JP2001100263A - 波長変換レーザー装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 波長変換波の出力を一定化する制御を行なう
波長変換レーザー装置において、波長変換波以外の光が
光検出器に検出されて、出力一定化制御が不正になされ
ることを防止する。 【解決手段】 固体レーザー結晶14と、この固体レーザ
ー結晶14を励起する励起光10を発する半導体レーザー11
と、基本波として入射した固体レーザービーム20を波長
変換する光波長変換素子16と、この光波長変換素子16か
ら出射した波長変換波21の少なくとも一部を検出する光
検出器37と、この光検出器37の出力信号Ｓに基づいて、
波長変換波21の出力を一定化するように半導体レーザー
11の出力を制御するＡＰＣ回路38とを備えた波長変換レ
ーザー装置において、光検出器37として、励起光10およ
び／または基本波20に対する感度がそれぞれ、波長変換
波21に対する感度の１／１０以下であるものを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザービームを
光波長変換素子に通して波長変換するようにした波長変
換レーザー装置、さらに詳しくは、波長変換波の出力を
一定化する制御を行なう波長変換レーザー装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば特開平７−３０２９４６号に示さ
れるように、ネオジウム等の希土類が添加された固体レ
ーザー結晶を半導体レーザー（レーザーダイオード）等
によって励起する固体レーザーが公知となっている。こ
の種のレーザーにおいては、上記特開平７−３０２９４
６号にも示されている通り、より短波長のレーザービー
ムを得るために、その共振器内に非線形光学結晶からな
る光波長変換素子を配置して、固体レーザービームを第
２高調波や和周波等に波長変換することも広く行なわれ
ている。

【０００３】このように、基本波としてのレーザービー
ムを波長変換するレーザー装置においては、波長変換波
の少なくとも一部を検出する光検出器を設けるととも
に、この光検出器の出力信号に基づいて励起源である半
導体レーザーの出力を制御するＡＰＣ（Automatic Powe
r Control）回路を設けて、波長変換波の出力を一定化
することが多い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の構成に
よって波長変換波の出力を一定化するレーザー装置にお
いては、波長変換波を検出する光検出器に基本波等が入
射して検出されると、波長変換波の出力が一定化しない
という問題が生じる。より具体的に、上記光検出器とし
ては感度最大点が赤外域にあるＳｉ系のフォトダイオー
ドが多く用いられるが、その場合、波長変換レーザー装
置が半導体レーザー励起固体レーザーからなるものであ
ると、多くは赤外域にある励起光や基本波が光検出器に
入射して検出され、出力一定化制御が著しく不正になさ
れてしまう。

【０００５】例えばこの種の波長変換レーザー装置を、
連続調画像記録装置において光変調器により変調を受け
る一定光量の記録光を発する光源として用いる場合は、
波長変換波の出力が精度良く一定化されていないと、記
録画像に濃度ムラが認められるようになる。

【０００６】この問題を防止するために従来より、光検
出器の前にフィルターを設けて、該光検出器に波長変換
波以外の光が入射しないようにする手法が多く採用され
てきた。例えば波長変換波が可視光で、基本波や励起光
が赤外光である場合は、光検出器の前に赤外光カットフ
ィルターを設けるようにしていた。

【０００７】しかし、この種のフィルターを設けると当
然レーザーの構成部品が増え、またそれのみならず、出
力一定化制御に関わる部品類を保持する部材が複雑化す
る等して、波長変換レーザー装置のコストが高くついて
しまう。

【０００８】本発明は上記の事情に鑑み、波長変換波以
外の光が光検出器に検出されて出力一定化制御が不正に
なされることを防止可能で、しかも構成が簡単で安価に
形成することができる波長変換レーザー装置を提供する
ことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の波長
変換レーザー装置は、半導体レーザー励起固体レーザー
を基本構成とするものであって、固体レーザー結晶と、
この固体レーザー結晶を励起する励起光を発する半導体
レーザーと、基本波として入射した固体レーザービーム
を波長変換する光波長変換素子と、この光波長変換素子
から出射した波長変換波の少なくとも一部を検出する光
検出器と、この光検出器の出力信号に基づいて、前記波
長変換波の出力を一定化するように前記半導体レーザー
の出力を制御するＡＰＣ回路とを備えた波長変換レーザ
ー装置において、光検出器として、前記励起光および／
または基本波に対する感度がそれぞれ、波長変換波に対
する感度の１／１０以下であるものが用いられたことを
特徴とするものである。

