CN107112723B - 阵列型波长转换激光装置 - Google Patents

Abstract

阵列型波长转换激光装置具有：一个或多个激光元件(1)，其具有发光点，呈一维阵列状输出基波；波长转换元件(2)，其对入射的基波进行波长转换，输出波长转换光；以及输出镜(3)，其反射基波，透过由波长转换元件(2)进行波长转换而成的波长转换光，波长转换元件(2)配置在激光元件(1)与输出镜(3)之间，根据在相邻的发光点彼此之间产生相位同步的塔尔博特条件，设定由激光元件(1)输出的基波的束腰(103)的位置与输出镜(3)之间的距离。

Description

阵列型波长转换激光装置

技术领域

本发明涉及得到波长转换光的阵列型波长转换激光装置。

背景技术

在打印机、投影电视等中，作为光源，要求有R(红色)、G(绿色)、B(蓝色)这3个颜色的光源。作为该光源，已开发出如下的波长转换激光装置：将900nm频带、1μm频带、1.3μm频带的激光作为基波，使用非线性材料产生二次谐波(SHG：Second Harmonic Generation)。为了实现从基波到二次谐波的高转换效率，要求提高非线性材料上的基波的功率密度，并且得到波面像差较少的会聚性优良的激光。

因此，以往，如图10所示，提出了在空间模式下实现多个振荡的阵列型波长转换激光装置(例如参照专利文献1)。该阵列型波长转换激光装置由以下部分构成：半导体激光器1001，其具有多个发光点，呈一维状输出激励光；平面波导型激光元件1002，其接合有散热器(未图示)，由激励光进行激励而产生基波；波长转换元件1003，其进行基波的波长转换，输出二次谐波；以及输出镜1004，其反射基波而透过二次谐波。并且，在图10中，在激光装置的输出镜1004的后级配置有会聚用的透镜1005。而且，通过散热器使平面波导型激光元件1002的激光介质产生温度分布，生成激光介质内的折射率分布。激光介质根据激光介质内的折射率分布，生成与在阵列方向上排列多个透镜相同的效应即热透镜效应。通过该热透镜效应，能够在空间模式下进行多个振荡，因此，能够得到高效的二次谐波。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2006/103767号

发明内容

发明要解决的课题

但是，在上述专利文献1的阵列型波长转换激光装置中，与各发光点对应的激光独立振荡，因此，激光的相位在发光点之间不相关(图10的标号1006)。由此，例如在谐振器的外部配置会聚用的透镜1005进行会聚的情况下，从各个发光点射出的激光不相关地合并，因此，会聚后的射束尺寸增大。并且，由于同样的理由，存在二次谐波的会聚性变差这样的课题(图10的标号1007)。

本发明正是为了解决上述课题而完成的，其目的在于，提供能够相对于现有结构提高激光的会聚性的阵列型波长转换激光装置。

用于解决课题的手段

本发明的阵列型波长转换激光装置具有：一个或多个激光元件，其具有发光点，呈一维阵列状输出基波；波长转换元件，其对入射的基波进行波长转换，输出波长转换光；以及输出镜，其反射基波，透过由波长转换元件进行波长转换而成的波长转换光，波长转换元件配置在激光元件与输出镜之间，根据在相邻的发光点彼此之间产生相位同步的塔尔博特(Talbot)条件，设定由激光元件输出的基波的束腰(waist)的位置与输出镜之间的距离。

发明效果

根据本发明，由于如上所述构成，因此，能够相对于现有结构提高激光的会聚性。

附图说明

图1是示意地示出本发明的实施方式1的阵列型波长转换激光装置的结构的俯视图。

图2A～2E是示出本发明的实施方式1的塔尔博特谐振器中的激光的电场相位成分以及电场强度成分的近视野和远视野的图。

图3是示意地示出本发明的实施方式2的阵列型波长转换激光装置的结构的俯视图。

图4A、图4B是示意地示出本发明的实施方式3的阵列型波长转换激光装置的结构的图，是俯视图和侧视图。

图5是示出本发明的实施方式3的固体激光元件的结构的从正面观察的剖视图。

图6是示出图5的放大剖视图、温度分布和折射率分布的图。

图7A、图7B是示意地示出本发明的实施方式4的阵列型波长转换激光装置的结构的图，是俯视图和侧视图。

图8A、图8B是示意地示出本发明的实施方式5的阵列型波长转换激光装置的结构的图，是俯视图和侧视图。

图9A、图9B是示意地示出本发明的实施方式6的阵列型波长转换激光装置的结构的图，是俯视图和侧视图。

图10是示意地示出现有的阵列型波长转换激光装置的结构的俯视图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的阵列型波长转换激光装置的优选实施方式进行详细说明。下面，在各图中，相同标号表示相同或相当的部分。另外，本发明不由这些实施方式限定。

实施方式1

图1是示意地示出本发明的实施方式1的阵列型波长转换激光装置的结构的俯视图。

如图1所示，阵列型波长转换激光装置具有激光元件1、波长转换元件2和输出镜3。并且，在阵列型波长转换激光装置的输出镜3的后级配置有会聚用的透镜10。另外，下面，如图1所示确定xyz坐标系。而且，设z轴方向是激光的传播方向，即后述基波的谐振器(塔尔博特谐振器)的光轴R方向。

