激光装置.pdf

在激光装置中，光子晶体层的不同折射率区域(6B)被配置于正方格子的格子点位置，各个不同折射率区域(6B)的平面形状为大致等腰直角三角形的情况下，构成其直角的2边沿着正方格子的纵以及横格子线，平行或者垂直于该三角形的斜边的方向与非线性光学晶体(NL)的周期极化反转结构中的极化的方向一致。

1.  一种激光装置，其特征在于，
是具备入射从光子晶体面发光激光元件射出的激光并且具有周期极化反转结构的非线性光学晶体的激光装置，
所述光子晶体面发光激光元件具备：
活性层；
夹着所述活性层的上部和下部覆盖层；以及
设置于所述上部或下部覆盖层与所述活性层之间的光子晶体层，
所述光子晶体层具备：
由第1折射率介质构成的基层；以及
由折射率与所述第1折射率介质不同的第2折射率介质构成且存在于所述基层内的多个不同折射率区域，
多个所述不同折射率区域被配置于设定于所述光子晶体层的主表面上的正方格子的格子点位置，
各个所述不同折射率区域的平面形状被设定为大致等腰直角三角形，
构成该大致等腰直角三角形的直角的2边沿着构成所述正方格子的纵格子线以及横格子线延伸，
平行或者垂直于该大致等腰直角三角形的斜边的方向与所述周期极化反转结构中的极化的方向一致。

2.  一种激光装置，其特征在于，
是具备入射从光子晶体面发光激光元件射出的激光并且具有周期极化反转结构的非线性光学晶体的激光装置，
所述光子晶体面发光激光元件具备：
活性层；
夹着所述活性层的上部和下部覆盖层；以及
设置于所述上部或下部覆盖层与所述活性层之间的光子晶体层，
所述光子晶体层具备：
由第1折射率介质构成的基层；以及
由折射率与所述第1折射率介质不同的第2折射率介质构成且存在于所述基层内的多个不同折射率区域，
多个所述不同折射率区域被配置于设定于所述光子晶体层的主表面上的正方格子的格子点位置，
各个所述不同折射率区域的平面形状被设定为大致正三角形，
从该大致正三角形的1个顶点向底边下垂的垂线沿着构成所述正方格子的纵格子线延伸，
该大致正三角形的所述底边的方向和所述周期极化反转结构中的极化的方向一致。

3.  一种激光装置，其特征在于，
是具备入射从光子晶体面发光激光元件射出的激光并且具有周期极化反转结构的非线性光学晶体的激光装置，
所述光子晶体面发光激光元件具备：
活性层；
夹着所述活性层的上部和下部覆盖层；以及
设置于所述上部或下部覆盖层与所述活性层之间的光子晶体层，
所述光子晶体层具备：
由第1折射率介质构成的基层；以及
由折射率与所述第1折射率介质不同的第2折射率介质构成且存在于所述基层内的多个不同折射率区域，
多个所述不同折射率区域被配置于设定于所述光子晶体层的主表面上的正方格子的格子点位置，
各个所述不同折射率区域的平面形状被设定为大致直角梯形，
构成该大致直角梯形中的1个直角的2边沿着构成所述正方格子的纵格子线以及横格子线延伸，
该大致直角梯形的下底的方向或者与所述下底成45°的方向和所述周期极化反转结构中的极化的方向一致。

4.  一种激光装置，其特征在于，
是具备入射从光子晶体面发光激光元件射出的激光并且具有周期 极化反转结构的非线性光学晶体的激光装置，
所述光子晶体面发光激光元件具备：
活性层；
夹着所述活性层的上部和下部覆盖层；以及
设置于所述上部或下部覆盖层与所述活性层之间的光子晶体层，
所述光子晶体层具备：
由第1折射率介质构成的基层；以及
由折射率与所述第1折射率介质不同的第2折射率介质构成且存在于所述基层内的多个不同折射率区域，
多个所述不同折射率区域被配置于设定于所述光子晶体层的主表面上的三角格子的格子点位置，
各个所述不同折射率区域的平面形状被设定为大致等腰直角三角形，
所述光子晶体面发光激光元件的偏光方向和所述周期极化反转结构中的极化的方向一致。

5.  一种激光装置，其特征在于，
是具备入射从光子晶体面发光激光元件射出的激光并且具有周期极化反转结构的非线性光学晶体的激光装置，
所述光子晶体面发光激光元件具备：
活性层；
夹着所述活性层的上部和下部覆盖层；以及
设置于所述上部或下部覆盖层与所述活性层之间的光子晶体层，
所述光子晶体层具备：
由第1折射率介质构成的基层；以及
由折射率与所述第1折射率介质不同的第2折射率介质构成且存在于所述基层内的多个不同折射率区域，
多个所述不同折射率区域被配置于设定于所述光子晶体层的主表面上的三角格子的格子点位置，
各个所述不同折射率区域的平面形状被设定为大致正方形，
所述光子晶体面发光激光元件的偏光方向与所述周期极化反转结 构中的极化的方向一致。

6.  一种激光装置，其特征在于，
是具备入射从光子晶体面发光激光元件射出的激光并且具有周期极化反转结构的非线性光学晶体的激光装置，
所述光子晶体面发光激光元件具备：
活性层；
夹着所述活性层的上部和下部覆盖层；以及
设置于所述上部或下部覆盖层与所述活性层之间的光子晶体层，
所述光子晶体层具备：
由第1折射率介质构成的基层；以及
由折射率与所述第1折射率介质不同的第2折射率介质构成且存在于所述基层内的多个不同折射率区域，
多个所述不同折射率区域被配置于设定于所述光子晶体层的主表面上的三角格子的格子点位置，
各个所述不同折射率区域的平面形状被设定为扁率大于0的大致椭圆形，
所述光子晶体面发光激光元件的偏光方向和所述周期极化反转结构中的极化的方向一致。

7.  一种激光装置，其特征在于，
是具备入射从光子晶体面发光激光元件射出的激光并且具有周期极化反转结构的非线性光学晶体的激光装置，
所述光子晶体面发光激光元件具备：
活性层；
夹着所述活性层的上部和下部覆盖层；以及
设置于所述上部或下部覆盖层与所述活性层之间的光子晶体层，
所述光子晶体层具备：
由第1折射率介质构成的基层；以及
由折射率与所述第1折射率介质不同的第2折射率介质构成且存在于所述基层内的多个不同折射率区域，
多个所述不同折射率区域被配置于设定于所述光子晶体层的主表面上的三角格子的格子点位置，
