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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024137115
(43)【公開日】2024-10-07
(54)【発明の名称】レーザ素子及び電子機器
(51)【国際特許分類】
H01S 5/065 20060101AFI20240927BHJP
H01S 5/14 20060101ALI20240927BHJP
H01S 5/183 20060101ALI20240927BHJP
H01S 5/0225 20210101ALI20240927BHJP
H01S 5/04 20060101ALI20240927BHJP
H01S 3/1118 20230101ALI20240927BHJP
【ＦＩ】
H01S5/065
H01S5/14
H01S5/183
H01S5/0225
H01S5/04
H01S3/1118
【審査請求】未請求
【請求項の数】17
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023048504
(22)【出願日】2023-03-24
(71)【出願人】
【識別番号】000002185
【氏名又は名称】ソニーグループ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100120031
【弁理士】
【氏名又は名称】宮嶋 学
(72)【発明者】
【氏名】鎌田 将尚
(72)【発明者】
【氏名】米澤 元
【テーマコード（参考）】
5F172
5F173
【Ｆターム（参考）】
5F172AL08
5F172DD02
5F172EE13
5F172NN17
5F172NQ34
5F172NQ53
5F172ZZ03
5F173AB33
5F173AB47
5F173AB50
5F173AB83
5F173AC03
5F173AC13
5F173AC53
5F173AR99
5F173MA10
5F173MC30
5F173MF02
5F173MF10
5F173MF28
5F173MF29
5F173MF40
5F173SA08
5F173SA24
5F173SC10
5F173SE02
5F173SG05
(57)【要約】 （修正有）
【課題】超短パルスで高ピークパワーのレーザ光を生成でき、かつ小型化が可能で、光―パルス光変換効率を向上可能にする。
【解決手段】レーザ素子１は、第１波長に対する第１反射層Ｒ１と、第１波長の面発光を行う活性層２３とを有する積層半導体層２と、積層半導体層の光軸の後方側に配置され、積層半導体層と対向する第１面に第２波長に対する第２反射層Ｒ２および第１面と反対側の第２面に第１波長に対する第３反射層Ｒ３を有するレーザ媒質３と、第２面より光軸の後方側に配置される第２波長に対する第４反射層Ｒ４と、第１反射層および第３反射層の間で第１波長の光を共振させる第１共振器１１と、第２反射層および第４反射層の間で第２波長の光を共振させる第２共振器１２と、第３反射層と第４反射層との間に配置され、モード同期にて第２波長の光を生成する半導体可飽和吸収体４とを備え、積層半導体層の光軸及びレーザ媒質の光軸は一軸上に配置される。
【選択図】図１
【解決手段】レーザ素子１は、第１波長に対する第１反射層Ｒ１と、第１波長の面発光を行う活性層２３とを有する積層半導体層２と、積層半導体層の光軸の後方側に配置され、積層半導体層と対向する第１面に第２波長に対する第２反射層Ｒ２および第１面と反対側の第２面に第１波長に対する第３反射層Ｒ３を有するレーザ媒質３と、第２面より光軸の後方側に配置される第２波長に対する第４反射層Ｒ４と、第１反射層および第３反射層の間で第１波長の光を共振させる第１共振器１１と、第２反射層および第４反射層の間で第２波長の光を共振させる第２共振器１２と、第３反射層と第４反射層との間に配置され、モード同期にて第２波長の光を生成する半導体可飽和吸収体４とを備え、積層半導体層の光軸及びレーザ媒質の光軸は一軸上に配置される。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１波長に対する第１反射層と、前記第１波長の面発光を行う活性層と、を有する積層半導体層と、
前記積層半導体層の光軸の後方側に配置され、前記積層半導体層と対向する第１面に第２波長に対する第２反射層および前記第１面と反対側の第２面に前記第１波長に対する第３反射層を有するレーザ媒質と、
前記第２面より光軸の後方側に配置される、前記第２波長に対する第４反射層と、
前記第１反射層および前記第３反射層の間で前記第１波長の光を共振させる第１共振器と、
前記第２反射層および前記第４反射層の間で前記第２波長の光を共振させる第２共振器と、
前記第３反射層と前記第4反射層との間に配置され、モード同期にて前記第２波長の光を生成する半導体可飽和吸収体と、を備え、
前記積層半導体層の光軸及び前記レーザ媒質の光軸は、一軸上に配置される、
レーザ素子。
前記積層半導体層の光軸の後方側に配置され、前記積層半導体層と対向する第１面に第２波長に対する第２反射層および前記第１面と反対側の第２面に前記第１波長に対する第３反射層を有するレーザ媒質と、
前記第２面より光軸の後方側に配置される、前記第２波長に対する第４反射層と、
前記第１反射層および前記第３反射層の間で前記第１波長の光を共振させる第１共振器と、
前記第２反射層および前記第４反射層の間で前記第２波長の光を共振させる第２共振器と、
前記第３反射層と前記第4反射層との間に配置され、モード同期にて前記第２波長の光を生成する半導体可飽和吸収体と、を備え、
前記積層半導体層の光軸及び前記レーザ媒質の光軸は、一軸上に配置される、
レーザ素子。
【請求項2】
前記積層半導体層、前記レーザ媒質、及び前記半導体可飽和吸収体は、各光軸が一軸上に配置される一体化された構造体である、
請求項１に記載のレーザ素子。
請求項１に記載のレーザ素子。
【請求項3】
前記半導体可飽和吸収体は、所定の変調深さ及びリカバリータイムを有する量子井戸構造を含む、
請求項１に記載のレーザ素子。
請求項１に記載のレーザ素子。
【請求項4】
前記半導体可飽和吸収体は、透過型で変調深さΔＲが０．５～２％であるとともに、リカバリータイムτfastが５００ｆｓ（フェムト秒）未満である、
請求項３に記載のレーザ素子。
請求項３に記載のレーザ素子。
【請求項5】
前記レーザ媒質は、固体レーザ媒質である、
請求項１に記載のレーザ素子。
請求項１に記載のレーザ素子。
【請求項6】
前記レーザ媒質は、イオンドープ型の固体レーザ媒質である、
請求項４に記載のレーザ素子。
請求項４に記載のレーザ素子。
【請求項7】
前記第２共振器は、チャープミラーを有する、
請求項１に記載のレーザ素子。
請求項１に記載のレーザ素子。
【請求項8】
前記第２反射層及び前記第４反射層の少なくとも一方は、前記チャープミラーである、
請求項７に記載のレーザ素子。
請求項７に記載のレーザ素子。
【請求項9】
前記チャープミラーの群遅延分散ＧＤＤｃａｖｉｔｙ、前記レーザ媒質の群遅延分散ＧＤＤｇａｉｎ ｍｅｄｉｕｍ、及び前記半導体可飽和吸収体の群遅延分散ＧＤＤＳＡが、以下の式（１）の関係を満たすときに、
ＧＤＤｃａｖｉｔｙ＝２ＧＤＤｇａｉｎ ｍｅｄｉｕｍ＋２ＧＤＤＤＢＲ＋ＧＤＤＳＡ…（１）
前記チャープミラーの群遅延分散ＧＤＤｃａｖｉｔｙは、以下の式（２）を満たすように設定される、
－２０００ｆｓ２＜ＧＤＤｃａｖｉｔｙ＜２０００ｆｓ２ …（２）
請求項７に記載のレーザ素子。
ＧＤＤｃａｖｉｔｙ＝２ＧＤＤｇａｉｎ ｍｅｄｉｕｍ＋２ＧＤＤＤＢＲ＋ＧＤＤＳＡ…（１）
前記チャープミラーの群遅延分散ＧＤＤｃａｖｉｔｙは、以下の式（２）を満たすように設定される、
－２０００ｆｓ２＜ＧＤＤｃａｖｉｔｙ＜２０００ｆｓ２ …（２）
請求項７に記載のレーザ素子。
【請求項10】
前記第２反射層は、短波波長透過フィルタである、
請求項１に記載のレーザ素子。
請求項１に記載のレーザ素子。
【請求項11】
前記第２反射層は、
光軸の後方側に配置される第１領域と、
前記第１領域に積層されて、光軸の前方側に配置される第２領域と、を有し、
前記第１領域は、前記第２領域よりも光耐久性の高い材料で構成され、
前記第２領域は、前記第１領域よりも光遮断性能の高い材料で構成される、
請求項１０に記載のレーザ素子。
光軸の後方側に配置される第１領域と、
前記第１領域に積層されて、光軸の前方側に配置される第２領域と、を有し、
前記第１領域は、前記第２領域よりも光耐久性の高い材料で構成され、
前記第２領域は、前記第１領域よりも光遮断性能の高い材料で構成される、
請求項１０に記載のレーザ素子。
【請求項12】
前記第１領域は、屈折率が互いに異なる第１材料層及び第２材料層を交互に積層して構成され、
前記第２領域は、屈折率が互いに異なる第３材料層及び第４材料層を交互に積層して構成される、
請求項１１に記載のレーザ素子。
前記第２領域は、屈折率が互いに異なる第３材料層及び第４材料層を交互に積層して構成される、
請求項１１に記載のレーザ素子。
【請求項13】
前記第３材料層及び前記第４材料層の屈折率差は、前記第１材料層及び前記第２材料層の屈折率差よりも大きい、
請求項１２に記載のレーザ素子。
請求項１２に記載のレーザ素子。
【請求項14】
前記第３材料層及び前記第４材料層のバンドギャップ差は、前記第１材料層及び前記第２材料層のバンドギャップ差よりも大きい、
請求項１２に記載のレーザ素子。
請求項１２に記載のレーザ素子。
【請求項15】
前記第３材料層及び前記第４材料層のレーザ誘起損傷閾値の差は、前記第１材料層及び前記第２材料層のレーザ誘起損傷閾値の差よりも大きい、
請求項１２に記載のレーザ素子。
請求項１２に記載のレーザ素子。
【請求項16】
前記積層半導体層、前記レーザ媒質、及び前記半導体可飽和吸収体のそれぞれの線膨張係数の相違度は２０％以内である、
請求項１に記載のレーザ素子。
請求項１に記載のレーザ素子。
【請求項17】
レーザ素子と、
前記レーザ素子の照射光又は前記照射光の反射光に基づき画像データを生成する撮像部と、を備え、
前記レーザ素子は、
第１波長に対する第１反射層と、前記第１波長の面発光を行う活性層と、を有する積層半導体層と、
前記積層半導体層の光軸の後方側に配置され、前記積層半導体層と対向する第１面に第２波長に対する第２反射層および前記第１面と反対側の第２面に前記第１波長に対する第３反射層を有するレーザ媒質と、
前記第２面より光軸の後方側に配置される、前記第２波長に対する第４反射層と、
前記第１反射層および前記第３反射層の間で前記第１波長の光を共振させる第１共振器と、
前記第２反射層および前記第４反射層の間で前記第２波長の光を共振させる第２共振器と、
