū)的基波激光，最好進行按照單一模式的振蕩。
在上述實施形式1中，作為選擇性地僅使所期望的波長振蕩的方法，說明了使包層4產(chǎn)生損失的方法。但是，在將損失施加于包層4的場合，在所期望的波長也發(fā)生損失，基波激光的效率下降。
在該實施形式2中，公開了使用選擇波長的元件消除上述問題的構成。
圖8為示出本發(fā)明實施形式2的模式控制波導型激光裝置的構成的側面圖。在圖8中，作為新的符號，符號8為波長選擇波導，半導體激光器1～非線性材料7示出與圖1所示半導體激光器1～非線性材料7同樣的構成，如未特別說明，則具有與圖1所示半導體激光器1～非線性材料7同樣的功能。
波長選擇波導8的與光軸6垂直的截面具有與激光介質5和非線性材料7大致相同的形狀，具有與光軸6垂直的端面8a和8b，端面8a鄰近非線性材料7的端面7b配置。
波長選擇波導8對所期望波長的基波激光進行全反射，透射其它波長的基波激光和二次諧波激光。波長選擇波導8反射的波長帶區(qū)設定成使得通過非線性材料7的波長轉換產(chǎn)生的相位失配足夠小。
作為將波長選擇性施加到波長選擇波導8的反射中的方法，例如可在波長選擇波導8的端面8b形成對所期望的波長進行反射、使其它波長透射的光學膜，或在波長選擇波導8中沿光軸6的方向形成折射率分布，構成僅反射所期望波長的衍射光柵。光學膜例如由電介質多層膜構成。另外，作為使波長選擇波導8具有折射率變化的方法，例如可將強度大的激光的干涉光照射到波長選擇波導8，使折射率周期性變化。
另外，波長選擇波導8由空氣或具有比波長選擇波導8小的折射率的包層(省略了圖示)夾住與y軸垂直的上下面，厚度為波長的數(shù)～數(shù)十倍程度，y軸方向作為波導起作用。波長選擇波導8具有與激光介質5和非線性材料7的波導模式大致相同的波導模式。
基波激光振蕩在激光介質5的與光軸6垂直的端面5a和波長選擇波導8間發(fā)生，端面5a形成反射基波激光的全反射膜，端面5b形成透射基波激光的反射防止膜，端面7a形成透射基波激光、反射二次諧波激光的光學膜，端面7b形成透射基波激光和二次諧波激光的反射防止膜。這些全反射膜、反射防止膜及光學膜例如通過層疊電介質薄膜而構成。
如這樣構成，則不施加損失即可獲得所期望波長的基波激光的激光振蕩，所以，在非線性材料7中，可實現(xiàn)向二次諧波的高轉換效率。
另外，在圖8所示激光裝置中，雖然波長選擇波導8具有與激光介質5和非線性材料7的波導模式大致相同的波導模式，但也可調整波長選擇波導8的y軸方向的厚度和包層的折射率，僅進行低次模式或單一模式的導波地構成。
如這樣構成，則y軸方向的激光振蕩受共振器中的最低次的模式的限制，所以，即使在沿激光介質5和非線性材料7的y軸方向不能獲得所期望導波模式的場合，由于按波長選擇波導8的低次模式或單一模式振蕩，所以，也可實現(xiàn)高亮度振蕩。
實施形式3本實施形式3公開從一個激光裝置輸出多個波長的二次諧波激光的構成。
圖9為示出本發(fā)明實施形式3的模式控制波導型波長轉換激光裝置的激光介質和非線性材料的圖。在圖9中，激光介質5和非線性材料7A～7C分別具有與圖1所示激光介質5和非線性材料7同樣的構成，只要未明確說明，則具有與圖1所示激光介質5和非線性材料7同樣的功能。
激光介質5的x軸方向形成以散熱器2的二個梳齒的中心為光軸的多個獨立振蕩模式。因此，通過使形成于激光介質5的端面5a、端面5b的全反射膜、部分反射膜的波長特性對每個振蕩模式發(fā)生變化，并排列設計成按各個波長轉換成二次諧波激光的多個非線性材料7A～7C，從而可從一個激光裝置獲得具有多個波長的高亮度的二次諧波激光輸出。
