激光器裝置制造方法
【專利摘要】在固體激光器元件(3)的端面(3b)設置傾斜，使得在假定為激光從該端面(3b)入射到空氣的情況下，該入射面中的固體激光器元件(3)側的法線與激光的行進方向所形成的入射角與該入射面處的偏振角大致一致，并且在波長變換元件(4)的端面(4a)設置傾斜，使得在假定為激光從該端面(4a)入射到空氣的情況下，該入射面中的波長變換元件(4)側的法線與激光的行進方向所形成的入射角與該入射面處的偏振角大致一致，該端面(3b)與端面(4b)相對置地配置。
【專利說明】激光器裝置

【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明例如涉及一種用于投影儀裝置等的光源的激光器裝置。

【背景技術】
[0002]例如，在投影儀裝置、投影電視機等顯示彩色圖像的裝置中，作為光源需要R(紅)、G(綠)、B (藍)這三個顏色的光源。
[0003]近年來,作為這些光源,開發(fā)了以900nm帶、I μ m帶、1.3 μ m帶的激光為基波激光，使用非線性材料將該基波激光變換為二次諧波(SHG、Second Harmonic Generat1n)的波長變換激光器裝置(激光器振蕩器)。
[0004]作為波長變換激光器裝置的一個例子，有由半導體激光器元件、固體激光器元件以及波長變換元件構成的裝置(例如，參照專利文獻I)。
[0005]該波長變換激光器裝置通過固體激光器元件吸收從半導體激光器元件產生的激發(fā)光來產生激光的基波，波長變換元件變換由固體激光器元件產生了的基波的波長而產生二次諧波。
[0006]該波長變換激光器裝置中的三個元件是單獨地制作的，并被對準成各自的光軸相一致。另外，在各元件的前后端面實施如對基波以及二次諧波的各個具有最優(yōu)反射率那樣的涂敷。
[0007]這里，固體激光器元件和波長變換元件如果通過接合而一體化，則不需要兩者的接合面?zhèn)鹊耐糠?，而且還不需要兩者間的對準，因此能夠實現制作容易度的提高、成本降低坐寸ο
[0008]圖16是表示固體激光器元件和波長變換元件通過接合而被一體化的波長變換激光器裝置的結構圖。
[0009]在圖16的波長變換激光器裝置中，在產生激發(fā)光的半導體激光器元件101之前配置固體激光器元件103和波長變換元件104，固體激光器元件103和波長變換元件104被固定在冷卻用的散熱器102上。
[0010]在固體激光器元件103形成端面103a和端面103b，在波長變換元件104形成有端面104a和端面104b，固體激光器元件103的端面103b和波長變換元件104的端面104b
被接合。
[0011]這里，固體激光器元件103的端面103a具有如下那樣的反射膜:透射從半導體激光器元件101射出了的激發(fā)光，對由固體激光器元件103產生的激光的基波進行全反射。
[0012]另一方面，波長變換元件104的端面104b具有對該基波進行反射并透射激光的二次諧波的光學膜。
[0013]這些全反射膜、防反射膜以及光學膜例如層疊電介質薄膜而構成。
[0014]作為接合固體激光器元件103和波長變換元件104的方法，大多采取通過光學接觸、擴散接合或者表面活性化接合等來光學地接合的方法。
[0015]作為半導體激光器元件101的定位方法，一般使用主動對準法，在該主動對準法中，調整半導體激光器元件101的位置而進行固定，以使得當從半導體激光器元件101射出了激發(fā)光時從波長變換元件104輸出的激光的光強度成為最大。
[0016]當從半導體激光器元件101射出的激光入射到固體激光器元件103時，通過在該固體激光器元件103內激發(fā)活性離子，使基波進行激光振蕩。
[0017]此時，構成基波的諧振器的反射面(諧振面)成為作為固體激光器元件103的后端面的端面103a、和作為波長變換元件104的前端面的端面104b。
[0018]這里，在圖中考慮向A方向行進的基波在端面103b或者端面104a被反射的情況、或者向B方向行進的基波在端面103b或者端面104a被反射的情況。
[0019]在這種情況下，反射波的相位通常不與基波的相位一致，因此對振蕩沒有貢獻而成為光損耗。即，在端面103b或者端面104a產生了反射的情況下，由固體激光器元件103產生的基波的光密度下降，二次諧波的光輸出特性將惡化。