各个所述不同折射率区域的平面形状被设定为大致直角梯形，
所述光子晶体面发光激光元件的偏光方向与所述周期极化反转结构中的极化的方向一致。

激光装置
技术领域
本发明涉及使用了光子晶体面发光激光元件的激光装置。
背景技术
一直以来，如果对非线性光学晶体入射激光，则会由于非线性光学效应而射出波长被转换了的激光。在通过由非线性光学晶体产生的相位转换而使在基准位置上产生的激光的相位和在距离基准位置仅相干长度的位置上产生的激光的相位之差成为π的情况下，激光被互相消除，其强度降低。为了抑制激光强度的降低，已知有使用了具有周期极化反转结构的非线性光学晶体的准相位匹配(QPM)技术。在该技术中，设定极化反转周期，使得正或负的极化区域的光传播方向的长度成为相干长度(相位偏移π的长度)。
在专利文献1中，公开了组合非线性光学晶体以及在本身的元件内不共振的半导体激光元件而作为整体进行共振并产生激光的激光装置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-219307号公报
发明内容
发明所要解决的问题
然而，可以认为在专利文献1的图7所记载的激光装置中，从发光部的量子阱层产生的自然放出光通过光子晶体的衍射而在垂直方向上行进，到达外部镜的比例非常少。因此，对于达到外部振荡来说需要注入非常大的电流，效率也变低，所以可以认为波长转换光的输出不充分。另外，为了得到稳定的振荡，需要从外部镜返回的激光的向光子晶体的入射相位与射出相位一致，但是发光部和外部镜的距离与 激光波长相比非常长，因此，空间振荡模式、偏光模式容易变乱，所得到的波长转换光的光束形状也不稳定。
本发明是有鉴于这样的问题而完成的发明，其目的在于，提供一种能够显著提高波长转换光的强度并且进一步能够稳定地得到高斯分布点形状光束图案的激光装置。
解决问题的技术手段
在本激光装置中，由于激光元件本身单独振荡，因此与外部共振器型激光相比，达到振荡的注入电流阈值也能够低，振荡效率也能够提高。另外，设置于元件内的光子晶体结构直接作用于激光振荡时的振荡模式，因此，光束形状、偏光特性变得稳定，能够容易地控制。这样，可以认为通过将具有高的光输出效率、稳定的光束形状、偏光特性的激光入射到波长转换元件，可以得到具有优异的光束品质并且光强度高的波长转换光。另外，在本装置中，激光元件本身射出高斯分布点形状光束。
为了解决上述的问题，第1激光装置的特征在于，是具备入射从光子晶体面发光激光元件射出的激光并且具有周期极化反转结构的非线性光学晶体的激光装置，上述光子晶体面发光激光元件具备活性层、夹着上述活性层的上部和下部覆盖层、设置于上述上部或下部覆盖层与上述活性层之间的光子晶体层，上述光子晶体层具备由第1折射率介质构成的基层、由折射率与上述第1折射率介质不同的第2折射率介质构成并且存在于上述基层内的多个不同折射率区域，多个上述不同折射率区域被配置于设定在上述光子晶体层的主表面上的正方格子(grid)的格子点位置，各个上述不同折射率区域的平面形状被设定为大致等腰直角三角形，构成该大致等腰直角三角形的直角的2边沿着构成上述正方格子的纵格子线和横格子线延伸，平行或垂直于该大致等腰直角三角形的斜边的方向与上述周期极化反转结构中的极化的方向一致。
另外，所规定的不同折射率区域的平面形状，在实际的制造中，不是数学上严格规定的形状，会产生角部带圆，各边稍微歪斜的情况。所谓“大致”，如上所述，是指规定的形状在制造时稍微变形的状态。
在第1激光装置中，如果从光子晶体面发光激光元件射出的激光 入射到具有周期极化反转结构的非线性光学晶体，则在非线性光学晶体中进行波长转换，并从非线性光学晶体射出。在此，光子晶体层中的不同折射率区域被配置在正方格子的格子点位置，在进一步满足上述的条件的情况下，从非线性光学晶体射出的波长转换光具有高斯分布点形状光束图案，光强度显著提高。
第2激光装置的特征在于，是具备入射从光子晶体面发光激光元件射出的激光并且具有周期极化反转结构的非线性光学晶体的激光装置，上述光子晶体面发光激光元件具备活性层、夹着上述活性层的上部和下部覆盖层、设置于上述上部或下部覆盖层与上述活性层之间的光子晶体层，上述光子晶体层具备由第1折射率介质构成的基层、由折射率与上述第1折射率介质不同的第2折射率介质构成且存在于上述基层内的多个不同折射率区域，多个上述不同折射率区域被配置在设定在上述光子晶体层的主表面上的正方格子的格子点位置，各个上述不同折射率区域的平面形状被设定为大致正三角形，从该大致正三角形的一个顶点向底边下垂的垂线沿着构成上述正方格子的纵格子线延伸，该大致正三角形的上述底边的方向与上述周期极化反转结构中的极化的方向一致。
在第2激光装置中，如果从光子晶体面发光激光元件射出的激光入射到具有周期极化反转结构的非线性光学晶体，则在非线性光学晶体中进行波长转换，并从非线性光学晶体射出。在此，光子晶体层中不同折射率区域被配置在正方格子的格子点位置，在进一步满足上述的条件的情况下，从非线性光学晶体射出的波长转换光具有高斯分布点形状光束图案，光强度显著提高。
第3激光装置的特征在于，是具备入射从光子晶体面发光激光元件射出的激光并且具有周期极化反转结构的非线性光学晶体的激光装置，上述光子晶体面发光激光元件具备活性层、夹着上述活性层的上部和下部覆盖层、设置于上述上部或下部覆盖层与上述活性层之间的光子晶体层，上述光子晶体层具备由第1折射率介质构成的基层、由折射率与上述第1折射率介质不同的第2折射率介质构成并且存在于上述基层内的多个不同折射率区域，多个上述不同折射率区域被配置于设定在上述光子晶体层的主表面上的正方格子的格子点位置，各个 上述不同折射率区域的平面形状被设定为大致直角梯形，构成该大致直角梯形中的1个直角的2边沿着构成上述正方格子的纵格子线以及横格子线延伸，该大致直角梯形的下底的方向或与上述下底成45°的方向与上述周期极化反转结构中的极化的方向一致。