激光元件1具有发光点(发射极)，呈一维阵列状输出基波，设置有一个或多个该激光元件1。在图1的例子中，使用具有多个发光点的一个激光元件1，各发光点在x轴方向上以等间隔(包含大致等间隔的意思)d排成一列。该激光元件1例如是输出期望波长的激光作为基波的由化合物半导体构成的半导体激光器(LD)，从端面102射出基波。

并且，对激光元件1的端面101施加反射基波的反射膜。并且，对激光元件1的端面102施加透过基波的反射防止膜。该反射膜和反射防止膜例如通过层叠介电体薄膜来构成。

进而，在激光元件1发热的情况下，根据需要，也可以在激光元件1的例如下表面接合冷却用的散热器(未图示)进行散热。

波长转换元件2对入射的基波进行波长转换，输出波长转换光。该波长转换元件2由非线性材料203构成。并且，波长转换元件2具有与谐振器的光轴R方向垂直(包含大致垂直的意思)的端面201、202，端面201与激光元件1的端面102相对地接近配置。并且，在波长转换元件2中，对温度或周期反转极化构造的周期进行优化，使得在被入射基波时通过非线性效应将其转换成波长转换光。

并且，对波长转换元件2的端面201施加透过基波并反射波长转换光的光学膜。并且，对波长转换元件2的端面202施加透过基波并透过波长转换光的光学膜。这些光学膜例如通过层叠介电体薄膜来构成。

另外，作为波长转换元件2的非线性材料203，能够使用一般的波长转换用材料。例如使用KTP、KN、BBO、LBO、CLBO、LiNbO₃、LiTaO₃等。并且，如果使用耐受光损伤的掺杂MgO的LiNbO₃、掺杂MgO的LiTaO₃、定比LiNbO₃、定比LiTaO₃，则能够提高入射基波的功率密度，因此，能够实现高效的波长转换。并且，如果使用具有周期反转极化构造的掺杂MgO的LiNbO₃、掺杂MgO的LiTaO₃、定比LiNbO₃、定比LiTaO₃、KTP，则非线性常数较大，因此，能够实现更加高效的波长转换。

进而，在波长转换元件2发热的情况下，根据需要，也可以在波长转换元件2的例如下表面接合冷却用的散热器(未图示)进行散热。

输出镜3反射基波，透过由波长转换元件2进行波长转换而成的波长转换光。该输出镜3是为了在与激光元件1之间构成基波的谐振器(塔尔博特谐振器)而设置的，与波长转换元件2的端面202相对地配置。并且，对输出镜3施加反射基波并透过波长转换光的光学膜。该光学膜例如通过层叠介电体薄膜来构成。

并且，输出镜3被配置成，在设由阵列状的激光元件1输出的激光(基波)的束腰103的位置与输出镜3之间的距离为L时，距离L满足一定的条件。此时，在周期性地配置的多个相邻的发光点彼此之间，在距离L满足一定的条件(塔尔博特条件)时，产生相位同步。将该现象称作塔尔博特相位锁定。另外，束腰103是阵列的各激光的波面成为平面波的位置，在激光元件1不具有透镜效应的情况下成为端面101，但是，在产生了透镜效应的情况下或配置了光学部件的情况下成为谐振器中的任意位置。

这里，对得到塔尔博特相位锁定的距离L进行叙述。

例如，在距离L的光学长度为塔尔博特长度的1/4的情况下得到塔尔博特相位锁定。光学长度是距离L除以激光的传播区域的折射率而得到的值。并且，在设激光元件1的发光点的间隔为d，激光的波长为λ的情况下，塔尔博特长度利用2d²/λ表示。

这里，在非专利文献1中，叙述了在具有15个发光点的装置中对能够构成为塔尔博特谐振器的距离L的范围进行理论研究的结果。而且，在该非专利文献1中，叙述了在相对于塔尔博特长度的1/4即19mm的光学长度使该光学长度变化±6mm的情况下，也可得到塔尔博特相位锁定。即，相对于作为塔尔博特长度的1/4的光学长度，即使允许±30％的误差来设定距离L的光学长度，也能够得到塔尔博特相位锁定。

非专利文献1：Kenichi Hirosawa,Seiichi Kittaka,Yu Oishi,FumihikoKannari,and Takayuki Yanagisawa,"Phase locking in a Nd：YVO4waveguide laserarray using Talbot cavity,"Opt.Express 21,24952-24961(2013)

在将距离L的光学长度设定为塔尔博特长度的1/4或其前后的误差内的情况下，距离L成为可得到塔尔博特相位锁定的最短距离，因此，能够实现阵列型波长转换激光装置的小型化。

但是，不限于将可得到塔尔博特相位锁定的距离L的光学长度设定为塔尔博特长度的1/4或其前后的误差内的情况。在设定为塔尔博特长度的1/4+n/2(n为正整数)或其前后的误差内的情况下，也可得到塔尔博特相位锁定。

