JP2011114005A - レーザ光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光源の性能を最適化するための光学的位置調整が簡単で、輝度が高く発光効率の高い光源装置を提供する。
【解決手段】 励起光源として半導体発光素子を備えた半導体光源を具備しかつ該励起光を吸収して発光する発光媒質を備え、該発光媒質の発光の一部を出力光として出力するレーザ光源装置において、該励起光を共振させてその光強度を増強する光路Ａを構成する複数の反射要素からなる光共振器Ａと、該発光媒質の発光を共振させてその光強度を増強する光路Ｂを構成する複数の反射要素からなる光共振器Ｂを、該光路Ａと該光路Ｂを一部共有させて備え、且つ、該半導体発光素子を該光共振器Ａ内の該光路共有部に、該発光媒質を該光共振器Ｂ内の光路Ｂに、配置し、さらに、該光共振器Ａと該光共振器Ｂのそれぞれの反射要素のうち、互いに一つの共有する反射要素１を備え且つ該反射要素１が該出力光と該励起光を共に反射することを特徴とするレーザ光源装置。
【選択図】 図２

Description

本発明は製造が容易で高効率なレーザ光源装置を得るための共振器構成およびそれを用いたレーザ光源装置に関するものである。

半導体レーザを励起源や基本波の光源として用いたレーザ光源装置としては、半導体光源を励起光源とする固体レーザ、半導体レーザまたは半導体レーザ励起固体レーザを基本波とする波長変換レーザが知られている。

半導体レーザ励起の固体レーザとしては、希土類や遷移金属イオンを添加した結晶、ガラス、セラミックス、ファイバなどの固体レーザ材料を、半導体レーザや高出力ＬＥＤで励起する方法が知られており、高品質なレーザ光が得られている。固体レーザの共振器としては、ファブリペロー形式、リング形式などが知られており、半導体レーザが発生する励起光をこの共振器の外側からダイクロイックミラーを通して固体レーザ材料に照射し、固体レーザ共振器内に目的のレーザ波長の光を閉じこめてレーザ発振させる。ファイバレーザでは、ファイバ端面に成膜したレーザ用のミラーやファイバブラッグ回折格子を用いて固体レーザ共振器を構成し、全ファイバ型でレーザを構成することもできる。ファイバレーザでは、励起光源としてファイバピグテール付の半導体励起光源が用いられる事が多く、通常は半導体励起光源とファイバレーザ材料の間に、発生したファイバレーザ光が半導体励起光源側に戻らないようなアイソレータやフィルタが設置される。このようなレーザ共振器構成では、励起光を発生する半導体レーザ共振器と、励起光を吸収してレーザ光を発生する固体レーザ共振器は、相互に完全に独立している。

上記の従来型の固体レーザ共振器に対し、半導体レーザからの励起光と固体レーザ光のモード重なりを改善するために、半導体レーザ共振器内に固体レーザ媒質を配置するレーザ共振器構成が提案されている（特許文献１）。

波長変換レーザは、主に半導体レーザや固体レーザで得ることが困難とされている、可視光レーザや中赤外波長帯のレーザに用いられている。波長変換レーザには、第二次高調波（ＳＨＧ）、和周波（ＳＦＧ）、差周波（ＤＦＧ）などの非線形波長変換技術が利用されている。基本波の発生には、半導体レーザ励起固体レーザまたは半導体レーザが用いられる。共振器構成については、基本波と波長変換した光を同じ共振器内に閉じこめることで高効率化を図る共振器内波長変換が提案されている。

基本波が半導体レーザ励起固体レーザの場合の共振器内波長変換では、固体レーザ媒質と非線形光学結晶が同一の共振器内に設置され、この共振器の外側から半導体レーザで励起する方法が提案されている（特許文献２〜５）。このようなレーザでは、励起光を発生する半導体レーザ共振器と、固体レーザ材料と非線形光学結晶が置かれたレーザ共振器は互いに独立している。

基本波が半導体レーザの場合の共振器内波長変換では、同一の共振器内に半導体レーザ材料と非線形光学結晶を設置して共振器を共有し、半導体レーザが発する基本波と非線形光学結晶で波長変換された光のモードを一致させることで高効率化する方法が提案されている（特許文献６）。また、半導体レーザが発する基本波を共振器によって閉じこめ、この共振器内に非線形光学結晶を置いて第二次高調波を発生させるが、波長変換された光は半導体レーザ内を通過して折り返されるだけで共振器を構成せず、そのまま取り出される方法も提案されている（特許文献７）。

非線形光学結晶などを用いた波長変換レーザでは、半導体レーザが発生する基本波に対して非線形光学結晶の吸収損失が十分に低いため、基本波を閉じこめて非線形光学結晶中の光密度を高めるか、基本波の閉じ込めを強めて折り返し回数を増やし、非線形光学結晶との相互作用長を長くすれば高効率化が可能となる。

一方、半導体光源を励起光源として用い、希土類などを添加した固体レーザ材料からの発光を利用する固体レーザやファイバレーザにおいては、単に励起光を閉じ込めるだけでは十分なレーザ特性を得ることが困難である。これは、発光媒質に活性イオンとして添加されている希土類や遷移金属イオンによって励起光が吸収されるため、発光媒質の吸収（損失）特性と発光（利得）特性と、共振器の構成（帰還率）とを最適化することが困難になるためである。

例えば、半導体レーザ共振器内に固体レーザ材料を置く共振器の構成方法を用いる方法が提案されている（特許文献８）が、半導体光源の共振条件と固体発光媒質のレーザ共振条件を同時に実現するために、利得や損失の調整、モード体積の一致、相互の光軸の同時調整などの必要があり、全てを最適に実現することが困難である。特に、半導体レーザにとっては発光媒質である固体レーザ材料が吸収媒質となるため、固体レーザ材料が吸収飽和を起こす領域しか半導体レーザ発振に使用できず、結果的に高出力な半導体レーザ発振が可能な注入電流を一時的に与えるか、固体レーザ材料の吸収を減らす（すなわち、固体レーザ出力を低出力に設定する）必要があって、利得と損失のバランス調整が困難である。また、利得と損失のバランス調整に成功した場合でも、レーザ発振には固体レーザ材料の吸収飽和特性を考慮しなければならないため、特定の励起パワー、または固体レーザ材料が発光する特定の出力以外では最適なレーザ共振器の条件からはずれてしまう。

固体レーザ材料と一般的な空間光学系を用いた固体レーザでは、半導体光源の光共振器と固体レーザ材料の光共振器は互いに独立しており、光学的配置に関して相互に独立しており、光学調整も独立に行う必要がある。このため、半導体光源からの励起光を固体レーザ材料に集光照射して所望の出力光を得ようとした場合、固体レーザのレーザ共振器の光学部品位置最適化と、励起光の結合効率の最適化を両立させるために、煩雑な光学部品位置調整が必要であり、最適な共振器を構成することは困難である。

また、半導体レーザとしてＧａＮ系半導体レーザを用い、発光媒質としてＰｒ^３＋を添加したＺＢＬＡＮファイバを用いることにより、可視広帯域で広帯域波長の可変レーザも提案されている（非特許文献１）。

特開平０６−１１２５６０号公報 特開平７−１０６６８２号公報 特開平７−１０４３３２号公報 特開平６−３５０１６８号公報 特開平５−９５１４５号公報 特開平６−１１２５６０号公報 特開昭６２−８６８８１号公報 特開平６−１１２５６０号公報

Ｈｉｄｅｙｕｋｉ Ｏｋａｍｏｔｏ， Ｋｅｎ Ｋａｓｕｇａ， Ｉｋｕｎａｒｉ Ｈａｒａ， ａｎｄ Ｙｉｓｈｉｎｏｒｉ Ｋｕｂｏｔａ； Ｕｌｔｒａ−Ｗｉｄｅｂａｎｄ Ｔｕｎａｂｌｅ ＲＧＢ Ｆｉｂｅｒ Ｌａｓｅｒ， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｌａｓｅｒｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ２００９ （ＣＬＥＯ／ＩＱＥＣ ２００９）， ＣＦＢ７

上記のように、半導体光源を励起光源として用い、希土類などを添加した固体レーザ材料からの発光を利用する固体レーザやファイバレーザにおいて、発光媒質の吸収（損失）特性と発光（利得）特性と、共振器の構成（帰還率）とを最適化することが困難であり、また、固体レーザのレーザ共振器の光学部品位置最適化と、励起光の結合効率の最適化とを両立させるためには、煩雑な光学部品位置調整が必要である。
本発明では、半導体光源による発光媒質の高効率励起および、複数の共振器の最適化による高効率発光が可能となるだけでなく、光源の性能を最適化するための光学的位置調整が簡単になり、輝度が高く発光効率の高い光源装置が容易に実現できるレーザ光源装置を提供することを目的としている。

本発明者らは、上記の課題に対して鋭意検討を重ねた結果、半導体光源を励起源に用い、この励起光を吸収して発光する固体レーザ材料の出力を取り出すレーザ光源装置において、固体レーザの光共振器が半導体レーザの光共振器と別々であり、かつそれぞれの共振器の光路中の少なくとも１つの高反射率の反射要素を共有し、固体レーザ材料からの放射光が半導体レーザ中の半導体チップ内を通過する構成とすることで問題を解決できることに思い至り、本発明に至った。

すなわち本発明は、励起光を放射する半導体発光素子を備えた半導体光源と、該励起光を吸収して発光する発光媒質を備え、該発光媒質の発光の少なくとも一部を出力光として出力するレーザ光源装置において、
少なくとも、該励起光を共振させてその光強度を増強する光路Ａを構成する複数の反射要素からなる光共振器Ａと、該発光媒質の発光を共振させてその光強度を増強する光路Ｂを構成する複数の反射要素からなる光共振器Ｂとを、該光路Ａと該光路Ｂを一部共有させて備え、且つ、該半導体発光素子が該光共振器Ａ内の該光路共有部に、該発光媒質が該光共振器Ｂ内の光路Ｂに、それぞれ配置され、さらには、該光共振器Ａと該光共振器Ｂのそれぞれの反射要素のうち、互いに少なくとも一つの共有する反射要素１を備え且つ該反射要素１が該出力光と該励起光を共に反射することを特徴とするレーザ光源装置を提供するものである。

さらには、該光共振器Ａと該光共振器Ｂが共に、それぞれ独立して、具備する反射要素のうち、該反射要素１でない少なくとも１つの反射要素が光出射端であり、さらには、所望の発振波長の光の反射率が該光出射端の反射率より高い反射率を有する該反射要素１を具備するファブリペロー型の光共振器であることを特徴とする、レーザ光源装置を提供するものである。

本発明により、光源の性能を最適化するための光学的位置調整が簡単で、得られるレーザ光の輝度が高く発光効率の高いレーザ光源装置を容易に得ることができる。

本発明による第１の実施の形態の概略図を示すものである。 本発明による第２の実施の形態の概略図を示すものである。 本発明による第３の実施の形態の概略図を示すものである。 本発明による第４の実施の形態の概略図を示すものである。 本発明による第５の実施の形態の概略図を示すものである。 本発明による第６の実施の形態の概略図を示すものである。 本発明による第７の実施の形態の概略図を示すものである。 本発明による第８の実施の形態の概略図を示すものである。 本発明による第９の実施の形態の概略図を示すものである。 本発明による第１０の実施の形態の概略図を示すものである。 比較例１に用いた装置の概略図を示すものである。 比較例２に用いた装置の概略図を示すものである。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

本発明の第1の実施の形態に係るレーザ光源装置の配置について、図１を用いて説明する。

図１では、半導体発光素子４を励起光源として用い、この励起光を吸収して励起光と異なる波長の光を放射する発光媒質５を備え、励起光を発生する半導体光素子４の光を増強するための共振器として、反射要素６、反射要素７、反射要素８からなる半導体レーザ共振器１（請求項１に記載の光共振器Ａに相当）と、発光媒質５からの発光を増強するための共振器として、反射要素６、反射要素９、反射要素１０からなる固体レーザ共振器２（請求項１に記載の光共振器Ｂに相当）とを備え、半導体レーザ共振器１（請求項１に記載の光共振器Ａに相当）と固体レーザ共振器２（請求項１に記載の光共振器Ｂに相当）は互いに反射要素６（請求項１に記載の反射要素１に相当）と光路の一部を共有しており、その共有光路内に励起光を放射する半導体発光素子４が設置されており、固体レーザ共振器２の共有されていない光路内に発光媒質５が設置されている。

さらに、反射要素６（請求項１に記載の反射要素１に相当）は、光路変換ミラーとして半導体発光素子４からの励起光波長と発光媒質５からの発光波長の両方の光を高反射する反射要素であり、反射要素７は、半導体発光素子４で発生する励起光を部分反射し発光媒質５の発光波長の光を透過する反射要素であり、反射要素８は、半導体発光素子４で発生する励起光を高反射する反射要素であり、反射要素９は、ダイクロイックミラーとして半導体発光素子４で発生する励起光を高透過し発光媒質５の発光波長の光を高反射する反射要素であり、反射要素１０は、発光媒質５の発光波長の光を部分反射および部分透過する反射要素である。

発光媒質５は、反射要素７を透過した励起光を吸収することにより発生する蛍光を放射する。放射される蛍光は反射要素６、反射要素９、反射要素１０からなるリング状の共振器（固体レーザ共振器２）内を周回するうちに増幅され、レーザ発振する。発振したレーザ光の一部は、反射要素１０を通して外部に出力３される。