在第3激光装置中，如果从光子晶体面发光激光元件射出的激光入射到具有周期极化反转结构的非线性光学晶体，则在非线性光学晶体中进行波长转换，并从非线性光学晶体射出。在此，光子晶体层中的不同折射率区域被配置在正方格子的格子点位置，在进一步满足上述的条件的情况下，从非线性光学晶体射出的波长转换光具有高斯分布点形状光束图案，光强度显著提高。
第4激光装置的特征在于，是具备入射从光子晶体面发光激光元件射出的激光并且具有周期极化反转结构的非线性光学晶体的激光装置，上述光子晶体面发光激光元件具备活性层、夹着上述活性层的上部和下部覆盖层、设置于上述上部或下部覆盖层与上述活性层之间的光子晶体层，上述光子晶体层具备由第1折射率介质构成的基层、由折射率与上述第1折射率介质不同的第2折射率介质构成并且存在于上述基层内的多个不同折射率区域，多个上述不同折射率区域被配置在设定于上述光子晶体层的主表面上的三角格子的格子点位置，各个上述不同折射率区域的平面形状被设定为大致等腰直角三角形，本激光元件的偏光方向与上述周期极化反转结构中的极化的方向一致。
在第4激光装置中，如果从光子晶体面发光激光元件射出的激光入射到具有周期极化反转结构的非线性光学晶体，则在非线性光学晶体中进行波长转换，并从非线性光学晶体射出。在此，光子晶体层中的不同折射率区域被配置在三角格子的格子点位置，在进一步满足上述的条件的情况下，从非线性光学晶体射出的波长转换光具有高斯分布点形状光束图案，光强度显著提高。
第5激光装置的特征在于，是具备入射从光子晶体面发光激光元件射出的激光并且具有周期极化反转结构的非线性光学晶体的激光装置，上述光子晶体面发光激光元件具备活性层、夹着上述活性层的上部和下部覆盖层、设置于上述上部或下部覆盖层与上述活性层之间的光子晶体层，上述光子晶体层具备由第1折射率介质构成的基层、由 折射率与上述第1折射率介质不同的第2折射率介质构成且存在于上述基层内的多个不同折射率区域，多个上述不同折射率区域被配置在设定于上述光子晶体层的主表面上的三角格子的格子点位置，各个上述不同折射率区域的平面形状被设定为大致正方形，本激光元件的偏光方向和上述周期极化反转结构中的极化的方向一致。
在第5激光装置中，如果从光子晶体面发光激光元件射出的激光入射到具有周期极化反转结构的非线性光学晶体，则在非线性光学晶体中进行波长转换，并从非线性光学晶体射出。在此，光子晶体层中的不同折射率区域被配置在三角格子的格子点位置，在进一步满足上述的条件的情况下，从非线性光学晶体射出的波长转换光具有高斯分布点形状光束图案，光强度显著提高。
第6激光装置的特征在于，是具备入射从光子晶体面发光激光元件射出的激光并且具有周期极化反转结构的非线性光学晶体的激光装置，上述光子晶体面发光激光元件具备活性层、夹着上述活性层的上部和下部覆盖层、设置于上述上部或下部覆盖层与上述活性层之间的光子晶体层，上述光子晶体层具备由第1折射率介质构成的基层、由折射率与上述第1折射率介质不同的第2折射率介质构成且存在于上述基层内的多个不同折射率区域，多个上述不同折射率区域被配置在设定于上述光子晶体层的主表面上的三角格子的格子点位置，各个上述不同折射率区域的平面形状被设定为扁率大于0的大致椭圆形，本激光元件的偏光方向与上述周期极化反转结构中的极化的方向一致。
在第6激光装置中，如果从光子晶体面发光激光元件射出的激光入射到具有周期极化反转结构的非线性光学晶体，则在非线性光学晶体中进行波长转换，并从非线性光学晶体射出。在此，光子晶体层中的不同折射率区域被配置在三角格子的格子点位置，在进一步满足上述的条件的情况下，从非线性光学晶体射出的波长转换光具有高斯分布点形状光束图案，光强度显著提高。
第7激光装置的特征在于，是具备入射从光子晶体面发光激光元件射出的激光并且具有周期极化反转结构的非线性光学晶体的激光装置，上述光子晶体面发光激光元件具备活性层、夹着上述活性层的上部和下部覆盖层、设置于上述上部或下部覆盖层与上述活性层之间的 光子晶体层，上述光子晶体层具备由第1折射率介质构成的基层、由折射率与上述第1折射率介质不同的第2折射率介质构成且存在于上述基层内的多个不同折射率区域，多个上述不同折射率区域被配置在设定于上述光子晶体层的主表面上的三角格子的格子点位置，各个上述不同折射率区域的平面形状被设定为大致直角梯形，本激光元件的偏光方向和上述周期极化反转结构中的极化的方向一致。
在第7激光装置中，如果从光子晶体面发光激光元件射出的激光入射到具有周期极化反转结构的非线性光学晶体，则在非线性光学晶体中进行波长转换，并从非线性光学晶体射出。在此，光子晶体层中的不同折射率区域被配置在三角格子的格子点位置，在进一步满足上述的条件的情况下，从非线性光学晶体射出的波长转换光具有高斯分布点形状光束图案，光强度显著提高。
发明的效果
根据该激光装置，能够使波长转换了的激光成为高斯分布点形状光束图案并且能够显著提高光强度。
附图说明
图1是表示激光装置的纵截面构成的图。
图2是激光装置的内部结构的立体图。
图3是表示激光装置中的非线性光学晶体的图。
图4是表示激光装置中的激光元件的纵截面构成的图。
图5是关于激光元件中的构成要素的材料、导电类型、厚度进行表示的图表。
图6是激光元件中的光子晶体层(第1例)的平面图(A)，是表示非线性光学晶体中的极化的方向的图(B)。
图7是激光元件中的光子晶体层(第1例)的平面图(A)，是表示非线性光学晶体中的其它的状态的极化的方向的图(B)。
图8是表示激光元件中的光子晶体层的二维平面的电磁场分布的图(A)，是表示光子晶体层的二维平面内的偏光方向的图(B)。
图9是表示激光元件中的光子晶体层的二维平面的电磁场分布的图(A)，是表示光子晶体层的二维平面内的偏光方向的图(B)。
图10是表示激光元件中的光子晶体层(第2例)的平面图(A)，是表示非线性光学晶体中的极化的方向的图(B)。
图11是表示激光元件中的光子晶体层(第3例)的平面图(A)，是非线性光学晶体中的极化的方向的图(B)。
