JP2001210895A - 固体レーザーおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 共振器を構成する光学部品、および共振器内
に配置される光学部品が、各々の光通過面を合わせた状
態に一体的に接合されてなる固体レーザーにおいて、光
学部品の光軸部分に存在する接合材に光が吸収されて出
力が低下することを防止する。 【解決手段】 共振器を構成する光学部品13、および共
振器内に配置される光学部品15が、各々の光通過面13
ｂ、15ａを合わせた状態に一体的に接合されてなる固体
レーザーにおいて、光学部品13、15の少なくとも一方の
接合面13ｂにおいて、その光軸Ｏから外れた位置に少な
くとも１本の溝13ｃを形成し、この溝13ｃの外側部分の
みに配した接着剤等の接合材30により光学部品13、15を
接合する。

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ーに関
し、特に詳細には、共振器を構成する光学部品、および
共振器内に配置された光学部品が一体的に接合されてな
る固体レーザーに関するものである。

【０００２】また本発明は、上述のような構成の固体レ
ーザーを製造する方法に関するものである。

【０００３】

【従来の技術】従来、例えば特開平８−１８６３０７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、半導体レーザーから発せられた光
等によって励起する固体レーザーが公知となっている。
この種の固体レーザーにおいては、その共振器内に、固
体レーザー結晶に加えてエタロン等のモード制御素子
や、発振光を第２高調波等に波長変換（短波長化）する
非線形光学結晶等の光学部品が配設されることが多い。

【０００４】上述のような光学部品やミラー等の共振器
部品の取付けは、従来、上記特開平８−１８６３０７号
にも示されている通り、複数の部品取付面を有する共振
器ホルダーを用い、その各部品取付面に光学部品の光通
過面を固定してなされることが多かった。またその他、
特開平１０−３０３４８１号に示されているように、１
つのベース板の上に各光学部品をそれぞれ独立に配置固
定する手法も知られている。

【０００５】しかし、前者の共振器ホルダーを用いる場
合は、その加工が非常に複雑でコストも高いため、結果
として固体レーザーが高価なものになるという難点が認
められる。また後者の方法には、光学部品の取付位置や
角度の調整に手間がかかり、組立時間が長くなるという
問題が認められる。

【０００６】このような問題点を解決するため、特開平
６−３５０１７３号に示されているように、共振器を構
成する光学部品、および共振器内に配置される光学部品
を、各々の光通過面を合わせた状態に一体的に接合する
ことが提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平６−３５０
１７３号において、共振器部品とその他の光学部品を接
合する具体的方法については開示がなされていないが、
一般に複数の光学部品を一体化する方法としては、各光
学部品の光通過面間に介在させた光透過性の接着剤によ
ってそれらを接着固定する方法が知られている。

【０００８】しかし、共振器部品とその他の光学部品を
接合するためにこの方法を適用すると、部品の光軸部分
に存在する接着剤に光が吸収されて出力が低下したり、
高出力の場合は接着剤が変質したりする不具合が生じ得
る。

【０００９】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、共振器を構成する光学部品、および共振器内に
配置される光学部品を、各々の光通過面を合わせた状態
に一体的に接合してなる固体レーザーにおいて、光学部
品接合のための接着剤による出力低下等の問題発生を防
止することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の固体
レーザーは、前述したように共振器を構成する光学部
品、および共振器内に配置される光学部品が、各々の光
通過面を合わせた状態に一体的に接合されてなる固体レ
ーザーにおいて、互いに接合される光学部品の少なくと
も一方の接合面において、その光軸から外れた位置に少
なくとも１本の溝が形成され、前記互いに接合される光
学部品が、接合面の前記溝の外側部分のみに配された接
合材により接合されていることを特徴とするものであ
る。

【００１１】なお上記のように光学部品を接合するに際
しては、光学部品の接合面同士を密着させた後、これら
の接合面の間に接合材としての接着剤を浸み込ませる方
法を好適に用いることができる。

【００１２】また本発明による第２の固体レーザーは、
上記と同様に共振器を構成する光学部品、および共振器
内に配置される光学部品が、各々の光通過面を合わせた
状態に一体的に接合されてなる固体レーザーにおいて、
互いに接合される光学部品が、それぞれの側端面同士を
接合する接合材によって接合されていることを特徴とす
るものである。

【００１３】なお上記第１および第２の固体レーザーに
おいて、光学部品を接合する接合材としては、光硬化型
接着剤や熱硬化型接着剤が好適に用いられる。

【００１４】また、特に第２の固体レーザーにおいて
は、互いに接合される光学部品の側端面に各々金属薄膜
を形成した上で、接合材として、上記金属薄膜に溶接す
る金属を用いることも好ましい。

