專(zhuān)利名稱(chēng)：激光波長(zhǎng)變換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用非線(xiàn)性光學(xué)結(jié)晶對(duì)激光的波長(zhǎng)進(jìn)行變換的激光波長(zhǎng)變換裝置，更詳細(xì)而言，涉及使用體積布拉格光柵(VBG=Volume Bragg Grating)作為構(gòu)成外部共振器的反射元件，使用周期性極化反轉(zhuǎn)鈮酸鋰(PPLN Periodically Poled Lithium Niobate)作為非線(xiàn)性光學(xué)結(jié)晶的激光波長(zhǎng)變換裝置。
背景技術(shù)：
已知對(duì)于由半導(dǎo)體激光元件放射的激光，通過(guò)非線(xiàn)性光學(xué)結(jié)晶將該激光的波長(zhǎng)變換為期望的波長(zhǎng)例如第二高頻波的裝置。在這種激光波長(zhǎng)變換裝置中，希望實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)變換光的更高的光取出效率，并且實(shí)現(xiàn)更高功率的光輸出。尤其，要實(shí)現(xiàn)高功率的光輸出，要求振蕩波長(zhǎng)對(duì)溫度變化具有高的穩(wěn)定性。已知為了維持這種振蕩波長(zhǎng)高的穩(wěn)定性、并且實(shí)現(xiàn)裝置的小型化，而對(duì)半導(dǎo)體激光元件設(shè)置構(gòu)成外部共振器的反射元件，在該半導(dǎo)體激光元件與該反射元件之間配置有非線(xiàn)性光學(xué)結(jié)晶的激光波長(zhǎng)變換裝置。圖2是表示以往的激光波長(zhǎng)變換裝置的結(jié)構(gòu)的一例的概略圖。該激光波長(zhǎng)變換裝置具有半導(dǎo)體激光元件12，設(shè)置在基板11上且放射激光作為基波光；基波光反射元件 14，由相對(duì)于該半導(dǎo)體激光元件12構(gòu)成外部共振器的體積布拉格光柵(VBG)構(gòu)成；波長(zhǎng)變換元件13，配置在半導(dǎo)體激光元件12與基波光反射元件14之間，對(duì)基波光的一部分基波光的波長(zhǎng)進(jìn)行變換，作為波長(zhǎng)變換光；二向色鏡(dichroic mirror) 15，配置在半導(dǎo)體激光元件12與波長(zhǎng)變換元件13之間，將基波光透射，并使波長(zhǎng)變換光反射而取出；以及反射鏡 16，將由該二向色鏡15反射的波長(zhǎng)變換光進(jìn)行反射并輸出至外部。在該激光波長(zhǎng)變換裝置中，由半導(dǎo)體激光元件12放射的基波光λ a透射二向色鏡 15，并透射波長(zhǎng)變換元件13，由此該基波光λ a的一部分被進(jìn)行波長(zhǎng)變換而成為波長(zhǎng)變換光Aab。并且，從波長(zhǎng)變換元件13出射而朝向基波光反射元件14的光之中，波長(zhǎng)變換光 λ ab透射基波光反射元件14而輸出至外部，另一方面，未被波長(zhǎng)變換的基波光λ a2被基波光反射元件14反射，再次透射波長(zhǎng)變換元件13，由此該基波光λ a2的一部分被進(jìn)行波長(zhǎng)變換而成為波長(zhǎng)變換光λ a2b。并且，從波長(zhǎng)變換元件13出射而朝向半導(dǎo)體激光元件12的光之中，波長(zhǎng)變換光λ a2b被二向色鏡15及反射鏡16反射而輸出至外部，另一方面，未被波長(zhǎng)變換的基波光λ a3透射二向色鏡15，朝向半導(dǎo)體激光元件12，在半導(dǎo)體激光元件12內(nèi)部再次被放大。在這種激光波長(zhǎng)變換裝置中，由半導(dǎo)體激光元件12放射的基波光λ a在半導(dǎo)體激光元件12與基波光反射元件14之間重復(fù)反射及放大，由此該基波光λ a的一部分由波長(zhǎng)變換元件13進(jìn)行波長(zhǎng)變換而成為波長(zhǎng)變換光Xab、λ a2b···，并依次輸出至外部。但是，根據(jù)如上所述的激光波長(zhǎng)變換裝置，輸出至外部的波長(zhǎng)變換光Xab、Aa2b 之中，透射基波光反射元件14的波長(zhǎng)變換光λ ab的一部分被基波光反射元件14吸收，難以確保波長(zhǎng)變換光的高的光取出效率，結(jié)果，存在不能充分實(shí)現(xiàn)高功率的光輸出的問(wèn)題。