專利名稱：平面波導(dǎo)型激光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有適用于打印機(jī)、投影電視等的光源的平面波導(dǎo)型結(jié)構(gòu)的平面波導(dǎo)型激光裝置。
背景技術(shù)：
平面波導(dǎo)型激光器具有用折射率比激光介質(zhì)低的包層來(lái)夾持在激光的行進(jìn)方向上延伸的薄的平板狀的激光介質(zhì)的上下兩面的結(jié)構(gòu)，并具有使激光介質(zhì)還作為波導(dǎo)發(fā)揮功能的結(jié)構(gòu)。該平面波導(dǎo)型激光器由于波導(dǎo)厚度較薄且激勵(lì)密度較高，所以在使用了受激發(fā)射截面積較小的激光介質(zhì)的情況下也得到較大的增益，可以實(shí)現(xiàn)高效的振蕩動(dòng)作。進(jìn)而，通過(guò)在寬度方向上擴(kuò)大波導(dǎo)，由此可以實(shí)現(xiàn)將激發(fā)密度保持為規(guī)定值的情況下的輸出的定標(biāo) (scaling)。另一方面，由于增益高、且容易振蕩出多個(gè)波導(dǎo)模式，所以通過(guò)波長(zhǎng)變換時(shí)所需的線偏振來(lái)進(jìn)行激光振蕩或限制為期望的模式來(lái)進(jìn)行激光振蕩成為課題。另外，抑制不需要的光的放大(寄生放大)或通過(guò)包層外部的面與端面處的全反射被封入到波導(dǎo)內(nèi)而振蕩的寄生振蕩，來(lái)高效地輸出激光成為課題。因此，以往，提出了實(shí)現(xiàn)期望模式的激光振蕩的平面波導(dǎo)型激光裝置(例如參照非專利文獻(xiàn)1)。該平面波導(dǎo)型激光裝置具有如下結(jié)構(gòu)將Nd:YAG(Yttrium Aluminum Garnet =Y3Al5O12)作為芯，在該芯的上下兩面接合無(wú)添加YAG而構(gòu)成波導(dǎo)芯，進(jìn)而用作為包層的藍(lán)寶石晶體來(lái)夾持該波導(dǎo)芯的上下兩面(即無(wú)添加YAG的表面)。在該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，有時(shí)在多個(gè)波導(dǎo)模式下振蕩，但通過(guò)僅使芯的中心附近具有增益，由此可使在波導(dǎo)基本模式與波導(dǎo)高次模式之間產(chǎn)生增益的差，僅在波導(dǎo)基本模式下振蕩。另外，對(duì)于波導(dǎo)的寬度方向的振蕩模式，通過(guò)使激發(fā)光的入射形狀與基本模式的形狀一致，由此僅使基本模式選擇性地振蕩。# 專禾0 文獻(xiàn) 1 Jacob I.Mackenzie, Cheng Li, and DavidP. Shepherd, "Mulitiffatt, High Efficiency, Diffraction-Limited Nd:YAG Planar Waveguide Laser，，，IEEE Journal of QuantumEletronics, Vol. 39 (2003), p. 495但是，在上述非專利文獻(xiàn)1的平面波導(dǎo)型激光裝置中，波導(dǎo)傳播TECTransverse Electric，橫向電場(chǎng))偏振(振動(dòng)面與由c軸和激光的行進(jìn)方向即光軸構(gòu)成的平面垂直并且存在于包括光軸的平面內(nèi)的偏振，還稱為尋常光)和TM(Transverse Magnetic，橫向磁場(chǎng))偏振(振動(dòng)面存在于由c軸和光軸構(gòu)成的平面內(nèi)的偏振，還稱為異常光)模式，并且針對(duì)TE偏振與TM偏振的增益相等。因此，存在振蕩出這些兩種偏振的激光，無(wú)法得到線偏振輸出這樣的問(wèn)題。另外，還存在如下問(wèn)題通過(guò)不滿足芯中的全反射條件的光的包層的外部的面、和平面波導(dǎo)型激光裝置的激光射出方向的端面的反射，發(fā)生在波導(dǎo)內(nèi)部繞轉(zhuǎn)的寄生振蕩或寄生放大，降低作為目的的激光的激光振蕩效率
