JP2001185795A - 紫外レーザー装置 - Google Patents
紫外レーザー装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光学部品の数が少なくて低コスト化が可能
で、また効率良く連続発振可能な紫外レーザー装置を得
る。 【解決手段】 希土類元素イオンがドープされた固体レ
ーザー結晶14と、この固体レーザー結晶14を内部に配置
した共振器と、固体レーザー結晶14を励起するレーザー
ビーム10を発する、ＧａＮ系活性層を有するレーザーダ
イオード11とを備えてなる固体レーザー装置において、
固体レーザー結晶14として、周期ドメイン反転構造14ｃ
を有する非線形光学結晶からなり、固体レーザービーム
30を紫外光31に波長変換する機能を持つものを用いる。
で、また効率良く連続発振可能な紫外レーザー装置を得
る。 【解決手段】 希土類元素イオンがドープされた固体レ
ーザー結晶14と、この固体レーザー結晶14を内部に配置
した共振器と、固体レーザー結晶14を励起するレーザー
ビーム10を発する、ＧａＮ系活性層を有するレーザーダ
イオード11とを備えてなる固体レーザー装置において、
固体レーザー結晶14として、周期ドメイン反転構造14ｃ
を有する非線形光学結晶からなり、固体レーザービーム
30を紫外光31に波長変換する機能を持つものを用いる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、非線形光学効果を
有する固体レーザー結晶をレーザーダイオード（半導体
レーザー）により励起して、紫外域のレーザービームを
得る紫外レーザー装置に関するものである。
有する固体レーザー結晶をレーザーダイオード（半導体
レーザー）により励起して、紫外域のレーザービームを
得る紫外レーザー装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば紫外線リソグラフィーや、レーザ
ー励起による生体細胞の蛍光分析等においては、紫外域
で連続発振する高効率、高出力のレーザーが求められて
いる。
ー励起による生体細胞の蛍光分析等においては、紫外域
で連続発振する高効率、高出力のレーザーが求められて
いる。
【０００３】そのような紫外レーザーの一つとして、例
えば本出願人による特願平１１−２０６５７３号明細書
に示されるように、非線形光学結晶を用いたＳＨＧ（第
２高調波発生）あるいは和周波発生により発振光を短波
長化して、波長400 ｎｍ以下の紫外域のレーザービーム
を得る波長変換固体レーザーが知られている。
えば本出願人による特願平１１−２０６５７３号明細書
に示されるように、非線形光学結晶を用いたＳＨＧ（第
２高調波発生）あるいは和周波発生により発振光を短波
長化して、波長400 ｎｍ以下の紫外域のレーザービーム
を得る波長変換固体レーザーが知られている。
【０００４】より具体的には、例えばＮｄ：ＹＡＧ結晶
やＮｄ：ＹＶＯ４ 結晶を用いて発振させた波長1064ｎ
ｍのレーザービームと、その第２高調波である波長532
ｎｍのレーザービームとによる和周波発生により、波長
355ｎｍの紫外光を得る技術が知られている。さらに
は、上記波長532ｎｍのレーザービームからさらに第２
高調波により波長266ｎｍの紫外光を得る技術も知られ
ている。なお、これらの場合において、第２高調波や和
周波を発生させる非線形光学結晶としては、ＬＢＯ結晶
やＣＬＢＯ結晶やＢＢＯ結晶が多く用いられている。
やＮｄ：ＹＶＯ４ 結晶を用いて発振させた波長1064ｎ
ｍのレーザービームと、その第２高調波である波長532
ｎｍのレーザービームとによる和周波発生により、波長
355ｎｍの紫外光を得る技術が知られている。さらに
は、上記波長532ｎｍのレーザービームからさらに第２
高調波により波長266ｎｍの紫外光を得る技術も知られ
ている。なお、これらの場合において、第２高調波や和
周波を発生させる非線形光学結晶としては、ＬＢＯ結晶
やＣＬＢＯ結晶やＢＢＯ結晶が多く用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のように
波長変換によって紫外光を得る従来の固体レーザーは、
固体レーザー結晶に加えて非線形光学結晶が必要である
ため、高額な光学部品の数が増えて、必然的に高価なも
のとなっていた。
波長変換によって紫外光を得る従来の固体レーザーは、
固体レーザー結晶に加えて非線形光学結晶が必要である
ため、高額な光学部品の数が増えて、必然的に高価なも
のとなっていた。
【０００６】さらに、上述のＬＢＯ結晶やＣＬＢＯ結晶
やＢＢＯ結晶は非線形光学定数が比較的小さいため、そ
れらを用いる従来の紫外レーザー装置は、効率良く連続
発振させるのは困難となっていた。
やＢＢＯ結晶は非線形光学定数が比較的小さいため、そ
れらを用いる従来の紫外レーザー装置は、効率良く連続
発振させるのは困難となっていた。
【０００７】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、光学部品の数が少なくて低コスト化が可能で、
また効率良く連続発振可能な紫外レーザー装置を提供す
ることを目的とする。
であり、光学部品の数が少なくて低コスト化が可能で、
また効率良く連続発振可能な紫外レーザー装置を提供す
ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明による紫外レーザ
