平面波导型激光装置的制造方法

平面波导型激光装置的制造方法
【专利摘要】构成为在作为具有折射率nc的各向同性介质的激光介质(1)的上表面和下表面中的至少一个面，接合具有满足no＜nc＜ne或ne＜nc＜no的关系的折射率的包层(2)。由此，在能够通过应用各向同性介质而实现的期望波长(例如1535nm)处，能够选择性地仅输出在包层(2)处感受到的折射率小于折射率nc的偏振光。
【专利说明】
平面波导型激光装置
技术领域
[0001] 本发明例如设及具有适合于LIDAR等光源的平面波导型构造的平面波导型激光装 置。
【背景技术】
[0002] 平面波导型激光装置具有在激光的行进方向上伸长的薄平板状的激光介质被折 射率比该激光介质低的两个包层夹着的构造，该激光介质作为波导发挥功能。
[0003] 该平面波导型激光装置由于波导的厚度较薄且激励密度较高，因此即便使用受激 发射截面积较小的激光介质，也能够得到较大增益，从而实现高效率的放大和振荡动作。
[0004] 此外，通过在宽度方向上扩大波导，能够在将激励密度保持为规定值的状态下进 行输出的缩放。
[0005] 另一方面，该平面波导型激光装置的增益较高，且多个波导模式简单地产生了放 大或振荡，因此，有时难W产生所需的基于线偏振的激光的放大或振荡。此外，难W限制为 期望的模式来产生激光的放大或振荡。
[0006] 此外，难W抑制不需要的光的放大（寄生放大）、或由于包层外部的面与端面处的 全反射而被封闭到波导内振荡出的寄生振荡，从而难W高效地输出激光。
[0007] 因此，提出了能够W期望的模式振荡出激光的平面波导型激光装置(例如参照专 利文献1)。
[0008] 在该平面波导型激光装置中，将在与作为激光的行进方向的光轴垂直的截面内具 有光学轴的双折射性的激光介质应用于忍，使用具有激光介质对TE偏振光的折射率与对TM 偏振光的折射率之间的折射率的材料，作为与激光介质的上表面和下表面接合的包层的材 料。
[0009] 由此，由于TE偏振光或TM偏振光中的任意一方不满足全反射条件，因此仅能够进 行满足全反射条件的任意一方的偏振光的激光振荡，能够W期望的模式振荡出激光。
[0010] 现有技术文献
[0011] 专利文献
[001^ 专利文献1:W02009-016703号公报(例如段落编号[0008])

【发明内容】

[0013] 发明要解决的课题
[0014] W往的平面波导型激光装置如上所述构成，因此作为应用于忍的激光介质，必须 应用双折射性的激光介质。因此，存在如下课题:无法W期望的模式输出能够通过应用各向 同性的激光介质而实现的期望波长的激光。
[0015] 本发明正是为了解决上述课题而完成的，其目的在于，得到将各向同性介质应用 于忍而能够W期望的模式输出期望波长的激光的平面波导型激光装置。
[0016] 用于解决课题的手段
[0017] 本发明的平面波导型激光装置具有:平板状的各向同性介质，其对从侧面入射的 激光进行传播;包层，其与各向同性介质的上表面和下表面中的至少一个面接合，该包层由 与光轴正交的两个偏振方向的折射率不同的双折射材料构成，该光轴是激光在该各向同性 介质内的行进方向，该各向同性介质由具有该包层中的两个偏振方向的折射率之间的折射 率的材料构成。
[0018] 发明效果
[0019] 根据本发明，包层由与光轴正交的两个偏振方向的折射率不同的双折射材料构 成，该光轴是激光在各向同性介质内的行进方向，该各向同性介质由具有该包层中的两个 偏振方向的折射率之间的折射率的材料构成，因此具有如下效果:能够W期望的模式选择 性地输出能够通过应用各向同性介质而实现的期望波长的激光。
【附图说明】
[0020] 图1是示出本发明实施方式1的平面波导型激光装置的立体图。
[0021] 图2是示出本发明实施方式1的平面波导型激光装置的剖视图。
[0022] 图3是示意性示出本发明实施方式1的平面波导型激光装置中的激光传播的偏振 依赖性的说明图。
[0023] 图4是示意性示出平面波导型激光装置的制造方法的步骤的一例的剖视图（其 一）。
[0024] 图5是示意性示出平面波导型激光装置的制造方法的步骤的一例的剖视图（其 二)。
[0025] 图6是示意性示出平面波导型激光装置的制造方法的步骤的一例的剖视图（其 ΞΧ
[0026] 图7是示意性示出平面波导型激光装置的制造方法的步骤的一例的剖视图（其 四） 。
[0027] 图8是示意性示出平面波导型激光装置的制造方法的步骤的一例的剖视图（其 五) 。
[0028] 图9是示意性示出平面波导型激光装置中的激光光路的一例的说明图。
[0029] 图10是示出本发明实施方式2的平面波导型激光装置的立体图。
[0030] 图11是示出本发明实施方式2的平面波导型激光装置的剖视图。
[0031] 图12是示意性示出本发明实施方式2的平面波导型激光装置中的激光传播的偏振 依赖性的说明图。
[0032] 图13是示出本发明实施方式3的平面波导型激光装置的剖视图。
[0033] 图14是示出本发明实施方式4的平面波导型激光装置的剖视图。
[0034] 图15是示出本发明实施方式5的平面波导型激光装置的剖视图。
[0035] 图16是示出本发明实施方式6的平面波导型激光装置的剖视图。
[0036] 图17是示出本发明实施方式7的平面波导型激光装置的剖视图。
[0037] 图18是示出本发明实施方式8的平面波导型激光装置的俯视图。
[0038] 图19是示出本发明实施方式9的平面波导型激光装置的俯视图。
[0039] 图20是示出本发明实施方式10的平面波导型激光装置的俯视图。
