JPH07302950A

JPH07302950A - 導波路型固体レーザ

Info

Publication number: JPH07302950A
Application number: JP6113491A
Authority: JP
Inventors: Yujiro Kato; 雄二郎加藤; Makoto Shimokozono; 真下小園; Naoto Sugimoto; 直登杉本; Makoto Yamada; 誠山田; Yasutake Oishi; 泰丈大石; Makoto Shimizu; 誠清水; Shoichi Sudo; 昭一須藤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1994-04-28
Filing date: 1994-04-28
Publication date: 1995-11-14

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】０．８１μｍの半導体レーザで励起可能な、
１．０２〜１．０３μｍ波長領域の小型・安価で、他の
導波路型部品への結合が容易な、高出力の導波路型固体
レーザを提供する。【構成】導波路を形成するための基板としてＧＧＧ、
ＮＧＧ、ＳＧＧ、ＧＳＧＧあるいはＮＯＧの中から選ん
だ単結晶基板１を用い、下部および上部クラッド２，３
として、前記基板材料の中から選んだ単結晶膜を用い
る。ここで構成元素のＧａの一部をＡｌまたはＳｃで置
換し、かつＧｄ、ＮｄあるいはＳｍの一部をＬａに、ま
たはＮＧＧ以外の基板材料の場合に限り、Ｇｄあるいは
Ｓｍの一部をＮｄに置換し、光閉じ込め層４には前記基
板材料の単結晶膜の構成元素であるＧｄ、Ｎｄあるいは
Ｓｍの一部をＹｂまたはＬｕに置換する。またＮＧＧ以
外の基板材料の場合に限り、ＧｄあるいはＳｍの一部を
Ｎｄに置換する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、１μｍ近辺の特定の波
長の光を効率よく発振する導波路型固体レーザの構成に
関する。

【０００２】

【従来の技術】１．０２〜１．０３μｍ波長領域の光源
として、小型・安価でかつ容易に他の導波路型部品への
接続が可能であるような、実用に耐える高出力の素子へ
の期待が高まりつつある。１．０２〜１．０３μｍの波
長領域において、室温でのＣＷ発振が実現されているも
のは、色素レーザや第２高調波を利用するものを除け
ば、現在のところ、ＧａＡｓ基板上に歪み超格子等によ
り形成した半導体レーザ、Ｔｉ：Ａｌ₂Ｏ₃（チタンサフ
ァイア）レーザおよびＣｒ：ＳｒＡｌＦ₅レーザ、そし
てＹｂ：Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂（Ｙｂ：ＹＡＧ）レーザだけであ
る。

【０００３】色素レーザは、当然のことながら、装置全
体が大型であるため実験室レベルでしか用いることがで
きない。また、第２高調波を用いると、効率が極端に低
下するため、高出力を実現することが困難である。

【０００４】半導体レーザは、他の導波路型部品への接
続は比較的容易であり、かつ小型であるため開発が進め
られている。しかし、もともと安定に発振させるのが困
難な波長領域であるため、素子の歩留まりが低いことが
まず第一の問題である。このため、現在のところ極めて
高価である。また、長期の安定性にも課題が多く、かつ
発振を安定させるのに、反射戻り光を遮断するためのア
イソレータを必要とする。１μｍ近辺の光に対するアイ
ソレータは、通信波長（１．３μｍあるいは１．５５μ
ｍ）用のアイソレータに用いられている磁性ガーネット
材料では挿入損失が大きくなることから、ＨｇＣｄＭｎ
Ｔｅのような特殊な半導体材料を用いて作製されている
が、大型の結晶育成が困難であり、なおかつ組成制御が
困難でもあり非常に高価なものとなっている。