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問(wèn)題而完成的，其目的在于得到一種線偏振的激光振蕩容易的平面波導(dǎo)型激光裝置。另外，其目的在于抑制波導(dǎo)內(nèi)部的寄生放大、寄生振蕩而得到高效的平面波導(dǎo)型激光裝置。為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供一種平面波導(dǎo)型激光裝置，通過(guò)具有雙折射的平板狀的激光介質(zhì)、以及和上述激光介質(zhì)的與厚度方向垂直的面中的至少一個(gè)面相接合的包層來(lái)形成波導(dǎo)，并且按照通過(guò)入射到上述激光介質(zhì)的激發(fā)光發(fā)生的增益，對(duì)激光進(jìn)行放大， 進(jìn)行激光振蕩，其特征在于，上述激光介質(zhì)是由在與上述激光的行進(jìn)方向即光軸垂直的截面內(nèi)具有光學(xué)軸的雙折射材料構(gòu)成，上述包層是由具有針對(duì)在上述激光介質(zhì)中沿著上述光軸行進(jìn)的、振動(dòng)面相互正交的兩個(gè)偏振光的折射率之間的范圍的折射率的材料構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明，將具有激光介質(zhì)的針對(duì)TE偏振光的折射率和針對(duì)TM偏振光的折射率之間的折射率的材料用作包層，所以具有如下效果TE偏振和TM偏振中的某一個(gè)不滿足全反射條件，可以實(shí)現(xiàn)滿足全反射條件的一種偏振的激光振蕩。


圖1-1是示意性地示出本發(fā)明的平面波導(dǎo)型激光裝置的實(shí)施方式1的結(jié)構(gòu)的立體圖。圖1-2是示意性地示出平面波導(dǎo)型激光裝置的實(shí)施方式1的結(jié)構(gòu)的截面圖。圖2是示意性地示出本實(shí)施方式1的平面波導(dǎo)型激光裝置中的激光傳播的偏振依賴性的圖。圖3-1是示意性地示出本發(fā)明的平面波導(dǎo)型激光裝置的制造方法的步驟的一個(gè)例子的圖(其1)。圖3-2是示意性地示出本發(fā)明的平面波導(dǎo)型激光裝置的制造方法的步驟的一個(gè)例子的圖(其2)。圖3-3是示意性地示出本發(fā)明的平面波導(dǎo)型激光裝置的制造方法的步驟的一個(gè)例子的圖(其3)。圖3-4是示意性地示出本發(fā)明的平面波導(dǎo)型激光裝置的制造方法的步驟的一個(gè)例子的圖(其4)。圖3-5是示意性地示出本發(fā)明的平面波導(dǎo)型激光裝置的制造方法的步驟的一個(gè)例子的圖(其5)。圖3-6是示意性地示出本發(fā)明的平面波導(dǎo)型激光裝置的制造方法的步驟的一個(gè)例子的圖(其6)。圖4是示意性地示出實(shí)施方式1的平面波導(dǎo)型激光裝置中的激光的光路的一個(gè)例子的圖。圖5-1是示意性地示出本發(fā)明的平面波導(dǎo)型激光裝置的實(shí)施方式2的結(jié)構(gòu)的立體圖。圖5-2是示意性地示出平面波導(dǎo)型激光裝置的實(shí)施方式2的結(jié)構(gòu)的截面圖。圖6是示意性地示出本實(shí)施方式2的平面波導(dǎo)型激光裝置中的激光傳播的樣子的圖。符號(hào)說(shuō)明
1激光介質(zhì)2a、2b 包層3 基板4接合劑5a、5b 吸收層
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的平面波導(dǎo)型激光裝置的優(yōu)選的實(shí)施方式。另外，本發(fā)明不限于這些實(shí)施方式。另外，以下的實(shí)施方式中使用的平面波導(dǎo)型激光裝置的立體圖、截面圖是示意性地表示的圖，層的厚度與寬度的關(guān)系、各層的厚度的比例等與現(xiàn)實(shí)不同。實(shí)施方式1圖1-1是示意性地示出本發(fā)明的平面波導(dǎo)型激光裝置的實(shí)施方式1的結(jié)構(gòu)的立體圖，圖1-2是示意性地示出平面波導(dǎo)型激光裝置的實(shí)施方式1的結(jié)構(gòu)的截面圖。