ー装置は、希土類元素イオンがドープされた固体レーザ
ー結晶と、この固体レーザー結晶を内部に配置した共振
器と、前記固体レーザー結晶を励起するレーザービーム
を発する、ＧａＮ系活性層を有するレーザーダイオード
とを備えてなる固体レーザー装置において、前記固体レ
ーザー結晶が周期ドメイン反転構造を有する非線形光学
結晶からなり、固体レーザービームを紫外光に波長変換
する機能を持つことを特徴とするものである。
ー装置は、希土類元素イオンがドープされた固体レーザ
ー結晶と、この固体レーザー結晶を内部に配置した共振
器と、前記固体レーザー結晶を励起するレーザービーム
を発する、ＧａＮ系活性層を有するレーザーダイオード
とを備えてなる固体レーザー装置において、前記固体レ
ーザー結晶が周期ドメイン反転構造を有する非線形光学
結晶からなり、固体レーザービームを紫外光に波長変換
する機能を持つことを特徴とするものである。
【０００９】ここで、ＧａＮ系活性層とは、少なくとも
ＧａとＮとを含む材料からなる活性層のことをいう。具
体的には、ＩｎｚＧａ１−ｚＮ、ＧａＮｙＡｓ１−ｙ、
Ｉｎ ｚＧａ１−ｚＮｙＡｓ１−ｙ、（０＜ｚ＜１，０＜
ｙ＜１）Ｇａからなる活性層を意味する。
ＧａとＮとを含む材料からなる活性層のことをいう。具
体的には、ＩｎｚＧａ１−ｚＮ、ＧａＮｙＡｓ１−ｙ、
Ｉｎ ｚＧａ１−ｚＮｙＡｓ１−ｙ、（０＜ｚ＜１，０＜
ｙ＜１）Ｇａからなる活性層を意味する。
【００１０】なお上記の希土類元素イオンは、Ｐｒ３＋
であることが望ましい。さらに固体レーザー結晶には、
希土類元素イオンとして上記Ｐｒ３＋に加えて、Ｅｒ
３＋、Ｈｏ３＋、Ｄｙ３＋、Ｅｕ３＋、Ｓｍ３＋、Ｐｍ
３＋およびＮｄ３＋のうちの少なくとも１つが共ドープ
されることが望ましい。
であることが望ましい。さらに固体レーザー結晶には、
希土類元素イオンとして上記Ｐｒ３＋に加えて、Ｅｒ
３＋、Ｈｏ３＋、Ｄｙ３＋、Ｅｕ３＋、Ｓｍ３＋、Ｐｍ
３＋およびＮｄ３＋のうちの少なくとも１つが共ドープ
されることが望ましい。
【００１１】また上記固体レーザー結晶としては、Ｍｇ
Ｏ：ＬｉＮｂＯ３ またはＺｎＯ：ＬｉＮｂＯ３ 結晶
に希土類元素イオンがドープされたものが好適に用いら
れる。なお上述のＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３ 結晶は、Ｍｇ
ＯがドープされたＬｉＮｂＯ ３ 結晶のことであり、他
も同様である。
Ｏ：ＬｉＮｂＯ３ またはＺｎＯ：ＬｉＮｂＯ３ 結晶
に希土類元素イオンがドープされたものが好適に用いら
れる。なお上述のＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３ 結晶は、Ｍｇ
ＯがドープされたＬｉＮｂＯ ３ 結晶のことであり、他
も同様である。
【００１２】一方上記レーザーダイオードとしては、そ
の活性層がＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＮＡｓあるいはＧａＮ
Ａｓからなるものが好適に用いられる。
の活性層がＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＮＡｓあるいはＧａＮ
Ａｓからなるものが好適に用いられる。
【００１３】また本発明の紫外レーザー装置において、
共振器は、固体レーザー結晶とレーザーダイオードとの
間に配された共振器ミラーを備えて構成されるのが望ま
しい。そしてその場合の共振器ミラーは、ミラー面が曲
率を有するものが好適に用いられる。
共振器は、固体レーザー結晶とレーザーダイオードとの
間に配された共振器ミラーを備えて構成されるのが望ま
しい。そしてその場合の共振器ミラーは、ミラー面が曲
率を有するものが好適に用いられる。
【００１４】さらに、共振器は、固体レーザー結晶の両
端面を共振器ミラーとして構成されてもよい。そのよう
にする場合、固体レーザー結晶の両端面には、波長変換
波も共振させるコーティングが施されるのが望ましい。
端面を共振器ミラーとして構成されてもよい。そのよう
にする場合、固体レーザー結晶の両端面には、波長変換
波も共振させるコーティングが施されるのが望ましい。
【００１５】
【発明の効果】本発明の紫外レーザー装置は、希土類元
素イオンがドープされた固体レーザー結晶として、周期
ドメイン反転構造を有する非線形光学結晶からなり、固
体レーザービームを紫外光に波長変換する機能を持つ結
晶が用いられたことにより、固体レーザービームはいわ
ゆるセルフダブリングにより直接的に紫外光に波長変換
される。つまり、固体レーザー結晶の他に別の非線形光
学結晶を設けなくても紫外域のレーザービームが得られ
るので、本発明の紫外レーザー装置は、光学部品の数が
少なくて低コスト化、小型化が可能となる。
素イオンがドープされた固体レーザー結晶として、周期
ドメイン反転構造を有する非線形光学結晶からなり、固
体レーザービームを紫外光に波長変換する機能を持つ結
晶が用いられたことにより、固体レーザービームはいわ
ゆるセルフダブリングにより直接的に紫外光に波長変換
される。つまり、固体レーザー結晶の他に別の非線形光
学結晶を設けなくても紫外域のレーザービームが得られ
るので、本発明の紫外レーザー装置は、光学部品の数が
少なくて低コスト化、小型化が可能となる。
【００１６】また本発明の紫外レーザー装置は、固体レ