接着，对实施方式1的阵列型波长转换激光装置的动作进行说明。另外，下面，以使用将基波转换成二次谐波的元件作为波长转换元件2的情况为例进行说明。

首先，激光元件1通过各发光点呈一维阵列状输出基波。图2是示出塔尔博特谐振器中的激光的电场相位成分以及电场强度成分的近视野和远视野的图。如该图2所示，距离L被设定成可得到塔尔博特相位锁定，从而出现激光的干涉图案。

这里，在发光点为M个时，在最低次模式(1次模式)中，各发光点的相位一致，因而成为同相位模式。另一方面，在最高次模式(M次模式)中，各发光点的相位交替反转，成为被称作交错相位模式的状态。例如，在设谐振器的光学长度为塔尔博特长度的1/4时，根据非专利文献1，最高次模式的损失相对于全部次数的模式是最低的，因此，能够高效地仅建立最高次模式即交错相位模式。由此，如图2A、图2C所示，通过设距离L的光学长度为塔尔博特长度的1/4，基波仅在交错相位模式下选择性地振荡。

接着，波长转换元件2进行入射基波的波长转换，输出二次谐波。另外，关于配置在谐振器内部的波长转换元件2，对温度或周期反转极化的周期进行优化，使得在入射基波时通过非线性效应将其转换成二次谐波。因此，当在激光元件1的端面101与输出镜3之间振荡的基波入射到波长转换元件2时，该基波的一部分被转换成二次谐波。然后，该二次谐波透过输出镜3而被输出到外部。

另一方面，未由波长转换元件2转换成二次谐波而残留的基波被输出镜3反射，再次入射到波长转换元件2，进行向二次谐波的波长转换。然后，对残留的基波的一部分进行转换而成的二次谐波被波长转换元件2的端面201反射，透过输出镜3而被输出到外部。

这里，在二次谐波的情况下，其相位成为基波的2倍。由此，如图2B所示，来自相邻的各发光点的二次谐波全部成为同相位模式(图1的标号51)。并且，如图2E所示，设二次谐波的张角为θ时的远视野的电场强度在中央具有较大峰值，产生一条射束。

然后，如图1所示，通过配置在输出镜3外部的会聚用的透镜10，缩小从输出镜3输出的波长转换光的束径。由此，能够取出阵列方向(x轴方向)上会聚尺寸较小的一个束斑(图1的标号52)。

另外，上述以使用对基波进行波长转换而得到二次谐波的元件作为波长转换元件2的情况为例进行了说明。但是，不限于此，设m为整数，即使构成产生第m次谐波的塔尔博特谐振器，与各发光点对应的激光的相位也一致，因此，能够实现阵列方向的会聚性的提高。特别是在m为偶数的情况下，不仅是同相位成分，基波的交错相位成分也在第m次谐波中全部成为同相，因此，能够进一步实现高亮度化，具有能够在远视野中实现一条峰值的效果。

并且，本发明仅利用了基于塔尔博特谐振器的相位同步技术，而没有使用针对高次谐波追加的相位器等，能够通过进行相位的控制来提高激光的会聚性。

并且，在实施方式1中，示出了例如使用半导体激光器作为激光元件1的结构。该半导体激光器能够利用外延工艺构成高精度的发光点，因此，具有赋予塔尔博特条件的间距稳定这样的特征。并且，能够利用外延工艺或电流密度对发光强度进行调整，因此，能够进行调整以成为期望的远视野。

并且，上述示出了使用具有多个发光点的一个半导体激光器作为激光元件1的结构。但是，不限于此，即使将具有一个发光点的多个半导体激光器排成一列，也能够得到同样的效果。

如上所述，根据该实施方式1，构成为根据在相邻的发光点彼此之间产生相位同步的塔尔博特条件，设定由激光元件1输出的基波的束腰103的位置与输出镜3之间的距离L，因此，能够相对于现有结构提高激光的会聚性。

并且，通过各发光点的相位控制，阵列方向的有效张角减小，因此，能够实现高效的波长转换。进而，基波成为交错相位，因此，能够实现稳定的第m次谐波的振荡。

实施方式2

在实施方式1中，示出了例如使用半导体激光器作为激光元件1的结构。与此相对，在实施方式2中，示出利用由固体激光元件5和用于对其进行激励的半导体激光器4构成的固体激光器阵列构成激光元件1的情况。

图3是示意地示出本发明的实施方式2的阵列型波长转换激光装置的结构的俯视图。该图3所示的实施方式2的阵列型波长转换激光装置将图1所示的实施方式1的阵列型波长转换激光装置的激光元件1变更成半导体激光器4和固体激光元件5。其他结构相同，标注相同标号，仅对不同部分进行说明。

半导体激光器4具有发光点(发射极)，呈一维阵列状输出激励光。该激励光是被设定成对固体激光元件5进行激励的波长的激光。在图3的例子中，使用具有多个发光点的半导体激光器4，各发光点在x轴方向上以等间隔(包含大致等间隔的意思)排成一列。半导体激光器4的激励光的出射侧面与固体激光元件5的端面501相对地接近配置。该半导体激光器4由输出对固体激光元件5进行激励的波长的激光的化合物半导体构成。