图12是激光元件中的光子晶体层(第3例)的平面图(A)，是表示非线性光学晶体中的其它的状态的极化的方向的图(B)。
图13是激光元件中的光子晶体层(第4例)的平面图。
图14是激光元件中的光子晶体层(第5例)的平面图。
图15是激光元件中的光子晶体层(第6例)的平面图。
图16是激光元件中的光子晶体层(第7例)的平面图。
图17是表示激光装置中的激光元件的纵截面构成的图。
图18是表示激光装置的纵截面构成的图。
图19是表示波长和强度的关系的图。
图20是表示注入电流J(mA)、全体光输出It(mW)以及波长转换输出Ic(a.u.)的关系的图。
图21是表示显示激光的偏光状态的照片的图。
具体实施方式
以下，对实施方式所涉及的激光装置进行说明。另外，对同一要素使用同一符号，省略重复的说明。
图1是表示激光装置的纵截面构成的图。
在支撑基板101的第1区域上，固定有安装(mount)基板102，在安装基板102上固定有激光元件LD的支撑构件103。激光元件LD是光子晶体面发光激光元件，在Z轴方向上射出激光LB。在支撑构件103的侧面，经由导电性的粘合剂104而固定有激光元件LD。粘合剂104由焊料或金等构成，将激光元件LD的下表面连接于固定电位。在支撑构件103的表面，用于对激光元件施加偏压的正负的电极(未图示)被图案化，一个电极通过粘合剂104而电连接于激光元件LD的下表面，另一个电极使用引线接合等(未图示)而电连接于激光元件LD的上表面。
在支撑基板101的第2区域上，固定有温度控制装置CL，在温度 控制装置CL上，固定有由铜等构成的热沉(heatsink)105。温度控制装置CL由珀耳帖元件(Peltierdevice)构成。在热沉105上经由粘合剂106而固定有非线性光学晶体NL。粘合剂106可以作为热传导性高的焊料或金等的导电性的粘合剂，也可以使用树脂等的绝缘性粘合剂。热沉105的表面形成有V槽GR，四棱柱形状的非线性光学晶体NL的邻接的2个侧面经由粘合剂106而固定于V槽GR的内面。另外，非线性光学晶体NL具有具备准相位匹配(QPM)结构的周期极化反转结构。
在支撑基板101，设置有用于对温度控制装置CL供给电力的驱动电路107。驱动电路107也可以内置于支撑基板101，但也可以安装于支撑基板101的表面，另外，也可以配置于从支撑基板101离开的位置。在内置于支撑基板101的情况下，例如，可以在支撑基板101的下表面形成凹部，并在该凹部内配置驱动电路107。在热沉105，安装有用于直接或间接地测量非线性光学晶体NL的温度的传感器S。该传感器S优选为测量热沉105的温度的温度传感器，传感器S的输出被输入到驱动电路107，驱动电路107基于从传感器S输入的数据，反馈控制供给于温度控制装置CL的驱动电力的大小。即，在来自传感器S的输出大于设定值的情况下，减小驱动电力，在小的情况下增大驱动电力。
传感器S是直接或间接地测量非线性光学晶体NL的温度的传感器，因此传感器S可以直接安装于非线性光学晶体NL。传感器S可以由热电偶构成，但也可以作为辐射温度计。在辐射温度计的情况下，例如测量从非线性光学晶体NL射出的红外线或者可见光。辐射温度计也可以作为具备截断激光波长的过滤器的光电二极管。
传感器S可以以作为激光LB的强度监测器，将对应于所测定的强度的非线性光学晶体NL的温度从表格中读出的查询表格(look-uptable)方式来构成。即，可以预先取得从激光装置输出的激光LB的强度和/或波长与非线性光学晶体NL的温度的相关数据，并将其存储于存储装置内的表格，以查询表格方式进行温度测量。
在支撑基板101，安装有收纳上述的要素的盖(cover)108。在盖108的侧面安装有用于射出激光LB的射出窗109，盖108与支撑基板 101一起密封内部空间，抑制外部温度·湿度或粉尘等的来自外部的影响。从激光元件LD射出的激光沿着Z轴的正方向行进，通过非线性光学晶体NL而被波长转换，波长转换后的激光LB经由射出窗109而输出到外部。另外，作为冷却装置的温度控制装置CL的驱动电路107也可以包含激光元件LD的驱动电路。
另外，支撑基板101也可以作为由铜等构成的热沉，在该情况下，安装基板102、支撑构件103以及激光元件LD也被冷却。另外，在激光元件LD的下表面经由配线等的导电体而电连接于支撑基板101的情况下，支撑基板101可以经由该配线等而冷却激光元件LD。
图2是激光装置的内部结构的立体图。
从激光元件LD的光射出面S_LD射出的激光LB在Z轴方向上行进，并入射到具有垂直于Z轴的光入射面的非线性光学晶体NL。非线性光学晶体NL具有准相位匹配(QPM)结构的周期极化反转结构，并且沿着Z轴方向交替地层叠正的极化区域NLP、负的极化区域NLN而成。设定极化反转周期，使得各极化区域的光传播方向(Z轴方向)的长度成为相干长度(传播的激光LB的相位偏移π的长度)。各极化区域的极化的方向D_P如图所示，沿着激光LB的行进方向交替地反转而切换。
另外，为了说明的明确化，将支撑基板101的主表面(安装要素的面)作为ac面，将垂直于a轴和c轴的两者的轴作为b轴，设定abc直角坐标系。另外，Z轴和c轴一致，将在c轴的周围旋转abc直角坐标系后的坐标系作为XYZ直角坐标系。将从b轴到Y轴为止的c轴周围的旋转角度作为θ。
非线性光学晶体NL是将Z轴方向作为长边方向的长方体，具有将激光LB的光入射面作为XY平面，包围光入射面的4个面由XZ面以及YZ面的任一者构成的形状。长方体的激光元件LD的光射出面S_LD为ab面(XY面)，垂直于光射出面的侧面成为ac面。即，XYZ直角坐标系是配合非线性光学晶体NL的方向而设定的坐标系，abc直角坐标系是配合激光元件LD而设定的坐标系。
图3是表示激光装置中的非线性光学晶体的图。
