JP2008047775A

JP2008047775A - Ｓｈｇレーザ

Info

Publication number: JP2008047775A
Application number: JP2006223470A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Tamai; 慎一玉井
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2006-08-18
Filing date: 2006-08-18
Publication date: 2008-02-28

Abstract

【課題】基本波を共振器内にほぼ完全に閉じ込めて、第２高調波の発生効率を高めることができるＳＨＧレーザを提供する。
【解決手段】反射ミラー６、半導体レーザ１、固体レーザ２、非線形光学結晶３、多層膜反射鏡４５を光軸上に順に配設させることにより構成されている。多層膜反射鏡４５は、非線形光学結晶３の出力側端面に形成されており、第１反射膜４と第２反射膜５とが交互に積層された構成となっている。多層膜反射鏡４５により、レーザ共振器内の基本波を反射させ、第２高調波を出射させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、非線形光学結晶を用いたＳＨＧレーザに関する。

青色レーザ光源は、光計測に広く用いられているが、光計測以外の分野でも光ディスク用の光源として高密度化が可能となるので、近年その需要が高まっている。光ディスクに応用する場合には小型化が必須であるが、小型であってしかも高い効率で発振する半導体レーザでは、現在のところ緑青色発振が得られていない。そこでＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ半導体レーザからの０．８μｍ帯の発振光を非線形光学素子に入力し、緑青色の第２高調波（ＳＨＧ）を得る研究が活発となっている。

図２は、従来の第２高調波を利用した緑青色レーザの構成例である（特許文献１参照）。半導体レーザ２１、結合光学系２２、Ｎｄ：ＹＡＧロッド２３、非線形光学素子のＫＴＰ２４、出力反射鏡２５でＳＨＧ（Second Harmonic Generation）レーザが構成されており、Ｎｄ：ＹＡＧロッド２３、非線形光学素子のＫＴＰ２４、出力反射鏡２５で共振器を構成している。

半導体レーザ２１から発せられた０．８１μｍの発振光は、結合光学系２２を経て、共振器内に設置したＮｄ：ＹＡＧロッド２３に入力される。半導体レーザ２１からの励起光により反転分布状態となったＮｄ：ＹＡＧは、１．０６４μｍの発振光を出射するが、このＮｄ：ＹＡＧ固体レーザからの基本波は、非線形光学素子のＫＴＰ２４により、第２高調波である０．５３２μｍの緑色レーザ光に変換され、出力反射鏡２５から出射される。

上記ＳＨＧレーザの変換効率はＮｄ：ＹＡＧロッド２３からの基本波の光密度に比例するが、共振器は、１．０６４μｍの基本波を閉じ込める構造となっているため、共振器内に設置されているＫＴＰ２４は、共振器内の高い光密度を利用でき、高い効率で緑色の出力光が得られる。このように、固体レーザ基本波を用いた第２高調波発生は固体レーザ基本波の良好なビーム特性を損なわず波長のみを半分に変換できることから、緑青色レーザ等に良く用いられている。
特許第３１４６５０５号公報

しかし、上記従来技術では、基本波を閉じ込めるための共振器構造として、基本波に対しては高反射となり、第２高調波に対しては低反射となる誘電体膜等による波長フィルターを出力反射鏡２５に形成しているが、このような波長フィルターでは、第２高調波は出力反射鏡２５から十分出射されるものの、基本波が完全に反射されるわけではなく、一部が第２高調波とともに出力反射鏡２５を透過していくので、基本波を有効利用できず、変換効率が低下するという問題があった。

本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、基本波を共振器内にほぼ完全に閉じ込めて、第２高調波の発生効率を高めることができるＳＨＧレーザを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、入力された基本波から第２高調波を発生させる非線形光学結晶を、レーザ共振器内に備えたＳＨＧレーザであって、前記非線形光学結晶の出力端面に第２高調波を出射させ、基本波を反射させる多層膜反射鏡を形成したことを特徴とするＳＨＧレーザである。