进而，在半导体激光器4发热的情况下，根据需要，也可以在半导体激光器4的例如下表面接合冷却用的散热器(未图示)进行散热。

固体激光元件5通过来自半导体激光器4的激励光形成反转分布状态，生成激光(自然发射光)，通过受激发射对该激光进行放大后输出。该固体激光元件5由激光介质503构成。并且，固体激光元件5具有与谐振器的光轴R方向垂直(包含大致垂直的意思)的端面501、502，例如构成为长方形、圆形等形状。

并且，对固体激光元件5的端面501施加反射基波的反射膜。并且，对固体激光元件5的端面502施加透过基波的反射防止膜。端面501的反射膜成为透过激励光并反射基波的光学膜。该反射膜(光学膜)和反射防止膜例如通过层叠介电体薄膜来构成。

并且，作为固体激光元件5的激光介质503，能够使用一般的激光介质。例如可举出Nd：YAG、Nd：YLF、Nd：Glass、Nd：YVO₄、Nd：GdVO₄、Yb：YAG、Yb：YLF、Yb：KGW、Er：Glass、Er：YAG、Tm：YAG、Tm：YLF、Ho：YAG、Ho：YLF、Ti：Sapphire、Cr：LiSAF等。

另外，在实施方式2中，在固体激光元件5的端面501与输出镜3之间构成基波的谐振器。而且，根据在相邻的发光点彼此之间产生相位同步的塔尔博特条件，设定由固体激光元件5输出的激光(基波)的束腰510的位置与输出镜3之间的距离L。

接着，对实施方式2的阵列型波长转换激光装置的动作进行说明。

首先，半导体激光器4通过各发光点呈一维阵列状输出激励光。然后，该激励光入射到固体激光元件5的端面501，固体激光元件5进行激励。此时，在激光介质503中，通过激励光形成反转分布状态，进入向光轴R方向发射的激光(自然发射光)谐振的模式，通过受激发射对该激光进行放大。然后，该激光在固体激光元件5的端面501与输出镜3之间(谐振器)往复，但是，通过使绕谐振器一周时的基于放大的增益与绕谐振器一周时受到的损失平衡，基波振荡。

基波振荡后的动作与实施方式1相同，由波长转换元件2将基波转换成波长转换光，从输出镜3输出到外部。

这里，由固体激光元件5的端面501和输出镜3构成的基波的谐振器构成为可得到塔尔博特相位锁定，因此，与实施方式1同样，能够得到会聚性较高的激光。

并且，上述示出了使用具有多个发光点的一个半导体激光器4的情况。但是，不限于此，即使将具有一个发光点的多个半导体激光器排成一列，也能够得到同样的效果。

并且，上述示出了利用具有多个发光点的一个半导体激光器4和一个固体激光元件5构成的情况。但是，不限于此，例如也可以以使发光点排成一列的方式配置具有一个发光点的多个半导体激光器4和多个固体激光元件5，能够得到同样的效果。

如上所述，根据该实施方式2，使用由半导体激光器4和固体激光元件5构成的固体激光器阵列作为激光元件1，因此，在实施方式1的效果的基础上，由于激光的增益和强度而产生的波面像差较少，能够得到耐受干扰的稳定的谐振器。

实施方式3

在实施方式1、2的结构中，在空间模式中振荡，因此，针对与谐振器的光轴R方向和阵列方向垂直的方向即高度方向(y轴方向)，也需要利用谐振器调整模式。与此相对，在实施方式3中示出如下情况：通过在激光元件1(固体激光元件5)和波长转换元件2的高度方向上设置平面波导构造，能够针对高度方向进行导波模式下的控制，实现高射束品质。

图4是示意地示出本发明的实施方式3的阵列型波长转换激光装置的结构的俯视图和侧视图。另外，在图4B中省略从输出镜3输出的激光和透镜10的图示。该图4所示的实施方式3的阵列型波长转换激光装置在图3所示的实施方式2的阵列型波长转换激光装置中追加透镜6，在固体激光元件5和波长转换元件2的高度方向上设置平面波导构造。其他结构相同，标注相同标号，对不同部分进行说明。

在实施方式3的固体激光元件5中，如图4B所示，在平板状的激光介质503的上下两面设置包层504。另外，激光介质503构成为在与谐振器的光轴R垂直的面(xy面)中阵列方向(x轴方向)比高度方向(y轴方向)长的矩形。

作为包层504，只要是具有比激光介质503的折射率小的折射率的介质，就能够在激光介质503中封闭激光，因此能够应用。例如，通过蒸镀以光学材料为原料的膜，或者通过光学接触或扩散接合等使光学材料与激光介质503光学接合，由此构成该包层504。并且，也可以使用具有比激光介质503小的折射率的光学粘接剂。