具體而言，在由半導(dǎo)體激光元件12放射的基波光λ a例如是波長(zhǎng)1064nm的紅外光的情況下，由波長(zhǎng)變換元件13進(jìn)行波長(zhǎng)變換而得到的波長(zhǎng)變換光λ ab的基波光反射元件14的透射率為68. 9%，即向基波光反射元件14入射的波長(zhǎng)變換光λ ab中的約1/3被該基波光反射元件14吸收。此外，在由半導(dǎo)體激光元件12放射的基波光λ a例如是波長(zhǎng) 930nm的紅外光的情況下，由波長(zhǎng)變換元件13進(jìn)行波長(zhǎng)變換而得到的波長(zhǎng)變換光λ ab的基波光反射元件14的透射率為51. 8%，即向基波光反射元件14入射的波長(zhǎng)變換光λ ab中的約1/2被該基波光反射元件14吸收。另外，該透射率是基波光反射元件14的厚度為4mm 時(shí)的值。除了這種被基波光反射元件(VBG)吸收的問(wèn)題以外，還存在向基波光反射元件 (VBG)入射的光被反射的問(wèn)題，為了解決該問(wèn)題，提出了在基波光反射元件(VBG)的反射面實(shí)施AR(Anti-Reflectic)n 抗反射)涂敷的方法(參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。專(zhuān)利文獻(xiàn)1 日本特開(kāi)2008-282883號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是根據(jù)上面的問(wèn)題而作出的，其目的在于提供一種能夠以高的光取出效率輸出期望波長(zhǎng)的光的激光波長(zhǎng)變換裝置。本發(fā)明的激光波長(zhǎng)變換裝置，具備半導(dǎo)體激光元件，放射激光作為基波光；基波光反射元件，由相對(duì)于上述半導(dǎo)體激光元件構(gòu)成外部共振器的體積布拉格光柵(VBG)構(gòu)成；以及波長(zhǎng)變換元件，配置在上述半導(dǎo)體激光元件與上述基波光反射元件之間，對(duì)基波光的一部分基波光的波長(zhǎng)進(jìn)行變換而形成波長(zhǎng)變換光；該激光波長(zhǎng)變換裝置的特征在于，具備選擇性反射部件，該選擇性反射部件在從上述波長(zhǎng)變換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，使波長(zhǎng)變換光反射；并且該激光波長(zhǎng)變換裝置在上述半導(dǎo)體激光元件與上述波長(zhǎng)變換元件之間，配置有使基波光透射、使波長(zhǎng)變換光反射而取出的二向色鏡。在本發(fā)明的激光波長(zhǎng)變換裝置中，上述波長(zhǎng)變換元件優(yōu)選為周期性極化反轉(zhuǎn)鈮酸鋰(PPLN)。在本發(fā)明的激光波長(zhǎng)變換裝置中，優(yōu)選為，上述二向色鏡以相對(duì)于上述基波光反射元件的光軸傾斜的狀態(tài)配置。根據(jù)本發(fā)明的激光波長(zhǎng)變換裝置，通過(guò)具備對(duì)由波長(zhǎng)變換元件進(jìn)行波長(zhǎng)變換后的波長(zhǎng)變換光進(jìn)行反射的選擇性反射部件，該波長(zhǎng)變換光不透射基波光反射元件，而經(jīng)由二向色鏡輸出至外部，因此能夠得到波長(zhǎng)變換光的高的光取出效率。


圖1是表示本發(fā)明的激光波長(zhǎng)變換裝置的結(jié)構(gòu)的一例的概略圖。圖2是表示以往的激光波長(zhǎng)變換裝置的結(jié)構(gòu)的一例的概略圖。
符號(hào)說(shuō)明11 基板Ila基板面12半導(dǎo)體激光元件1 光放射面13波長(zhǎng)變換元件13a—面13b 另一面14基波光反射元件14a 一面15 二向色鏡15a 面15b 面16反射鏡16a反射面17選擇性反射部件L 光軸λ a基波光λ ab波長(zhǎng)變換光
