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JP4772322B2 - Laser apparatus and laser beam irradiation method - Google Patents
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JP4772322B2 - Laser apparatus and laser beam irradiation method - Google Patents

Laser apparatus and laser beam irradiation method Download PDF

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JP4772322B2 JP2004371924A JP2004371924A JP4772322B2 JP 4772322 B2 JP4772322 B2 JP 4772322B2 JP 2004371924 A JP2004371924 A JP 2004371924A JP 2004371924 A JP2004371924 A JP 2004371924A JP 4772322 B2 JP4772322 B2 JP 4772322B2
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Description

本発明は、レーザ装置およびレーザ光照射方法に関するものである。   The present invention relates to a laser device and a laser beam irradiation method.

レーザ装置は、例えば、光通信において用いられる信号光を発生させる光通信用途、加工対象物に対してレーザ光を照射することで該加工対象物を加工する加工用途、および、光ディスク等の光記録媒体に対してデータを記録し又は読み出す光ピックアップ用途、等に用いられる。   The laser device is, for example, an optical communication application for generating signal light used in optical communication, a processing application for processing the processing object by irradiating the processing object with laser light, and optical recording such as an optical disk. The optical pickup is used for recording or reading data on a medium.

何れの用途においても、レーザ装置から出力されるレーザ光は、何らかの対象物に照射される。光通信用途では、レーザ装置から出力されるレーザ光は例えば光ファイバの端面に入射して、その入射光の一部は該端面で反射される。加工用途では、レーザ装置から出力されるレーザ光は加工対象物に照射されて、その照射光の一部は該加工対象物で反射または散乱される。また、光ピックアップ用途では、レーザ装置から出力されるレーザ光は光記録媒体に照射されて、その照射光の一部は該光記録媒体で反射または散乱される。その他、レーザ装置から出力されるレーザ光がレンズ等の光学系に入射した場合には、そのレーザ光の一部は該光学系で反射または散乱される。   In any application, the laser beam output from the laser device is irradiated to some object. In optical communication applications, laser light output from a laser device is incident on, for example, an end face of an optical fiber, and part of the incident light is reflected on the end face. In processing applications, laser light output from a laser device is irradiated onto a processing object, and part of the irradiation light is reflected or scattered by the processing object. In an optical pickup application, laser light output from a laser device is irradiated onto an optical recording medium, and part of the irradiated light is reflected or scattered by the optical recording medium. In addition, when laser light output from the laser device enters an optical system such as a lens, part of the laser light is reflected or scattered by the optical system.

照射対象物(上記の例では、光ファイバ端面、加工対象物、光記録媒体、その他の光学系)に照射されたレーザ光のうち該照射対象物で反射された光は、そのレーザ光を出力したレーザ装置に戻ることがある。このように照射対象物で反射されてレーザ装置に戻っていく光を「戻り光」と呼ぶ。このような戻り光があると、レーザ装置に含まれる共振器を構成する何れかの反射面と照射対象物とにより外部共振器が構成される。   Of the laser light irradiated to the irradiation target (in the above example, the end face of the optical fiber, the processing target, the optical recording medium, or other optical system), the light reflected by the irradiation target outputs the laser light. May return to the laser device. The light that is reflected by the irradiation object and returns to the laser device is called “return light”. When such return light is present, an external resonator is constituted by any of the reflecting surfaces constituting the resonator included in the laser device and the irradiation object.

このように戻り光の発生に因り外部共振器が構成されると、レーザ光の波長や光出力が不安定となる場合がある。また、該レーザ装置においてパルセーションやモードホッピング等の雑音が増大するだけでなく、該レーザ装置の劣化が早まったり頓死を引き起こしたりする場合もある。   When the external resonator is configured in this way due to the generation of return light, the wavelength of the laser light and the light output may become unstable. Further, not only noise such as pulsation and mode hopping increases in the laser device, but also the laser device may be deteriorated prematurely or cause death.

このような問題を解決するために、光アイソレータを設けることも考えられる。すなわち、光アイソレータは、レーザ装置から出力されたレーザ光を通過させ、これと逆方向に伝播する戻り光を遮断する。これにより、戻り光がレーザ装置へ入射するのを抑制して、外部共振器が構成されることを防止することができる。しかし、一般に光アイソレータは高価であって大型であるという問題点を有している。   In order to solve such a problem, an optical isolator may be provided. That is, the optical isolator allows the laser light output from the laser device to pass therethrough and blocks the return light propagating in the opposite direction. Thereby, it can suppress that return light injects into a laser apparatus, and can prevent that an external resonator is comprised. However, in general, an optical isolator has a problem that it is expensive and large.

特許文献1には、弾性波を用いた光アイソレータの発明が開示されている。この光アイソレータは第1方向に進行する弾性波を発生させ、この第1方向にレーザ光(周波数f)を入射させると、ドップラ効果により、弾性波による回折格子から見たときのレーザ光の周波数fは周波数fより低くなる。一方、第1方向とは反対方向の第2方向に伝播する戻り光の周波数fは周波数fより高くなる。そこで、弾性波による回折格子は、その周期が適切に設定されることで、周波数fのレーザ光を通過させる一方で、周波数fの戻り光(全部または一部)を反射させることができる。このように弾性波を用いることで光アイソレータ機能を実現することができる。
特許2809190号公報
Patent Document 1 discloses an invention of an optical isolator using elastic waves. This optical isolator generates an elastic wave that travels in the first direction. When laser light (frequency f 0 ) is incident in the first direction, the Doppler effect causes the laser light when viewed from the diffraction grating by the elastic wave to enter. frequency f 1 is lower than the frequency f 0. On the other hand, the frequency f 2 of the return light from the first direction propagating in the second direction in the opposite direction is higher than the frequency f 0. Therefore, the diffraction grating using elastic waves can reflect the return light (all or part) of the frequency f 2 while allowing the laser light of the frequency f 1 to pass through by setting the period appropriately. . Thus, the optical isolator function can be realized by using elastic waves.
Japanese Patent No. 2809190

しかしながら、上記の特許文献1に開示されたような弾性波を用いる光アイソレータでは、弾性波の周波数はレーザ光の周波数と同程度であることが必要であり、そのような高周波の弾性波を発生させることは現実には不可能である。   However, in the optical isolator using the elastic wave as disclosed in the above-mentioned Patent Document 1, the frequency of the elastic wave needs to be approximately the same as the frequency of the laser beam, and generates such a high-frequency elastic wave. It is impossible in reality.

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、光源部と照射対象物とが構成する外部共振器によって生じる戻り光の影響を抑制することができ小型化可能かつ実現容易なレーザ装置およびレーザ光照射方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and can suppress the influence of the return light generated by the external resonator formed by the light source unit and the irradiation object, and can be miniaturized and easily realized. An object is to provide a laser device and a laser beam irradiation method.

本発明に係るレーザ装置は、レーザ光を出力する光源部と、光源部から出力されるレーザ光が入射する所定領域の媒質において該レーザ光をブラッグ回折させる進行弾性波を発生させる弾性波発生部とを備え、光源部が出力するレーザ光の縦モードの周波数間隔をΔFとし、該レーザ光の縦モードの周波数スペクトルの半値全幅をΔfとしたときに、弾性波発生部が発生する進行弾性波の周波数ωが下記(1)式の関係式を満たすことを特徴とする。   A laser apparatus according to the present invention includes a light source unit that outputs laser light, and an elastic wave generator that generates a traveling elastic wave that Bragg diffracts the laser light in a medium in a predetermined region on which the laser light output from the light source unit is incident. And a traveling elastic wave generated by the elastic wave generator when the frequency interval of the longitudinal mode of the laser beam output from the light source unit is ΔF and the full width at half maximum of the frequency spectrum of the longitudinal mode of the laser beam is Δf The frequency ω satisfies the following relational expression (1).