[0040] 图21是示出本发明实施方式11的平面波导型激光装置的俯视图。
[0041] 图22是示出本发明实施方式12的平面波导型激光装置的俯视图。
【具体实施方式】
[0042] W下，为了更详细地说明本发明，按照【附图说明】用于实施本发明的方式。
[0043] 实施方式1
[0044] 图1是示出本发明实施方式1的平面波导型激光装置的立体图，图2是示出本发明 实施方式1的平面波导型激光装置的剖视图。
[0045] 在图1和图2中，激光介质1由平板状的各向同性介质构成，激光介质1是如下部件： 吸收从侧面入射的激励光而形成反转分布状态，由此产生增益，如果在形成了反转分布状 态时从侧面入射激光，则通过该增益放大该激光。
[0046] 在图1和图2中，在与激光介质1的上表面和下表面(一对矩形的面)平行的面内，分 别设与该面的正交的两个边平行的方向为X轴和Z轴，设与X轴和Z轴双方垂直的方向为y轴。
[0047] 并且运里，设Z轴方向为作为激光的传播方向（行进方向）的光轴。
[0048] 包层2aW光学轴(C轴）与和激光介质1的接合面垂直的方式，与激光介质1的下表 面接合，由与激光的光轴正交的两个偏振方向的折射率(对X轴方向的偏振光的折射率为 nx，对y轴方向的偏振光的折射率为ny)不同的双折射材料构成。
[0049] 包层2bW光学轴(C轴）与和激光介质1的接合面垂直的方式，与激光介质1的上表 面接合，由与激光的光轴正交的两个偏振方向的折射率(对X轴方向的偏振光的折射率为 nx，对y轴方向的偏振光的折射率为ny)不同的双折射材料构成。
[0050] 在该实施方式1中，对于激光介质1的折射率nc与包层2a、2b的折射率nx、ny之间的 关系，由使得nyCncCnx的材料构成激光介质1和包层2曰、化。
[0051 ] W下，例示满足ny<nc<nx的关系的激光介质1和包层2a、2b的具体的材料组合。 但是，组合不限于运些。
[0化2] 激光介质1.。包层2a、2b
[0化3] 慘杂有Er、Yb的憐酸盐玻璃台方解石（CaC03)、BBO或石英
[0054] 孔：YAG、Nd:YAG、Er:YAG、Tm:YAG、Ho:YAG、Tm，Ho:YAG或I·r:YAG(6Φ区TP [005引 Nd: Glass、Er;却a泌巧方解石、BBO、LBG或石英
[0056] 例如，在使用渗杂有化、孔的憐酸盐玻璃作为激光介质1的情况下，激光介质1在波 长1535nm处具有大约1.52的折射率。
[0057] 此外，在使用方解石作为包层2a、2b的情况下，包层2a、2b在波长1535皿处，在大约 1.48(异常光线折射率ne)至大约1.63(正常光线折射率no)之间的范围内，具有与偏振方向 对应的折射率。
[0058] 此时，在将方解石的C轴（既是晶轴又是光学轴)配置成与y轴平行的情况下，激光 介质1的折射率nc与包层2a、化的折射率nx、ny之间的关系如下所述。
[0化9] ny = ne (大约 1.48) <nc(大约 1.52) <nx = no(大约 1.63)。
[0060] 因此，在由包层2a、2b夹着激光介质1的上下的构造中，针对激光介质1内的折射率 nc大于包层2曰、化的折射率的线偏振的激光，形成光波导。
[0061] 目P，激光介质1作为忍发挥功能，并且发挥作为激光介质的功能，上述忍针对激光 介质1内的折射率nc大于包层2a、2b的折射率的线偏振的激光，引导由于激励光的照射引起 的受激发射而产生的激光。
[0062] 运里，说明具有上述构造的平面波导型激光装置的动作。
[0063] 图3是示意性示出本发明实施方式1的平面波导型激光装置中的激光传播的偏振 依赖性的说明图。
[0064] 在图3的平面波导型激光装置的例子中，在形成为平板状的由渗杂有Er、Yb的憐酸 盐玻璃构成的激光介质1的上表面和下表面接合有包层2a、2b，包层2曰、化由C轴(光学轴)与 y轴平行的方解石形成。
[0065] 此时的激光介质1的折射率nc和包层2a、2b的折射率nx、ny在波长1535nm处，为nc =大约 1.52，nx = no (大约 1.63)，ny = ne (大约 1.48)。
[0066] 当从激光介质1的4个侧面中的至少1个侧面入射激励光时，在激光介质1中，吸收 该激励光而形成反转分布状态，由此产生增益。
[0067] 激光介质1在形成了反转分布状态时，如果从至少1个侧面入射激光(种子光），则 通过该增益放大该激光。
[0068] 在图3的例子中，从激光介质1的左端侧起，沿着Z轴入射激光。
[0069] 在作为忍折射率的激光介质1的折射率nc比包层2a、2b的折射率大的情况下，在波 导内传播的光中的、在忍(激光介质1)与包层2a、2b的界面处满足全反射条件的成分被封闭 到激光介质1内，该成分作为波导模式而被传播。
[0070] 另一方面，在作为忍折射率的激光介质1的折射率nc比包层2a、2b的折射率小的情 况下，成为从忍(激光介质1)与包层2曰、化的界面漏出光的福射模式，产生较大的损耗。
[0071] 在图3的例子中，在激光介质1中沿Z轴方向传播的激光中的、具有y轴方向的偏振 的激光(TM模式的激光)在包层2a、2b处感受到的折射率ny为大约1.48,比作为忍折射率的 激光介质1的折射率nc(大约1.52)小，因此TM模式的激光W波导模式进行传播。
[0072] 另一方面，在激光介质1中沿Z轴方向传播的激光中的、具有X轴方向的偏振的激光 (TE模式的激光）在包层2a、2b处感受到的折射率nx为大约1.63,比作为忍折射率的激光介 质1的折射率nc(大约1.52)大，因此在忍(激光介质1)与包层2a、2b的界面处不产生全反射 而成为福射模式。