【０００５】Ｔｉ：Ａｌ₂Ｏ₃（チタンサファイア）レー
ザおよびＣｒ：ＳｒＡｌＦ₅レーザは、波長可変の固体
レーザであり、それぞれ０．７〜１．１μｍおよび０．
８２５〜１．０１μｍの発振が可能である。これら波長
可変固体レーザにおける問題点の一つは、これらを励起
するのに大型のガスレーザを用いる必要があることであ
る。Ｔｉ：Ａｌ₂Ｏ₃（チタンサファイア）レーザは、ア
ルゴンレーザにより励起する。Ｃｒ：ＳｒＡｌＦ₅レー
ザでは、クリプトンレーザを用いる。さらに、これらの
レーザからの出射光を他の導波路型部品に効率よく結合
するには、さまざまの工夫が必要であり、小型で安価と
いう要求を全く満たせない。

【０００６】Ｙｂ：Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂（Ｙｂ：ＹＡＧ）レー
ザは、最近１．０３μｍでの室温連続発振が確認された
有望なレーザであるが、発振させるには０．９４３ある
いは０．９６８μｍの外部励起光が必要である。このよ
うな外部励起光は、前述の波長可変固体レーザを用いる
か、特殊な半導体レーザを用いるかの２者択一である。
波長可変固体レーザには、前述の問題があり、小型・安
価の要求に耐えない。また、励起に半導体レーザを用い
るのであれば、最初から所望の波長域の半導体レーザを
用いるほうが利点が多く、問題にならない。さらに、現
在報告されているレーザは、バルク結晶であり、他の導
波路型部品との接続の観点から、望ましくは、導波路型
固体レーザにしたい。この点に関しても、（１）基板入
手の困難性、（２）結晶成長を一般的な液相成長で行な
うと、成長後、融剤を冷却する際に融剤が膨潤して白金
製の坩堝を破壊すること、（３）ＹＡＧは、極めて硬度
が高く、導波路加工が困難であること、（４）ＹＡＧ基
板には現在のところ、中心付近に結晶性の不良なコアが
存在すること、等障害が多い。

【０００７】

【本発明が解決しようとする課題】このように、従来型
のレーザにおいては、１．０２〜１．０３μｍ波長領域
の光源として、小型・安価でかつ容易に他の導波路型部
品への接続が可能であるような、実用に耐える高出力の
素子の実現は困難であった。

【０００８】本発明の目的は、上記問題点を解決すべ
く、基板材料、クラッド材料およびコア材料を適宜選択
することにより、安価な０．８１μｍの半導体レーザで
の励起が可能な、１．０２〜１．０３μｍ波長領域の光
源として、小型・安価でかつ容易に他の導波路型部品へ
の接続が可能であるような、実用に耐える高出力の素子
として機能する導波路型固体レーザを提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述のような課題を解決
するため、本発明による導波路型固体レーザは、導波路
を形成するための基板としてＧｄ₃Ｇａ₅Ｏ₁₂（ＧＧ
Ｇ）、Ｎｄ₃Ｇａ₅Ｏ₁₂（ＮＧＧ）、Ｓｍ₃Ｇａ₅Ｏ₁₂（Ｓ
ＧＧ）、Ｇｄ₃Ｓｃ₂Ｇａ₅Ｏ₁₂（ＧＳＧＧ）あるいは
（ＧｄＣａ）₃（ＧａＭｇＺｒ）₅Ｏ₁₂（ＮＯＧ）の中か
ら選ばれる単結晶基板を用い、下部クラッドおよび上部
クラッドとして、前記基板材料の中から選ばれる単結晶
膜であって、構成元素であるＧａの一部をＡｌあるいは
Ｓｃで置換し、かつ希土類元素Ｇｄ、ＮｄあるいはＳｍ
の一部をＬａに、またはＮＧＧ以外の基板材料の場合に
限り、ＧｄあるいはＳｍの一部をＮｄに置換したものを
用い、光を閉じ込めるコア層として、前記基板材料の中
から選ばれる単結晶膜であって、構成元素である希土類
元素Ｇｄ、ＮｄあるいはＳｍの一部をＹｂに、またはＮ
ＧＧ以外の基板材料の場合に限り、ＧｄあるいはＳｍの
一部をＮｄに置換したものを用いることを特徴とする。