ーザー結晶として特にＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３ またはＺ
ｎＯ：ＬｉＮｂＯ３ 結晶に希土類元素イオンがドープ
されたものが用いられた場合は、効率良く連続発振可能
なものとなる。すなわち、前述したように従来の紫外レ
ーザー装置において波長変換用に多く用いられていたＬ
ＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶およびＢＢＯ結晶の非線形光学
定数はそれぞれ0.50ｐｍ／Ｖ、0.85ｐｍ／Ｖ、1.32ｐｍ
／Ｖ程度であるのに対し、本発明で用いられる上述の各
結晶の非線形光学定数は11〜12ｐｍ／Ｖと桁違いに大き
いので、高い波長変換効率の下に連続発振が可能とな
る。
ーザー結晶として特にＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３ またはＺ
ｎＯ：ＬｉＮｂＯ３ 結晶に希土類元素イオンがドープ
されたものが用いられた場合は、効率良く連続発振可能
なものとなる。すなわち、前述したように従来の紫外レ
ーザー装置において波長変換用に多く用いられていたＬ
ＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶およびＢＢＯ結晶の非線形光学
定数はそれぞれ0.50ｐｍ／Ｖ、0.85ｐｍ／Ｖ、1.32ｐｍ
／Ｖ程度であるのに対し、本発明で用いられる上述の各
結晶の非線形光学定数は11〜12ｐｍ／Ｖと桁違いに大き
いので、高い波長変換効率の下に連続発振が可能とな
る。
【００１７】なお、Ｐｒ３＋がドープされたＭｇＯ：Ｌ
ｉＮｂＯ３ 結晶等の固体レーザー結晶は、ＧａＮ系レ
ーザーダイオードにより励起されて、700 〜800 ｎｍの
波長帯で効率良く発振する。つまり例えば ３Ｐ０ →
３Ｆ４ の遷移によって、Ｐｒ３＋の発振ラインであ
る波長720 ｎｍの赤外域の固体レーザービームを効率良
く発振させるので、この固体レーザービームを固体レー
ザー結晶自身により第２高調波に波長変換すれば、波長
360ｎｍの高強度の紫外光を得ることができる。
ｉＮｂＯ３ 結晶等の固体レーザー結晶は、ＧａＮ系レ
ーザーダイオードにより励起されて、700 〜800 ｎｍの
波長帯で効率良く発振する。つまり例えば ３Ｐ０ →
３Ｆ４ の遷移によって、Ｐｒ３＋の発振ラインであ
る波長720 ｎｍの赤外域の固体レーザービームを効率良
く発振させるので、この固体レーザービームを固体レー
ザー結晶自身により第２高調波に波長変換すれば、波長
360ｎｍの高強度の紫外光を得ることができる。
【００１８】一方Ｅｒ３＋、Ｈｏ３＋、Ｄｙ３＋、Ｅｕ
３＋、Ｓｍ３＋、Ｐｍ３＋およびＮｄ３＋は波長380 〜
430 ｎｍに吸収帯があり、ＧａＮ系レーザーダイオード
によって励起され得る。そして、励起された電子をＰｒ
３＋の励起準位（例えば ３Ｐ０ もしくは
３Ｐ１ ）にエネルギー移動し、 ３Ｐ０ → ３Ｆ
４ 等の遷移によって下準位に落とすことにより、この
場合もＰｒ３＋の発振ラインである波長 720ｎｍの赤外
域の固体レーザービームを効率良く発振させることがで
きる。そこで上記と同様に、この固体レーザービームを
固体レーザー結晶自身により第２高調波に波長変換すれ
ば、波長 360ｎｍの高強度の紫外光を得ることができ
る。
３＋、Ｓｍ３＋、Ｐｍ３＋およびＮｄ３＋は波長380 〜
430 ｎｍに吸収帯があり、ＧａＮ系レーザーダイオード
によって励起され得る。そして、励起された電子をＰｒ
３＋の励起準位（例えば ３Ｐ０ もしくは
３Ｐ１ ）にエネルギー移動し、 ３Ｐ０ → ３Ｆ
４ 等の遷移によって下準位に落とすことにより、この
場合もＰｒ３＋の発振ラインである波長 720ｎｍの赤外
域の固体レーザービームを効率良く発振させることがで
きる。そこで上記と同様に、この固体レーザービームを
固体レーザー結晶自身により第２高調波に波長変換すれ
ば、波長 360ｎｍの高強度の紫外光を得ることができ
る。
【００１９】上記の波長 380〜 430ｎｍはＧａＮ系レー
ザーダイオードが比較的発振しやすい波長帯であり、そ
して特に波長 400〜 410ｎｍは、現在提供されているＧ
ａＮ系レーザーダイオードの最大出力が得られる波長帯
であるので、Ｅｒ３＋、Ｈｏ ３＋、Ｄｙ３＋、Ｅ
ｕ３＋、Ｓｍ３＋、Ｐｍ３＋およびＮｄ３＋をＧａＮ系
レーザーダイオードによって励起すれば、励起光の吸収
量が大きくなり、高効率化および高出力化が達成され
る。
ザーダイオードが比較的発振しやすい波長帯であり、そ
して特に波長 400〜 410ｎｍは、現在提供されているＧ
ａＮ系レーザーダイオードの最大出力が得られる波長帯
であるので、Ｅｒ３＋、Ｈｏ ３＋、Ｄｙ３＋、Ｅ
ｕ３＋、Ｓｍ３＋、Ｐｍ３＋およびＮｄ３＋をＧａＮ系
レーザーダイオードによって励起すれば、励起光の吸収
量が大きくなり、高効率化および高出力化が達成され
る。
【００２０】一方、ＧａＮ系レーザーダイオードは熱伝
導係数が130 Ｗ／ｍ℃と、ＺｎＭｇＳＳｅ系レーザーダ
イオードの４Ｗ／ｍ℃等と比べて極めて大きい。またそ
れに加えて、転移の移動度もＺｎＭｇＳＳｅ系レーザー
ダイオードと比べて非常に小さいことから、ＣＯＤ（カ
タストロフィック・オプティカル・ダメージ）が非常に
高く、高寿命、高出力が得やすいものである。このよう
な特性のＧａＮ系レーザーダイオードを励起光源として