[0073] 其结果是，当TE模式的激光在平面波导型激光装置中传播的期间，产生较大的损 耗。因此，在图3的例子中，仅选择TM模式的激光并放大。
[0074] 运样，在使激光与Z轴方向平行地入射的情况下，平面波导型激光装置作为仅放大 输出y轴方向的偏振成分的激光放大器进行动作。
[0075] 因此，在本实施方式1的平面波导型激光装置中，能够在不追加起偏镜等限制偏振 的光学元件的情况下，高效地得到线偏振的输出。
[0076] 此外，优选使用具有y偏振成分的激光(种子光），能够缓和入射到平面波导型激光 装置之前的种子光的偏振状态的限制。例如，即使将入射到平面波导型激光装置之前的种 子光的y偏振光与X偏振光的偏振比设为9:1，也能够仅放大y偏振光。
[0077] 此外，当在激光介质1的与Z轴垂直的一个面设置全反射镜，在另一个面设置部分 反射镜时，在全反射镜与部分反射镜之间产生激光的振荡，从该部分反射镜输出该激光的 一部分。
[007引此时，TE模式的激光由于受到较大损耗，因此振荡受到抑制，仅振荡出TM模式的激 光，得到线偏振的输出。
[0079] 因此，在本实施方式1的平面波导型激光装置中，能够在不追加起偏镜等限制偏振 的光学元件的情况下，高效地得到线偏振的输出。
[0080] 另外，关于全反射镜和部分反射镜，也可W通过在激光介质1的与Z轴垂直的面上 直接形成介电体膜或金属膜来实现。
[0081] W上说明的结构能够通过抑制X轴方向的放大或振荡，使在y轴方向上线偏振后的 激光高效地进行放大或振荡。
[0082] 接着，说明本实施方式1中的平面波导型激光装置的制造方法。
[0083] 图4~图8是示意性示出平面波导型激光装置的制造方法的步骤的一例的剖视图。
[0084] 首先，在将激光介质1切断为平板状后，对ZX面中的一个面进行研磨(参照图4)。 [0085]接着，对激光介质1的研磨后的面，接合由具有ny < nc < nx的折射率nx、ny的材料 构成的包层化(参照图5)。
[0086] 该包层化可W通过光学接触、表面活化接合、扩散接合等方法与激光介质1直接接 合，也可W使用具有小于激光介质1的折射率的光学粘接剂与激光介质1接合。
[0087] 此外，也可W使用瓣射法、蒸锻法或CVD(化emical化cuum Deposition:化学气相 沉积)法等，对激光介质1的研磨后的面形成包层化的薄膜。此外，还可W夹着缓和激光介质 1与包层化之间的热膨胀差那样的缓冲层来进行接合。
[0088] 接着，将激光介质1的ZX面研磨至规定的厚度(参照图6)，对研磨后的激光介质1的 面，接合由具有ny<nc<nx的折射率nx、ny的材料构成的包层2a(参照图7)。该包层2a也能 够通过与包层化相同的方法进行接合。
[0089] 最后，通过在图8所示的方向上切断激光介质1和包层2a、2b的层叠体，制造出期望 大小的平面波导型激光装置。
[0090] 在本实施方式1中，说明了由包层2a、2b夹着激光介质1的上下的构造的平面波导 型激光装置，但也可W对激光介质1的上表面或下表面仅接合折射率满足ny<nc<nx的关 系的包层2a、2b中的任意包层2。
[0091] 该情况下，对于未接合包层2-侧的激光介质1的面，可W不设置任何部件而与空 气接触(可W将空气设为包层），也可W将具有比激光介质1的折射率nc小的任意折射率的 材料作为包层来进行接合。
[0092] 此外，在本实施方式1中，示出了 W包层2a、2b的光学轴(C轴)朝向y轴方向的方式 与激光介质1接合，使得仅选择TM模式的激光，但也可W是，W使折射率满足nx<nc<ny的 关系的包层2a、2b的光学轴朝向X轴方向的方式与激光介质1接合，使得仅选择TE模式的激 光。
[0093] 除了上述结构W外，也可W是如下结构:在激光介质1由正常光线折射率no小于异 常光线折射率ne的材料构成的情况下，W使折射率满足11《（=]1〇)<]1(3<]17(=]16)的关系的 包层2a、2b的光学轴(C轴)朝向y轴方向的方式与激光介质1接合，还可W是如下结构：W使 折射率满足117(=110)<]1(3<^(=]16)的关系的包层2日、化的光学轴山轴)朝向巧由方向的方 式与激光介质1接合。
[0094] 如果运样构成，则与上述说明相反地，具有与包层2a、2b的光学轴（C轴）垂直方向 的偏振的激光w波导模式在平面波导型激光装置中传播，具有光学轴方向的偏振的激光成 为福射模式而在平面波导型激光装置的传播中产生较大的损耗。其结果是，仅选择放大特 定偏振方向的激光，从而得到在X轴方向或y轴方向上线偏振后的激光的输出。
[00M]并且，通过将包层2a、2b的光学轴（C轴)配置成相对于激光介质1的折射率nc满足 ne<nc<no或no<nc<ne的关系，能够在满足上述关系的范围内，得到在任意的方向上线 偏振后的激光。
[0096] 根据W上可知，根据本实施方式1，构成为在具有折射率nc的作为各向同性介质的 激光介质1的上表面和下表面中的至少一个面，接合具有满足no<nc<ne或ne<nc<no的 关系的折射率的包层2,因此起到如下效果:在能够通过应用各向同性介质而实现的期望波 长(例如1535nm)处，能够仅选择性地输出在包层2处感受到的折射率小于折射率nc的偏振 光。
