专利名称：激光波长变换装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用非线性光学结晶对激光的波长进行变换的激光波长变换装置，更详细而言，涉及使用体积布拉格光栅(VBG=Volume Bragg Grating)作为构成外部共振器的反射元件，使用周期性极化反转铌酸锂(PPLN Periodically Poled Lithium Niobate)作为非线性光学结晶的激光波长变换装置。
背景技术：
已知对于由半导体激光元件放射的激光，通过非线性光学结晶将该激光的波长变换为期望的波长例如第二高频波的装置。在这种激光波长变换装置中，希望实现波长变换光的更高的光取出效率，并且实现更高功率的光输出。尤其，要实现高功率的光输出，要求振荡波长对温度变化具有高的稳定性。已知为了维持这种振荡波长高的稳定性、并且实现装置的小型化，而对半导体激光元件设置构成外部共振器的反射元件，在该半导体激光元件与该反射元件之间配置有非线性光学结晶的激光波长变换装置。图2是表示以往的激光波长变换装置的结构的一例的概略图。该激光波长变换装置具有半导体激光元件12，设置在基板11上且放射激光作为基波光；基波光反射元件 14，由相对于该半导体激光元件12构成外部共振器的体积布拉格光栅(VBG)构成；波长变换元件13，配置在半导体激光元件12与基波光反射元件14之间，对基波光的一部分基波光的波长进行变换，作为波长变换光；二向色镜(dichroic mirror) 15，配置在半导体激光元件12与波长变换元件13之间，将基波光透射，并使波长变换光反射而取出；以及反射镜 16，将由该二向色镜15反射的波长变换光进行反射并输出至外部。在该激光波长变换装置中，由半导体激光元件12放射的基波光λ a透射二向色镜 15，并透射波长变换元件13，由此该基波光λ a的一部分被进行波长变换而成为波长变换光Aab。并且，从波长变换元件13出射而朝向基波光反射元件14的光之中，波长变换光 λ ab透射基波光反射元件14而输出至外部，另一方面，未被波长变换的基波光λ a2被基波光反射元件14反射，再次透射波长变换元件13，由此该基波光λ a2的一部分被进行波长变换而成为波长变换光λ a2b。并且，从波长变换元件13出射而朝向半导体激光元件12的光之中，波长变换光λ a2b被二向色镜15及反射镜16反射而输出至外部，另一方面，未被波长变换的基波光λ a3透射二向色镜15，朝向半导体激光元件12，在半导体激光元件12内部再次被放大。在这种激光波长变换装置中，由半导体激光元件12放射的基波光λ a在半导体激光元件12与基波光反射元件14之间重复反射及放大，由此该基波光λ a的一部分由波长变换元件13进行波长变换而成为波长变换光Xab、λ a2b···，并依次输出至外部。但是，根据如上所述的激光波长变换装置，输出至外部的波长变换光Xab、Aa2b 之中，透射基波光反射元件14的波长变换光λ ab的一部分被基波光反射元件14吸收，难以确保波长变换光的高的光取出效率，结果，存在不能充分实现高功率的光输出的问题。具体而言，在由半导体激光元件12放射的基波光λ a例如是波长1064nm的红外光的情况下，由波长变换元件13进行波长变换而得到的波长变换光λ ab的基波光反射元件14的透射率为68. 9%，即向基波光反射元件14入射的波长变换光λ ab中的约1/3被该基波光反射元件14吸收。此外，在由半导体激光元件12放射的基波光λ a例如是波长 930nm的红外光的情况下，由波长变换元件13进行波长变换而得到的波长变换光λ ab的基波光反射元件14的透射率为51. 8%，即向基波光反射元件14入射的波长变换光λ ab中的约1/2被该基波光反射元件14吸收。另外，该透射率是基波光反射元件14的厚度为4mm 时的值。除了这种被基波光反射元件(VBG)吸收的问题以外，还存在向基波光反射元件 (VBG)入射的光被反射的问题，为了解决该问题，提出了在基波光反射元件(VBG)的反射面实施AR(Anti-Reflectic)n 抗反射)涂敷的方法(参照专利文献1)。专利文献1 日本特开2008-282883号公报