[0020]通常，固體激光器元件103和波長變換元件104的熱膨脹系數不完全一致，因此由于組裝時的加熱、伴隨動作的發(fā)熱，有時兩者的接合剝離而產生間隙。
[0021]在以往的激光器裝置中，在略微有該間隙的情況下，有時由于元件與間隙(空氣)間的折射率差而反射增大，光輸出特性惡化。
[0022]這里，考慮半導體激光器元件101的振蕩波長為808nm，作為固體激光器元件103使用Nd:YV04(摻釹釩酸釔晶體)，作為波長變換元件104使用PPLN (Per1dicalIy PoledLithium N1bate:周期性極化銀酸鋰晶體)的情況。
[0023]在這種情況下，固體激光器元件103通過從半導體激光器元件101射出的激發(fā)光來產生1064nm的基波。
[0024]圖17以及圖18表示使用菲涅耳的公式考慮電場的多重反射而求出當使固體激光器元件103與波長變換元件104的間隙寬度變化時的反射率的仿真結果。
[0025]大多將由固體激光器元件103產生的基波的偏光設為P波，因此這里考慮P波。
[0026]為了獲得足夠的光輸出特性，需要將固體激光器元件103與波長變換元件104的接合部分的反射率設為0.6%左右以下，但是此時允許的間隙寬度非常小至16nm以下。
[0027]在實際的元件中，容易超出該間隙寬度，其結果，光輸出特性會惡化。而且，由于間隙寬度的增大，P波的反射率與S波的反射率差縮小，因此變得容易引起對波長變換沒有貢獻的S波的振蕩(寄生振蕩)。
[0028]專利文獻1:國際公開第2006/103767號公報


【發(fā)明內容】

[0029]以往的激光器裝置如以上那樣構成，因此即使固體激光器元件103與波長變換元件104之間的間隙微小，由于固體激光器元件103、波長變換元件104與間隙(空氣)之間的折射率差，反射也會增大，存在有時光輸出特性惡化的課題。
[0030]另外，還存在變得容易引起對波長變換沒有貢獻的S波的振蕩(寄生振蕩)的課題。
[0031]本發(fā)明是為了解決如上所述的課題而作出的，其目的在于獲得一種激光器裝置，該激光器裝置即使固體激光器元件與波長變換元件(光學元件)的接合剝離而產生間隙，也能夠抑制光輸出特性的惡化，并且盡管固體激光器元件與波長變換元件的接合沒有剝離，也能夠抑制以該接合部處的反射為起因的寄生振蕩。
[0032]本發(fā)明的激光器裝置具備:激發(fā)用激光器，射出激發(fā)光；固體激光器元件，吸收從激發(fā)用激光器射出的激發(fā)光而產生激光；以及光學元件，入射從固體激光器元件產生的激光；在固體激光器元件的端面設置傾斜，使得在假定為激光從固體激光器元件的端面入射到空氣的情況下，該入射面中的固體激光器元件側端面的法線與激光的行進方向所形成的入射角與該入射面處的偏振角大致一致，并且在光學元件的端面設置傾斜，使得在假定為激光從光學元件的端面入射到空氣的情況下，該入射面中的光學元件側端面的法線與激光的行進方向所形成的入射角與該入射面處的偏振角大致一致，固體激光器元件的端面與光學元件的端面相對置地配置。
[0033]根據本發(fā)明，如下構成:在固體激光器元件的端面設置傾斜，使得在假定為激光從固體激光器元件的端面入射到空氣的情況下，該入射面中的固體激光器元件側端面的法線與激光的行進方向所形成的入射角與該入射面處的偏振角大致一致，并且在光學元件的端面設置傾斜，使得在假定為激光從光學元件的端面入射到空氣的情況下，該入射面中的光學元件側端面的法線與激光的行進方向所形成的入射角與該入射面處的偏振角大致一致，固體激光器元件的端面與光學元件的端面相對置地配置，因此，具有如下效果:即使固體激光器元件與光學元件的接合剝離而產生間隙，也能夠抑制光輸出特性的惡化，并且盡管固體激光器元件與波長變換元件的接合沒有剝離，也能夠抑制以該接合部處的反射為起因的寄生振蕩。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1是表示本發(fā)明的實施方式I的激光器裝置的側視圖。
[0035]圖2是表示當固體激光器元件3的折射率為Ii1時的偏振角(Brewster’ s angle)ΘΒ的說明圖。
