JP2000114634A

JP2000114634A - 低ノイズ化全固体第二高調波レーザ発生装置

Info

Publication number: JP2000114634A
Application number: JP10280619A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Makio; 諭牧尾; Hidenobu Ishida; 英伸石田; Masahiro Mita; 正裕三田
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1998-10-02
Filing date: 1998-10-02
Publication date: 2000-04-21

Abstract

(57)【要約】【課題】内部共振型の第二高調波発生装置の出力ノイ
ズを低減する。【解決手段】マルチモード発振している第二高調波発
生装置において、光強度の変動分が実質的にゼロとなる
位置を特定し、その位置に固体レーザ結晶を配置するこ
とによって低ノイズ化を図った。共振器の長さをLc、前
記第一のレーザミラーから前記固体レーザ結晶までの位
置をzとすると、z=Lc・n/(m・q)（n≠j・m）の関係を満
足することである。ただし、n,mおよびjは正の整数、m
は共振器内にて発生する縦モード数、qはその縦モード
の間隔である。さらに、励起光源の集光位置も一致させ
ると、一層のノイズ低減効果が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光エレクトロニクス
分野における固体レーザ光源とそのレーザ応用装置に係
わるものであり、特に第二高調波発生装置における出力
光のノイズ低減に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高度情報化時代の進展に伴い、光ディス
ク装置やレーザプリンタ装置などの光記録分野において
記録密度の向上あるいは高速印刷の要求を満足するた
め、レーザ光源の短波長化への要求が高まっている。し
かし、実用品レベルでの要求の多い波長域の青色（波長
400〜480nm）では、このような条件を満足するレーザ光
源は少なく、He-Cd（ヘリウムーカドミウム）レーザ装
置あるいはAr（アルゴン）レーザ装置等のガスレーザ装
置が実用化されているにすぎない。光ディスク装置等の
光源にこの短波長レーザを使用すると記録密度を大幅に
向上できるが、ガスレーザ装置は光ディスクに搭載する
には余りにも大きく、また消費電力も高く不向きであっ
た。しかし、ガスレーザ装置は一部のレーザプリンタ装
置の光源として実際に搭載されているが、前述の理由か
ら小型・低消費電力化の大きな障害となり実用面では一
歩遅れているため、その対策が急務であった。

【０００３】このような従来技術に対して非線形光学結
晶を用いた光第二高調波発生（Second Harmonic Gene
ration：ＳＨＧ）の手法による短波長化技術が提案さ
れ、実用開発が急ピッチで進められている。このＳＨＧ
光源の実用化は励起光源である半導体レーザの高出力化
と性能改善とが共に進展してきた深い関係にある。その
背景は励起光源に従来のガスレーザ装置のような放電管
を必要としない言わば全固体化が可能であるだけでな
く、小型化に都合が良くまた低消費電力化を実現できる
点である。さらに、固体化されることによりＳＨＧ光源
としての出力が安定化し、加えて長寿命化を図ることが
容易になる点である。

【０００４】ガスレーザ装置と同等の出力波長範囲のＳ
ＨＧ光源として、図９に示す内部共振器型ＳＨＧ方式が
挙げられる。第一のレーザミラー３および第二のレーザ
ミラー７で囲まれる部分が共振器を構成し、固体レーザ
結晶４および非線形結晶（ＳＨＧ結晶）６を所要位置に
配置して以下に述べる動作を行わせるものである。ま
ず、図の左側に配置された半導体レーザ（図示せず）か
らの励起光３１が固体レーザ結晶４を励起すると、励起
された固体レーザ結晶４は基本波ビーム３２を出射す
る。次に、この基本波ビーム３２をＳＨＧ結晶６に導く
と、ＳＨＧ結晶６の光学非線形性と位相整合条件を満足
する波長に対し、その半分の波長である第二高調波３３
を発生することになる。以上の説明からわかるように、
内部共振型では励起された基本波分エネルギーを共振器
内に閉じ込め、ＳＨＧ結晶が発生する第二高調波を共振
器外部に効率良く取り出せるように構成したものであ
る。このような機能は第一および第二のレーザミラー
３，７を基本波に対して高反射特性に、さらに第二高調
波および励起光に対しては高い透過特性を持たせること
によって得られる。内部共振器型は外部からの反射戻り
光等の外乱による影響がなく、光アイソレータを設なく
ても安定した出力動作が可能である。