Figure 0004772322
本発明に係るレーザ光照射方法は、照射対象物にレーザ光を照射する方法であって、弾性波発生部により進行弾性波を所定領域の媒質に発生させ、光源部から出力されたレーザ光を所定領域に入射させて進行弾性波によりブラッグ回折させ照射対象物に照射するものである。レーザ光が進行弾性波によりブラッグ回折されるに際して生じるドップラー効果により、レーザ光の周波数は弾性波周波数ωだけドップラーシフトするが、その回折させたレーザ光を照射対象物に照射するとともに、光源部が出力するレーザ光の縦モードの周波数間隔をΔFとし、該レーザ光の縦モードの周波数スペクトルの半値全幅をΔfとしたときに、弾性波発生部が発生する進行弾性波の周波数ωが下記(2)式の関係式を満たすことを特徴とする。また、より好適には、光源部と照射対象物とが構成する外部共振器におけるレーザ光の光子寿命時間内での当該光子の往復可能回数をNとしたときに、弾性波発生部が発生する進行弾性波の周波数ωが下記(3)式の関係式を満たす。
Figure 0004772322
A laser light irradiation method according to the present invention is a method of irradiating an irradiation object with laser light, wherein a traveling elastic wave is generated in a medium in a predetermined region by an elastic wave generating unit, and laser light output from a light source unit is emitted. It is incident on a predetermined region and Bragg diffracted by a traveling elastic wave to irradiate an irradiation object. Due to the Doppler effect that occurs when the laser light is Bragg diffracted by the traveling elastic wave, the frequency of the laser light is Doppler shifted by the elastic wave frequency ω, and the object to be irradiated is irradiated with the diffracted laser light. When the frequency interval of the longitudinal mode of the laser beam to be output is ΔF and the full width at half maximum of the frequency spectrum of the longitudinal mode of the laser beam is Δf, the frequency ω of the traveling elastic wave generated by the elastic wave generating unit is (2 It is characterized by satisfying the relational expression of). More preferably, the elastic wave generating unit is generated when the number of reciprocations of the photon within the photon lifetime of the laser beam in the external resonator formed by the light source unit and the irradiation target is N. The frequency ω of the traveling elastic wave satisfies the relational expression (3) below.

Figure 0004772322
Figure 0004772322

Figure 0004772322
光源部、弾性波発生部および所定領域が共通の基板上に設けられているのが好適である。また、光源部が半導体レーザ素子を含むのも好適である。
Figure 0004772322
It is preferable that the light source unit, the elastic wave generating unit, and the predetermined region are provided on a common substrate. It is also preferable that the light source unit includes a semiconductor laser element.

本発明によれば、光源部からレーザ光が出力され、また、弾性波発生部により所定領域の弾性波伝播媒質において進行弾性波による回折格子が生じる。そして、この回折格子によりレーザ光がブラッグ回折されて、このブラッグ回折した後のレーザ光が照射対象物に照射される。レーザ光が照射対象物に照射されると、そのレーザ光は、照射対象物において反射または散乱されて進行弾性波により再びブラッグ回折され、このブラッグ回折した後のレーザ光が光源部に戻る場合がある。しかし、上記関係式が満たされていることにより、光源部と照射対象物とが構成する外部共振器における発振が抑制され戻り光の影響が抑制される。   According to the present invention, laser light is output from the light source unit, and a diffraction grating due to traveling elastic waves is generated in the elastic wave propagation medium in a predetermined region by the elastic wave generating unit. The laser beam is Bragg diffracted by the diffraction grating, and the irradiation target is irradiated with the laser light after the Bragg diffraction. When the irradiation target is irradiated with the laser light, the laser light is reflected or scattered by the irradiation target and is Bragg diffracted again by the traveling elastic wave. The laser light after this Bragg diffraction may return to the light source unit. is there. However, when the above relational expression is satisfied, oscillation in the external resonator formed by the light source unit and the irradiation target is suppressed, and the influence of return light is suppressed.

本発明に係るレーザ装置およびレーザ光照射方法は、光源への戻り光による影響を抑制することができ、また、小型化が可能であって、実現が容易である。   The laser device and the laser beam irradiation method according to the present invention can suppress the influence of the return light to the light source, can be miniaturized, and can be easily realized.

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図1は、本実施形態に係るレーザ装置およびレーザ光照射方法を説明する概念図である。本実施形態に係るレーザ装置1は、照射対象物2に対してレーザ光を照射するものであって、光源部10、弾性波発生部20および弾性波伝播媒質30を備えている。これら光源部10,弾性波発生部20および弾性波伝播媒質30は、共通の基板上にモノリシックに設けられているのが好適である。   FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a laser device and a laser beam irradiation method according to the present embodiment. The laser device 1 according to the present embodiment irradiates the irradiation object 2 with laser light, and includes a light source unit 10, an elastic wave generation unit 20, and an elastic wave propagation medium 30. The light source unit 10, the elastic wave generating unit 20, and the elastic wave propagation medium 30 are preferably provided monolithically on a common substrate.

光源部10はレーザ光Lを出力するものである。この光源部10は、半導体レーザであってもよいし、ガラスレーザであってもよく、その他のレーザ光源であってもよい。また、光源部10は分布帰還形の半導体レーザであるのも好適である。 The light source unit 10 and outputs a laser beam L 0. The light source unit 10 may be a semiconductor laser, a glass laser, or another laser light source. The light source unit 10 is preferably a distributed feedback semiconductor laser.

弾性波発生部20は、弾性波伝播媒質30において進行弾性波を発生させるものであり、弾性波伝播媒質30に設けられている。例えば、弾性波発生部20は、図示のように1対の櫛形電極が組み合わされた構成となっていて、電極間に交流電圧が印加されることで、弾性波伝播媒質30中のレーザ光Lが入射する領域に弾性波を発生させる。弾性波発生部20により弾性波伝播媒質30において生じた弾性波は、進行波であって、光源部10から出力されるレーザ光Lをブラッグ回折させる回折格子40として作用する。なお、弾性波が進行する方向は、レーザ光Lをブラッグ回折させる回折格子40が形成される限りにおいて任意である。 The elastic wave generating unit 20 generates a traveling elastic wave in the elastic wave propagation medium 30 and is provided in the elastic wave propagation medium 30. For example, the elastic wave generating unit 20 has a configuration in which a pair of comb-shaped electrodes are combined as shown in the figure, and the laser light L in the elastic wave propagation medium 30 is applied by applying an AC voltage between the electrodes. An elastic wave is generated in a region where 0 is incident. The elastic wave generated in the elastic wave propagation medium 30 by the elastic wave generator 20 is a traveling wave, and acts as a diffraction grating 40 that Bragg diffracts the laser light L 0 output from the light source unit 10. The direction of traveling elastic waves is arbitrary as long as the diffraction grating 40 to the laser beam L 0 is the Bragg diffraction is formed.

ブラッグ回折条件は下記(4)式で表される。ここで、Λは、進行弾性波による回折格子40の格子周期である。θは、レーザ光と進行弾性波の進行方向とがなす角度である(図1参照)。lは、回折次数である。λは、レーザ波長である。また、naは、弾性波伝播媒質30の屈折率である。 The Bragg diffraction condition is expressed by the following equation (4). Here, Λ is the grating period of the diffraction grating 40 by traveling elastic waves. θ is an angle formed by the laser beam and the traveling direction of the traveling elastic wave (see FIG. 1). l is the diffraction order. λ is the laser wavelength. N a is the refractive index of the elastic wave propagation medium 30.