以上の第１の実施の形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。

まず半導体レーザ共振器１（請求項１に記載の光共振器Ａに相当）を最適化して励起光強度を最大化し、その後半導体レーザ共振器１との共有光路や共有する反射要素６（請求項１に記載の反射要素１に相当）を固定したまま、発光媒質５の位置および固体レーザ共振器２（請求項１に記載の光共振器Ｂに相当）の反射要素１０（共有していない反射要素）の位置や角度を最適化することで、容易に光出力の最大化を図ることができる。この時、固体レーザ共振器２を調整中であっても、半導体レーザ共振器１は独立した共振器であるために影響を受けない。また固体レーザ共振器２は、最適化された半導体レーザ共振器１から最適化された出力で励起光を供給されているため、発光媒質５は強い光を放射できる。

さらに、固体レーザ共振器２がレーザ発振を開始するためには、半導体レーザ共振器１との共有部分で光軸が一致または十分に近接する必要がある。これは、半導体レーザ共振器１でレーザ発振している半導体レーザの光軸付近以外では、半導体レーザ共振器１内の半導体発光素子などによる吸収や散乱などが起こり、固体レーザ共振器２は低損失にならないためである。この効果によって、固体レーザ共振器２を調整してレーザ発振した時には、同時に自ずと半導体レーザ共振器１との光軸が揃っていることになる。つまり、半導体レーザ共振器１と固体レーザ共振器２の光軸が一致または近接することで、固体レーザ共振器２で発生するレーザ光の発振波長と半導体レーザ共振器１で発生する励起光の波長でのモード重なりを最大化しやすくなる。この両方の波長でモード重なりを最大化するためには、励起光を発光媒質５に入射している入射光学系や固体レーザ共振器２の反射要素１０（共有していない反射要素）と発光媒質５の光軸方向の距離を調整し、発光媒質５への集光スポット径、焦点距離などを調整して、目的とするレーザ出力を最大化できる。
したがって、簡単な光学調整により容易に光学系の調整が可能となり、輝度が高く発光効率の高いレーザ光源装置が容易に実現可能となる。

また、図１で示される共振器をさらに構成を単純化した第２の実施の形態について、図２を用いて説明する。尚、図１で共通する部分の説明は省略する。

励起光を発生する半導体光素子２０４の光を増強するための共振器として、反射要素２０６と反射要素２０７からなる半導体レーザ共振器２０１（請求項１に記載の光共振器Ａに相当）と、発光媒質２０５からの発光を増強するための共振器として、反射要素２０６（請求項１記載の反射要素１に相当）と反射要素２１０からなる固体レーザ共振器２０２（請求項１に記載の光共振器Ｂに相当）とを備え、ファブリペロー型の固体レーザ共振器２０２内に固体レーザ共振器２０２の反射要素の一枚（反射要素２０６）を共有して、ファブリペロー型の半導体レーザ共振器２０１が設置されている。図２で示される形態は、図１における反射要素８および９に相当する反射要素が除かれ、図１に比べ構成要素の数が少ない、より単純化した構成となっている。

発光媒質２０５は、反射要素２０７を透過した励起光を吸収することにより発生する蛍光を放射する。発光媒質２０５から放射される蛍光は、反射要素２１０と共有する反射要素２０６の間に閉じ込められて往復する間に増強され、レーザ発振する。発振したレーザ光の一部は、反射要素２１０を通して外部に出力２０３される。

以上の第２の実施の形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。
第１の実施の形態と同様の効果が得られる。さらに、第１の実施の形態より簡単な光学調整により容易に光学系の調整が可能となる。

本発明の第１の実施の形態と第２の実施の形態では特に図に示していないが、反射要素７と発光媒質５の間および反射要素２０７と発光媒質２０５の間に、励起光を発光媒質に集光照射するためのレンズを追加することができる。このレンズには、発振するレーザ光と励起光の両方において低反射である広帯域無反射コーティングを施すことが好ましい。またレンズとしては、発振するレーザ光の波長と励起光の波長で焦点距離が略等しく、収差が抑制された色消しレンズや非球面レンズを用いることが好ましい。また、このようなレンズの代わりに、反射要素７の発光媒質５側および反射要素２０７の発光媒質２０５側を凸レンズ形状とし、励起光を発光媒質に集光する機能を持たせても良い。

さらに、発光媒質として光導波路の形態を用いることができるため、光導波路の形態の一つであるファイバの形態をした発光媒質を用いる場合の第３の実施の形態について、図３を用いて説明する。

図３では、半導体発光素子３０４を励起光源として用い、この励起光を吸収して励起光と異なる波長の光を放射するファイバ形態の発光媒質３０５を備え、励起光を発生する半導体光素子３０４の光を増強するための共振器として、反射要素３０６と反射要素３１３からなる半導体レーザ共振器３０１（請求項１に記載の光共振器Ａに相当）と、発光媒質３０５からの発光を増強するための共振器として、反射要素３０６（請求項１に記載の反射要素１に相当）と反射要素３１４からなる固体レーザ共振器３０２（請求項１に記載の光共振器Ｂに相当）とを備え、半導体レーザ共振器３０１（請求項１に記載の光共振器Ａに相当）と固体レーザ共振器３０２（請求項１に記載の光共振器Ｂに相当）は互いに反射要素３０６と光路の一部を共有しており、その共有光路内に励起光を放射する半導体発光素子３０４が設置されており、固体レーザ共振器３０２の共有されていない光路内に発光媒質３０５が設置されている。

さらに、反射要素３０６（請求項１に記載の反射要素１に相当）は、共有ミラーとして半導体発光素子３０４からの励起光波長と発光媒質３０５からの発光波長の両方の光を高反射する反射要素であり、反射要素３１３は、発光媒質３０５の発光波長の光を透過し且つ半導体発光素子３０４側の面が半導体発光素子３０４で発生する励起光を部分反射する反射要素であり、発光媒質３０５側の反射要素３１３の形状は、発光媒質３０５の励起側端面３１５に励起光を集光できるように凸レンズ形状となっている。また、ファイバ形態の発光媒質３０５からの放射光を半導体発光素子３０４の活性層に概略結合できるように配置されている。

反射要素３１４は、発光媒質３０５の半導体発光素子３０４と反対側の端面に、発光媒質３０５からの蛍光を部分反射する光学薄膜が直接成膜されるか、または該光学薄膜が成膜された透明基板を接着あるいはオプティカルコンタクトあるいは融着することで装備されている。

発光媒質３０５は、反射要素３１３を透過した励起光を吸収することにより発生する蛍光を放射する。発光媒質３０５からの蛍光は、反射要素３１４と反射要素３０６の間を往復する間に増強され、レーザ発振する。発振したレーザ光の一部は、反射要素３１４を通して外部に出力３０３される。

励起側端面３１５は、励起光波長と発振したレーザ光波長の両方で低反射率である広帯域無反射コーティングが施されている。

以上の第３の実施の形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。

まず半導体レーザ共振器３０１（請求項１に記載の光共振器Ａに相当）を最適化して励起光強度を最大化する。その後半導体レーザ共振器３０１との共有光路や共有する反射要素３０６（請求項１に記載の反射要素１に相当）を固定したまま、光導波路の入力端３１５を、集光機能を有する反射要素３１３の焦点付近で位置調整と角度調整し、半導体レーザの出力が概略ファイバコアに結合するように調芯する。発光媒質３０５は導波路形状をしており、固体レーザ共振器３０２の出力用部分反射鏡である反射要素３１４をその一端にすでに備えていることから、共振器の半分は励起光を結合した段階で完成している。その後、出力３０３をモニタしながら、主に入力端３１５の角度を調整して出力を最大化していくと、容易にレーザ発振が得られる。この時、単にレーザ発振するだけでなく、第１の実施の形態で述べたのと同じ理由によって、レーザ発振と同時に自動的に半導体レーザ共振器３０１と固体レーザ共振器３０２の光軸がほぼ一致する。このため、レーザ発振が容易であるだけでなく、出力の最大化と、モード重なり最大化による高効率化が、同時に達成できる。
したがって、発光媒質が導波路形状である場合においても、簡単な光学調整により容易に光学系の調整が可能となり、輝度が高く発光効率の高いレーザ光源装置が容易に実現可能となる。

ファイバの形態をした発光媒質を用いる場合の他の例として第４の実施の形態について、図４を用いて説明する。

図４では、半導体発光素子４０４を励起光源として用い、この励起光を吸収して励起光と異なる波長の光を放射するファイバ形態の発光媒質４０５を備え、励起光を発生する半導体光素子４０４の光を増強するための共振器として、反射要素４０６（請求項１に記載の反射要素１に相当）と反射要素４１３からなる半導体レーザ共振器４０１（請求項に記載の光共振器Ａに相当）と、発光媒質４０５からの発光を増強するための共振器として、反射要素４０６と反射要素４１４からなる固体レーザ共振器４０２（請求項１に記載の光共振器Ｂに相当）とを備え、半導体レーザ共振器４０１（請求項１に記載の光共振器Ａに相当）と固体レーザ共振器４０２（請求項１に記載の光共振器Ｂに相当）は互いに反射要素４０６と光路の一部を共有しており、その共有光路内に励起光を放射する半導体発光素子４０４が設置されており、固体レーザ共振器４０２の共有されていない光路内に発光媒質４０５が設置されている。

さらに、反射要素４０６（請求項１に記載の反射要素１に相当）は、共有ミラーとして半導体発光素子４０４からの励起光波長と発光媒質４０５からの発光波長の両方の光を高反射する反射要素であり、反射要素４１３は、半導体発光素子４０４で発生する励起光を部分反射し且つ発光媒質４０５の発光波長の光を透過する反射要素で、半導体発光素子４０４の端面に直接成膜された誘電体多層膜またはフレネル反射を利用したクリーブ端面である。発光媒質４０５の半導体発光素子側端面４１６は、半導体発光素子４０４からの励起光を集光し発光媒質４０５からの発光を半導体発光素子４０４の活性層に結合するようにレンズ形状に研磨されており、半導体発光素子４０４の活性層に近接して配置されている。

反射要素４１４は、発光媒質４０５の半導体発光素子４０４と反対側の端面に、発光媒質４０５からの蛍光を部分反射する光学薄膜が直接成膜されるか、または該光学薄膜が成膜された透明基板を接着あるいはオプティカルコンタクトあるいは融着することで装備されている。

発光媒質４０５は、反射要素４１３を透過した励起光を吸収することにより発生する蛍光を放射する。発光媒質４０５からの蛍光は、反射要素４１４と反射要素４０６の間を往復する間に増強され、レーザ発振する。発振したレーザ光の一部は、反射要素４１４を通して外部に出力４０３される。

励起側端面４１６は、励起光波長と発振したレーザ光波長の両方で低反射率である広帯域無反射コーティングが施されている。

以上の第４の実施の形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。

第３の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、入射端面がレンズ形状のいわゆるレンズドファイバを用いることによって、半導体レーザ共振器４０１から放射する励起光を発光媒質４０５に結合する結合光学系を小型化する事ができる。また、この光学結合部分を小型化する事によって、光学結合部分の固定が容易かつ強固なものとなり、振動や温度変化による結合効率の変化や変移を抑制することができる。

ファイバの形態をした発光媒質を用いる場合の他の例として第５の実施の形態について、図５を用いて説明する。

図５では、半導体発光素子５０４を励起光源として用い、この励起光を吸収して励起光と異なる波長の光を放射するファイバ形態の発光媒質５０５を備え、励起光を発生する半導体光素子５０４の光を増強するための共振器として、反射要素５０６（請求項１に記載の反射要素１に相当）と反射要素５１３からなる半導体レーザ共振器５０１（請求項１に記載の光共振器Ａに相当）と、発光媒質５０５からの発光を増強するための共振器として、反射要素５０６と反射要素５１４からなる固体レーザ共振器５０２（請求項１に記載の光共振器Ｂに相当）とを備え、反射要素５１４は出力ファイバ５１７を備え、半導体レーザ共振器５０１（請求項１に記載の光共振器Ａに相当）と固体レーザ共振器５０２（請求項１に記載の光共振器Ｂに相当）は互いに反射要素５０６と光路の一部を共有しており、その共有光路内に励起光を放射する半導体発光素子５０４が設置されており、固体レーザ共振器５０２の共有されていない光路内に発光媒質５０５が設置されている。

さらに、反射要素５０６（請求項１に記載の反射要素１に相当）は、共有ミラーとして半導体発光素子５０４からの励起光波長と発光媒質５０５からの発光波長の両方の光を高反射する反射要素であり、反射要素５１３は、発光媒質５０５の発光波長の光を透過し且つ半導体発光素子５０４側の面が半導体発光素子５０４で発生する励起光を部分反射する反射要素であり、発光媒質５０５側の反射要素５１３の形状は、発光媒質５０５の励起側端面５１５に励起光を集光できるように凸レンズ形状となっている。また、ファイバ形態の発光媒質５０５からの放射光を半導体発光素子５０４の活性層に概略結合できるように配置されている。

発光媒質５０５の半導体発光素子５０４側と反対側の端面に、発光媒質５０５からの蛍光を部分反射する反射要素５１４が端面に直接成膜された出力ファイバ５１７の反射要素５１４が成膜されている端面が融着接続されている。