激光介質5由對多個波長具有增益的激光介質構成，例如由對946nm(波長1)、1064nm(波長2)、1338nm(波長3)具有增益的Nd:YAG構成。區(qū)域A～C分別表示輸出的二次諧波激光的范圍。
在圖9中，在激光介質5的區(qū)域A的端面5a形成對波長1進行全反射、使波長2、波長3透射的光學膜，在激光介質5的區(qū)域A的端面5b形成透射波長1～3的光學膜，在非線性材料7A的端面7Aa形成透射波長1～3、反射波長1的二次諧波激光的光學膜，在非線性材料7A的端面7Aa形成對波長1進行全反射、使波長2、波長3、及波長1的二次諧波激光透射的光學膜。
同樣，在激光介質5的區(qū)域B的端面5a形成對波長2進行全反射、使波長1、波長3透射的光學膜，在激光介質5的區(qū)域B的端面5b形成使波長1～3透射的光學膜，在非線性材料7B的端面7Ba形成使波長1～3透射、對波長2的二次諧波激光進行反射的光學膜，在非線性材料7B的端面7Ba形成對波長2進行全反射、使波長1、波長3、及波長2的二次諧波激光透射的光學膜。
同樣，在激光介質5的區(qū)域C的端面5a形成對波長3進行全反射、使波長2、波長3透射的光學膜，在激光介質5的區(qū)域C的端面5b形成使波長1～3透射的光學膜，在非線性材料7C的端面7Ca形成使波長1～3透射、對波長3的二次諧波激光進行反射的光學膜，在非線性材料7C的端面7Ca形成對波長3進行全反射、使波長1、波長2、及波長3的二次諧波激光透射的光學膜。
因此，在區(qū)域A中，發(fā)生波長1的激光振蕩，僅輸出波長1的二次諧波激光，在區(qū)域B，發(fā)生波長2的激光振蕩，僅輸出波長2的二次諧波激光，在區(qū)域C，發(fā)生波長3的激光振蕩，僅輸出波長3的二次諧波激光。
如這樣構成，則可從一個激光裝置同時輸出多個波長的二次諧波激光，所以，可構成小型的激光裝置。在上述例中，可以看出，波長的數(shù)量為3，但如為2波長以上，也可獲得同樣的效果。另外，最大可同時輸出獨立振蕩的振蕩模式的數(shù)量的波長。
另外，也可使用具有周期極化反轉構造的非線性材料作為非線性材料7A～7C的材料，在一個基板形成對各個波長最佳化的多個反轉周期構造。如這樣構成，則可一體地構成非線性材料7A～7C，所以，可減少光學部件的數(shù)量，可構成廉價、小型的波長轉換激光裝置。
實施形式4在上述實施形式1中，示出這樣的模式控制波導型激光裝置，該模式控制波導型激光裝置按獨立的多個共振器模式使基波激光振蕩，通過非線性材料在共振器內進行波長轉換，高效率地輸出二次諧波激光。另一方面，作為波長轉換方式，具有外部波長轉換方式，該外部波長轉換方式將基波激光輸出到共振器外部，將輸出的基波激光入射到非線性材料，進行波長轉換。
在該方式中，由于可分別構成輸出基波激光的激光裝置和進行波長轉換的非線性材料，所以，具有容易設計的優(yōu)點。另一方面，即使為相同光束直徑，與共振器內部相比，共振器外部的基波激光的功率密度也較小，為了實現(xiàn)高效率的波長轉換，要求可聚光成小光束直徑的高亮度的基波激光輸出。
該實施形式4用于實現(xiàn)這樣的模式控制波導型激光裝置，該模式控制波導型激光裝置按適于外部波長轉換的、獨立的多個模式振蕩，輸出高亮度的基波激光。
圖10和圖11為示出本發(fā)明實施形式4的模式控制波導型激光裝置的構成的圖，圖10為從側面觀看激光裝置的圖，圖11為從上面觀看激光裝置的圖。圖10和圖11所示本實施形式4的模式控制波導型激光裝置的構成包括半導體激光器1、散熱器(折射率分布附加單元)2、接合劑3、包層(低折射率部分)4、及激光介質5。另外，符號6為表示激光振蕩方向的光軸。半導體激光器1～激光介質5具有與圖1所示半導體激光器1～激光介質5同樣的構成，只要未明確說明，則具有與圖1所示半導體激光器1～激光介質5同樣的功能。
