JP2010147035A - Optical element and method of manufacturing same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学素子および光学素子の製造方法に関し、さらに詳しくは、レーザ発振の安定性に優れた光学素子および光学素子の製造方法に関する。 The present invention relates to an optical element and a method for manufacturing the optical element, and more particularly to an optical element having excellent laser oscillation stability and a method for manufacturing the optical element.
レーザ結晶と波長変換結晶とを貼り合わせた構造の光学素子およびその製造方法が知られている(例えば特許文献1、2参照。)。
従来の光学素子では、両端を平行平面研磨したレーザ結晶と両端を平行平面研磨した波長変換結晶とを貼り合わせて平行平面型の共振器を形成している。このような平行平面型の共振器では、レーザ結晶内に発生する熱レンズ効果を利用してレーザ発振の安定性を得ている。すなわち、熱レンズ効果により、平行平面型よりも安定性の高い半共焦点型の共振器として擬似的に動作し、レーザ発振が安定する。
しかし、励起光パワーが高く、高出力の場合には、十分な熱レンズ効果が得られるが、励起光パワーが低く、低出力の場合には、十分な熱レンズ効果が得られず、レーザ発振が不安定になる問題点がある。
そこで、本発明の目的は、励起光パワーが低く、低出力の場合でも、レーザ発振の安定性に優れた光学素子および光学素子の製造方法を提供することにある。
In a conventional optical element, a laser crystal whose both ends are parallel plane polished and a wavelength conversion crystal whose both ends are parallel plane polished are bonded together to form a parallel plane type resonator. In such a parallel plane type resonator, the stability of laser oscillation is obtained by utilizing the thermal lens effect generated in the laser crystal. That is, due to the thermal lens effect, it operates in a pseudo manner as a semi-confocal resonator having higher stability than the parallel plane type, and the laser oscillation is stabilized.
However, when the pumping light power is high and the output is high, a sufficient thermal lens effect can be obtained, but when the pumping light power is low and the output is low, a sufficient thermal lens effect cannot be obtained and laser oscillation There is a problem that becomes unstable.
Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical element having excellent laser oscillation stability even when the pumping light power is low and the output is low, and a method for manufacturing the optical element.
第1の観点では、本発明は、両端に反射ミラー(51,52)を有し且つレーザ結晶(1)および波長変換結晶(2)を含む光路の周囲をダミー材(3a,3b,3c,3d)で覆って前記光路を光導波路としたことを特徴とする光学素子(10)を提供する。
上記第1の観点による光学素子(10)では、光路を光導波路としたため、光の横閉じ込めができ、安定した横モードが得られる。これにより、励起光パワーが低く、低出力で、十分な熱レンズ効果が得られない場合でも、レーザ発振が安定になる。
In the first aspect, the present invention provides a dummy material (3a, 3b, 3c,...) Around the optical path including the reflection mirrors (51, 52) at both ends and including the laser crystal (1) and the wavelength conversion crystal (2). Provided is an optical element (10) characterized in that the optical path is an optical waveguide covered with 3d).
In the optical element (10) according to the first aspect, since the optical path is an optical waveguide, light can be laterally confined and a stable lateral mode can be obtained. This stabilizes the laser oscillation even when the pumping light power is low, the output is low, and a sufficient thermal lens effect cannot be obtained.