【０００５】さて、固体レーザ結晶としてＬｉＳＡＦ
（Cr:LiSrAlF_６；クロム添加のフッ化リチュウムストロ
ンチュウムアルミニュウム）結晶を用いたレーザ装置は
米国特許第４８１１３４９号に開示されている。このＬ
ｉＳＡＦ結晶は従来の固体レーザ結晶と比べると基本波
ビームの波長域が格段と広く各種の応用の可能性がある
ため、各方面から注目を浴びている。ＬｉＳＡＦ結晶を
半導体レーザで励起すると、750〜1000nmの波長領域の
基本波ビームが得られるため、共振器に波長選択性を付
与すれば、青色域である375〜500nmの光出力を選択的に
得ることができ、任意の波長が選択できる光源を容易に
実現できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は半導体レー
ザを励起光源とする内部共振型の第二高調波発生装置に
ついて長年研究開発に携わってきた。特に、固体レーザ
結晶としてＬｉＳＡＦ結晶を励起した場合、出射される
レーザ光を第一の発振波（基本波）とし、SHG結晶によ
り得られる第二の発振波である青色領域のＳＨＧ出力の
高効率化と低ノイズ化である。図９に示す従来のレーザ
装置では、前述した第二高調波出力３３に３ＭＨｚ以下
のノイズが含まれるため、ノイズの影響を無視すること
ができなかった。特に、400〜480nmの短波長を出力とす
る光源を用いた応用装置ではノイズによって安定な信号
処理が困難となり、その早急なる対策が望まれていた。
以下、従来技術の課題について述べることにする。

【０００７】図１０に示すレーザ装置の構成は前述した
図９の場合と基本的には同一であるが、固体レーザ結晶
４としてＬｉＳＡＦ結晶を用い、さらに波長選択素子５
を固体レーザ結晶４とＳＨＧ結晶６の間に配置して可変
波長構成にした第二高調波発生装置である。また、SHG
結晶６はその出射側の端面に第二のレーザミラー膜８が
形成され、ＳＨＧ変換とミラー機能を同時に持たせてい
る。半導体レーザ１１による励起光３１は集光光学系１
２および第一のレーザミラー３を通過した後、固体レー
ザ結晶４内に集光されて固体レーザ結晶４を励起する。
第一のレーザミラー３および第二のレーザミラー膜８は
誘電体多層膜からなり、励起された基本波ビーム３２に
対して９９％以上が反射する特性であるため、基本波ビ
ームは共振器内に閉じ込められる。

【０００８】さらに、波長選択素子５はＳＨＧ結晶４の
入射波長を任意に選択できる一種の受動素子としてのフ
ィルタ作用を持つ。具体的には水晶等の複屈折特性を有
する素材から製作するもの、あるいはエタロン等の反射
／透過現象によるものが適用できる。複屈折フィルタは
通過周波数帯域幅がエタロンに比べ広く選択性分解能で
は劣るが、面内が一様な波長選択特性を持ち広い波長域
であると共に内部損失が低いために高出力化には好適で
ある。原理的には広い入射面を利用できることから調整
の煩わしさをなくせる。前述したようにＬｉＳＡＦ結晶
を励起すると、750〜1000nmの範囲の波長スペクトラム
を含む基本波ビーム３２が得られるため、この波長選択
素子５によって所望の波長を選択すれば、ＳＨＧ出力と
して375〜500nmの範囲の青色光レーザが得られることに
なる。特開平３−２４７８１号公報に固体レーザ結晶と
してNd-YAGによる発明が開示されているが、出力される
ＳＨＧ光は532nmの単一波長であり、ＬｉＳＡＦ結晶と
比べると選べるＳＨＧ光出力の波長を多くすることがで
きる。