発光媒質５０５は、反射要素５１３を透過した励起光を吸収することにより発生する蛍光を放射する。発光媒質５０５からの蛍光は、反射要素５１４と反射要素５０６の間を往復する間に増強され、レーザ発振する。発振したレーザ光の一部は、反射要素５１４を通して出力ファイバ５１７に伝搬し、出力ファイバ５１７端面から外部に出力５０３される。

励起側端面５１５は、励起光波長と発振したレーザ光波長の両方で低反射率である広帯域無反射コーティングが施されている。

以上の第５の実施の形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。

第３の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、出力ファイバ５１７の出力５０３側の末端に固体レーザ共振器５０２を構成する反射要素がなく、反射要素５１４は融着部で保護されているため、耐環境性と耐久性に優れる。特に発光媒質５０５が耐環境性に問題がある場合、ハーメチックシールの筐体から出力ファイバ５１７だけを外部に露出することで、発光媒質５０５の劣化を防止する事ができる。

ファイバの形態をした発光媒質を用いる場合の他の例として第６の実施の形態について、図６を用いて説明する。

図６では、半導体発光素子６０４を励起光源として用い、この励起光を吸収して励起光と異なる波長の光を放射するファイバ形態の発光媒質６０５を備え、励起光を発生する半導体光素子６０４の光を増強するための共振器として、反射要素６０６（請求項１に記載の反射要素１に相当）と反射要素６１３からなる半導体レーザ共振器６０１（請求項１に記載の光共振器Ａに相当）と、発光媒質６０５からの発光を増強するための共振器として、反射要素６０６と反射要素６１４からなる固体レーザ共振器６０２（請求項１に記載の光共振器Ｂに相当）とを備え、半導体レーザ共振器６０１（請求項１に記載の光共振器Ａに相当）と固体レーザ共振器６０２（請求項１に記載の光共振器Ｂに相当）は互いに反射要素６０６と光路の一部を共有しており、その共有光路内に励起光を放射する半導体発光素子６０４が設置されており、固体レーザ共振器６０２の共有されていない光路内に発光媒質６０５が設置されている。

さらに、反射要素６０６（請求項１に記載の反射要素１に相当）は、共有ミラーとして半導体発光素子６０４からの励起光波長と発光媒質６０５からの発光波長の両方の光を高反射する反射要素であり、反射要素６１３は、発光媒質６０５の発光波長の光を透過し且つ半導体発光素子６０４で発生する励起光を部分反射する反射要素で、半導体発光素子６０４の端面に直接成膜された誘電体多層膜またはフレネル反射を利用したクリーブ端面である。発光媒質６０５の半導体発光素子側には、入力ファイバ６１８が融着点６１９で融着接続されており、入力ファイバ６１８の半導体発光素子６０４側の端面６１６は、半導体発光素子６０４からの励起光を集光し発光媒質６０５からの発光を半導体発光素子６０４の活性層に結合するようにレンズ形状に研磨されており、半導体発光素子６０４の活性層に近接して配置されている。発光媒質６０５の入力ファイバ６１８側と反対側の端面には、発光媒質６０５からの蛍光を部分反射する反射要素６１４が、光学薄膜が直接成膜されるか、または該光学薄膜が成膜された透明基板を接着あるいはオプティカルコンタクトあるいは融着することで装備されている。

入力ファイバ６１８は、発光媒質６０５で発光する光および半導体発光素子６０４で発生する励起光を低損失で双方向に伝搬することができる。入力ファイバ６１８を伝搬する励起光は、融着点６１９を介してファイバ形態の発光媒質６０５のコアに結合する。

発光媒質６０５は、反射要素６１３を透過した励起光を吸収することにより発生する蛍光を放射する。発光媒質６０５からの蛍光は、反射要素６１４と反射要素６０６の間を往復する間に増強され、レーザ発振する。発振したレーザ光の一部は、反射要素６１４を通して外部に出力６０３される。

入力ファイバ６１８の端面６１６は、励起光波長と発振したレーザ光波長の両方で低反射率となる、広帯域無反射コーティングが施されている。

以上の第６の実施の形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。

第４の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、入力ファイバ６１８は発光媒質６０５と異なるファイバを用いることができるので、例えば石英を用いたレンズドファイバなど汎用的な光学部品を用いる事ができる。このため、発光媒質６０５が例えばフッ化物ファイバであった場合、加工が必ずしも容易でないことから、製品の加工歩留まりを向上させると共に、安価な汎用部品を用いる事で製造コストを抑制する事ができる。

ファイバの形態をした発光媒質を用いる場合の他の例として第７の実施の形態について、図７を用いて説明する。

図７では、半導体発光素子７０４を励起光源として用い、この励起光を吸収して励起光と異なる波長の光を放射するファイバ形態の発光媒質７０５を備え、励起光を発生する半導体光素子７０４の光を増強するための共振器として、反射要素７０６（請求項１に記載の反射要素１に相当）と反射要素７１３からなる半導体レーザ共振器７０１（請求項１に記載の光共振器Ａに相当）と、発光媒質７０５からの発光を増強するための共振器として、反射要素７０６と反射要素７１４からなる固体レーザ共振器７０２（請求項１に記載の光共振器Ｂに相当）とを備え、反射要素７１４は出力ファイバ７１７を備え、半導体レーザ共振器７０１（請求項１に記載の光共振器Ａに相当）と固体レーザ共振器７０２（請求項１に記載の光共振器Ｂに相当）は互いに反射要素７０６と光路の一部を共有しており、その共有光路内に励起光を放射する半導体発光素子７０４が設置されており、固体レーザ共振器７０２の共有されていない光路内に発光媒質７０５が設置されている。

さらに、反射要素７０６（請求項１に記載の反射要素１に相当）は、共有ミラーとして半導体発光素子７０４からの励起光波長と発光媒質７０５からの発光波長の両方の光を高反射する反射要素であり、反射要素７１３は、発光媒質７０５の発光波長の光を透過し且つ半導体発光素子７０４側の面が半導体発光素子７０４で発生する励起光を部分反射する反射要素であり、発光媒質７０５の半導体発光素子７０４側には、入力ファイバ７１８が融着点７１９で融着接続されており、入力ファイバ７１８の半導体発光素子７０４側の端面７１５は、励起光波長と発振したレーザ光波長の両方で低反射率である広帯域無反射コーティングが施されており、発光媒質７０５側の反射要素７１３の形状は、発光媒質７０５の励起側に融着接続されている入力ファイバ７１８の端面７１５に励起光を集光できるように凸レンズ形状となっている。また、反射要素７１３は、端面７１５に励起光を集光でき、入力ファイバ７１８を伝搬してきたファイバ型の発光媒質７０５からの発光波長の光を半導体発光素子７０４の活性層に結合するように配置されている。

入力ファイバ７１８は、発光媒質７０５で発光する光および半導体発光素子７０４で発生する励起光を低損失で双方向に伝搬することができる。入力ファイバ７１８を伝搬する励起光は、融着点７１９を介してファイバ形態の発光媒質７０５のコアに結合する。

発光媒質７０５の半導体発光素子７０４側と反対側の端面に、発光媒質７０５からの蛍光を部分反射する反射要素７１４が端面に直接成膜された出力ファイバ７１７の反射要素７１４が成膜されている端面が融着接続されている。

発光媒質７０５は、反射要素７１３を透過した励起光を吸収することにより発生する蛍光を放射する。発光媒質７０５からの蛍光は、反射要素７１４と反射要素７０６の間を往復する間に増強され、レーザ発振する。発振したレーザ光の一部は、反射要素７１４を通して出力ファイバ７１７に伝搬し、出力ファイバ７１７端面から外部に出力７０３される。

以上の第７の実施の形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。

第５の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、入力端７１５を備えた入力ファイバ７１８を発光媒質７０５とは異なるファイバとすることができるので、例えば成膜済み石英ファイバなど汎用的な光学部品を用いる事ができる。このため、発光媒質７０５が例えばフッ化物ファイバであった場合、端面への光学薄膜の直接成膜が必ずしも容易でない場合があることから、製品の加工歩留まりを向上させると共に、安価な汎用部品を用いる事で製造コストを抑制する事ができる。

ファイバの形態をした発光媒質を用いる場合の他の例として第８の実施の形態について、図８を用いて説明する。

図８では、半導体発光素子８０４を励起光源として用い、この励起光を吸収して励起光と異なる波長の光を放射するファイバ形態の発光媒質８０５を備え、励起光を発生する半導体光素子８０４の光を増強するための共振器として、反射要素８０６（請求項１に記載の反射要素１に相当）と反射要素８１３からなる半導体レーザ共振器８０１（請求項１に記載の光共振器Ａに相当）と、発光媒質８０５からの発光を増強するための共振器として、反射要素８０６と反射要素８１４からなる固体レーザ共振器８０２（請求項１に記載の光共振器Ｂに相当）とを備え、反射要素８１４は出力ファイバ８１７を備え、半導体レーザ共振器８０１（請求項１に記載の光共振器Ａに相当）と固体レーザ共振器８０２（請求項１に記載の光共振器Ｂに相当）は互いに反射要素８０６と光路の一部を共有しており、その共有光路内に励起光を放射する半導体発光素子８０４が設置されており、固体レーザ共振器８０２の共有されていない光路内に発光媒質８０５が設置されている。

さらに、反射要素８０６（請求項１に記載の反射要素１に相当）は、共有ミラーとして半導体発光素子８０４からの励起光波長と発光媒質８０５からの発光波長の両方の光を高反射する反射要素である。反射要素８１３は、発光媒質８０５の発光波長の光を透過し且つ半導体発光素子８０４で発生する励起光を部分反射する反射要素で、半導体発光素子８０４の端面に直接成膜された誘電体多層膜またはフレネル反射を利用したクリーブ端面である。発光媒質８０５の半導体発光素子８０４側には、入力ファイバ８１８が融着点８１９で融着接続されており、入力ファイバ８１８の半導体発光素子８０４側の端面８１６は、半導体発光素子８０４からの励起光を集光し発光媒質８０５からの発光を半導体発光素子８０４の活性層に結合するようにレンズ形状に研磨されており、半導体発光素子８０４の活性層に近接して配置されている。

入力ファイバ８１８は、発光媒質８０５で発光する光および半導体発光素子８０４で発生する励起光を低損失で双方向に伝搬することができる。入力ファイバ８１８を伝搬する励起光は、融着点８１９を介してファイバ形態の発光媒質８０５のコアに結合する。

発光媒質８０５の半導体発光素子８０４側と反対側の端面に、発光媒質８０５からの蛍光を部分反射する反射要素８１４が端面に直接成膜された出力ファイバ８１７の反射要素８１４が成膜されている端面が融着接続されている。

発光媒質８０５は、反射要素８１３を透過した励起光を吸収することにより発生する蛍光を放射する。発光媒質８０５からの蛍光は、反射要素８１４と反射要素８０６の間を往復する間に増強され、レーザ発振する。発振したレーザ光の一部は、反射要素８１４を通して外部に出力８０３される。

入力ファイバ８１８の端面８１６は、励起光波長と発振したレーザ光波長の両方で低反射率となる、広帯域無反射コーティングが施されている。

以上の第８の実施の形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。

第６の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、出力ファイバ８１７の出力８０３側の末端に固体レーザ共振器８０２を構成する反射要素がなく、反射要素８１４は融着部で保護されているため、耐環境性と耐久性に優れる。特に発光媒質８０５が耐環境性に問題がある場合、ハーメチックシールの筐体から出力ファイバ８１７だけを外部に露出することで、発光媒質８０５の劣化を防止する事ができる。

ファイバの形態をした発光媒質を用いる場合の他の例として第９の実施の形態について、図９を用いて説明する。

図９では、半導体発光素子９０４を励起光源として用い、この励起光を吸収して励起光と異なる波長の光を放射するファイバ形態の発光媒質９０５を備え、励起光を発生する半導体光素子９０４の光を増強するための共振器として、反射要素９０６（請求項１に記載の反射要素１に相当）と反射要素９１３からなる半導体レーザ共振器９０１（請求項１に記載の光共振器Ａに相当）と、発光媒質９０５からの発光を増強するための共振器として、反射要素９０６と反射要素９２０からなる固体レーザ共振器９０２（請求項１に記載の光共振器Ｂに相当）とを備え、反射要素９２０は発光媒質９０５の半導体光素子９０４側と反対側の端面に融着点９１９で融着接続されており、半導体レーザ共振器９０１（請求項１に記載の光共振器Ａに相当）と固体レーザ共振器９０２（請求項１に記載の光共振器Ｂに相当）は互いに反射要素９０６と光路の一部を共有しており、その共有光路内に励起光を放射する半導体発光素子９０４が設置されており、固体レーザ共振器９０２の共有されていない光路内に発光媒質９０５が設置されている。

さらに、反射要素９０６（請求項１に記載の反射要素１に相当）は、共有ミラーとして半導体発光素子９０４からの励起光波長と発光媒質９０５からの発光波長の両方の光を高反射する反射要素であり、反射要素９１３は、発光媒質９０５の発光波長の光を透過し且つ半導体発光素子９０４側の面が半導体発光素子９０４で発生する励起光を部分反射する反射要素であり、発光媒質９０５の半導体発光素子９０４側には、入力ファイバ９１８が融着点９２１で融着接続されており、入力ファイバ９１８の半導体発光素子９０４側の端面９１５は、励起光波長と発振したレーザ光波長の両方で低反射率である広帯域無反射コーティングが施されており、発光媒質９０５側の反射要素９１３の形状は、発光媒質９０５の励起側に融着接続されている入力ファイバ９１８の端面９１５に励起光を集光できるように凸レンズ形状となっている。また、反射要素９１３は、端面９１５に励起光を集光でき、入力ファイバ９１８を伝搬してきたファイバ型の発光媒質９０５からの発光波長の光を半導体発光素子９０４の活性層に結合するように配置されている。