[0036]圖3是表示當使固體激光器元件3與波長變換元件4之間的隙寬度變化時向圖1的A方向行進的基波的反射率的仿真結果的說明圖。
[0037]圖4是表示當使固體激光器元件3與波長變換元件4之間的隙寬度變化時向圖1的A方向行進的基波的反射率的仿真結果的說明圖。
[0038]圖5是表示當將間隙寬度設為10nm時的入射角Θ in與反射率的關系的說明圖。
[0039]圖6是表示向圖1的B方向行進的基波的入射角Θ in與反射率的關系的說明圖。
[0040]圖7是表示當入射側固體元件的折射率Ii1為1.5時,對于射出側固體元件的各折射率n2，反射率成為0.6%的最大的間隙寬度的仿真結果的說明圖。
[0041]圖8是表示當入射側固體元件的折射率Ii1為2.0時,對于射出側固體元件的各折射率n2，反射率成為0.6%的最大的間隙寬度的仿真結果的說明圖。
[0042]圖9是表示當入射側固體元件的折射率Ii1為2.5時,對于射出側固體元件的各折射率n2，反射率成為0.6%的最大的間隙寬度的仿真結果的說明圖。
[0043]圖10是表示本發(fā)明的實施方式2的激光器裝置的側視圖。
[0044]圖11是表示本發(fā)明的實施方式3的激光器裝置的側視圖。
[0045]圖12是表示本發(fā)明的實施方式4的激光器裝置的側視圖。
[0046]圖13是表示本發(fā)明的實施方式5的激光器裝置的側視圖。
[0047]圖14是表示本發(fā)明的實施方式6的激光器裝置的側視圖。
[0048]圖15是表示本發(fā)明的實施方式7的激光器裝置的側視圖。
[0049]圖16是表示固體激光器元件和波長變換元件通過接合而一體化的波長變換激光器裝置的結構圖。
[0050]圖17是表示使用菲涅耳的公式考慮電場的多重反射而求出當使固體激光器元件與波長變換元件的間隙寬度變化時的反射率的仿真結果的說明圖。
[0051]圖18是表示使用菲涅耳的公式考慮電場的多重反射而求出當使固體激光器元件與波長變換元件的間隙寬度變化時的反射率的仿真結果的說明圖。
[0052](附圖標記說明)
[0053]1:半導體激光器兀件(激發(fā)用激光器)；2:散熱器；3:固體激光器兀件；3a、3b:固體激光器元件的端面；4:波長變換元件(光學元件)；4a、4b:波長變換元件的端面；5 =Cr膜(光吸收膜)；6:基板；7?10:包覆層；101:半導體激光器元件；102:散熱器；103:固體激光器元件；103a、103b:固體激光器元件的端面；104:波長變換元件；104a、104b:波長變換元件的端面。

【具體實施方式】
[0054]下面，為了更詳細地說明本發(fā)明，按照【專利附圖】

【附圖說明】用于實施本發(fā)明的方式。
[0055]實施方式1.
[0056]圖1是表示本發(fā)明的實施方式I的激光器裝置的側視圖。
[0057]在圖1中，半導體激光器元件I是例如射出波長為808nm的激發(fā)光的激發(fā)用激光器，與固體激光器元件3的端面3a靠近地配置。
[0058]此外，半導體激光器元件I根據需要接合了冷卻用的散熱器(未圖示)。
[0059]散熱器2是冷卻用的構件，由導熱率大的材料構成。例如，使用Si等材料。
[0060]固體激光器元件3例如由Nd:YV04(摻釹釩酸釔晶體)構成，被設置在散熱器2之上。
[0061]固體激光器元件3吸收從半導體激光器元件I射出的激發(fā)光而產生激光的基波(例如，波長為1064nm的基波)。
[0062]在固體激光器兀件3形成入射從半導體激光器兀件I射出的激發(fā)光的端面3a、以及射出所產生的基波的端面3b。
[0063]此外，在端面3b設置有傾斜，使得在假定從固體激光器元件3產生的基波從端面3b入射到空氣的情況下，該入射面中的固體激光器元件3側端面的法線NL與該基波的行進方向所形成的入射角ein(= O1)與該入射面處的偏振角(θΒ1)大致一致。
[0064]作為光學元件的波長變換元件4例如由作為非線性材料的PPLN(Per1dicallyPoled Lithium N1bate:周期性極化銀酸鋰晶體)構成，被設置在散熱器2之上。
[0065]波長變換元件4對從固體激光器元件3產生的基波的波長進行變換，輸出例如波長為532nm的二次諧波。