【００１０】また、本発明による第二の導波路型固体レ
ーザは、導波路を形成するための基板としてＧｄ₃Ｇａ₅
Ｏ₁₂（ＧＧＧ）、Ｎｄ₃Ｇａ₅Ｏ₁₂（ＮＧＧ）、Ｓｍ₃Ｇ
ａ₅Ｏ₁₂（ＳＧＧ）、Ｇｄ₃Ｓｃ₂Ｇａ₅Ｏ₁₂（ＧＳＧＧ）
あるいは（ＧｄＣａ）₃（ＧａＭｇＺｒ）₅Ｏ₁₂（ＮＯ
Ｇ）の中から選ばれる単結晶基板を用い、下部クラッド
および上部クラッドとして、前記基板材料の中から選ば
れる単結晶膜であって、構成元素であるＧａの一部をＡ
ｌあるいはＳｃで置換し、かつ希土類元素Ｇｄ、Ｎｄあ
るいはＳｍの一部をＬａに、またはＮＧＧ以外の基板材
料の場合に限り、ＧｄあるいはＳｍの一部をＮｄに置換
したものを用い、光を閉じ込めるコア層として、前記基
板材料の中から選ばれる単結晶膜であって、構成元素で
ある希土類元素Ｇｄ、ＮｄあるいはＳｍの一部をＬｕ
に、またはＮＧＧ以外の基板材料の場合に限り、Ｇｄあ
るいはＳｍの一部をＮｄに置換したものを用いることを
特徴とする。

【００１１】本発明の導波路型固体レーザは、図１にそ
の構成の概念図を示す構造を有している。

【００１２】１は導波路型固体レーザを形成するための
ガーネット単結晶基板であり、ＧＧＧ、ＮＧＧ、ＳＧ
Ｇ、ＧＳＧＧおよびＮＯＧの中から選ばれた一種を用い
る。２は下部クラッド、３は上部クラッドであり、前記
単結晶基板材料の中から選ばれた単結晶膜であって、次
のような元素置換を行なったものである。光を閉じ込め
るためのコア４に比較してわずかに屈折率が小さくなる
よう制御するために、Ｇａの一部をＡｌあるいはＳｃに
置き換え、格子定数を基板とほぼ同一の値に制御するた
めに希土類元素であるＧｄ、ＮｄあるいはＳｍの一部を
Ｌａに、またはＮＧＧ以外の基板を用いる場合に限りＧ
ｄあるいはＳｍの一部をＮｄに置換した。

【００１３】４は光を閉じ込めるためのコアであり、前
記単結晶基板材料の中から選ばれた単結晶膜であって、
次のような元素置換を行なったものである。希土類元素
の一部をＹｂとＮｄの組み合わせ、またはＬｕとＮｄの
組み合わせ、またはその両者で置換し、格子定数を基板
とほぼ同一の値に制御するために必要に応じてＬａをさ
らに添加し、また必要に応じてＣａおよび／またはＭｇ
を添加した結晶膜を用いる。５および６は、１．０２〜
１．０３μｍの波長域に対するミラーであり、通常は誘
電体膜を用いる。このようにして、導波構造を実現し、
活性イオンとしては、ＹｂイオンあるいはＬｕイオンを
用いる。

【００１４】

【作用】本発明の導波路型固体レーザの動作を説明する
と以下のようになる。ＡｌＧａＡｓで構成される極く一
般的な発光波長０．８１μｍの半導体レーザからの光を
誘電体ミラー５を通してコア層４に結合させる。コア層
４には、ネオジム（Ｎｄ³⁺）イオンが存在し、この光を
吸収する。また、コア層４には、イッテルビウムイオン
（Ｙｂ³⁺）あるいは４価のルテチウム（Ｌｕ⁴⁺）イオン
が存在し、ネオジムが吸収したエネルギーの伝達に預か
る。エネルギーの伝達を受けたイッテルビウムイオンお
よびルテチウムイオンは、反転分布を形成し、１．０２
〜１．０３μｍの波長の光を誘導放出する。この誘導放
出をミラー５と６の間で共振・増幅することにより１．
０２〜１．０３μｍのレーザ光が端面から出射する。