这样，激光介质503的高度方向由折射率比激光介质503小的包层504和空气夹持。由此，固体激光元件5作为在折射率较高的激光介质503中封闭基波的波导进行动作，基波在导波模式下选择性地振荡。

并且，在与激光介质503的下表面接合的包层504的下表面，经由接合剂505接合散热器506。该散热器506由导热率较大的材料构成，如图5所示，在与光轴R垂直的截面(xy面)中，在阵列方向上构成为梳状。而且，散热器506的各梳齿的前端经由接合剂505而与包层504接合。从半导体激光器4入射到激光介质503的激励光入射到散热器506的相邻的梳齿与梳齿之间。

接合剂505将激光介质503产生的热经由包层504散热到散热器506。作为该接合剂505，能够使用金属焊料、光学粘接剂、热传导粘接剂等。

并且，关于包层504的与接合剂505相对的表面，为了提高与接合剂505的接合强度，也可以进行附着金属膜的金属喷镀。并且，在利用光学材料构成散热器506的情况下，例如也可以通过光学接触或扩散接合等直接接合包层504和散热器506。

并且，关于实施方式3的波长转换元件2，如图4B所示，也在非线性材料203的上下两面设置具有比非线性材料203小的折射率的包层204。由此，与固体激光元件5同样，在高度方向上作为波导进行动作。

透镜6是配置在波长转换元件2与输出镜3之间，控制高度方向的束径以进行准直的圆柱透镜。例如使用FAC(Fast Axis Collimate)透镜等。

由谐振器内部的透镜6控制谐振器内的高度方向上的激光振荡。即，通过透镜6抑制高度方向的射束扩张而使振荡稳定，能够减少谐振器内的激光损失。

根据以上结构，在固体激光元件5和波长转换元件2中，在高度方向上，能够在导波模式下控制激光振荡。另一方面，在光轴R方向上，如实施方式1所述，将由固体激光元件5输出的激光(基波)的束腰510的位置与输出镜3之间的距离调整成可得到塔尔博特相位锁定的长度。这样，能够独立地调整高度方向和光轴R方向，由此，能够提高激光的相位合成效率，能够实现会聚性较高的激光。

关于谐振器内的高度方向上的激光振荡，在激光介质503或非线性材料203的导波模式下选择性地振荡。激光介质503的导波模式和非线性材料203的导波模式能够分别根据激光介质503、非线性材料203的高度方向的厚度、与包层504、204之间的折射率差而任意设定。

另外，激光介质503的导波模式和非线性材料203的导波模式不是必须一致。例如，如果设一方的导波模式为多个模式、另一方的导波模式为单一模式，则激光振荡的模式被限制在最低次的模式，因此，能够在单一模式下选择性地振荡。当然，也可以构成为相同的导波模式。

并且，在实施方式3的结构中，激光介质503的高度方向的厚度较薄，入射到非线性材料203的基波的功率密度提高。其结果是，能够高效地输出波长转换光。

并且，在实施方式3的结构中，激光介质503的高度方向的厚度较薄，激励光的功率密度提高，因此，即使使用增益较小的激光介质或下能级吸收较大的三能级激光介质，也能够得到较高的增益。其结果是，能够高效地输出基波，能够高效地输出波长转换光。

并且，激光介质503的高度方向的厚度较薄，因此，激光介质503的温度上升减小。由此，能够使用由于温度上升而产生增益降低的三能级激光介质高效地输出基波，能够高效地输出波长转换光。

接着，参照图6对激光介质503中产生的温度分布进行说明。另外，在图6中，标号53表示激励区域，标号54表示热流。

在激光介质503中，吸收的激励光的功率的一部分被转换成热而产生热。而且，如图6所示，激光介质503中产生的热经由包层504和接合剂505散热到散热器506。

这里，散热器506为梳状，通过接合剂505而与包层504接合的部分仅为梳齿的前端。由此，在相邻的梳齿与梳齿之间，从该梳齿之间的大致中心朝向阵列方向(x轴方向)的两侧产生热流。因此，上述梳齿之间的大致中心的温度最大，随着接近梳齿，温度降低。

另一方面，激光介质503等的光学材料的折射率与温度差大致成比例地变化。在使用每单位温度的折射率变化dn/dT为正的材料作为激光介质503的光学材料的情况下，温度较高的梳齿之间的大致中心的折射率较大，随着接近梳齿，折射率减小。其结果是，在阵列方向上，以梳齿之间的大致中心为光轴产生热透镜效应。

这里，从半导体激光器4入射到激光介质503的激励光在阵列方向上大致均匀地被激励，散热器506的梳齿在阵列方向上大致等间隔地配置。因此，周期性地产生热透镜效应，当设梳齿的根数为m根时，可得到与大致等间隔地排列(m-1)个透镜同样的效果。

另外，周期性地产生的热透镜效应的强度和周期能够根据散热器506的梳齿的间隔、梳齿的粗细、梳齿的长度、导热率、接合剂505的导热率、厚度、包层504的材料、厚度而任意调整。