前記第３反射層と前記第4反射層との間に配置され、モード同期にて前記第２波長の光を生成する半導体可飽和吸収体と、を備え、
前記積層半導体層の光軸及び前記レーザ媒質の光軸は、一軸上に配置される、
電子機器。
前記レーザ素子の照射光又は前記照射光の反射光に基づき画像データを生成する撮像部と、を備え、
前記レーザ素子は、
第１波長に対する第１反射層と、前記第１波長の面発光を行う活性層と、を有する積層半導体層と、
前記積層半導体層の光軸の後方側に配置され、前記積層半導体層と対向する第１面に第２波長に対する第２反射層および前記第１面と反対側の第２面に前記第１波長に対する第３反射層を有するレーザ媒質と、
前記第２面より光軸の後方側に配置される、前記第２波長に対する第４反射層と、
前記第１反射層および前記第３反射層の間で前記第１波長の光を共振させる第１共振器と、
前記第２反射層および前記第４反射層の間で前記第２波長の光を共振させる第２共振器と、
前記第３反射層と前記第4反射層との間に配置され、モード同期にて前記第２波長の光を生成する半導体可飽和吸収体と、を備え、
前記積層半導体層の光軸及び前記レーザ媒質の光軸は、一軸上に配置される、
電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、レーザ素子及び電子機器に関する。
【背景技術】
【0002】
レーザ技術は、微細加工、医療及び測距など種々の分野で幅広く利用されている。モードロックレーザは、従来のＱスイッチレーザよりも、はるかに短いパルス幅で、かつ非常に高いピークパワーのレーザ光を生成でき、しかも、熱が発生する前にレーザ光の全エネルギを伝搬できるため、非熱的なレーザ加工及びセンシング用途などへの応用が期待されている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【非特許文献1】Femtosecond pulses from a modelocked integrated external-cavity surface emitting laser (MIXSEL) https://opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-21-21-24904&id=268839
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、非特許文献１のレーザ装置は、励起光を外部から入射させる必要があり、構造が複雑化して小型化が困難である。より具体的には、非特許文献１のレーザ装置では、光軸の斜め方向から励起光を入射させている。このため、レーザ装置の内部に設けられる利得媒質は、励起光と発振光のモードマッチのために、極端に薄くせざるを得ない。しかも、利得媒質は、励起光を最大で２パスで吸収させなければならず、吸収係数を高くする必要がある。このため、非特許文献１では、半導体量子井戸構造の利得媒質を用いている。
【0005】
ところが、半導体量子井戸構造の利得媒質は、キャリア寿命が短くて十分にエネルギを蓄積できないため、超短パルスのレーザ光を生成する際の光－パルス光変換効率が１％未満になる。固体レーザ媒質を用いると、キャリア寿命を長くできて、光－パルス光変換効率も向上できるが、吸収係数は半導体材料程大きくないため厚みを増す必要があり、この結果、励起光と発振光のモードマッチが確保できなくなる。
【0006】
本開示は、上記の課題を解決するために、超短パルスで高ピークパワーのレーザ光を生成でき、かつ小型化が可能で、光―パルス光変換効率を向上可能なレーザ素子及び電子機器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記の課題を解決するために、本開示によれば、第１波長に対する第１反射層と、前記第１波長の面発光を行う活性層と、を有する積層半導体層と、
前記積層半導体層の光軸の後方側に配置され、前記積層半導体層と対向する第１面に第２波長に対する第２反射層および前記第１面と反対側の第２面に前記第１波長に対する第３反射層を有するレーザ媒質と、
前記第２面より光軸の後方側に配置される、前記第２波長に対する第４反射層と、
前記第１反射層および前記第３反射層の間で前記第１波長の光を共振させる第１共振器と、
前記第２反射層および前記第４反射層の間で前記第２波長の光を共振させる第２共振器と、
前記第３反射層と前記第4反射層との間に配置され、モード同期にて前記第２波長の光を生成する半導体可飽和吸収体と、を備え、
前記積層半導体層の光軸及び前記レーザ媒質の光軸は、一軸上に配置される、
レーザ素子が提供される。
前記積層半導体層の光軸の後方側に配置され、前記積層半導体層と対向する第１面に第２波長に対する第２反射層および前記第１面と反対側の第２面に前記第１波長に対する第３反射層を有するレーザ媒質と、
前記第２面より光軸の後方側に配置される、前記第２波長に対する第４反射層と、
前記第１反射層および前記第３反射層の間で前記第１波長の光を共振させる第１共振器と、
前記第２反射層および前記第４反射層の間で前記第２波長の光を共振させる第２共振器と、
前記第３反射層と前記第4反射層との間に配置され、モード同期にて前記第２波長の光を生成する半導体可飽和吸収体と、を備え、
前記積層半導体層の光軸及び前記レーザ媒質の光軸は、一軸上に配置される、
レーザ素子が提供される。
【0008】
前記積層半導体層、前記レーザ媒質、及び前記半導体可飽和吸収体は、各光軸が一軸上に配置される一体化された構造体であってもよい。
【0009】
前記半導体可飽和吸収体は、所定の変調深さ及びリカバリータイムを有する量子井戸構造を含んでもよい。
【0010】
前記半導体可飽和吸収体は、透過型で変調深さΔＲが０．５～２％であるとともに、リカバリータイムτfastが５００ｆｓ（フェムト秒）未満であってもよい。
【0011】
前記レーザ媒質は、固体レーザ媒質であってもよい。
【0012】
前記レーザ媒質は、イオンドープ型の固体レーザ媒質であってもよい。
【0013】
前記第２共振器は、チャープミラーを有してもよい。
【0014】
前記第２反射層及び前記第４反射層の少なくとも一方は、前記チャープミラーであってもよい。
【0015】
前記チャープミラーの群遅延分散ＧＤＤｃａｖｉｔｙ、前記レーザ媒質の群遅延分散ＧＤＤｇａｉｎ ｍｅｄｉｕｍ、及び前記半導体可飽和吸収体の群遅延分散ＧＤＤＳＡが、以下の式（１）の関係を満たすときに、
ＧＤＤｃａｖｉｔｙ＝２ＧＤＤｇａｉｎ ｍｅｄｉｕｍ＋２ＧＤＤＤＢＲ＋ＧＤＤＳＡ…（１）
前記チャープミラーの群遅延分散ＧＤＤｃａｖｉｔｙは、以下の式（２）を満たすように設定されてもよい。
－２０００ｆｓ２＜ＧＤＤｃａｖｉｔｙ＜２０００ｆｓ２ …（２）
ＧＤＤｃａｖｉｔｙ＝２ＧＤＤｇａｉｎ ｍｅｄｉｕｍ＋２ＧＤＤＤＢＲ＋ＧＤＤＳＡ…（１）
前記チャープミラーの群遅延分散ＧＤＤｃａｖｉｔｙは、以下の式（２）を満たすように設定されてもよい。
－２０００ｆｓ２＜ＧＤＤｃａｖｉｔｙ＜２０００ｆｓ２ …（２）
【0016】
前記第２反射層は、短波波長透過フィルタであってもよい。
【0017】
前記第２反射層は、
光軸の後方側に配置される第１領域と、
前記第１領域に積層されて、光軸の前方側に配置される第２領域と、を有し、
前記第１領域は、前記第２領域よりも光耐久性の高い材料で構成され、
前記第２領域は、前記第１領域よりも光遮断性能の高い材料で構成されてもよい。
光軸の後方側に配置される第１領域と、
前記第１領域に積層されて、光軸の前方側に配置される第２領域と、を有し、
前記第１領域は、前記第２領域よりも光耐久性の高い材料で構成され、
前記第２領域は、前記第１領域よりも光遮断性能の高い材料で構成されてもよい。
【0018】
前記第１領域は、屈折率が互いに異なる第１材料層及び第２材料層を交互に積層して構成され、
前記第２領域は、屈折率が互いに異なる第３材料層及び第４材料層を交互に積層して構成されてもよい。
前記第２領域は、屈折率が互いに異なる第３材料層及び第４材料層を交互に積層して構成されてもよい。
【0019】
前記第３材料層及び前記第４材料層の屈折率差は、前記第１材料層及び前記第２材料層の屈折率差よりも大きくてもよい。
【0020】
前記第３材料層及び前記第４材料層のバンドギャップ差は、前記第１材料層及び前記第２材料層のバンドギャップ差よりも大きくてもよい。
【0021】
前記第３材料層及び前記第４材料層のレーザ誘起損傷閾値の差は、前記第１材料層及び前記第２材料層のレーザ誘起損傷閾値の差よりも大きくてもよい。
【0022】
前記積層半導体層、前記レーザ媒質、及び前記半導体可飽和吸収体のそれぞれの線膨張係数の相違度は２０％以内であってもよい。
【0023】
また、本開示によれば、レーザ素子と、
前記レーザ素子の照射光又は前記照射光の反射光に基づき画像データを生成する撮像部と、を備え、
前記レーザ素子は、
第１波長に対する第１反射層と、前記第１波長の面発光を行う活性層と、を有する積層半導体層と、
前記積層半導体層の光軸の後方側に配置され、前記積層半導体層と対向する第１面に第２波長に対する第２反射層および前記第１面と反対側の第２面に前記第１波長に対する第３反射層を有するレーザ媒質と、
前記第２面より光軸の後方側に配置される、前記第２波長に対する第４反射層と、
前記第１反射層および前記第３反射層の間で前記第１波長の光を共振させる第１共振器と、
前記第２反射層および前記第４反射層の間で前記第２波長の光を共振させる第２共振器と、
前記第３反射層と前記第4反射層との間に配置され、モード同期にて前記第２波長の光を生成する半導体可飽和吸収体と、を備え、
前記積層半導体層の光軸及び前記レーザ媒質の光軸は、一軸上に配置される、
電子機器が提供される。
前記レーザ素子の照射光又は前記照射光の反射光に基づき画像データを生成する撮像部と、を備え、
前記レーザ素子は、
第１波長に対する第１反射層と、前記第１波長の面発光を行う活性層と、を有する積層半導体層と、
前記積層半導体層の光軸の後方側に配置され、前記積層半導体層と対向する第１面に第２波長に対する第２反射層および前記第１面と反対側の第２面に前記第１波長に対する第３反射層を有するレーザ媒質と、
前記第２面より光軸の後方側に配置される、前記第２波長に対する第４反射層と、
前記第１反射層および前記第３反射層の間で前記第１波長の光を共振させる第１共振器と、
前記第２反射層および前記第４反射層の間で前記第２波長の光を共振させる第２共振器と、
前記第３反射層と前記第4反射層との間に配置され、モード同期にて前記第２波長の光を生成する半導体可飽和吸収体と、を備え、
前記積層半導体層の光軸及び前記レーザ媒質の光軸は、一軸上に配置される、
電子機器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】第１の実施形態によるレーザ素子の概略構成を示す断面図である。