【００１５】本発明による導波路型固体レーザのコア層
は、希土類元素としてネオジムを含有することから、基
底準位から⁴Ｆ_5/2への吸収遷移により、安価な０．８１
μｍ波長のＡｌＧａＡｓ半導体レーザによる励起が可能
である。⁴Ｆ_5/2から⁴Ｆ_3/2準位へ非発光で遷移したネオ
ジムイオンから双極子間相互作用により自動的に３価の
イッテルビウムイオンあるいは４価のルテチウムイオン
への非発光でのエネルギー伝達があり、イッテルビウム
あるいはルテチウムの²Ｆ_5/2準位における１μｍ近辺の
誘導放出を行なうべく反転分布の形成が可能である。

【００１６】ネオジムを活性イオンとして用いる従来の
固体レーザにおいては、吸収・発光の効率を考慮して、
ネオジムイオンの含有量を増大することにより生ずる濃
度消光を回避すべくネオジムの含有量を希土類全体のお
よそ１％前後に選択していた。しかし、本発明において
のネオジムイオンの果たす役割は、それ自体が発光する
ことではなく、０．８１μｍの励起光を効率よく吸収
し、近傍のイッテルビウムイオンあるいはルテチウムイ
オンにエネルギーを伝達することである。すなわち、含
有量としては、むしろそれ自体の発光が生じにくい程度
以上が望ましく、希土類元素全体の１％以上に選ぶべき
である。

【００１７】なお、それぞれの置換する元素の占有率と
しては、ネオジムは希土類元素全体の１％以上、イッテ
ルビウムは高々４０％以下、ルテチウムは３０％以下程
度が望ましい。また、ガリウムに関しては極くわずかか
ら１００％まで許容される。

【００１８】ルテチウムイオンを活性イオンとして用い
る場合、カルシウムおよび／またはマグネシウムを添加
すると発光効率が向上する。カルシウムおよびマグネシ
ウムは、通常は３価の価数を有するイオンが占有する位
置に２価の価数を取りつつ置換するため、そのままで
は、電気的に中性を保つことができない。すなわち、電
気的中性を保つべくルテチウムの大部分が価数を通常の
３価から４価へと変化する。このような価数制御の手法
を、一般的に電価補償と称している。４価の価数を有す
るルテチウムイオンが増大することで、固体レーザの効
率は飛躍的に向上する。なお、通常の３価の価数を有す
るルテチウムイオンは、赤外領域の発光には一切関与し
ない。添加されるカルシウムまたはマグネシウムのそれ
ぞれ単独の添加量、添加されるカルシウムとマグネシウ
ムの合計の添加量は、ルテチウムと同量であることが望
ましい。

【００１９】本発明の導波路型固体レーザの下部・上部
クラッドはガリウムを含有する。このガリウムの一部を
アルミニウムあるいはスカンジウムに置換することによ
り、ガリウムと他のアルミニウムあるいはスカンジウム
との構成比に従って屈折率を制御し、導波路構造とする
ことが可能である。

【００２０】本発明による導波路型固体レーザの持つ利
点には、上述の励起用光源が低価格以外にもあり、これ
をさらに説明すると以下のようになる。

【００２１】まず、誘導放出の原理に希土類イオンの蛍
光を利用しているため、波長安定性に優れることが挙げ
られる。たとえ、反射戻り光があったとしても、安定性
に問題はなく、アイソレータ不要であり、低価格化が図
れる。材料にガーネット結晶を用いているため、熱的・
化学的に安定であり、長寿命のレーザである。非常に小
型のレーザであり、励起用光源を別にすると、全長約１
０ｍｍ、厚さ約０．５ｍｍ、幅はハンドリングが容易な
範囲内で１〜５ｍｍ程度に選べる。