【００１５】さらにこの第２の固体レーザーにおいて
は、互いに接合される光学部品の側端面に各々金属薄膜
を形成した上で、これらの金属薄膜を互いに溶融接合さ
せて、接合材として作用させることもできる。そのよう
にする場合は、金属薄膜を、レーザー光照射により互い
に溶融接合させることが望ましい。

【００１６】一方、本発明による固体レーザーの製造方
法は、上述した通りの本発明による固体レーザーを製造
する方法において、互いに接合される光学部品の材料
を、該光学部品の製品サイズよりも大きい状態のまま、
例えばウェハー状態やもしくは長いバー状態のまま接合
し、次いでこの接合された材料を光学部品の製品サイズ
に切断して、複数組の互いに接合された光学部品を形成
することを特徴とするものである。

【００１７】

【発明の効果】本発明による第１の固体レーザーでは、
互いに接合される光学部品の少なくとも一方の接合面に
おいて、その光軸から外れた位置に少なくとも１本の溝
が形成され、この溝の外側部分のみに配された接着剤等
の接合材により光学部品が接合されているので、光学部
品の光軸部分に接合材が存在せず、したがって接合材の
光吸収による出力低下や、接合材の変質等の問題発生を
防止可能となる。

【００１８】接着剤等の接合材を上述のように接合面に
局部的に存在させる上では、接合面に形成された溝が効
果的に作用している。すなわち例えば、光学部品の接合
面同士を密着させる前にこの溝の外側において接合面に
付着させた接着剤や、あるいは光学部品の接合面同士を
密着させた後に、これらの接合面の間に浸み込ませた接
着剤が光学部品の光軸側にはみ出そうとしても、接着剤
はこの溝に捕捉されて、それ以上光軸側に進み得ないの
である。

【００１９】一方、本発明による第２の固体レーザーで
は、互いに接合される光学部品が、それぞれの側端面同
士を接合する接合材によって接合されているので、この
場合も光学部品の光軸部分に接合材が存在せず、したが
って接合材の光吸収による出力低下や、接合材の変質等
の問題発生を防止可能となる。

【００２０】また、本発明による固体レーザーの製造方
法は、上述したように互いに接合される光学部品の材料
を、該光学部品の製品サイズよりも大きい状態のまま接
合し、次いでこの接合された材料を光学部品の製品サイ
ズに切断して、複数組の互いに接合された光学部品を形
成するようにしているので、光学部品材料の接合作業を
１回行なうだけ複数の光学部品を製造できるものとな
る。したがってこの方法によれば、固体レーザーの製造
に要する工数を少なくして、固体レーザーを比較的安価
に形成可能となる。

【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
施形態による固体レーザーの側面形状を示すものであ
る。この固体レーザーは一例として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
を発するチップ状態の半導体レーザー11と、発散光であ
る上記レーザービーム10を集光する集光レンズ12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ＹＶＯ_４ 結晶（以下、Ｎｄ：ＹＶＯ_４ 結晶と称す
る）13と、このＮｄ：ＹＶＯ_４ 結晶13の前方側（図中
右方側）に配された共振器ミラー14とを有している。そ
してこの共振器ミラー14とＮｄ：ＹＶＯ_４ 結晶13との
間には、Ｎｄ：ＹＶＯ_４ 結晶13側から順に、光波長変
換素子15およびエタロン16が配置されている。

【００２２】上記Ｎｄ：ＹＶＯ_４ 結晶13および共振器
ミラー14は後述のように共振器を構成するものである
が、それらの間に配設された光波長変換素子15およびエ
タロン16とともに一体的に接合されている。なお、この
接合構造については、後に詳しく説明する。

【００２３】上記半導体レーザー11としては、波長809
ｎｍのレーザービーム10を発するブロードエリア型のも
のが用いられている。一方光波長変換素子15は、非線形
光学材料である、ＭｇＯがドープされたＬｉＮｂＯ_３
（ＭｇＯ−ＬＮ）結晶に周期ドメイン反転構造17が形成
されてなるものである。

【００２４】なお上述の各要素11〜16はペルチェ素子20
の上に固定され、図示しない温度検出手段としてのサー
ミスタおよび温度制御回路により駆動制御されるこのペ
ルチェ素子20により、所定温度に制御される。