在這里，激光介質5的端面5a形成反射基波激光的全反射膜，端面5b形成反射基波激光的一部分、透射一部分的反射防止膜。這些全反射膜和部分反射膜例如通過層疊電介質薄膜而構成。在從激光介質5的端面5a入射從半導體激光器1輸出的激勵光的場合，端面5a的全反射膜成為透射激勵光、反射基波激光的光學膜。
下面使用圖10說明動作。
從激光介質5的端面5a入射的激勵光由激光介質5吸收，在激光介質5內部發(fā)生相對基波激光的增益。通過在激光介質5內部發(fā)生的增益，基波激光在激光介質5的垂直于光軸6的端面5a和端面5b間進行激光振蕩，振蕩光的一部分從端面5b輸出到共振器外部。
激光共振器內的y軸方向的激光振蕩按激光介質5的波導的模式選擇性地振蕩。激光介質5的波導模式可根據(jù)厚度、與包層的折射率差而任意地設定，僅使低次的模式或單一模式導波，可實現(xiàn)高亮度振蕩。
激光共振器內的x軸方向的激光振蕩由于激光介質5的寬度同基波激光的波長相比足夠大，所以，不由波導進行模式選擇，而是成為空間型的共振器。在激光介質5中，由于散熱器2的梳形構造，周期性地發(fā)生以二個梳齒的中心為光軸的熱透鏡效果，所以，激光振蕩的模式由在激光介質5發(fā)生的熱透鏡提供，生成在各個光軸獨立的振蕩模式。獨立的各個振蕩模式通過調整激光介質5的熱透鏡強度、周期，使得僅成為低次模式或單一模式從而可實現(xiàn)高亮度振蕩。
在散熱器2的梳齒構造中，梳齒不一定非要為相等間隔，例如在半導體激光器1的x軸方向的輸出存在分布的場合，通過相應于發(fā)熱量改變梳齒的間隔，從而可按激光介質5的所有獨立的振蕩模式實現(xiàn)高亮度振蕩。
如這樣構成，則激光介質5的x軸方向成為空間型的共振器，所以，可自由地設定x軸方向的寬度。另外，由于在半導體激光器1的x軸方向不要求高光束質量，所以，通過相應于半導體激光器1的x軸方向的寬度調整激光介質5的寬度，從而可自由設定半導體激光器1的x軸方向的寬度。因此，可使用大功率化容易的、具有大寬度的發(fā)光區(qū)域的寬區(qū)LD、或將發(fā)射器配置成一列的LD陣列，實現(xiàn)激勵光的大功率化，可按適于波長轉換的高亮度輸出大功率的基波激光。
另外，由于激光介質5的y軸方向的厚度小，激勵光的功率密度大，所以，可使用小增益的激光介質、低能級吸收大的三能級激光介質而獲得大的增益。結果，可高效率地輸出適于波長轉換的高亮度的基波激光。
另外，由于激光介質5的y軸方向的厚度小，所以，激光介質5的溫升小，可使用溫升導致增益下降的三能級激光介質高效率地輸出適于波長轉換的高亮度的基波激光。
另外，由于鄰近激光介質5配置半導體激光器1，所以，不需要激勵光用的聚光光學系統(tǒng)和構成共振器的光學系統(tǒng)，可構成小型、廉價的激光裝置。
另外，由于不需要共振器的校準調整，所以，可構成可靠性高的激光裝置。
另外，在圖10所示波導型的激光裝置中，激光共振大多按導波模式的增益/損失比而可獲得直線偏振。因此，即使在波長轉換中基波激光要求直線偏振光，也可輸出適于波長轉換的高亮度基波激光。另外，如激光介質5使用增益隨晶軸方向而不同的激光介質(基體材料為YLF、YVO4、GdVO4、KGW、KYW、Sapphire等由具有雙折射的晶體構成的激光介質)，則可容易地獲得增益高的方向的直線偏振振蕩，所以，即使在波長轉換中基波激光要求直線偏振光，也可輸出適于波長轉換的高亮度基波激光。