該平面波導(dǎo)型激光裝置具備具有平板狀的激光介質(zhì)1 ；和設(shè)置在該激光介質(zhì)1的上下兩面的包層2a、 2b。進(jìn)而，基板3經(jīng)由接合劑4與某一個(gè)包層2a、2b (在此是包層2b)的外側(cè)的面相接合。 另外，在圖1-1 圖1-2中，在與激光介質(zhì)1的面積最廣的上下的矩形狀的面平行的面內(nèi)， 將與該面的正交的兩個(gè)邊平行的方向分別設(shè)為χ軸和ζ軸，將與這些χ軸和ζ軸這雙方垂直的方向設(shè)為y軸。在此，將ζ軸方向設(shè)為激光的傳播方向(行進(jìn)方向)即光軸。另外，與激光介質(zhì)1的xy平面平行的形狀成為χ軸方向比y軸方向長(zhǎng)的矩形形狀。激光介質(zhì)1例如由雙折射材料(光學(xué)各向異性體的材料)構(gòu)成，該雙折射材料通過(guò)激發(fā)光而形成反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)，對(duì)通過(guò)受激發(fā)射而生成的激光進(jìn)行放大。而且，該激光介質(zhì) 1被配置成其材料內(nèi)的光波的速度(折射率)只有一個(gè)的方向即光學(xué)軸(optic axis)成為 xy平面內(nèi)，但特別地，激光介質(zhì)1的光學(xué)軸優(yōu)選被配置成成為圖中的χ軸方向或y軸方向。 在以下的說(shuō)明中，以將激光介質(zhì)1的光學(xué)軸配置成成為χ軸或y軸的情況為例子進(jìn)行說(shuō)明。 另外，在從設(shè)計(jì)上的點(diǎn)考慮時(shí)，激光介質(zhì)1在雙折射材料中還是優(yōu)選光學(xué)軸與晶軸的c軸方向一致的光學(xué)單軸性晶體。包層2a、2b由如下材料構(gòu)成在將激光介質(zhì)1中的針對(duì)χ軸方向的偏振光的折射率設(shè)為ηχ、將針對(duì)y軸方向的偏振光的折射率設(shè)為ny時(shí)，包層2a、2b的折射率nc成為nx 與ny之間的范圍。另外，在此，以將具有成為nx < nc < ny那樣的折射率nc的材料用于包層2a、2b的情況為例子。作為滿足這樣的條件的激光介質(zhì)1與包層2a、2b的組合，例如，可以舉出如下材料的組合激光介質(zhì)1是以YVO4為母材的材料，包層2a、2b是Ta2O5材料的組合；以及激光介質(zhì)1是以GdVO4為母材的材料，包層2a、2b是Ta2O5材料的組合。在作為激光介質(zhì)1將Nd:YV04(正方晶系)配置成c軸(既是晶軸、也是光學(xué)軸) 成為y軸方向的情況下，該NchYVO4在波長(zhǎng)914nm下，具有尋常光(χ軸方向的偏振光)折射率no 1.96 ( = ηχ)、異常光(y軸方向的偏振光)折射率ne 2. 17 ( = ny) 0另外，在波長(zhǎng)914nm下具有約2. 08的折射率nc的Ta2O5電介體膜由于具有NchYVO4的尋常光折射率(no = ηχ)與異常光折射率(ne = ny)之間的折射率，所以可以用作包層2a、2b。
在制造由激光介質(zhì)1和包層2a、2b構(gòu)成的波導(dǎo)后，為了提高剛性而易于處理，將基板3通過(guò)接合劑4與包層2b接合。作為該基板3，例如，可以使用無(wú)添加YVO4等沒(méi)有添加激光介質(zhì)1的活性離子的母材等。另外，可以將粘接劑用作接合劑4。另外，在僅通過(guò)激光介質(zhì)1和包層2a、2b就具有充分的剛性的情況下，也可以不設(shè)置基板3。用包層2a、2b夾持該激光介質(zhì)1的上下兩面的結(jié)構(gòu)針對(duì)激光介質(zhì)1內(nèi)的折射率大于包層2a、2b的折射率nc的線偏振激光形成了光波導(dǎo)。S卩，針對(duì)這樣的激光(線偏振光)， 激光介質(zhì)1作為激光介質(zhì)發(fā)揮功能，并且還作為對(duì)通過(guò)由照射激發(fā)光引起的受激發(fā)射而產(chǎn)生的激光進(jìn)行引導(dǎo)的芯發(fā)揮功能。在此，說(shuō)明具有這樣的結(jié)構(gòu)的平面波導(dǎo)型激光裝置的動(dòng)作。