用いれば、高出力の紫外域のレーザービームを発生可能
な高寿命の紫外レーザー装置を実現できる。
導係数が130 Ｗ／ｍ℃と、ＺｎＭｇＳＳｅ系レーザーダ
イオードの４Ｗ／ｍ℃等と比べて極めて大きい。またそ
れに加えて、転移の移動度もＺｎＭｇＳＳｅ系レーザー
ダイオードと比べて非常に小さいことから、ＣＯＤ（カ
タストロフィック・オプティカル・ダメージ）が非常に
高く、高寿命、高出力が得やすいものである。このよう
な特性のＧａＮ系レーザーダイオードを励起光源として
用いれば、高出力の紫外域のレーザービームを発生可能
な高寿命の紫外レーザー装置を実現できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実
施形態による紫外レーザー装置の側面形状を示すもので
ある。この紫外レーザー装置は、励起光としてのレーザ
ービーム10を発するレーザーダイオード11と、このレー
ザーダイオード11を固定するホルダ12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、Ｐｒ３＋がドープされた
固体レーザー媒質であるＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３ 結晶
（以下、Ｐｒ：ＬＮ結晶と称する）14と、このＰｒ：Ｌ
Ｎ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、Ｐｒ：ＬＮ結晶14と共振器ミラー15との間に配
されたエタロン16とを有している。
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実
施形態による紫外レーザー装置の側面形状を示すもので
ある。この紫外レーザー装置は、励起光としてのレーザ
ービーム10を発するレーザーダイオード11と、このレー
ザーダイオード11を固定するホルダ12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、Ｐｒ３＋がドープされた
固体レーザー媒質であるＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３ 結晶
（以下、Ｐｒ：ＬＮ結晶と称する）14と、このＰｒ：Ｌ
Ｎ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、Ｐｒ：ＬＮ結晶14と共振器ミラー15との間に配
されたエタロン16とを有している。
【００２２】レーザーダイオード11は銅等からなるマウ
ント12を介して、そして他の要素13〜16は直接的にペル
チェ素子20の上に固定されている。そして、ペルチェ素
子20に取り付けられたサーミスタ21が出力する温度検出
信号に基づいて図示外の温度制御回路によりペルチェ素
子20の駆動が制御されて、レーザーダイオード11および
固体レーザー共振器（後述のようにＰｒ：ＬＮ結晶14お
よび共振器ミラー15によって構成される）内の要素が共
通の所定温度に制御される。
ント12を介して、そして他の要素13〜16は直接的にペル
チェ素子20の上に固定されている。そして、ペルチェ素
子20に取り付けられたサーミスタ21が出力する温度検出
信号に基づいて図示外の温度制御回路によりペルチェ素
子20の駆動が制御されて、レーザーダイオード11および
固体レーザー共振器（後述のようにＰｒ：ＬＮ結晶14お
よび共振器ミラー15によって構成される）内の要素が共
通の所定温度に制御される。
【００２３】Ｐｒ：ＬＮ結晶14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14ｃが設けられてなるものである。本例
の場合、周期ドメイン反転構造14ｃの周期は、後述の基
本波波長 720ｎｍおよび第２高調波波長 360ｎｍに対し
て１次の周期となるように1.65μｍとされている。この
Ｐｒ：ＬＮ結晶14は、その最も大きい非線形光学定数ｄ
３３ が有効に利用されるように、ｚ軸と平行な面が光
通過面となるように研磨されている。
る、ＭｇＯがドープされたＬｉＮｂＯ３ 結晶に周期ド
メイン反転構造14ｃが設けられてなるものである。本例
の場合、周期ドメイン反転構造14ｃの周期は、後述の基
本波波長 720ｎｍおよび第２高調波波長 360ｎｍに対し
て１次の周期となるように1.65μｍとされている。この
Ｐｒ：ＬＮ結晶14は、その最も大きい非線形光学定数ｄ
３３ が有効に利用されるように、ｚ軸と平行な面が光
通過面となるように研磨されている。
【００２４】また波長選択素子としてのエタロン16は、
固体レーザーを単一縦モード発振させて低ノイズ化を実
現する。なおこのエタロン16の他に、偏光の向きを制御
するためのブリュースタ板が共振器内に配設されてもよ
い。一方、レーザーダイオード11としては、ＩｎＧａＮ
活性層を有し、波長 450ｎｍで発振するブロードエリア
型のものが用いられている。
固体レーザーを単一縦モード発振させて低ノイズ化を実
現する。なおこのエタロン16の他に、偏光の向きを制御
するためのブリュースタ板が共振器内に配設されてもよ
い。一方、レーザーダイオード11としては、ＩｎＧａＮ
活性層を有し、波長 450ｎｍで発振するブロードエリア
型のものが用いられている。
【００２５】またＰｒ：ＬＮ結晶14の光入射面である後
方端面14ａには、波長 450ｎｍの光は80％以上の透過率