【０００９】しかしながら、以上述べた従来技術では出
力として得られるＳＨＧ光の高周波ノイズが大きいこと
である。このノイズは装置の性能あるいは安定性に大き
な影響を持つため、その低減あるいは抑制には多大な関
心が払われてきた。しかし、ノイズみ抑制の効果的な方
法が未だ見い出されておらず、このためノイズ発生の要
因分析とその対策の必要性が指摘されていた。ノイズ低
減は内部共振器型ＳＨＧレーザの特有課題であると言え
る。現在までのところノイズ発生の主な原因は、共振器
内で発振する基本波ビームによる縦モードマルチ発振現
象であるとされている。その発生メカニズムは次のよう
に説明されている。共振器内部では発振強度分布として
複数の基本波縦モードが同時に生じ、それらのモード間
ではその強度が相互に影響しながら変動する（かなり速
い時間的な変動（Mhzオーダ）を含む。）ため、各基本
波モード強度が競合状態を誘発し、その結果ＳＨＧ出力
に3MＨz以下のノイズを引き起こすものと考えられてい
る。(T.Baer,”Large-amplitude fluctuations due
to longitudal mode copling in diode-pumpedint
racavity-doubled Nd:YAG lasers” J.Opt.Soc.Am.B
3,1175 1986)しかし、前述の文献には解決手段につい
ての示唆もなく原因の推定にとどめられていた。

【００１０】第二高調波レーザ装置のノイズ発生メカニ
ズムの解明と対策を行う過程で、本発明者は今まで考え
られた方法から全く異なる発想のもとに従来技術の課題
の解決を図った。本発明は従来と構成が同一であるが、
共振器内における固体レーザ結晶の位置を光強度の関係
で規定し、さらに外部励起光の集光点の位置を考慮した
ところに特長がある。本発明は光学の基本原理から出発
しているため、複数の光学部品との組合せた場合にも適
用でき、ＳＨＧ光発生に限定されず広く内部共振型に適
応できる基本技術である。以下、本発明の解決手段と実
施例について詳しく説明する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記した従来技術の問題
点を解決するためには、モード競合の主原因である共振
器内の固体レーザの空間ホールバーニング（複数の発振
モードが存在する場合、レーザ利得が独立に飽和してし
まい、結果的に固体レーザの特性曲線に穴をあけるがご
とく利得が減少する現象。）をなくすことによって得ら
れることは周知の解決法である。これは基本波発振縦モ
ードをシングルモードとするものであり、多モード発生
による空間ホールバーニングによる利得のモード間の競
合状態をなくす方法である。しかし、本発明はこの低ノ
イズ化方法とは全く別の発想から出発したもので、必ず
しもシングルモードとしなくてもＳＨＧ出力光のノイズ
を低減できる方法を見出した。具体的には複数の縦モー
ド状態で発振している場合（マルチモード発振）におい
て、それぞれの縦モードの強度がお互いに相殺し弱めあ
う位置を特定したことにある。この位置では基本波エネ
ルギの変動がゼロかもしくは非常に少なくできるため、
固体レーザ結晶をこの位置に配置することによって固体
レーザ結晶の励起エネルギーを安定化でき、結果的に出
力の安定が得られるものである。また、シミレーション
だけでなくノイズの原因である空間ホールバーニングに
よる多モード間のモード競合が起こらないことを実験的
に確認した。このようなエネルギ的に平衡状態がノイズ
抑制に貢献することを見つけ、本発明を想到したもので
ある。好ましくはこの位置を固体レーザ結晶の光路長の
約半分、即ち中央付近に選ぶことによって一層大きな本
発明の効果が得られるものである。