圖2是示意性地示出本實(shí)施方式1的平面波導(dǎo)型激光裝置中的激光傳播的偏振依賴性的圖。在此，如上所述，以具有如下結(jié)構(gòu)的平面波導(dǎo)型激光裝置為例子進(jìn)行說(shuō)明在由以使c軸(光學(xué)軸)成為y軸方向的方式形成為平板狀的NchYVO4構(gòu)成的激光介質(zhì)1的上下兩面，形成有由Ta2O5電介體膜構(gòu)成的包層2a、2b。此時(shí)的各折射率成為nx( = no) 1. 96、ny( = ne) 2. 17、nc = 2. 08。首先，從圖2的激光介質(zhì)1的左端側(cè)沿著ζ軸，入射激發(fā)光。激光介質(zhì)1吸收從激光介質(zhì)1的外部入射來(lái)的激發(fā)光而發(fā)生增益。于是，如果將在ζ軸方向上行進(jìn)的自發(fā)發(fā)射光等作為種子，通過(guò)受激發(fā)射來(lái)產(chǎn)生激光，則激光介質(zhì)1對(duì)所產(chǎn)生的激光提供增益對(duì)激光進(jìn)行放大。在此，在芯折射率(激光介質(zhì)1的折射率)比包層折射率大的情況下，在波導(dǎo)內(nèi)傳播的光中的在芯與包層2a、2b的界面上滿足全反射條件的分量被封入到芯內(nèi)，作為波導(dǎo)模式而傳播。另一方面，在芯折射率比包層折射率小的情況下，成為光在芯與包層2a、2b的界面上向包層2a、2b漏出的輻射模式，發(fā)生較大的損耗。例如，如圖2所示，在激光介質(zhì)1中在Z軸方向上傳播的激光中的具有y軸方向偏振的激光(TM模式的激光)受到的折射率是ny 2.17，比包層折射率nc 2. 08大，所以在平面波導(dǎo)型激光裝置中以波導(dǎo)模式傳播。另一方面，具有χ軸方向偏振的激光(TE模式的激光)受到的折射率是nx 1. 96，比包層折射率nc 2. 08小，所以在芯(激光介質(zhì)1) 與包層2a、2b的邊界處不發(fā)生全反射，成為輻射模式。其結(jié)果，在該TE模式的激光在平面波導(dǎo)型激光裝置中傳播的期間發(fā)生較大的損耗。因此，在該例子的平面波導(dǎo)型激光裝置中， 僅選擇TM模式的激光進(jìn)行放大。這樣，通過(guò)使激光與ζ軸方向平行地入射到平面波導(dǎo)型激光裝置，由此平面波導(dǎo)型激光裝置作為僅對(duì)y軸方向的偏振分量進(jìn)行放大而輸出的激光放大器動(dòng)作。另外，在與激光介質(zhì)1的ζ軸垂直的面的一面(激發(fā)光源側(cè))上設(shè)置全反射鏡，在另一面上設(shè)置部分反射鏡時(shí)，在全反射鏡與部分反射鏡之間發(fā)生激光振蕩，輸出從部分反射鏡振蕩的激光的一部分。此時(shí)，TE模式的激光由于受到較大的損耗而激光振蕩被抑制，只有TM模式的激光進(jìn)行激光振蕩，得到線偏振光輸出。因此，在本實(shí)施方式1的平面波導(dǎo)型激光裝置中，無(wú)需追加偏振鏡等限制偏振的光學(xué)元件，而可以高效地得到線偏振光輸出。另外，全反射鏡和部分反射鏡也可以通過(guò)在與激光介質(zhì)1的ζ軸垂直的面上直接形成電介體膜或金屬膜來(lái)實(shí)現(xiàn)。以上說(shuō)明的結(jié)構(gòu)尤其在激光介質(zhì)1的χ軸方向與y軸方向的受激發(fā)射截面積大致相等時(shí)特別有效，通過(guò)抑制X軸方向的振蕩，可以高效地振蕩出在y軸方向上線偏振的激光。
接下來(lái)，說(shuō)明具有這樣的結(jié)構(gòu)的平面波導(dǎo)型激光裝置的制造方法。圖3-1 圖 3-6是示意性地示出本發(fā)明的平面波導(dǎo)型激光裝置的制造方法的步驟的一個(gè)例子的圖。首先，在將激光介質(zhì)1切斷為平板狀之后，對(duì)面積最廣的面(ZX面)中的一個(gè)面進(jìn)行研磨(圖 3-1)。接下來(lái)，對(duì)激光介質(zhì)1的研磨后的面，接合由具有nx < nc < ny的折射率nc的材料構(gòu)成的包層2b (圖3-2)。該包層2b既可以通過(guò)光學(xué)接觸或擴(kuò)散接合等方法與激光介質(zhì)1直接接合，也可以使用具有比激光介質(zhì)1小的折射率的光學(xué)粘接劑接合于激光介質(zhì)1。 