将激光LB的从射出面S_LD至非线性光学晶体NL的光入射面的距离作为L1，将从非线性光学晶体NL的光入射面至光射出面的距离作 为L2，将整体的距离作为L_R。另外，将一对正的极化区域NLP和负的极化区域NLN的沿着Z轴的长度作为L3。在QPM结构中，相对于从激光元件射出的激光LB的基本波的波长λ，将相对于基本波的折射率作为n_ω、将相对于从非线性光学晶体NL射出的二次谐波的折射率作为n_2ω、将次数作为m(通常1)，从而被设定为极化反转周期L3＝mλ/(2(n_2ω-n_ω))。
作为构成各极化区域的铁电体晶体，可以使用含有Mg等的适当的添加物的LiNbO₃、含有Mg等的适当的添加物的LiTaO₃等来形成周期极化反转结构。
将激光元件的射出面S_LD上的激光LB的直径(Y轴方向长度)作为W1，将非线性光学晶体NL的Y轴方向长度作为W2，将非线性光学晶体NL的光射出面上的激光LB的直径(Y轴方向长度)作为W3。将从光射出面S_LD射出的激光LB的张角作为2×β。β是相对于非线性光学晶体NL的光射出面的法线和激光LB的最外侧的光线所成的角度。β具有以下的关系(2β＝2arctan{(W3-W1)/2LR})。
另外，激光元件满足衍射极限的光射出时2β＝1.22×λ/W1(rad)，在β小的情况下，通过近轴近似计算，W3＝W1+(2×β×(LR+L1))。对于激光收敛于非线性光学晶体NL内来说，需要满足W3<W2。例如，在W3＝200μm、λ＝1μm的情况下，β＝3.05×10^-3rad，W3＝0.2+6.1×10^-3×(LR+L1)(mm)。试制中，由于(LR+L1)＝40mm，因而W3＝0.444mm。非线性光学晶体NL的尺寸作为W2＝0.5mm，因此，在本光学系统中，满足W3<W2。
如以上所述，上述的激光装置是具备入射从光子晶体面发光激光元件LD射出的激光LB并且具有周期极化反转结构的非线性光学晶体NL的激光装置。接着，对光子晶体面发光激光元件LD的具体结构进行说明。
图4是表示激光装置中的激光元件的纵截面构成的图，图5是关于激光元件中的构成要素的材料、导电类型、厚度进行表示的图表。
激光元件LD具备活性层4、夹着活性层4的上部覆盖层7和下部覆盖层2、设置于上部覆盖层7(或者下部覆盖层2：图17)与活性层4之间的光子晶体层6(折射率调制层)。在覆盖层和活性层4之间， 介有导光层，在上部覆盖层7上形成有接触层8。
即，该激光元件LD依次层叠半导体基板1、下部覆盖层2、下部导光层3、活性层4、上部导光层5、光子晶体层6、上部覆盖层7和接触层8而成，在半导体基板1的背面，接触设置有第1电极，在接触层8的上表面接触设置有第2电极E2。如果在第1电极E1和第2电极E2之间施加正向偏压，则在位于覆盖层之间的活性层4内产生发光，并通过光子晶体层6而被调制。在垂直于基板面的方向(c轴、Z轴)上激光LB射出。
各要素的材料如图5所示，半导体基板1由GaAs构成，下部覆盖层2由AlGaAs构成，下部导光层3由AlGaAs构成，活性层4由多量子阱结构MQW(势垒层：AlGaAs/阱层：InGaAs)构成，上部导光层5由下层AlGaAs/上层GaAs构成，光子晶体层6，基层6A由GaAs构成，埋入到基层6A内的不同折射率区域(埋入层)6B由AlGaAs构成，上部覆盖层7由AlGaAs构成，接触层由GaAs构成。另外，在各层，如图5所示，添加有第1导电类型(N型)的杂质或者第2导电类型(P型)的杂质(杂质浓度为1×10¹⁷～1×10²¹/cm³)，有意图地没有添加任何的杂质的区域成为本征(I型)半导体。I型的杂质浓度为1×10¹⁵/cm³。
另外，覆盖层的能带间隙比导光层的能带间隙大，导光层的能带间隙设定为比活性层4的阱层的能带间隙大。在AlGaAs中，通过变更Al的组成比，从而可以容易地改变能带间隙和折射率。在Al_XGa_1-XAs中，如果减少(增加)原子半径相对小的Al的组成比X，则与之正相关的能带间隙变小(大)，如果GaAs中混入原子半径大的In而作为InGaAs，则能带间隙变小。即，覆盖层的Al组成比比导光层的Al组成比大，导光层的Al组成比为活性层的势垒层(AlGaAs)的Al组成以上。覆盖层的Al组成比被设定为0.2～0.5，在本例中设为0.4。导光层以及活性层中的势垒层的Al组成比被设定为0.1～0.15，在本例中设为0.1。
另外，各层的厚度如图5所示，该图内的数值范围表示优选值，括弧内的数值表示进行了试制的最佳值。
还有，图21是表示从激光元件得到的典型的图案光束的偏光状态 的远视野像照片。
(A)是从激光元件直接得到的远视野像，可知得到了高斯分布点形状的远视野像。在(B)、(C)中表示透过偏光过滤器而拍摄的远视野像照片。在激光元件的偏光角度和偏光过滤器的偏光方位的相对角度为0°的情况(B)下，观察到与没有偏光过滤器的情况(A)同样的高斯分布点形状光束图案。另一方面，在与偏光方位的相对角度为90°的情况(C)下，光束图案成为条纹状，进一步透过光强度与相对角度为0°的情况(B)相比减少了几分之一。由于非线性光学晶体仅将向周期反转极化方向偏光的基本波进行波长转换，因此起到与上述偏光过滤器同样的作用。因此，如果非线性光学晶体将激光的偏光方向与周期反转极化方向配合，则从非线性光学晶体得到的波长转换光成为激光元件的偏光方向和偏光过滤器的相位角度对应于0°的高斯分布点形状光束图案。
在此，光子晶体层6具备由第1折射率介质构成的基层6A、由折射率与第1折射率介质不同的第2折射率介质构成并且存在于基层6A内的多个不同折射率区域6B。另外，在本激光元件中光子晶体的格子(grid)间隔在正方格子的情况下，格子间隔设置成与由元件内部的有效折射率除激光振荡波长后的有效的激光波长一致。在三角格子的情况下，格子间隔设置成成为由元件内部的有效折射率除激光振荡波长并倍后的值。以下，进行详细说明。
图6是激光元件中的光子晶体层(第1例)的平面图(A)，是表示非线性光学晶体中的极化的方向的图(B)。