另外，在圖1所示激光裝置中，在激光介質5具有增益的范圍內，按照波長稍不同的多個縱模發(fā)生振蕩。當進行包含SHG的波長轉換時，在基波激光的振蕩波長區(qū)寬的場合，相位失配導致轉換效率下降。因此，為了實現(xiàn)高轉換效率，要求具有窄波長帶區(qū)的基波激光，最好為按照單一縱模的振蕩。
在駐波型的激光振蕩器中，由于在共振器內部形成駐波，所以，存在電場強度為零的波節(jié)和電場強度最大的波腹的部分。當波長不同時，由于各個波長的駐波的波腹與波節(jié)的位置錯開，所以，當在光軸6方向周期性地施加損失時，由損失與電場的重疊，可對各波長提供不同的損失，可有選擇地僅使所期望的波長振蕩。
另外，在圖10所示模式控制波導型激光裝置中，雖然y軸方向按封入到激光介質5內部的波導模式振蕩，但在包層4內部稍存在由滲出產(chǎn)生的電場。因此，通過對包層4施加周期性的損失，從而可選擇性地僅使所期望的波長振蕩。
另外，當包層4的折射率周期性地變化時，由于激光介質5內部的激光的封入強度變化，所以，可獲得與周期性施加損失相同的效果。
作為對包層4施加損失的方法，例如具有將吸收激光的離子添加到包層4的方法，相對1μm的激光周期性地添加Cr4+離子即可。作為在包層4產(chǎn)生折射率變化的方法，例如可通過將強度大的激光的干涉光照射到包層4從而周期性地使折射率變化而實現(xiàn)。如這樣構成，則可選擇性地僅使所期望的波長振蕩，所以，可獲得適合于波長轉換的基波激光的振蕩。
另外，在激光介質5由對多種波長具有增益的激光介質構成的場合，由于激光介質5的y軸方向的厚度小，所以，在各個波長下發(fā)生非常大的增益。為此，當在激光介質5的端面5b發(fā)生所期望波長以外的波長的反射時，有時在端面5a與反射面間發(fā)生不需要波長的激光振蕩(寄生振蕩)。
在圖10所示模式控制波導型激光裝置中，雖然y軸方向按封入到激光介質5內部的波導的模式振蕩，但在包層4內部也稍存在由滲出產(chǎn)生的電場。因此，包層4如使用透射所期望波長、吸收不需要波長的材料，則可使不需要波長的損失增加，可抑制寄生振蕩。為了由包層4吸收不需要的波長，例如只要使用將這樣的離子添加到玻璃或晶體中的材料即可，該離子相對所期望的波長不吸收，但吸收不需要的波長。
另外，半導體激光器1雖然鄰接激光介質5的端面5a配置，但也可鄰接與yz面平行的側面配置。如這樣配置，則由于基波激光的漏光不直接入射到半導體激光器1，所以，半導體激光器1破損的可能性降低，可構成可靠性高的激光裝置。
而且，雖然激光介質5的與包層4所接合的面相對的面接觸空氣，但也可接合具有比激光介質5小的折射率的第2包層。如這樣構成，則通過調整激光介質5與第2包層的折射率差，從而可任意地調整激光介質5的y軸方向的傳輸模式。另外，如增大第2包層的y軸方向的厚度，則可不影響激光介質5的導波模式地提高激光介質5的剛性。
另外，雖然激光介質5的與包層4所接合的面相對的面接觸空氣，但也可通過具有比激光介質5小的折射率的第2接合劑接合基板。第2接合劑例如使用光學粘接劑。另外，基板例如可使用光學材料、金屬等。
如這樣構成，則通過調整激光介質5與接合劑的折射率差，從而可任意地調整激光介質5的y軸方向的傳輸模式。另外，如增大基板的y軸方向的厚度，則可不影響激光介質5的導波模式地提高激光介質5的剛性。另外，在激光介質5的溫升導致熱膨脹的場合，光學粘接劑的剛性比晶體、玻璃材料低，所以，相應于激光介質5的膨脹產(chǎn)生變形，由此可緩和施加于激光介質5的應力。
另外，雖然激光介質5的與包層4所接合的面相對的面接觸空氣，但也可形成具有比激光介質5小的折射率的光學膜，在光學膜的表面進一步通過光學接觸、擴散接合、與具有與激光介質5大致相同熱膨脹率的基板進行接合。