【００２２】導波路型レーザであるため、当然のことな
がら、他の導波路型デバイスとの結合は容易である。作
製に用いる５種類のガーネット結晶基板は、入手が容易
で、価格も比較的やすく、生産・制御技術が進んでいる
ため、ＹＡＧ基板の中心部にあるようなコアは見られな
い。液相エピタキシャル成長法による結晶成長技術も完
成しており、ＹＡＧ結晶のような融剤の膨潤も見られな
い。また、ＹＡＧ結晶よりも加工性に優れており、導波
路の加工が容易であるとともに、大量生産が可能となり
一層の低価格化が図れる。

【００２３】本発明は、以上のことにより、基板材料、
クラッド材料およびコア材料を適宜選択することによ
り、安価な０．８１μｍの半導体レーザでの励起が可能
な、１．０２〜１．０３μｍ波長領域の光源として、小
型・安価でかつ容易に他の導波路型部品への接続が可能
であるような、実用に耐える高出力の素子として機能す
る導波路型固体レーザを提供することが可能である。

【００２４】

【実施例】以下に、本発明を具体的実施例に基づいて説
明するが、本発明は、これらの実施例に限定されないこ
とはもちろんである。表４、表５、表６には、それぞれ
実施例１、２、３における導波路型固体レーザの各層の
材料をまとめて示した。

【００２５】

【実施例１】基板結晶にＧＧＧ、ＮＧＧ、ＳＧＧ、ＧＳ
ＧＧおよびＮＯＧを用いて、クラッド材料としてガリウ
ムの一部をアルミニウムに置換し、基板との格子定数差
を打ち消すために希土類の一部をランタンに置換した結
晶膜を用い、コア層にイッテルビウム、ルテチウム、ネ
オジムおよびランタンを含有するガーネット結晶膜を用
いた導波路型固体レーザを作製し、特性の評価を行なっ
た。

【００２６】直径が約２インチで厚さ約０．４ｍｍのＧ
ＧＧ、ＮＧＧ、ＳＧＧ、ＧＳＧＧおよびＮＯＧ単結晶基
板｛（１１１）方位｝を用意して、それぞれの基板上に
酸化鉛と酸化硼素を融剤とする液相エピタキシャル成長
法により約９５０℃の温度で約１０μｍの厚さに下部ク
ラッド層結晶膜を成長した。この際、１．０２〜１．０
３μｍにおける屈折率を基板よりも約０．０２だけ小さ
くなるようにガリウムの一部をアルミニウムに置換し、
アルミニウムに置換することにより生ずる基板と結晶膜
との格子定数の差を打ち消すために、希土類元素の一部
をランタンに置換する操作も同時に行なった。この際、
成長温度が変化すると、それぞれの元素の偏析係数が変
化するため、屈折率差および格子定数差に関しては、導
波構造が実現できることおよびガーネット結晶の成長が
可能であることが重要であり、少々のずれは問題になら
ない。

【００２７】ちなみに、ＮＧＧを基板に用いた場合の一
例を示すと、原料のモル比は、ＰｂＯ：Ｂ₂Ｏ₃：Ｎｄ₂
Ｏ₃：Ｌａ₂Ｏ₃：Ｇａ₂Ｏ₃：Ａｌ₂Ｏ₃＝８７：７：２：
０．１：３．７：０．２であった。

【００２８】次に、下部クラッドまで形成したそれぞれ
の結晶基板上に、コア層となるイッテルビウム、ルテチ
ウム、ネオジムおよびランタンを含有するガーネット結
晶膜を下部クラッドと同様液相エピタキシャル成長法に
より、約９８０℃の温度で約５μｍの厚さに成長させ
た。なお、ＮＧＧを基本とするとネオジムの含有率が多
すぎるため、イッテルビウムおよびルテチウムイオンへ
の効率的なエネルギー伝達ができない。そのためＮＧＧ
基板を用いる場合には、コア層は、ＳＧＧを基本として
サマリウムの一部をイッテルビウム、ルテチウム、ネオ
ジム、ランタンで置換することにより、ＮＧＧ基板との
格子整合を図った結晶を用いた。なお、屈折率は、ＮＧ
ＧとＳＧＧでは大差ない。また、希土類元素の置換によ
る屈折率変化は小さいので、これらコア層の屈折率は、
基板と同等であり、クラッド層よりもおよそ０．０２だ
け大きい。添加元素のうち発光に関与するのは、イッテ
ルビウム、ルテチウム、ネオジムであり、ランタンは単
に格子整合を取るためだけの役割を果たす。イッテルビ
ウム、ルテチウム、ネオジムの含有量は、合計して希土
類元素の高々１０％以下程度とした。