で良好に透過させる一方、Ｐｒ３＋の１つの発振線であ
る波長 720ｎｍおよびその１／２の 360ｎｍに対して高
反射率（反射率99％以上さらに好ましくは99.9％以上）
で、 720ｎｍ以外のＰｒ３＋の発振線 490〜650ｎｍお
よび800ｎｍ以上に対しては低反射率（反射率60％以下
さらに好ましくは30％以下）のコーティングが施されて
いる。一方共振器ミラー15のミラー面15ａには、波長 7
20ｎｍの光に対して高反射率（99％以上さらに好ましく
は99.9％以上）で、波長 360ｎｍの光を95％以上透過さ
せ、上記 490〜650ｎｍおよび800ｎｍ以上の光に対して
は低反射率（60％以下さらに好ましくは30％以下）のコ
ーティングが施されている。
方端面14ａには、波長 450ｎｍの光は80％以上の透過率
で良好に透過させる一方、Ｐｒ３＋の１つの発振線であ
る波長 720ｎｍおよびその１／２の 360ｎｍに対して高
反射率（反射率99％以上さらに好ましくは99.9％以上）
で、 720ｎｍ以外のＰｒ３＋の発振線 490〜650ｎｍお
よび800ｎｍ以上に対しては低反射率（反射率60％以下
さらに好ましくは30％以下）のコーティングが施されて
いる。一方共振器ミラー15のミラー面15ａには、波長 7
20ｎｍの光に対して高反射率（99％以上さらに好ましく
は99.9％以上）で、波長 360ｎｍの光を95％以上透過さ
せ、上記 490〜650ｎｍおよび800ｎｍ以上の光に対して
は低反射率（60％以下さらに好ましくは30％以下）のコ
ーティングが施されている。
【００２６】レーザーダイオード11から発せられた波長
450ｎｍのレーザービーム10は、上記端面14ａを透過し
てＰｒ：ＬＮ結晶14に入射する。Ｐｒ：ＬＮ結晶14はこ
のレーザービーム10によってＰｒ３＋が励起されること
により、波長 720ｎｍの光を発する。このときの遷移
は、 ３Ｐ０ → ３Ｆ４ と考えられる。そしてＰ
ｒ：ＬＮ結晶14の後方端面14ａ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 720ｎｍの固体レーザービーム30が
得られる。
450ｎｍのレーザービーム10は、上記端面14ａを透過し
てＰｒ：ＬＮ結晶14に入射する。Ｐｒ：ＬＮ結晶14はこ
のレーザービーム10によってＰｒ３＋が励起されること
により、波長 720ｎｍの光を発する。このときの遷移
は、 ３Ｐ０ → ３Ｆ４ と考えられる。そしてＰ
ｒ：ＬＮ結晶14の後方端面14ａ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 720ｎｍの固体レーザービーム30が
得られる。
【００２７】このレーザービーム30はＰｒ：ＬＮ結晶14
自身によって、波長が１／２すなわち 360ｎｍの第２高
調波31に変換される。その際、Ｐｒ：ＬＮ結晶14の周期
ドメイン反転構造14ｃによって、いわゆる疑似位相整合
が取られる。共振器ミラー15のミラー面15ａには前述の
通りのコーティングが施されているので、この共振器ミ
ラー15からはほぼ第２高調波31のみが出射する。
自身によって、波長が１／２すなわち 360ｎｍの第２高
調波31に変換される。その際、Ｐｒ：ＬＮ結晶14の周期
ドメイン反転構造14ｃによって、いわゆる疑似位相整合
が取られる。共振器ミラー15のミラー面15ａには前述の
通りのコーティングが施されているので、この共振器ミ
ラー15からはほぼ第２高調波31のみが出射する。
【００２８】本実施形態の紫外レーザー装置は、上記の
通りＰｒ：ＬＮ結晶14自身のいわゆるセルフダブリング
機能によってレーザービーム30を紫外域の第２高調波31
に波長変換しているので、この紫外レーザー装置は、光
学部品の数が少なくて低コスト化、小型化が可能なもの
となる。
通りＰｒ：ＬＮ結晶14自身のいわゆるセルフダブリング
機能によってレーザービーム30を紫外域の第２高調波31
に波長変換しているので、この紫外レーザー装置は、光
学部品の数が少なくて低コスト化、小型化が可能なもの
となる。
【００２９】またこの紫外レーザー装置は、Ｐｒ：ＬＮ
結晶14をＩｎＧａＮレーザーダイオード11によって励起
する構成を有するので、先に詳しく説明した理由によ
り、高効率化、高出力化が実現される。具体的には、レ
ーザーダイオード11の出力が 300ｍＷの場合で、第２高
調波31の出力は１ｍＷであった。
結晶14をＩｎＧａＮレーザーダイオード11によって励起
する構成を有するので、先に詳しく説明した理由によ
り、高効率化、高出力化が実現される。具体的には、レ
ーザーダイオード11の出力が 300ｍＷの場合で、第２高
調波31の出力は１ｍＷであった。
【００３０】以上、ＣＷ動作について説明したが、Ｑス
イッチ素子を共振器内に挿入することで、パルス動作に
はなるが、波長変換効率を高め、より高い第２高調波出
力を得ることも可能である。あるいは、ＧａＮ系レーザ
ーダイオードは高いＣＯＤを有することから、励起用レ
ーザーダイオードをパルス駆動することで、同様に高効
率、高出力の紫外パルス光を得ることも可能である。
イッチ素子を共振器内に挿入することで、パルス動作に
はなるが、波長変換効率を高め、より高い第２高調波出
力を得ることも可能である。あるいは、ＧａＮ系レーザ
ーダイオードは高いＣＯＤを有することから、励起用レ
ーザーダイオードをパルス駆動することで、同様に高効
率、高出力の紫外パルス光を得ることも可能である。