如這樣構成，則通過調整激光介質5與光學膜的折射率差，可任意地調整激光介質5的y軸方向的傳輸模式。另外，如增大基板的y軸方向的厚度，則可不影響激光介質5的導波模式地提高激光介質5的剛性。另外，由于激光介質5與基板具有大致相同的熱膨脹率，所以，在由激光介質5的溫升產(chǎn)生熱膨脹的場合，基板也按大致相同的比例膨脹。此時，與晶體、玻璃材料相比，光學膜的密度低，剛性低，所以，相應于基板的膨脹產(chǎn)生變形，可緩和施加于激光介質5的應力。另外，當接合光學膜與基板時，通過選擇容易進行光學接合的光學膜材料和基板，從而可提高接合的強度。
另外，激光介質5與包層4及上述第2包層也可由同一基體材料制造。一般情況下，在將活性離子添加到基體材料而制造激光介質的場合，基體材料和激光介質的折射率產(chǎn)生稍小變化。因此，如使用當添加活性離子時折射率變高的基體材料，僅對激光介質5的區(qū)域添加活性離子，包層4和第2包層不添加活性離子，則可獲得同樣的效果。
如這樣構成，則在通過光學接觸或擴散接合而光學地接合激光介質5與包層4、激光介質5與第2包層的場合，由于成為同種材料的接合，所以，可獲得高接合強度。另外，也可粉碎晶體，加工成粉狀，壓縮成型，然后進行燒結，由這樣的陶瓷制造方法可一體制造添加了活性離子的激光介質5和未添加活性離子的包層4和第2包層。另外，在使用陶瓷制造方法的場合，可按比晶體高的濃度添加活性離子，所以，可實現(xiàn)激光介質5的高吸收效率化、高增益化。
實施形式5在不進行波長選擇的通常的激光共振器中，在激光介質具有增益的范圍內發(fā)生波長稍不同的多個縱模的振蕩，振蕩波長區(qū)變寬。在包含SHG的波長轉換中，當基波激光的振蕩波長區(qū)寬時，相位失配導致轉換效率下降。因此，為了實現(xiàn)高轉換效率，要求具有窄波長帶區(qū)的基波激光，最好進行按照單一縱模的振蕩。
在上述實施形式4中，作為選擇性地僅使所期望的波長振蕩的方法，說明了使包層4產(chǎn)生損失的方法。但是，在將損失施加于包層4的場合，在所期望的波長也發(fā)生損失，基波激光的效率下降。
在該實施形式5中，公開了使用選擇波長的元件消除上述問題的構成。
圖12為示出本發(fā)明實施形式5的模式控制波導型激光裝置的構成的側面圖。半導體激光器1～激光介質5示出與圖10所示半導體激光器1～激光介質5同樣的構成，如未特別說明，則具有與圖10所示半導體激光器1～激光介質5同樣的功能。另外，波長選擇元件8A具有與圖8所示波長選擇元件8同樣的構成，如未特別說明，則具有與圖8所示波長選擇元件8同樣的功能。
波長選擇波導8A的與光軸6垂直的截面具有與激光介質5大致相同的形狀，具有與光軸6垂直的端面8a和8b，端面8a鄰近激光介質5的端面5b配置。
波長選擇波導8A對所期望波長的基波激光的一部分進行反射，透射其它波長的基波激光。波長選擇波導8A反射的波長帶區(qū)設定成使得由設置于共振器外部的非線性材料的波長轉換所產(chǎn)生的相位失配足夠小。
作為將波長選擇性施加到波長選擇波導8A的反射的方法，例如可使波長選擇波導8A的端面8b形成對所期望的波長進行反射、使其它波長透射的光學膜，或在波長選擇波導8A沿光軸6的方向形成折射率分布，構成僅反射所期望波長的衍射光柵。光學膜例如由電介質多層膜構成。另外，作為使波長選擇波導8A產(chǎn)生折射率變化的方法，例如可將強度大的激光的干涉光照射到玻璃或晶體，使折射率周期性變化而實現(xiàn)。
另外，波長選擇波導8A由空氣或具有比波長選擇波導8A小的折射率的包層(省略了圖示)夾住與y軸垂直的上下面，厚度為波長的數(shù)～數(shù)十倍程度，y軸方向作為波導起作用。波長選擇波導8A具有與激光介質5的波導模式大致相同的波導模式。