【００１２】次に、本発明の原理について詳しく説明す
ることにする。図１０に示すように第一のレーザミラー
３と固体レーザ結晶４の間隔をＬ1、固体レーザ結晶４
と波長選択素子の間隔をＬ2、波長選択素子５とＳＨＧ
結晶６の間隔をＬ3とすると、共振器の全長Ｌc（第一の
レーザミラー３と第二のレーザミラー膜８との間隔）は
下式であらわされる。Ｌc＝Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋ｎ_Laser×Ｌ_Laser+ｎ_BF×Ｌ_BF＋ｎ_SHG×Ｌ_SHG （１）ここで、ｎ_LaserおよびＬ_Laserは固体レーザ結晶の屈折
率とその長さを、ｎ_BFおよびＬ_BFはＳＨＧ結晶の屈折率
と長さ、またｎ_SHGおよびＬ_SHGはＳＨＧ結晶の屈折率と
その長さである。ここで、このレーザ共振器の縦モード
間隔ＦＳＲは下式となる。ＦＳＲ＝λ^２／（２・Ｌc）（２）ただし、λは共振波長である。波長と共振器長を規定す
ると、共振器内の光強度は与えられたモードに対してsi
n関数で表せる周期的な強度分布を示す。したがって、
同時に複数のモード（マルチモード）が存在する場合
は、そのぞれの成分を重ね合わせることによってその強
度分布を計算することが可能である。第一のレーザミラ
ー３からzにおける光強度Ｉ(z)は下式（３）´のよう
に表され、さらにλi＝2Lc／Ki、δ＝2πKo・z／Lc、ε
＝2πq・z／Lc等の関係を使い式の展開し整理すると式
（３）となる。Ｉ(z)＝Σ_i=1…mＩi(z)＝Σ_i=1…msin²(2・π・z/λi）/m （３）´ ＝1/2-cos((2δ-mε+ε)/2)・sin(mε/2)／(2m・sin(ε/2)) （３）ここで、Kiは波長λiにおける共振器内の波数、Koはi=1
の場合の波数、qはモード間隔である。qは各光学部品の
エタロン効果を用いることで任意の値に選択できる。例
えば、波長λ＝860nm、共振器長Ｌc＝24mm、モード数m
＝２、モード間隔q＝１の場合の光強度の計算結果を図
１に示す。なお、図１の横軸ｚは共振器内の第一のレー
ザミラー３からの位置を示すもので、共振器長Lcを１０
０％と規格化し、０、２５、５０、７５および１００％
の位置における分布を例示した。図１に示すようにz＝
５０％の位置、即ち共振器の中央では光強度の変動が相
殺されて変動分がなくなり、一定となることがわかる。
このシミレーション結果から共振器内の特定の位置にお
いてモード間の強度が平衡状態となり空間ホールバーニ
ングによるモード競合が起こらないことが考えられる。
式（３）を考察すると、光強度の変動分ゼロの位置はモ
ード数、モード間隔等の組合せで各種の値をとり、また
cos項は波長に比較して短い周期を、またsin項は共振器
内の長い周期を表すことになり、共振器内の出力の変動
分をゼロにするためにはsin項をゼロにすればよく、こ
の関係を式（４）で表すことができる。 z=Lc・n/(m・q) （n≠j・m）（４）上式において、n,m,qおよびjはそれぞれ正の整数であ
り、mは共振器内にて発生する縦モード数、qは縦モード
の間隔でＦＳＲである。モード間隔q＝１〜３に対する
モード数m＝２〜６をパラメータとした場合、共振器内
の位置zに対する発振モード変動振幅の計算結果を図２
に示す。図２よりモード数とモード間隔に依存して、変
動振幅がゼロとなる場所がそれぞれの条件に対して複数
存在していることがわかる。

【００１３】式（４）の関係を縦モード数mと位置zで示
すと図３が得られる。例えば、m＝４、q＝３ならばz＝
１／１２、１／６、１／４、５／１２、１／２、７／１
２、３／４、５／６、１１／１２と離散的に９ケ所の位
置が振幅ゼロとなる。即ち、上記したｚの位置では空間
ホールバーニングが起こらないため、その位置に固体レ
ーザ結晶を配置することによってモード競合が生じな
い、即ち低ノイズ状態とすることができる。さらに、励
起光の集光点位置w（第一のレーザミラー３からの光路
距離）を上に述べた位置に一致させると励起エネルギの
集中が得られ、本発明の一層大きい効果を引き出すこと
ができる。