【００１０】また本発明による第２の波長変換レーザー
装置は、基本波として入射したレーザービームを波長変
換する光波長変換素子と、この光波長変換素子から出射
した波長変換波の少なくとも一部を検出する光検出器
と、この光検出器の出力信号に基づいて前記波長変換波
の出力を一定化するＡＰＣ回路とを備えた波長変換レー
ザー装置において、光検出器として、基本波に対する感
度が波長変換波に対する感度の１／１０以下であるもの
が用いられたことを特徴とするものである。

【００１１】また本発明による第３の波長変換レーザー
装置は、２つのレーザービームを和周波や差周波等に波
長変換する基本構成を有するものであって、基本波とし
て入射した第１および第２のレーザービームを波長変換
する光波長変換素子と、この光波長変換素子から出射し
た波長変換波の少なくとも一部を検出する光検出器と、
この光検出器の出力信号に基づいて前記波長変換波の出
力を一定化するＡＰＣ回路とを備えた波長変換レーザー
装置において、光検出器として、基本波の各々に対する
感度が波長変換波に対する感度の１／１０以下であるも
のが用いられたことを特徴とするものである。

【００１２】なお本発明は、基本波や上記励起光が赤外
光であり、波長変換波が可視光である場合に特に好まし
く適用され得るものである。そしてその場合、光検出器
としては、Ｇａ、Ａｓ、ＰおよびＮのうちの少なくとも
１つを含む材料からなる光検出部を備えたフォトダイオ
ード等を用いるのが好ましい。

【００１３】一方、本発明の波長変換レーザー装置にお
いて、上記光検出器以外の構成部品は密閉容器内に収納
され、光検出器はこの密閉容器の外に配置されるのが望
ましい。そのようにする場合、密閉容器の底板は、容器
内部空間を画成する部分よりも外方まで延びた延長部を
有するものとし、光検出器はこの底板の延長部上に配置
するのが望ましい。

【００１４】

【発明の効果】本発明の波長変換レーザー装置において
は、波長変換波の出力を一定化するＡＰＣのために波長
変換波を検出する光検出器として、基本波あるいは固体
レーザー結晶を励起する励起光に対する感度が波長変換
波に対する感度の１／１０以下であるものが用いられて
いるので、従来用いられて来たフィルター類を使用しな
くても、ＡＰＣに基本波や励起光の影響が大きく及ん
で、波長変換波の出力が著しく変動してしまうことを防
止できる。

【００１５】より具体的に、波長変換波の10％までの光
量変化をＡＰＣ動作によって補正できるように波長変換
レーザー装置が構成されているとすると、上記特性の光
検出器が用いられている場合、基本波や励起光のために
光検出器が感じる光量変化は僅か１％となる。言い換え
れば、基本波や励起光の検出に起因する波長変換波の出
力変動は１％に抑えられるようになる。

【００１６】前述した連続調画像記録装置においては、
記録光の出力変動が１％以内に抑えられていれば記録画
像の濃度ムラは通常視認され難いので、本発明による波
長変換レーザー装置は、この連続調画像記録装置の記録
光源として極めて好適なものとなる。

【００１７】そして、上記基本波や励起光をカットする
ためのフィルター類を用いなくて済めば、レーザー部品
数が少なく抑えられ、またレーザー部品を保持する部材
が複雑化することも回避できるので、本発明の波長変換
レーザー装置は上記フィルター類を用いる従来装置と比
べて、より低いコストで作成可能となる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は、本発明の第１の実施形態
による波長変換レーザー装置の一部破断側面形状を示す
ものである。この波長変換レーザー装置は一例として、
波長変換機能を備えた半導体レーザー励起固体レーザー
であり、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ービーム10を
集光する例えば屈折率分布型レンズからなる集光レンズ
13と、ネオジウム（Ｎｄ）がドープされた固体レーザー
媒質であるＹＡＧ結晶（以下、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶と称す
る）14と、このＮｄ：ＹＡＧ結晶14の前方側（図中右方
側）に配された共振器ミラー15と、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶14
と共振器ミラー15との間に配された光波長変換素子16、
ブリュースター板17およびエタロン18とを有している。

【００１９】以上述べた要素14〜18は、例えば銅からな
る共通のホルダー30に接着固定され、このホルダー30は
温度調節手段を構成するペルチェ素子31の上に、ベース
プレート32を介して固定されている。また半導体レーザ
ー11と集光レンズ13も銅等からなるホルダー33に取り付
けられ、このホルダー33もペルチェ素子31の上に、ベー
スプレート32を介して固定されている。