基波激光振蕩在激光介質5的與光軸6垂直的端面5a和波長選擇波導8間發(fā)生，端面5a形成反射基波激光的全反射膜，端面5b形成透射基波激光的反射防止膜。這些全反射膜、反射防止膜例如通過層疊電介質薄膜而構成。
如這樣構成，則不產(chǎn)生損失即可獲得所期望波長的基波激光的激光振蕩，所以，可按適于波長轉換的高亮度輸出大功率的基波激光。
另外，在圖12所示激光裝置中，雖然波長選擇波導8A具有與激光介質5的波導模式大致相同的波導模式，但也可調整波長選擇波導8的y軸方向的厚度和包層的折射率，構成為僅進行低次模式或單一模式的導波。
如這樣構成，則y軸方向的激光振蕩受共振器中的最低次的模式的限制，所以，即使在沿激光介質5的y軸方向不能獲得所期望導波模式的場合，由于按波長選擇波導8A的低次模式或單一模式振蕩，所以，也可實現(xiàn)高亮度振蕩。
實施形式6本實施形式6公開了從一個激光裝置輸出多個波長的基波激光的構成。
圖13為示出本發(fā)明實施形式6的模式控制波導型激光裝置的激光介質的圖，僅示出圖12的激光介質5。在圖13中，符號5具有與圖12所示激光介質5同樣的構成，只要未明確說明，則具有與圖12所示激光介質5同樣的功能。
激光介質5的x軸方向形成以散熱器2的二個梳齒的中心為光軸的多個獨立的振蕩模式。因此，通過使形成于激光介質5的端面5a、端面5b的全反射膜、部分反射膜的波長特性對每個振蕩模式變化，從而可從一個激光介質5獲得具有多個波長的高亮度的激光振蕩光。
激光介質5由對多個波長具有增益的激光介質構成，例如由對946nm(波長1)、1064nm(波長2)、1338nm(波長3)具有增益的NdYAG構成。反射膜5a～5f表示形成于激光介質5的端面5a、端面5b的全反射膜和部分反射膜。
在圖13中，反射膜5c對波長1進行全反射，透射波長2、波長3，反射膜5d對波長1進行部分反射，透射波長2、波長3。另外，反射膜5e對波長2進行全反射，透射波長1、波長3，反射膜5f對波長2進行部分反射，透射波長1、波長3。另外，反射膜5g對波長3進行全反射，透射波長2、波長3，反射膜5h對波長3進行部分反射，透射波長1、波長2。
因此，在由反射膜5c與反射膜5d夾住的激光介質5內，僅發(fā)生波長1的激光振蕩，在由反射膜5e與反射膜5f夾住的激光介質5內，僅發(fā)生波長2的激光振蕩，在由反射膜5g與反射膜5h夾住的激光介質5內，僅發(fā)生波長3的激光振蕩。
如這樣構成，則可從一個激光介質5同時輸出多個波長的激光，所以，可構成小型的激光裝置。
在上述例中，可以看出，波長的數(shù)量為3，但如為2波長以上，也可獲得同樣的效果。另外，最大可同時輸出獨立振蕩的振蕩模式的數(shù)量的波長。
實施形式7在上述實施形式1～6中，示出這樣的模式控制波導型激光裝置，該模式控制波導型激光裝置使用梳構造的散熱器2、在激光介質5的內部發(fā)生周期性的透鏡效果。根據(jù)本實施方式7的模式控制波導型激光裝置，通過對激光介質5周期性地施加應力而產(chǎn)生折射率分布，在激光介質5內部產(chǎn)生周期性的透鏡效果。
圖14示出在用于本發(fā)明實施形式7的模式控制波導型激光裝置的激光介質中形成折射率分布的構成，為從激光出射面?zhèn)扔^看激光裝置的圖。本實施形式7的模式控制波導型激光振蕩器由激光介質5、包層4A、包層4B、接合劑9A、接合劑9B、散熱器10、基板11構成。
包層4A、包層4B具有與圖3所示包層4同樣的構成，只要不特別說明，具有與圖3所示包層4同樣的功能。激光介質5具有與圖3所示激光介質5同樣的構成，如未特別說明，則具有與圖3所示激光介質5同樣的功能。