另外，也可以在激光介質(zhì)1的研磨后的面上，使用濺射法或蒸鍍法、CVD(Chemical Vacuum D印osition，化學(xué)氣相沉積)法等來(lái)形成包層2b的薄膜。接下來(lái)，在包層2b的和與激光介質(zhì)1接合的面相反一側(cè)的面上接合基板3 (圖 3-3)。該基板3既可以通過(guò)光學(xué)接觸或擴(kuò)散接合等方法與包層2b直接接合，也可以將由金屬或光學(xué)部件構(gòu)成的基板3通過(guò)具有比激光介質(zhì)1小的折射率的光學(xué)粘接劑來(lái)粘接。在此， 利用粘接劑3來(lái)接合包層2b與基板3。另外，在對(duì)包層2b接合基板3之前，為了使包層2b 的表面平坦化，也可以進(jìn)行研磨。之后，將激光介質(zhì)1的沒(méi)有用基板3保持的一側(cè)的面(ZX面)研磨至規(guī)定的厚度 (圖3-4)。然后，對(duì)研磨后的激光介質(zhì)1的面，接合由具有nx < nc < ny的折射率nc的材料構(gòu)成的包層2a(圖3-5)。該包層2a也可以通過(guò)與在圖3_2中接合的包層2b同樣的方法來(lái)接合。之后，從與基板面垂直的方向切斷激光介質(zhì)1、包層2a、2b以及基板3的層疊體，制造出期望大小的平面波導(dǎo)型激光裝置(圖3-6)。另外，在上述說(shuō)明中，說(shuō)明了將具有nx < nc < ny的折射率nc的包層2a、2b設(shè)置在激光介質(zhì)1的上下兩面的情況，但在將具有這樣的折射率nc的包層僅設(shè)置在激光介質(zhì)1 的上下兩面中的任一單側(cè)的面的情況下，也可以得到同樣的效果。在該情況下，在激光介質(zhì) 1的沒(méi)有設(shè)置具有折射率nc的包層的一側(cè)的面上，也可以什么都不設(shè)置而使其與空氣接觸 (也可以將空氣作為包層)，或者也可以將具有比激光介質(zhì)1的針對(duì)χ軸方向的偏振光的折射率nx小的任意的折射率的材料用作包層。另外，在圖1-1 圖1-2中，也可以去除基板3側(cè)的包層2b，利用具有比激光介質(zhì) 1的針對(duì)Χ軸方向的偏振光的折射率nx小的任意的折射率的接合劑4將激光介質(zhì)1與基板3接合，或者，也可以將具有比激光介質(zhì)1的針對(duì)χ軸方向的偏振光的折射率nx小的任意的折射率的基板3直接接合到激光介質(zhì)1。在對(duì)激光介質(zhì)1直接接合基板3的情況下，可以使用光學(xué)接觸或擴(kuò)散接合。另外，在上述說(shuō)明中，說(shuō)明了激光介質(zhì)1的光學(xué)軸朝向y軸方向、包層2a、2b的折射率nc是nx < nc < ny的情況，但也可以構(gòu)成為由相同材料構(gòu)成的激光介質(zhì)1的光學(xué)軸朝向χ軸方向、包層2a、2b的折射率nc成為ny < nc < nx。在該情況下，僅選擇在χ軸方向上偏振的TM模式的激光。除此以外，在由激光介質(zhì)1的尋常光(TE模式的偏振光)折射率no比異常光(TM 模式的偏振光)折射率ne大的材料構(gòu)成的情況下，也可以構(gòu)成為激光介質(zhì)1的光學(xué)軸朝向 y軸方向、包層2a、2b的折射率nc成為ny ( = ne) <nc<nx( = no),或者構(gòu)成為激光介質(zhì) 1的光學(xué)軸朝向χ軸方向、包層2￡1、213的折射率11(3成為1 ( = 1^) <nc<ny( = no)0如果這樣構(gòu)成，則與上述說(shuō)明相反地，具有與光學(xué)軸垂直的方向偏振的激光(TE模式的激光)以波導(dǎo)模式在平面波導(dǎo)型激光裝置中傳播，具有光學(xué)軸方向偏振的激光(TM模式的激光) 成為輻射模式在平面波導(dǎo)型激光裝置中傳播的過(guò)程中發(fā)生較大的損耗。其結(jié)果，僅選擇TE 模式的激光進(jìn)行放大，得到在χ軸或y軸方向上線偏振的激光的輸出。進(jìn)而，通過(guò)將激光介質(zhì)1的光學(xué)軸配置為任意方向，并使用折射率nc成為在激光介質(zhì)1中傳播的兩個(gè)線偏振光的折射率ne、no之間的范圍的包層2a、2b，由此可以得到在任意的方向上線偏振的激光。