【００３１】次に、本発明の第２の実施形態について説
明する。図２は、本発明の第２の実施形態による紫外レ
ーザー装置の側面形状を示すものである。なおこの図２
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（以
下、同様）。
明する。図２は、本発明の第２の実施形態による紫外レ
ーザー装置の側面形状を示すものである。なおこの図２
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（以
下、同様）。
【００３２】この第２実施形態の紫外レーザー装置は、
図１の構成と比べると基本的に、一方の共振器ミラーを
構成するものとしてＰｒ：ＬＮ結晶14の代わりに、曲率
半径100ｍｍの凹面鏡からなる共振器ミラー40が用いら
れ、また出力側には凹面鏡である共振器ミラー15に代え
て、平面鏡である共振器ミラー41が用いられている点が
異なるものである。
図１の構成と比べると基本的に、一方の共振器ミラーを
構成するものとしてＰｒ：ＬＮ結晶14の代わりに、曲率
半径100ｍｍの凹面鏡からなる共振器ミラー40が用いら
れ、また出力側には凹面鏡である共振器ミラー15に代え
て、平面鏡である共振器ミラー41が用いられている点が
異なるものである。
【００３３】上記共振器ミラー40の曲率を有するミラー
面40ａには、図１のＰｒ：ＬＮ結晶14の端面14ａに施さ
れたものと同じコーティングが施され、また共振器ミラ
ー41の平坦なミラー面41ａには、図１の共振器ミラー15
のミラー面15ａに施されたものと同じコーティングが施
されている。なお本例においてＰｒ：ＬＮ結晶14の両端
面14ａ、14ｂには、波長 720ｎｍの固体レーザービーム
30を良好に透過させるコーティングが施されている。
面40ａには、図１のＰｒ：ＬＮ結晶14の端面14ａに施さ
れたものと同じコーティングが施され、また共振器ミラ
ー41の平坦なミラー面41ａには、図１の共振器ミラー15
のミラー面15ａに施されたものと同じコーティングが施
されている。なお本例においてＰｒ：ＬＮ結晶14の両端
面14ａ、14ｂには、波長 720ｎｍの固体レーザービーム
30を良好に透過させるコーティングが施されている。
【００３４】この第２の実施形態の紫外レーザー装置に
おいても、第１の実施形態のものと同様に、光学部品の
数を少なくして低コスト化、小型化が可能となり、また
高効率化、高出力化も実現される。
おいても、第１の実施形態のものと同様に、光学部品の
数を少なくして低コスト化、小型化が可能となり、また
高効率化、高出力化も実現される。
【００３５】またこの第２の実施形態では特に、励起側
に凹面鏡からなる共振器ミラー40が用いられていること
により、Ｐｒ：ＬＮ結晶14内での発振光（レーザービー
ム30）のビーム径を大きくすることができる。それによ
り、レーザーダイオード11から発せられるレーザービー
ム10と発振光との間のモードマッチングを取ることが容
易となる。
に凹面鏡からなる共振器ミラー40が用いられていること
により、Ｐｒ：ＬＮ結晶14内での発振光（レーザービー
ム30）のビーム径を大きくすることができる。それによ
り、レーザーダイオード11から発せられるレーザービー
ム10と発振光との間のモードマッチングを取ることが容
易となる。
【００３６】次に、本発明の第３の実施形態について説
明する。図３は、本発明の第３の実施形態による紫外レ
ーザー装置の側面形状を示すものである。この図３の紫
外レーザー装置においては、レーザーダイオード11とＰ
ｒ：ＬＮ結晶14とが共通のマウント50上に固定され、レ
ーザーダイオード11から発せられたレーザービーム10が
発散光状態のままＰｒ：ＬＮ結晶14内に入射するように
なっている。
明する。図３は、本発明の第３の実施形態による紫外レ
ーザー装置の側面形状を示すものである。この図３の紫
外レーザー装置においては、レーザーダイオード11とＰ
ｒ：ＬＮ結晶14とが共通のマウント50上に固定され、レ
ーザーダイオード11から発せられたレーザービーム10が
発散光状態のままＰｒ：ＬＮ結晶14内に入射するように
なっている。
【００３７】そしてＰｒ：ＬＮ結晶14の端面14ａには、
図１の装置のＰｒ：ＬＮ結晶端面14ａに施されたものと
同じコーティングが施され、またＰｒ：ＬＮ結晶14の別
の端面14ｂには、図１の共振器ミラー15のミラー面15ａ
に施されたものと同じコーティングが施されている。つ
まり本実施形態では、Ｐｒ：ＬＮ結晶14の両端面14ａ、
14ｂによって固体レーザーの共振器が構成されている。
図１の装置のＰｒ：ＬＮ結晶端面14ａに施されたものと
同じコーティングが施され、またＰｒ：ＬＮ結晶14の別
の端面14ｂには、図１の共振器ミラー15のミラー面15ａ
に施されたものと同じコーティングが施されている。つ
まり本実施形態では、Ｐｒ：ＬＮ結晶14の両端面14ａ、
14ｂによって固体レーザーの共振器が構成されている。
【００３８】この第３の実施形態においても、第１およ
び第２の実施形態におけるのと同様に、光学部品の数を
少なくして低コスト化、小型化が可能となり、また高効
率化、高出力化も実現される。なお、Ｐｒ：ＬＮ結晶14
の両端面14ａ、14ｂに施すコーティング次第で、それら
の端面14ａ、14ｂ間で第２高調波31も共振させることが
可能であり、それによって、より高強度の第２高調波31
を得ることができる。