また、請求項２記載の発明は、前記多層膜反射鏡の各膜厚は、多層膜材料の屈折率をｎ、前記基本波の波長をλとした場合、λ／ｎに相当するように形成されていることを特徴とする請求項１記載のＳＨＧレーザである。

本発明によれば、第２高調波を発生させる非線形光学結晶の出力端面に多層膜反射鏡を形成しているので、レーザ共振器内の基本波レーザ光は、多層膜反射鏡で完全に反射されるとともに、第２高調波レーザ光は透過する。多層膜反射鏡で反射した基本波レーザ光は再度非線形光学結晶に入射するので、基本波レーザ光を完全に有効利用することができ、第２高調波レーザ光の発生効率を高めることができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図１は本発明のＳＨＧレーザの全体構成を示す。本発明のＳＨＧレーザは、反射ミラー６、半導体レーザ１、固体レーザ２、非線形光学結晶３、多層膜反射鏡４５を光軸上に順に配設させることにより構成されている。多層膜反射鏡４５は、非線形光学結晶３の出力側端面に形成されており、第１反射膜４と第２反射膜５とが交互に積層された構成となっている。図では、固体レーザ２は、非線形光学結晶３に接して形成されているが、隙間を空けて、配置するようにしても良い。

反射ミラー６と多層膜反射鏡４５との間でレーザ共振器が形成されており、レーザ共振器の基本波を閉じ込める構造となっている。

半導体レーザ１は、例えば、ＡｌＧａＡｓ半導体レーザ等で構成される。固体レーザ２は、Ｎｄ：ＹＡＧ（Ｙ_３Ａ_ｌ５Ｏ_１２）、Ｎｄ：ＹＶＯ（ＹＶＯ_４）、Ｎｄ：ＹＬＦ（ＹＬｉＦ_４）等の固体媒質が用いられる。非線形光学結晶３には、ＬＢＯ（ＬｉＢ_３Ｏ_５）、ＢＢＯ（β−ＢａＢ_２Ｏ_４）、ＬＮＯ（ＬｉＮｂＯ_３）、ＬＴＯ（ＬｉＴａＯ_３）、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ_４）、ＫＤＰ（ＫＨ_２ＰＯ_４）、ＡｇＧａＳ_２、ＡｇＧａＳｅ_２等を用いることができる。

励起光源素子としての半導体レーザ１から、励起光としてのレーザ光（波長λ_０）が出射される。この励起レーザ光は、固体レーザ２に入射される。固体レーザ２は、上記励起光の入射に応じて基本波レーザ光（波長λ）を発生し、この基本波レーザ光が、非線形光学結晶結晶３を通って多層膜反射鏡４５に達し、多層膜反射鏡４５で反射される。

非線形光学結晶３は、上記基本波レーザ光（波長λ）が入射すると、これを変換して、基本波レーザ光の２倍の周波数の第２高調波レーザ光（波長λ／２）を発生させる。例えば、基本波レーザ光の波長λを１０６４ｎｍとすると、第２高調波レーザ光の波長はλ／２の５３２ｎｍとなる。多層膜反射鏡４５は、基本波レーザ光（波長λ）を反射し、第２高調波レーザ光（波長λ／２）を透過するような特性を有している。

多層膜反射鏡４５で反射された基本波レーザ光（波長λ）は、非線形光学結晶結晶３を逆方向に進行し、反射ミラー６に到達するが、反射ミラー６によって再度反射されて、非線形光学結晶３に入射する。非線形光学結晶３では入射した基本波レーザ光を第２高調波レーザ光に変換し、変換されない基本波レーザ光は、多層膜反射鏡４５に達した後反射され、上記の動作が繰り返される。