[0066]在波長變換元件4形成入射從固體激光器元件3產生的基波的端面4a、以及輸出作為波長變換后的激光的二次諧波的端面4b。
[0067]波長變換元件4的端面4a通過光學接觸、擴散接合或者表面活性化接合等來與固體激光器兀件3的端面3b光學地接合。
[0068]此外，在端面4a設置有傾斜，使得在假定了基波從波長變換元件4的端面4a入射到空氣的情況下，該入射面中的波長變換元件4側端面的法線(未圖示)與該基波的行進方向(與圖1所記述的基波的行進方向相反方向)所形成的入射角(Θ 2)與該入射面處的偏振角(θ B2)大致一致。
[0069]設置在固體激光器元件3的端面3b的傾斜、和設置在波長變換元件4的端面4a的傾斜具體如下。
[0070](I)設置在固體激光器元件3的端面3b的傾斜
[0071]入射角Θ i =(偏振角θ B1或偏振角θ B2)
[0072]或者
[0073]偏振角θ B1〈入射角Θ i〈偏振角θ B2
[0074]或者
[0075]偏振角θ B2〈入射角Θ i〈偏振角θ B1
[0076](2)設置在波長變換元件4的端面4a的傾斜
[0077]入射角Θ 2 =(偏振角θ B1或偏振角θ B2)
[0078]或者
[0079]偏振角θ B1〈入射角Θ 2〈偏振角θ B2
[0080]或者
[0081]偏振角θ B2〈入射角θ2〈偏振角ΘΒ1
[0082]接著說明動作。
[0083]當從半導體激光器元件I射出的激發(fā)光從端面3a入射到固體激光器元件3內時，在固體激光器元件3內激發(fā)活性離子。該激發(fā)的結果，從固體激光器元件3產生基波。
[0084]當從固體激光器元件3產生的基波從端面3b射出后從端面4a入射到波長變換元件4內時，在波長變換元件4內基波的波長被變換。該波長變換的結果，輸出二次諧波。
[0085]這里，在固體激光器元件3的端面3a施以如下那樣的光學膜:透射從半導體激光器元件I射出的激發(fā)光，另一方面對從固體激光器元件3產生的基波進行全反射。
[0086]另外，關于通過在波長變換元件4的端面4b反射的基波在波長變換元件4內生成而行進到端面3b側的二次諧波，優(yōu)選是在固體激光器元件3的端面3a反射而從波長變換元件4的端面4b取出。
[0087]因而，希望在固體激光器元件3的端面3a施以如下那樣的光學膜:與對從固體激光器元件3產生的基波進行全反射同時地，對二次諧波進行全反射。
[0088]另一方面，在波長變換元件4的端面4b施以如反射基波并透射二次諧波那樣的光學膜。
[0089]這些全反射膜、防反射膜、光學膜例如層疊電介質薄膜而構成。
[0090]固體激光器元件3的端面3b和波長變換元件4的端面4a通過擴散接合、光學接觸等來接合。
[0091]在以往的激光器裝置中，該端面的接合面相對于基波的行進方向成為垂直，但是在該實施方式I的激光器裝置中，端面3b與端面4a的接合面成為傾斜面。
[0092]固體激光器元件3的端面3b的傾斜角(tilt angle) θ Α被設定為如基波的入射角Θ in成為偏振角那樣的角度，以使得在從固體激光器元件3產生的基波從固體激光器元件3射出到空氣時成為全透射。
[0093]這里，偏振角僅對于在與紙面平行的面內具有偏光的所謂P波而存在，這里考慮該P波。
[0094]當固體激光器元件3的折射率設為Ii1、空氣的折射率設為n3(= I)時的偏振角ΘΒ以下述的式(I)表示。

【權利要求】
1.一種激光器裝置，其特征在于，具備: 激發(fā)用激光器，射出激發(fā)光； 固體激光器元件，吸收從所述激發(fā)用激光器射出了的激發(fā)光而產生激光；以及 光學元件，入射從所述固體激光器元件產生了的激光， 在所述固體激光器元件的端面設置傾斜，使得在假定為所述激光從所述固體激光器元件的端面入射到空氣的情況下，該入射面中的所述固體激光器元件側端面的法線與所述激光的行進方向所形成的入射角與該入射面處的偏振角大致一致，并且 在所述光學元件的端面設置傾斜，使得在假定為所述激光從所述光學元件的端面入射到空氣的情況下，該入射面中的所述光學元件側端面的法線與所述激光的行進方向所形成的入射角與該入射面處的偏振角大致一致， 所述固體激光器元件的端面與所述光學元件的端面相對置地配置。