第2の観点では、本発明は、光軸方向辺(Z1)と幅方向辺(G1)と厚さ方向辺(H1)とを有する板状体であるレーザ結晶大基板(11)および光軸方向辺(Z2)と幅方向辺(G1)と厚さ方向辺(H1)とを有する板状体である波長変換結晶大基板(12)を幅方向辺(G1)と厚さ方向辺(H1)で区画された面同士を当接させた状態で第1ダミー大基板(31)および第2ダミー大基板(32)で挟んで一体化し、光軸方向辺(Z1+Z2)と幅方向辺(G1)で区画された面に垂直に切断分離して複数の複合基板(43)とし、光軸方向辺(Z1+Z2)と幅方向辺(G3)で区画された面同士を対向させて複数の前記複合基板(43)を並べて第3ダミー大基板(33)および第4ダミー大基板(34)で挟んで一体化し複合大基板(44)とし、前記複合大基板(44)の光軸方向辺(Z1+Z2)の両端面にHRコート(51,52)を形成した後、各複合基板(43)を分離するように前記複合大基板(44)を切断して複数の光学素子(10)を得ることを特徴とする光学素子の製造方法を提供する。
上記第2の観点による光学素子の製造方法では、前記第1の観点による光学素子(10)を効率よく量産できる。
In a second aspect, the present invention relates to a laser crystal large substrate (11) which is a plate-like body having an optical axis direction side (Z1), a width direction side (G1), and a thickness direction side (H1), and an optical axis. The wavelength conversion crystal large substrate (12), which is a plate-like body having a direction side (Z2), a width direction side (G1), and a thickness direction side (H1), is converted into a width direction side (G1) and a thickness direction side (H1). ) Are integrated by being sandwiched between the first dummy large substrate (31) and the second dummy large substrate (32) in a state where the surfaces partitioned by each other are in contact with each other. ) Are cut and separated perpendicularly to the plane partitioned by (4) to form a plurality of composite substrates (43), and the plurality of composites are formed by facing the planes partitioned by the optical axis direction side (Z1 + Z2) and the width direction side (G3). The substrates (43) are arranged side by side and integrated between the third dummy large substrate (33) and the fourth dummy large substrate (34). After forming HR coat (51, 52) on both end faces of the optical axis direction side (Z1 + Z2) of the composite large substrate (44) as a large substrate (44), the composite substrates (43) are separated from each other. There is provided a method for manufacturing an optical element, characterized in that a plurality of optical elements (10) are obtained by cutting a composite large substrate (44).
In the optical element manufacturing method according to the second aspect, the optical element (10) according to the first aspect can be mass-produced efficiently.
本発明の光学素子によれば、励起状態や出力に関係なく、レーザ発振を安定化することが出来る。
本発明の光学素子の製造方法によれば、レーザ発振の安定性に優れた光学素子を効率よく量産することが出来る。
According to the optical element of the present invention, laser oscillation can be stabilized regardless of the excited state or output.
According to the method for manufacturing an optical element of the present invention, an optical element having excellent laser oscillation stability can be mass-produced efficiently.
以下、図に示す実施例により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the embodiments shown in the drawings. Note that the present invention is not limited thereby.
図1は、実施例1に係る光学素子10を示す斜視図である。図2は、光学素子10の分解斜視図である。