在图6中，对光子晶体内的电磁场分布为模式A(图8)的情况进行说明。多个不同折射率区域6B被配置在设定在光子晶体层6的主表面上的正方格子(由虚线表示)中的格子点位置，各个不同折射率区域6B的平面形状被设定为大致等腰直角三角形，构成该大致等腰直角三角形的直角的2边沿着构成正方格子的纵格子线LV以及横格子线LH延伸。
在此，与该大致等腰直角三角形的斜边平行的方向(Y轴：将b轴仅旋转θ后的轴：θ＝45°)和非线性光学晶体NL的周期极化反转结构中的极化的方向D_P(Y轴)一致。
另外，所规定的不同折射率区域6B的平面形状在实际的制造中，不成为数学上严格规定的形状，有可能角部带圆，各边稍微歪斜。所谓“大致”，是指包括如上所述规定的形状在制造时稍微变形的状态。
在第1例的激光装置中，如果从光子晶体面发光激光元件射出的激光入射到具有周期极化反转结构的非线性光学晶体NL，则在非线性光学晶体NL中进行波长转换，并从非线性光学晶体NL射出。光子晶体层6中的不同折射率区域6B被配置在正方格子的格子点位置，进一步在形状和方向满足上述的条件的情况下，从非线性光学晶体得到的波长转换光具有高斯分布点形状光束图案，并且光强度显著提高。这是由于，在不同折射率区域6B中产生的偏光方位在模式A中与极化的方向D_P一致。
图7是激光元件中的光子晶体层(第1例)的平面图(A)，是表示非线性光学晶体中的其它的状态的极化的方向的图(B)。
在图6中，对光子晶体内的电磁场分布成为模式A(图8)的情况进行了说明，但是在图7中，对成为模式B(图9)的情况进行说明。
与图6同样，多个不同折射率区域6B被配置在设定于光子晶体层6的主表面上的正方格子(由虚线表示)中的格子点位置，各个不同折射率区域6B的平面形状被设定为大致等腰直角三角形，构成该大致等腰直角三角形的直角的2边沿着构成正方格子的纵格子线LV以及横格子线LH延伸。
在此，垂直于该大致等腰直角三角形的斜边的方向(Y轴：将b轴仅旋转-θ后的轴：θ＝45°)和非线性光学晶体NL的周期极化反转结构中的极化的方向D_P(Y轴)一致。
在该情况下，在第1例的激光装置中，如果从光子晶体面发光激光元件射出的激光入射到具有周期极化反转结构的非线性光学晶体NL，则在非线性光学晶体NL中也进行波长转换，并从非线性光学晶体NL射出。光子晶体层6中的不同折射率区域6B被配置在正方格子的格子点位置，进一步在形状以及方向满足上述的条件的情况下，从非线性光学晶体得到的波长转换光具有高斯分布点形状光束图案，并且光强度显著提高。这是由于，在不同折射率区域6B中产生的偏光方 位在模式B中与极化的方向D_P一致。
模式A和模式B可以通过变更激光元件的光子晶体形状、半导体量子阱层的增益波长等从而进行切换。
图8是表示非专利文献Opt.Exp.Vol.19(24)p24672所示的模式A中的激光元件中的光子晶体层的二维平面的电磁场分布的图(A)，是表示光子晶体层的二维平面内的偏光方向的图(B)。
在此，沿着图8(A)的圆的周向排列的箭头表示电场的方向和强度。在光子晶体层中的折射率小的不同折射率区域6B所产生的电场有助于元件的偏光方向，因此，平行于三角形的斜边的方向的偏光变大。
图8(B)是表示上述偏光的方向(由大箭头表示)的图。坐标系的Rx、Ry、Sx、Sy表示光子晶体面内所产生的4个方向的基本驻波的行进轴方向，另外，各向量表示各个驻波所产生的偏光方向及其强度。在上述驻波有助于垂直面方向振荡时，产生如图所示的偏光方向。
图9是表示非专利文献Opt.Exp.Vol.19(24)p24672所示的模式B中的激光元件中的光子晶体层的二维平面的电磁场分布的图(A)，是表示光子晶体层的二维平面内的偏光方向的图(B)。
在此，沿着图9(A)的圆的周向排列的箭头表示电场的方向和强度。在光子晶体层中的折射率小的不同折射率区域6B所产生的电场有助于元件的偏光方向，因此，垂直于三角形的斜边的方向的偏光变大。
图9(B)是表示上述偏光的方向(由大箭头表示)的图。坐标系的Rx、Ry、Sx、Sy表示光子晶体面内所产生的4个方向的基本驻波的行进轴方向，另外，各向量表示各个驻波所产生的偏光方向及其强度。在上述驻波有助于垂直面方向振荡时，产生如图所示的偏光方向。
图10是激光元件中的光子晶体层(第2例)的平面图(A)，是表示非线性光学晶体中的极化的方向的图(B)。
光子晶体层6具备由第1折射率介质构成的基层6A、由折射率与第1折射率介质不同的第2折射率介质构成且存在于基层6A内的多个不同折射率区域6B，多个不同折射率区域6B被配置在设定于光子晶体层的主表面上的正方格子(由虚线表示)中的格子点位置。各个不同折射率区域6B的平面形状被设定为大致正三角形，从该大致正三角形的一个顶点向底边下垂的垂线沿着构成上述正方格子的纵格子线LV 延伸，该大致正三角形的底边的方向(Y轴＝c轴：θ＝0°)和周期极化反转结构中的极化的方向D_P(Y轴)一致。
在第2例的激光装置中，如果从光子晶体面发光激光元件射出的激光射入到具有周期极化反转结构的非线性光学晶体，则在非线性光学晶体中进行波长转换，并从非线性光学晶体射出。在此，光子晶体层中的不同折射率区域6B被配置在正方格子的格子点位置，进一步在形状和方向满足上述的条件的情况下，从非线性光学晶体得到的波长转换光具有高斯分布点形状光束图案，并且光强度显著提高。这是由于，在不同折射率区域6B中所产生的偏光方位与极化的方向D_P一致。
图11是激光元件中的光子晶体层(第3例)的平面图(A)，是表示非线性光学晶体中的极化的方向的图(B)。
光子晶体层6具备由第1折射率介质构成的基层6A、由折射率与第1折射率介质不同的第2折射率介质构成且存在于基层6A内的多个不同折射率区域6B，多个不同折射率区域6B被配置在设定于光子晶体层的主表面上的正方格子(由虚线表示)中的格子点位置。
各个不同折射率区域6B的平面形状被设定为大致直角梯形，构成该大致直角梯形中的1个直角的2边沿着构成正方格子的纵格子线LV以及横格子线LH延伸，该大致直角梯形的下底(将长边作为下底，将短边作为上底)的方向(Y轴＝c轴：θ＝0°)和周期极化反转结构中的极化的方向D_P(Y轴)一致。