【図2】第１の実施形態による励起光源の電極構造を示す断面図である。
【図3】第１の実施形態によるレーザ素子の電極配置を示す平面図である。
【図4】一比較例によるレーザ装置の構成を示す斜視図である。
【図5】一比較例によるレーザ素子及び出力カプラの断面図である。
【図6】第１の実施形態の一変形例によるレーザ素子の概略構成を示す断面図である。
【図7】第２の実施形態における第２反射層の特性を示すグラフである。
【図8】第２反射層に用いることができる材料の特性を示すグラフである。
【図9】内視鏡システムの概略的な構成の一例を示す図である。
【図11】顕微鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、図面を参照して、レーザ素子及び電子機器の実施形態について説明する。以下では、レーザ素子及び電子機器の主要な構成部分を中心に説明するが、レーザ素子及び電子機器には、図示又は説明されていない構成部分や機能が存在しうる。以下の説明は、図示又は説明されていない構成部分や機能を除外するものではない。
【0026】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態によるレーザ素子１の概略構成を示す断面図である。レーザ素子１は、励起光源（積層半導体層）２と、レーザ媒質３と、可飽和吸収体（半導体可飽和吸収体）４を備える。レーザ素子１は、励起光源２、レーザ媒質３、及び可飽和吸収体４が一体化された構造である。励起光源２、レーザ媒質３、及び可飽和吸収体４の光軸は一軸上に配置される。
図１は、第１の実施形態によるレーザ素子１の概略構成を示す断面図である。レーザ素子１は、励起光源（積層半導体層）２と、レーザ媒質３と、可飽和吸収体（半導体可飽和吸収体）４を備える。レーザ素子１は、励起光源２、レーザ媒質３、及び可飽和吸収体４が一体化された構造である。励起光源２、レーザ媒質３、及び可飽和吸収体４の光軸は一軸上に配置される。
【0027】
励起光源２は、レーザ媒質３を励起させるための励起光Ｌ１を生成する。励起光源２は、基板２１、第５反射層Ｒ５、クラッド層２２、活性層２３、クラッド層２４、及び第１反射層Ｒ１を順に積層した、積層構造の半導体層（以下、積層半導体層）で構成されている。
【0028】
図１は、基板２１側から連続波（ＣＷ：Continuous Wave）の励起光（第１波長の光）Ｌ１を出射するボトムエミッション型の構成の励起光源２を示しているが、励起光源２は、第１反射層Ｒ１側からＣＷ励起光を出射するトップエミッション型の構成も取り得る。また、第1波長の光は必ずしも連続波である必要はなく、パルス波であってもよい。
【0029】
基板２１は、例えばｎ－ＧａＡｓ基板である。ｎ－ＧａＡｓ基板は、励起光源２の励起波長である励起光Ｌ１を一定の割合で吸収するため、励起光Ｌ１の吸収を抑制するために極力薄くするのが望ましい。その一方で、基板２１は、例えば他の部材と接合する際の機械的強度を維持できる程度の厚みを持たせるのが望ましい。
【0030】
活性層２３は、励起光Ｌ１の面発光を行う。活性層２３の両側に配置されるクラッド層２２、２４は、例えばＡｌＧａＡｓクラッド層である。第１反射層Ｒ１は、励起光Ｌ１を透過させずに反射させる必要がある。第５反射層Ｒ５は、励起光Ｌ１に対して一定の透過率を有する。第１反射層Ｒ１と第５反射層Ｒ５には、例えば、電気伝導が可能な半導体分布反射層（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）が用いられる。図１では不図示の電極から第１反射層Ｒ１と第５反射層Ｒ５を介して外部から電流が注入され、活性層２３内の量子井戸で再結合と発光が生じて、励起光Ｌ１が生成される。
【0031】
第５反射層Ｒ５は、例えば基板２１上に配置される。例えば、第５反射層Ｒ５は、ｎ型ドーパント（例えばシリコン）を添加したＡｌｚ１Ｇａ１－ｚ１Ａｓ／Ａｌｚ２Ｇａ１－ｚ２Ａｓ（０≦ｚ１≦ｚ２≦１）からなる多層反射膜を有する。第５反射層Ｒ５は、ｎ－ＤＢＲとも呼ばれる。
【0032】
活性層２３は、例えば、Ａｌx1Ｉｎy1Ｇａ1-x1-y1Ａｓ層とＡｌx3Ｉｎy3Ｇａ1-x3-y3Ａｓ層を積層した多重量子井戸層を有する。
【0033】
第１反射層Ｒ１は、例えば、ｐ型ドーパント（例えば炭素）を添加したＡｌｚ３Ｇａ１－ｚ３Ａｓ／ＡｌＺ４Ｇａ１－ｚ４Ａｓ（０≦ｚ３≦ｚ４≦１）からなる多重反射膜を有する。第１反射層Ｒ１は、ｐ－ＤＢＲとも呼ばれる。
【0034】
励起光共振器として機能する励起光源２内の各半導体層（第５反射層Ｒ５、クラッド層２２、活性層２３、クラッド層２４、及び第１反射層Ｒ１）は、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy：分子線エピタキシ法）等の結晶成長法を用いて形成される。そして上記の各半導体層は、結晶成長後に、素子分離のためのメサエッチング、絶縁膜の形成、及び電極膜の蒸着等のプロセスを経て、電流注入による駆動が可能となる。
【0035】
励起光源２は、レーザ媒質３を励起可能な励起光を生成可能な部材であればよく、具体的な材料は問わない。例えば、励起光源２に用いられる材料は、結晶質材料でもよいしセラミック等の非晶質材料でもよい。励起光源２は、励起光Ｌ１をレーザ媒質３に入射できればよく、集光部材などの光制御部材を必ずしも設ける必要はない。
【0036】
図１では、励起光源２の電極構造などの詳細な層構成を省略している。励起光源２の詳細な構成については後述する。
【0037】
励起光源２の基板２１の第５反射層Ｒ５とは反対側、即ち光軸の後方側には、レーザ媒質３が配置されている。レーザ媒質３は、第２反射層Ｒ２及び第３反射層Ｒ３を有する。なお、本明細書では、レーザ素子１の光軸に沿って出射されるレーザ光の出射方向を光軸の後方と呼び、出射方向とは反対の方向を光軸の前方と呼ぶ。
【0038】
第２反射層Ｒ２は、励起光源２の光出射面に対向する第１面Ｓ１に配置されている。第３反射層Ｒ３は、第１面Ｓ１よりも光軸の後方側の第２面Ｓ２に配置されている。レーザ媒質３は、第２反射層Ｒ２及び第３反射層Ｒ３の間に配置されている。
【0039】
レーザ媒質３は、励起光Ｌ１により励起され、発振光（第２波長の光）Ｌ２を出射する。レーザ媒質３は、励起光源２と可飽和吸収体４との間に配置される。
【0040】
レーザ媒質３には、例えばイオンドープ型の固体レーザ媒質が用いられる。レーザ媒質３の材料としては、例えばＹｂ（イットリビウム）をドープしたＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）結晶Ｙｂ：ＹＡＧが用いられる。なお、レーザ媒質３は、固体レーザ媒質が望ましいが、半導体レーザ媒質を用いることも可能である。
【0041】
固体レーザ媒質は、半導体レーザ媒質と比べて、励起光Ｌ１の吸収係数が低い一方、キャリア寿命が長く励起光Ｌ１のエネルギを蓄積しやすい。したがって、励起光Ｌ１の吸収係数に制約がない場合は、レーザ媒質３は固体レーザ媒質であることが望ましい。固体レーザ媒質を用いることで、光―パルス光変換効率を向上できる。
【0042】
レーザ媒質３には、Ｙｂ：ＹＡＧに限らず、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＶＯ４、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ｇｌａｓｓ、Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＹＬＦ、Ｙｂ：ＦＡＰ、Ｙｂ：ＳＦＡＰ、Ｙｂ：ＹＶＯ、Ｙｂ：ｇｌａｓｓ、Ｙｂ：ＫＹＷ、Ｙｂ：ＢＣＢＦ、Ｙｂ：ＹＣＯＢ、Ｙｂ：ＧｄＣＯＢ、Ｙｂ：ＹＡＢのいずれかの材料が用いられてもよい。
【0043】
また、レーザ媒質３は、４準位系の固体レーザ媒質であってもよいし、３準位系の固体レーザ媒質であってもよい。ただし、それぞれの結晶によって、適切な励起波長は異なるので、レーザ媒質３の材料に応じて、励起光源２内の半導体材料が選択される必要がある。例えばＧａＮ（ガリウムナイトライド）の励起光源２に対しては、Ｔｉ：Ｓ（チタン・サファイア）のレーザ媒質３が用いられる。
【0044】
一対の第２反射層Ｒ２及び第３反射層Ｒ３のうち、励起光源２側に設けられる第２反射層Ｒ２は、例えば、励起光源２から出射された励起光Ｌ１を透過させ、かつ、レーザ媒質３から出射された発振光Ｌ２を所定の反射率で反射させる必要がある。
【0045】
一方、励起光源２とは反対側に設けられる第３反射層Ｒ３は、例えば励起光源２から出射された励起光Ｌ１を所定の反射率で反射させ、かつ、レーザ媒質３から出射された発振光Ｌ２を透過させる必要がある。
【0046】
第２反射層Ｒ２及び第３反射層Ｒ３には、例えば、誘電体多層膜が用いられる。誘電体多層膜の厚さは、例えばレーザ発振波長の４分の１であり、総数は数層から数百層であり、材料にはＳｉＯ２又はＳｉＮなどが用いられ得る。
【0047】
励起光源２及びレーザ媒質３は、第１共振器１１を構成する。第１共振器１１の内部には、３つの反射層（第１反射層Ｒ１、第５反射層Ｒ５、及び第３反射層Ｒ３）が設けられる。このため、第１共振器１１は、結合共振器（Coupled Cavity）構造である。
【0048】
図１のレーザ素子１は、レーザ媒質３の第３反射層Ｒ３に対向するように配置される可飽和吸収体４を備えている。可飽和吸収体４は、第４反射層Ｒ４を有する。
【0049】
可飽和吸収体４は、光吸収の飽和により光吸収率が小さくなる性質を有する部材である。例えば可飽和吸収体４は、レーザ媒質３から出射された発振光Ｌ２を吸収し、その吸収に伴い、可飽和吸収体４の透過率が増加する。可飽和吸収体４は、励起準位の電子密度が増大して励起準位が満たされた場合に透明化する。これにより、第２反射層Ｒ２と第４反射層Ｒ４の間に配置される光共振器（第２共振器１２）のＱ値が高まり、レーザ発振が生じる。
【0050】
また、可飽和吸収体４では、第２共振器１２の内部を伝搬する複数の波長の光のピークが揃ったわずかな期間に光の強度が極端に高くなるモード同期（モードロック）が生じる。モード同期により、可飽和吸収体４からフェムト秒オーダの超短パルス幅の発振光Ｌ２が出射される。超短パルス幅の発振光Ｌ２を生成するには、透過型ＳＥＳＡＭ（Semiconductor Saturable Absorber Mirrors、以下、半導体可飽和吸収体と呼ぶ）が用いられる。半導体可飽和吸収体４は、例えば、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓのＤＢＲ上に量子井戸の吸収層（ＩｎＧａＡｓ）が形成された半導体量子井戸構造（量子井戸２５）を有する。半導体可飽和吸収体４は、発振光Ｌ２のモード同期を行うために、所定の変調深さ及びリカバリータイムを有する。具体的には半導体可飽和吸収体４は、リカバリータイムτfast典型値が５００ｆｓ以下であり、変調深さΔＲ典型値が０．５～２％であることが望ましい。
