JP2000323771A

JP2000323771A - 固体レーザ装置

Info

Publication number: JP2000323771A
Application number: JP11131558A
Authority: JP
Inventors: Takeharu Tani; 武晴谷; Hiroaki Hiuga; 浩彰日向; Yoji Okazaki; 洋二岡崎
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1999-05-12
Filing date: 1999-05-12
Publication date: 2000-11-24

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体レーザ励起固体レーザにおいて、環境
湿度変化による固体レーザの出力変動を防止する。【解決手段】半導体レーザ励起固体レーザの共振器の
ミラー面に形成するコート膜をイオンアシスト蒸着法に
より形成する。さらに好ましくは、共振器を構成するす
べての光学素子のコート膜をイオンアシスト蒸着法によ
り形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体レーザ装置に
関し、特に構成される光学部材の表面に、反射低減のた
めの低反射コートおよび共振器を構成するための高反射
コートを備えた固体レーザ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、半導体レーザ励起固体レーザにお
いては、高出力化と高品質化が求められている。これに
対し、ブロードガイドの高出力半導体レーザを励起光源
として用い、ネオジウム（Ｎｄ）がドーピングされたＹ
ＡＧ、ＹＶＯ₄あるいはＹＬＦ等の固体レーザ結晶を励
起し、高出力のレーザ発振を得るものが報告されてい
る。また、固体レーザの共振器内部に非線形結晶や反転
ドメインＬｉＮｄＯ₃等の光波長変換素子を配して、固
体レーザビームを第２高調波等に変換することも広く行
われている。さらに、単一縦モード化を行うために、２
枚のλ／４波長板をレーザ結晶を挟む位置に配置し、発
振光をツイストモード化するものもある。

【０００３】この種の固体レーザ装置においては、通
常、固体レーザ装置を構成する光学素子の表面に、反射
損失低減のための低反射コートや、共振器面を形成する
ための高反射コートが施されている。例えば、上記のλ
／４波長板を用いたレーザ装置の場合は、入射側のλ／
４波長板の半導体レーザ側の面が共振器面であり、固体
レーザから発せられる光に対して、高反射率コート膜を
形成している。

【０００４】ところで、上記のコート膜に用いられるＳ
ｉＯ₂膜やＨｆＯ₂膜の誘電体膜は、これまでＥＢ（Elec
tron Beam：電子ビーム）蒸着法により形成されてき
た。ＥＢ蒸着法とは、蒸着源を電子ビームにより蒸発さ
せ、その蒸着粒子を基板に蒸着させることにより膜を形
成する方法である。しかし、ＥＢ蒸着による膜は、比較
的緻密性が低く、温度変化および経時変化を受けやすい
という問題があった。

【０００５】特に高反射コート膜は、低反射コート膜に
比べ、層数を多くとる必要があり、層数が多くなるに従
って周囲の環境変化を受けやすい。また、上記のλ／４
板は光を偏光させてツイストモードを形成させているた
め、コート膜の特性が湿度変化により変化すると、共振
器の偏光状態も変化してしまい、さらには、固体レーザ
の出力も低下してしまうという問題が発生する。

【０００６】これは、共振器面であるλ／４波長板の半
導体レーザ側端面の高反射コート膜の反射率が、湿度変
化により低下し、その結果、共振器ロスが生じること
と、その湿度変化によりλ／４波長板の偏光状態が変化
し、同じ共振器内で偏光を制御しているブリュースタ板
での反射損失が増加するためと考えられている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記レーザ装置におけ
る湿度変化とは、装置の組立工程における湿度変化が大
半である。レーザ装置を封止する場合、まず室内の雰囲
気でレーザ装置を構成する光学素子の光軸調整を行った
後、乾燥雰囲気で封止することが一般に行われている
が、この封止前後で出力特性が変化してしまう。

【０００８】例えば、従来より、固体レーザからの発振
光の縦モード競合ノイズの発生を制御するために、その
共振器内にエタロンを配して波長選択し、発振モードを
単一縦モード化した半導体レーザ励起固体レーザがある
が、このようなレーザ装置においても、エタロンがＥＢ
蒸着されているため、封止の前後の湿度変化により、出
力が変動するという問題があった。