具體實(shí)施例方式以下，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。圖1是表示本發(fā)明的激光波長(zhǎng)變換裝置的結(jié)構(gòu)的一例的概略圖。該激光波長(zhǎng)變換裝置對(duì)于由半導(dǎo)體激光元件放射的激光，將該激光的波長(zhǎng)變換為期望的波長(zhǎng)例如第二高頻波，具有例如芯片狀的半導(dǎo)體激光元件12，設(shè)置在基板11上，并放射激光作為基波光；基波光反射元件14，在該半導(dǎo)體激光元件12的激光放射方向前方配置成與半導(dǎo)體激光元件12的光放射面1 對(duì)置；波長(zhǎng)變換元件13，在半導(dǎo)體激光元件12與基波光反射元件14之間，配置在基波光反射元件14的光軸L上、該光軸L沿著與半導(dǎo)體激光元件12的光放射面1 垂直的方向延伸；以及平板狀的二向色鏡15，在半導(dǎo)體激光元件 12與波長(zhǎng)變換元件13之間，以相對(duì)于光軸L傾斜的狀態(tài)配置。該例子中的半導(dǎo)體激光元件12是由多個(gè)半導(dǎo)體激光元件12以在圖1中相對(duì)于紙面垂直的方向上進(jìn)行排列的方式配置在基板11上而成的結(jié)構(gòu)，并且是使激光在與配置有半導(dǎo)體激光元件的基板面Ila垂直的方向上共振并出射的面發(fā)光型(Vertical Cavity Surface Emtting Laser，垂直腔面發(fā)射激光器)陣列。另外，也能夠使用使激光在與基板 11平行的方向上共振并出射的端面發(fā)光型陣列。作為由半導(dǎo)體激光元件12放射的基波光，例如可以舉出波長(zhǎng)1064nm的紅外光、波長(zhǎng)976nm的紅外光、波長(zhǎng)930nm的紅外光等。波長(zhǎng)變換元件13是對(duì)由半導(dǎo)體元件12放射的基波光的一部分基波光的波長(zhǎng)進(jìn)行變換的非線(xiàn)性光學(xué)結(jié)晶，作為這種非線(xiàn)性光學(xué)結(jié)晶，優(yōu)選為周期性極化反轉(zhuǎn)鈮酸鋰(PPLN)。
基波光反射元件14是由相對(duì)于半導(dǎo)體激光元件12構(gòu)成外部共振器的體積布拉格光柵(VBG)構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。該體積布拉格光柵(VBG)通過(guò)將低折射率材料和高折射率材料重復(fù)配置而具有反射指定的波長(zhǎng)區(qū)域的光的波長(zhǎng)選擇特性。
該基波光反射元件14的厚度優(yōu)選為例如3 6_。在基波光反射元件14的與半導(dǎo)體激光元件12對(duì)置的一面1 側(cè)，設(shè)有選擇性反射部件17，該選擇性反射部件17在由波長(zhǎng)變換元件13出射而朝向基波光反射元件14的光之中，使基波光透射，使波長(zhǎng)變換光反射。作為該選擇性反射部件17，優(yōu)選由多層膜層疊而成的層疊體構(gòu)成，該多層膜例如由二氧化硅(SiO2)層以及二氧化鈦(TiO2)層構(gòu)成。作為這種層疊體，例如在使用波段不同的光(例如二波段光)作為基波光的結(jié)構(gòu)中，優(yōu)選的是由20 30層多層膜層疊而成的結(jié)構(gòu)，該多層膜由SiO2層以及TiO2層構(gòu)成，此外，例如在使用窄波段光作為基波光的情況下， 優(yōu)選的是多層膜層疊10 15層而成的結(jié)構(gòu)。該選擇性反射部件17的厚度優(yōu)選為例如1 3 μ m。這種選擇性反射部件17能夠通過(guò)蒸鍍法來(lái)形成。該選擇性反射部件17既可以在基波光反射元件14的一面1 側(cè)一體地設(shè)置，也可以與基波光反射元件14獨(dú)立地設(shè)置。二向色鏡15具有利用基于薄膜所造成的光的干擾，使指定的波長(zhǎng)區(qū)域的光透射、 使剩余的波長(zhǎng)區(qū)域的光反射的波長(zhǎng)選擇特性，該二向色鏡15是使基波光透射、使波長(zhǎng)變換光反射而取出的結(jié)構(gòu)。該二向色鏡15只要配置成能夠使波長(zhǎng)變換光反射并取出，則不特別限定其配置狀態(tài)，但優(yōu)選的是，例如，被基波光反射元件14反射的波長(zhǎng)變換光所入射的面15b，以相對(duì)于光軸L傾斜30 60度的狀態(tài)配置。在該激光波長(zhǎng)變換裝置中，例如設(shè)有反射鏡16，該反射鏡16配置成反射面16a與二向色鏡15的面15b垂直，由此，構(gòu)成為使由二向色鏡15的面15b反射的波長(zhǎng)變換光作為與光軸L平行的平行光來(lái)輸出至外部。在這種激光波長(zhǎng)變換裝置中，由半導(dǎo)體激光元件12放射的基波光λ a向二向色鏡 15的面1 入射而透射二向色鏡15，從二向色鏡15的面15b出射，并向波長(zhǎng)變換元件13 的一面13a入射。