Figure 0004772322
また、弾性波発生部20により弾性波伝播媒質30において生じた進行弾性波による回折格子40については、下記(5)式の関係式がある。ここで、vは弾性波伝播媒質30における進行弾性波の伝播速度である。また、ωは進行弾性波の周波数である。
Figure 0004772322
The diffraction grating 40 by the traveling elastic wave generated in the elastic wave propagation medium 30 by the elastic wave generating unit 20 has the following relational expression (5). Here, v u is the propagation velocity of the traveling elastic wave in the elastic wave propagation medium 30. Ω is the frequency of the traveling elastic wave.

Figure 0004772322
また、光源部10から出力されたレーザ光については、下記(6)式の関係式がある。ここで、cは光速であり、Ωはレーザ光の周波数である。
Figure 0004772322
The laser beam output from the light source unit 10 has the following relational expression (6). Here, c is the speed of light, and Ω is the frequency of the laser beam.

Figure 0004772322
上記(5)式および(6)式を用いると、上記(4)式は下記(7)式に変形される。
Figure 0004772322
Using the above formulas (5) and (6), the above formula (4) is transformed into the following formula (7).

Figure 0004772322
このレーザ装置1では、光源部10からレーザ光Lが出力され、また、弾性波発生部20により弾性波伝播媒質30において進行弾性波による回折格子40が生じる。そして、この回折格子40によりレーザ光Lがブラッグ回折されて、このブラッグ回折した後のレーザ光Lが照射対象物2に照射される。レーザ光Lが照射対象物2に照射されると、そのレーザ光Lは、照射対象物2において反射または散乱されて回折格子40により再びブラッグ回折され、このブラッグ回折した後のレーザ光Lが光源部10に戻る場合がある。
Figure 0004772322
In the laser device 1, the laser light L 0 is output from the light source unit 10, and the diffraction grating 40 due to the traveling elastic wave is generated in the elastic wave propagation medium 30 by the elastic wave generating unit 20. Then, the laser beam L 0 is Bragg diffracted by the diffraction grating 40, and the irradiation target object 2 is irradiated with the laser light L 1 after the Bragg diffraction. When the laser beam L 1 is irradiated to the irradiation target object 2, the laser beam L 1 is again Bragg diffracted by the diffraction grating 40 is reflected or scattered in the irradiation target object 2, the laser beam L after the Bragg diffraction 2 may return to the light source unit 10.

また、このレーザ光Lが光源部10で反射されると、この反射されたレーザ光Lが回折格子40によりブラッグ回折され、このブラッグ回折した後のレーザ光Lが照射対象物2において反射または散乱されて回折格子40により再びブラッグ回折され、このブラッグ回折した後のレーザ光Lが光源部10に戻る場合がある。このように、光源部10と照射対象物2とは外部共振器を構成する可能性がある。 Further, when the laser beam L 2 is reflected by the light source unit 10, the reflected laser beam L 2 is Bragg diffracted by the diffraction grating 40, and the laser beam L 3 after the Bragg diffraction is irradiated on the irradiation object 2. In some cases, the laser beam L 4 is reflected or scattered and is Bragg diffracted again by the diffraction grating 40, and the laser light L 4 after the Bragg diffraction returns to the light source unit 10. Thus, the light source unit 10 and the irradiation object 2 may constitute an external resonator.

なお、本説明および図1において、レーザ光Lは、最初に光源部10から出力されて初めて回折格子40に入射するまでのものを示す。レーザ光L2m−1は、回折格子40による(2m−1)回目の回折の後に照射対象物2により反射されて再び回折格子40に入射するまでのものを示す。レーザ光L2mは、回折格子40による2m回目の回折の後に光源部10により反射されて再び回折格子40に入射するまでのものを示す。mは1以上の任意の整数である。 In this description and FIG. 1, the laser light L 0 indicates the light that is first output from the light source unit 10 and is incident on the diffraction grating 40 for the first time. The laser beam L 2m−1 indicates a laser beam that is reflected by the irradiation object 2 and incident on the diffraction grating 40 again after the (2m−1) th diffraction by the diffraction grating 40. The laser beam L 2m indicates a laser beam reflected by the light source unit 10 after being diffracted for the second time by the diffraction grating 40 and entering the diffraction grating 40 again. m is an arbitrary integer of 1 or more.

本実施形態では、光源部10が出力するレーザ光の縦モードの周波数間隔をΔFとし、該レーザ光の縦モードの周波数スペクトルの半値全幅をΔfとし、光源部10と照射対象物2とが構成する外部共振器におけるレーザ光の光子寿命時間内での当該光子の往復可能回数をNとする。このとき、弾性波発生部20が弾性波伝播媒質30において発生する進行弾性波の周波数ωは、下記(8)式を満たしており、より好適には下記(9)式を満たしている。   In the present embodiment, the frequency interval of the longitudinal mode of the laser beam output from the light source unit 10 is ΔF, the full width at half maximum of the frequency spectrum of the longitudinal mode of the laser beam is Δf, and the light source unit 10 and the irradiation object 2 are configured. Let N be the number of times the photon can reciprocate within the photon lifetime of the laser light in the external resonator. At this time, the frequency ω of the traveling elastic wave generated by the elastic wave generating unit 20 in the elastic wave propagation medium 30 satisfies the following expression (8), and more preferably satisfies the following expression (9).

Figure 0004772322
Figure 0004772322

Figure 0004772322
本実施形態に係るレーザ光源1およびレーザ光照射方法では、上記(8)式(好適には上記(9)式)の関係式が満たされていることにより、光源部10と照射対象物2とが構成する外部共振器における発振が抑制される。このことについて以下に詳細に説明する。
Figure 0004772322
In the laser light source 1 and the laser light irradiation method according to the present embodiment, the relational expression of the above expression (8) (preferably the above expression (9)) is satisfied. Oscillation in the external resonator constituted by is suppressed. This will be described in detail below.

図2は、本実施形態に係るレーザ装置およびレーザ光照射方法におけるレーザ光の周波数スペクトル等を示す図である。光源部10は、その共振器長等に応じた離散的な周波数Ω〜Ωの縦モードで発振し得る。光源部10から出力された周波数Ωのレーザ光Lは、回折格子40によりブラッグ回折された後にはドップラー効果により周波数(Ω+ω)のレーザ光Lとなる。また、このレーザ光Lが照射対象物2で反射されて再び回折格子40によりブラッグ回折された後には周波数(Ω+2ω)のレーザ光Lとなる。一般に、光源部10と照射対象物2との間をm回往復した後にドップラー効果により光源部10に戻ってくるレーザ光L2mは、回折格子40により2m回のブラッグ回折によるドップラーシフトを受けて、周波数が(Ω+2mω)となる。 FIG. 2 is a diagram illustrating a frequency spectrum of laser light and the like in the laser apparatus and laser light irradiation method according to the present embodiment. The light source unit 10 can oscillate in a longitudinal mode having discrete frequencies Ω 1 to Ω 3 according to the resonator length and the like. The laser beam L 0 of the frequency Omega output from the light source unit 10 is a laser beam L 1 of a frequency (Ω + ω) by the Doppler effect after being Bragg diffracted by the diffraction grating 40. Further, the laser beam L 1 is the laser light L 2 of the frequency (Ω + 2ω) is after being Bragg diffraction by again the diffraction grating 40 are reflected by the irradiated object 2. In general, the laser beam L 2m that returns to the light source unit 10 by the Doppler effect after reciprocating between the light source unit 10 and the irradiation object 2 m times is subjected to Doppler shift by Bragg diffraction of 2 m times by the diffraction grating 40. The frequency becomes (Ω + 2 mΩ).