[0097] 在该实施方式1中，示出了由两个偏振方向的折射率不同的双折射材料构成包层 2a、2b，但即使如下结构也能够得到相同的效果：由双轴晶体等各向异性介质构成包层2曰、 2b，与在激光介质1内传播的激光的光轴正交的两个偏振光在忍(激光介质1)处的折射率处 于在包层2a、2b处感受到的折射率之间。
[0098] 另外，在使用惰性的各向同性介质W替代激光介质1的情况下，该平面波导型激光 装置作为起偏镜发挥功能。
[0099] 实施方式2
[0100] 图9是示意性示出平面波导型激光装置中的激光光路的一例的说明图。
[0101] 在包层2a、2b的外侧的折射率小于包层2a、2b的折射率的情况下，除了作为波导模 式L1进行放大或振荡的激光W外，从激光介质1作为福射模式而漏出到包层2a、2b的激光有 时在包层2a、2b与外部的边界处进行反射而再次入射到激光介质1。
[0102] 其结果是，有时产生如下现象:再次入射到激光介质1的激光被放大下，将想输 出的激光W外的激光的放大称作寄生放大），从而消耗了激光介质1中蓄积的增益。
[0103] 作为运样的情况，除了在包层2a、2b与外部的边界处反射后的激光直接从输出端 面输出的包层外部传播光L2W外，还存在如下的全反射环绕模式L3:当作为福射模式漏出 到包层2a、2b并在包层2a、2b与外部的边界处进行全反射的激光在激光介质1的输出端面也 满足全反射条件的情况下，被完全封闭到激光介质1和包层2a、化内。
[0104] 特别是W全反射条件进行反射的激光(包层外部传播光L2、全反射环绕模式L3)的 损耗较小，因此在激光介质1和包层2a、2b的内部产生激光振荡下称作寄生振荡），从而 消耗激光介质1中的增益。其结果是，使平面波导型激光装置的作为放大器和激光振荡器的 效率下降。
[0105] 因此，在本实施方式2中，对如下的平面波导型激光装置进行说明：抑制作为福射 模式而漏出到包层2a、2b的激光在包层2a、2b与外部的边界处的反射，能够仅对期望的激光 高效地进行放大和振荡。
[0106] 图10是示出本发明实施方式2的平面波导型激光装置的立体图，图11是示出本发 明实施方式2的平面波导型激光装置的剖视图。
[0107] 在图10和图11中，X轴、y轴和Z轴的方向与上述实施方式1中的图1和图2相同。
[0108] 吸收层5a与包层2a的下表面(不与激光介质1接合一侧的面)接合，由吸收激光的 材料构成。
[0109] 吸收层加与包层化的上表面(不与激光介质1接合一侧的面)接合，由吸收激光的 材料构成。
[0110] 另外，吸收层5a、5b只要是吸收激光的材料即可，例如能够使用铭(Cr)或渗杂有铭 的材料等。
[0111] 接着说明平面波导型激光装置的动作。
[0112] 图12是示意性示出本发明实施方式2的平面波导型激光装置中的激光传播的偏振 依赖性的说明图。
[0113] 在图12的平面波导型激光装置的例子中，在形成为平板状的、由渗杂有Er、Yb的憐 酸盐玻璃构成的激光介质1的上表面和下表面接合有包层2a、2b，包层2a、化由C轴(光学轴） 与y轴平行的方解石形成。
[0114] 此时的激光介质1的折射率nc为大约1.52，包层2a、2b的折射率nx为大约1.63 (正 常光线折射率no)，包层2a、化的折射率ny为大约1.48(异常光线折射率ne)。
[0115] 在未设置吸收层5a、5b的平面波导型激光装置中，如利用图9说明的那样存在:在 忍（激光介质1)与包层2a、2b的边界处进行全反射并在忍内部传播的波导模式L1;在包层 2a、化与外部的边界处被反射并传播，从输出端面输出的包层外部传播光L2;W及在包层 2a、化与外部的边界处进行反射，并且在输出端面也满足全反射条件，从而将激光完全封闭 到激光介质1和包层2a、2b的内部的全反射环绕模式L3。
[0116] 其中，如已说明的那样，包层外部传播光L2和全反射环绕模式L3是由于在激光介 质1中产生的两个偏振光中的、与比包层2a、2b的折射率低的折射率对应的偏振光而产生 的。
[0117] 当产生包层外部传播光L2和全反射环绕模式L3时，消耗了激光介质1中蓄积的增 益，因此针对期望的激光(波导模式L1的激光)的增益下降，激光的放大和振荡的效率下降。 波导模式L1W外的成分在包层2a、2b与外部的边界处被反射。
[0118] 在本实施方式2中，在包层2a、2b的外部配置有吸收层5a、5b，因此在包层2a、2b的 外部反射的激光的成分被吸收层5a、5b吸收。
[0119] 其结果是，能够抑制包层外部传播光L2和全反射环绕模式L3,高效地放大W波导 模式L1传播的期望的激光。
[0120] 作为具有吸收层5a、5b的平面波导型激光装置的制造方法，在与上述实施方式1同 样地将包层2a、2b与激光介质1接合后，通过瓣射法或蒸锻法，在包层2a的下表面进行成膜， 由此形成由铭或铁等构成的吸收层5曰。此外，能够通过在包层化的上表面进行成膜，形成由 铭或铁等构成的吸收层化。
[0121] 另外，铭或铁的金属膜由于吸收率的波长依赖性较小，因此能够吸收宽波长频带 的激光。因此，在使用渗杂有化、化的憐酸盐玻璃作为激光介质1，对波长1550nm的激光进行 放大的情况下，渗杂有化、Yb的憐酸盐玻璃能够抑制具有增益的1535nm的寄生振荡。
[0122] 此外，作为吸收层5a、5b，可W使用激光介质1选择性地吸收具有最大增益的波长 的材料。
[0123] 例如，在使用渗杂有化、Yb的憐酸盐玻璃作为激光介质1，对波长1550nm的激光进 行放大的情况下，由于渗杂有化、化的憐酸盐玻璃在波长1535皿处具有较大增益，因此重要 的是抑制波长1535nm的寄生放大和寄生振荡。