【００２９】次に、コア層まで成長した基板に対して、
膜上にコアリッジを加工するためのマスクをフォト工程
により形成し、イオンビームエッチングを行なって幅約
５μｍ・高さ約５μｍの直線状のコアリッジを形成し
た。

【００３０】コアリッジの形成まで行なった基板上に、
下部クラッド層と同一の成長条件で約１５μｍの厚さに
上部クラッド層を成長させることによりコアの断面が５
μｍ×５μｍの導波路構造を形成した。

【００３１】最後に、これらの導波路を長さ約１０ｍｍ
に切断して端面を研磨した後、端面に１．０２〜１．０
３μｍに対するミラーを形成して導波路型レーザの作製
を終わった。これらの導波路型固体レーザは、図１にそ
の概念図を示す構造を有している。

【００３２】これらのレーザの特性を表１に示す。な
お、励起には、０．８１μｍの半導体ＬＤを用いた。こ
れらの導波路型固体レーザは、出力３００ｍＷ以上でも
安定であった。

【００３３】表１各導波路型レーザの特性基板材料ＧＧＧＮＧＧＳＧＧＧＳＧＧＮＯＧ発振しきい値 4 16 8 10 9 （ｍＷ）スロープ効率 70 40 50 48 55 （％）発振波長 1.023 1.025 1.024 1.028 1.024 （μｍ）

【００３４】この表からわかるように、これらの導波路
型固体レーザは高性能であった。

【００３５】

【実施例２】実施例１に対して、ＧＧＧ、ＳＧＧ、ＧＳ
ＧＧおよびＮＯＧの各基板結晶を用いて、クラッドの屈
折率制御を行なうのにガリウムの一部をスカンジウムに
置換し、スカンジウム置換により若干小さくなる格子定
数を引き戻して基板に整合させるのに希土類元素の一部
をネオジムに置換した結晶膜とし、コアは実施例１と同
様とした導波路型固体レーザを作製して特性評価を行な
った。これらの導波路型固体レーザの特性を表２に示
す。

【００３６】表２各導波路型レーザの特性基板材料ＧＧＧＳＧＧＧＳＧＧＮＯＧ発振しきい値 8 15 18 20 （ｍＷ）スロープ効率 58 40 41 38 （％）発振波長 1.023 1.024 1.028 1.024 （μｍ）

【００３７】この表からわかるように、本実施例のレー
ザの特性は実施例１と同等であることから、スカンジウ
ムとネオジムの役割は、実施例１におけるアルミニウム
およびランタンの役割と同等である。また、これらの導
波路型固体レーザの性能は、出力２００ｍＷ以上におい
ても十分であった。

【００３８】

【実施例３】実施例１に対して、クラッド材料は同一と
して、コア層にルテチウム、ネオジムおよびランタンに
加えてカルシウムおよびマグネシウムを添加した結晶膜
を用いて導波路型固体レーザを作製した。なお、イッテ
ルビウムは加えていない。コア層の屈折率および格子定
数を基板材料と同等にしたことは言うまでもない。カル
シウムおよびマグネシウムは２価のイオンであり、電価
補償を行なうためにルテチウムの４価イオンが増大して
いることが蛍光寿命の測定から確認できた。これらの導
波路型固体レーザの特性を表３に示す。

【００３９】表３各導波路型レーザの特性基板材料ＧＧＧＮＧＧＳＧＧＧＳＧＧＮＯＧ発振しきい値 6 20 12 14 11 （ｍＷ）スロープ効率 65 34 45 42 43 （％）発振波長 1.023 1.025 1.024 1.028 1.024 （μｍ）