发明内容
本发明是根据上面的问题而作出的，其目的在于提供一种能够以高的光取出效率输出期望波长的光的激光波长变换装置。本发明的激光波长变换装置，具备半导体激光元件，放射激光作为基波光；基波光反射元件，由相对于上述半导体激光元件构成外部共振器的体积布拉格光栅(VBG)构成；以及波长变换元件，配置在上述半导体激光元件与上述基波光反射元件之间，对基波光的一部分基波光的波长进行变换而形成波长变换光；该激光波长变换装置的特征在于，具备选择性反射部件，该选择性反射部件在从上述波长变换元件出射而朝向上述基波光反射元件的光之中，使基波光透射，使波长变换光反射；并且该激光波长变换装置在上述半导体激光元件与上述波长变换元件之间，配置有使基波光透射、使波长变换光反射而取出的二向色镜。在本发明的激光波长变换装置中，上述波长变换元件优选为周期性极化反转铌酸锂(PPLN)。在本发明的激光波长变换装置中，优选为，上述二向色镜以相对于上述基波光反射元件的光轴倾斜的状态配置。根据本发明的激光波长变换装置，通过具备对由波长变换元件进行波长变换后的波长变换光进行反射的选择性反射部件，该波长变换光不透射基波光反射元件，而经由二向色镜输出至外部，因此能够得到波长变换光的高的光取出效率。
图1是表示本发明的激光波长变换装置的结构的一例的概略图。图2是表示以往的激光波长变换装置的结构的一例的概略图。
符号说明11 基板Ila基板面12半导体激光元件1 光放射面13波长变换元件13a—面13b 另一面14基波光反射元件14a 一面15 二向色镜15a 面15b 面16反射镜16a反射面17选择性反射部件L 光轴λ a基波光λ ab波长变换光
具体实施例方式以下，详细说明本发明。图1是表示本发明的激光波长变换装置的结构的一例的概略图。该激光波长变换装置对于由半导体激光元件放射的激光，将该激光的波长变换为期望的波长例如第二高频波，具有例如芯片状的半导体激光元件12，设置在基板11上，并放射激光作为基波光；基波光反射元件14，在该半导体激光元件12的激光放射方向前方配置成与半导体激光元件12的光放射面1 对置；波长变换元件13，在半导体激光元件12与基波光反射元件14之间，配置在基波光反射元件14的光轴L上、该光轴L沿着与半导体激光元件12的光放射面1 垂直的方向延伸；以及平板状的二向色镜15，在半导体激光元件 12与波长变换元件13之间，以相对于光轴L倾斜的状态配置。该例子中的半导体激光元件12是由多个半导体激光元件12以在图1中相对于纸面垂直的方向上进行排列的方式配置在基板11上而成的结构，并且是使激光在与配置有半导体激光元件的基板面Ila垂直的方向上共振并出射的面发光型(Vertical Cavity Surface Emtting Laser，垂直腔面发射激光器)阵列。另外，也能够使用使激光在与基板 11平行的方向上共振并出射的端面发光型阵列。作为由半导体激光元件12放射的基波光，例如可以举出波长1064nm的红外光、波长976nm的红外光、波长930nm的红外光等。波长变换元件13是对由半导体元件12放射的基波光的一部分基波光的波长进行变换的非线性光学结晶，作为这种非线性光学结晶，优选为周期性极化反转铌酸锂(PPLN)。
基波光反射元件14是由相对于半导体激光元件12构成外部共振器的体积布拉格光栅(VBG)构成的结构。该体积布拉格光栅(VBG)通过将低折射率材料和高折射率材料重复配置而具有反射指定的波长区域的光的波长选择特性。