【００１４】また、式（４）を満足する位置は点にすぎ
ず調整誤差などを考慮すると現実的でないため、設置位
置の許容幅△zについて検討することにした。式（３）
において光強度を決めるsin項に対する振幅を１００％
とした場合、振幅の１０％になるモード数mに対する△z
を計算した。図４に縦モード間隔q＝１〜３の計算結果
をまとめて示す。モード数が増加する場合には図３のよ
うに複数存在するため１種、２種および３種に分けて表
示した。図より設置位置の許容幅△zは、モード間隔q＝
１の場合には約５％程度、q＝２では約３％、q＝３では
約２％の結果が得られ、この許容幅の範囲内に固体レー
ザ結晶を配することにすれば、モード間の空間ホールバ
ーニングによるモード競合を実用上抑制でき、実質的な
低ノイズ状態が得られる。一方、図５は縦モード数mに
対する光強度変動分ゼロ位置の間隔Δｓをプロットした
もので、mの増加に伴い△ｓは急激に減少することがわ
かる。固体レーザ結晶の長さを考慮すると共振器全体の
５％程度が実施可能範囲と考えられるため、モード数と
モード間隔は図５の関係よりq＝１ではmが２０以下、q
＝２ではm＝１０以下、さらにq＝３ではm＝６以下が望
ましい。米国特許第５４４６７４９号には、マルチモー
ド発振でもモード競合を低減できることが示されてい
る。これはモード数を１００以上にした長い共振器構造
を採用した結果、それぞれのモード間競合が緩和できる
というものである。しかし、本発明においてはモード数
は２０以下で達成可能であるため、共振器長を大幅に短
くできレーザ装置の小形化に効果がある。

【００１５】前述した原理からわかるように本発明は、
第１の発振波を発生させる固体レーザ結晶と前記第１の
発振波を基本波として第二高調波に波長変換するために
非線形光学結晶を配置した内部共振器型レーザ装置に関
するものであり、その特長とするところは共振器内の固
体レーザ結晶の位置zが、式（４）の関係を満たすこと
である。さらに、共振器内で発生する縦モード数mが２
以上２０以下であるか、もしくは励起光の集光位置wを
少なくとも式（４）を満たすzの付近に選ぶものであ
る。また、固体レーザ結晶長を共振器長の５％以下とす
れば、低ノイズの特性でかつ小形な全固体第二高調波レ
ーザ発生装置を提供するものである。従来技術では以上
述べた観点から設計製造されていなかった。特に、共振
器内部に配置される光学部品が増えると、低ノイズ化対
策についての効果的な方法あるいは指針がなく、本発明
によって明らかにされたものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】（実施例１）本発明の実施例を以
下詳細に説明する。実験に際して図１０の構成と等価な
レーザ装置を使用した。励起光源としての半導体レーザ
はＳＤＬ社製AlGaInP系半導体レーザを用い、出力５０
０ｍＷ、波長６７０ｎｍである。また、集光光学系１２
は２枚のシリンドリカルレンズと単レンズ（ｆ＝３０ｍ
ｍ）を配した。また、共振器は曲率ミラーとＳＨＧ結晶
の出射面に多層誘電体膜からなるミラーで構成し、固体
レーザ結晶、波長選択素子およびＳＨＧ結晶を所要位置
に設けた。

【００１７】第一のレーザミラー３は半導体レーザから
の励起光波長に対しては８５％以上を透過させ、基本波
波長に対しては反射率９９％以上の反射（High-Reflect
ion：ＨＲ）コーティングを施してある。このとき共振
器構造は凹平式共振器であり、第一のレーザミラー３の
曲率半径は２５ｍｍ、共振器長は２０ｍｍである。固体
レーザ結晶４にはＣｒ添加量３ｍｏｌ％のＬｉＳＡＦ結
晶(３×３×１ｍｍ)を用い、結晶端面には励起光波長と
基本波波長に対して反射率５％以下の無反射（Anti-Ref
lection：ＡＲ）コーティングを形成した。ＳＨＧ結晶
６は３×３×５ｍｍのＬＢＯ結晶（LiB_３O_５）である。