根據(jù)本實(shí)施方式1，在激光介質(zhì)1的上下兩面中的至少一個(gè)面上，將具有成為針對(duì)在激光介質(zhì)1中產(chǎn)生的兩個(gè)偏振光的折射率no、ne之間的范圍的折射率nc的材料用作包層2a、2b，所以具有僅將與比折射率nc大的激光介質(zhì)1的折射率對(duì)應(yīng)的偏振光以波導(dǎo)模式在平面波導(dǎo)型激光裝置中弓I導(dǎo)這樣的效果。實(shí)施方式2圖4是示意性地示出實(shí)施方式1的平面波導(dǎo)型激光裝置中的激光的光路的一個(gè)例子的圖。在實(shí)施方式1中，當(dāng)包層2a、2b的外側(cè)的折射率比包層2a、2b的折射率小的情況下，有時(shí)產(chǎn)生如下現(xiàn)象除了以波導(dǎo)模式Ll振蕩的激光以外，以輻射模式向包層2a、2b漏出的激光在包層2a、2b與外部的邊界處反射，并再次入射到激光介質(zhì)1被放大(以下將由希望輸出的激光以外光的放大稱為寄生放大)，消耗掉積蓄在激光介質(zhì)1中的增益的現(xiàn)象。作為這樣的情況，有在包層2a、2b與外部的邊界處反射的激光原樣地從輸出端面輸出的包層外部傳播光L2 ；和以輻射模式向包層2a、2b漏出并在包層2a、2b與外部的邊界處全反射的激光在激光介質(zhì)1的輸出端面也滿足全反射條件的情況下，被完全封入到激光介質(zhì)1和包層2a、2b內(nèi)的全反射繞轉(zhuǎn)模式L3。特別，在全反射條件下反射的激光L2、L3由于損耗較小，所以在激光介質(zhì)1和包層 2a、2b的內(nèi)部發(fā)生激光振蕩(以下稱為寄生振蕩)，消耗激光介質(zhì)1中的增益。其結(jié)果，導(dǎo)致使平面波導(dǎo)型激光裝置的作為放大器以及激光振蕩器的效率降低。因此，在本實(shí)施方式2 中，說(shuō)明可以抑制以輻射模式向包層2a、2b漏出的激光在包層2a、2b與外部的邊界處的反射，僅將期望的激光高效地放大以及振蕩的平面波導(dǎo)型激光裝置。圖5-1是示意性地示出本發(fā)明的平面波導(dǎo)型激光裝置的實(shí)施方式2的結(jié)構(gòu)的立體圖，圖5-2是示意性地示出平面波導(dǎo)型激光裝置的實(shí)施方式2的結(jié)構(gòu)的截面圖。在這些圖中，χ軸、y軸以及ζ軸的方向與實(shí)施方式1的圖1-1 圖1-2相同。該平面波導(dǎo)型激光裝置具備平板狀的激光介質(zhì)1 ；與該激光介質(zhì)1的上下兩面接合的包層2a、2b ；以及包層2a、 2b的和與激光介質(zhì)1的接合面對(duì)向的面相接合的吸收激光的吸收層5a、5b。吸收層5a、5b 只要是吸收激光的材料即可，例如可以使用鉻(Cr)或鈦(Ti)等。另外，本實(shí)施方式2中的激光介質(zhì)1和包層2a、2b具有與實(shí)施方式1的圖1_1 圖1-2所示的激光介質(zhì)1和包層2a、2b分別同樣的結(jié)構(gòu)和功能。另外，雖然省略了圖示，但如實(shí)施方式1的圖1-1 圖1-2所示，也可以使用接合劑4將基板3接合于某一個(gè)吸收層 5a、5b的外側(cè)。在此，說(shuō)明具有這樣的結(jié)構(gòu)的平面波導(dǎo)型激光裝置的動(dòng)作。圖6是示意性地示出本實(shí)施方式2的平面波導(dǎo)型激光裝置中的激光傳播的樣子的圖。在此，如上所述，以具有如下結(jié)構(gòu)的平面波導(dǎo)型激光裝置為例子進(jìn)行說(shuō)明在由以使c軸(光學(xué)軸)成為y軸方向的方式形成為平板狀的NchYVO4構(gòu)成的激光介質(zhì)1的上下兩面，形成有由Ta2O5電介體膜構(gòu)成的包層2a、2b。此時(shí)的各折射率成為nx( = no) 1. 96、ny( = ne) 2. 17、nc = 2. 08。