図2(a)に示されるように、光源部10に戻ってくるレーザ光の周波数シフト量が、レーザ光の周波数スペクトルの半値全幅より小さいと、光源部10に戻ってきたレーザ光は、光源部10から新たに出射されるレーザ光と周波数成分が重なるため、外部共振器が形成されて発振の生じる可能性がある。また、図2(b)に示されるように、光源部10に戻ってくるレーザ光の周波数が、光源部10の他の縦モードの周波数と等しいと、光源部10から新たに出射されるレーザ光の周波数モードが重なり外部共振器が形成されて発振の生じる可能性がある。これらの場合には、外部共振器が光源部10と対象物との間に形成されるために戻り光がレーザ光源に影響を与える可能性が高い。   As shown in FIG. 2A, when the frequency shift amount of the laser beam returning to the light source unit 10 is smaller than the full width at half maximum of the frequency spectrum of the laser beam, the laser beam returning to the light source unit 10 Since the laser beam newly emitted from the unit 10 and the frequency component overlap, an external resonator may be formed and oscillation may occur. Further, as shown in FIG. 2B, when the frequency of the laser light returning to the light source unit 10 is equal to the frequency of the other longitudinal mode of the light source unit 10, a laser newly emitted from the light source unit 10. There is a possibility that the frequency mode of light overlaps and an external resonator is formed, causing oscillation. In these cases, since the external resonator is formed between the light source unit 10 and the object, the return light is likely to affect the laser light source.

一方、図2(c)に示されるように、光源部10に戻ってくるレーザ光の周波数シフト量(2ω)が上記(8)式の関係式を満たす場合には、光源部10に戻ってきたレーザ光が光源部10から新たに出射されるレーザ光との周波数成分が異なるため、外部共振器において発振が生じることはない。また、光源部10と照射対象物2との間をN回往復した後に光源部10に戻ってくるレーザ光について考えると、周波数シフト量は2Nωであるので、上記(9)式が満たされていれば、光源部10に戻ってきたレーザ光が光源部10から新たに出射されるレーザ光と周波数成分が重なることは無く、外部共振器において発振が生じることはない。   On the other hand, as shown in FIG. 2C, when the frequency shift amount (2ω) of the laser beam returning to the light source unit 10 satisfies the relational expression (8), the laser beam returns to the light source unit 10. Since the frequency component differs from the laser beam newly emitted from the light source unit 10, oscillation does not occur in the external resonator. Further, considering the laser light returning to the light source unit 10 after reciprocating between the light source unit 10 and the irradiation object 2 N times, since the frequency shift amount is 2Nω, the above equation (9) is satisfied. In this case, the laser light that has returned to the light source unit 10 does not overlap the frequency component of the laser light that is newly emitted from the light source unit 10, and oscillation does not occur in the external resonator.

なお、レーザ光の縦モードの周波数スペクトルの半値全幅Δfは、下記(10)式のシャロー・タウンズの式で表される。ここで、hはプランク定数である。ωは中心周波数である。γは「(誘導放出の割合+誘導吸収の割合)/(誘導放出の割合−誘導吸収の割合)」である。vは媒質速度である。gは利得係数である。Rは共振面反射率である。Pは光出力パワーである。Lは共振器長である。また、αはキャリア密度ゆらぎによる屈折率変化の影響である。 Note that the full width at half maximum Δf of the frequency spectrum of the longitudinal mode of the laser light is expressed by the following Shallow Towns equation (10). Here, h is a Planck constant. ω 0 is the center frequency. γ is “(rate of induced release + rate of induced absorption) / (rate of induced release−rate of induced absorption)”. v is the medium velocity. g 0 is a gain coefficient. R is the resonance surface reflectance. P 0 is the optical output power. L is the resonator length. Α is the influence of a change in refractive index due to carrier density fluctuation.

Figure 0004772322
また、光源部10が出力するレーザ光の縦モードの周波数間隔ΔFは、下記(11)式で表される。ここで、nは波長分散を考慮した屈折率である。
Figure 0004772322
Further, the frequency interval ΔF in the longitudinal mode of the laser light output from the light source unit 10 is expressed by the following equation (11). Here, nr is a refractive index considering wavelength dispersion.

Figure 0004772322
次に、光源部10と照射対象物2とが構成する外部共振器におけるレーザ光の光子寿命時間内での当該光子の往復可能回数Nについて説明する。図3は、本実施形態に係るレーザ装置およびレーザ光照射方法における光子の往復可能回数Nについて説明するための図である。同図に示されるように、光源部10のファブリ・ペロー型の共振器を構成する2つの反射面のうち、高い反射率で光を反射させる反射面11の反射率をrとし、一部を反射させ残部を外部へ出射する出射面12の反射率をrとする。照射対象物2の反射率をrとする。また、回折格子40におけるブラッグ回折時の反射率をrとする。なお、ここでは、光路中での損失については無視する。
Figure 0004772322
Next, the number N of possible reciprocations of the photon within the photon lifetime of the laser light in the external resonator formed by the light source unit 10 and the irradiation object 2 will be described. FIG. 3 is a diagram for explaining the reciprocable number N of photons in the laser apparatus and laser light irradiation method according to the present embodiment. As shown in the figure, of the two reflecting surfaces constituting the Fabry-Perot resonator of the light source unit 10, the reflectance of the reflecting surface 11 that reflects light with a high reflectance is r 0 , and a part thereof The reflectance of the emission surface 12 that reflects the light and emits the remainder to the outside is denoted by r 1 . The reflectivity of the irradiated object 2 and r 2. Also, the reflectivity at the Bragg diffraction in the diffraction grating 40 and r a. Here, the loss in the optical path is ignored.

同図に示されるような光学系においては、外部共振器として2種類の共振が考えられる。第1の共振は、光源部10の出射面12(反射率r)と照射対象物2(反射率r)との間の共振であり、第2の共振は、光源部10(実効的反射率r)と照射対象物2(反射率r)との間の共振である。この第2の共振の場合において、光源部10の実効的反射率rは、光源部10内での利得および損失を考慮した光源部10全体としての反射率である。 In the optical system as shown in the figure, two types of resonance can be considered as external resonators. The first resonance is a resonance between the emission surface 12 (reflectance r 1 ) of the light source unit 10 and the irradiation object 2 (reflectance r 2 ), and the second resonance is the light source unit 10 (effective Resonance between the reflectivity r e ) and the irradiation object 2 (reflectance r 2 ). In the case of the second resonance, the effective reflectivity r e of the light source 10, the reflectance of the entire light source unit 10 in consideration of the gain and loss in the light source unit 10..

光源部10の実効的反射率rは下記(12)式で表される。ここで、gは光源部10内での利得であり、αは光源部10内での損失である。また、光源部10におけるレーザ発振条件は下記(13)式で表される。この(13)式を用いると、(12)式の実効的反射率rは下記(14)式に変形される。 Effective reflectivity r e of the light source section 10 is expressed by the following equation (12). Here, g is a gain in the light source unit 10, and α is a loss in the light source unit 10. Further, the laser oscillation condition in the light source unit 10 is expressed by the following equation (13). Using this equation (13), (12) the effective reflectivity r e of the equation is transformed into the following equation (14).