该基波光反射元件14的厚度优选为例如3 6_。在基波光反射元件14的与半导体激光元件12对置的一面1 侧，设有选择性反射部件17，该选择性反射部件17在由波长变换元件13出射而朝向基波光反射元件14的光之中，使基波光透射，使波长变换光反射。作为该选择性反射部件17，优选由多层膜层叠而成的层叠体构成，该多层膜例如由二氧化硅(SiO2)层以及二氧化钛(TiO2)层构成。作为这种层叠体，例如在使用波段不同的光(例如二波段光)作为基波光的结构中，优选的是由20 30层多层膜层叠而成的结构，该多层膜由SiO2层以及TiO2层构成，此外，例如在使用窄波段光作为基波光的情况下， 优选的是多层膜层叠10 15层而成的结构。该选择性反射部件17的厚度优选为例如1 3 μ m。这种选择性反射部件17能够通过蒸镀法来形成。该选择性反射部件17既可以在基波光反射元件14的一面1 侧一体地设置，也可以与基波光反射元件14独立地设置。二向色镜15具有利用基于薄膜所造成的光的干扰，使指定的波长区域的光透射、 使剩余的波长区域的光反射的波长选择特性，该二向色镜15是使基波光透射、使波长变换光反射而取出的结构。该二向色镜15只要配置成能够使波长变换光反射并取出，则不特别限定其配置状态，但优选的是，例如，被基波光反射元件14反射的波长变换光所入射的面15b，以相对于光轴L倾斜30 60度的状态配置。在该激光波长变换装置中，例如设有反射镜16，该反射镜16配置成反射面16a与二向色镜15的面15b垂直，由此，构成为使由二向色镜15的面15b反射的波长变换光作为与光轴L平行的平行光来输出至外部。在这种激光波长变换装置中，由半导体激光元件12放射的基波光λ a向二向色镜 15的面1 入射而透射二向色镜15，从二向色镜15的面15b出射，并向波长变换元件13 的一面13a入射。通过该基波光λ a透射波长变换元件13，从而该基波光λ a的一部分被进行波长变换而成为波长变换光λ ab，波长变换光Xab以及未被波长变换的基波光Aa2 从波长变换元件13的另一面13b出射。并且，从波长变换元件13的另一面13b出射而朝向基波光反射元件14的光λ ab、λ a2之中，波长变换光λ ab被选择性反射部件17反射， 再次向波长变换元件13的另一面1 入射并透射波长变换元件13，从波长变换元件13的一面13a出射，然后通过二向色镜15的面1 及反射镜16的反射面16a反射，作为与光轴 L平行的平行光来输出至外部。另一方面，从波长变换元件13的另一面13b出射而朝向基波光反射元件14的光Xab、λ a2之中，未被波长变换的基波光λ a2透射选择性反射部件 17，被基波光反射元件14反射，而再次透射选择性反射部件17，入射到波长变换元件13的另一面13b。通过该基波光λ a2透射波长变换元件13，从而该基波光λ a2的一部分被波长变换而成为波长变换光Xa2b，波长变换光λ a2b及未被波长变换的基波光λ a3从波长变换元件13的一面13a出射。并且，从波长变换元件13的一面13a出射而朝向半导体激光元件12的光λ a2b、λ a3之中，波长变换光λ a2b被二向色镜15的面1 及反射镜16 的反射面16a反射，作为与光轴L平行的平行光来输出至外部。另一方面，从波长变换元件 13的一面13a出射的光λ a2b、λ a3之中，未被波长变换的基波光λ a3向二向色镜15的面1 入射并透射二向色镜15，然后通过二向色镜15的面15a出射并向半导体激光元件 12的光放射面1 入射，在半导体激光元件12内部再次被放大并放射。这样，由半导体激光元件12放射的基波光λ a通过在半导体激光元件12与基波光反射元件14之间反复反射及放大，从而该基波光λ a的一部分通过波长变换元件13进行波长变换而成为波长变换光Xab、Xa2b···，并依次经由二向色镜15及反射镜16输出至外部。并且，在该基波光例如是波长1064nm的红外光的情况下，输出至外部的波长变换光成为波长532nm的绿色的可见光，此外，在该基波光是波长976nm的红外光的情况下， 输出至外部的波长变换光成为波长488nm的蓝色的可见光，另外，例如在该基波光是波长 930nm的红外光的情况下，输出至外部的波长变换光成为波长465nm的蓝色的可见光。