散熱器10在與光軸6垂直的截面(xy平面)具有周期性的凸凹形狀，散熱器10的凸凹面通過接合劑9A接合于包層4A。另外，散熱器10由導熱系數(shù)大的材料構成，在激光介質5發(fā)生的熱通過接合劑9A排出到散熱器10。
基板11在與光軸6垂直的截面(xy平面)具有周期的凸凹形狀，基板11的凸凹面通過接合劑9B接合于包層4B。另外，散熱器10的凸部和基板11的凸部配置成使得x軸方向的位置相同。
接合劑9A和接合劑9B使用剛性比散熱器10和基板11低、柔軟的材料，例如由金屬焊錫、光學粘接劑、導熱粘接劑等實現(xiàn)。
散熱器10和基板11可從外側施加壓力使得沿激光介質5的y軸方向施加應力。
下面，使用圖14說明在激光介質5中發(fā)生的應力分布。從外側在散熱器10和基板11上施加壓力時，通過比散熱器10和基板11柔軟的接合劑9A、接合劑9B將應力施加于激光介質5。此時，在散熱器10、基板11的凹部，由于接合劑9A、接合劑9B的厚度較大，所以，由接合劑9A和9B的壓縮緩和壓力，施加于激光介質5的應力變小。另一方面，在散熱器10、基板11的凸部，由于接合劑9A、接合劑9B的厚度較薄，所以，接合劑9A、接合劑9B的壓縮量小，對激光介質5施加大的應力。
激光介質等光學材料當受到應力時，折射率變化。因此，如使用當附加壓縮應力時折射率變大的材料，則在散熱器10、基板11的凸部位置，激光介質5的折射率變大，隨著接近凹部，折射率變小。結果，在x軸方向發(fā)生以凸部為光軸的周期性的透鏡效果。
如這樣構成，則可獲得與上述實施形式1所示梳形的散熱器同樣的效果。
另外，由于可由應力施加周期性的透鏡效果，所以，可構成不依存于激勵光的強度或分布的穩(wěn)定的激光裝置。
另外，由于包層4A的排熱側的整個面接合于接合劑9A，將由激光介質5發(fā)生的熱排出，所以，可抑制激光介質5的溫度上升。另外，由于包層4A的排熱側的整個面接合于接合劑9A，所以，與僅在梳形的前端固定包層4A的場合相比，可獲得高剛性。
另外，雖然激光介質5夾于包層4A與包層4B，但如在接合劑9A和接合劑9B使用具有比激光介質5小的折射率的材料，則也可沒有包層4A和包層4B，或將接合劑9A和接合劑9B直接接合于激光介質5。
按照本發(fā)明，通過在激光介質內按多個振蕩模式振蕩，從而可獲得輸出的標定容易、高亮度的基波輸出，可進行高效率的二次諧波轉換，用于適合于打印機、投影電視的光源的大功率激光裝置和波長轉換激光裝置。
權利要求
1.一種模式控制波導型激光裝置，其特征在于具有激光介質、包層、及散熱器；該激光介質形成為平板狀，在相對光軸垂直的截面厚度方向具有波導構造，在與上述光軸和上述厚度方向垂直的方向具有周期性的透鏡效果；該包層接合于上述激光介質的一面；該散熱器通過上述包層接合于上述激光介質的一面?zhèn)?；激光振蕩具有按上述激光介質的波導模式振蕩的激光振蕩和按由上述激光介質的周期性透鏡效果形成的多個共振器模式振蕩的激光振蕩。
2.根據(jù)權利要求1所述的模式控制波導型激光裝置，其特征在于還具有非線性材料，該非線性材料鄰近配置在上述激光介質的光軸上，沿與上述激光介質的波導構造相同的方向具有波導構造；按上述波導模式振蕩的激光振蕩是按上述激光介質和上述非線性材料中的任一波導模式振蕩，入射到上述非線性材料的基波激光轉換成不同波長的激光而輸出。
3.根據(jù)權利要求2所述的模式控制波導型激光裝置，其特征在于還具有波長選擇波導，該波長選擇波導鄰近配置在上述非線性材料的光軸上，反射所期望波長的激光，透射其它波長；按上述波導模式振蕩的激光振蕩是按上述激光介質、上述非線性材料、及上述波長選擇波導中的任一個波導模式振蕩；基波激光按上述波長選擇波導反射的所期望波長進行激光振蕩。