入力ファイバ９１８は、発光媒質９０５で発光する光および半導体発光素子９０４で発生する励起光を低損失で双方向に伝搬することができる。入力ファイバ９１８を伝搬する励起光は、融着点９２１を介してファイバ形態の発光媒質９０５のコアに結合する。

反射要素９２０は、発光媒質９０５の発光波長の光を部分反射するファイバ回折格子であり、発光媒質９０５と融着接続されていない側に出力ファイバ９１７を備えている。

発光媒質９０５は、反射要素９１３を透過した励起光を吸収することにより発生する蛍光を放射する。発光媒質９０５からの蛍光は、反射要素９２０と反射要素９０６の間を往復する間に増強され、レーザ発振する。発振したレーザ光の一部は、反射要素９２０を通して出力ファイバ９１７に伝搬し、出力ファイバ９１７端面から外部に出力９０３される。

以上の第９の実施の形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。

第７の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、固体レーザ共振器９０２の反射要素９２０がファイバ回折格子であることから、容易に可視光波長領域でも狭帯域な反射特性を有する反射要素とすることができるだけでなく、小型で過剰損失が少ない共振器を構成し、高効率で高出力な固体レーザを容易に実現できる。

ファイバの形態をした発光媒質を用いる場合の他の例として第１０の実施の形態について、図１０を用いて説明する。

図１０では、半導体発光素子１００４を励起光源として用い、この励起光を吸収して励起光と異なる波長の光を放射するファイバ形態の発光媒質１００５を備え、励起光を発生する半導体光素子１００４の光を増強するための共振器として、反射要素１００６（請求項１に記載の反射要素１に相当）と反射要素１０１３からなる半導体レーザ共振器１００１（請求項１に記載光共振器Ａに相当）と、発光媒質１００５からの発光を増強するための共振器として、反射要素１００６と反射要素１０２０からなる固体レーザ共振器１００２（請求項１に記載の光共振器Ｂに相当）とを備え、反射要素１０２０は発光媒質１００５の半導体光素子１００４側と反対側の端面に融着点１０１９で融着接続されており、半導体レーザ共振器１００１（請求項１に記載の光共振器Ａに相当）と固体レーザ共振器１００２（請求項１に記載の光共振器Ｂに相当）は互いに反射要素１００６と光路の一部を共有しており、その共有光路内に励起光を放射する半導体発光素子１００４が設置されており、固体レーザ共振器１００２の共有されていない光路内に発光媒質１００５が設置されている。

さらに、反射要素１００６（請求項１に記載の反射要素１に相当）は、共有ミラーとして半導体発光素子１００４からの励起光波長と発光媒質１００５からの発光波長の両方の光を高反射する反射要素である。反射要素１０１３は、発光媒質１００５の発光波長の光を透過し且つ半導体発光素子１００４で発生する励起光を部分反射する反射要素で、半導体発光素子１００４の端面に直接成膜された誘電体多層膜またはフレネル反射を利用したクリーブ端面である。発光媒質１００５の半導体発光素子１００４側には、入力ファイバ１０１８が融着点１０２１で融着接続されており、入力ファイバ１０１８の半導体発光素子１００４側の端面１０１６は、半導体発光素子１００４からの励起光を集光し発光媒質１００５からの発光を半導体発光素子１００４の活性層に結合するようにレンズ形状に研磨されており、半導体発光素子１００４の活性層に近接して配置されている。

入力ファイバ１０１８は、発光媒質１００５で発光する光および半導体発光素子１００４で発生する励起光を低損失で双方向に伝搬することができる。入力ファイバ１０１８を伝搬する励起光は、融着点１０２１を介してファイバ形態の発光媒質１００５のコアに結合する。

反射要素１０２０は、発光媒質１００５の発光波長の光を部分反射するファイバ回折格子であり、発光媒質１００５と融着接続されていない側に出力ファイバ１０１７を備えている。

発光媒質１００５は、反射要素１０１３を透過した励起光を吸収することにより発生する蛍光を放射する。発光媒質１００５からの蛍光は、反射要素１０２０と反射要素１００６の間を往復する間に増強され、レーザ発振する。発振したレーザ光の一部は、反射要素１０２０を通して出力ファイバ１０１７に伝搬し、出力ファイバ１０１７端面から外部に出力１００３される。

入力ファイバ１０１８の端面１０１６は、励起光波長と発振したレーザ光波長の両方で低反射率となる、広帯域無反射コーティングが施されている。

以上の第１０の実施の形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。

第８の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、固体レーザ共振器１００２の反射要素１０２０がファイバ回折格子であることから、可視光波長領域でも狭帯域な反射特性を有する反射要素とすることができるだけでなく、小型で過剰損失が少ない共振器を構成し、高効率で高出力な固体レーザを容易に実現できる。

上記の第４、６、８、１０の実施の形態において、発光媒質の半導体発光素子側の励起光を入力する端面のレンズ形状は、テーパレンズ、先端円筒レンズ形状、複合円筒レンズ形状など、上下方向と左右方向で広がり角の差が大きい光を光ファイバのコアに結合しやすい形状が好ましい。

上記の第３〜１０の実施の形態において、施される広帯域無反射コーティングは、発振したレーザ光波長および励起光波長の反射率が共に１％以下であることが好ましく、このようなコーティング処理方法としては、蒸着やスパッタなどの誘電体膜コーティングが一般的であるが、樹脂コーティングや有機無機ハイブリッド膜コーティングなどの湿式コーティングも利用可能である。

上記の第３〜８の実施の形態において、発光媒質の出力側に設置される反射要素には、誘電体多層膜コーティングを用いることが好ましいが、波長特性や反射率によっては金属膜や合金膜やカーボンナノチューブなどのフラーレン類を用いた膜や半導体ナノ微粒子を含むコーティング膜を用いることができる。

上記の第３、４、６の実施の形態において、発光媒質の出力側に接着あるいはオプティカルコンタクトあるいは融着される反射要素として光学薄膜が成膜された透明基板を用いる場合、該透明基板として少なくとも外部に出力する発振波長に対して透明であることが必要であり、ガラス基板、結晶化ガラス基板を用いることが好ましい。

上記の第５、７、８の実施の形態において、発光媒質の出力側の端面に、出力ファイバの該反射要素が成膜されている端面を融着接続する場合、該発光媒質が低フォノンガラス材料においては、該出力ファイバは酸化物系のファイバを使用することが特に好ましい。

上記の第３、５、７、９の実施の形態において、共振器１を構成する部分反射鏡は、例示したメニスカスレンズ形状以外に、凹面反射鏡と凸レンズの組み合わせや、半導体発光素子端面に部分反射鏡を成膜して凸レンズと組み合わせるなど、同様の機能を実現する他の構成で置き換えても良い。

上記の第４、６、８、１０の実施の形態において、半導体レーザ共振器を構成する部分反射鏡として例示した半導体発光素子端面に成膜した光学薄膜あるいはクリーブ端面とレンズ形状の入力端面の組み合わせ以外に、凹面反射鏡と凸レンズと広帯域無反射コーティングを施した入力端面の組み合わせや、メニスカスレンズ形状の反射鏡と広帯域無反射コーティングを施した入力端面の組み合わせなど、同様の機能を実現する他の構成で置き換えても良い。

上記の第１〜１０の実施の形態において、共有ミラーとして半導体発光素子からの励起光波長と発光媒質からの発光波長の両方の光を高反射する反射要素（反射要素１に相当）は、誘電体多層膜ミラー、金属または合金ミラー、分布回折型ミラー（いわゆるＤＢＲ）、または分布フィードバック構造（いわゆるＤＦＢ）、などから適宜選択することができる。これら反射要素を、半導体発光素子端面に直接成膜するか、半導体発光素子を製造する際に直接作り込むことで形成できる。半導体発光素子端面に直接成膜または反射要素を直接作り込んだ半導体発光素子を用いることは、低コスト化と量産化に適しており、特に好ましい。中でもＤＢＲやＤＦＢは、半導体発光素子を製造する際に同時に作り込む事が可能なので、製造プロセスの簡素化と光学位置調整の簡略化の観点から、特に好ましい。

上記の第１〜１０の実施の形態において、用いられる半導体発光素子は、活性層がクラッド層で挟まれる通常のメサ型構成、量子井戸構成、出力端面付近に透明なウィンドウ構造を設けた導波路構造など、光増幅機能を備えた半導体光導波路として機能する構造を具備し、しかも光共振器Ｂで発振するレーザ光波長に対して透過性のある材料であれば、どんなものでも良い。例えば、活性層にＩｎＧａＮ系材料の歪み量子井戸構造を持ち、クラッド層にはｎ型、ｐ型のＧａＮ系材料を用いた場合、この素子で発生する励起光の波長よりも長波長では透明性が高く、低損失で透過可能である。この場合の例として、発振波長（励起光の波長）が４４０ｎｍとなるメサ構造歪み量子井戸ＩｎＧａＮレーザを半導体発光素子として使用し、Ｐｒ添加フッ化物ガラスファイバを発光媒質として用いることにより、光共振器Ｂで発振するレーザ発振波長は４９０ｎｍ帯、５２０ｎｍ帯、６０２ｎｍ帯、６３５ｎｍ帯、７１５ｎｍ帯、９００ｎｍ帯などから選択可能となり、いずれの波長に対してもＩｎＧａＮ活性層または活性層直近のクラッド層が低損失に透過するため、容易に外部へ出力できる。

また、半導体発光素子としてＧａＮ系半導体レーザを用いる場合、放射される励起光を発光媒質が吸収して蛍光を放射する発光媒質に添加される活性イオンは、励起光の具体的な波長にもよるが、３５０ｎｍから４９０ｎｍの波長域で励起可能なものとしては、Ｐｒ^３＋、Ｎｄ^３＋、Ｓｍ^３＋、Ｅｕ^３＋、Ｔｂ^３＋、Ｄｙ^３＋、Ｇｄ^３＋、Ｈｏ^３＋、Ｅｒ^３＋、Ｔｍ^３＋、Ｓｍ^２＋、Ｅｕ^２＋、Ｙｂ^２＋が挙げられる。これらの希土類はＧａＮ系半導体レーザ材料の透明性が高い可視光または近赤外波長領域の光の蛍光を発光するため、本発明の共振器構造に適合した発光媒質への添加イオンとして適当である。これらのイオンが添加される発光媒質の材料は、可視から近赤外域の希土類蛍光に対して高い発光効率が得られる低フォノン光学材料であって、ＧａＮ系半導体レーザの発光波長である紫外〜緑色波長帯域で透明である事が好ましい。具体的には、ハライドガラス、ハライド結晶、ハライド酸化物ガラス、ハライド酸化物結晶、または希土類など活性イオンを添加したこれらの材料の微粒子を分散させた酸化物ガラスまたは有機無機ハイブリッド材料、から選ぶ事ができる。中でもフッ化物ガラス、フッ化物結晶、フッ素酸化物ガラス、フッ素酸化物結晶は発光媒質の作製が容易で実用的な耐久性を備えていることから、最も好ましい。

半導体発光素子と発光媒質に添加される活性イオンの組合せを適宜選択することにより、複数の
さらに、本発明に用いられるフッ化物ガラスには様々な種類があるが、ＺｒＦ_４（ＨｆＦ_４）−ＢａＦ_２−ＬｎＦ_３（Ｌｎ：Ｓｃ、Ｙおよび希土類元素から選択される）−ＡｌＦ_３−ＮａＦ組成系［Ｚｒ−Ｆ系］、ＡｌＦ_３−ＬｎＦ_３（Ｌｎ：Ｓｃ，Ｙおよび希土類元素から選択される）−ＭｇＦ_２（ＺｎＦ_２）−ＣａＦ_２−ＳｒＦ_２−ＢａＦ_２［Ａｌ−Ｆ系］、ＡｌＦ_３−ＺｒＦ_４（ＨｆＦ_４）−ＬｎＦ_３（Ｌｎ：Ｓｃ，Ｙおよび希土類元素から選択される）−ＭｇＦ_２（ＺｎＦ_２）−ＣａＦ_２−ＳｒＦ_２−ＢａＦ_２［Ａｌ−Ｚｒ−Ｆ系］、ＩｎＦ_３（ＧａＦ_３）−ＬｎＦ_３（Ｌｎ：Ｓｃ，Ｙおよび希土類元素から選択される）−ＭｇＦ_２（ＺｎＦ_２）−ＣａＦ_２−ＳｒＦ_２−ＢａＦ_２［Ｉｎ−Ｆ系］などがガラス安定性の面から好適である。

またフッ素酸化物ガラスには様々な種類があるが、フォノンエネルギーの観点から酸素／フッ素原子比が１以下の材料が、紫外吸収の点で低損失なので、好適である。

またフッ化物結晶には様々な種類があるが、Ｌｉ（Ｙ，Ｌｕ）Ｆ_４、Ｌｉ（Ｃａ，Ｓｒ）（Ａｌ，Ｇａ）Ｆ_６、（Ｂａ，Ｓｒ）（Ｙ，Ｌｕ）_２Ｆ_８、Ｂａ（Ｍｇ，Ｚｎ）Ｆ_４、（Ｃａ，Ｓｒ）（Ａｌ，Ｇａ）Ｆ_５、Ｎａ_２（Ｍｇ，Ｚｎ）ＡｌＦ_７などが好適である。