Figure 0004772322
Figure 0004772322

Figure 0004772322
Figure 0004772322

Figure 0004772322
このことから、光源部10の出射面12の反射率rが光源部10の実効的反射率rより大きい場合には、光源部10の出射面12での反射(反射率r)による外部共振器を考える。一方、光源部10の出射面12の反射率rが光源部10の実効的反射率rより小さい場合には、光源部10での実効的な反射(反射率r)による外部共振器を考える。
Figure 0004772322
From this, when the reflectance r 1 of the emission surface 12 of the light source unit 10 is larger than the effective reflectance r e of the light source unit 10, it is due to reflection (reflection rate r 1 ) on the emission surface 12 of the light source unit 10. Consider an external resonator. On the other hand, when the reflectance r 1 of the emission surface 12 of the light source unit 10 is smaller than the effective reflectance r e of the light source unit 10, an external resonator due to effective reflection (reflectance r e ) at the light source unit 10. think of.

光源部10の出射面12の反射率rが光源部10の実効的反射率rより大きい場合、光源部10の出射面12による外部共振器におけるレーザ光の光子寿命時間内での当該光子の往復可能回数Nは、下記(15)式で表される。ここで、τは光子の寿命時間であり、tは光子が外部共振器を1往復する時間である。これを変形すると、下記(16)式が得られる。 When the reflectivity r 1 of the emission surface 12 of the light source unit 10 is larger than the effective reflectivity r e of the light source unit 10, the photon within the photon lifetime of the laser beam in the external resonator by the emission surface 12 of the light source unit 10. The reciprocable number of times N is expressed by the following equation (15). Here, τ p is the photon lifetime, and t is the time for the photon to make one round trip through the external resonator. When this is modified, the following equation (16) is obtained.

Figure 0004772322
Figure 0004772322

Figure 0004772322
一方、光源部10の出射面12の反射率rが光源部10の実効的反射率rより小さい場合、光源部10での実効的な反射(反射率r)による外部共振器におけるレーザ光の光子寿命時間内での当該光子の往復可能回数Nは、下記(17)式で表される。これを変形すると、下記(18)式が得られる。
Figure 0004772322
On the other hand, when the reflectance r 1 of the emission surface 12 of the light source unit 10 is smaller than the effective reflectance r e of the light source unit 10, the laser in the external resonator due to the effective reflection (reflectance r e ) at the light source unit 10. The number of reciprocations N of the photon within the photon lifetime of light is expressed by the following equation (17). When this is modified, the following equation (18) is obtained.

Figure 0004772322
Figure 0004772322

Figure 0004772322
次に、光源部10が半導体レーザ素子である場合の具体的数値例について説明する。ここでは、半導体レーザ素子として一般的であるAlGaAs系の出力波長800nm帯の半導体レーザ素子を例に挙げる。「(誘導放出の割合+誘導吸収の割合)/(誘導放出の割合−誘導吸収の割合)」を表すγは4であり、利得係数gは100cm−1であり、媒質速度vは10m/secであり、共振面反射率Rは0.3であり、光出力パワーPは10mWであり、共振器長Lは0.5mmであり、キャリア密度ゆらぎによる屈折率変化の影響αは5.4であり、屈折率nが3.6であるとする。
Figure 0004772322
Next, specific numerical examples when the light source unit 10 is a semiconductor laser element will be described. Here, an AlGaAs-based semiconductor laser device having an output wavelength band of 800 nm, which is a general semiconductor laser device, is taken as an example. Γ representing “(rate of induced emission + rate of induced absorption) / (rate of induced emission−rate of induced absorption)” is 4, the gain coefficient g 0 is 100 cm −1 , and the medium velocity v is 10 8. m / sec, the resonant surface reflectance R is 0.3, the optical output power P 0 is 10 mW, the resonator length L is 0.5 mm, and the influence α of the refractive index change due to the carrier density fluctuation is α. It is assumed that the refractive index n r is 5.4 and the refractive index n r is 3.6.

このとき、上記(10)式を用いて計算すると、半導体レーザ素子のスペクトル線幅Δfは14MHzとなる。上記のΔf値は、種々の論文等による報告値と同程度であり、妥当なものである。また、上記(11)式を用いて計算すると、半導体レーザ素子のモード間隔ΔFは83GHzとなる。   At this time, when calculated using the above equation (10), the spectral line width Δf of the semiconductor laser element is 14 MHz. The above Δf value is comparable to the values reported by various papers and is reasonable. Further, when calculated using the above equation (11), the mode interval ΔF of the semiconductor laser element is 83 GHz.

また、半導体レーザ素子の反射面11の反射率rを90%とし、出射面12の反射率rを10%とする。照射対象物2の反射率rを10%とし、回折格子40におけるブラッグ回折時の反射率rを90%とする。このとき、上記(14)式を用いて計算すると、光源部10の実効的反射率rは8.1であるから、光源部10の出射面12の反射率rが光源部10の実効的反射率rより小さいので、光源部10での実効的な反射(反射率r)による外部共振器を考える必要がある。そして、上記(18)式を用いて計算すると、外部共振器におけるレーザ光の光子寿命時間内での当該光子の往復可能回数Nは2.3となる。 Further, the reflectance r 0 of the reflecting surface 11 of the semiconductor laser element is set to 90%, and the reflectance r 1 of the emitting surface 12 is set to 10%. The reflectivity r 2 of the irradiation target object 2 and 10%, the reflectance r a at the Bragg diffraction at the diffraction grating 40 to 90%. At this time, as calculated using the above expression (14), since the effective reflectivity r e of the light source 10 is 8.1, the effective reflectivity r 1 of the emission surface 12 of the light source unit 10 of the light source unit 10 is smaller than the reflectance r e, it is necessary to consider the external resonator according to the effective reflection in the light source unit 10 (reflectance r e). When calculated using the above equation (18), the number of reciprocations N of the photon within the photon lifetime of the laser beam in the external resonator is 2.3.

これらのパラメータ値を上記(9)式に代入すると、進行弾性波の周波数ωの許容数値範囲は7MHz〜36GHzとなる。このように非常に広い周波数範囲の進行弾性波が許容されるが、進行弾性波の伝搬損失は弾性波周波数の2乗に比例するため、実際には進行弾性波が得やすく且つ伝搬損失が小さい100MHz〜1GHz程度の周波数の進行弾性波を用いればよい。   When these parameter values are substituted into the above equation (9), the allowable numerical value range of the frequency ω of the traveling elastic wave is 7 MHz to 36 GHz. In this way, a traveling elastic wave in a very wide frequency range is allowed, but since the propagation loss of the traveling elastic wave is proportional to the square of the elastic wave frequency, it is actually easy to obtain the traveling elastic wave and the propagation loss is small. A traveling elastic wave having a frequency of about 100 MHz to 1 GHz may be used.