[0124] 因此，作为吸收层5a、5b，使用在波长1535nm附近具有吸收峰值的材料，由此能够 抑制波长1535nm的寄生放大和寄生振荡。
[0125] 在本实施方式2中，示出了通过在包层2a、2b的外部配置吸收层5a、5b，抑制在平面 波导型激光装置中产生的包层外部传播光L2和全反射环绕模式L3,但也可W替代将吸收层 5曰、加配置在包层2a、2b的外部，而将包层2a的下表面(不与激光介质1接合一侧的面)和包 层化的上表面(不与激光介质1接合一侧的面)设为粗糖面。
[0126] 通过将包层2a的下表面和包层化的上表面设为粗糖面，在包层2a、2b与外部的边 界处反射的光由于粗糖面而散射，因此能够对寄生放大和寄生振荡的成分带来损耗。
[0127] 此外，也可W在包层2a、2b的粗糖面附着吸收层5a、5b。
[0128] 如果运样构成，则能够通过粗糖面对激光的散射和吸收层5a、5b对激光的吸收，抑 制寄生放大和寄生振荡，高效地放大期望的激光。
[0129] 在本实施方式2中，说明了由包层2a、2b夹着激光介质1的上下的构造的平面波导 型激光装置，但也可W仅在激光介质1的上表面或下表面接合包层2和吸收层5。
[0130] 该情况下，对于未接合包层2和吸收层5-侧的激光介质1的面，可W不设置任何部 件而与空气接触(可W将空气设为包层），也可W将具有比激光介质1的折射率nc小的任意 折射率的材料作为包层来进行接合。
[0131] 根据W上可知，根据本实施方式2,构成为在包层2a的下表面具备吸收激光的吸收 层5曰，并且在包层化的上表面具备吸收激光的吸收层化，因此起到如下效果:吸收或散射由 于在激光介质1中产生的两个偏振光中的、与激光介质1的比包层2a、2b的折射率小的折射 率对应的偏振光而产生的包层外部传播光L2和全反射环绕模式L3,从而能够抑制寄生放大 和寄生振荡，高效地放大W波导模式L1传播的期望的激光。
[0132] 实施方式3
[0133] 图13是示出本发明实施方式3的平面波导型激光装置的剖视图，在图13中，与图2 相同的标号表示相同或对应部分，因此省略说明。
[0134] 在上述实施方式1、2中，示出了激光介质1和包层2a、2b形成长方体，但也可W是， 激光介质1和包层2a、2b的侧面中的、被入射激光一侧的侧面或输出激光一侧的侧面的至少 一方倾斜。
[0135] 目P，在上述实施方式1、2的平面波导型激光装置中，激光介质1和包层2a、2b的侧面 与xy面平行，但在该实施方式3的平面波导型激光装置中，激光介质1和包层2a、2b的侧面相 对于xy面倾斜。
[0136] 在图13的例子中，被入射激光一侧的侧面和输出激光一侧的侧面两者相对于xy面 倾斜。
[0137] 通过运样使激光介质1和包层2a、2b的侧面相对于xy面倾斜，能够抑制在激光介质 1的与Z轴垂直的一对侧面之间产生的激光振荡(寄生振荡），从而高效地放大期望的激光。
[0138] 在图13的例子中，使一对侧面倾斜，但即便仅使任意一个侧面倾斜，也能够得到相 同的效果。
[0139] 实施方式4
[0140] 图14是示出本发明实施方式4的平面波导型激光装置的剖视图，在图14中，与图2 相同的标号表示相同或对应部分，因此省略说明。
[0141] 在上述实施方式1~3中，示出了从与被入射激光一侧的侧面相对的激光介质1的 侧面输出激光，但也可W对与被入射激光一侧的侧面相对一侧的激光介质1和包层2a、2b的 侧面施加反射激光的高反射率的涂层6。
[0142] 在对与被入射激光一侧的侧面相对一侧的激光介质1和包层2a、2b的侧面施加反 射激光的高反射率的涂层6的情况下，被激光介质1放大而沿着Z轴传播的激光(在图中为朝 右方传播的激光)在到达被施加高反射率的涂层6的侧面时被该侧面反射，并从入射侧的侧 面输出。即，使激光往复传播。
[0143] 激光由被施加高反射率的涂层6的侧面反射而朝图中的左方传播，由此进一步被 激光介质1放大，因此能够实现激光的高输出化。
[0144] 实施方式5
[0145] 图15是示出本发明实施方式5的平面波导型激光装置的剖视图，在图15中，与图2 相同的标号表示相同或对应部分，因此省略说明。
[0146] 包层7a是与包层2a的下表面(不与激光介质1接合一侧的面)接合的第2包层。
[0147] 包层7b是与包层化的上表面(不与激光介质1接合一侧的面)接合的第2包层。
[0148] 在本实施方式5中，包层2a、2b相当于第1包层。
[0149] 在上述实施方式1、3、4中，包层2曰、化中的不与激光介质1接合一侧的XZ面为空气 层，从侧面入射的激励光被封闭到包层2a与包层化之间、或上下的空气层之间。
[0150] 与此相对，在本实施方式5中，对包层2a、2b中的不与激光介质1接合一侧的XZ面接 合包层7a、7b，因此从侧面入射的激励光被封闭到包层2a与包层化之间、或包层7a与包层7b 之间。
[0151] 运里，对于包层7a、7b对激励光的折射率，只要能够将激励光封闭到包层7a与包层 化之间即可。
[0152] 例如，当激光介质1对激励光的折射率为nc，包层2a、2b对激励光的折射率为η 1 (包 层2曰、化由双折射材料构成，因此包层2a、2b对激励光的折射率根据偏振方向而发生变化）， 包层7a、7b对激励光的折射率为n2时，在激光介质1的折射率nc和包层2a、2b的折射率nl满 足nc >η 1的关系的情况下，由满足η 1 >n2的条件的材料构成包层7a、7b。
[0153] 另一方面，在激光介质1的折射率nc和包层2a、2b的折射率nl满足nl>nc的关系的 情况下，由满足nc>n2的条件的材料构成包层7a、7b。