また、上記のガラスまたは結晶に活性中心となる材料を添加して微粒子化し、酸化物ガラス、有機材料、有機無機ハイブリッド材料に分散させた、活性中心添加材料分散酸化物ガラスまたは活性中心添加材料分散有機無機ハイブリッド材料は、マトリックス材料の光学的、機械的、化学的、熱的性質を比較的自由に設計可能であり、価格の面でも安価に供給できる可能性がある。特に、有機材料中または有機無機ハイブリッド材料中に分散させた、活性中心添加材料分散有機無機ハイブリッド材料は、成形形状の自由度も高く、価格面でも有利である。分散させる材料の粒子径は、発生する蛍光の波長帯の中で実際に使用する最短波長の４分の１以下が好ましい。

本発明を構成する共振器の損失を低減することを目的として、反射要素、半導体発光素子、発光媒質、その他の光学部品には、必要に応じて低反射膜の成膜を施すことが好ましい。

また、出力される発振波長と励起光波長が近い波長帯である場合、光学結合効率を高めることを目的として、半導体発光素子の発光媒質側端面に直接フレネルレンズや回折光学素子を形成することが好ましい。この場合、半導体発光素子の発光媒質側端面付近は、電流注入が無いいわゆるウィンドウ領域であることが特に好ましい。

本発明で用いるレンズ類は、励起光波長と出力される発振波長で焦点距離が一致する色消しレンズや、両波長で動作する非球面レンズを用いることが好ましい。

特に上記の第４、６、８、１０の実施形態で例示したレンズ形状の入力端は、励起光波長とレーザ光波長でファイバの分散値が異なるために、そのままでは双方の波長で焦点距離がずれる場合があるので、ファイバの材料分散特性と異なる分散値を持つ分散補償材料として、ＮａＡｌＦ_４、ＣａＦ_２、ＳｒＦ_２やＢａＦ_２などのフッ化物を適切な厚さに成膜して分散値を調整することが特に好ましい。この方法による分散補償膜で分散補償した場合、広帯域無反射コーティングは、分散補償膜の上下（分散補償膜と空気の界面および、分散補償膜とレンズ形状の端面の界面）両方に成膜することが特に好ましい。

本発明で用いる反射要素には、ガラスまたは透明結晶化ガラス基板に、誘電体多層膜や金属膜を蒸着成膜またはスパッタリング成膜したミラーを用いることができる。また、光が透過しないミラーに対しては、金属鏡や、金属またはセラミックスからなる基板として誘電体多層膜または金属膜を蒸着成膜またはスパッタリング成膜したミラーを用いることができる。

さらに、上記の第１〜１０の実施の形態では、共有されない光共振器Ｂの反射要素からレーザ光が出力しているが、光共振器Ａと光共振器Ｂに共有される反射要素の、出力する発振波長に対する反射率を調整することで、共有される反射要素からもレーザ光を外部に出力することができる。また、発光媒質が複数の波長帯域の蛍光を発光する場合、光共振器Ｂに共有される反射要素の波長依存性を調整することで、共有されない光共振器Ｂの反射要素と共有される反射要素から異なる波長のレーザ光を出力可能となる。

また、発光媒質の発光波長帯域が広帯域である場合、共振器内にレーザ発振波長選択素子としてプリズムや回折格子などの分散素子を挿入するか、連続波長可変な波長板を挿入するか、波長可変なエタロンを挿入するなどの方法によって、波長可変レーザとすることができる。

さらに、発光媒質の発光波長帯域が広帯域である場合、可飽和吸収素子と分散補償光学系を共振器内に挿入することによって、パルス幅が１００ｎｓ以下の短パルスレーザ発振が可能である。例えば、Ｐｒ^３＋を添加したＺＢＬＡＮファイバを発光媒質としてＧａＮ系半導体レーザで励起する場合、例えば共振器に上記の第１または第２の実施形態を用い、さらに、可飽和吸収素子と分散補償光学系を発光媒質と出力ミラーの間に挿入して固体レーザ共振器を構成とすることで、小型で高効率な可視光帯域短パルスレーザが実現できる。可飽和吸収体としては、色素添加フィルム、カーボンナノチューブ、グラフェン、ＺｎＯ薄膜、Ｉｎ_２Ｏ_３−ＳｎＯ_２薄膜（ＩＴＯ薄膜）、ＴｉＮ薄膜など適切な吸収飽和特性を可視広帯域で示す材料を使用することができる。これらの材料はフェルールなどの部材を援用してファイバ端面に成膜し、ファイバ型のデバイスとして使用することができる。

以下に、本発明を用いた具体的な実施例を開示する。

本実施例は、図１に示す第１の実施の形態の例である。図１では、半導体発光素子４への電源や制御装置の表示を省略している。

本実施例で用いた半導体発光素子４はＩｎＧａＮの多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層を発光層とする発光中心波長４４２ｎｍのメサ構造のチップであり、ＧａＮ基板面はＡｌＮヒートシンクに接合されている。活性層の厚みは０．８μｍであり、発光幅は７μｍ、素子長は１ｍｍ、素子両端にそれぞれ長さ０．０５ｍｍの電流非注入のウィンドウ領域を備えている。

この半導体発光素子４からの前方（図１では反射要素７へ向かう方向）放射は、発光中心波長４４２ｎｍで反射率１５％かつ、波長５２０ｎｍで反射率０．５％の高透過となるダイクロイック光学膜を成膜した反射要素７で反射され、半導体発光素子４の活性層内で増幅されて後方（図１では反射要素６へ向かう方向）に放射される。後方に放射された波長４４２ｎｍの光は、反射要素６で反射して折り曲げられ、反射要素９を透過して反射要素８に到達する。反射要素６、反射要素８は各々波長４４２ｎｍで９９％および９９．５％の反射率を持つ高反射率のミラーである。反射要素９は、反射要素６で反射して折り曲げられた半導体発光素子４からの放射光の入射面に、波長４４２ｎｍで反射率０．５％かつレーザ波長５２０ｎｍで９９．５％の高反射率となるダイクロイック光学膜が成膜され、入射面と反対側の面に、波長４４２ｎｍで反射率が０．３％の反射防止膜が成膜されており、波長４４２ｎｍにおいて透明なミラーである。さらに、反射要素６は、波長５２０ｎｍでも９９．５％の反射率を持つ高反射率の広帯域高反射ミラーである。反射要素７−半導体発光素子４−反射要素６−反射要素８で構成される半導体レーザ共振器１は、半導体レーザ共振器であり、反射要素７から発光媒質５側に波長４４２ｎｍの励起光を放射する。

なお、半導体発光素子４の反射要素６側と７側の両端面には、波長４００ｎｍから７００ｎｍの範囲で反射率が０．３〜１％となる反射防止膜が成膜されている。本実施例では反射要素７は平面鏡であり、ミラーの厚みは０．５ｍｍ、半導体発光素子４と反射要素７の間隔は約０．１ｍｍであった。反射要素６は焦点距離４ｍｍの放物面反射鏡で、反射要素７と反射要素９の表面で焦点を結ぶように調整し、反射要素７と反射要素６の距離は約６ｍｍ、反射要素９と反射要素６の距離は約１２ｍｍであった。反射要素９は厚み１ｍｍの平面石英硝子基板を用いており、反射要素８は焦点距離４．５ｍｍの球面鏡である。反射要素９表面と反射要素８の距離は約９．５ｍｍであった。

発光媒質５には、Ｐｒ^３＋を１原子質量％添加した長さ４ｍｍ直径２ｍｍのＬｉＹＦ_４ロッドを用意し、両端面に波長４００ｎｍから７００ｎｍの範囲で反射率が０．３〜０．５％となる反射防止膜が成膜されている。図１では省略されているが、反射要素７と発光媒質５の間には、波長４４０ｎｍと５２０ｎｍで焦点距離がほぼ一致するように、ＮＡ＝０．６、焦点距離２ｍｍ、設計波長５００ｎｍの集光用色消しレンズＡ_１が反射要素７の表面から約２．５ｍｍのところに挿入されていて、励起光を発光媒質５に集光照射するだけでなく、波長５２０ｎｍのレーザ光が半導体発光素子４内の励起光とほぼ同じ光路を通るように調整されている。集光された励起光は発光媒質５で約９０％吸収される。反射要素１０と反射要素７の距離は約１２．５ｍｍであった。

発光媒質５から反射要素１０側に放射される波長５２０ｎｍの蛍光は、焦点距離４ｍｍ、波長５２０ｎｍの反射率が９８％の部分反射放物面鏡である反射要素１０で折り返され、反射要素９、反射要素６で反射されて半導体発光素子４内を透過し、反射要素７、集光用色消しレンズＡ_１を経て発光媒質５に帰還する。この経路の反対向きの経路は、発光媒質５から反射要素７側に放射される蛍光に対して同様に機能して発光媒質５への帰還光学回路を形成する。これら発光媒質５の蛍光の反射要素１０側および反射要素７側への放射に対する帰還光学系はリングレーザ共振器２を構成している。中心波長５２０ｎｍのレーザ光が、部分反射鏡である反射要素１０を透過して出力３される。レーザ光の出力３は、図１では１本で表現されているが、右回りと左回りのレーザ光２本が同時に出力される。

この構成では、共有ミラーである反射要素６の角度に注意する必要があるものの、半導体レーザ共振器１の出力が最大となるように反射要素６、反射要素８、反射要素７を調整した。このとき、半導体レーザ共振器１から放射される励起光パワーは最大で１６０ｍＷであった。半導体レーザ共振器１を調整後、集光用色消しレンズＡ_１の位置を調整して発光媒質５に励起光を集光照射し、集光用色消しレンズＡ_１、発光媒質５、反射要素１０を調整してリングレーザ共振器２を最適化することで、容易にレーザ発振が得られた。この時、レーザ発振開始までにリングレーザ共振器２の調整に要した時間は５分であった。また、この時のリングレーザ出力は合計１０ｍＷであった。
［比較例１］
本例を、図１１を用いて説明する。図１１では、半導体発光素子１１０４を励起光源として用い、この励起光を吸収して励起光と異なる波長の光を放射する発光媒質１１０５を備え、励起光を発生する半導体光素子１１０４の光を増強するための共振器として、反射要素１１２１、反射要素１１２０からなる半導体レーザ共振器１１０１と、発光媒質１１０５からの発光を増強するための共振器として、反射要素１１２３、反射要素１１２４、反射要素１１０７からなる固体レーザ共振器１１０２とを備え、さらには、半導体レーザ共振器１１０１から放射される励起光を発光媒質１１０５に集光するための集光レンズ１１２２を備えている。本比較例で用いた半導体発光素子１１０４、発光材料１１０５は実施例１と同じものである。また、半導体発光素子１１０４への電源や制御装置の表示を省略している。

半導体発光素子１１０４から反射要素１１２０側への放射は、発光中心波長４４２ｎｍで反射率１５％の光学反射膜が成膜されている厚さ０．５ｍｍの平面反射鏡である反射要素１１２０で反射され、半導体発光素子１１０４の活性層内で増幅されて反射要素１１２１側に放射される。反射要素１１２１側への放射は、波長４４２ｎｍにおいて焦点距離４ｍｍの高反射率球面鏡である反射要素１１２１で折り返され、半導体レーザ共振器１１０１を構成する。反射要素１１２１と反射要素１１２０の距離は約９ｍｍ、半導体発光素子１１０４と反射要素１１２０の距離は約０．１ｍｍであった。この半導体レーザ共振器１１０１内で増幅される光の一部が、発光媒質１１０５の励起光として反射要素１１２０から放射される。

放射された励起光は、集光レンズ１１２２により、励起光波長で反射率０．５％、レーザ光波長５２０ｎｍで反射率９９．５％、焦点距離６．４ｍｍの放物面鏡である反射要素１１２３を通して発光媒質１１０５に集光照射される。集光レンズ１１２２の焦点距離は１．８ｍｍ、反射要素１１２０からの距離は約２ｍｍ、集光レンズ１１２２と反射要素１１２３の距離は約１ｍｍであった。

発光媒質１１０５から反射要素１１０７側に放射された波長５２０ｎｍの蛍光は、焦点距離４ｍｍ、波長５２０ｎｍで反射率９０％の部分反射放物面鏡である反射要素１１０７で折り返され、波長５２０ｎｍで反射率９９．５％の反射要素１１２４および反射要素１１２３で反射されて発光媒質１１０５に帰還する。

この経路の反対向きの経路は、発光媒質１１０５から反射要素１１２３側に放射される蛍光に対して同様に機能して発光媒質１１０５への帰還光学回路を形成する。これら発光媒質１１０５の蛍光の反射要素１１０７側および反射要素１１２３側への放射に対する帰還光学系はリングレーザ共振器（固体レーザ共振器１１０２）を構成している。

中心波長５２０ｎｍのレーザ光が、部分反射鏡である反射要素１１０７を透過して出力１１０３される。レーザ光の出力１１０３は、図１１では１本で表現されているが、右回りと左回りのレーザ光２本が同時に出力される。反射要素１１２３と反射要素１１０７の距離は約２０ｍｍ、反射要素１１２３と反射要素１１２４および反射要素１１０７と反射要素１１２４の距離は約１２ｍｍであった。