【００２０】またホルダー30およびそれに取り付けられ
た要素14〜18からなる共振器部の前方側には、ホルダー
35および、それに取り付けられた部分反射ミラー36、フ
ォトダイオード37からなるＡＰＣ部が配設されている。
このホルダー35はベースプレート32の上に固定されてい
る。

【００２１】そして、ホルダー30に取り付けられて共振
器部分の温度を検出するサーミスタ34および、図示しな
い温度調節回路によりペルチェ素子31の駆動が制御され
て、半導体レーザー11および固体レーザー共振器（後述
のようにＮｄ：ＹＡＧ結晶14および共振器ミラー15によ
って構成される）内の要素、並びに上記ＡＰＣ部の要素
が全て共通の所定温度に制御される。

【００２２】ペルチェ素子31はパッケージ台40の上に固
定され、このパッケージ台40にはパッケージカバー41が
被着されている。それにより、ベースプレート32の上に
保持された全ての部品は、パッケージ台40とパッケージ
カバー41とで構成された密閉容器の中に収納されてい
る。なおパッケージカバー41には、後述する第２高調波
21を通過させる開口42が形成され、この開口42は透明な
窓ガラス43によって覆われている。

【００２３】光波長変換素子16は、非線形光学材料であ
る、ＭｇＯがドープされたＬｉＮｂＯ₃ 結晶に周期ドメ
イン反転構造が設けられてなるものである。ブリュース
ター板17は偏光制御素子として作用し、またエタロン18
は発振波長を単一化させる波長選択素子として作用す
る。

【００２４】半導体レーザー11は、中心波長 808ｎｍの
レーザービーム10を発するものが用いられている。Ｎ
ｄ：ＹＡＧ結晶14は、上記レーザービーム10によってネ
オジウムイオンが励起されることにより、波長 946ｎｍ
の光を発する。そしてＮｄ：ＹＡＧ結晶14の後方端面14
ａと共振器ミラー15のミラー面15ａとで構成される共振
器によりレーザー発振が引き起こされて、波長 946ｎｍ
の固体レーザービーム20が得られる。このレーザービー
ム20は光波長変換素子16に入射して、波長が１／２すな
わち 473ｎｍの第２高調波21に変換される。

【００２５】なおＮｄ：ＹＡＧ結晶14の後方端面14ａに
は、励起光であるレーザービーム10は良好に透過させる
一方、固体レーザービーム20および第２高調波21は高反
射率で反射するコートが施されている。また共振器ミラ
ー15は曲率半径が15ｍｍの凹面鏡であり、そのミラー面
15ａとＮｄ：ＹＡＧ結晶14の後方端面14ａとが光軸上で
約10ｍｍ離れるように配設されている。

【００２６】この共振器ミラー15のミラー面15ａには、
固体レーザービーム20は高反射率で反射し、第２高調波
21は透過させるコートが施されており、したがってこの
共振器ミラー15から第２高調波21が出射する。第２高調
波21は開口42および窓ガラス43を通過してパッケージカ
バー41の外に出射し、一例として、カラーの連続調画像
を記録する光走査記録装置の記録用青色光として使用さ
れる。この場合第２高調波21は、図示しない光変調器に
より、画像信号に基づいて変調を受ける。

【００２７】次に、第２高調波21の出力を一定化させる
ためのＡＰＣ（Automatic Power Control）について説
明する。本例において、共振器ミラー（出力ミラー）15
から出力される波長 473ｎｍの第２高調波21と、そこか
ら漏れ出てしまう中心波長 808ｎｍのレーザービーム10
の光量はほぼ同等である。この第２高調波21は前記ＡＰ
Ｃ部の部分反射ミラー36で上方に反射し、フォトダイオ
ード37によって検出される。

【００２８】このフォトダイオード37の出力信号Ｓは、
パッケージカバー41の外に配設されたＡＰＣ回路38に入
力される。ＡＰＣ回路38は、第２高調波21の光量を示す
この出力信号Ｓに基づいて半導体レーザー11の駆動電流
を、該信号Ｓが示す光量値が増大したならば低下させ、
反対に該信号Ｓが示す光量値が低下したならば増大させ
るように制御して、第２高調波21の出力を一定化させ
る。