【００２５】以下、この半導体レーザー励起固体レーザ
ーの作用について説明する。レーザービーム10は集光レ
ンズ12により、Ｎｄ：ＹＶＯ_４ 結晶13内で収束するよ
うに集光される。Ｎｄ：ＹＶＯ_４ 結晶13は、入射した
このレーザービーム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1064ｎｍの光を発する。Ｎｄ：
ＹＶＯ_４ 結晶13の励起光入射側の端面13ａには、波長
1064ｎｍの光は良好に反射させ、波長809 ｎｍの励起用
レーザービーム10は良好に透過させるコーティングが施
されている。一方共振器ミラー14のミラー面14ａには、
波長1064ｎｍの光は良好に反射させ下記の波長532 ｎｍ
の光は透過させるコーティングが施されている。

【００２６】したがって、波長1064ｎｍの光は上記各面
13ａ、14ａ間に閉じ込められてレーザー発振を引き起こ
し、こうして発生したレーザービーム18は光波長変換素
子15により波長が１／２すなわち532 ｎｍの第２高調波
19に変換され、この第２高調波19が共振器ミラー14から
出射する。なおこの際、光波長変換素子15の周期ドメイ
ン反転構造17において位相整合（いわゆる疑似位相整
合）が取られる。

【００２７】以上説明の通り本実施形態では、Ｎｄ：Ｙ
ＶＯ_４ 結晶13と共振器ミラー14とによって固体レーザ
ーの共振器が構成されている。次に、これらの共振器構
成部品と光波長変換素子15およびエタロン16との一体化
構造について説明する。

【００２８】図２は、Ｎｄ：ＹＶＯ_４ 結晶13および光
波長変換素子15の側面形状を拡大して示すものである。
図示される通り、Ｎｄ：ＹＶＯ_４ 結晶13の光波長変換
素子15に対する接合面13ｂには、光軸Ｏから外れた位置
において一例として２本の溝13ｃが、光軸Ｏを間に挟む
状態に形成されている。これらの溝13ｃは、例えば切断
加工機を用いて刻設される。

【００２９】Ｎｄ：ＹＶＯ_４ 結晶13と光波長変換素子
15とを一体化するに際して、まず両者はそれぞれの接合
面13ｂと接合面15ａとを合わせた状態で、治具等によっ
て固定される。次いで２本の溝13ｃの各々の外側、つま
り光軸Ｏと反対側から、接合面13ｂと接合面15ａとの間
に接着剤30が塗布される。なお本例において、この接着
剤30としては例えば光硬化型接着剤が用いられている。

【００３０】接着剤30は接合面13ｂと接合面15ａとの間
を内側、つまり光軸Ｏ側に浸み込んで行き、両接合面13
ｂ、15ａの間に行き渡る。しかしここで、上述の通りの
２本の溝13ｃが形成されているので、接着剤30はこれら
の溝13ｃまで到達したならばそこに捕捉され、それ以上
光軸Ｏ側に進むことはない。なおこの接着剤30は、上述
のように両接合面13ｂ、15ａの間に行き渡らせる必要が
あるので、比較的粘度の低いものを用いるのが好まし
い。

【００３１】次に接着剤30の部分に光が照射され、それ
により接着剤30が硬化して、Ｎｄ：ＹＶＯ_４ 結晶13と
光波長変換素子15とが一体化に接合される。このように
Ｎｄ：ＹＶＯ_４ 結晶13と光波長変換素子15とを接着し
ても、上述した通り接着剤30が光軸Ｏの部分まで到達す
ることはないので、光軸Ｏに沿って進行する固体レーザ
ービーム18や第２高調波19、さらには励起用レーザービ
ーム10が接着剤30に吸収されて出力が低下する等の問題
は発生しない。また、特にこの固体レーザーが高出力の
場合に、接着剤30がレーザービームの照射を受けて変質
する等の問題も回避することができる。

【００３２】なお、Ｎｄ：ＹＶＯ_４ 結晶13の接合面13
ｂにおいて溝13ｃを形成する位置は、光軸Ｏの周りにお
ける固体レーザービーム18および第２高調波19のビーム
径を考慮して、そのビーム径から外れる位置に設定すれ
ばよい。

【００３３】また、Ｎｄ：ＹＶＯ_４ 結晶13と光波長変
換素子15とを、上述のようにそれぞれの光通過面（接合
面13ｂ、15ａ）を合わせて一体化しているので、それら
を各々ホルダーに取り付ける場合のように各素子の取付
位置、角度を調整する必要がなく、固体レーザーの組立
てが容易化される。