[0154] 例如，在使用渗杂有化、化的憐酸盐玻璃作为激光介质1，使用方解石作为包层2曰、 化的情况下，如果激励光的波长为940nm，且作为包层7a、7b使用Μ评2、Si化、其它光学玻璃材 料等，则由于满足上述条件，因此能够将激励光封闭到包层7a与包层化之间。
[0K5]但是，只要是满足上述条件的材料，则不限于Μ评2或Si化等。
[0156] 如果是运样能够将激励光封闭到包层7a与包层7b之间的结构，则能够将高输出的 激励光引导至激光介质1，因此能够实现激光的高输出化。
[0157] 此外，即使在激光介质1对激励光的折射率nc与包层7a、7b对激励光的折射率n2之 差较小的情况下，也能够通过增大包层2a、2b对激励光的折射率nl与包层7a、7b对激励光的 折射率n2之差，增大激励光的入射的数值孔径NA。此外，由于激励光不面向空气层，因此能 够提高可靠性。
[015引实施方式6
[0159] 图16是示出本发明实施方式6的平面波导型激光装置的剖视图，在图16中，与图2 相同的标号表示相同或对应部分，因此省略说明。
[0160] 基板3通过接合剂4与包层化的上表面(不与激光介质1接合一侧的面)接合。
[0161] 在图16的例子中，示出了基板3与包层2b的上表面接合的例子，但基板3也可W与 包层2a的下表面接合。
[0162] 通过使基板3与包层化的XZ面接合，相比包层化的XZ面为空气层的情况，能够增强 平面波导，因此能够提高可靠性。
[0163] 运里，是使用接合剂4对基板3和包层化进行接合，但基板3和包层化的接合方法不 限于使用接合剂4的方法，例如也可W是表面活化接合等。
[0164] 实施方式7
[0165] 图17是示出本发明实施方式7的平面波导型激光装置的剖视图，在图17中，与图2 相同的标号表示相同或对应部分，因此省略说明。
[0166] 在上述实施方式1~6中，示出了包层2a、2bW包层2a、2b的光学轴（C轴）与和激光 介质1的接合面垂直的方式，与激光介质1接合(包层2a、2b的C轴与y轴平行），但也可W是， 包层2a、2b的光学轴(C轴)相对于和激光介质1的接合面倾斜(包层2a、2b的C轴朝Z轴方向倾 斜)。
[0167] 在本实施方式7中，如图17所示，使包层2a、2b的C轴朝Z轴方向倾斜。
[016引将包层2a、2b的C轴与Z轴所成的角设为目(根据对称性，定义为0°到到80°)。
[0169] 此时，包层2a、2b对与在激光介质1内传播的激光的光轴正交的两个偏振光的折射 率nx、ny中的、对y轴方向的偏振光的折射率ny在ne <ny <no或no <ny <ne的范围内，取决 于所成的角θ而发生变化。
[0170] 例如，在使用渗杂有化、化的憐酸盐玻璃作为激光介质1，使用方解石作为包层2曰、 化的情况下，如果激光的波长为1535nm，则在59°^目^121°的范围内，满足ny<nc。
[0171] 在目=大约59°或目=大约121°的附近，ny = nc，能够减小激光介质1对TM模式的折 射率nc与包层2a、2b对TM模式的折射率ny之差。因此，能够减少高次模化。
[0172] 此外，在ne<no的情况下，通过调整C轴相对于Z轴的倾斜角Θ，能够调整包层2a、2b 对TM模式(ne<no的情况)的折射率，能够控制空间模式。
[0173] 实施方式8
[0174] 图18是示出本发明实施方式8的平面波导型激光装置的俯视图。但是，在图18中， 为了方便说明，除了包层2a、化W外，仅描绘出激光介质1。
[0175] 在该实施方式8中，对被入射种子光L4的激光介质1的侧面(yz面)的一部分施加了 反射激光L5的高反射率的涂层8a。此外，对与被入射种子光L4的激光介质1的侧面相对的激 光介质1的侧面(yz面)的一部分施加了反射激光L5的高反射率的涂层8b。
[0176] 当从激光介质1的侧面(yz面）中的、未被施加高反射率的涂层8a的部分入射种子 光L4时，激光介质1内的激光L5被施加了高反射率的涂层8a、8b的侧面反复反射，同时在激 光介质1内传播。
[0177] 激光L5在激光介质1的端面9(xy面)处，通过全反射而折返。或者，还可W对端面9 施加反射激光L5的高反射率的涂层。
[0178] 然后，当激光L5到达激光介质1的另一个侧面(yz面）中的、未施加高反射率的涂层 8b的部分时，激光L5从未施加高反射率的涂层8b的部分，作为放大光L6而被射出。
[0179] 例如，在使用渗杂有化、化的憐酸盐玻璃作为激光介质1，使用方解石作为包层2曰、 化的情况下，如果激光的波长为1535nm，则TE模式为发散模式，TM模式为波导模式。
[0180] 如上所述，通过对激光介质1的一对侧面的一部分施加高反射率的涂层8a、8b，能 够扩大激光L5的光路长度，因此能够实现激光的高输出化。
[0181] 实施方式9
[0182] 图19是示出本发明实施方式9的平面波导型激光装置的俯视图。
[01削但是，在图19中，为了方便说明，除了包层2a JbW外，仅描绘出激光介质1。
[0184] 在上述实施方式8中，示出了被施加高反射率的涂层8a、8b的一对侧面是平行的， 但也可W如图19所示，被施加高反射率的涂层8a的侧面与被施加高反射率的涂层8b的侧面 是不平行的。
[0185] 在被施加高反射率的涂层8a的侧面与被施加高反射率的涂层8b的侧面不平行的 结构中，激光介质1内的激光L5相对于被施加高反射率的涂层8a、8b的侧面的入射角度发生 变化（图中，在朝右方的传播中，入射角度逐渐减小，在朝左方的传播中，入射角度逐渐增 大)。