【００２９】なおＡＰＣ部の部分反射ミラー36ではレー
ザービーム10も反射し、このレーザービーム10もフォト
ダイオード37に入射してしまう。しかしここでフォトダ
イオード37としては、図２に示す分光感度特性を有する
ＧａＡｓＰフォトダイオードが用いられている。同図か
ら明かなように、このフォトダイオード37の波長 808ｎ
ｍに対する感度は、波長 473ｎｍに対する感度の１／１
０以下になっている。したがって、上述したＡＰＣにレ
ーザービーム10の影響が大きく及んで、第２高調波21の
出力が著しく変動してしまうことを防止できる。

【００３０】また図２から明かなように、フォトダイオ
ード37の波長 946ｎｍに対する感度も、波長 473ｎｍに
対する感度の１／１０以下になっている。したがって、
仮に波長 946ｎｍの固体レーザービーム20も部分反射ミ
ラー36で反射して、第２高調波21と同等程度の光量の固
体レーザービーム20がフォトダイオード37に入射するよ
うになっていても、ＡＰＣに固体レーザービーム20の影
響が大きく及んで、第２高調波21の出力が著しく変動し
てしまうことを防止できる。

【００３１】前述したように、第２高調波21の10％まで
の光量変化をＡＰＣ動作によって補正できるように構成
されているとすると、上記特性のフォトダイオード37が
用いられている場合、レーザービーム10のためにフォト
ダイオード37が感じる光量変化は僅か１％となる。言い
換えれば、レーザービーム10の検出に起因する第２高調
波21の出力変動は１％に抑えられるようになる。そこ
で、第２高調波21等を用いて記録されるカラーの連続調
画像において、視認されやすい濃度ムラが発生すること
を防止できる。

【００３２】そして本実施形態の装置は、上記レーザー
ビーム10をカットするためのフィルター類を用いなくて
済むものである。そうであれば、レーザー部品数が少な
く抑えられ、またレーザー部品を保持する部材が複雑化
することも回避できるので、このレーザー装置は上記フ
ィルター類を用いる従来装置と比べて、より低いコスト
で作成可能となる。

【００３３】なお図３に、ＡＰＣ用に従来広く用いられ
て来たフォトダイオードの分光感度特性を示す。このフ
ォトダイオードの波長 808ｎｍに対する感度は、波長 4
73ｎｍに対する感度の約２倍になっている。したがっ
て、波長 808ｎｍのレーザービーム10が部分反射ミラー
36で反射して、第２高調波21と同等程度の光量のレーザ
ービーム10がそのフォトダイオードに入射した場合、第
２高調波21の２倍の光量のレーザービーム10が入射した
ように検出されてしまう。ＡＰＣは、第２高調波21とレ
ーザービーム10とを加算した光量が一定となるように動
作するため、この場合、第２高調波21の出力変動は非常
に大きなものとなる。

【００３４】次に、図４を参照して本発明の第２の実施
形態について説明する。なおこの図４において、図１中
の要素と同等の要素には同番号を付してあり、それらに
ついての重複した説明は省略する。

【００３５】この第２実施形態の装置において、ホルダ
ー35および、それに取り付けられた部分反射ミラー36、
フォトダイオード37からなるＡＰＣ部は、パッケージ台
40とパッケージカバー41とで構成された密閉容器の外に
配設されている。つまり本例では、密閉容器の底板であ
るパッケージ台40が、容器内部空間を画成する部分より
も外方まで延びた延長部を有し、この延長部の上にホル
ダー35が固定されている。そしてパッケージカバー41の
開口42の部分には、第２高調波21を通過させる微小開口
（アパーチャ）50ａを有する開口板50が取り付けられて
いる。

【００３６】本実施形態では上記開口板50の作用によ
り、共振器外に漏れ出たレーザービーム10の一部がカッ
トされるので、フォトダイオード37に検出されるレーザ
ービーム10の光量は第１実施形態におけるよりもさらに
少なくなり、ＡＰＣによる第２高調波21の出力一定化が
より正確になされるようになる。

【００３７】また本実施形態では、ＡＰＣ部を、パッケ
ージ台40とパッケージカバー41とで構成された密閉容器
の外に配設しているので、密閉容器を小型化することが
でき、それによりレーザーのコストダウンも可能とな
る。

【００３８】以上、半導体レーザー励起固体レーザーに
適用された実施形態について説明したが、本発明は半導
体レーザー以外の励起源を備えた波長変換レーザー装置
や、２つの基本波をその和周波や差周波に変換する波長
変換レーザー装置に対しても同様に適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態による波長変換レーザ
ー装置の一部破断側面図