このような一般的なリングレーザ構成では、半導体レーザ共振器１１０１とリングレーザ共振器（固体レーザ共振器１１０２）の間に関連性がないことから、半導体レーザ共振器１１０１と固体レーザ共振器１１０２の相対距離、相対角度の設定に加え、固体レーザ共振器１１０２の全ての光学要素を試行錯誤的に調整しなければ最適な配置が得られず、大変面倒である。

この実験配置では、半導体レーザ共振器１１０１からの最大放射パワーは１８０ｍＷであった。半導体レーザ共振器１１０１を最適化後、固体レーザ共振器１１０２を調整してからレーザ発振開始に至るまでに要した時間は４５分であった。また、この時のリングレーザ出力は合計４ｍＷであった。

本実施例は、図２に示す第２の実施の形態の例である。図２では、半導体発光素子２０４への電源や制御装置の表示を省略している。

本実施例で用いた半導体発光素子２０４はＩｎＧａＮの多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層を発光層とする発光中心波長４４０ｎｍのメサ構造のチップであり、ＧａＮ基板面はＡｌＮヒートシンクに接合されている。活性層の厚みは０．８μｍであり、発光幅は７μｍ、素子長は１ｍｍ、素子両端にそれぞれ長さ０．０５ｍｍの電流非注入のウィンドウ領域を備えている。

この半導体発光素子２０４からの前方（図２では反射要素２０７へ向かう方向）放射は、波長４４０ｎｍで反射率１５％かつ、波長５２０ｎｍで反射率０．３％の高透過となるダイクロイック光学膜を成膜した反射要素２０７で反射され、半導体発光素子２０４の活性層内で増幅されて後方（図２では反射要素２０６へ向かう方向）に放射される。後方に放射された波長４４０ｎｍの光は、広帯域高反射鏡である反射要素２０６で反射して折り返され、半導体発光素子２０４内で再び増幅される。反射要素２０７−半導体発光素子２０４−反射要素２０６で構成される光共振器は、半導体レーザ共振器２０１であり、反射要素２０７から発光媒質２０５側に波長４４０ｎｍの励起光を放射する。

なお、半導体発光素子２０４の反射要素２０６側と反射要素２０７側の両端面には、波長４００ｎｍから７００ｎｍの範囲で反射率が０．５〜１％となる反射防止膜が成膜されている。本実施例では反射要素２０７は厚さ０．５ｍｍの平面鏡であり、半導体発光素子２０４と反射要素２０７の間隔は約０．１ｍｍであった。焦点距離３．５ｍｍ球面反射鏡である反射要素２０６は、半導体発光材料２０４の端面近傍で焦点を結ぶように調整された。反射要素２０７と反射要素２０６の距離は約８ｍｍであった。

発光媒質２０５には、Ｐｒ^３＋を１原子質量％添加した長さ４ｍｍ直径２ｍｍのＬｉＹＦ_４ロッドを用意し、両端面に波長４００ｎｍから７００ｎｍの範囲で反射率が０．５〜１％となる反射防止膜が成膜されている。図２では省略されているが、反射要素２０７と発光媒質２０５の間には、波長４４０ｎｍと５２０ｎｍで焦点距離がほぼ一致するように、ＮＡ＝０．６、焦点距離２．８ｍｍ、設計波長５００ｎｍの集光用色消しレンズＡ_２が反射要素２０７の表面から約４ｍｍのところに挿入されていて、波長４４０ｎｍの励起光を発光媒質２０５に集光照射するだけでなく、波長５２０ｎｍのレーザ光が半導体発光素子２０４内の励起光とほぼ同じ光路を通るように調整されている。集光された励起光は発光媒質２０５で約９０％吸収される。

発光媒質２０５から反射要素２１０に放射された波長５２０ｎｍの蛍光は、波長５２０ｎｍの反射率が９５％の部分反射平面鏡である反射要素２１０で折り返され、発光媒質２０５内で増幅される。反射要素２１０と発光媒質２０５の距離は約０．１ｍｍ、集光用色消しレンズＡ_２と反射要素２０７の距離は約９．５ｍｍであった。反射要素２０６−反射要素２０７−集光レンズＡ_２―発光媒質２０５―反射要素２１０はファブリペロー型の固体レーザ共振器２０２を構成している。中心波長５２０ｎｍのレーザ光が、部分反射鏡である反射要素２１０を透過して出力２０３される。

この構成では、まず半導体レーザ共振器２０１の出力が最大となるように反射要素２０６および反射要素２０７を調整した。このとき、半導体レーザ共振器２０１から放射される励起光パワーは最大で２２０ｍＷであった。半導体レーザ共振器２０１を調整後、集光用色消しレンズＡ_２の位置を調整して発光媒質２０５に励起光を集光照射し、集光用色消しレンズＡ_２、発光媒質２０５、反射要素２１０を調整して固体レーザ共振器２０２を最適化することで、容易にレーザ発振が得られた。この時、レーザ発振開始までに固体レーザ共振器２０２の調整に要した時間はわずか３分であった。また、この時の固体レーザ出力は１７ｍＷであった。
［比較例２］
本例を、図１２を用いて説明する。図１２では、半導体発光素子１２０４への電源や制御装置の表示を省略している。

本比較例で用いた半導体発光素子１２０４、発光媒質１２０５は実施例２と同じものである。

半導体発光素子１２０４から反射要素１２２０側への放射は、波長４４０ｎｍで反射率１５％の光学反射膜を成膜した反射要素１２２０で反射され、半導体発光素子１２０４の活性層内で増幅されて反射要素１２２１側へ放射される。反射要素１２２１側に放射された波長４４０ｎｍの光は、反射要素１２２１で折り返され、半導体レーザ共振器１２０１を構成する。この半導体レーザ共振器１２０１は、反射要素１２２０から波長４４０ｎｍの励起光を放射する。

本比較例では、反射要素１２２０は厚さ０．５ｍｍの平面鏡であり、半導体発光素子１２０４と反射要素１２２０の間隔は約０．１ｍｍであった。焦点距離３．５ｍｍ球面反射鏡である反射要素１２２１は、半導体発光材料１２０４の端面近傍で焦点を結ぶように調整された。反射要素１２２１と反射要素１２２０の距離は約８ｍｍである。

放射される励起光は、集光レンズ１２２２により、波長４４０ｎｍで反射率が０．５％かつ波長５２０ｎｍで反射率が９９％である焦点距離５ｍｍの球面反射鏡の反射要素１２２３を通して発光媒質１２０５に集光照射される。

焦点距離は１．８ｍｍである集光レンズ１２２２と、反射要素１２２０の距離は約２．２ｍｍであった。集光レンズ１２２２と反射要素１２２３の距離は約１ｍｍ、反射要素１２２３と反射要素１２０７の距離は約１１ｍｍであった。

発光媒質１２０５から反射要素１２０７側に放射された波長５２０ｎｍの蛍光は、波長５２０ｎｍの反射率が９０％の部分反射平面鏡である反射要素１２０７で折り返され、波長５２０ｎｍを９９％反射する反射要素１２２３で反射されて発光媒質１２０５に帰還する。反射要素１２２３−発光媒質１２０５−反射要素１２０７はファブリペロー型の固体レーザ共振器１２０２を構成している。中心波長５２０ｎｍのレーザ光が、部分反射鏡である反射要素１２０７を透過して出力１２０３される。

このような一般的なファブリペロー型のレーザ構成では、半導体レーザ共振器１２０１と固体レーザ共振器１２０２の間に関連性がないことから、半導体レーザ共振器１２０１と固体レーザ共振器１２０２の相対距離、相対角度の設定に加え、固体レーザ共振器１２０２の全ての光学要素を試行錯誤的に調整しなければ最適な配置が得られず、大変面倒である。

この実験配置では、半導体レーザ共振器１２０１からの最大放射パワーは２２０ｍＷであった。半導体レーザ共振器１２０１を最適化後、固体レーザ共振器１２０２を調整してからレーザ発振開始に至るまでに要した時間は１５分であった。また、この時の固体レーザ出力は１２ｍＷであった。

本実施例は、図３に示す第３の実施の形態の例である。図３では、半導体発光素子３０４への電源や制御装置の表示を省略している。

本実施例で用いた半導体発光素子３０４はＩｎＧａＮの多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層を発光層とする発光中心波長４４５ｎｍのメサ構造のチップであり、ＧａＮ基板面はＡｌＮヒートシンクに接合されている。活性層の厚みは０．８μｍであり、発光幅は７μｍ、素子長は１ｍｍ、素子両端にそれぞれ長さ０．０５ｍｍの電流非注入のウィンドウ領域を備えている。

この半導体発光素子３０４から反射要素３１３への放射は、波長４４５ｎｍで反射率１５％かつ、波長５２１ｎｍで反射率０．５％の高透過となるダイクロイック光学膜を成膜した凸メニスカスレンズ形状の反射要素３１３の凹面で反射され、半導体発光素子３０４の活性層内で増幅されて反射要素３０６へ放射される。反射要素３０６へ放射された波長４４５ｎｍの光は、広帯域高反射ミラーである反射要素３０６で反射して折り返され、半導体発光素子３０４内で再び増幅される。反射要素３１３−半導体発光素子３０４−反射要素３０６で構成される光共振器は、半導体レーザ共振器３０１であり、反射要素３１３から発光媒質３０５側に波長４４５ｎｍの励起光を放射する。

なお、半導体発光素子３０４の反射要素３０６側と反射要素３１３側の両端面には、波長４００ｎｍから７００ｎｍの範囲で反射率が０．５〜１％となる反射防止膜が成膜されている。本実施例では反射要素３１３の凹面は焦点距離２．５ｍｍの球面鏡であり、半導体発光素子３０４と反射要素３１３の間隔は約５ｍｍであった。焦点距離２．５ｍｍ球面反射鏡である反射要素３０６は、半導体発光材料３０４の端面近傍で焦点を結ぶように調整された。反射要素３１３と反射要素３０６の距離は約１１ｍｍである。

反射要素３１３は凸メニスカスレンズ形状であって、凸面側は波長５２１ｎｍおよび波長４４５ｎｍで共に反射率が約０．５％となる反射防止膜が成膜されている。半導体レーザ共振器３０１から放射される励起光は、この反射要素３１３でファイバ形態の発光媒質３０５の励起側端面３１５に集光され、発光媒質３０５のコアに結合される。逆に、発光媒質３０５の励起側端面３１５から放射される波長５２１ｎｍのレーザ光は、反射要素３１３によって半導体発光素子３０４の活性層に該略結合される。発光媒質３０５の励起側端面３１５はレーザ光波長である波長５２１ｎｍおよび励起光波長である波長４４５ｎｍでは反射率０．３〜０．５％となる反射防止膜が成膜されている。

発光媒質３０５には、コアにＰｒ^３＋を３，０００質量ｐｐｍ添加した長さ１０ｃｍ、コア直径４μm、開口数０．２２のフッ化物ファイバを用いた。このファイバのコア組成はｍｏｌ％で５３ＺｒＦ_４−２２ＢａＦ_２−４．５ＬｎＦ_３−３．５ＡｌＦ_３−１７ＮａＦ（ＬｎＦ_３＝ＬａＦ_３＋ＹＦ_３＋ＰｒＦ_３）である。集光された励起光は発光媒質３０５で約９０％吸収される。

発光媒質３０５から励起側端面３１５と反対側の端面から放射される波長５２１ｎｍの蛍光は、もう一方のファイバ端に成膜された、波長５２１ｎｍで８５％の反射率を持つ反射要素３１４で折り返され、発光媒質内で増幅される。反射要素３０６−反射要素３１３−発光媒質３０５―反射要素３１４はファブリペロー型の固体レーザ共振器３０２を構成している。中心波長５２１ｎｍのレーザ光が、部分反射鏡である反射要素３１４から出力３０３される。

この構成では、まず半導体レーザ共振器３０１の出力が最大となるように反射要素３０６および反射要素３１３を調整した。このとき、半導体レーザ共振器３０１から放射される励起光パワーは最大で２００ｍＷであった。半導体レーザ共振器３０１を調整後、発光媒質３０５の励起側端面３１５の位置を調整して発光媒質３０５に励起光を集光照射するだけで、容易にレーザ発振が得られた。この時、レーザ発振開始までに固体レーザ共振器３０２の調整に要した時間はわずか２分最大出力は２９ｍＷであった。また、最大出力波長を中心波長とし、その出力の１／２となる波長幅でレーザ線幅を規定すると、４ｎｍであった。

本実施例は、図４に示す第４の実施の形態の例である。図４では、半導体発光素子４０４への電源や制御装置の表示を省略している。

本実施例で用いた半導体発光素子４０４はＩｎＧａＮの多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層を発光層とする発光中心波長４４２ｎｍのメサ構造のチップであり、ＧａＮ基板面はＡｌＮヒートシンクに接合されている。活性層の厚みは０．８μｍであり、発光幅は７μｍ、素子長は１ｍｍ、素子両端にそれぞれ長さ０．０５ｍｍの電流非注入のウィンドウ領域を備えている。

この半導体発光素子４０４からファイバ形態の発光媒質４０５の方への放射は、波長４４２ｎｍで反射率１５％かつ、波長５２０ｎｍで反射率０．５％の高透過となる、半導体発光素子に直接成膜されたダイクロイック光学膜である反射要素４１３で反射され、半導体発光素子４０４の活性層内で増幅されて反射要素４０６側に放射される。反射要素４０６側に放射された波長４４２ｎｍの光は、焦点距離２．５ｍｍの広帯域高反射球面ミラーである反射要素４０６で反射して折り返され、半導体発光素子４０４内で再び増幅される。反射要素４０６と半導体発光素子４０４の距離は約５ｍｍであった。反射要素４１３−半導体発光素子４０４−反射要素４０６で構成される光共振器は、半導体レーザ共振器４０１であり、反射要素４１３から発光媒質４０５側に波長４４２ｎｍの励起光を放射する。