【００４０】この表からわかるように、これらの導波路
型固体レーザは高性能であった。また、出力３００ｍＷ
以上でも安定であった。

【００４１】以上述べたように、本発明の導波路型固体
レーザにおいては、基板／クラッド／コアとも同じ材料
系を用いることが望ましい。それは、格子定数が相互に
近いため、格子整合が取りやすく、その結果高品質の単
結晶膜が得られること、および屈折率が相互に近いた
め、屈折率の制御により導波路構造が作りやすいことに
よる。

【００４２】しかし、本発明の効果は同じ材料系同士を
組み合わせた場合のみ現われるわけではない。ＮＧＧ基
板上にＳＧＧのコアを形成する実施例で示されたよう
に、異なる材料系を組み合わせても高性能の導波路型固
体レーザが得られることが示されている。異なる材料系
を組み合わせることにより設計の自由度が増す利点があ
る。

【００４３】

【００４４】

【００４５】

【００４６】

【００４７】

【００４８】

【００４９】

【発明の効果】導波路型固体レーザを構成する材料とし
て、ＧＧＧ、ＮＧＧ、ＳＧＧ、ＧＳＧＧ、ＮＯＧ等のガ
ーネット結晶を用いているため、熱的・化学的に安定で
長寿命である。クラッドを構成する元素であるＧａの一
部をＡｌあるいはＳｃに置換することにより、コアより
も屈折率を低くして、レーザ構造を導波路型としている
ため、コアに光が閉じ込められる。また、クラッド中に
ＬａあるいはＮｄを添加し、クラッドを構成する結晶膜
の格子定数を基板と格子整合するように制御するため、
高品質な結晶膜が得られる。誘導放出の原理として希土
類の蛍光を用いているため、反射による戻り光や外部か
らの光学的擾乱があっても、安定な動作を行なう。その
ため、アイソレータ等の光学部品が不要で、非常に小型
にできる。励起光を吸収するための元素としてＮｄを用
いているため、０．８μｍ帯に発振波長をもつＡｌＧａ
Ａｓ半導体レーザによる励起が可能である。発光に関与
する元素としてＹｂあるいはＬｕを用いているため、
０．９８〜１．０３μｍの光を発振させることができ
る。

【００５０】コア層にＬａを添加するコアを構成する結
晶膜の格子定数と基板のそれとを整合させることができ
るため、格子不整合による結晶膜の品質低下を防ぐこと
ができ、高効率なレーザができる。

【００５１】発光に関与する元素をＬｕとした場合、コ
アにＣａあるいはＭｇを添加すると、電価補償により、
０．９８〜１．０３μｍの光を発光する４価のＬｕ４＋
イオンが増加し、高効率なレーザとなる。望ましくは、
ＣａとＭｇの合計量がＬｕの添加量と同じになるよう添
加すると効果が上がる。

【００５２】希土類元素のＮｄは発光元素としてではな
く励起光を吸収する元素として用いているため、その添
加量は希土類全体の１％以上が望ましい。それにより、
Ｎｄイオンは発光することなく、吸収した光エネルギー
を近傍にあるＹｂイオンやＬｕイオンに伝達する。Ｎｄ
イオン濃度が１％より少ないとＮｄイオン自体が発光
し、目的とする０．９８〜１．０３μｍの発振波長が得
られない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による導波路型固体レーザの構成の概念
図。