【００３４】なお接着剤30としては、上述した光硬化型
接着剤の他に、熱硬化型接着剤等も好適に用いることが
できる。光硬化型接着剤としては特に紫外線硬化型接着
剤が好適であり、また熱による硬化促進や、嫌気性のＯ
_２ 排除による硬化促進等の他の硬化促進効果が付与さ
れていてもよい。またこの実施形態では、Ｎｄ：ＹＶＯ
_４ 結晶13にのみ溝13ｃを形成しているが、反対に光波
長変換素子15にのみ同様の溝を形成してもよいし、ある
いは、Ｎｄ：ＹＶＯ_４ 結晶13と光波長変換素子15の双
方に同様の溝を形成してもよい。

【００３５】以上、Ｎｄ：ＹＶＯ_４ 結晶13と光波長変
換素子15との接合構造について説明したが、光波長変換
素子15とエタロン16との接合、およびエタロン16と共振
器ミラー14との接合にも同じ接合構造を適用可能であ
り、そのようにする場合も上述と同様の効果を奏するこ
とができる。

【００３６】次に、図３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３において、図１お
よび２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）。

【００３７】図３は、本発明の第２の実施形態による半
導体レーザー励起固体レーザーに用いられたＮｄ：ＹＶ
Ｏ_４ 結晶13と光波長変換素子15との接合構造を示す側
面図である。この実施形態では、Ｎｄ：ＹＶＯ_４ 結晶
13と光波長変換素子15の側端面同士が、部分的に塗布し
た接着剤30によって接着固定されている。

【００３８】このようにＮｄ：ＹＶＯ_４ 結晶13と光波
長変換素子15とを一体化するに際して、まず両者はそれ
ぞれの接合面13ｂと接合面15ａとを合わせた状態で、治
具等によって固定される。次いでＮｄ：ＹＶＯ_４ 結晶
13と光波長変換素子15の各側端面13ｄ、15ｄに、それら
両面を連絡する状態にして接着剤30が塗布される。なお
本例でも、接着剤30としては例えば光硬化型接着剤が用
いられている。

【００３９】次に接着剤30の部分に光が照射され、それ
により接着剤30が硬化して、Ｎｄ：ＹＶＯ_４ 結晶13と
光波長変換素子15とが一体化に接合される。このように
Ｎｄ：ＹＶＯ_４ 結晶13と光波長変換素子15の各側端面
13ｄ、15ｄ同士を接着固定するのであれば、接着剤30が
光軸Ｏの部分まで到達することはない。そこでこの場合
も、光軸Ｏに沿って進行する固体レーザービーム18や第
２高調波19、さらには励起用レーザービーム10が接着剤
30に吸収されて出力が低下する等の問題が発生しない。
また、接着剤30の変質の問題も回避することができる。

【００４０】なおこの場合は、接着剤30として、比較的
粘度の高いものを用いるのが好ましい。またこの場合
も、接着剤30として、光硬化型接着剤の他に熱硬化型接
着剤等を用いることもできる。光硬化型接着剤としては
特に紫外線硬化型接着剤が好適であり、また熱による硬
化促進や、嫌気性のＯ_２ 排除による硬化促進等の他の
硬化促進効果が付与されていてもよい。

【００４１】次に、図４を参照して本発明の第３の実施
形態について説明する。図４は、本発明の第３の実施形
態による半導体レーザー励起固体レーザーに用いられた
Ｎｄ：ＹＶＯ_４ 結晶13と光波長変換素子15との接合構
造を示す側面図である。

【００４２】この実施形態では、Ｎｄ：ＹＶＯ_４ 結晶
13と光波長変換素子15の側端面同士が、半田40によって
接合されている。この場合はまず、Ｎｄ：ＹＶＯ_４ 結
晶13と光波長変換素子15の各側端面13ｄ、15ｄ上にそれ
ぞれ金（Ａｕ）の薄膜41、42が蒸着され、その後これら
の金薄膜41、42が、鉛やインジウム等の半田40によって
互いに溶接固定される。

【００４３】このようにＮｄ：ＹＶＯ_４ 結晶13と光波
長変換素子15の各側端面13ｄ、15ｄ同士を、接合材とし
ての半田40によって溶接固定するのであれば、接合材が
光軸Ｏの部分まで到達するような事態は生じない。そこ
でこの場合も、光軸Ｏに沿って進行する固体レーザービ
ーム18や第２高調波19、さらには励起用レーザービーム
10が接合材に吸収されて出力が低下する等の問題が発生
しない。