同样，在使用每单位温度的折射率变化dn/dT为负的材料作为激光介质503的光学材料的情况下，成为与温度分布相反的折射率分布，梳齿部分的折射率较大，梳齿之间的大致中心的折射率减小。其结果是，在阵列方向上，产生以梳齿部分为光轴的热透镜效应。该情况下，当设梳齿的根数为m根时，可得到与大致等间隔地排列m个透镜同样的效果。

另外，散热器506的梳齿之间的空隙通常为空气，但是，也可以利用具有比散热器506小的导热率的热绝缘材料进行填充。该情况下，在激光介质503中，产生由于梳齿的前端与热绝缘材料的导热率之差而产生的周期性的温度分布。

这样，通过使用热绝缘材料，能够进一步对热透镜效应的强度和分布进行微调。并且，通过利用热绝缘材料填充梳齿之间，还能够提高散热器506的刚性。

如上所述，根据该实施方式3，在激光元件1(固体激光元件5)和波长转换元件2中，在高度方向上设置平面波导构造，因此，在实施方式2的效果的基础上，能够在高度方向上进行导波模式下的控制，因此，能够在光轴R方向和高度方向上均得到会聚性较高的激光。

并且，在波长转换元件2与输出镜3之间设置对于高度方向对激光进行准直的透镜6，因此，能够通过该透镜6进行空间传播区域的调整。其结果是，在光轴R方向上，能够调整谐振器长度L以满足塔尔博特条件，在高度方向上，能够利用透镜6的焦距和位置进行模式调整，因此，能够分别独立地对两轴进行模式调整。

并且，通过在固体激光元件5中使用梳状的散热器506，使激光介质503产生温度分布而生成折射率分布，生成与在阵列方向上排列多个透镜相同的透镜效应。通过该透镜效应，在空间模式下进行多个振荡，阵列方向的各激光的射束品质提高，因此，谐振器稳定，效率提高。并且，在对这些激光进行合成时，可得到高射束品质的激光。

另外，使用梳状的散热器506有助于使谐振器稳定而得到高射束品质的激光，但是，在本实施方式3中不是必须的。例如，也可以利用整个面接合散热器和激光元件1，如果不需要散热，则也可以不使用散热器。该情况下，在阵列方向上，可通过塔尔博特相位锁定得到会聚性较高的激光，在高度方向上，在激光元件1(固体激光元件5)和波长转换元件2中使用平面波导构造，因此，可得到会聚性较高的激光。

实施方式4

在图4所示的实施方式3的结构中，为了得到谐振器长度L，在谐振器内存在不具有波导构造的空间传播区域。但是，在该空间传播区域中，激光在高度方向(y轴方向)上未被进行基于导波模式的控制，衍射损失增大。并且，为了使激光的高度方向稳定，需要对谐振器长度L进行控制，但是，谐振器长度L被针对光轴R方向的塔尔博特条件限制，因此，存在无法变更成任意的谐振器长度L这样的课题。因此，在实施方式4中示出如下方法：通过消除上述空间传播区域，在高度方向上损失较小，高效地输出波长转换光。

图7是示意地示出本发明的实施方式4的阵列型波长转换激光装置的结构的俯视图和侧视图。另外，在图7B中省略从输出镜3输出的激光和透镜10的图示。该图7所示的实施方式4的阵列型波长转换激光装置在图4所示的实施方式3的阵列型波长转换激光装置的固体激光元件5中追加平面波导构造的传播部509。另外，将实施方式3的固体激光元件5的结构称作增益产生部508。其他结构相同，标注相同标号，仅对不同部分进行说明。

固体激光元件5具有由激光介质503构成的增益产生部508、以及由不具有增益的传播介质507构成的传播部509。该传播部509用于得到可实现塔尔博特相位锁定的距离L。并且，在该激光介质503和传播介质507中一体地设置包层504、接合剂505和散热器506，构成为一体的平面波导构造。

另外，选择折射率比包层504大的介质作为传播介质507，以能够在传播介质507与上下表面的包层504之间构成波导。由此，在传播部509中，激光也在与增益产生部508大致相同的导波模式下传播。

这样，通过利用平面波导构造构成传播部509，相对于图4所示的实施方式3的结构，能够消除空间传播区域。由此，谐振器内的激光在高度方向上受到封闭，因此，与实施方式3的结构相比，伴随空间传播的损失较小，能够高效地进行激光振荡，能够高效地输出波长转换光。

并且，例如在使用Nd系材料的四能级材料作为激光介质503的情况下，当激光在激光介质503内传播时，激光不会受到损失，因此，能够使用与激光介质503相同的材料作为传播介质507。该情况下，能够利用相同的材料构成增益产生部508和传播部509，因此，与上述激光介质503和传播介质507不同的情况相比，能够成为简单的结构。

并且，通过消除空间传播区域，能够减小实施方式3的结构中产生的高度方向的射束扩张和谐振器内的激光的损失。因此，能够省略在实施方式3的结构中为了实现高度方向的准直而插入的透镜6。由此，光学部件的调整较少，能够构成可靠性较高的阵列型波长转换激光装置。