【０００９】この問題解決のために、本出願人による特
開平10-4232号に記載されているように、そのエタロン
のコート膜を湿度変化の影響を受けにくいＩＡＤ（Ion
Assisted Deposition：イオンアシスト蒸着）法を用い
て形成することがなされ、これにより、湿度変化による
出力変化および波長シフトを低減することができた。

【００１０】上記イオンアシスト蒸着法とは、不活性ガ
スなどのイオン粒子を加速させ、その粒子の流動によっ
て蒸着粒子を基板上に蒸着させる方法である。この方法
で膜を形成すると、必要な密着強度と光学特性を得るこ
とができ、また、ＥＢ蒸着に比べ、緻密な膜を形成する
ことができるので、環境湿度変化の影響を受けにくいと
いう利点がある。

【００１１】しかし、エタロン以外の光学素子、例えば
共振器内に配置された発振モードを決定するような他の
光学素子のコート膜においてもコート特性の変化が生じ
た場合、共振器面の基本波反射率の低下および偏光モー
ドの変化によって共振器ロスが増加し、レーザ出力が低
下するという問題があった。特に、前述のような、単一
縦モード化を行うためにレーザ結晶の前後にλ／４波長
板を配置したレーザ装置においては、そのコート膜の特
性が変動すると、縦モード競合によるノイズが増大する
ため、コート膜特性の制御は非常に重要なものとなって
くる。

【００１２】本発明は上記事情に鑑みて、環境湿度変化
に伴う固体レーザの出力変動のない半導体レーザ励起固
体レーザを提供することを目的とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明による固体レーザ
装置は、励起光源と、励起光源から発せられる光により
励起されるレーザ結晶と、レーザ結晶から発生した光を
共振させ出力する共振器と、共振器の励起光源側端面と
出力側端面に形成されるミラー面と、共振器内に配置さ
れた光学部材とを備えた固体レーザ装置において、共振
器の励起光源側端面のミラー面に形成されるコート膜
が、イオンアシスト蒸着法により形成されていることを
特徴とするものである。

【００１４】また、共振器の出力側端面のミラー面に形
成されるコート膜は、イオンアシスト蒸着法により形成
されていてもよい。

【００１５】さらに、共振器および光学部材のすべての
コート膜は、イオンアシスト蒸着法により形成されてい
てもよい。

【００１６】また、光学部材の１つは、レーザ結晶から
発生した光を受け、該光の波長を変換して第２高調波を
発生させる波長変換素子であってもよい。

【００１７】また、本発明の固体レーザ装置は、２つの
λ／４波長板が、レーザ結晶の光入射側と光出射側に、
それぞれのＣ軸が直交するように配置されており、光入
射側に配置されたλ／４波長板の励起光源側に形成され
るコート膜が、共振器の励起光源側端面のミラー面とな
るものであってもよい。

【００１８】また、コート膜は、ＳｉＯ₂層およびＨｆ
Ｏ₂層の多層膜からなることが望ましい。

【００１９】

【発明の効果】従来、固体レーザ装置を構成する共振器
のうち、特に共振器の両端面の共振器面はＥＢ蒸着法に
より形成されていたが、膜質が緻密でないため、環境変
化の影響を受けやすく、出力特性に変動が生じ易かっ
た。特に、共振器面は高反射率コート膜形成のため、Ｓ
ｉＯ₂とＨｆＯ₂の多層構造を採るので、環境湿度変化を
受けやすく、固体レーザの出力が変動し易いという問題
があった。

【００２０】本発明による固体レーザ装置は、共振器の
両端面に形成するコート膜をＩＡＤ法により形成するこ
ととしたので、膜質が緻密なコート膜を形成することが
できる。これにより、コート膜は環境湿度変化による影
響を受けにくくなり、固体レーザの出力変動を防止する
ことができる。

【００２１】特に、ツイストモードを形成するλ／４波
長板をレーザ結晶の前後に配置し、共振器面として使用
する場合においても、コート膜をＩＡＤ法により形成す
ることにより、出力変動のないレーザ装置を得ることが
できる。

【００２２】さらには、共振器を構成するすべての光学
部材のコート膜をＩＡＤ法で形成することにより、湿度
変化の影響を受けにくく、出力変動のないレーザ装置を
得ることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
を用いて詳細に説明する。