【００４４】なお、上記金薄膜41、42等の金属薄膜をＮ
ｄ：ＹＶＯ_４ 結晶13と光波長変換素子15の各側端面13
ｄ、15ｄに形成した後、それらの金属薄膜を互いに溶融
接合することにより、Ｎｄ：ＹＶＯ_４ 結晶13と光波長
変換素子15とを接合してもよい。そのようにする場合
は、レーザー光照射によって金属薄膜を溶融接合させる
方法を好適に用いることができる。

【００４５】また、以上説明した実施形態では、Ｎｄ：
ＹＶＯ_４ 結晶13と光波長変換素子15とをそれぞれ製品
サイズに仕上げてから両者を接合しているが、互いに接
合される光学部品の材料を、該光学部品の製品サイズよ
りも大きい状態のまま接合し、次いでこの接合された材
料を光学部品の製品サイズに切断して、複数組の互いに
接合された光学部品を形成するようにしてもよい。その
場合は、光学部品材料の接合作業を１回行なうだけ複数
の光学部品を製造可能となる。したがってこの方法によ
れば、固体レーザーの製造に要する工数を少なくして、
固体レーザーを比較的安価に形成可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態による固体レーザーを
示す側面図

【図２】上記第１の実施形態による固体レーザーの要部
を示す側面図

【図３】本発明の第２の実施形態による固体レーザーの
要部を示す側面図

【図４】本発明の第３の実施形態による固体レーザーの
要部を示す側面図

【符号の説明】

10 レーザービーム（励起光） 11 半導体レーザー 12 集光レンズ 13 Ｎｄ：ＹＶＯ_４ 結晶 14 共振器ミラー 15 光波長変換素子 16 エタロン 17 周期ドメイン反転構造 18 固体レーザービーム 19 第２高調波 20 ペルチェ素子 30 接着剤 40 半田 41、42 金薄膜

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 共振器を構成する光学部品、および共振
   器内に配置される光学部品が、各々の光通過面を合わせ
   た状態に一体的に接合されてなる固体レーザーにおい
   て、 互いに接合される光学部品の少なくとも一方の接合面に
   おいて、その光軸から外れた位置に少なくとも１本の溝
   が形成され、 前記互いに接合される光学部品が、接合面の前記溝の外
   側部分のみに配された接合材により接合されていること
   を特徴とする固体レーザー。
2. 【請求項２】 共振器を構成する光学部品、および共振
   器内に配置される光学部品が、各々の光通過面を合わせ
   た状態に一体的に接合されてなる固体レーザーにおい
   て、 互いに接合される光学部品が、それぞれの側端面同士を
   接合する接合材によって接合されていることを特徴とす
   る固体レーザー。
3. 【請求項３】 前記接合材が光硬化型接着剤であること
   を特徴とする請求項１または２記載の固体レーザー。
4. 【請求項４】 前記接合材が熱硬化型接着剤であること
   を特徴とする請求項１または２記載の固体レーザー。
5. 【請求項５】 前記互いに接合される光学部品の側端面
   に各々金属薄膜が形成され、 前記接合材が、前記金属薄膜に溶接する金属であること
   を特徴とする請求項２記載の固体レーザー。
6. 【請求項６】 前記互いに接合される光学部品の側端面
   に各々金属薄膜が形成され、 これらの金属薄膜が互いに溶融接合して、前記接合材を
   構成していることを特徴とする請求項２記載の固体レー
   ザー。
7. 【請求項７】 前記金属薄膜が、レーザー光照射により
   互いに溶融接合されたものであることを特徴とする請求
   項６記載の固体レーザー。
8. 【請求項８】 請求項１から７いずれか１項記載の固体
   レーザーを製造する方法において、 前記互いに接合される光学部品の材料を、該光学部品の
   製品サイズよりも大きい状態のまま接合し、 次いでこの接合された材料を光学部品の製品サイズに切
   断して、複数組の互いに接合された光学部品を形成する
   ことを特徴とする固体レーザーの製造方法。
9. 【請求項９】 請求項１記載の固体レーザーを製造する
   方法において、互いに接合される光学部品の接合面同士
   を密着させた後、これらの接合面の間に前記接合材とし
   ての接着剤を浸み込ませることを特徴とする固体レーザ
   ーの製造方法。
10. 【請求項１０】 請求項６記載の固体レーザーを製造す
    る方法において、前記金属薄膜をレーザー光照射により
    互いに溶融接合することを特徴とする固体レーザーの製
    造方法。