次に、光源部10がガラスレーザ光源である場合の具体的数値例について説明する。ここでは、Ndドープのガラスレーザを考える。ガラスレーザ光源のスペクトル線幅Δfは、半導体レーザ素子とを比較して考えると、利得係数gが小さく、共振器長Lおよび光出力パワーPそれぞれは非常に大きい値を採る。このことから、上記(10)式から、ガラスレーザ光源のΔfは、半導体レーザ素子と比較して非常に小さくなるが、実際にはガラスレーザ光源のスペクトル線幅Δfは、量子雑音などによる影響のために理論値よりも大きくなるため、ここでは簡易的に半導体レーザ素子と同等の値を採ると考える。また、発振波長λを1060nmとし、屈折率nを1.5とし、共振器長Lを10cmとすると、上記(11)式を用いて計算すると、ガラスレーザ光源のモード間隔ΔFは1GHzとなる。 Next, specific numerical examples when the light source unit 10 is a glass laser light source will be described. Here, an Nd-doped glass laser is considered. When the spectral line width Δf of the glass laser light source is considered in comparison with the semiconductor laser element, the gain coefficient g 0 is small, and the resonator length L and the optical output power P 0 are very large values. Therefore, from the above equation (10), Δf of the glass laser light source is very small as compared with the semiconductor laser element, but in reality, the spectral line width Δf of the glass laser light source is influenced by quantum noise and the like. For this reason, since it becomes larger than the theoretical value, it is assumed here that a value equivalent to that of the semiconductor laser element is simply taken. Further, assuming that the oscillation wavelength λ 0 is 1060 nm, the refractive index n r is 1.5, and the resonator length L is 10 cm, the mode interval ΔF of the glass laser light source is 1 GHz when calculated using the above equation (11). Become.

また、ガラスレーザ光源の反射面11の反射率rを100%とし、出射面12の反射率rを95%とする。照射対象物2の反射率rを90%とし、回折格子40におけるブラッグ回折時の反射率rを90%とする。このとき、上記(14)式を用いて計算すると、光源部10の実効的反射率rは0.002であるから、光源部10の出射面12の反射率rが光源部10の実効的反射率rより大きいので、光源部10の出射面12による外部共振器を考える必要がある。そして、上記(16)式を用いて計算すると、外部共振器におけるレーザ光の光子寿命時間内での当該光子の往復可能回数Nは2.7となる。 Further, the reflectance r 0 of the reflecting surface 11 of the glass laser light source is set to 100%, and the reflectance r 1 of the emitting surface 12 is set to 95%. The reflectivity r 2 of the irradiated object 2 was 90%, the reflectance r a at the Bragg diffraction at the diffraction grating 40 to 90%. At this time, as calculated using the above expression (14), since the effective reflectivity r e of the light source 10 is 0.002, the effective reflectivity r 1 of the emission surface 12 of the light source unit 10 of the light source unit 10 is greater than the reflectance r e, it is necessary to consider the external resonator according to the emission surface 12 of the light source unit 10. When calculated using the above equation (16), the number of reciprocations N of the photon within the photon lifetime of the laser beam in the external resonator is 2.7.

これらのパラメータ値を上記(9)式に代入すると、進行弾性波の周波数ωの許容数値範囲は7MHz〜183MHzとなる。このような周波数範囲の進行弾性波は、伝搬損失が小さく、容易に得ることができる。   When these parameter values are substituted into the above equation (9), the allowable numerical range of the frequency ω of the traveling elastic wave is 7 MHz to 183 MHz. A traveling elastic wave in such a frequency range has a small propagation loss and can be easily obtained.

次に、本実施形態に係るレーザ装置1の具体的な構成例について図4を用いて説明する。同図に示されるレーザ装置1は、前述の弾性波周波数条件の導出に用いたAlGaAs系の出力波長800nm帯の半導体レーザ光源を光源部10として有するものであって、光源部10,弾性波発生部20および弾性波伝播媒質30が共通の基板51上にモノリシックに設けられている。また、ZnO層58および弾性波発生部20と、光源部10とは、溝部61により互いに隔てられて設けられている。   Next, a specific configuration example of the laser apparatus 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The laser device 1 shown in the figure has an AlGaAs-based semiconductor laser light source having an output wavelength band of 800 nm used for derivation of the above-described acoustic wave frequency condition as a light source unit 10. The unit 20 and the elastic wave propagation medium 30 are monolithically provided on the common substrate 51. Further, the ZnO layer 58, the elastic wave generating unit 20, and the light source unit 10 are provided to be separated from each other by the groove 61.

n型GaAs基板51の一方の主面上に順に、n型AlGaAsクラッド層52、AlGaAs量子井戸活性層53、p型AlGaAsクラッド層54およびp型GaAsコンタクト層55が設けられている。n型AlGaAsクラッド層52は、例えば、Al組成30%であり、厚さ1.5μmである。p型AlGaAsクラッド層54は、例えば、Al組成30%であり、厚さ1.5μmである。また、p型GaAsコンタクト層55は、例えば厚さ0.1μmである。また、n型GaAs基板51の裏面には、AuGe/Au電極59が設けられている。   On one main surface of the n-type GaAs substrate 51, an n-type AlGaAs cladding layer 52, an AlGaAs quantum well active layer 53, a p-type AlGaAs cladding layer 54, and a p-type GaAs contact layer 55 are provided in this order. The n-type AlGaAs cladding layer 52 has, for example, an Al composition of 30% and a thickness of 1.5 μm. The p-type AlGaAs cladding layer 54 has, for example, an Al composition of 30% and a thickness of 1.5 μm. The p-type GaAs contact layer 55 has a thickness of 0.1 μm, for example. An AuGe / Au electrode 59 is provided on the back surface of the n-type GaAs substrate 51.

光源部10においては、p型GaAsコンタクト層55の上に、SiN絶縁層56およびCr/Au電極57が設けられている。p型GaAsコンタクト層55上の一部領域においては、SiN絶縁層56が設けられておらず、Cr/Au電極57がp型GaAsコンタクト層55に電気的に接続されている。   In the light source unit 10, a SiN insulating layer 56 and a Cr / Au electrode 57 are provided on the p-type GaAs contact layer 55. In a partial region on the p-type GaAs contact layer 55, the SiN insulating layer 56 is not provided, and the Cr / Au electrode 57 is electrically connected to the p-type GaAs contact layer 55.

光源部10に対して溝部61を隔てた反対側においては、ZnO層58および弾性波発生部20が設けられている。弾性波発生部20は互いに噛合わされた1対の櫛形電極を有しており、この弾性波発生部20の下方および当該周辺の限られた領域にZnO層58が設けられている。溝部61はn型AlGaAsクラッド層52まで達している。光源部10側の溝部61の側壁面が出射面12となっている。   On the opposite side of the light source unit 10 with the groove 61 therebetween, a ZnO layer 58 and an elastic wave generating unit 20 are provided. The elastic wave generator 20 has a pair of comb-shaped electrodes meshed with each other, and a ZnO layer 58 is provided below the elastic wave generator 20 and in a limited region around the periphery. The groove 61 reaches the n-type AlGaAs cladding layer 52. The side wall surface of the groove 61 on the light source unit 10 side is the emission surface 12.

このレーザ装置1では、光源部10の電極57と電極59との間に駆動電流が供給されると、光源部10の量子井戸活性層53においてレーザ光が発生する。そのレーザ光は、出射面12から溝部61へ出射され、ZnO層58の下方にある量子井戸活性層53に入射する。この入射したレーザ光Lは、量子井戸活性層53内を導波していき、弾性波発生部20により生じた進行弾性波による回折格子40によりブラッグ回折される。そして、そのブラッグ回折された後のレーザ光Lは、端面62から外部へ出射される。 In this laser device 1, when a drive current is supplied between the electrode 57 and the electrode 59 of the light source unit 10, laser light is generated in the quantum well active layer 53 of the light source unit 10. The laser light is emitted from the emission surface 12 to the groove 61 and is incident on the quantum well active layer 53 below the ZnO layer 58. The incident laser light L 0 is guided in the quantum well active layer 53 and is Bragg diffracted by the diffraction grating 40 by the traveling elastic wave generated by the elastic wave generating unit 20. Then, the laser light L 1 after the Bragg diffraction is emitted from the end face 62 to the outside.