【００２４】図１は本発明の第１の実施の形態による半
導体レーザ励起固体レーザを示す概略構成図である。

【００２５】図１に示すように、この半導体レーザー励
起固体レーザは、励起光としてのレーザービーム10を発
する半導体レーザー11と、発散光である上記レーザビー
ム10を集束させる集光レンズ12と、ネオジウム（Ｎ
ｄ³⁺）がドーピングされた固体レーザー媒質であるＹＬ
Ｆ結晶（以下、Ｎｄ³⁺：ＹＬＦ結晶と称する）15と、こ
のＮｄ³⁺：ＹＬＦ結晶15の前方側つまり半導体レーザー
11と反対側に配された凹面ミラー14と、周期ドメイン反
転構造を有する非線形光学材料であってＮｄ³⁺：ＹＬＦ
結晶15と凹面ミラー14との間に配されたＭｇＯがドープ
されたＬｉＮｂＯ₃結晶17と、このＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ₃
結晶17と凹面ミラー14との間に配された偏光制御用のブ
リュースター板18およびエタロン19とを備えている。

【００２６】また、Ｎｄ³⁺：ＹＬＦ結晶15を間に挟む位
置に配置された、発振モードをツイスト・モード化する
ための、例えば水晶板からなる第１λ／４波長板13と第
２λ／４波長板16が設けられている。なお、この固体レ
ーザ装置の共振器は、前記第１λ／４波長板13の半導体
レーザ側に形成されたミラー面13ａと凹面ミラー14の凹
面14ａとにより構成される。

【００２７】以上述べた各要素は共通の筐体（図示せ
ず）にマウントされて一体化されており、温度調節手段
により、それぞれ所定の温度に調節されている。

【００２８】半導体レーザ11としては、波長７９８ｎｍ
のレーザビーム10を発するものが用いられており、Ｎｄ
³⁺：ＹＬＦ結晶15は入射した上記レーザビーム10によっ
てネオジウムイオンが励起されて、波長１３１３ｎｍの
光を発する。第１λ／４波長板13のミラー面13ａには、
波長１３１３ｎｍの光は良好に反射させる反射率９９．
５％以上のコート膜が形成されている。一方、波長７９
８ｎｍの励起用レーザビーム10は良好に透過させる反射
率０．５％以下のコート膜が形成されている。また、凹
面ミラー14の凹面14ａには波長１３１３ｎｍの光は良好
に反射させ（反射率９９．５％以上）、下記の波長６５
７ｎｍの光は透過させる（反射率０．５％以下）コート
膜が形成されている。

【００２９】従って、上記波長１３１３ｎｍの光は、こ
れに対する高反射面となっているλ／４波長板端面13ａ
と凹面14ａとの間に閉じ込められてレーザ発振を引き起
こし、波長１３１３ｎｍのレーザビーム21が発生する。
このレーザビームはＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ₃結晶17によ
り、波長が１／２すなわち６５７ｎｍの赤色の第２高調
波20に変化され、凹面ミラー14から主にこの第２高調波
20が出射する。

【００３０】前記２枚の第１λ／４波長板13および第２
λ／４波長板16は、互いにＣ軸が９０°回転した向きに
配されており、これにより、λ／４波長板の間でレーザ
ビームはツイストモード化する。それに加えて発振波長
を選択するエタロン19が設けられているため、レーザビ
ームは単一縦モード化される。

【００３１】ここで、共振器面である上記第１λ／４波
長板13の共振器面13ａと凹面ミラー14の凹面14ａは、イ
オンアシスト蒸着（ＩＡＤ）法により、高屈折率のＨｆ
Ｏ₂および低屈折率のＳｉＯ₂の各層が積層されてなるコ
ート膜が形成されている。

【００３２】ここで、図２に、共振器を構成するその他
の光学素子のコート膜の特性を示す。この表は、それぞ
れの光学素子の、半導体レーザ11が発する７９８ｎｍの
光、Ｎｄ³⁺：ＹＬＦ結晶13が発する１３１３ｎｍの光、
ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ₃結晶17が発する６５７ｎｍの光に
対する反射率を高反射（９９．５％以上）、低反射
（０．５％以下）、部分反射（５３％）で示したもので
ある。例えば、第１λ／４波長板の半導体レーザ側は１
３１３ｎｍの光に対しては、高反射膜であり、７９８ｎ
ｍの光に対しては低反射であることを示す。