び第２の実施形態におけるのと同様に、光学部品の数を
少なくして低コスト化、小型化が可能となり、また高効
率化、高出力化も実現される。なお、Ｐｒ：ＬＮ結晶14
の両端面14ａ、14ｂに施すコーティング次第で、それら
の端面14ａ、14ｂ間で第２高調波31も共振させることが
可能であり、それによって、より高強度の第２高調波31
を得ることができる。
【００３９】またこの第３の実施形態では特に、Ｐｒ：
ＬＮ結晶14だけで共振器を構成するとともに、レーザー
ダイオード11から発せられるレーザービーム10を集光す
るレンズ光学系も省いているので、著しい低コスト化、
小型化が可能となる。
ＬＮ結晶14だけで共振器を構成するとともに、レーザー
ダイオード11から発せられるレーザービーム10を集光す
るレンズ光学系も省いているので、著しい低コスト化、
小型化が可能となる。
【００４０】以上、ＩｎＧａＮから活性層を構成したレ
ーザーダイオード11を用いる実施形態について説明した
が、ＩｎＧａＮＡｓ系材料あるいはＧａＮＡｓ系材料か
ら活性層を構成したレーザーダイオードを励起用光源と
して用いることも可能である。特に、固体レーザー結晶
の吸収帯が長波長側にずれている場合は、ＩｎＧａＮ系
レーザーダイオードと比べてより長波長化が実現しやす
いＩｎＧａＮＡｓ系あるいはＧａＮＡｓ系レーザーダイ
オードを用いるのが望ましく、それにより吸収効率を向
上させることができる。
ーザーダイオード11を用いる実施形態について説明した
が、ＩｎＧａＮＡｓ系材料あるいはＧａＮＡｓ系材料か
ら活性層を構成したレーザーダイオードを励起用光源と
して用いることも可能である。特に、固体レーザー結晶
の吸収帯が長波長側にずれている場合は、ＩｎＧａＮ系
レーザーダイオードと比べてより長波長化が実現しやす
いＩｎＧａＮＡｓ系あるいはＧａＮＡｓ系レーザーダイ
オードを用いるのが望ましく、それにより吸収効率を向
上させることができる。
【００４１】一方固体レーザー結晶の周期ドメイン反転
構造には、１次の周期に限らず、３次の周期を適用して
もよい。また励起用レーザーダイオードとしては、ブロ
ードエリア型のものだけでなく、ＭＯＰＡ、α−ＤＦＢ
構造を有するもの等も同様に適用可能である。
構造には、１次の周期に限らず、３次の周期を適用して
もよい。また励起用レーザーダイオードとしては、ブロ
ードエリア型のものだけでなく、ＭＯＰＡ、α−ＤＦＢ
構造を有するもの等も同様に適用可能である。
【図１】本発明の第１実施形態による紫外レーザー装置
を示す概略側面図
を示す概略側面図
【図２】本発明の第２実施形態による紫外レーザー装置
を示す概略側面図
を示す概略側面図
【図３】本発明の第３実施形態による紫外レーザー装置
を示す概略側面図
を示す概略側面図
10 レーザービーム（励起光） 11 ＩｎＧａＮ系レーザーダイオード 13 集光レンズ 14 Ｐｒ：ＬＮ結晶 14ａ Ｐｒ：ＬＮ結晶の後方端面 14ｂ Ｐｒ：ＬＮ結晶の前方端面 14ｃ Ｐｒ：ＬＮ結晶の周期ドメイン反転構造 15，40，41 共振器ミラー 15ａ，40ａ，41ａ 共振器ミラーのミラー面 16 エタロン 20 ペルチェ素子 21 サーミスタ 30 レーザービーム（固体レーザー発振光） 31 第２高調波
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F072 AB20 AK10 FF09 HH07 JJ01 JJ03 JJ08 KK05 KK08 KK11 KK26 PP07 QQ02 RR05 SS06 TT05 TT14 TT15 YY09 YY20
Claims (9)
- 【請求項１】 少なくとも１つの希土類元素イオンがド
ープされた固体レーザー結晶と、 この固体レーザー結晶を内部に配置した共振器と、 前記固体レーザー結晶を励起するレーザービームを発す
る、ＧａＮ系活性層を有するレーザーダイオードとを備
えてなる固体レーザー装置において、 前記固体レーザー結晶が周期ドメイン反転構造を有する
非線形光学結晶からなり、固体レーザービームを紫外光
に波長変換する機能を持つことを特徴とする紫外レーザ
ー装置。 - 【請求項２】 前記固体レーザー結晶が、希土類元素イ
オンとして少なくともＰｒ３＋を含むものであることを
特徴とする請求項１記載の紫外レーザー装置。 - 【請求項３】 前記固体レーザー結晶が、希土類元素イ
オンとしてＥｒ３＋、Ｈｏ３＋、Ｄｙ３＋、Ｅｕ３＋、
Ｓｍ３＋、Ｐｍ３＋およびＮｄ３＋のうちの少なくとも
１つとＰｒ３＋ が共ドープされたものであることを特
徴とする請求項２記載の紫外レーザー装置。 - 【請求項４】 前記固体レーザー結晶が、ＭｇＯ：Ｌｉ
ＮｂＯ３ またはＺｎＯ：ＬｉＮｂＯ３ 結晶に希土類
元素イオンがドープされたものであることを特徴とする
請求項１から３いずれか１項記載の紫外レーザー装置。 - 【請求項５】 前記レーザーダイオードの活性層がＩｎ
ＧａＮ、ＩｎＧａＮＡｓあるいはＧａＮＡｓからなるこ
とを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の紫外
レーザー装置。 - 【請求項６】 前記共振器が、前記固体レーザー結晶と
レーザーダイオードとの間に配された共振器ミラーを備
えてなることを特徴とする請求項１から５いずれか１項
記載の紫外レーザー装置。 - 【請求項７】 前記共振器ミラーのミラー面が曲率を有
することを特徴とする請求項６記載の紫外レーザー装