このように、固体レーザ２で発生した基本波レーザ光は、反射ミラー６の反射面と多層膜反射鏡４５との間を往復進行し、レーザ光の発振が行われる。

ここで、多層膜反射鏡４５は、ブラッグ反射鏡とも言われるもので、特定の波長に対しある入射角においてブラッグ反射の条件を満足するように反射面を一定間隔で蓄積し、反射光の干渉を利用して反射光強度を強め、高反射率の実現を目指したものである。

実際の多層膜反射鏡では反射しようとする光の波長において高屈折率かつ低吸収である材料を反射層として用い、一定間隔で蓄積するため反射層との屈折率の差が大きくとれ、かつ、低吸収である材料をスペーサー層として用いる。つまり、多層膜反射鏡４５は、この反射層とスペーサー層を屈折率と波長により決められた周期長に交互に蓄積した多層構造を持つ。

多層膜反射鏡４５は、第１反射膜４と第２反射膜５とで構成される複数の界面からの反射光同士の干渉現象を利用するもので、異なる界面から反射されてくる光の位相を３６０度ずらせるようにして、互いに強め合うようにし、反射光の強度をきわめて高くするものである。このように動作させるためには、第１反射膜４の屈折率をｎ１、第２反射膜５の屈折率をｎ２とし、レーザ共振器内の基本波レーザ光の波長をλとすると、第１反射膜４の膜厚は、λ／ｎ１で決定され、第２反射膜５の膜厚は、λ／ｎ２で決定される。また、ｎ２＞ｎ１となる。

第２高調波の波長λ／２との関係で表すと、第１反射膜４の膜厚は、λ／（２×ｎ１）で決定され、第２反射膜５の膜厚は、λ／（２×ｎ２）で決定される。多層膜の材料として、例えば、第１反射膜４にＳｉＯ_２、第２反射膜５にＺｒＯ_２を用いることができ、そのようにした場合には、基本波の波長λ＝１０６４ｎｍとすると、ＳｉＯ_２の屈折率は約１．５、ＺｒＯ_２の屈折率は、約２．２であるので、第１反射膜４の膜厚は約７０９ｎｍ、第２反射膜５の膜厚は約４４３ｎｍで構成することができる。

多層膜反射鏡４５の多層構造は、図では４層の重ね合わせとしているが、これよりも多くしても良い。しかしながら、４層程度で十分であり、基本波を１００％反射し、第２高調波は１００％透過する。

また、反射ミラー６の反射面は、波長λの基本波レーザ光が反射されるように鏡面となっているが、この反射面に、非線形光学結晶３の出力端面に用いた多層膜反射鏡４５と同じ多層膜を形成するようにしても良い。

多層膜反射鏡４５の形成方法としては、非線形光学結晶３に、まずＳｉＯ_２ターゲットを用いて、スパッタリングを行って、第１反射膜４としてＳｉＯ_２膜を積層し、次に、ＺｒＯ_２ターゲットを用いて、スパッタリングを行って第２反射膜５としてＺｒＯ_２膜を積層し、これを交互に繰り返す。

多層膜反射鏡４５の多層膜には、上記のＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２の他に、ルチル（ＴｉＯ_２）、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、ＡｌＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４等を適切に組み合わせて、第１反射膜４及び第２反射膜５として用いることができる。

本発明のＳＨＧレーザの全体構成を示す図である。従来のＳＨＧレーザの全体構成を示す図である。

符号の説明

１半導体レーザ
２固体レーザ
３非線形光学結晶
４第１反射膜
５第２反射膜
６反射ミラー
４５多層膜反射鏡

Claims

入力された基本波から第２高調波を発生させる非線形光学結晶を、レーザ共振器内に備えたＳＨＧレーザであって、
前記非線形光学結晶の出力端面に第２高調波を出射させ、基本波を反射させる多層膜反射鏡を形成したことを特徴とするＳＨＧレーザ。
前記多層膜反射鏡の各膜厚は、多層膜材料の屈折率をｎ、前記基本波の波長をλとした場合、λ／ｎに相当するように形成されていることを特徴とする請求項１記載のＳＨＧレーザ。