なお、反射要素４０６側の半導体発光素子４０４の端面には、波長４００ｎｍから７００ｎｍの波長範囲で反射率が０．５〜１％となる反射防止膜が成膜されている。

発光媒質４０５は、曲率半径３μmのシリンドリカルレンズ形状のレンズドファイバ４１６を一端に備え、対向する一端には波長５２０ｎｍで５０％の反射率を持つ反射要素４１４を備えている。半導体レーザ共振器４０１から放射される励起光は、励起光放射領域に近接して設置されたレンズドファイバ４１６によって、縦方向の発散角を補正して発光媒質４０５に入射され、ファイバのコアに結合される。逆に、レンズドファイバ４１６から放射される波長５２０ｎｍのレーザ光は、半導体発光素子４０４の活性層に該略結合される。

レンズドファイバ４１６の表面は、波長４４２ｎｍと波長５２０ｎｍの色収差による焦点位置変動を抑制するために、ＣａＦ_２による分散補償膜が成膜され、さらにレーザ光波長である波長５２０ｎｍと励起光波長である波長４４２ｎｍで共に反射率が約０．５％となる反射防止膜が成膜されている。

発光媒質４０５には、コアにＰｒ^３＋を３，０００質量ｐｐｍ添加した長さ２０ｃｍ、コア直径４μm、開口数０．２２のフッ化物ファイバを用いた。このファイバのコア組成はｍｏｌ％で３０ＡｌＦ_３−１０ＺｒＦ_４−１１ＢａＦ_２−１３ＳｒＦ_２−２０ＣａＦ_２−３ＭｇＦ_２−４ＮａＦ−９ＬｎＦ_３（ＬｎＦ_３＝ＹＦ_３＋ＰｒＦ_３）である。集光された励起光は発光媒質４０５で約９５％吸収される。

発光媒質４０５から反射要素４１４の方に放射される波長５２０ｎｍの蛍光は、成膜された５０％の反射率を持つ反射要素４１４で折り返され、発光媒質４０５内で増幅される。反射要素４０６−反射要素４１３−レンズドファイバ４１６−発光媒質４０５―反射要素４１４はファブリペロー型の固体レーザ共振器４０２を構成している。中心波長５２０ｎｍのレーザ光が、部分反射鏡である反射要素４１４から出力４０３される。

この構成では、まず半導体レーザ共振器４０１の出力が最大となるように反射要素４０６を調整した。このとき、半導体レーザ共振器４０１から放射される励起光パワーは最大で２５０ｍＷであった。半導体レーザ共振器４０１を調整後、発光媒質４０５に励起光を集光照射しながらレーザ光の出力４０３を計測し、レンズドファイバ４１６の位置、角度、半導体発光素子との距離を調整すると、容易にレーザ発振が得られるだけでなく、容易にパワーの最適化が可能であった。この時、レーザ発振開始までに固体レーザ共振器４０２の調整に要した時間はわずか１分、パワー最適化は３分で達成し、最大出力３４ｍＷが得られた。また、最大出力波長を中心波長とし、その出力の１／２となる波長幅でレーザ線幅を規定すると、４ｎｍであった。

本実施例は、図５に示す第５の実施の形態の例のである。図５では、半導体発光素子５０４への電源や制御装置の表示を省略している。

本実施例で用いた半導体レーザ共振器５０１は、実施例３と同じものである。また、発光媒質５０５も実施例３と同等のパラメータを持つファイバを使用した。

半導体レーザ共振器５０１から放射される波長４４５ｎｍの励起光は、反射要素５１３でファイバ形態の発光媒質５０５の励起側端面５１５に集光され、発光媒質５０５のコアに結合される。逆に、該励起側端面５１５から放射される波長５２１ｎｍのレーザ光は、反射要素５１３によって半導体発光素子５０４の活性層に該略結合される。該励起側端面５１５はレーザ光波長である波長５２１ｎｍおよび励起光波長である波長４４５ｎｍで反射率が共に約０．５％となる反射防止膜が成膜されている。

発光媒質５０５は、該励起側端面５１５と反対側の短面に、波長５２１ｎｍで４０％の反射率である反射要素５１４を介して石英ファイバである出力ファイバ５１７が融着接続されている。発光媒質５０５から反射要素５１４方向に放射される波長５２１ｎｍの蛍光は、反射要素５１４で折り返され、発光媒質５０５内で増幅される。反射要素５０６−反射要素５１３−発光媒質５０５―反射要素５１４はファブリペロー型の固体レーザ共振器５０２を構成している。

反射要素５１４は、ＮＡ＝０．２、コア直径４μｍの石英ファイバからなる出力ファイバ５１７の端面に成膜された後、発光媒質５０５と融着接続されている。反射要素５１４から出力される波長５２１ｎｍのレーザ光は、出力ファイバ５１７を通り、反対側の端面から出力５０３される。

この構成では、まず半導体レーザ共振器５０１の出力が最大となるように反射要素５０６および反射要素５１３を調整した。このとき、半導体レーザ共振器５０１からの放射励起光パワーは最大で２００ｍＷであった。半導体レーザ共振器５０１を調整後、該励起側端面５１５の位置を調整して発光媒質５０５に励起光を集光照射するだけで、容易にレーザ発振が得られる。この時、レーザ発振開始までに固体レーザ共振器５０２の調整に要した時間はわずか２分、最大出力は２０ｍＷであった。

本実施例は、図６に示す第６の実施の形態の例である。図６では、半導体発光素子６０４への電源や制御装置の表示を省略している。

本実施例で用いた半導体発光素子６０４は、実施例４と同じものである。また、発光媒質６０５も実施例４と同等のパラメータを持つファイバを使用した。

この半導体発光素子６０４からの入力ファイバ６１８側への放射は、波長４４２ｎｍで反射率１５％かつ、波長５２０ｎｍで反射率０．３％の高透過となる、半導体発光素子に直接成膜されたダイクロイック光学膜である反射要素６１３で反射され、半導体発光素子６０４の活性層内で増幅されて反射要素６０６側の方に放射される。反射要素６０６側に放射された波長４４２ｎｍの光は、焦点距離２．５ｍｍの広帯域高反射球面ミラーである反射要素６０６で反射して折り返され、半導体発光素子６０４内で再び増幅される。反射要素６１３−半導体発光素子６０４−反射要素６０６で構成される半導体レーザ共振器６０１は、反射要素６１３から前方に波長４４２ｎｍの励起光を放射する。

なお、半導体発光素子６０４の反射要素６０６側の端面には、波長４００ｎｍから７００ｎｍの範囲で反射率が約０．５％となる反射防止膜が成膜されている。

発光媒質６０５は、曲率半径３μｍ（縦方向補正）と曲率半径７μｍ（横方向補正）の複合シリンドリカルレンズ形状のレンズドファイバ６１６を備えた石英ファイバである入力ファイバ６１８と、融着点６１９で融着接続されている。入力ファイバ６１８に用いた石英ファイバのパラメータは、ＮＡ＝０．２、コア直径４μｍである。

レンズドファイバ６１６の表面は、波長４４２ｎｍと波長５２０ｎｍの色収差による焦点位置変動を抑制するために、ＣａＦ_２とＢａＦ_２による分散補償膜が成膜され、さらにレーザ光波長である波長５２０ｎｍと励起光波長である波長４４２ｎｍで共に反射率が０．５〜１％の範囲内となる反射防止膜が成膜されている。

半導体レーザ共振器６０１から放射される励起光は、励起光放射領域に近接して設置されたレンズドファイバ６１６で発散角を補正して発光媒質６０５に入射され、ファイバのコアに結合される。逆に、レンズドファイバ６１６から放射される波長５２０ｎｍのレーザ光は、半導体発光素子６０４の活性層に該略結合される。

発光媒質６０５から入力ファイバ６１８側に放射される波長５２０ｎｍの蛍光は、出力６０３側のファイバ端に成膜された、波長５２０ｎｍで５０％の反射率を持つ反射要素６１４で折り返され、発光媒質６０５内で増幅される。反射要素６０６−反射要素６１３−レンズドファイバ６１６−発光媒質６０５―反射要素６１４はファブリペロー型の固体レーザ共振器６０２を構成している。中心波長５２０ｎｍのレーザ光が、部分反射鏡である反射要素６１４から出力６０３はされる。

この構成では、まず半導体レーザ共振器６０１の出力が最大となるように反射要素６０６を調整した。このとき、半導体レーザ共振器６０１から放射される励起光パワーは最大で２５０ｍＷであった。半導体レーザ共振器６０１を調整後、レーザ出力６０３のパワーを計測しながらレンズドファイバ６１６の位置、角度、半導体発光素子との距離を調整すると、容易にレーザ発振が得られるだけでなく、容易にパワーの最適化が可能であった。この時、レーザ発振開始までに固体レーザ共振器６０２の調整に要した時間はわずか１分、パワー最適化は３分で達成し、最大出力３０ｍＷが得られた。

本実施例は、図７に示す第７の実施の形態の例である。図７では、半導体発光素子７０４への電源や制御装置の表示を省略している。

本実施例で用いた半導体レーザ共振器７０１は、実施例３と同じものである。また、発光媒質７０５も実施例３と同等のパラメータを持つファイバを使用した。

発光媒質７０５は、励起側の端面７１５に波長５２１ｎｍおよび波長４４５ｎｍの両方で反射率が約０．５％である反射防止膜を備えた石英ファイバである入力ファイバ７１８の励起側と反対側の端面に融着点７１９で融着接続されており、融着点７１９と反対側の端面を波長５２１ｎｍで４０％の反射率である反射要素７１４を備えた石英ファイバである出力ファイバ７１７と反射要素７１４を介して融着接続されている。

入力ファイバ７１８と出力ファイバ７１７に用いた石英ファイバのパラメータは、ＮＡ＝０．２、コア直径４μｍである。

半導体レーザ共振器７０１から放射される波長４４５ｎｍの励起光は、反射要素７１３で入力ファイバ７１８の端面７１５に集光され、発光媒質７０５のコアに結合される。逆に、端面７１５から放射される波長５２１ｎｍのレーザ光は、反射要素７１３によって半導体発光素子７０４の活性層に該略結合される。

発光媒質７０５から出力ファイバ７１７側に放射される波長５２１ｎｍの蛍光は、波長５２１ｎｍで４０％の反射率を持つ反射要素７１４で折り返され、発光媒質内で増幅される。反射要素７０６−反射要素７１３−発光媒質７０５―反射要素７１４はファブリペロー型の固体レーザ共振器７０２を構成している。反射要素７１４から出力される波長５２１ｎｍのレーザ光は、出力ファイバ７１７を通り、反射要素７１４の反対側の端面から出力７０３される。

この構成では、まず半導体レーザ共振器７０１の出力が最大となるように反射要素７０６および反射要素７１３を調整した。このとき、半導体レーザ共振器７０１から放射される励起光パワーは最大で２００ｍＷであった。半導体レーザ共振器７０１を調整後、ファイバ励起側端面７１５の位置を調整して発光媒質７０５に励起光を集光照射するだけで、容易にレーザ発振が得られる。この時、レーザ発振開始までに固体レーザ共振器７０２の調整に要した時間はわずか２分、最大出力は２２ｍＷであった。

本実施例は、図８に示す第８の実施の形態の例である。図８では、半導体発光素子８０４への電源や制御装置の表示を省略してある。

本実施例で用いた半導体発光素子８０４は、実施例４と同じものである。また、発光媒質８０５も実施例４と同等のパラメータを持つファイバを使用した。

この半導体発光素子８０４から入力ファイバ８１８側への放射は、波長４４２ｎｍで反射率１５％かつ、波長５２０ｎｍで反射率０．３％の高透過となる、半導体発光素子に直接成膜されたダイクロイック光学膜である反射要素８１３で反射され、半導体発光素子８０４の活性層内で増幅されて反射要素８０６側に放射される。反射要素８０６側に放射された波長４４２ｎｍの光は、焦点距離２．５ｍｍの広帯域高反射球面ミラーである反射要素８０６で反射して折り返され、半導体発光素子８０４内で再び増幅される。反射要素８１３−半導体発光素子８０４−反射要素８０６で構成される半導体レーザ共振器８０１は、反射要素８１３から入力ファイバ８１８側に波長４４２ｎｍの励起光を放射する。

なお、半導体発光素子８０４の反射要素８０６側の端面には、波長４００ｎｍから７００ｎｍの範囲で反射率が約０．５％となる反射防止膜が成膜されている。

発光媒質８０５は、曲率半径３μｍ（縦方向補正）と曲率半径７μｍ（横方向補正）の複合シリンドリカルレンズ形状のレンズドファイバ８１６を備えた石英ファイバである入力ファイバ８１８と融着点８１９で融着接続されており、出力ファイバ８１７側に反射要素８１４を備えた出力ファイバ８１７と反射要素８１４を介して融着接続されている。入力ファイバ８１８および出力ファイバ８１７に用いた石英ファイバのパラメータは、ＮＡ＝０．２、コア直径４μｍである。