【0051】
第４反射層Ｒ４は、アウトプットカプラの機能を持つ部分反射層である。第４反射層Ｒ４は、第２面Ｓ２よりも光軸の後方側に配置されている。具体的には第４反射層Ｒ４は、可飽和吸収体４の、レーザ媒質３とは反対側の端面、またはその後方に配置される。
【0052】
第２反射層Ｒ２と第４反射層Ｒ４の間に配置される第２共振器１２は、第２反射層Ｒ２と第４反射層Ｒ４との間で発振光Ｌ２を共振させる。第２共振器１２は、チャープミラーを有する。より具体的には、第２反射層Ｒ２と第４反射層Ｒ４の少なくとも一方がチャープミラーである。チャープミラーは、高屈折率層と低屈折率層を交互に配置し、これらの層の厚さを徐々に変化させることで、発振光Ｌ２の波長の分散制御を行う。チャープミラーを設けることで、発振光Ｌ２の波長分散が補償される。
【0053】
上述したチャープミラーは、群遅延分散（ＧＤＤ：Group Delay Dispersion）に着目する必要がある。チャープミラーの発振光Ｌ２の群遅延分散ＧＤＤｃａｖｉｔｙは、レーザ媒質３における群遅延分散ＧＤＤｇａｉｎ ｍｅｄｉｕｍと、可飽和吸収体４における群遅延分散ＧＤＤＳＡと、各反射層における群遅延分散ＧＤＤＤＢＲとにより、以下の式（１）で表される。
ＧＤＤｃａｖｉｔｙ＝２ＧＤＤｇａｉｎ ｍｅｄｉｕｍ＋２ＧＤＤＤＢＲ＋ＧＤＤＳＡ・・・（１）
ＧＤＤｃａｖｉｔｙ＝２ＧＤＤｇａｉｎ ｍｅｄｉｕｍ＋２ＧＤＤＤＢＲ＋ＧＤＤＳＡ・・・（１）
【0054】
ここで、チャープミラーの発振光Ｌ２の群遅延分散ＧＤＤｃａｖｉｔｙは、以下の式（２）の範囲内に収まることが望ましい。
－２０００ｆｓ２＜ＧＤＤｃａｖｉｔｙ＜２０００ｆｓ２・・・（２）
－２０００ｆｓ２＜ＧＤＤｃａｖｉｔｙ＜２０００ｆｓ２・・・（２）
【0055】
本実施形態によるレーザ素子１は、第１共振器１１及び第２共振器１２を有する一体構造である。また、第１共振器１１及び第２共振器１２は、レーザ媒質３を共有する。レーザ素子１は、第１共振器１１で励起光Ｌ１を生成し、励起光Ｌ１のエネルギをレーザ媒質３に蓄積させてレーザ媒質３を励起させ、第２共振器１２で発振光Ｌ２を生成する。以下、レーザ素子１の動作を説明する。
【0056】
励起光源２の不図示の電極を介して電流が活性層２３に注入されることで、活性層２３は励起光Ｌ１を面発光する。第１共振器１１は、励起光源２の第１反射層Ｒ１と、レーザ媒質３の第３反射層Ｒ３との間で、励起光Ｌ１を共振させる。これにより、第１共振器１１内に励起光Ｌ１のパワーが閉じ込められて、レーザ媒質３が励起される。
【0057】
ここで、励起光Ｌ１は、第１反射層Ｒ１と第３反射層Ｒ３との間を何度も往復する。このため、レーザ媒質３は、吸収係数が低くても、励起光Ｌ１を吸収することができる。したがって、レーザ素子１のレーザ媒質３には、より光―パルス光変換効率の高い固体レーザ媒質を用いることができる。励起光Ｌ１がレーザ媒質３を何度も往復する構造は、マルチパス構造とも呼ばれる。
【0058】
レーザ媒質３は、励起光Ｌ１で励起されることにより、第２波長の発振光Ｌ２を生成する。第２共振器１２でレーザ発振が起こった最初の段階では、発振光Ｌ２は可飽和吸収体４に吸収されてしまい、可飽和吸収体４の出射面側の第４反射層Ｒ４からは発振光Ｌ２は出射されない。
【0059】
その後、レーザ媒質３に励起光Ｌ１が吸収されて十分な励起状態となると、発振光Ｌ２のパワーが上昇する。発振光Ｌ２のパワーが所定の閾値を超えると、可飽和吸収体４での光吸収率が急激に低下し、レーザ媒質３で発生した発振光Ｌ２は可飽和吸収体４を透過できるようになる。これにより、第２共振器１２は、レーザ媒質３の第２反射層Ｒ２と可飽和吸収体４の第４反射層Ｒ４との間で、発振光Ｌ２を共振させる。第２反射層Ｒ２と第４反射層Ｒ４との間では、発振光Ｌ２の波長を含む複数の波長の光が共振動作を行い、これらの波長の光のピークが一致するわずかなタイミングでモード同期（モードロック）が生じ、超短パルス幅で、かつ高いパワーの発振光Ｌ２が生成される。
【0060】
レーザ素子１の熱耐久性のため、励起光源２、レーザ媒質３、及び可飽和吸収体４の線膨張係数の相違度は、２０％以内であることが望ましい。
【0061】
レーザ素子１は、図１の層構成に加えて、偏光制御素子、集光素子、及びスペーサ等の付加部材を有してもよい。
【0062】
図２は、第１の実施形態による励起光源２の電極構造を示す断面図である。励起光源２は、図１の層構成に加えて、コンタクト層３１、３２、ｎ電極４１、絶縁層４２、ＰＡＤ４３、めっき層４４、絶縁層４５、ｐ電極４６、酸化層４７を備える。コンタクト層３１は第５反射層Ｒ５に接合され、コンタクト層３２は第１反射層Ｒ１に接合される。
【0063】
ｎ電極４１は、コンタクト層３１と導通される。コンタクト層３１は第５反射層Ｒ５に接合され、第５反射層Ｒ５はクラッド層２２に接合されている。また、ｐ電極４６はＰＡＤ４３に接合され、ＰＡＤ４３はコンタクト層３２に接合され、コンタクト層３２は第１反射層Ｒ１に接合され、第１反射層Ｒ１はクラッド層２４に接合されている。これにより、活性層２３には、ｐ電極４６とｎ電極４１の電圧差に応じた電流が流れて、励起光Ｌ１が発生される。
【0064】
図３は、第１の実施形態によるレーザ素子１の電極配置を示す平面図である。図２は、図３のＡ－Ａ線方向の断面図である。図３に示すように、ｐ電極４６の周囲に複数のｎ電極４１が配置される。なお、図３はｎ電極４１、ｐ電極４６以外の図示は省略している。
【0065】
【0066】
図４は、一比較例によるレーザ装置１００の構成を示す斜視図である。レーザ装置１００は、レーザ素子５０、ヒートシンク５１、及び出力カプラ５２を備える。
【0067】
レーザ素子５０は、光励起モードロック集積外部共振器面発光レーザ（ＭＩＸＳＥＬ）チップである。レーザ素子５０には、外部光源から励起光Ｌ１１が入射される。レーザ素子５０は、出力カプラ５２との間でモードロックレーザである発振光Ｌ１２を生成する。
【0068】
ヒートシンク５１は、例えばダイヤモンド放熱板であり、レーザ素子５０から発生される熱を吸収する。
【0069】
図５は、図４に示した一比較例によるレーザ素子５０及び出力カプラ５２の断面図である。レーザ素子５０は、発振光ミラーＲ１１、可飽和吸収体５３、励起光ミラーＲ１２、利得媒質５４、反射防止（ＡＲ）部材５５が、ヒートシンク５１側から順に積層される半導体積層構造を有する。また、出力カプラ５２は発振光ミラーＲ１３を備える。
【0070】
励起光ミラーＲ１２は、外部から入射される励起光Ｌ１１を所定の反射率で反射する。利得媒質５４は、図１のレーザ媒質３と同様に、励起光Ｌ１１により励起され発振光Ｌ１２を生成する。
【0071】
レーザ装置１００の可飽和吸収体５３には、図１の可飽和吸収体４と同様に、発振光Ｌ１２をモード同期する透過型ＳＥＳＡＭ半導体可飽和吸収体が用いられる。ＡＲ部材５５は、発振光Ｌ１２の反射損失を抑制する。
【0072】
レーザ素子５０の反射光ミラーＲ１１及び出力カプラ５２の反射光ミラーＲ１３は、発振光Ｌ１２を所定の反射率で反射する。レーザ装置１００は、発振光Ｌ１２を反射光ミラーＲ１１と反射光ミラーＲ１３との間で共振させ、モードロックされた反射光Ｌ１２を生成する。
【0073】
レーザ装置１００は、励起光Ｌ１１を発光する不図示の外部光源を有するディスクレーザ型の構造である。励起光Ｌ１１は、可飽和吸収体５３及び利得媒質５４等の光軸に対して斜めから入射される。励起光Ｌ１１の光軸と発振光Ｌ１２の光軸はずれているため、励起光Ｌ１１と発振光Ｌ１２をモードマッチさせるのは容易ではなく、レーザ装置１００を小型化することが困難になるとともに、利得媒質５４を非常に薄くする必要がある。
【0074】
レーザ装置１００は、励起光Ｌ１１が利得媒質５４を多数回通過する構造を持たない。利得媒質５４には、外部から励起光Ｌ１１が入射されるとともに、利得媒質５４を透過して励起光ミラーＲ１２で反射された励起光Ｌ１１が再度入射される。このように、利得媒質５４に入射される励起光Ｌ１１は、最大２回のパスしか持たない。
【0075】
このためレーザ装置１００は、非常に薄い利得媒質５４に、最大２回のパスで励起光Ｌ１１の全エネルギを吸収させる必要がある。このため、利得媒質５４には半導体利得媒質を使用せざるを得ない。半導体利得媒質は、キャリア寿命が短くて十分なエネルギの蓄積ができないため、超短パルス発生時の光－パルス光変換効率が非常に低くなる。
【0076】
上述したように、レーザ装置１００は、種々の課題を抱えている。これに対し、本実施形態のレーザ素子１は、励起光源２、レーザ媒質３、及び可飽和吸収体４の各光軸を一軸上に配置し、励起光Ｌ１を共振させる第１共振器１１と発振光Ｌ２を共振させる第２共振器Ｌ２とをレーザ媒質３にてオーバーラップさせる。これにより、一体構造化を容易に実現できるとともに、レーザ媒質３の吸収係数の制約がなくなり、より光－パルス光変換効率の高い固体レーザ媒質を適用できる。また、レーザ素子１の内部で励起光Ｌ１を生成できるため、外部から励起光を入射させる必要がなくなり、励起光Ｌ１と発振光Ｌ２を容易にモードマッチさせることができ、半導体プロセスによるシングルチップ構造にすることができる。
【0077】
（第１の実施形態の変形例）
図６は、第１の実施形態の一変形例によるレーザ素子１ａの概略構成を示す断面図である。レーザ素子１ａは、レーザ素子１と比較して、第３反射層Ｒ３が励起光源２に配置されるという点で異なる。第３反射層Ｒ３は、励起光源２のレーザ媒質３に対する対向面に配置される。
図６は、第１の実施形態の一変形例によるレーザ素子１ａの概略構成を示す断面図である。レーザ素子１ａは、レーザ素子１と比較して、第３反射層Ｒ３が励起光源２に配置されるという点で異なる。第３反射層Ｒ３は、励起光源２のレーザ媒質３に対する対向面に配置される。
【0078】
第１共振器１１ａは、第１反射層Ｒ１及び第３反射層Ｒ３の間で励起光Ｌ１を共振させる。第２共振器１２ａは、第２反射層Ｒ２及び第４反射層Ｒ４の間で発振光Ｌ２を共振させる。図６のレーザ素子１ａでは、第１共振器１１ａと第２共振器１２ａはオーバーラップされない。よって、レーザ媒質３は、励起光Ｌ１によるエネルギを蓄積することができず、励起光Ｌ１で励起させることはできない。ただし、可飽和吸収体４は図１と同様に半導体可飽和吸収体で構成されており、モード同期による超短パルス幅の発振光Ｌ２を生成できる。
【0079】
【0080】