在第3例的激光装置中，如果从光子晶体面发光激光元件射出的激光入射到具有周期极化反转结构的非线性光学晶体，则在非线性光学晶体中进行波长转换，并从非线性光学晶体射出。在此，光子晶体层中的不同折射率区域6B被配置在正方格子的格子点位置，进一步在形状和方向满足上述的条件的情况下，从非线性光学晶体得到的波长转换光具有高斯分布点形状光束图案，并且光强度显著提高。这是由于，不同折射率区域6B中所产生的偏光方位与极化的方向D_P一致。
图12是激光元件中的光子晶体层(第3例)的平面图(A)，是表示非线性光学晶体中的其它的状态的极化的方向的图(B)。
光子晶体层6具备由第1折射率介质构成的基层6A、由折射率与第1折射率介质不同的第2折射率介质构成且存在于基层6A内的多个 不同折射率区域6B，多个不同折射率区域6B被配置在设定于光子晶体层的主表面上的正方格子(由虚线表示)中的格子点位置。
各个不同折射率区域6B的平面形状被设定为大致直角梯形，构成该大致直角梯形中的1个直角的2边沿着构成正方格子的纵格子线LV以及横格子线LH延伸，与该大致直角梯形的下底成45°的方向(Y轴＝c轴：θ＝45°)与周期极化反转结构中的极化的方向D_P(Y轴)一致，由于与上述同样的理由，从非线性光学晶体得到的波长转换光具有高斯分布点形状光束图案，光强度显著提高。
另外，如果变更激光元件的光子晶体形状、半导体量子阱层的增益波长等，则图11和图12的模式可以切换。
图13是激光元件中的光子晶体层(第4例)的平面图(XY平面)。
光子晶体层6具备由第1折射率介质构成的基层6A、由折射率与第1折射率介质不同的第2折射率介质构成且存在于基层6A内的多个不同折射率区域6B，多个不同折射率区域6B被配置在设定于光子晶体层的主表面上的三角格子(由虚线表示)中的格子点位置。
各个不同折射率区域6B的平面形状被设定为大致等腰直角三角形，构成该大致等腰直角三角形的直角的1边沿着构成三角格子的1根格子线LH延伸，将从右上向左下延伸的格子线表示为LV1，将从左上向右下延伸的格子线表示为LV2，各格子构成正三角形。
在第4例的激光装置中，如果从光子晶体面发光激光元件射出的激光入射到具有周期极化反转结构的非线性光学晶体，则在非线性光学晶体中进行波长转换，并从非线性光学晶体射出。在此，光子晶体层中的不同折射率区域被配置在三角格子的格子点位置，在激光元件的偏光方向和非线性光学晶体的周期极化反转方向一致的情况下，波长转换光具有高斯分布点形状光束图案，并且光强度显著提高。
图14是激光元件中的光子晶体层(第5例)的平面图(XY平面)。
光子晶体层6具备由第1折射率介质构成的基层6A、由折射率与第1折射率介质不同的第2折射率介质构成且存在于基层6A内的多个不同折射率区域6B，多个不同折射率区域6B被配置在设定于光子晶体层的主表面上的三角格子(由虚线表示)中的格子点位置。
各个不同折射率区域6B的平面形状被设定为大致正方形，该大致 正方形的一边沿着构成三角格子的横格子线LH延伸，将从右上向左下延伸的格子线表示为LV1，将从左上向右下延伸的格子线表示为LV2，各格子构成正三角形。
在第5例的激光装置中，如果从光子晶体面发光激光元件射出的激光入射到具有周期极化反转结构的非线性光学晶体，则在非线性光学晶体中进行波长转换，并从非线性光学晶体射出。在此，光子晶体层中的不同折射率区域被配置于三角格子的格子点位置，在激光元件的偏光方向和非线性光学晶体的周期极化反转方向一致的情况下，波长转换光具有高斯分布点形状光束图案，并且光强度显著提高。
图15是激光元件中的光子晶体层(第6例)的平面图(XY平面)。
光子晶体层6具备由第1折射率介质构成的基层6A、由折射率与第1折射率介质不同的第2折射率介质构成且存在于基层6A内的多个不同折射率区域6B，多个不同折射率区域6B被配置在设定于光子晶体层的主表面上的三角格子(由虚线表示)中的格子点位置。
各个不同折射率区域6B的平面形状被设定为扁率大于0的大致椭圆形(不是正圆)，该大致椭圆形的长轴沿着构成三角格子的横格子线LH延伸，将从右上向左下延伸的格子线表示为LV1，将从左上向右下延伸的格子线表示为LV2，各格子构成正三角形。
在第6例的激光装置中，如果从光子晶体面发光激光元件射出的激光入射到具有周期极化反转结构的非线性光学晶体，则在非线性光学晶体中进行波长转换，并从非线性光学晶体射出。在此，光子晶体层6中的不同折射率区域6B被配置于三角格子的格子点位置，在激光元件的偏光方向和非线性光学晶体的周期极化反转方向一致的情况下，波长转换光具有高斯分布点形状光束图案，并且光强度显著提高。
图16是激光元件中的光子晶体层(第7例)的平面图(XY平面)。
光子晶体层6具备由第1折射率介质构成的基层6A、由折射率与第1折射率介质不同的第2折射率介质构成且存在于基层6A内的多个不同折射率区域6B，多个不同折射率区域6B被配置在设定于光子晶体层的主表面上的三角格子(由虚线表示)中的格子点位置。
各个不同折射率区域6B的平面形状被设定为大致直角梯形，该大致直角梯形中的规定高度的1边沿着构成三角格子的横格子线LH延 伸，将从右上向左下延伸的格子线表示为LV1，将从左上向右下延伸的格子线表示为LV2，各格子构成正三角形。
第7例的激光装置中，如果从光子晶体面发光激光元件射出的激光入射到具有周期极化反转结构的非线性光学晶体，则在非线性光学晶体中进行波长转换，并从非线性光学晶体射出。在此，光子晶体层中的不同折射率区域被配置在三角格子的格子点位置，在激光元件的偏光方向和非线性光学晶体的周期极化反转方向一致的情况下，波长转换光具有高斯分布点形状光束图案，光强度显著提高。
图17是表示激光装置中的激光元件的纵截面构成的图。