レンズドファイバ８１６の表面は、波長５２０ｎｍと波長４４２ｎｍの色収差による焦点位置変動を抑制するために、ＣａＦ_２とＢａＦ_２による分散補償膜が成膜され、さらにレーザ光波長である波長５２０ｎｍと励起光波長である波長４４２ｎｍで共に反射率が約０．５％となる反射防止膜が成膜されている。

半導体レーザ共振器８０１から放射される励起光は、励起光放射領域に近接して設置されたレンズドファイバ８１６で発散角を補正して発光媒質８０５に入射され、ファイバのコアに結合される。逆に、レンズドファイバ８１６から放射される波長５２０ｎｍのレーザ光は、半導体発光素子８０４の活性層に該略結合される。

発光媒質８０５から前方に放射された波長５２０ｎｍの蛍光は、波長５２０ｎｍで５０％の反射率を持つ反射要素８１４で折り返され、発光媒質内で増幅される。反射要素８０６−反射要素８１３−レンズドファイバ８１６−発光媒質８０５―反射要素８１４はファブリペロー型の固体レーザ共振器８０２を構成している。中心波長５２０ｎｍのレーザ光が、部分反射鏡である反射要素８１４を通して出力ファイバ８１７を伝搬し、ファイバ端から前方に出力８０３される。

この構成では、まず半導体レーザ共振器８０１の出力が最大となるように反射要素８０６を調整した。このとき、半導体レーザ共振器８０１からの放射される励起光パワーは最大で２５０ｍＷであった。半導体レーザ共振器８０１を調整後、レーザ出力８０３のパワーを計測しながらレンズドファイバ８１６の位置、角度、半導体発光素子との距離を調整すると、容易にレーザ発振が得られるだけでなく、容易にパワーの最適化が可能であった。この時、レーザ発振開始までに固体レーザ共振器８０２の調整に要した時間はわずか１分、パワー最適化は３分で達成し、最大出力３０ｍＷが得られた。

本実施例は、図９に示す第９の実施の形態の例である。図９では、半導体発光素子９０４への電源や制御装置の表示を省略してある。

本実施例で用いた半導体レーザ共振器９０１は、実施例３と同じものである。また、発光媒質９０５も実施例３と同等のパラメータを持つファイバを使用した。

発光媒質９０５は、端面９１５に波長５２１ｎｍおよび波長４４５ｎｍの両方で反射率が約０．５％である反射防止膜を備えた石英ファイバである入力ファイバ９１８の励起側と反対側の端面と融着点９２１で融着接続されており、融着点９２１と反対側の端面を波長５２１ｎｍで４０％の反射率であるファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）からなる反射要素９２０を備えた石英ファイバである出力ファイバ９１７と、融着点９１９で融着接続されている。

入力ファイバ９１８と出力ファイバ９１７に用いた石英ファイバのパラメータは、ＮＡ＝０．２、コア直径４μｍである。

半導体レーザ共振器９０１から放射される波長４４５ｎｍの励起光は、反射要素９１３で入力ファイバ９１８の端面９１５に集光され、発光媒質９０５のコアに結合される。逆に、ファイバ励起側端面９１５から放射される波長５２１ｎｍのレーザ光は、反射要素９１３によって半導体発光素子９０４の活性層に該略結合される。

発光媒質９０５から前方に放射された波長５２１ｎｍの蛍光は、波長５２１ｎｍで４０％の反射率を持つファイバ回折格子である反射要素９２０で折り返され、発光媒質９０５内で増幅される。反射要素９０６−反射要素９１３−発光媒質９０５―反射要素９２０はファブリペロー型の固体レーザ共振器９０２を構成している。中心波長５２１ｎｍのレーザ光は、出力ファイバ９１７を通り、反対側の端面から出力９０３される。なお、ファイバ回折格子である反射要素９２０の帯域幅は、反射率の最大値を中心波長とし、最大反射率の１／２となる波長幅で規定すると、０．０８ｎｍであった。

この構成では、まず半導体レーザ共振器９０１の出力が最大となるように反射要素９０６および反射要素９１３を調整した。このとき、半導体レーザ共振器９０１からの放射される励起光パワーは最大で２００ｍＷであった。半導体レーザ共振器９０１を調整後、入力ファイバ９１８の端面９１５の位置を調整して発光媒質９０５に励起光を集光照射するだけで、容易にレーザ発振が得られる。この時、レーザ発振開始までに固体レーザ共振器９０２の調整に要した時間はわずか２分、最大出力は２４ｍＷであった。また、固体レーザ出力の線幅は、最大出力波長を中心波長とし、その出力の１／２となる波長幅で規定すると、ファイバ回折格子の帯域幅に極めて近い０．１ｎｍであった。

本実施例は、図１０に示す第１０の実施の形態の例である。図１０では、半導体発光素子１００４への電源や制御装置の表示を省略してある。

本実施例で用いた半導体発光素子１００４は、実施例４と同じものである。また、発光媒質１００５も実施例４と同等のパラメータを持つファイバを使用した。

この半導体発光素子１００４から入力ファイバ１０１８側への放射は、波長４４２ｎｍで反射率１５％かつ、波長５２０ｎｍで反射率０．３％の高透過となる、半導体発光素子１００４に直接成膜されたダイクロイック光学膜である反射要素１０１３で反射され、半導体発光素子１００４の活性層内で増幅され反射要素１００６側に放射される。反射要素１００６側に放射された波長４４２ｎｍの光は、焦点距離２．５ｍｍの広帯域高反射球面ミラーである反射要素１００６で反射して折り返され、半導体発光素子１００４内で再び増幅される。反射要素１０１３−半導体発光素子１００４−反射要素１００６で構成される半導体レーザ共振器１００１は、反射要素１０１３から入力ファイバ１０１８側に波長４４２ｎｍの励起光を放射する。

なお、半導体発光素子１００４の反射要素１００６側の端面には、波長４００ｎｍから７００ｎｍの範囲で反射率が約０．５％となる反射防止膜が成膜されている。

発光媒質１００５は、曲率半径３μｍ（縦方向補正）と曲率半径７μｍ（横方向補正）の複合シリンドリカルレンズ形状のレンズドファイバ１０１６を備えた石英ファイバである入力ファイバ１０１８と融着点１０２１で融着接続されており、ＦＢＧからなる反射要素１０２０を備えた出力ファイバ１０１７と融着点１０１９で融着接続されている。入力ファイバ１０１８および出力ファイバ１０１７に用いた石英ファイバのパラメータは、ＮＡ＝０．２、コア直径４μｍである。

レンズドファイバ１０１６の表面は、波長４４２ｎｍと波長５２０ｎｍの色収差による焦点位置変動を抑制するために、ＣａＦ_２とＢａＦ_２による分散補償膜が成膜され、さらにレーザ光波長である波長５２０ｎｍと励起光波長である波長４４２ｎｍで共に反射率が約１％となる反射防止膜が成膜されている。

半導体レーザ共振器１００１から放射される励起光は、励起光放射領域に近接して設置されたレンズドファイバ１０１６で発散角を補正して発光媒質１００５に入射され、ファイバのコアに結合される。逆に、レンズドファイバ１０１６から放射される波長５２０ｎｍのレーザ光は、半導体発光素子１００４の活性層に該略結合される。

発光媒質１００５から前方に放射された波長５２０ｎｍの蛍光は、波長５２０ｎｍで５０％の反射率を持つファイバ回折格子である反射要素１０２０で折り返され、発光媒質１００５内で増幅される。反射要素１００６−反射要素１０１３−レンズドファイバ１０１６−発光媒質１００５―反射要素１０２０はファブリペロー型の固体レーザ共振器１００２を構成している。中心波長５２０ｎｍのレーザ光は、部分反射鏡である反射要素１０２０を通して出力ファイバ１０１７を伝搬し、ファイバ端から出力１００３される。なお、ファイバ回折格子である反射要素１０２０の帯域幅は、反射率の最大値を中心波長とし、最大反射率の１／２となる波長幅で規定すると、０．０８ｎｍであった。

この構成では、まず半導体レーザ共振器１００１の出力が最大となるように反射要素１００６を調整した。このとき、半導体レーザ共振器１００１から放射される励起光パワーは最大で２５０ｍＷであった。半導体レーザ共振器１００１を調整後、レーザ出力１００３のパワーを計測しながらレンズドファイバ１０１６の位置、角度、半導体発光素子との距離を調整すると、容易にレーザ発振が得られるだけでなく、容易にパワーの最適化が可能であった。この時、レーザ発振開始までに固体レーザ共振器１００２の調整に要した時間はわずか１分、パワー最適化は３分で達成し、最大出力３２ｍＷが得られた。また、固体レーザ出力の線幅は、最大出力波長を中心波長とし、その出力の１／２となる波長幅で規定すると、ファイバ回折格子の帯域幅に極めて近い０．１ｎｍであった。

本発明は、医療、バイオ、ヘルスケア、生物分野で使用される観察用や分析用光源、工業用検査光源、テレビ、ディスプレイやプロジェクタ用光源、光ジャイロ用光源、微細加工用光源などとして利用できる。

１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１、７０１、８０１、９０１、１００１：半導体レーザ共振器（光共振器Ａ）
２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２、７０２、８０２、９０２、１００２：固体レーザ共振器（光共振器Ｂ）
３、２０３、３０３、４０３、５０３、６０３、７０３、８０３、９０３、１００３、１１０３、１２０３：出力
４、２０４、３０４、４０４、５０４、６０４、７０４、８０４、９０４、１００４、１１０４、１２０４：半導体発光素子
５、２０５、３０５、４０５、５０５、６０５、７０５、８０５、９０５、１００５、１１０５、１２０５：発光媒質
６、２０６、３０６、４０６、５０６、６０６、７０６、８０６、９０６、１００６：反射要素（光共振器ＡとＢに共有される反射要素１）
７、８：半導体レーザ共振器１のその他の反射要素
９、１０：固体レーザ共振器２のその他の反射要素
２０７：半導体レーザ共振器２０１のその他の反射要素
２１０：固体レーザ共振器２０２のその他の反射要素
３１３：半導体レーザ共振器３０１のその他の反射要素
３１４：固体レーザ共振器３０２のその他の反射要素
３１５：発光媒質３０５の励起側端面
４１３：半導体レーザ共振器４０１のその他の反射要素
４１４：固体レーザ共振器４０２のその他の反射要素
４１６：発光媒質４０５の励起側端面
５１３：半導体レーザ共振器５０１のその他の反射要素
５１４：固体レーザ共振器５０２のその他の反射要素
５１５：発光媒質５０５の励起側端面
５１７、７１７、８１７：出力ファイバ
６１３：半導体レーザ共振器６０１のその他の反射要素
６１４：固体レーザ共振器６０２のその他の反射要素
６１６：入力ファイバ６１８の端面
６１８、７１８、８１８：入力ファイバ
６１９、７１９、８１９、９１９、９２１、１０１９、１０２１：融着点
７１３：半導体レーザ共振器７０１のその他の反射要素
７１４：固体レーザ共振器７０２のその他の反射要素
７１５：入力ファイバ７１８の端面
８１３：半導体レーザ共振器８０１のその他の反射要素
８１４：固体レーザ共振器８０２のその他の反射要素
８１６：入力ファイバ８１８の端面
９１３：半導体レーザ共振器９０１のその他の反射要素
９２０：固体レーザ共振器９０２のその他の反射要素
９１５：入力ファイバ９１８の端面
９１７：出力ファイバ
９１８：入力ファイバ
１０１３：半導体レーザ共振器１００１のその他の反射要素
１０２０：固体レーザ共振器１００２のその他の反射要素
１０１６：入力ファイバ１０１８の端面
１０１７：出力ファイバ
１０１８：入力ファイバ
１１０１、１２０１：半導体レーザ共振器
１１０２、１２０２：固体レーザ共振器
１１２０、１１２１：半導体レーザ共振器１１０１の反射要素
１１０７、１１２３、１１２４：固体レーザ共振器１１０２の反射要素
１１２２、１２２２：集光レンズ
１２２０、１２２１：半導体レーザ共振器１２０１の反射要素
１２０７、１２２３：固体レーザ共振器１２０２の反射要素

Claims (2)

1. 励起光を放射する半導体発光素子を備えた半導体光源と、該励起光を吸収して発光する発光媒質を備え、該発光媒質の発光の少なくとも一部を出力光として出力するレーザ光源装置において、
   少なくとも、該励起光を共振させてその光強度を増強する光路Ａを構成する複数の反射要素からなる光共振器Ａと、
   該発光媒質の発光を共振させてその光強度を増強する光路Ｂを構成する複数の反射要素からなる光共振器Ｂとを、該光路Ａと該光路Ｂを一部共有させて備え、
   且つ、該半導体発光素子が該光共振器Ａ内の該光路共有部に、
   該発光媒質が該光共振器Ｂ内の光路Ｂに、それぞれ配置され、
   さらには、該光共振器Ａと該光共振器Ｂのそれぞれの反射要素のうち、互いに少なくとも一つの共有する反射要素１を備え且つ該反射要素１が該出力光と該励起光を共に反射することを特徴とするレーザ光源装置。
2. 該光共振器Ａと該光共振器Ｂが共に、
   それぞれ独立して、具備する反射要素のうち、該反射要素１でない少なくとも１つの反射要素が光出射端であり、さらには、所望の発振波長の光の反射率が該光出射端の反射率より高い反射率を有する該反射要素１を具備するファブリペロー型の光共振器であることを特徴とする、請求項１に記載のレーザ光源装置。
   

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