このように、第１の実施形態によるレーザ素子１は、励起光源２とレーザ媒質３を含む第１共振器１１にて励起光Ｌ１を共振させ、レーザ媒質３にて励起光Ｌ１のエネルギを蓄積させてレーザ媒質３を励起させ、レーザ媒質３と可飽和吸収体４を含む第２共振器１２にて発振光Ｌ２を共振させる。可飽和吸収体４として半導体可飽和吸収体を用いることで、発振光Ｌ２をモードロックさせることができ、超短パルス幅で高ピークパワーの発振光Ｌ２を生成できる。レーザ素子１の励起光源２、レーザ媒質３、及び可飽和吸収体４の各光軸は一軸上に配置され、半導体プロセスにより形成可能であるため、シングルチップ化を容易に実現できる。また、本実施形態によるレーザ素子１は、外部から励起光を入射する必要がなく、励起光Ｌ１と発振光Ｌ２を容易にモードマッチさせることができるとともに、マルチパス構造によりレーザ媒質３の吸収係数の制約がないため、レーザ媒質３として固体レーザ媒質を用いることができ、光－パルス光変換効率を向上できる。
【0081】
（第２の実施形態）
第１の実施形態のレーザ素子から出射される発振光Ｌ２は、強い尖塔出力を有するため、第２反射層Ｒ２が光損傷を起こすおそれがあり、第２反射層Ｒ２の材料には配慮が必要である。また、第２反射層Ｒ２は短波波長透過フィルタとして機能しなければならず、短波長の励起光Ｌ１を透過するとともに、長波長の発振光Ｌ２を遮断することが要求される。このように、第２反射層Ｒ２には、光損傷を防止する耐光性と発振光Ｌ２を遮断する遮光性の２つが要求される。
第１の実施形態のレーザ素子から出射される発振光Ｌ２は、強い尖塔出力を有するため、第２反射層Ｒ２が光損傷を起こすおそれがあり、第２反射層Ｒ２の材料には配慮が必要である。また、第２反射層Ｒ２は短波波長透過フィルタとして機能しなければならず、短波長の励起光Ｌ１を透過するとともに、長波長の発振光Ｌ２を遮断することが要求される。このように、第２反射層Ｒ２には、光損傷を防止する耐光性と発振光Ｌ２を遮断する遮光性の２つが要求される。
【0082】
図７は、第２の実施形態における第２反射層Ｒ２の特性を示すグラフである。図７のグラフの横軸はレーザ媒質３からの光学距離を示し、縦軸は電界強度を示す。第２反射層Ｒ２は、レーザ媒質３からの光学距離が小さく電界強度の高いＺｏｎｅ１の第１領域と、レーザ媒質３からの光学距離が大きく電界強度の低いＺｏｎｅ２の第２領域とを有する。Ｚｏｎｅ１は、第２反射層Ｒ２における光軸の後方側に配置され、Ｚｏｎｅ２は光軸の前方に配置される。
【0083】
図８は、第２反射層Ｒ２に用いることができる材料の特性を示すグラフである。図８のグラフの横軸はバンドギャップを示し、縦軸はレーザ誘起損傷閾値（ＬＩＤＴ：Laser Induced Damaged Threshold）を示す。
【0084】
Ｚｏｎｅ１は、屈折率が互いに異なる第１材料層及び第２材料層を交互に積層して構成される。またＺｏｎｅ２も、屈折率が互いに異なる第３材料層及び第４材料層を交互に積層して構成される。Ｚｏｎｅ１における第１材料層及び第２材料層の少なくとも一方の材料は、Ｚｏｎｅ２における第３材料層及び第４材料層の少なくとも一方の材料とは異なる。
【0085】
Ｚｏｎｅ１は、Ｚｏｎｅ２よりも光耐久性の高い材料で構成される。具体的に、Ｚｏｎｅ１の第１材料層及び第２材料層には、レーザ誘起損傷閾値がより高くて、バンドギャップがより大きい２つの材料（例えば、ＳｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３）が用いられる。これにより、第２反射層Ｒ２におけるＺｏｎｅ１の発振光Ｌ２に対する耐光性を向上することができる。
【0086】
Ｚｏｎｅ２は、Ｚｏｎｅ１よりも光遮断性能の高い材料で構成される。具体的に、Ｚｏｎｅ２の第３材料層及び第４材料層には、互いにバンドギャップ差がより大きく、すなわち屈折率差がより大きい２つの材料（例えば、ＳｉＯ２及びＴｉＯ２）が用いられる。これにより、第２反射層Ｒ２におけるＺｏｎｅ２の発振光Ｌ２に対する遮断特性を向上することができる。
【0087】
例えば、図８に示すように、第１材料層のレーザ誘起損傷閾値及び第２材料層のレーザ誘起損傷閾値のうち、より低い方（すなわち、Ａｌ２Ｏ３）のレーザ誘起損傷閾値は、第３材料層のレーザ誘起損傷閾値及び第４材料層のレーザ誘起損傷閾値のうち、より低い方（すなわち、ＴｉＯ２）のレーザ誘起損傷閾値よりも大きくする。Ｚｏｎｅ３及びＺｏｎｅ４のレーザ誘起損傷閾値の差は、Ｚｏｎｅ１及びＺｏｎｅ２のレーザ誘起損傷閾値よりも大きくなる。同様に、第１材料層のバンドギャップ及び第２材料層のバンドギャップのうち、より低い方のバンドギャップは、第３材料層のバンドギャップ及び第４材料層のバンドギャップのうち、より低い方のバンドギャップよりも大きくする。
【0088】
Ｚｏｎｅ１とＺｏｎｅ２は、複数の材料を適用できる。例えばＺｏｎｅ１には、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＢａＦ２、ＬｉＦ、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２のうち、いずれか２つ以上が用いられ得る。またＺｏｎｅ２には、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＬｉＦ、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｃｅ２Ｏ３、ＷＯ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＺｎＳのうち、いずれか２つ以上が用いられ得る。
【0089】
このように、第２の実施形態における第２反射層Ｒ２はＺｏｎｅ１とＺｏｎｅ２に分けられており、電界強度の高いＺｏｎｅ１にレーザ誘起損傷閾値がより高い２つ以上の材料が用いられ、電界強度の低いＺｏｎｅ２に互いの屈折率差がより大きい２つ以上の材料が用いられる。これにより第２反射層Ｒ２は、電界強度の高いＺｏｎｅ１では耐光性を向上させることができるとともに、電界強度の低いＺｏｎｅ２では遮断特性を向上させることができる。よって、超短パルス幅で、高ピークパワーの発振光Ｌ２が第２反射層Ｒ２に繰り返し入射されても、第２反射層Ｒ２の光損傷を防止でき、かつ発振光Ｌ２を光損失なく反射させることができる。
【0090】
（応用例）
本開示に係る技術は、医療イメージングシステムに適用することができる。医療イメージングシステムは、イメージング技術を用いた医療システムであり、例えば、内視鏡システムや顕微鏡システムである。
本開示に係る技術は、医療イメージングシステムに適用することができる。医療イメージングシステムは、イメージング技術を用いた医療システムであり、例えば、内視鏡システムや顕微鏡システムである。
【0091】
［内視鏡システム］
内視鏡システムの例を図９、図１０を用いて説明する。図９は、本開示に係る技術が適用可能な内視鏡システム５０００の概略的な構成の一例を示す図である。図１０は、内視鏡５００１およびＣＣＵ（Camera Control Unit）５０３９の構成の一例を示す図である。図９では、手術参加者である術者（例えば、医師）５０６７が、内視鏡システム５０００を用いて、患者ベッド５０６９上の患者５０７１に手術を行っている様子が図示されている。図９に示すように、内視鏡システム５０００は、医療イメージング装置である内視鏡５００１と、ＣＣＵ５０３９と、光源装置５０４３と、記録装置５０５３と、出力装置５０５５と、内視鏡５００１を支持する支持装置５０２７と、から構成される。
内視鏡システムの例を図９、図１０を用いて説明する。図９は、本開示に係る技術が適用可能な内視鏡システム５０００の概略的な構成の一例を示す図である。図１０は、内視鏡５００１およびＣＣＵ（Camera Control Unit）５０３９の構成の一例を示す図である。図９では、手術参加者である術者（例えば、医師）５０６７が、内視鏡システム５０００を用いて、患者ベッド５０６９上の患者５０７１に手術を行っている様子が図示されている。図９に示すように、内視鏡システム５０００は、医療イメージング装置である内視鏡５００１と、ＣＣＵ５０３９と、光源装置５０４３と、記録装置５０５３と、出力装置５０５５と、内視鏡５００１を支持する支持装置５０２７と、から構成される。
【0092】
内視鏡手術では、トロッカ５０２５と呼ばれる挿入補助具が患者５０７１に穿刺される。そして、トロッカ５０２５を介して、内視鏡５００１に接続されたスコープ５００３や術具５０２１が患者５０７１の体内に挿入される。術具５０２１は例えば、電気メス等のエネルギーデバイスや、鉗子などである。
【0093】
内視鏡５００１によって撮影された患者５０７１の体内を映した医療画像である手術画像が、表示装置５０４１に表示される。術者５０６７は、表示装置５０４１に表示された手術画像を見ながら術具５０２１を用いて手術対象に処置を行う。なお、医療画像は手術画像に限らず、診断中に撮像された診断画像であってもよい。
【0094】
［内視鏡］
内視鏡５００１は、患者５０７１の体内を撮像する撮像部であり、例えば、図１０に示すように、入射した光を集光する集光光学系５００５１と、撮像部の焦点距離を変更して光学ズームを可能とするズーム光学系５００５２と、撮像部の焦点距離を変更してフォーカス調整を可能とするフォーカス光学系５００５３と、受光素子５００５４と、を含むカメラ５００５である。内視鏡５００１は、接続されたスコープ５００３を介して光を受光素子５００５４に集光することで画素信号を生成し、ＣＣＵ５０３９に伝送系を通じて画素信号を出力する。なお、スコープ５００３は、対物レンズを先端に有し、接続された光源装置５０４３からの光を患者５０７１の体内に導光する挿入部である。スコープ５００３は、例えば硬性鏡では硬性スコープ、軟性鏡では軟性スコープである。スコープ５００３は直視鏡や斜視鏡であってもよい。また、画素信号は画素から出力された信号に基づいた信号であればよく、例えば、ＲＡＷ信号や画像信号である。また、内視鏡５００１とＣＣＵ５０３９とを接続する伝送系にメモリを搭載し、メモリに内視鏡５００１やＣＣＵ５０３９に関するパラメータを記憶する構成にしてもよい。メモリは、例えば、伝送系の接続部分やケーブル上に配置されてもよい。例えば、内視鏡５００１の出荷時のパラメータや通電時に変化したパラメータを伝送系のメモリに記憶し、メモリから読みだしたパラメータに基づいて内視鏡の動作を変更してもよい。また、内視鏡と伝送系をセットにして内視鏡と称してもよい。受光素子５００５４は、受光した光を画素信号に変換するセンサであり、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）タイプの撮像素子である。受光素子５００５４は、Ｂａｙｅｒ配列を有するカラー撮影可能な撮像素子であることが好ましい。また、受光素子５００５４は、例えば４Ｋ（水平画素数３８４０×垂直画素数２１６０）、８Ｋ（水平画素数７６８０×垂直画素数４３２０）または正方形４Ｋ（水平画素数３８４０以上×垂直画素数３８４０以上）の解像度に対応した画素数を有する撮像素子であることが好ましい。受光素子５００５４は、１枚のセンサチップであってもよいし、複数のセンサチップでもよい。例えば、入射光を所定の波長帯域ごとに分離するプリズムを設けて、各波長帯域を異なる受光素子で撮像する構成であってもよい。また、立体視のために受光素子を複数設けてもよい。また、受光素子５００５４は、チップ構造の中に画像処理用の演算処理回路を含んでいるセンサであってもよいし、ＴｏＦ（Time of Flight）用センサであってもよい。なお、伝送系は例えば光ファイバケーブルや無線伝送である。無線伝送は、内視鏡５００１で生成された画素信号が伝送可能であればよく、例えば、内視鏡５００１とＣＣＵ５０３９が無線接続されてもよいし、手術室内の基地局を経由して内視鏡５００１とＣＣＵ５０３９が接続されてもよい。このとき、内視鏡５００１は画素信号だけでなく、画素信号に関連する情報（例えば、画素信号の処理優先度や同期信号等）を同時に送信してもよい。なお、内視鏡はスコープとカメラを一体化してもよく、スコープの先端部に受光素子を設ける構成としてもよい。