次に、図4に示した本実施形態に係るレーザ装置の製造方法について図5を用いて説明する。初めに半導体エピタキシャル成長基板が準備される。すなわち、n型GaAs基板51が用意され、その上に順に、n型AlGaAsクラッド層52、AlGaAs量子井戸活性層53、p型AlGaAsクラッド層54およびp型GaAsコンタクト層55が、エピタキシャル成長により成膜される(図5(a)参照)。このとき、各層の組成および厚さは前述のとおりとされる。   Next, a manufacturing method of the laser apparatus according to the present embodiment shown in FIG. 4 will be described with reference to FIG. First, a semiconductor epitaxial growth substrate is prepared. That is, an n-type GaAs substrate 51 is prepared, and an n-type AlGaAs cladding layer 52, an AlGaAs quantum well active layer 53, a p-type AlGaAs cladding layer 54, and a p-type GaAs contact layer 55 are sequentially formed thereon by epitaxial growth. (See FIG. 5A). At this time, the composition and thickness of each layer are as described above.

続いて、この半導体エピタキシャル成長基板の上面全体にSiN絶縁層56が堆積され、その後、電極57および弾性波伝搬媒質部30においてフォトワークおよびエッチングによりSiN絶縁層56が選択的に除去されて、光源部10においてp側のCr/Au電極57が蒸着により形成される。そして、フォトワークおよびRIE法による垂直エッチングにより、溝61が形成される(図5(b)参照)。   Subsequently, the SiN insulating layer 56 is deposited on the entire upper surface of the semiconductor epitaxial growth substrate, and then the SiN insulating layer 56 is selectively removed by photowork and etching in the electrode 57 and the elastic wave propagation medium portion 30 to form the light source portion. 10, a p-side Cr / Au electrode 57 is formed by vapor deposition. And the groove | channel 61 is formed by the vertical etching by a photowork and RIE method (refer FIG.5 (b)).

さらに続いて、光源部10に対して溝部61を隔てた反対側において、圧電材料であるZnO層58が成膜され、このZnO層58の上にAl電極が蒸着されることにより弾性波発生部20が形成される。このとき、進行弾性波の進行方向が前述したブラッグ回折条件に一致する角度になるように弾性波発生部20が配置される必要がある。例えば、回折次数を1とし、弾性波周波数ωを前述した半導体レーザ光源での弾性波周波数条件に当てはまる500MHzとし、媒質速度vを3×10m/sとし、媒質屈折率nを3.4とし、レーザ光周波数Ωを3.78×1014Hzとすると、レーザ光と進行弾性波の進行方向との交差角度θは、前述したブラッグ回折条件により1.11°とされる。その後、基板51の裏面が研磨されて、その裏面にn側電極としてAuGe/Au電極59が蒸着され、さらにアニールされることで電極59と基板51との界面近傍が合金化される(図5(c)参照)。 Subsequently, a ZnO layer 58, which is a piezoelectric material, is formed on the opposite side of the light source unit 10 with the groove 61 therebetween, and an Al electrode is deposited on the ZnO layer 58, thereby generating an elastic wave generating unit. 20 is formed. At this time, the elastic wave generating unit 20 needs to be arranged so that the traveling direction of the traveling elastic wave is an angle that matches the Bragg diffraction condition described above. For example, the diffraction order is 1, a 500MHz true acoustic wave frequency ω in the elastic wave frequency condition of the semiconductor laser light source described above, the medium velocity v u and 3 × 10 3 m / s, a medium refractive index n a 3 When the laser beam frequency Ω is 3.78 × 10 14 Hz, the crossing angle θ between the laser beam and the traveling direction of the traveling elastic wave is set to 1.11 ° according to the Bragg diffraction condition described above. Thereafter, the back surface of the substrate 51 is polished, and an AuGe / Au electrode 59 is deposited on the back surface as an n-side electrode, and further annealed to alloy the vicinity of the interface between the electrode 59 and the substrate 51 (FIG. 5). (See (c)).

最後に、素子の側壁が壁開されてミラー面が形成され、このミラー面に所望の反射コーティング膜が形成されて、図4に示したような半導体レーザ光源1が製造される。   Finally, the side wall of the element is opened to form a mirror surface, and a desired reflective coating film is formed on the mirror surface, and the semiconductor laser light source 1 as shown in FIG. 4 is manufactured.

以上、詳細に説明したとおり、本実施形態に係るレーザ光源およびレーザ光照射方法では、上記(8)式(好適には上記(9)式)の関係式が満たされていることにより、光源部10と照射対象物2とが構成する外部共振器における発振に起因した戻り光の影響が抑制され、しかも、小型化可能かつ実現容易である。このことから、レーザ光の波長が安定なものとなり、上記光源部として用いられる半導体レーザ素子においてパルセーションやモードホッピング等の雑音の発生および素子劣化が抑制され、該半導体レーザ素子の劣化が抑制される。   As described above in detail, in the laser light source and laser light irradiation method according to the present embodiment, the light source unit is satisfied by satisfying the relational expression (8) above (preferably the above (9)). The influence of the return light caused by oscillation in the external resonator formed by the object 10 and the irradiation object 2 is suppressed, and can be miniaturized and easily realized. As a result, the wavelength of the laser beam becomes stable, noise generation such as pulsation and mode hopping and element deterioration are suppressed in the semiconductor laser element used as the light source unit, and deterioration of the semiconductor laser element is suppressed. The

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、図6または図7に示されるような構成としてもよい。これらのような構成とすれば、素子端面から垂直に光Lが出射されるので好都合である。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, it is good also as a structure as shown in FIG. 6 or FIG. If these described arrangement is advantageous since the light L 1 perpendicularly from the element end face is emitted.

図6は、本実施形態に係るレーザ装置の第1変形例を示す平面図である。この図に示される第1変形例のレーザ装置1Aは、既に図4および図5を用いて説明したレーザ装置1の構成と比較すると、溝部62が設けられている点で相違する。この溝部62は、n型AlGaAsクラッド層52まで達するものであり、溝部61の形成と同時に同様の方法で作成され得る。そして、この溝部62は、弾性波発生部20により生じた進行弾性波による回折格子40によりブラッグ回折された光Lを側壁面で反射させ、その反射させた光を素子端面から垂直に出射させる。 FIG. 6 is a plan view showing a first modification of the laser apparatus according to the present embodiment. The laser device 1A of the first modified example shown in this figure is different from the laser device 1 already described with reference to FIGS. 4 and 5 in that a groove 62 is provided. The groove 62 reaches the n-type AlGaAs cladding layer 52 and can be formed by the same method as the formation of the groove 61. Then, the groove portion 62, the light L 1 which is Bragg diffracted by the diffraction grating 40 by traveling acoustic wave generated by the elastic wave generating unit 20 is reflected by the sidewall surface, emit vertically the light that is reflected from the element end face .