【００１８】また、ＳＨＧ結晶の出射側、即ち後方端面
には基本波波長に対して反射率９９％以上のＨＲコーテ
ィングを、さらにＳＨＧ出力光に対しては反射率１％以
下のＡＲコーティングを設けて第二のレーザミラー膜８
とした。さらに、ＬＢＯ結晶の入射側端面には基本波波
長に対して反射率０．２％以下のＡＲコーティングを形
成した。波長選択素子５には厚さ１ｍｍの水晶板からな
る複屈折フィルタを使用し、光軸に対してブリュースタ
ー角に保ちながら、複屈折フィルタの法線軸の回りを回
転させることによって位相整合条件を変えて波長を任意
に選択する。ＳＨＧ結晶６として使用したＬＢＯ結晶の
変換効率を最大となるように基本波の波長を調整する
と、ＳＨＧ出力として２０ｍＷが得られた。

【００１９】以上調整したレーザ装置のＳＨＧ出力のノ
イズ特性を測定した。固体レーザ結晶を共振器長の約２
５％に配置し、波長選択素子によりＳＨＧ出力が２０ｍ
Ｗと最大となるように波長選択素子を調整した場合の基
本波発振スペクトラムを図６に示す。測定に際してはマ
イケルソン干渉計型の高分解能光スペクトラムアナライ
ザ（アドバンテスト：Ｑ８３４７）を使用した。図示す
るように基本波スペクトラムは約０．０４ｎｍの間隔で
４本の縦モードで発振している。このときのＳＨＧ出力
光３３を高速のＳｉフォトダイオードで受光し、受光信
号をＲＦスペクトラムアナライザにて分析したものであ
る。また、この時の高周波ノイズ特性を図７に示す。図
中の（イ）は光を受光しない場合のいわゆるバックグラ
ンドノイズであり、一方（ロ）はＳＨＧ光を受光した場
合である。さらに、図８は固体レーザ結晶の所定位置を
約２５％移動させた場合のノイズ特性である。図７から
わかるようにノイズ特性は（イ）と（ロ）との差がであ
り、２ＭＨｚ以下に集中していることがわかる。また、
図８はz＝２５％の場合となり、図７と比較すると３Ｍ
Ｈｚ以下のノイズが大幅に増加している。即ち、図７の
条件に固体レーザ結晶の位置を設定することによって空
間ホールバーニングによるモード競合が起こらないこと
になり、さらにその設定位置を所定の誤差範囲内に規定
するすれば、SHGレーザ特有の高周波ノイズを低減でき
ることがこの実験結果からわかる。

【００２０】共振器長による縦モード間隔FSRは約０．
０２ｎｍである。図７の発振スペクトラムではモード間
隔が約０．０４ｎｍであり、q＝２の時のモード数m＝４
の場合に対応する。また図３を参照すると、この場合の
低ノイズとなる共振器内での位置は１／８、１／４、３
／８、１／２、５／８、３／４および７／８であり、図
７は１／４の場合の２５％に一致する。この測定結果か
ら共振器内の固体レーザ結晶の位置を所要値に規定する
ことで、容易に低ノイズとすることが可能となる。

【００２１】固体レーザ結晶にＬｉＳＡＦ（Cr:LiSrAlF
_６；クロム添加のフッ化リチュウムストロンチュウムア
ルミニュウム）結晶を用いた場合には、第１の発振波を
波長８００〜９００ｎｍの領域で発生することができ、
青色領域（波長４００〜４５０ｎｍ）の第２の発振波を
発生できる。また、前記の固体レーザ結晶にＬｉＳＧＡ
Ｆ（Cr:LiSrGaF_６；クロム添加のフッ化リチュウムスト
ロンチュウムガリウム）結晶を用いた場合には、第１の
発振波を８００〜１０００ｎｍの領域で発生することが
でき、波長４００〜５００ｎｍの第２の発振波が得られ
る。

【００２２】非線形結晶としてＬＢＯ結晶以外にＢＢＯ
（β−BaB_２O_４）、ＣＬＢＯ（CsLiB_６O_１０）、ＣＢＯ
（CsB_３O_５）またはＫＮ（KNbO_３）を用いても同様に低
ノイズ化を実現できる。また、グリーン領域のＳＨＧを
得るためにはNd、Yb等の希土類を添加した固体レーザ結
晶と上述の非線形結晶に加えてＫＴＰ（KTiOPO_４）を用
いても本発明の実施は何ら問題を生じないことは容易に
理解されるところである。