[0186] 因此，能够使得激光介质1内的激光L5在不与图中的激光介质1的右侧的侧面(xy 面)接触的情况下折返。
[0187] 由此，相比上述实施方式8,能够减少光束品质的劣化。
[0188] 此外，能够使激光高密度化，因此能够提高能量的提取，能够实现激光的高输出 化。
[0189] 实施方式10
[0190] 图20是示出本发明实施方式10的平面波导型激光装置的俯视图。但是，在图20中， 为了方便说明，除了包层2a、化W外，仅描绘出激光介质1。
[0191] 在上述实施方式1中，示出了包层2a、2b的光学轴（C轴）与激光介质1和包层2a、2b 的接合面垂直(包层2a、2b的C轴与y轴平行），但也可W如图20所示，包层2a、2b的光学轴（C 轴)与激光介质1和包层2曰、化的接合面平行(包层2曰、化的C轴处于XZ面内）。
[0192] 此外，包层2a、2b的光学轴(C轴)也可W相对于激光的行进方向倾斜。在图20的例 子中倾斜Θ。
[0193] 在本实施方式10中，如图20所示，包层2a、2b的光学轴（C轴）处于XZ面内，包层2曰、 化的C轴与Z轴所成的角为Θ(根据对称性，定义为0° ^0^180° )。
[0194] 此时，包层2a、2b对与在激光介质1内传播的激光的光轴正交的两个偏振光的折射 率nx、ny中的、对X轴方向的偏振光的折射率nx在ne <nx <no或no <nx <ne的范围内，取决 于所成的角θ而发生变化。
[01Μ]例如，在使用渗杂有化、化的憐酸盐玻璃作为激光介质1，使用方解石作为包层2曰、 化的情况下，如果激光的波长为1535nm，则在59°到到21°的范围内，满足nx<nc。
[0196] 在Θ =大约59°或Θ =大约121 °的附近，nx = ηC，能够减小激光介质1对TE模式的折 射率nc与包层2a、2b对ΤΕ模式的折射率ηχ之差。因此，能够减少高次模化。
[0197] 此外，包层2a、2b的光学轴(C轴）与激光的行进方向所成的角在Θ的范围外成为福 射模式，因此，在上述例子中，有抑制X轴方向的寄生振荡和寄生放大的效果，针对其它环绕 模式，也有抑制寄生振荡和寄生放大的效果。
[0198] 此外，在ne<no的情况下，通过调整C轴相对于Z轴的倾斜角Θ，能够调整包层2a、2b 对TE模式的折射率，能够控制空间模式。此外，能够抑制寄生振荡和寄生放大。
[0199] 实施方式11
[0200] 图21是示出本发明实施方式11的平面波导型激光装置的俯视图。但是，在图21中， 除了包层2a、化W外，仅描绘出激光介质1。
[0201] 在上述实施方式8中，示出了包层2a、2b的光学轴（C轴）与激光介质1和包层2a、2b 的接合面垂直(包层2a、2b的C轴与y轴平行），但也可W如图21所示，包层2a、2b的光学轴（C 轴)与激光介质1和包层2曰、化的接合面平行(包层2曰、化的C轴与Z轴平行）。
[0202] 在本实施方式11中，包层2a、2b的光学轴(C轴)与Z轴平行，将激光的行进方向与C 轴所成的角设为e (根据对称性，定义为0° ^ e ^ 180°)。
[0203] 此时，在包层2a、2b处对与在激光介质1内传播的激光的光轴正交的两个偏振光感 受到的折射率ηΤΕ、ηΤΜ( =ny)中的折射率ηΤΕ在ne<nTE<no或no<nTE<ne的范围内，取决 于所成的角Θ而发生变化。
[0204] 例如，在使用渗杂有化、化的憐酸盐玻璃作为激光介质1，使用方解石作为包层2曰、 化的情况下，如果激光的波长为1535nm，则在59° ^目^121°的范围内，满足nTE<nc。
[020引在目=大约59°或目=大约121 °的附近，ηΤΕ = ηC，能够减小激光介质1对TE模式的折 射率nc与包层2a、2b对ΤΕ模式的折射率ηΤΕ之差。因此，能够减少高次模化。
[0206] 运样，即使包层2a、2b的C轴与Ζ轴平行，在ne<no的情况下，也能够调整包层2a、2b 对TE模式的折射率，能够控制空间模式。
[0207] 实施方式12
[0208] 图22是示出本发明实施方式12的平面波导型激光装置的俯视图。但是，在图22中， 除了包层2a、化W外，仅描绘出激光介质1。
[0209] 在上述实施方式9中，示出了包层2a、2b的光学轴（C轴）与激光介质1和包层2a、2b 的接合面垂直(包层2a、2b的C轴与y轴平行），但也可W如图22所示，包层2a、2b的光学轴（C 轴)与激光介质1和包层2曰、化的接合面平行(包层2曰、化的C轴与Z轴平行）。
[0210] 在本实施方式12中，包层2a、2b的光学轴(C轴)与Z轴平行，将激光的行进方向与C 轴所成的角设为e (根据对称性，定义为0° ^ e ^ 180°)。
[0211] 此时，在包层2a、2b处对与在激光介质1内传播的激光的光轴正交的两个偏振光感 受到的折射率ηΤΕ、ηΤΜ( =ny)中的折射率ηΤΕ在ne<nTE<no或no<nTE<ne的范围内，取决 于所成的角Θ而发生变化。
[0212] 例如，在使用渗杂有化、化的憐酸盐玻璃作为激光介质1，使用方解石作为包层2曰、 化的情况下，如果激光的波长为1535nm，则在59° ^目^121°的范围内，满足nTE<nc。
[0213] 在目=大约59°或目=大约121 °的附近，ηΤΕ = ηC，能够减小激光介质1对TE模式的折 射率nc与包层2a、2b对TE模式的折射率ηΤΕ之差。因此，能够减少高次模化。
[0214] 运样，即使包层2a、化的C轴与Ζ轴平行，在ne<no的情况下，也能够调整包层2a、2b 对TE模式的折射率，能够控制空间模式。