在沒(méi)有設(shè)置吸收層5a、5b的平面波導(dǎo)型激光裝置中，如圖4的說(shuō)明那樣，存在在芯(激光介質(zhì)1)與包層2a、2b的邊界處全反射而在芯內(nèi)部傳播的波導(dǎo)模式Ll ；在包層2a、 2b與外部的邊界處反射而傳播，從輸出端面輸出的包層外部傳播光L2 ；在包層2a、2b與外部的邊界處反射，進(jìn)而在輸出端面中也滿足全反射條件，激光被完全封入在激光介質(zhì)1與包層2a、2b的內(nèi)部的全反射繞轉(zhuǎn)模式L3。其中，包層外部傳播光L2和全反射繞轉(zhuǎn)模式L3 是如已經(jīng)說(shuō)明那樣，由于在激光介質(zhì)1中產(chǎn)生的兩個(gè)偏振光中與比包層2a、2b的折射率低的折射率對(duì)應(yīng)的偏振光所引起的。在發(fā)生了包層外部傳播光L2以及全反射繞轉(zhuǎn)模式L3時(shí)，消耗掉積蓄在激光介質(zhì)1 中的增益，所以針對(duì)期望的激光(波導(dǎo)模式Ll的激光)的增益降低而激光的放大以及振蕩的效率降低。此時(shí)，波導(dǎo)模式Ll以外的分量在包層2a、2b與外部的邊界處被反射。因此， 如圖6所示，在包層2a、2b的外部配置吸收層5a、5b，吸收在包層2a、2b的外部反射的激光的分量，從而可以抑制包層外部傳播光L2和全反射繞轉(zhuǎn)模式L3，高效地放大以波導(dǎo)模式Ll 傳播的期望的激光。在具有這樣的吸收層5a、5b的平面波導(dǎo)型激光裝置的制造方法中，在實(shí)施方式1 的圖3-2和圖3-5中將包層2b、2a接合到激光介質(zhì)1之后，可以通過(guò)利用濺射法或蒸鍍法在包層2b、2a的和與激光介質(zhì)1的接合面對(duì)向的面上成膜，來(lái)形成由鉻或鈦等構(gòu)成的吸收層 5b、5a。另外，鉻或鈦的金屬膜由于吸收率的波長(zhǎng)依賴性較小，所以可以吸收寬的波長(zhǎng)帶的激光。因此，在作為激光介質(zhì)1使用NchYVO4來(lái)放大914nm的激光的情況下，可以抑制 NdiYVO4具有增益的914nm、1064nm、以及1342nm的寄生振蕩。另外，作為吸收層5a、5b，也可以使用選擇性地吸收激光介質(zhì)1具有最大增益的波長(zhǎng)的材料。例如，在將NchYVO4用作激光介質(zhì)1，并對(duì)914nm的激光進(jìn)行放大的情況下，由于Nd:YV0Ji 1064nm具有較大的增益，所以抑制1064nm的寄生放大、寄生振蕩是重要的。 因此，作為吸收層5a、5b，也可以使用Cr4+:YAG。通過(guò)這樣使用Cr4+:YAG，可以選擇性地吸收 1064nm附近的激光，抑制1064nm的寄生放大、寄生振蕩。進(jìn)而，在上述說(shuō)明中，說(shuō)明了在包層2a、2b的與激光介質(zhì)1對(duì)向的面上設(shè)置吸收層 5a、5b的情況，但只要可以抑制在平面波導(dǎo)型激光裝置中發(fā)生的包層外部傳播光L2以及全反射繞轉(zhuǎn)模式L3，則可以是任意的結(jié)構(gòu)。例如，代替吸收層5a、5b，也可以將包層2a、2b的外部的面設(shè)為粗糙面。在該情況下，可以通過(guò)粗糙面使在包層2a、2b與外部的邊界處反射的光散射，對(duì)寄生放大、寄生振蕩的分量給予損耗。另外，也可以對(duì)包層2a、2b的粗糙面附著吸收層5a、5b。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，通過(guò)利用粗糙面實(shí)現(xiàn)的激光的散射、和利用吸收層5a、 5b實(shí)現(xiàn)的激光的吸收，來(lái)抑制寄生放大或寄生振蕩，可以高效地放大期望的激光。進(jìn)而，即使將包層2a、2b和吸收層5a、5b僅設(shè)置在激光介質(zhì)1的某一單側(cè)的面上， 也得到同樣的效果。此時(shí)，對(duì)于激光介質(zhì)1的沒(méi)有設(shè)置包層和吸收層的一例，也可以什么都不設(shè)置而使其與空氣接觸(也可以將空氣作為包層)，或者也可以設(shè)置具有比在激光介質(zhì)1 中兩個(gè)偏振光受到的折射率之中小的折射率小的任意的折射率的材料的包層或基板。