4.根據(jù)權利要求1所述的模式控制波導型激光裝置，其特征在于還具有波長選擇波導，該波長選擇波導鄰近配置在上述激光介質的光軸上，反射所期望波長的激光，透射其它波長；按上述波導模式振蕩的激光振蕩是按上述激光介質和上述波長選擇波導中的任一個波導模式振蕩；按上述波長選擇波導反射一部分的所期望波長進行激光振蕩。
5.根據(jù)權利要求1～4中任何一項所述的模式控制波導型激光裝置，其特征在于上述激光介質為半導體激光器。
6.根據(jù)權利要求1～4中任何一項所述的模式控制波導型激光裝置，其特征在于上述激光介質為固體激光介質，該固體激光介質由鄰近上述激光介質配置的半導體激光器激勵而獲得增益。
7.根據(jù)權利要求1～4中任何一項所述的模式控制波導型激光裝置，其特征在于上述激光介質由上述激光介質內的折射率分布而生成周期性的透鏡效果。
8.根據(jù)權利要求7所述的模式控制波導型激光裝置，其特征在于上述散熱器相對上述包層的接合面在與光軸垂直的截面內具有梳構造，上述激光介質內的折射率分布是按將上述梳構造的梳齒的前端接合于上述包層而發(fā)生的周期性溫度分布而生成的。
9.根據(jù)權利要求8所述的模式控制波導型激光裝置，其特征在于上述梳構造的梳齒間由導熱系數(shù)比上述散熱器小的絕熱材料填充，上述激光介質內的折射率分布是按由上述梳齒的前端與上述絕熱材料的導熱系數(shù)的差發(fā)生的周期性溫度分布而生成的。
10.根據(jù)權利要求7所述的模式控制波導型激光裝置，其特征在于上述散熱器的接合面在與光軸垂直的截面內具有周期性的凸凹構造，由具有比上述散熱器小的導熱系數(shù)的接合劑接合于上述包層，上述激光介質內的折射率分布是按由上述接合劑的厚度差發(fā)生的周期性溫度分布而生成的。
11.根據(jù)權利要求7所述的模式控制波導型激光裝置，其特征在于上述激光介質內的折射率分布通過對上述激光介質施加周期性的壓力而生成。
12.根據(jù)權利要求1或2所述的模式控制波導型激光裝置，其特征在于上述包層在與上述激光介質的接合面設有周期性地吸收激光的吸收部分，按所期望的波長進行激光振蕩。
13.根據(jù)權利要求1或2所述的模式控制波導型激光裝置，其特征在于上述包層在與上述激光介質的接合面形成有周期性的折射率變化，按所期望的波長進行激光振蕩。
14.根據(jù)權利要求1～4中任何一項所述的模式控制波導型激光裝置，其特征在于上述包層由這樣的材料構成，該材料相對上述激光介質發(fā)生增益的多個波長、使一個波長透射、吸收其它波長；按所期望的波長進行激光振蕩。
全文摘要
本發(fā)明提供模式控制波導型激光裝置。通過在激光介質內使多個振蕩模式振蕩，從而可獲得輸出的標定容易、高亮度的基波輸出，可進行高效率的二次諧波轉換。具有激光介質(5)、包層(4)、及散熱器(3)；該激光介質(5)形成為平板狀，在相對光軸6垂直的截面厚度方向具有波導構造，在與上述光軸(6)和上述厚度方向垂直的方向具有周期性的透鏡效果；該包層(4)接合于上述激光介質(5)的一面；該散熱器(3)通過上述包層(4)接合于上述激光介質(5)的一面?zhèn)?；激光振蕩具有按上述激光介質(5)的波導模式振蕩的激光振蕩和按由上述激光介質(5)的周期性透鏡效果形成的多個共振器模式振蕩的激光振蕩。
文檔編號H01S3/063GK101027821SQ200580032499
公開日2007年8月29日 申請日期2005年3月30日 優(yōu)先權日2005年3月30日
發(fā)明者柳澤隆行, 平野嘉仁, 山本修平, 今城正雄, 酒井清秀, 小矢田康晴 申請人:三菱電機株式會社