【００３３】この固体レーザ装置を気密封止する場合、
まず、室温２５度、湿度５０％の空気雰囲気中で各光学
素子を、出力が最大となるように光軸調整を行う。この
後、気密封止を行うが、固体レーザ装置が低温環境に置
かれた時、装置内部に結露が生じ光学素子表面に汚れが
付着するのを防止するため、湿度１％以下の乾燥雰囲気
中で金属キャップの溶接を行い、これらの光学素子を気
密封止する。

【００３４】これまでのＥＢ蒸着法によるコート膜が形
成された光学素子を用いたレーザ装置では、気密封止の
前後で湿度変化の影響を受け、出力が低下、大きいもの
で半減するものがあったが、本発明により、光学素子の
コート膜をＩＡＤ法により形成しているため、気密封止
の前後で湿度変化が生じても、その影響をほとんど受け
なくなり、出力変動を５％以下に抑えることができる。

【００３５】なお、本実施の形態では、共振器の共振器
面のみをＩＡＤ蒸着により形成したが、固体レーザ装置
における全てのコート膜をＩＡＤ蒸着により形成しても
よく、その場合、封止時の固体レーザの出力変動、また
経時に伴う出力変動を防止することができ、信頼性をも
向上させることができる。

【００３６】また、本実施の形態では、第２高調波を発
生する半導体レーザ励起固体レーザについて説明した
が、これに限らず、本発明は他の固体レーザ装置につい
ても同様に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による半導体レーザ
励起固体レーザを示す図

【図２】本発明の第１の実施の形態による半導体レーザ
励起固体レーザの各光学素子のコート膜の反射特性を示
す表

【符号の説明】

11 半導体レーザ 13 第１λ／４波長板 14 凹面ミラー 15 Ｎｄ³⁺：ＹＬＦ結晶 16 第２λ／４波長板 17 ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ₃結晶

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｓ 3/139 Ｈ０１Ｓ 3/094 Ｓ (72)発明者岡崎洋二神奈川県足柄上郡開成町宮台798番地富士写真フイルム株式会社内Ｆターム(参考） 2H042 DA08 DB02 DC02 DD05 DE07 2K002 AB12 CA03 EA30 HA20 2K009 AA03 CC03 CC42 DD07 EE04 5F072 AB13 AB20 FF09 JJ05 JJ09 KK08 KK12 KK26 KK30 PP07 QQ02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】励起光源と、該励起光源から発せられる
光により励起されるレーザ結晶と、該レーザ結晶から発
生した光を共振させ出力する共振器と、該共振器の前記
励起光源側端面と出力側端面に形成されるミラー面と、
前記共振器内に配置された光学部材とを備えた固体レー
ザ装置において、前記共振器の前記励起光源側端面のミラー面に形成され
るコート膜が、イオンアシスト蒸着法により形成されて
いることを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項２】前記共振器の出力側端面のミラー面に形
成されるコート膜が、イオンアシスト蒸着法により形成
されていることを特徴とする請求項１記載の固体レーザ
装置。
【請求項３】前記共振器および前記光学部材のすべて
のコート膜がイオンアシスト蒸着法により形成されてい
ることを特徴とする請求項１または２記載の固体レーザ
装置。
【請求項４】前記光学部材の１つが、前記レーザ結晶
から発生した光を受け、該光の波長を変換して第２高調
波を発生させる波長変換素子であることを特徴とする請
求項１、２または３記載の固体レーザ装置。
【請求項５】２つのλ／４波長板が、前記レーザ結晶
の光入射側と光出射側に、それぞれのＣ軸が直交するよ
うに配置されており、該光入射側に配置されたλ／４波長板の前記励起光源側
に形成されるコート膜が、前記共振器の励起光源側端面
のミラー面であることを特徴とする請求項１、２、３ま
たは４記載の固体レーザ装置。
【請求項６】前記コート膜が、ＳｉＯ₂層およびＨｆ
Ｏ₂層の多層膜からなることを特徴とする請求項１、
２、３、４または５記載の固体レーザ装置。