通過(guò)該基波光λ a透射波長(zhǎng)變換元件13，從而該基波光λ a的一部分被進(jìn)行波長(zhǎng)變換而成為波長(zhǎng)變換光λ ab，波長(zhǎng)變換光Xab以及未被波長(zhǎng)變換的基波光Aa2 從波長(zhǎng)變換元件13的另一面13b出射。并且，從波長(zhǎng)變換元件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，波長(zhǎng)變換光λ ab被選擇性反射部件17反射， 再次向波長(zhǎng)變換元件13的另一面1 入射并透射波長(zhǎng)變換元件13，從波長(zhǎng)變換元件13的一面13a出射，然后通過(guò)二向色鏡15的面1 及反射鏡16的反射面16a反射，作為與光軸 L平行的平行光來(lái)輸出至外部。另一方面，從波長(zhǎng)變換元件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，未被波長(zhǎng)變換的基波光λ a2透射選擇性反射部件 17，被基波光反射元件14反射，而再次透射選擇性反射部件17，入射到波長(zhǎng)變換元件13的另一面13b。通過(guò)該基波光λ a2透射波長(zhǎng)變換元件13，從而該基波光λ a2的一部分被波長(zhǎng)變換而成為波長(zhǎng)變換光Xa2b，波長(zhǎng)變換光λ a2b及未被波長(zhǎng)變換的基波光λ a3從波長(zhǎng)變換元件13的一面13a出射。并且，從波長(zhǎng)變換元件13的一面13a出射而朝向半導(dǎo)體激光元件12的光λ a2b、λ a3之中，波長(zhǎng)變換光λ a2b被二向色鏡15的面1 及反射鏡16 的反射面16a反射，作為與光軸L平行的平行光來(lái)輸出至外部。另一方面，從波長(zhǎng)變換元件 13的一面13a出射的光λ a2b、λ a3之中，未被波長(zhǎng)變換的基波光λ a3向二向色鏡15的面1 入射并透射二向色鏡15，然后通過(guò)二向色鏡15的面15a出射并向半導(dǎo)體激光元件 12的光放射面1 入射，在半導(dǎo)體激光元件12內(nèi)部再次被放大并放射。這樣，由半導(dǎo)體激光元件12放射的基波光λ a通過(guò)在半導(dǎo)體激光元件12與基波光反射元件14之間反復(fù)反射及放大，從而該基波光λ a的一部分通過(guò)波長(zhǎng)變換元件13進(jìn)行波長(zhǎng)變換而成為波長(zhǎng)變換光Xab、Xa2b···，并依次經(jīng)由二向色鏡15及反射鏡16輸出至外部。并且，在該基波光例如是波長(zhǎng)1064nm的紅外光的情況下，輸出至外部的波長(zhǎng)變換光成為波長(zhǎng)532nm的綠色的可見(jiàn)光，此外，在該基波光是波長(zhǎng)976nm的紅外光的情況下， 輸出至外部的波長(zhǎng)變換光成為波長(zhǎng)488nm的藍(lán)色的可見(jiàn)光，另外，例如在該基波光是波長(zhǎng) 930nm的紅外光的情況下，輸出至外部的波長(zhǎng)變換光成為波長(zhǎng)465nm的藍(lán)色的可見(jiàn)光。根據(jù)上述激光波長(zhǎng)變換裝置，通過(guò)設(shè)有將波長(zhǎng)變換光進(jìn)行反射的選擇性反射部件 17，從而該波長(zhǎng)變換光不透射基波光反射元件14，而經(jīng)由二向色鏡15輸出至外部，因此能夠得到高的光取出效率。[實(shí)施例]以下，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，但本發(fā)明不限定于這些。[實(shí)施例1]按照?qǐng)D1所示的結(jié)構(gòu)，根據(jù)下述條件制作了激光波長(zhǎng)變換裝置1?！ぐ雽?dǎo)體激光元件12 將具有半導(dǎo)體激光元件構(gòu)造的陣列配置在基板11上，該半導(dǎo)體激光元件放射波長(zhǎng)1064nm的紅外光，作為基波光λ a?！げㄩL(zhǎng)變換元件13 使用周期性極化反轉(zhuǎn)鈮酸鋰(PPLN)?！せü夥瓷湓?4 使用厚度為4mm的體積布拉格光柵(VBG)。·選擇性反射部件17 (厚度2. 4 μ m)通過(guò)蒸鍍法形成由多層膜層疊17層而成的層疊體，該多層膜由二氧化硅(SiO2)層以及二氧化鈦(TiO2)層構(gòu)成。 