另外，例如在圖5-1 圖5-2中，在去除了包層2a和吸收層5b的情況下，也可以利用具有比針對(duì)在激光介質(zhì)1中產(chǎn)生的兩個(gè)偏振光的折射率之中小的折射率小的任意的折射率的接合劑4，將去除了該包層2a和吸收層5b的一側(cè)的激光介質(zhì)1與基板3接合，或者，也可以將具有比針對(duì)在激光介質(zhì)1中的兩個(gè)偏振光的折射率之中小的折射率小的任意的折射率的基板3直接接合到激光介質(zhì)1。在將基板3直接接合到激光介質(zhì)1的情況下，可以使用光學(xué)接觸或擴(kuò)散接合。根據(jù)本實(shí)施方式2，可以吸收或散射由于與針對(duì)在激光介質(zhì)1中產(chǎn)生的兩個(gè)偏振光的折射率之中小的折射率對(duì)應(yīng)的偏振光而引起的包層外部傳播光以及全反射繞轉(zhuǎn)模式， 來(lái)抑制寄生放大以及寄生振蕩，高效地放大以波導(dǎo)模式傳播的期望的激光。產(chǎn)業(yè)上的可利用性如上所述，本發(fā)明的平面波導(dǎo)型激光裝置對(duì)取出線偏振光的激光光源是有用的。
權(quán)利要求
1.一種平面波導(dǎo)型激光裝置，通過(guò)具有雙折射的平板狀的激光介質(zhì)、以及和上述激光介質(zhì)的與厚度方向垂直的面中的至少一個(gè)面相接合的包層來(lái)形成波導(dǎo)，并且按照通過(guò)入射到上述激光介質(zhì)的激發(fā)光發(fā)生的增益，對(duì)激光進(jìn)行放大，進(jìn)行激光振蕩，其特征在于，上述激光介質(zhì)是由在與上述激光的行進(jìn)方向即光軸垂直的截面內(nèi)具有光學(xué)軸的雙折射材料構(gòu)成，上述包層是由具有針對(duì)在上述激光介質(zhì)中沿著上述光軸行進(jìn)的、振動(dòng)面相互正交的兩個(gè)偏振光的折射率之間的范圍的折射率的材料構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面波導(dǎo)型激光裝置，其特征在于，上述激光介質(zhì)是添加了活性離子的YVO4或GdVO4,上述包層是Ta2O5電介體膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的平面波導(dǎo)型激光裝置，其特征在于，上述包層的和與上述激光介質(zhì)的接合面對(duì)向的面是使激光散射的粗糙面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面波導(dǎo)型激光裝置，其特征在于，在上述包層的和與上述激光介質(zhì)的接合面對(duì)向的面上，還配置吸收激光的吸收層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的平面波導(dǎo)型激光裝置，其特征在于，上述吸收層是鉻、鈦、以及Cr4+: YAG中的某一個(gè)。
全文摘要
一種平面波導(dǎo)型激光裝置，通過(guò)具有雙折射的平板狀的激光介質(zhì)(1)、以及和激光介質(zhì)(1)的與厚度方向垂直的面中的至少一個(gè)面相接合的包層(2a、2b)來(lái)形成波導(dǎo)，并且按照通過(guò)入射到激光介質(zhì)(1)的激發(fā)光發(fā)生的增益，對(duì)激光進(jìn)行放大，進(jìn)行激光振蕩，其特征在于，激光介質(zhì)(1)是由在與激光的行進(jìn)方向即光軸垂直的截面內(nèi)具有光學(xué)軸的材料構(gòu)成，包層(2a、2b)是由具有針對(duì)在激光介質(zhì)(1)中沿著光軸行進(jìn)的、振動(dòng)面相互正交的兩個(gè)偏振光的折射率之間的范圍的折射率的材料構(gòu)成，易于振蕩線偏振的激光。
文檔編號(hào)H01S3/06GK102318151SQ20078005369
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2007年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月27日
發(fā)明者小矢田康晴, 山本修平, 平野嘉仁, 柳澤隆行 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社