内視鏡５００１は、患者５０７１の体内を撮像する撮像部であり、例えば、図１０に示すように、入射した光を集光する集光光学系５００５１と、撮像部の焦点距離を変更して光学ズームを可能とするズーム光学系５００５２と、撮像部の焦点距離を変更してフォーカス調整を可能とするフォーカス光学系５００５３と、受光素子５００５４と、を含むカメラ５００５である。内視鏡５００１は、接続されたスコープ５００３を介して光を受光素子５００５４に集光することで画素信号を生成し、ＣＣＵ５０３９に伝送系を通じて画素信号を出力する。なお、スコープ５００３は、対物レンズを先端に有し、接続された光源装置５０４３からの光を患者５０７１の体内に導光する挿入部である。スコープ５００３は、例えば硬性鏡では硬性スコープ、軟性鏡では軟性スコープである。スコープ５００３は直視鏡や斜視鏡であってもよい。また、画素信号は画素から出力された信号に基づいた信号であればよく、例えば、ＲＡＷ信号や画像信号である。また、内視鏡５００１とＣＣＵ５０３９とを接続する伝送系にメモリを搭載し、メモリに内視鏡５００１やＣＣＵ５０３９に関するパラメータを記憶する構成にしてもよい。メモリは、例えば、伝送系の接続部分やケーブル上に配置されてもよい。例えば、内視鏡５００１の出荷時のパラメータや通電時に変化したパラメータを伝送系のメモリに記憶し、メモリから読みだしたパラメータに基づいて内視鏡の動作を変更してもよい。また、内視鏡と伝送系をセットにして内視鏡と称してもよい。受光素子５００５４は、受光した光を画素信号に変換するセンサであり、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）タイプの撮像素子である。受光素子５００５４は、Ｂａｙｅｒ配列を有するカラー撮影可能な撮像素子であることが好ましい。また、受光素子５００５４は、例えば４Ｋ（水平画素数３８４０×垂直画素数２１６０）、８Ｋ（水平画素数７６８０×垂直画素数４３２０）または正方形４Ｋ（水平画素数３８４０以上×垂直画素数３８４０以上）の解像度に対応した画素数を有する撮像素子であることが好ましい。受光素子５００５４は、１枚のセンサチップであってもよいし、複数のセンサチップでもよい。例えば、入射光を所定の波長帯域ごとに分離するプリズムを設けて、各波長帯域を異なる受光素子で撮像する構成であってもよい。また、立体視のために受光素子を複数設けてもよい。また、受光素子５００５４は、チップ構造の中に画像処理用の演算処理回路を含んでいるセンサであってもよいし、ＴｏＦ（Time of Flight）用センサであってもよい。なお、伝送系は例えば光ファイバケーブルや無線伝送である。無線伝送は、内視鏡５００１で生成された画素信号が伝送可能であればよく、例えば、内視鏡５００１とＣＣＵ５０３９が無線接続されてもよいし、手術室内の基地局を経由して内視鏡５００１とＣＣＵ５０３９が接続されてもよい。このとき、内視鏡５００１は画素信号だけでなく、画素信号に関連する情報（例えば、画素信号の処理優先度や同期信号等）を同時に送信してもよい。なお、内視鏡はスコープとカメラを一体化してもよく、スコープの先端部に受光素子を設ける構成としてもよい。
【0095】
［ＣＣＵ（Camera Control Unit）］
ＣＣＵ５０３９は、接続された内視鏡５００１や光源装置５０４３を統括的に制御する制御装置であり、例えば、図１０に示すように、ＦＰＧＡ５０３９１、ＣＰＵ５０３９２、ＲＡＭ５０３９３、ＲＯＭ５０３９４、ＧＰＵ５０３９５、Ｉ／Ｆ５０３９６を有する情報処理装置である。また、ＣＣＵ５０３９は、接続された表示装置５０４１や記録装置５０５３、出力装置５０５５を統括的に制御してもよい。例えば、ＣＣＵ５０３９は、光源装置５０４３の照射タイミングや照射強度、照射光源の種類を制御する。また、ＣＣＵ５０３９は、内視鏡５００１から出力された画素信号に対して現像処理（例えばデモザイク処理）や補正処理といった画像処理を行い、表示装置５０４１等の外部装置に処理後の画素信号（例えば画像）を出力する。また、ＣＣＵ５０３９は、内視鏡５００１に対して制御信号を送信し、内視鏡５００１の駆動を制御する。制御信号は、例えば、撮像部の倍率や焦点距離などの撮像条件に関する情報である。なお、ＣＣＵ５０３９は画像のダウンコンバート機能を有し、表示装置５０４１に高解像度（例えば４Ｋ）の画像を、記録装置５０５３に低解像度（例えばＨＤ）の画像を同時に出力可能な構成としてもよい。
ＣＣＵ５０３９は、接続された内視鏡５００１や光源装置５０４３を統括的に制御する制御装置であり、例えば、図１０に示すように、ＦＰＧＡ５０３９１、ＣＰＵ５０３９２、ＲＡＭ５０３９３、ＲＯＭ５０３９４、ＧＰＵ５０３９５、Ｉ／Ｆ５０３９６を有する情報処理装置である。また、ＣＣＵ５０３９は、接続された表示装置５０４１や記録装置５０５３、出力装置５０５５を統括的に制御してもよい。例えば、ＣＣＵ５０３９は、光源装置５０４３の照射タイミングや照射強度、照射光源の種類を制御する。また、ＣＣＵ５０３９は、内視鏡５００１から出力された画素信号に対して現像処理（例えばデモザイク処理）や補正処理といった画像処理を行い、表示装置５０４１等の外部装置に処理後の画素信号（例えば画像）を出力する。また、ＣＣＵ５０３９は、内視鏡５００１に対して制御信号を送信し、内視鏡５００１の駆動を制御する。制御信号は、例えば、撮像部の倍率や焦点距離などの撮像条件に関する情報である。なお、ＣＣＵ５０３９は画像のダウンコンバート機能を有し、表示装置５０４１に高解像度（例えば４Ｋ）の画像を、記録装置５０５３に低解像度（例えばＨＤ）の画像を同時に出力可能な構成としてもよい。
【0096】
また、ＣＣＵ５０３９は、信号を所定の通信プロトコル（例えば、ＩＰ（Internet Protocol））に変換するＩＰコンバータを経由して外部機器（例えば、記録装置や表示装置、出力装置、支持装置）と接続されてもよい。ＩＰコンバータと外部機器との接続は、有線ネットワークで構成されてもよいし、一部または全てのネットワークが無線ネットワークで構築されてもよい。例えば、ＣＣＵ５０３９側のＩＰコンバータは無線通信機能を有し、受信した映像を第５世代移動通信システム（５Ｇ）、第６世代移動通信システム（６Ｇ）等の無線通信ネットワークを介してＩＰスイッチャーや出力側ＩＰコンバータに送信してもよい。
【0097】
［光源装置］
光源装置５０４３は、所定の波長帯域の光を照射可能な装置であり、例えば、複数の光源と、複数の光源の光を導光する光源光学系と、を備える。光源は、例えばキセノンランプ、ＬＥＤ光源やＬＤ光源である。光源装置５０４３は、例えば三原色Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれに対応するＬＥＤ光源を有し、各光源の出力強度や出力タイミングを制御することで白色光を出射する。また、光源装置５０４３は、通常光観察に用いられる通常光を照射する光源とは別に、特殊光観察に用いられる特殊光を照射可能な光源を有していてもよい。特殊光は、通常光観察用の光である通常光とは異なる所定の波長帯域の光であり、例えば、近赤外光（波長が７６０ｎｍ以上の光）や赤外光、青色光、紫外光である。通常光は、例えば白色光や緑色光である。特殊光観察の一種である狭帯域光観察では、青色光と緑色光を交互に照射することにより、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影することができる。また、特殊光観察の一種である蛍光観察では、体組織に注入された薬剤を励起する励起光を照射し、体組織または標識である薬剤が発する蛍光を受光して蛍光画像を得ることで、通常光では術者が視認しづらい体組織等を、術者が視認しやすくすることができる。例えば、赤外光を用いる蛍光観察では、体組織に注入されたインドシアニングリーン（ＩＣＧ）等の薬剤に励起波長帯域を有する赤外光を照射し、薬剤の蛍光を受光することで、体組織の構造や患部を視認しやすくすることができる。また、蛍光観察では、青色波長帯域の特殊光で励起され、赤色波長帯域の蛍光を発する薬剤（例えば５－ＡＬＡ）を用いてもよい。なお、光源装置５０４３は、ＣＣＵ５０３９の制御により照射光の種類を設定される。ＣＣＵ５０３９は、光源装置５０４３と内視鏡５００１を制御することにより、通常光観察と特殊光観察が交互に行われるモードを有してもよい。このとき、通常光観察で得られた画素信号に特殊光観察で得られた画素信号に基づく情報を重畳されることが好ましい。また、特殊光観察は、赤外光を照射して臓器表面より奥を見る赤外光観察や、ハイパースペクトル分光を活用したマルチスペクトル観察であってもよい。さらに、光線力学療法を組み合わせてもよい。