2.根據權利要求1所述的激光器裝置，其特征在于， 光學元件是對從固體激光器元件產生了的激光的波長進行變換的波長變換元件。
3.根據權利要求1所述的激光器裝置，其特征在于， 當在假定為激光從固體激光器元件的端面入射到空氣的情況下該入射面中的所述固體激光器元件側端面的法線與所述激光的行進方向所形成的入射角為Θ 1、該入射面處的偏振角為ΘΒ1、 在假定為激光從光學元件的端面入射到空氣的情況下該入射面中的所述光學元件側端面的法線與所述激光的行進方向所形成的入射角為θ2、該入射面處的偏振角為ΘΒ2時， 在所述固體激光器元件的端面設置傾斜，使得所述入射角Θ i與所述偏振角θ m或者所述偏振角ΘΒ2—致、或者所述入射角01成為所述偏振角ΘΒ1與所述偏振角ΘΒ2之間的角度，并且 在所述光學元件的端面設置傾斜，使得所述入射角θ2與所述偏振角ΘΒ1或者所述偏振角ΘΒ2—致、或者所述入射角02成為所述偏振角ΘΒ1與所述偏振角ΘΒ2之間的角度。
4.根據權利要求1所述的激光器裝置，其特征在于， 相對置地配置的固體激光器元件的端面與光學元件的端面被接合。
5.根據權利要求1所述的激光器裝置，其特征在于， 在相對置地配置的固體激光器元件的端面與光學元件的端面之間設置有間隙。
6.根據權利要求3所述的激光器裝置，其特征在于， 固體激光器元件以及光學元件為平板狀的構件，從所述固體激光器元件以Θ i的射出角射出的激光的方向、和從所述光學元件以θ2的射出角射出的激光的方向被包含在與所述固體激光器元件以及所述光學元件中的平板面垂直的平面內。
7.根據權利要求1所述的激光器裝置，其特征在于， 在固體激光器元件以及光學元件中的至少一方中，在與所述固體激光器元件以及所述光學元件內的光軸平行、且與包含所述光軸和射出角的面正交的面中的某一面中形成有吸收激光的光吸收膜。
8.根據權利要求1所述的激光器裝置，其特征在于， 在固體激光器元件以及光學元件中的至少一方中，在與所述固體激光器元件以及所述光學元件內的光軸平行、且與包含所述光軸和射出角的面正交的面中的某一面中形成有透射激光的一部分或者全部的基板。
9.根據權利要求1所述的激光器裝置，其特征在于， 在固體激光器元件以及光學元件中的至少一方中，在與所述固體激光器元件以及所述光學元件內的光軸平行、且與包含所述光軸和射出角的面正交的面中的某一面中形成有透射激光的一部分或者全部的基板，并且在所述基板的外側形成有吸收所述激光的光吸收膜。
10.根據權利要求1所述的激光器裝置，其特征在于， 在固體激光器元件以及光學元件中的至少一方中，在與所述固體激光器元件以及所述光學元件內的光軸平行、且與包含所述光軸和射出角的面正交的面中的至少一方形成有包覆層，從而具有波導型的構造。
11.根據權利要求10所述的激光器裝置，其特征在于， 在包覆層的外側形成有吸收激光的光吸收膜。
12.根據權利要求7所述的激光器裝置，其特征在于， 使用粘接劑來將光吸收膜與冷卻用的散熱器接合。
13.根據權利要求3所述的激光器裝置，其特征在于， 入射角Θ I與入射角Θ 2 一致。
14.根據權利要求3所述的激光器裝置，其特征在于， 入射角Θ I與偏振角Θ BI 一致，且入射角Θ 2與偏振角θ Β2 一致。
15.根據權利要求2所述的激光器裝置，其特征在于， 固體激光器元件是摻釹釩酸釔晶體，波長變換元件是添加MgO的周期性極化鈮酸鋰晶體。
16.根據權利要求2所述的激光器裝置，其特征在于， 固體激光器元件是摻釹釩酸釔晶體，波長變換元件是添加MgO的周期性極化鉭酸鋰晶體。
17.根據權利要求2所述的激光器裝置，其特征在于， 固體激光器元件是摻釹釩酸釓晶體，波長變換元件是添加MgO的周期性極化鈮酸鋰晶體。
18.根據權利要求2所述的激光器裝置，其特征在于， 固體激光器元件是摻釹釩酸釓晶體，波長變換元件是添加MgO的周期性極化鉭酸鋰晶體。
【文檔編號】H01S3/108GK104205528SQ201280071580
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2012年3月19日 優(yōu)先權日:2012年3月19日
【發(fā)明者】蔵本恭介, 柳澤隆行, 平野嘉仁 申請人:三菱電機株式會社