[0215]另外，本申请在其发明的范围内，能够实现各实施方式的自由组合、各实施方式的 任意结构要素的变形、或各实施方式中的任意结构要素的省略。
[0216] 产业上的可利用性
[0217] 本发明的平面波导型激光装置适合于用作取出线偏振的激光光源。
[0218] 标号说明
[0219] 1:激光介质(平板状的各向同性介质）；2a、2b:包层(第1包层）；3:基板;4:接合剂； 5a、5b:吸收层;6:高反射率的涂层;7a、7b:包层(第2包层）；8a、8b:高反射率的涂层;9:激光 介质1的端面。
【主权项】
1. 一种平面波导型激光装置，其特征在于，该平面波导型激光装置具有： 平板状的各向同性介质，其对从侧面入射的激光进行传播；以及 包层，其与所述各向同性介质的上表面和下表面中的至少一个面接合， 所述包层由与光轴正交的两个偏振方向的折射率不同的双折射材料构成，所述光轴是 激光在所述各向同性介质内的行进方向， 所述各向同性介质由具有所述包层中的两个偏振方向的折射率之间的折射率的材料 构成。2. 根据权利要求1所述的平面波导型激光装置，其特征在于， 所述各向同性介质由如下的激光介质构成，该激光介质吸收所入射的激励光而形成反 转分布状态，由此产生增益，如果在形成了所述反转分布状态时从所述侧面入射激光，则通 过该增益放大该激光。3. 根据权利要求2所述的平面波导型激光装置，其特征在于， 所述激光介质是掺杂有活性离子的玻璃， 所述双折射材料是方解石、BBO、LBO或石英。4. 根据权利要求3所述的平面波导型激光装置，其特征在于， 所述激光介质采用掺杂有Er、Yb的磷酸盐玻璃，作为掺杂有活性离子的玻璃。5. 根据权利要求2所述的平面波导型激光装置，其特征在于， 所述激光介质是掺杂有活性离子的YAG， 所述双折射材料是KTP。6. 根据权利要求2所述的平面波导型激光装置，其特征在于， 所述包层的上表面和下表面中的、不与所述各向同性介质接合一侧的面为粗糙面。7. 根据权利要求2所述的平面波导型激光装置，其特征在于， 在所述包层的上表面和下表面中的、不与所述各向同性介质接合一侧的面接合有吸收 所述激光的吸收层。8. 根据权利要求7所述的平面波导型激光装置，其特征在于， 所述吸收层由铬或掺杂有铬的材料构成。9. 根据权利要求1所述的平面波导型激光装置，其特征在于， 所述各向同性介质和所述包层的侧面中的、被入射所述激光一侧的侧面或射出所述激 光一侧的侧面的至少一方倾斜。10. 根据权利要求1所述的平面波导型激光装置，其特征在于， 对与被入射激光的所述各向同性介质的侧面相对的所述各向同性介质的侧面施加了 反射所述激光的涂层。11. 根据权利要求1所述的平面波导型激光装置，其特征在于， 在所述包层的上表面和下表面中的、不与所述各向同性介质接合一侧的面接合有第2 包层。12. -种平面波导型激光装置，其特征在于，该平面波导型激光装置具有： 平板状的各向同性介质，其对从侧面入射的激光进行传播； 第1包层，其与所述各向同性介质的上表面和下表面中的至少一个面接合；以及 第2包层，其与所述第1包层的上表面和下表面中的、不与所述各向同性介质接合一侧 的面接合， 所述各向同性介质由如下的激光介质构成，该激光介质吸收所入射的激励光而形成反 转分布状态，由此产生增益，如果在形成了所述反转分布状态时从所述侧面入射激光，则通 过该增益放大该激光， 所述第1包层由与光轴正交的两个偏振方向的折射率不同的双折射材料构成，所述光 轴是激光在所述各向同性介质内的行进方向， 在所述各向同性介质对所述激励光的折射率比所述第1包层对所述激励光的折射率高 的情况下，所述第2包层由所述第2包层对所述激励光的折射率比所述第1包层对所述激励 光的折射率低的材料构成，在所述各向同性介质对所述激励光的折射率比所述第1包层对 所述激励光的折射率低的情况下，所述第2包层由所述第2包层对所述激励光的折射率比所 述各向同性介质对所述激励光的折射率低的材料构成。13. 根据权利要求1所述的平面波导型激光装置，其特征在于， 所述包层的上表面和下表面中的、不与所述各向同性介质接合一侧的面与基板接合。14. 根据权利要求1所述的平面波导型激光装置，其特征在于， 所述包层的光学轴相对于所述各向同性介质与所述包层的接合面倾斜。15. 根据权利要求1所述的平面波导型激光装置，其特征在于， 对被入射激光的所述各向同性介质的侧面的一部分，施加了反射所述激光的涂层，并 且对与所述各向同性介质的侧面相对的所述各向同性介质的侧面的一部分，施加了反射所 述激光的涂层。16. 根据权利要求15所述的平面波导型激光装置，其特征在于， 被入射激光的所述各向同性介质的侧面和与所述各向同性介质的侧面相对的所述各 向同性介质的侧面不平行。17. 根据权利要求1所述的平面波导型激光装置，其特征在于， 所述包层的光学轴与所述各向同性介质和所述包层的接合面垂直。18. 根据权利要求1所述的平面波导型激光装置，其特征在于， 所述包层的光学轴与所述各向同性介质和所述包层的接合面平行。19. 根据权利要求18所述的平面波导型激光装置，其特征在于， 所述包层的光学轴相对于激光在所述各向同性介质内的行进方向倾斜。
【文档编号】H01S3/10GK105874661SQ201380081855
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2013年12月27日
【发明人】渡边洋次郎, 崎村武司, 柳泽隆行
【申请人】三菱电机株式会社