光源装置５０４３は、所定の波長帯域の光を照射可能な装置であり、例えば、複数の光源と、複数の光源の光を導光する光源光学系と、を備える。光源は、例えばキセノンランプ、ＬＥＤ光源やＬＤ光源である。光源装置５０４３は、例えば三原色Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれに対応するＬＥＤ光源を有し、各光源の出力強度や出力タイミングを制御することで白色光を出射する。また、光源装置５０４３は、通常光観察に用いられる通常光を照射する光源とは別に、特殊光観察に用いられる特殊光を照射可能な光源を有していてもよい。特殊光は、通常光観察用の光である通常光とは異なる所定の波長帯域の光であり、例えば、近赤外光（波長が７６０ｎｍ以上の光）や赤外光、青色光、紫外光である。通常光は、例えば白色光や緑色光である。特殊光観察の一種である狭帯域光観察では、青色光と緑色光を交互に照射することにより、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影することができる。また、特殊光観察の一種である蛍光観察では、体組織に注入された薬剤を励起する励起光を照射し、体組織または標識である薬剤が発する蛍光を受光して蛍光画像を得ることで、通常光では術者が視認しづらい体組織等を、術者が視認しやすくすることができる。例えば、赤外光を用いる蛍光観察では、体組織に注入されたインドシアニングリーン（ＩＣＧ）等の薬剤に励起波長帯域を有する赤外光を照射し、薬剤の蛍光を受光することで、体組織の構造や患部を視認しやすくすることができる。また、蛍光観察では、青色波長帯域の特殊光で励起され、赤色波長帯域の蛍光を発する薬剤（例えば５－ＡＬＡ）を用いてもよい。なお、光源装置５０４３は、ＣＣＵ５０３９の制御により照射光の種類を設定される。ＣＣＵ５０３９は、光源装置５０４３と内視鏡５００１を制御することにより、通常光観察と特殊光観察が交互に行われるモードを有してもよい。このとき、通常光観察で得られた画素信号に特殊光観察で得られた画素信号に基づく情報を重畳されることが好ましい。また、特殊光観察は、赤外光を照射して臓器表面より奥を見る赤外光観察や、ハイパースペクトル分光を活用したマルチスペクトル観察であってもよい。さらに、光線力学療法を組み合わせてもよい。
【0098】
［記録装置］
記録装置５０５３は、ＣＣＵ５０３９から取得した画素信号（例えば画像）を記録する装置であり、例えばレコーダーである。記録装置５０５３は、ＣＣＵ５０３９から取得した画像をＨＤＤやＳＤＤ、光ディスクに記録する。記録装置５０５３は、病院内のネットワークに接続され、手術室外の機器からアクセス可能にしてもよい。また、記録装置５０５３は画像のダウンコンバート機能またはアップコンバート機能を有していてもよい。
記録装置５０５３は、ＣＣＵ５０３９から取得した画素信号（例えば画像）を記録する装置であり、例えばレコーダーである。記録装置５０５３は、ＣＣＵ５０３９から取得した画像をＨＤＤやＳＤＤ、光ディスクに記録する。記録装置５０５３は、病院内のネットワークに接続され、手術室外の機器からアクセス可能にしてもよい。また、記録装置５０５３は画像のダウンコンバート機能またはアップコンバート機能を有していてもよい。
【0099】
［表示装置］
表示装置５０４１は、画像を表示可能な装置であり、例えば表示モニタである。表示装置５０４１は、ＣＣＵ５０３９から取得した画素信号に基づく表示画像を表示する。なお、表示装置５０４１はカメラやマイクを備えることで、視線認識や音声認識、ジェスチャによる指示入力を可能にする入力デバイスとしても機能してよい。
表示装置５０４１は、画像を表示可能な装置であり、例えば表示モニタである。表示装置５０４１は、ＣＣＵ５０３９から取得した画素信号に基づく表示画像を表示する。なお、表示装置５０４１はカメラやマイクを備えることで、視線認識や音声認識、ジェスチャによる指示入力を可能にする入力デバイスとしても機能してよい。
【0100】
［出力装置］
出力装置５０５５は、ＣＣＵ５０３９から取得した情報を出力する装置であり、例えばプリンタである。出力装置５０５５は、例えば、ＣＣＵ５０３９から取得した画素信号に基づく印刷画像を紙に印刷する。
出力装置５０５５は、ＣＣＵ５０３９から取得した情報を出力する装置であり、例えばプリンタである。出力装置５０５５は、例えば、ＣＣＵ５０３９から取得した画素信号に基づく印刷画像を紙に印刷する。
【0101】
［支持装置］
支持装置５０２７は、アーム制御装置５０４５を有するベース部５０２９と、ベース部５０２９から延伸するアーム部５０３１と、アーム部５０３１の先端に取り付けられた保持部５０３２とを備える多関節アームである。アーム制御装置５０４５は、ＣＰＵ等のプロセッサによって構成され、所定のプログラムに従って動作することにより、アーム部５０３１の駆動を制御する。支持装置５０２７は、アーム制御装置５０４５によってアーム部５０３１を構成する各リンク５０３５の長さや各関節５０３３の回転角やトルク等のパラメータを制御することで、例えば保持部５０３２が保持する内視鏡５００１の位置や姿勢を制御する。これにより、内視鏡５００１を所望の位置または姿勢に変更し、スコープ５００３を患者５０７１に挿入でき、また、体内での観察領域を変更できる。支持装置５０２７は、術中に内視鏡５００１を支持する内視鏡支持アームとして機能する。これにより、支持装置５０２７は、内視鏡５００１を持つ助手であるスコピストの代わりを担うことができる。また、支持装置５０２７は、後述する顕微鏡装置５３０１を支持する装置であってもよく、医療用支持アームと呼ぶこともできる。なお、支持装置５０２７の制御は、アーム制御装置５０４５による自律制御方式であってもよいし、ユーザの入力に基づいてアーム制御装置５０４５が制御する制御方式であってもよい。例えば、制御方式は、ユーザの手元の術者コンソールであるマスター装置（プライマリ装置）の動きに基づいて、患者カートであるスレイブ装置（レプリカ装置）としての支持装置５０２７が制御されるマスタ・スレイブ方式でもよい。また、支持装置５０２７の制御は、手術室の外から遠隔制御が可能であってもよい。
支持装置５０２７は、アーム制御装置５０４５を有するベース部５０２９と、ベース部５０２９から延伸するアーム部５０３１と、アーム部５０３１の先端に取り付けられた保持部５０３２とを備える多関節アームである。アーム制御装置５０４５は、ＣＰＵ等のプロセッサによって構成され、所定のプログラムに従って動作することにより、アーム部５０３１の駆動を制御する。支持装置５０２７は、アーム制御装置５０４５によってアーム部５０３１を構成する各リンク５０３５の長さや各関節５０３３の回転角やトルク等のパラメータを制御することで、例えば保持部５０３２が保持する内視鏡５００１の位置や姿勢を制御する。これにより、内視鏡５００１を所望の位置または姿勢に変更し、スコープ５００３を患者５０７１に挿入でき、また、体内での観察領域を変更できる。支持装置５０２７は、術中に内視鏡５００１を支持する内視鏡支持アームとして機能する。これにより、支持装置５０２７は、内視鏡５００１を持つ助手であるスコピストの代わりを担うことができる。また、支持装置５０２７は、後述する顕微鏡装置５３０１を支持する装置であってもよく、医療用支持アームと呼ぶこともできる。なお、支持装置５０２７の制御は、アーム制御装置５０４５による自律制御方式であってもよいし、ユーザの入力に基づいてアーム制御装置５０４５が制御する制御方式であってもよい。例えば、制御方式は、ユーザの手元の術者コンソールであるマスター装置（プライマリ装置）の動きに基づいて、患者カートであるスレイブ装置（レプリカ装置）としての支持装置５０２７が制御されるマスタ・スレイブ方式でもよい。また、支持装置５０２７の制御は、手術室の外から遠隔制御が可能であってもよい。
【0102】
以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡システム５０００の一例について説明した。例えば、本開示に係る技術は、顕微鏡システムに適用されてもよい。
【0103】
［顕微鏡システム］
図１１は、本開示に係る技術が適用され得る顕微鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。なお、以下の説明において、内視鏡システム５０００と同様の構成については、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。
図１１は、本開示に係る技術が適用され得る顕微鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。なお、以下の説明において、内視鏡システム５０００と同様の構成については、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。
【0104】
図１１では、術者５０６７が、顕微鏡手術システム５３００を用いて、患者ベッド５０６９上の患者５０７１に対して手術を行っている様子を概略的に示している。なお、図１１では、簡単のため、顕微鏡手術システム５３００の構成のうちカート５０３７の図示を省略するとともに、内視鏡５００１に代わる顕微鏡装置５３０１を簡略化して図示している。ただし、本説明における顕微鏡装置５３０１は、リンク５０３５の先端に設けられた顕微鏡部５３０３を指していてもよいし、顕微鏡部５３０３及び支持装置５０２７を含む構成全体を指していてもよい。
【0105】
図１１に示すように、手術時には、顕微鏡手術システム５３００を用いて、顕微鏡装置５３０１によって撮影された術部の画像が、手術室に設置される表示装置５０４１に拡大表示される。表示装置５０４１は、術者５０６７と対向する位置に設置されており、術者５０６７は、表示装置５０４１に映し出された映像によって術部の様子を観察しながら、例えば患部の切除等、当該術部に対して各種の処置を行う。顕微鏡手術システムは、例えば眼科手術や脳外科手術に使用される。
【0106】
以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡システム５０００及び顕微鏡手術システム５３００の例についてそれぞれ説明した。なお、本開示に係る技術が適用され得るシステムはかかる例に限定されない。例えば、支持装置５０２７は、その先端に内視鏡５００１又は顕微鏡部５３０３に代えて他の観察装置や他の術具を支持し得る。当該他の観察装置としては、例えば、鉗子、攝子、気腹のための気腹チューブ、又は焼灼によって組織の切開や血管の封止を行うエネルギ処置具等が適用され得る。これらの観察装置や術具を支持装置によって支持することにより、医療スタッフが人手で支持する場合に比べて、より安定的に位置を固定することが可能となるとともに、医療スタッフの負担を軽減することが可能となる。本開示に係る技術は、このような顕微鏡部以外の構成を支持する支持装置に適用されてもよい。
【0107】
本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、例えば光源装置５０４３又は顕微鏡装置５３０１に好適に適用され得る。本開示に係る技術を顕微鏡装置５３０１に適用する場合、例えばモードロックレーザの非常に大きなパルスエネルギーによって誘起される非線形効果を利用した２光子顕微鏡等として適用できる。顕微鏡装置５３０１に本開示に係る技術を適用することにより、顕微鏡装置５３０１をより小型化・高精度化でき、手術をより安全にかつより確実に行うことが可能になる。
【0108】
なお、本技術は以下のような構成を取ることができる。
（１）
第１波長に対する第１反射層と、前記第１波長の面発光を行う活性層と、を有する積層半導体層と、