根据上述激光波长变换装置，通过设有将波长变换光进行反射的选择性反射部件 17，从而该波长变换光不透射基波光反射元件14，而经由二向色镜15输出至外部，因此能够得到高的光取出效率。[实施例]以下，对本发明的具体实施例进行说明，但本发明不限定于这些。[实施例1]按照图1所示的结构，根据下述条件制作了激光波长变换装置1。·半导体激光元件12 将具有半导体激光元件构造的阵列配置在基板11上，该半导体激光元件放射波长1064nm的红外光，作为基波光λ a。·波长变换元件13 使用周期性极化反转铌酸锂(PPLN)。·基波光反射元件14 使用厚度为4mm的体积布拉格光栅(VBG)。·选择性反射部件17 (厚度2. 4 μ m)通过蒸镀法形成由多层膜层叠17层而成的层叠体，该多层膜由二氧化硅(SiO2)层以及二氧化钛(TiO2)层构成。 二向色镜15 以面1 相对于光轴L倾斜45度的状态配置。·反射镜16 配置成反射面16a与二向色镜15的面1 垂直。另外，该激光波长变换装置1输出波长532nm的绿色的可见光，作为波长变换光。[实施例2]在与实施例1同样的结构中，将半导体激光元件12的振荡波长设为930nm的红外光，对其他部件也调整周期构造、反射率等，以对应于相同波长，从而制作光波长变换装置 2。另外，该激光波长变换装置2输出波长465nm的蓝色的可见光，作为波长变换光。[比较例1]在实施例1中，除了未设置选择性反射部件17以外，其他同样地来制作激光波长变换装置3。另外，该激光波长变换装置3输出波长532nm的绿色的可见光，作为波长变换光。[比较例2]
在实施例2中，除了未设置选择性反射部件17以外，其他同样地来制作激光波长
变换装置4。另外，该激光波长变换装置4输出波长465nm的蓝色的可见光，作为波长变换光。[评价]利用激光波长变换装置1 4，以比较例1为基准求出实施例1的输出增加率，以比较例2为基准求出实施例2的输出增加率。将结果表示在表1中。表1
权利要求
1.一种激光波长变换装置，具备 半导体激光元件，放射激光作为基波光；基波光反射元件，由相对于上述半导体激光元件构成外部共振器的体积布拉格光栅 VBG构成；以及波长变换元件，配置在上述半导体激光元件与上述基波光反射元件之间，对基波光的一部分基波光的波长进行变换而形成波长变换光； 该激光波长变换装置的特征在于，具备选择性反射部件，该选择性反射部件在从上述波长变换元件出射而朝向上述基波光反射元件的光之中，使基波光透射，使波长变换光反射；并且在上述半导体激光元件与上述波长变换元件之间，配置有使基波光透射、使波长变换光反射而取出的二向色镜。
2.如权利要求1所述的激光波长变换装置，其特征在于， 上述波长变换元件是周期性极化反转铌酸锂PPLN。
3.如权利要求2所述的激光波长变换装置，其特征在于，上述二向色镜以相对于上述基波光反射元件的光轴倾斜的状态配置。
全文摘要
提供一种激光波长变换装置，能够以高的光取出效率输出期望波长的光。其具备半导体激光元件，放射激光作为基波光；基波光反射元件，由相对于上述半导体激光元件构成外部共振器的体积布拉格光栅(VBG)构成；以及波长变换元件，配置在上述半导体激光元件与上述基波光反射元件之间，对基波光的一部分基波光的波长进行变换而形成波长变换光；该激光波长变换装置的特征在于，具备选择性反射部件，该选择性反射部件在从上述波长变换元件向上述基波光反射元件出射的光之中，使基波光透射，使波长变换光反射；并且该激光波长变换装置在上述半导体激光元件与上述波长变换元件之间，配置有使基波光透射、使波长变换光反射而取出的二向色镜。
文档编号H01S5/125GK102468606SQ20111034076
公开日2012年5月23日 申请日期2011年11月2日 优先权日2010年11月2日
发明者田中秀和 申请人:优志旺电机株式会社