该激光元件LD依次层叠半导体基板1、下部覆盖层2、下部导光层3、光子晶体层6、活性层4、上部导光层5、上部覆盖层7、以及接触层8而成，在半导体基板1的背面接触设置有第1电极，在接触层8的上表面接触设置有第2电极E2。图4所示的元件仅光子晶体层6的位置不同，材料、结构以及功能都与图4的元件相同。在该激光元件中，如果在第1电极E1和第2电极E2之间施加正向偏压，则位于覆盖层间的活性层4内产生发光，通过光子晶体层6而被调制。在垂直于基板面的方向(c轴、Z轴)上射出激光LB。
图18是表示激光装置的纵截面构成的图。
该激光装置与图1所示的装置相比，在以下方面不同：热沉105不具备V槽，支撑构件103以能够旋转的方式支撑Z轴方向的旋转轴110，在旋转轴110和支撑构件103之间介有滚球轴承B，副支撑构件111被固定于旋转轴110的前端，激光元件LD经由粘合剂104而固定于副支撑构件111上。另外，在支撑构件103设置有用于停止旋转的销机构112，如果插入销机构112则抵接于副支撑构件111的背面，激光元件LD的旋转位置被固定。其它的构成和图1所示的装置相同。
通过这样的构成，也可以调整激光元件LD和非线性光学晶体NL的相对旋转角θ。
图19是表示本激光装置中的波长和强度的关系的图。
从激光元件LD射出的激光，作为中心波长具有1068nm(图19(A))。在该情况下，从非线性光学晶体NL射出的激光的中心波长具有534nm的波长(图19(B))。得到频率成为2倍(波长为1/2)的高 次谐波。
图20为表示向激光元件的注入电流J(mA)和通过非线性光学晶体NL后的全体光输出It(mW)以及波长转换光输出Ic(a.u.)的关系的图。
如果增加注入电流J，则全体光输出It反映激光元件的光输出并维持高的线形性而増加。另一方面，确认了从非线性光学晶体输出的波长转换光输出Ic相对于注入电流J非线性地上升。这对应于非线性光学晶体NL的波长转换效率与入射基本波激光的光密度的平方成比例。
另外，上述的实验中的尺寸如以下所述。非线性光学晶体：MgO掺杂LiNbO₃(PPLN)L2＝35mm、L3＝7μm、W2＝0.5mm；构成不同折射率区域的等腰直角三角形的尺寸：240nm(腰的长度)；正方格子的格子线的间隔：320nm。
另外，在本发明中，在激光元件和非线性光学晶体之间也可以具备聚光或者准直透镜。另外，激光元件的光子晶体部6B可以由半导体材料而被完全地埋入，也可以成为空隙。另外，仅表示了非线性光学晶体具有极化反转结构的晶体，但是，也可以使用不具有极化反转结构的KTiOPO₄(KTP)、β-Ba₂B₂O₃(BBO)、或者LiB₂O₅(LBO)等的非线性光学晶体。此时，也可以相对于非线性光学晶体的波长转换效率最高的晶面，对准激光元件的偏光方向。另外，上述的激光元件不是非线性光学晶体而单独地振荡并射出激光。
还有，在上述的结构中，只要是包含活性层4和光子晶体层6的构成，则材料系统、膜厚、层的构成具有自由度。在激光元件的制造中，各化合物半导体层使用金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)法。在半导体基板1的(001)面上进行晶体生长，但是不限于此。另外，在使用了上述的AlGaAs的激光元件的制造中，AlGaAs的生长温度为500℃～850℃，在实验中采用550～700℃，作为生长时的Al原料使用TMA(三甲基铝)、作为镓原料使用TMG(三甲基镓)以及TEG(三乙基镓)、作为As原料使用AsH₃(三氢化砷)、作为N型杂质用的原料使用Si₂H₆(乙硅烷)、作为P型杂质用的原料使用DEZn(二乙基锌)。在GaAs的生长中，使用TMG和三氢化砷，但是，不使用TMA。InGaAs使用TMG和TMI(三甲基铟)和三氢化砷来制造。根据需要 包覆基板表面的绝缘膜的形成可以使用PCVD(等离子体CVD)法来形成。
即，上述的激光元件，首先，在N型的半导体基板(GaAs)1上，使用MOCVD(金属有机化合物化学气相沉积)法依次外延生长N型的覆盖层(AlGaAs)2、引导层(AlGaAs)3、多量子阱结构(InGaAs/AlGaAs)4、导光层(GaAs/AaGaAs)5、成为光子晶体层的基层(GaAs)6A。接着，通过PCVD(等离子体CVD)法，在基层6A上形成SiN层，并在SiN层上形成抗蚀剂(resist)。
接着，在抗蚀剂上用电子束绘图装置描绘二维微细图案，通过显影而在抗蚀剂上形成二维微细图案。之后，将抗蚀剂作为掩膜，通过干法蚀刻在基层6A上复制具有100～300nm左右的深度的二维微细图案，并形成孔(穴)，除去抗蚀剂和SiN层。接着，由MOCVD依次形成上部覆盖层(AlGaAs)7、接触层(GaAs)8，并由蒸镀法在基板的上下面形成适当的电极材料而形成第1和第2电极。另外，可以根据需要在基板的上下面由PCVD(等离子体CVD)法等形成绝缘膜。
在活性层的下部具备光子晶体层的情况下，在形成活性层和下部导光层之前，可以在下部覆盖层上形成光子晶体层。
另外，在格子间隔a的正方格子的情况下，如果将直角坐标的单位向量作为x、y，则基本并行向量a₁＝ax、a₂＝ay，相对于并行向量a₁、a₂的倒格子基本向量b₁＝(2π/a)y、b₂＝(2π/a)x。光子晶体的能带间隙中的波矢k＝nb₁+mb₂(n、m为任意的整数)的情况下，波数k成为Γ点，得到格子间隔a等于波长λ的共振模式(XY平面内的驻波)。另外，模式A(模式A)在共振模式中频率最低，模式B(模式B)频率次低。
另外，通过傅立叶变换上述的光子晶体层(相位调制层)内的驻波的面内电磁场分布(点光源的面内位相分布)而得到的形状为高斯分布点形状(点(spot))。另外，基层6A的折射率优选为3.0～3.5，不同折射率区域6B的折射率优选为1.0～3.4。另外，存在激光的偏光方向沿着平面视图中的孔形状的长边方向的水平或者垂直方向的倾向。
符号的说明
6A…基层、6B…不同折射率区域、NL…非线性光学晶体。