【符号の説明】１導波路を形成するためのガーネット結晶基板２下部クラッド３上部クラッド４コア層５ミラー６ミラー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山田誠東京都千代田区内幸町１丁目１番６号日本電信電話株式会社内 (72)発明者大石泰丈東京都千代田区内幸町１丁目１番６号日本電信電話株式会社内 (72)発明者清水誠東京都千代田区内幸町１丁目１番６号日本電信電話株式会社内 (72)発明者須藤昭一東京都千代田区内幸町１丁目１番６号日本電信電話株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導波路を形成するための基板としてＧｄ₃
Ｇａ₅Ｏ₁₂（ＧＧＧ）、Ｎｄ₃Ｇａ₅Ｏ₁₂（ＮＧＧ）、Ｓ
ｍ₃Ｇａ₅Ｏ₁₂（ＳＧＧ）、Ｇｄ₃Ｓｃ₂Ｇａ₅Ｏ₁₂（ＧＳ
ＧＧ）あるいは（ＧｄＣａ）₃（ＧａＭｇＺｒ）₅Ｏ
₁₂（ＮＯＧ）の中から選ばれる単結晶基板を用い、下部
クラッドおよび上部クラッドとして、前記基板材料の中
から選ばれる単結晶膜であって、構成元素であるＧａの
一部をＡｌあるいはＳｃで置換し、かつ希土類元素Ｇ
ｄ、ＮｄあるいはＳｍの一部をＬａに、またはＮＧＧ以
外の基板材料の場合に限り、ＧｄあるいはＳｍの一部を
Ｎｄに置換したものを用い、光を閉じ込めるコア層とし
て、前記基板材料の中から選ばれる単結晶膜であって、
構成元素である希土類元素Ｇｄ、ＮｄあるいはＳｍの一
部をＹｂに、またはＮＧＧ以外の基板材料の場合に限
り、ＧｄあるいはＳｍの一部をＮｄに置換したものを用
いることを特徴とする導波路型固体レーザ。
【請求項２】前記コア層においてＮｄの占有率は希土類
元素全体の１％以上であり、Ｙｂの占有率は希土類元素
全体の４０％以下であることを特徴とする請求項１記載
の導波路型固体レーザ。
【請求項３】コア層にＬａを添加することを特徴とする
請求項１又は２記載の導波路型固体レーザ。
【請求項４】導波路を形成するための基板としてＧｄ₃
Ｇａ₅Ｏ₁₂（ＧＧＧ）、Ｎｄ₃Ｇａ₅Ｏ₁₂（ＮＧＧ）、Ｓ
ｍ₃Ｇａ₅Ｏ₁₂（ＳＧＧ）、Ｇｄ₃Ｓｃ₂Ｇａ₅Ｏ₁₂（ＧＳ
ＧＧ）あるいは（ＧｄＣａ）₃（ＧａＭｇＺｒ）₅Ｏ
₁₂（ＮＯＧ）の中から選ばれる単結晶基板を用い、下部
クラッドおよび上部クラッドとして、前記基板材料の中
から選ばれる単結晶膜であって、構成元素であるＧａの
一部をＡｌあるいはＳｃで置換し、かつ希土類元素Ｇ
ｄ、ＮｄあるいはＳｍの一部をＬａに、またはＮＧＧ以
外の基板材料の場合に限り、ＧｄあるいはＳｍの一部を
Ｎｄに置換したものを用い、光を閉じ込めるコア層とし
て、前記基板材料の中から選ばれる単結晶膜であって、
構成元素である希土類元素Ｇｄ、ＮｄあるいはＳｍの一
部をＬｕに、またはＮＧＧ以外の基板材料の場合に限
り、ＧｄあるいはＳｍの一部をＮｄに置換したものを用
いることを特徴とする導波路型固体レーザ。
【請求項５】前記コア層においてＮｄの占有率は希土類
元素全体の１％以上であり、Ｌｕの占有率は希土類元素
全体の３０％以下であることを特徴とする請求項４記載
の導波路型固体レーザ。
【請求項６】コア層にＣａあるいはＭｇのいずれか一方
あるいは両方を添加することを特徴とする請求項４また
は５記載の導波路型固体レーザ。
【請求項７】Ｃａおよび／またはＭｇの添加量は合計し
て、Ｌｕと同量であることを特徴とする請求項６記載の
導波路型固体レーザ。
【請求項８】コア層にＬａを添加することを特徴とする
請求項４から７記載のいずれかの導波路型固体レーザ。