前記積層半導体層の光軸の後方側に配置され、前記積層半導体層と対向する第１面に第２波長に対する第２反射層および前記第１面と反対側の第２面に前記第１波長に対する第３反射層を有するレーザ媒質と、
前記第２面より光軸の後方側に配置される、前記第２波長に対する第４反射層と、
前記第１反射層および前記第３反射層の間で前記第１波長の光を共振させる第１共振器と、
前記第２反射層および前記第４反射層の間で前記第２波長の光を共振させる第２共振器と、
前記第３反射層と前記第4反射層との間に配置され、モード同期にて前記第２波長の光を生成する半導体可飽和吸収体と、を備え、
前記積層半導体層の光軸及び前記レーザ媒質の光軸は、一軸上に配置される、
レーザ素子。
（２）
前記積層半導体層、前記レーザ媒質、及び前記半導体可飽和吸収体は、各光軸が一軸上に配置される一体化された構造体である、
（１）に記載のレーザ素子。
（３）
前記半導体可飽和吸収体は、所定の変調深さ及びリカバリータイムを有する量子井戸構造を含む、
（１）又は（２）に記載のレーザ素子。
（４）
前記半導体可飽和吸収体は、透過型で変調深さΔＲが０．５～２％であるとともに、リカバリータイムτfastが５００ｆｓ（フェムト秒）未満である、
（３）に記載のレーザ素子。
（５）
前記レーザ媒質は、固体レーザ媒質である、
（１）乃至（４）のいずれか一項に記載のレーザ素子。
（６）
前記レーザ媒質は、イオンドープ型の固体レーザ媒質である、
（４）に記載のレーザ素子。
（７）
前記第２共振器は、チャープミラーを有する、
（１）乃至（６）のいずれか一項に記載のレーザ素子。
（８）
前記第２反射層及び前記第４反射層の少なくとも一方は、前記チャープミラーである、
（７）に記載のレーザ素子。
（９）
前記チャープミラーの群遅延分散ＧＤＤｃａｖｉｔｙ、前記レーザ媒質の群遅延分散ＧＤＤｇａｉｎ ｍｅｄｉｕｍ、及び前記半導体可飽和吸収体の群遅延分散ＧＤＤＳＡが、以下の（式１）の関係を満たすときに、
ＧＤＤｃａｖｉｔｙ＝２ＧＤＤｇａｉｎ ｍｅｄｉｕｍ＋２ＧＤＤＤＢＲ＋ＧＤＤＳＡ…（式１）
前記チャープミラーの群遅延分散ＧＤＤｃａｖｉｔｙは、以下の（式２）を満たすように設定される、
－２０００ｆｓ２＜ＧＤＤｃａｖｉｔｙ＜２０００ｆｓ２ …（式２）
（７）又は（８）に記載のレーザ素子。
（１０）
前記第２反射層は、短波波長透過フィルタである、
（１）乃至（９）のいずれか一項に記載のレーザ素子。
（１１）
前記第２反射層は、
光軸の後方側に配置される第１領域と、
前記第１領域に積層されて、光軸の前方側に配置される第２領域と、を有し、
前記第１領域は、前記第２領域よりも光耐久性の高い材料で構成され、
前記第２領域は、前記第１領域よりも光遮断性能の高い材料で構成される、
（１０）に記載のレーザ素子。
（１２）
前記第１領域は、屈折率が互いに異なる第１材料層及び第２材料層を交互に積層して構成され、
前記第２領域は、屈折率が互いに異なる第３材料層及び第４材料層を交互に積層して構成される、
（１１）に記載のレーザ素子。
（１３）
前記第３材料層及び前記第４材料層の屈折率差は、前記第１材料層及び前記第２材料層の屈折率差よりも大きい、
（１２）に記載のレーザ素子。
（１４）
前記第３材料層及び前記第４材料層のバンドギャップ差は、前記第１材料層及び前記第２材料層のバンドギャップ差よりも大きい、
（１２）又は（１３）に記載のレーザ素子。
（１５）
前記第３材料層及び前記第４材料層のレーザ誘起損傷閾値の差は、前記第１材料層及び前記第２材料層のレーザ誘起損傷閾値の差よりも大きい、
（１２）乃至（１４）のいずれか一項に記載のレーザ素子。
（１６）
前記積層半導体層、前記レーザ媒質、及び前記半導体可飽和吸収体のそれぞれの線膨張係数の相違度は２０％以内である、
（１）乃至（１５）のいずれか一項に記載のレーザ素子。
（１７）
レーザ素子と、
前記レーザ素子の照射光又は前記照射光の反射光に基づき画像データを生成する撮像部と、を備え、
前記レーザ素子は、
第１波長に対する第１反射層と、前記第１波長の面発光を行う活性層と、を有する積層半導体層と、
前記積層半導体層の光軸の後方側に配置され、前記積層半導体層と対向する第１面に第２波長に対する第２反射層および前記第１面と反対側の第２面に前記第１波長に対する第３反射層を有するレーザ媒質と、
前記第２面より光軸の後方側に配置される、前記第２波長に対する第４反射層と、
前記第１反射層および前記第３反射層の間で前記第１波長の光を共振させる第１共振器と、
前記第２反射層および前記第４反射層の間で前記第２波長の光を共振させる第２共振器と、
前記第３反射層と前記第4反射層との間に配置され、モード同期にて前記第２波長の光を生成する半導体可飽和吸収体と、を備え、
前記積層半導体層の光軸及び前記レーザ媒質の光軸は、一軸上に配置される、
電子機器。
（１）
第１波長に対する第１反射層と、前記第１波長の面発光を行う活性層と、を有する積層半導体層と、
前記積層半導体層の光軸の後方側に配置され、前記積層半導体層と対向する第１面に第２波長に対する第２反射層および前記第１面と反対側の第２面に前記第１波長に対する第３反射層を有するレーザ媒質と、
前記第２面より光軸の後方側に配置される、前記第２波長に対する第４反射層と、
前記第１反射層および前記第３反射層の間で前記第１波長の光を共振させる第１共振器と、
前記第２反射層および前記第４反射層の間で前記第２波長の光を共振させる第２共振器と、
前記第３反射層と前記第4反射層との間に配置され、モード同期にて前記第２波長の光を生成する半導体可飽和吸収体と、を備え、
前記積層半導体層の光軸及び前記レーザ媒質の光軸は、一軸上に配置される、
レーザ素子。
（２）
前記積層半導体層、前記レーザ媒質、及び前記半導体可飽和吸収体は、各光軸が一軸上に配置される一体化された構造体である、
（１）に記載のレーザ素子。
（３）
前記半導体可飽和吸収体は、所定の変調深さ及びリカバリータイムを有する量子井戸構造を含む、
（１）又は（２）に記載のレーザ素子。
（４）
前記半導体可飽和吸収体は、透過型で変調深さΔＲが０．５～２％であるとともに、リカバリータイムτfastが５００ｆｓ（フェムト秒）未満である、
（３）に記載のレーザ素子。
（５）
前記レーザ媒質は、固体レーザ媒質である、
（１）乃至（４）のいずれか一項に記載のレーザ素子。
（６）
前記レーザ媒質は、イオンドープ型の固体レーザ媒質である、
（４）に記載のレーザ素子。
（７）
前記第２共振器は、チャープミラーを有する、
（１）乃至（６）のいずれか一項に記載のレーザ素子。
（８）
前記第２反射層及び前記第４反射層の少なくとも一方は、前記チャープミラーである、
（７）に記載のレーザ素子。
（９）
前記チャープミラーの群遅延分散ＧＤＤｃａｖｉｔｙ、前記レーザ媒質の群遅延分散ＧＤＤｇａｉｎ ｍｅｄｉｕｍ、及び前記半導体可飽和吸収体の群遅延分散ＧＤＤＳＡが、以下の（式１）の関係を満たすときに、
ＧＤＤｃａｖｉｔｙ＝２ＧＤＤｇａｉｎ ｍｅｄｉｕｍ＋２ＧＤＤＤＢＲ＋ＧＤＤＳＡ…（式１）
前記チャープミラーの群遅延分散ＧＤＤｃａｖｉｔｙは、以下の（式２）を満たすように設定される、
－２０００ｆｓ２＜ＧＤＤｃａｖｉｔｙ＜２０００ｆｓ２ …（式２）
（７）又は（８）に記載のレーザ素子。
（１０）
前記第２反射層は、短波波長透過フィルタである、
（１）乃至（９）のいずれか一項に記載のレーザ素子。
（１１）
前記第２反射層は、
光軸の後方側に配置される第１領域と、
前記第１領域に積層されて、光軸の前方側に配置される第２領域と、を有し、
前記第１領域は、前記第２領域よりも光耐久性の高い材料で構成され、
前記第２領域は、前記第１領域よりも光遮断性能の高い材料で構成される、
（１０）に記載のレーザ素子。
（１２）
前記第１領域は、屈折率が互いに異なる第１材料層及び第２材料層を交互に積層して構成され、
前記第２領域は、屈折率が互いに異なる第３材料層及び第４材料層を交互に積層して構成される、
（１１）に記載のレーザ素子。
（１３）
前記第３材料層及び前記第４材料層の屈折率差は、前記第１材料層及び前記第２材料層の屈折率差よりも大きい、
（１２）に記載のレーザ素子。
（１４）
前記第３材料層及び前記第４材料層のバンドギャップ差は、前記第１材料層及び前記第２材料層のバンドギャップ差よりも大きい、
（１２）又は（１３）に記載のレーザ素子。
（１５）
前記第３材料層及び前記第４材料層のレーザ誘起損傷閾値の差は、前記第１材料層及び前記第２材料層のレーザ誘起損傷閾値の差よりも大きい、
（１２）乃至（１４）のいずれか一項に記載のレーザ素子。
（１６）
前記積層半導体層、前記レーザ媒質、及び前記半導体可飽和吸収体のそれぞれの線膨張係数の相違度は２０％以内である、
（１）乃至（１５）のいずれか一項に記載のレーザ素子。
（１７）
レーザ素子と、
前記レーザ素子の照射光又は前記照射光の反射光に基づき画像データを生成する撮像部と、を備え、
前記レーザ素子は、
第１波長に対する第１反射層と、前記第１波長の面発光を行う活性層と、を有する積層半導体層と、
前記積層半導体層の光軸の後方側に配置され、前記積層半導体層と対向する第１面に第２波長に対する第２反射層および前記第１面と反対側の第２面に前記第１波長に対する第３反射層を有するレーザ媒質と、
前記第２面より光軸の後方側に配置される、前記第２波長に対する第４反射層と、
前記第１反射層および前記第３反射層の間で前記第１波長の光を共振させる第１共振器と、
前記第２反射層および前記第４反射層の間で前記第２波長の光を共振させる第２共振器と、
前記第３反射層と前記第4反射層との間に配置され、モード同期にて前記第２波長の光を生成する半導体可飽和吸収体と、を備え、
前記積層半導体層の光軸及び前記レーザ媒質の光軸は、一軸上に配置される、
電子機器。
【0109】
本開示の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本開示の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本開示の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。
【符号の説明】
【0110】
１、１ａ、５０ レーザ素子、２ 励起光源、３、５４ レーザ媒質、４、５３ 可飽和吸収体、１１、１１ａ 第１共振器、１２、１２ａ 第２共振器、２１ 基板、２２、２４ クラッド層、２３ 活性層、２５ 量子井戸、３１、３２ コンタクト層、４１ ｎ電極、４２、４５ 絶縁層、４３ ＰＡＤ、４４ めっき層、４６ ｐ電極、４７ 酸化層、５１ ヒートシンク、５２ 出力カプラ、５４ 利得媒質、５５ ＡＲ部材、１００ レーザ装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