二向色鏡15 以面1 相對(duì)于光軸L傾斜45度的狀態(tài)配置。·反射鏡16 配置成反射面16a與二向色鏡15的面1 垂直。另外，該激光波長(zhǎng)變換裝置1輸出波長(zhǎng)532nm的綠色的可見(jiàn)光，作為波長(zhǎng)變換光。[實(shí)施例2]在與實(shí)施例1同樣的結(jié)構(gòu)中，將半導(dǎo)體激光元件12的振蕩波長(zhǎng)設(shè)為930nm的紅外光，對(duì)其他部件也調(diào)整周期構(gòu)造、反射率等，以對(duì)應(yīng)于相同波長(zhǎng)，從而制作光波長(zhǎng)變換裝置 2。另外，該激光波長(zhǎng)變換裝置2輸出波長(zhǎng)465nm的藍(lán)色的可見(jiàn)光，作為波長(zhǎng)變換光。[比較例1]在實(shí)施例1中，除了未設(shè)置選擇性反射部件17以外，其他同樣地來(lái)制作激光波長(zhǎng)變換裝置3。另外，該激光波長(zhǎng)變換裝置3輸出波長(zhǎng)532nm的綠色的可見(jiàn)光，作為波長(zhǎng)變換光。[比較例2]
在實(shí)施例2中，除了未設(shè)置選擇性反射部件17以外，其他同樣地來(lái)制作激光波長(zhǎng)
變換裝置4。另外，該激光波長(zhǎng)變換裝置4輸出波長(zhǎng)465nm的藍(lán)色的可見(jiàn)光，作為波長(zhǎng)變換光。[評(píng)價(jià)]利用激光波長(zhǎng)變換裝置1 4，以比較例1為基準(zhǔn)求出實(shí)施例1的輸出增加率，以比較例2為基準(zhǔn)求出實(shí)施例2的輸出增加率。將結(jié)果表示在表1中。表1
權(quán)利要求
1.一種激光波長(zhǎng)變換裝置，具備 半導(dǎo)體激光元件，放射激光作為基波光；基波光反射元件，由相對(duì)于上述半導(dǎo)體激光元件構(gòu)成外部共振器的體積布拉格光柵 VBG構(gòu)成；以及波長(zhǎng)變換元件，配置在上述半導(dǎo)體激光元件與上述基波光反射元件之間，對(duì)基波光的一部分基波光的波長(zhǎng)進(jìn)行變換而形成波長(zhǎng)變換光； 該激光波長(zhǎng)變換裝置的特征在于，具備選擇性反射部件，該選擇性反射部件在從上述波長(zhǎng)變換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，使波長(zhǎng)變換光反射；并且在上述半導(dǎo)體激光元件與上述波長(zhǎng)變換元件之間，配置有使基波光透射、使波長(zhǎng)變換光反射而取出的二向色鏡。
2.如權(quán)利要求1所述的激光波長(zhǎng)變換裝置，其特征在于， 上述波長(zhǎng)變換元件是周期性極化反轉(zhuǎn)鈮酸鋰PPLN。
3.如權(quán)利要求2所述的激光波長(zhǎng)變換裝置，其特征在于，上述二向色鏡以相對(duì)于上述基波光反射元件的光軸傾斜的狀態(tài)配置。
全文摘要
提供一種激光波長(zhǎng)變換裝置，能夠以高的光取出效率輸出期望波長(zhǎng)的光。其具備半導(dǎo)體激光元件，放射激光作為基波光；基波光反射元件，由相對(duì)于上述半導(dǎo)體激光元件構(gòu)成外部共振器的體積布拉格光柵(VBG)構(gòu)成；以及波長(zhǎng)變換元件，配置在上述半導(dǎo)體激光元件與上述基波光反射元件之間，對(duì)基波光的一部分基波光的波長(zhǎng)進(jìn)行變換而形成波長(zhǎng)變換光；該激光波長(zhǎng)變換裝置的特征在于，具備選擇性反射部件，該選擇性反射部件在從上述波長(zhǎng)變換元件向上述基波光反射元件出射的光之中，使基波光透射，使波長(zhǎng)變換光反射；并且該激光波長(zhǎng)變換裝置在上述半導(dǎo)體激光元件與上述波長(zhǎng)變換元件之間，配置有使基波光透射、使波長(zhǎng)變換光反射而取出的二向色鏡。
文檔編號(hào)H01S5/125GK102468606SQ20111034076
公開(kāi)日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2011年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月2日
發(fā)明者田中秀和 申請(qǐng)人:優(yōu)志旺電機(jī)株式會(huì)社