并且，在图7所示的结构中，也可以将波长转换元件2的端面202的光学膜从透过基波的光学膜变更成反射基波的光学膜，去除输出镜3。该情况下，能够通过输出镜3的削减来减少部件数量，因此，能够降低制造成本。并且，由于光学部件较少，因此，调整较少，能够构成可靠性较高的阵列型波长转换激光装置。

如上所述，根据该实施方式4，在固体激光元件5中设置传播部509，因此，在实施方式3的效果的基础上，由于在谐振器内不存在空间传播区域，因此，由于空间传播引起的衍射损失较小，能够高效地输出波长转换光。

实施方式5

在实施方式4中，示出了在固体激光元件5中设置传播部509的结构。与此相对，在实施方式5中示出如下结构：通过在波长转换元件2中设置传播部207，消除空间传播区域，在高度方向上损失较小，高效地输出波长转换光。

图8是示意地示出本发明的实施方式5的阵列型波长转换激光装置的结构的俯视图和侧视图。另外，在图8B中省略从输出镜3输出的激光和透镜10的图示。该图8所示的实施方式5的阵列型波长转换激光装置在图4所示的实施方式3的阵列型波长转换激光装置的波长转换元件2中追加传播部207。另外，将实施方式3的波长转换元件2的结构称作波长转换部206。其他结构相同，标注相同标号，仅对不同部分进行说明。

波长转换元件2具有由非线性材料203构成的波长转换部206、以及由无助于波长转换的传播介质205构成的传播部207。该传播部207用于得到可实现塔尔博特相位锁定的距离L。并且，在该非线性材料203和传播介质205中一体地设置包层204，构成为一体的平面波导构造。

另外，选择折射率比包层204大的介质作为传播介质205，以能够在传播介质205与上下表面的包层204之间构成波导。由此，在传播部207中，激光也在与波长转换部206大致相同的导波模式下传播。

这样，通过利用平面波导构造构成传播部207，相对于图4所示的实施方式3的结构，能够消除空间传播区域。由此，谐振器内的激光在高度方向上受到封闭，因此，与实施方式3的结构相比，伴随空间传播的损失较小，能够高效地进行激光振荡，能够高效地输出波长转换光。

并且，通过消除空间传播区域，能够减小实施方式3的结构中产生的高度方向的射束扩张和谐振器内的激光的损失。因此，能够省略在实施方式3的结构中为了实现高度方向的准直而插入的透镜6。由此，光学部件的调整较少，能够构成可靠性较高的阵列型波长转换激光装置。

并且，在图8所示的结构中，也可以将波长转换元件2的端面202的光学膜从透过基波的光学膜变更成反射基波的光学膜，去除输出镜3。该情况下，能够通过输出镜3的削减来减少部件数量，因此，能够降低制造成本。并且，由于光学部件较少，因此，调整较少，能够构成可靠性较高的阵列型波长转换激光装置。

如上所述，根据该实施方式5，在波长转换元件2中设置传播部207，因此，在实施方式3的效果的基础上，由于在谐振器内不存在空间传播区域，因此，由于空间传播引起的衍射损失较小，能够高效地输出波长转换光。

实施方式6

在实施方式1～5中，叙述了构成能够进行波长转换的谐振器以满足塔尔博特条件，波长转换而成的波长转换光(第m次谐波)能够提高阵列方向的会聚性。这里，关于本结构中作为激光输出得到的远视野中产生的峰值(参照图2E)，根据发光点的个数决定束宽，为了使束宽更细而得到射束品质优良的输出，需要增加发光点的个数。

因此，在实施方式6中，叙述用于解决这种课题的方法，叙述射束品质优良的阵列型波长转换激光装置的实现方法。作为具体方法，对与输出镜3相邻的元件的侧面部进行光学研磨，制造出与在阵列方向(x轴方向)上虚拟地存在无限个阵列相等的状态，由此实现射束品质优良的波长转换光输出。

图9是示意地示出本发明的实施方式6的阵列型波长转换激光装置的结构的俯视图和侧视图。该图9所示的实施方式6的阵列型波长转换激光装置将图8所示的实施方式5的波长转换元件2的侧面部208、209从切割面变更成光学研磨面。其他结构相同，标注相同标号，仅对不同部分进行说明。

在实施方式6的波长转换元件2中，对侧面部208、209实施光学研磨。由此，在谐振器内传播的基波和第m次谐波被侧面部208、209反射。

另外，侧面部208、209不是必须被光学研磨，也可以形成反射基波和第m次谐波的特性的光学膜。该光学膜例如通过层叠介电体薄膜来构成。

侧面部208、209相对于基波和第m次谐波具有反射的特性，由此，在输出镜3的附近，借助侧面部208、209成为与在阵列方向(x轴方向)上虚拟地存在无限个阵列相等的状态。在x轴方向上存在无限个阵列，这些阵列进行塔尔博特相位同步，由此，在图2E所示的远视野的射束的峰值中，与根据发光点的个数来决定的实施方式1～5的情况相比，束宽较窄，可得到射束品质优良的射束。