置。 - 【請求項８】 前記共振器が、前記固体レーザー結晶の
両端面を共振器ミラーとして構成されていることを特徴
とする請求項１から５いずれか１項記載の紫外レーザー
装置。 - 【請求項９】 前記固体レーザー結晶の両端面に、波長
変換波も共振させるコーティングが施されていることを
特徴とする請求項８記載の紫外レーザー装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36900299A JP2001185795A (ja) | 1999-12-27 | 1999-12-27 | 紫外レーザー装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36900299A JP2001185795A (ja) | 1999-12-27 | 1999-12-27 | 紫外レーザー装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001185795A true JP2001185795A (ja) | 2001-07-06 |
Family
ID=18493311
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36900299A Withdrawn JP2001185795A (ja) | 1999-12-27 | 1999-12-27 | 紫外レーザー装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001185795A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7110426B2 (en) * | 2001-08-06 | 2006-09-19 | Sony Corporation | Laser beam generating apparatus |
| WO2006104051A1 (ja) * | 2005-03-25 | 2006-10-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 波長変換素子 |
| US7691765B2 (en) | 2005-03-31 | 2010-04-06 | Fujifilm Corporation | Translucent material and manufacturing method of the same |
| RU2541735C1 (ru) * | 2013-10-17 | 2015-02-20 | Владимир Валентинович Павлов | Твердотельный активный элемент |
| RU2632745C2 (ru) * | 2015-08-10 | 2017-10-09 | Владимир Валентинович Павлов | Многолучевой источник лазерного излучения и устройство для обработки материалов с его использованием |
-
1999
- 1999-12-27 JP JP36900299A patent/JP2001185795A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7110426B2 (en) * | 2001-08-06 | 2006-09-19 | Sony Corporation | Laser beam generating apparatus |
| WO2006104051A1 (ja) * | 2005-03-25 | 2006-10-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 波長変換素子 |
| US7848011B2 (en) | 2005-03-25 | 2010-12-07 | Panasonic Corporation | Wavelength converting element |
| JP4860605B2 (ja) * | 2005-03-25 | 2012-01-25 | パナソニック株式会社 | 波長変換素子 |
| US7691765B2 (en) | 2005-03-31 | 2010-04-06 | Fujifilm Corporation | Translucent material and manufacturing method of the same |
| RU2541735C1 (ru) * | 2013-10-17 | 2015-02-20 | Владимир Валентинович Павлов | Твердотельный активный элемент |
| RU2632745C2 (ru) * | 2015-08-10 | 2017-10-09 | Владимир Валентинович Павлов | Многолучевой источник лазерного излучения и устройство для обработки материалов с его использованием |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070306 |