図7は、本実施形態に係るレーザ装置の第2変形例を示す平面図である。この図に示される第2変形例のレーザ装置1Bは、図6を用いて説明したレーザ装置1Aの構成と比較すると、弾性波発生部20Bが素子側壁に設けられている点、溝部63と溝部64との間に光源部10が形成されている点、および、光源部10の共振器の光軸が素子側壁に対して傾斜している点、で相違する。溝部63および溝部64それぞれはn型AlGaAsクラッド層52まで達していており、各々の側壁面が光源部10の共振器を構成している。また、素子側壁に設けられた弾性波発生部20Bは、その側壁に対して絶縁膜70を介して、金属膜21、圧電膜22および金属膜23が順に積層されたものである。例えば、絶縁膜70はSiOやSiNからなり、圧電膜22はZnOからなり、金属膜21,22はAuからなる。これらは蒸着またはスパッタリングにより形成され得る。 FIG. 7 is a plan view showing a second modification of the laser apparatus according to the present embodiment. Compared with the configuration of the laser device 1A described with reference to FIG. 6, the laser device 1B of the second modification shown in this figure is that the elastic wave generating unit 20B is provided on the element side wall, and the groove 63 and the groove 64 in that the light source unit 10 is formed between the light source unit 64 and the optical axis of the resonator of the light source unit 10 is inclined with respect to the element side wall. Each of the groove 63 and the groove 64 reaches the n-type AlGaAs cladding layer 52, and each side wall surface constitutes a resonator of the light source unit 10. The elastic wave generator 20B provided on the side wall of the element has a metal film 21, a piezoelectric film 22 and a metal film 23 stacked in this order on the side wall via an insulating film 70. For example, the insulating film 70 is made of SiO 2 or SiN, the piezoelectric film 22 is made of ZnO, and the metal films 21 and 22 are made of Au. These can be formed by vapor deposition or sputtering.

このレーザ装置1Bでは、金属膜21と金属膜22との間に高周波電圧が印加されることで、素子側壁に対して垂直に進む進行弾性波が発生する。光源部10から出力された光Lは、素子側壁に対して傾斜して進み、弾性波発生部20Bにより生じた進行弾性波による回折格子40によりブラッグ回折される。このブラッグ回折後の光Lは、溝部62の側壁面で反射されて、素子端面から垂直に出射される。 In this laser apparatus 1B, a traveling elastic wave that travels perpendicular to the element side wall is generated by applying a high-frequency voltage between the metal film 21 and the metal film 22. The light L 0 output from the light source unit 10 proceeds while being inclined with respect to the element side wall, and is Bragg diffracted by the diffraction grating 40 due to the traveling elastic wave generated by the elastic wave generating unit 20B. The light L 1 after Bragg diffraction is reflected by the sidewall surface of the groove 62, is emitted perpendicularly from the device end face.

本実施形態に係るレーザ装置およびレーザ光照射方法を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the laser apparatus and laser beam irradiation method which concern on this embodiment. 本実施形態に係るレーザ装置およびレーザ光照射方法におけるレーザ光の周波数スペクトル等を示す図である。It is a figure which shows the frequency spectrum etc. of the laser beam in the laser apparatus and laser beam irradiation method which concern on this embodiment. 本実施形態に係るレーザ装置およびレーザ光照射方法における光子の往復可能回数Nについて説明するための図である。It is a figure for demonstrating the frequency | count N of the reciprocation of a photon in the laser apparatus and laser beam irradiation method which concern on this embodiment. 本実施形態に係るレーザ装置の具体的な構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the specific structure of the laser apparatus concerning this embodiment. 本実施形態に係るレーザ装置の製造方法を説明する工程図である。It is process drawing explaining the manufacturing method of the laser apparatus concerning this embodiment. 本実施形態に係るレーザ装置の第1変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the 1st modification of the laser apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るレーザ装置の第2変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the 2nd modification of the laser apparatus which concerns on this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1,1A,1B…レーザ装置、2…照射対象物、10…光源部、20,20B…弾性波発生部、30…弾性波伝播媒質、40…回折格子。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1A, 1B ... Laser apparatus, 2 ... Irradiation target object, 10 ... Light source part, 20, 20B ... Elastic wave generation part, 30 ... Elastic wave propagation medium, 40 ... Diffraction grating.

Claims (7)

レーザ光を出力する光源部と、前記光源部から出力されるレーザ光が入射する所定領域の媒質において該レーザ光をブラッグ回折させる進行弾性波を発生させる弾性波発生部と、を備え、
前記光源部が出力するレーザ光の縦モードの周波数間隔をΔFとし、該レーザ光の縦モードの周波数スペクトルの半値全幅をΔfとしたときに、前記弾性波発生部が発生する進行弾性波の周波数ωが、
Figure 0004772322
なる関係式を満たす、
ことを特徴とするレーザ装置。
A light source unit that outputs a laser beam, and an elastic wave generator that generates a traveling elastic wave that Bragg diffracts the laser beam in a medium in a predetermined region on which the laser beam output from the light source unit is incident,
The frequency of the traveling elastic wave generated by the elastic wave generator when the frequency interval of the longitudinal mode of the laser beam output from the light source unit is ΔF and the full width at half maximum of the frequency spectrum of the longitudinal mode of the laser beam is Δf. ω is
Figure 0004772322
Satisfying the relational expression
A laser device characterized by that.
前記光源部、前記弾性波発生部および前記所定領域が共通の基板上に設けられていることを特徴とする請求項1記載のレーザ装置。   The laser device according to claim 1, wherein the light source unit, the elastic wave generating unit, and the predetermined region are provided on a common substrate. 前記光源部が半導体レーザ素子を含むことを特徴とする請求項1記載のレーザ装置。   The laser device according to claim 1, wherein the light source unit includes a semiconductor laser element. 照射対象物にレーザ光を照射する方法であって、
弾性波発生部により進行弾性波を所定領域の媒質に発生させ、光源部から出力されたレーザ光を前記所定領域に入射させて前記進行弾性波によりブラッグ回折させ、その回折させたレーザ光を前記照射対象物に照射するとともに、
前記光源部が出力するレーザ光の縦モードの周波数間隔をΔFとし、該レーザ光の縦モードの周波数スペクトルの半値全幅をΔfとしたときに、前記弾性波発生部が発生する進行弾性波の周波数ωが、
Figure 0004772322
なる関係式を満たす、
ことを特徴とするレーザ光照射方法。
A method of irradiating an irradiation object with laser light,
A traveling elastic wave is generated in a medium in a predetermined region by an elastic wave generating unit, laser light output from a light source unit is incident on the predetermined region, Bragg diffracted by the traveling elastic wave, and the diffracted laser light is While irradiating the irradiation object,
The frequency of the traveling elastic wave generated by the elastic wave generator when the frequency interval of the longitudinal mode of the laser beam output from the light source unit is ΔF and the full width at half maximum of the frequency spectrum of the longitudinal mode of the laser beam is Δf. ω is
Figure 0004772322
Satisfying the relational expression
And a laser beam irradiation method.
前記光源部と前記照射対象物とが構成する外部共振器における前記レーザ光の光子寿命時間内での当該光子の往復可能回数をNとしたときに、前記弾性波発生部が発生する進行弾性波の周波数ωが、
Figure 0004772322
なる関係式を満たすことを特徴とする請求項4記載のレーザ光照射方法。
A traveling elastic wave generated by the elastic wave generator when the number of reciprocations of the photon within the photon lifetime of the laser light in the external resonator formed by the light source unit and the irradiation object is N. The frequency ω of
Figure 0004772322
The laser beam irradiation method according to claim 4, wherein the following relational expression is satisfied.
前記光源部、前記弾性波発生部および前記所定領域が共通の基板上に設けられていることを特徴とする請求項4記載のレーザ光照射方法。   The laser light irradiation method according to claim 4, wherein the light source unit, the elastic wave generation unit, and the predetermined region are provided on a common substrate. 前記光源部が半導体レーザ素子を含むことを特徴とする請求項4記載のレーザ光照射方法。
The laser light irradiation method according to claim 4, wherein the light source unit includes a semiconductor laser element.
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