【００２３】

【発明の効果】以上詳述したように、一対のレーザミラ
ー間に少なくとも固体レーザ結晶および非線形光学結晶
を配置する内部共振器型の第二高調波発生装置の出力に
含まれる３Mhz以下のノイズを、本発明の実施によって
大幅に低減することができる。本発明による方法は、従
来考えられていた共振器内におけるシングルモード化手
法とは全く異なるものであるが、マルチモードで発振し
ている光強度分布の変化分が実質的にゼロの位置を固体
レーザ結晶のほぼ中央付近に調整することで実現でき、
従来の装置に特別な要素を加える必要がないため、簡単
に実施可能でありその効果も顕著である。また、実用的
な設計選択範囲を明らかになり、レーザ装置の小型化に
寄与できるものである。レーザ装置が全固体化されて、
その出力が低ノイズの青色レーザ光であるため、印刷印
字装置、検出装置あるいは光記録装置等の光源として適
用可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による共振器内の光強度と位置の関係で
ある。

【図２】本発明による共振器内の光の振幅と位置の関係
である。

【図３】本発明による低ノイズ条件の縦モード数と共振
器内の位置との関係である。

【図４】本発明による縦モード数と共振器内の位置の許
容幅の関係である。

【図５】本発明による縦モード数と間隔の関係である。

【図６】発振波長特性である。

【図７】本発明によるＳＨＧ出力の高周波ノイズ特性で
ある。

【図８】従来のＳＨＧ出力の高周波ノイズ特性である。

【図９】従来のレーザ装置の概略構成図である。

【図１０】従来の内部共振器型ＳＨＧレーザ装置であ
る。

【符号の説明】

３第一のレーザミラー、４固体レーザ結晶、５波
長選択素子、６非線形結晶（ＳＨＧ結晶）、７第二
のレーザミラー、８第二のレーザミラー膜、１１半
導体レーザ、１２集光光学系、３１励起ビーム、３
２基本波ビーム、３３ＳＨＧ出力

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2K002 AA05 AA06 AB27 BA01 CA02 DA01 EA11 EA30 GA10 HA20 5F072 AB20 JJ13 KK01 KK04 KK06 KK08 KK12 KK30 PP07 QQ02 RR03 YY20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第一および第二のレーザミラーの間に少
なくとも固体レーザ結晶と非線形光学結晶を配して共振
器を構成し、該共振器外部から導入される励起光によっ
て励起された前記固体レーザ結晶が出射する発振レーザ
光を基本波として、所要の位相整合条件を満たす波長に
対して前記非線形光学結晶より２倍周波のレーザ光を出
力する第二高調波発生装置において、前記共振器内の基
本波の縦マルチモードによる光強度の変化分が実質的に
ゼロとなる位置を、少なくとも前記固体レーザ結晶の中
央付近に設定することを特徴とする低ノイズ化全固体第
二高調波レーザ発生装置。
【請求項２】請求項１において、前記共振器の長さを
Lc、前記第一のレーザミラーから前記固体レーザ結晶の
位置をzとすると、Lcとzには次式の関係があることを特
徴とする低ノイズ化全固体第二高調波レーザ発生装置。 z=Lc・n/(m・q)（n≠j・m）ただし、n,mおよびjは正の整数、mは共振器内にて発生
する縦モード数、qはその縦モードの間隔である。
【請求項３】請求項１または２のいずれかにおいて、
前記共振器内にて発生する縦モード数mは２以上２０以
下であることを特徴とする低ノイズ化全固体第二高調波
レーザ発生装置。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかにおいて、前記
共振器外部から導入される励起光の集光位置が前記共振
器内の光強度変化が実質的にゼロになる位置に一致する
ことを特徴とする低ノイズ化全固体第二高調波レーザ発
生装置。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかにおいて、前記
固体レーザ結晶長は前記共振器長の５％以内であること
を特徴とする低ノイズ化全固体第二高調波レーザ発生装
置。