另外，上述假设对波长转换元件2的侧面部208、209的整个面进行光学研磨的结构进行了说明，但是，也可以构成为仅对输出镜3侧的一部分进行光学研磨。

这里，当对侧面部208、209进行光学研磨时，由于入射到侧面部208、209的一部分激光，有时在与阵列型波长转换激光装置的本来的激光振荡不同的路径中产生激光振荡(寄生振荡)。因此，在对波长转换元件2的侧面部208、209进行光学研磨时，优选以不产生导致本来的激光振荡的效率降低的寄生振荡的方式，决定被光学研磨的光轴(z轴)方向的尺寸。

并且，上述示出了针对实施方式5的结构即具有传播部207的波长转换元件2，对侧面部208、209进行光学研磨的结构。但是，不限于此，只要对配置在输出镜3侧的元件的侧面部进行光学研磨，就能够得到同样的效果，例如，针对实施方式4的结构，对波长转换元件2的侧面部208、209进行光学研磨，也能够得到同样的效果。进而，实施方式6针对水平方向(x轴方向)的激光规定动作，对于垂直方向(y轴方向)，不限于图8所示的结构。由此，不限于波导型的谐振器结构。

如上所述，根据该实施方式6，通过对与输出镜3相邻的波长转换元件2的侧面部208、209进行光学研磨，能够制造出与在阵列方向(x轴方向)上虚拟地存在无限个阵列相等的状态，能够实现射束品质优良的波长转换光输出。

另外，本发明能够在其发明的范围内进行各实施方式的自由组合或各实施方式的任意结构要素的变形，或者在各实施方式中省略任意结构要素。

产业上的可利用性

本发明的阵列型波长转换激光装置能够相对于现有结构提高激光的会聚性，适合用于得到波长转换光的阵列型波长转换激光装置等。

标号说明

1：激光元件；2：波长转换元件；3：输出镜；4：半导体激光器；5：固体激光元件；6：透镜；10：透镜；101、102：端面；103：束腰；201、202：端面；203：非线性材料；204：包层；205：传播介质；206：波长转换部；207：传播部；208、209：侧面部；501、502：端面；503：激光介质；504：包层；505：接合剂；506：散热器；507：传播介质；508：增益产生部；509：传播部；510：束腰。

Claims (12)

1.一种阵列型波长转换激光装置，其特征在于，所述阵列型波长转换激光装置具有：

一个或多个激光元件，其具有发光点，呈一维阵列状输出基波；

波长转换元件，其对入射的所述基波进行波长转换，输出波长转换光；以及

输出镜，其反射所述基波，透过由所述波长转换元件进行波长转换而成的波长转换光，

所述波长转换元件配置在所述激光元件与所述输出镜之间，

设定由所述激光元件输出的基波的束腰的位置与所述输出镜之间的距离，使得所述距离满足在相邻的所述发光点彼此之间产生相位同步的塔尔博特条件。

2.根据权利要求1所述的阵列型波长转换激光装置，其特征在于，

所述距离是塔尔博特长度的1/4。

3.根据权利要求1所述的阵列型波长转换激光装置，其特征在于，

所述波长转换元件输出相对于所述基波具有偶数倍的频率的高次谐波作为所述波长转换光。

4.根据权利要求1所述的阵列型波长转换激光装置，其特征在于，

所述激光元件和所述波长转换元件在与所述基波的谐振器的光轴方向和所述阵列的方向垂直的方向上具有平面波导构造。

5.根据权利要求4所述的阵列型波长转换激光装置，其特征在于，

所述阵列型波长转换激光装置设置有透镜，该透镜配置在所述波长转换元件与所述输出镜之间，对于与所述谐振器的光轴方向和所述阵列的方向垂直的方向，对激光进行准直。

6.根据权利要求4所述的阵列型波长转换激光装置，其特征在于，

所述激光元件具有得到所述距离的平面波导构造的传播部。

7.根据权利要求4所述的阵列型波长转换激光装置，其特征在于，

所述波长转换元件具有得到所述距离的平面波导构造的传播部。

8.根据权利要求5所述的阵列型波长转换激光装置，其特征在于，

所述阵列型波长转换激光装置具有散热器，该散热器在所述阵列的方向上构成为梳状，梳齿的前端与所述激光元件接合，

所述激光元件具有激光介质，该激光介质由于向所述散热器的散热而产生温度分布，由于该温度分布而产生折射率分布。

9.根据权利要求6所述的阵列型波长转换激光装置，其特征在于，

所述波长转换元件的侧面部被光学研磨。

10.根据权利要求7所述的阵列型波长转换激光装置，其特征在于，

所述波长转换元件的侧面部被光学研磨。

11.根据权利要求6所述的阵列型波长转换激光装置，其特征在于，

所述阵列型波长转换激光装置具有光学膜，该光学膜形成在所述波长转换元件的侧面部，具有反射所述基波和所述波长转换光的特性。

12.根据权利要求7所述的阵列型波长转换激光装置，其特征在于，

所述阵列型波长转换激光装置具有光学膜，该光学膜形成在所述波长转换元件的侧面部，具有反射所述基波和所述波长转换光的特性。