【図２】図１の装置に用いられた光検出器の分光感度特
性を示すグラフ

【図３】従来装置に用いられた光検出器の分光感度特性
の一例を示すグラフ

【図４】本発明の第２の実施形態による波長変換レーザ
ー装置の一部破断側面図

【符号の説明】

10 レーザービーム（励起光） 11 半導体レーザー 13 集光レンズ 14 Ｎｄ：ＹＡＧ結晶 15 共振器ミラー 16 光波長変換素子 17 ブリュースター板 18 エタロン 20 レーザービーム（固体レーザービーム） 21 第２高調波 30、33、35 ホルダー 31 ペルチェ素子 32 ベースプレート 36 部分反射ミラー 37 フォトダイオード 38 ＡＰＣ回路 40 パッケージ台 41 パッケージカバー 42 パッケージカバーの開口 43 窓ガラス 50 開口板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2K002 AB12 CA03 EA30 HA20 5F072 AB02 HH02 HH04 JJ05 KK12 KK30 PP07 QQ02 RR03 TT12 TT13 TT14 TT15 TT22 TT28

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固体レーザー結晶と、この固体レーザー
   結晶を励起する励起光を発する半導体レーザーと、 基本波として入射した固体レーザービームを波長変換す
   る光波長変換素子と、この光波長変換素子から出射した
   波長変換波の少なくとも一部を検出する光検出器と、 この光検出器の出力信号に基づいて、前記波長変換波の
   出力を一定化するように前記半導体レーザーの出力を制
   御するＡＰＣ回路とを備えた波長変換レーザー装置にお
   いて、 前記光検出器として、前記励起光および／または基本波
   に対する感度がそれぞれ、前記波長変換波に対する感度
   の１／１０以下であるものが用いられたことを特徴とす
   る波長変換レーザー装置。
2. 【請求項２】 前記基本波が赤外光であり、前記波長変
   換波が可視光であることを特徴とする請求項１記載の波
   長変換レーザー装置。
3. 【請求項３】 基本波として入射したレーザービームを
   波長変換する光波長変換素子と、 この光波長変換素子から出射した波長変換波の少なくと
   も一部を検出する光検出器と、 この光検出器の出力信号に基づいて前記波長変換波の出
   力を一定化するＡＰＣ回路とを備えた波長変換レーザー
   装置において、 前記光検出器として、前記基本波に対する感度が前記波
   長変換波に対する感度の１／１０以下であるものが用い
   られたことを特徴とする波長変換レーザー装置。
4. 【請求項４】 基本波として入射した第１および第２の
   レーザービームを波長変換する光波長変換素子と、 この光波長変換素子から出射した波長変換波の少なくと
   も一部を検出する光検出器と、 この光検出器の出力信号に基づいて前記波長変換波の出
   力を一定化するＡＰＣ回路とを備えた波長変換レーザー
   装置において、 前記光検出器として、前記基本波の各々に対する感度が
   前記波長変換波に対する感度の１／１０以下であるもの
   が用いられたことを特徴とする波長変換レーザー装置。
5. 【請求項５】 前記基本波が赤外光であり、前記波長変
   換波が可視光であることを特徴とする請求項３または４
   記載の波長変換レーザー装置。
6. 【請求項６】 前記光検出器が、Ｇａ、Ａｓ、Ｐおよび
   Ｎのうちの少なくとも１つを含む材料からなる光検出部
   を備えたものであることを特徴とする請求項１から５い
   ずれか１項記載の波長変換レーザー装置。
7. 【請求項７】 前記光検出器がフォトダイオードである
   ことを特徴とする請求項６記載の波長変換レーザー装
   置。
8. 【請求項８】 前記光検出器以外の構成部品が密閉容器
   内に収納され、前記光検出器がこの密閉容器の外に配置
   されたことを特徴とする請求項１から７いずれか１項記
   載の波長変換レーザー装置。
9. 【請求項９】 前記密閉容器の底板が、容器内部空間を
   画成する部分よりも外方まで延びた延長部を有し、前記
   光検出器が、前記底板の延長部上に配置されたことを特
   徴とする請求項８記載の波長変換レーザー装置。
10. 【請求項１０】 連続調画像記録装置において、光変調
    器により変調を受ける一定強度の記録光を発する光源と
    して用いられたことを特徴とする請求項１から９いずれ
    か１項記載の波長変換レーザー装置。