この光学素子10は、半導体レーザからの励起レーザ光Liにより励起されて基本波レーザ光を出すレーザ結晶1と、基本波レーザ光の高調波である波長変換レーザ光Loを出す波長変換結晶2と、レーザ結晶1および波長変換結晶2から形成される光路の周囲を覆って該光路を光導波路とするダミー材3a,3b,3c,3dと、光路の両端面に形成されたHRコート51,52とを具備している。
FIG. 1 is a perspective view illustrating an
The
レーザ結晶1は、例えばNdがドープされたYVO4結晶やYAG結晶である。
波長変換結晶2は、例えば周期的分極反転構造を有する擬似位相整合型波長変換結晶((例えばMgOをドープしたSLT基板)である。
ダミー材3a,3b,3c,3dは、ヒートシンクとして好適に機能するように、ガラスの熱伝導率よりも大きい熱伝導率を有する材料製とすることが好ましい。また、熱膨張した時の悪影響を抑制するため、熱膨張係数がレーザ結晶1や波長変換結晶2と同程度の材料とするのが好ましい。例えばLT基板や波長変換結晶2と同じ材料(周期的分極反転構造は必要ない)である。
HRコート51,52は、基本波レーザ光(例えば波長1.064μm)に対して高反射である。
The
The
The dummy materials 3a, 3b, 3c, and 3d are preferably made of a material having a thermal conductivity larger than that of glass so as to function suitably as a heat sink. Further, in order to suppress adverse effects when thermally expanded, it is preferable to use a material having a thermal expansion coefficient comparable to that of the
The
図3は、光学素子10の製造手順を示すフロー図である。
ステップS1では、図4に示すように、光軸方向辺長Z1,幅方向辺長G1,厚さ方向辺長H1を有する板状体であるレーザ結晶大基板11を作成する。例えばZ1≒1mm,G1≒2mm,H1≒200μmである。レーザ結晶大基板11の各面は平行平面研磨しておく。そして、ステップS4へ進む。
FIG. 3 is a flowchart showing the manufacturing procedure of the
In step S1, as shown in FIG. 4, a laser crystal
一方、ステップS2では、図5に示すように、分極反転方向Drの光軸方向辺長Z2,分極反転方向Drおよび分極方向Dpに交差する幅方向辺長G1,分極方向Dpの厚さ方向長H1の板状体である波長変換結晶大基板21を作成する。例えばZ2≒2mm,G1≒2mm,H1≒200μmである。波長変換結晶大基板21の各面は平行平面研磨しておく。そして、ステップS4へ進む。
On the other hand, in step S2, as shown in FIG. 5, the optical axis direction side length Z2 in the polarization inversion direction Dr2, the width direction side length G1 intersecting the polarization inversion direction Dr and the polarization direction Dp, and the thickness direction length in the polarization direction Dp. A wavelength conversion crystal
波長変換結晶大基板21は、例えば所定サイズの強誘電体結晶大基板21aの対向面に周期電極21bとベタ電極21cを形成し、電極間に電圧を印加し、強誘電体結晶大基板21aの内部に周期的分極反転構造を形成することにより作成しうる。電極の対向方向が分極方向Dpになり、周期電極32bの形状の周期パターン方向が分極反転方向Drになる。電極は、そのまま残しておいてもよいし、除去してもよい。
The wavelength conversion crystal
また一方、ステップS3では、図6に示すように、長さ方向辺長Z1+Z2,幅方向辺長G1,厚さ方向辺長H2を有する板状体である第1ダミー材大基板31および第2ダミー材大基板32と、長さ方向辺長Z1+Z2,幅方向辺長G2,厚さ方向辺長H2を有する板状体である第3ダミー材大基板33および第4ダミー材大基板34とを作成する。例えばZ1+Z2≒3mm,G1≒2mm,H2≒1mmである。また、G2≒8mmである。各ダミー材大基板31〜34の各面は平行平面研磨しておく。そして、ステップS4へ進む。
On the other hand, in step S3, as shown in FIG. 6, the first dummy material large substrate 31 and the second substrate which are plate-like bodies having the length direction side length Z1 + Z2, the width direction side length G1, and the thickness direction side length H2. A dummy material
ステップS4では、図7に示すようにレーザ結晶大基板11と波長変換結晶大基板21とを幅方向辺(G1)と厚さ方向辺(H1)で区画された面同士が当接した状態で第1ダミー材大基板31に載せ、接着剤で貼り付けた後、レーザ結晶大基板11と波長変換結晶大基板21とを研磨して厚さ方向長H3とする。例えばH3≒10μm〜100μmである。さらに、図8に示すようにレーザ結晶大基板11と波長変換結晶大基板21とを挟むように第2ダミー材大基板32を載せ、接着剤で貼り付けた後、光軸方向辺(Z1+Z2)と幅方向辺(G1)で区画された面に垂直に切断線C1で切断分離し、図9に示す如き複合基板43を複数得る。複合基板43は、幅方向辺長G4となる。例えばG4≒200μmである。
In step S4, as shown in FIG. 7, the laser crystal
ステップS5では、図10に示すように複数の複合基板43を研磨用ガラス板Kの上に、光軸方向辺(Z1+Z2)と幅方向辺(G3)で区画された面同士を対向させて並べ、仮固定剤(例えばワックス)で仮固定し、平面研磨し、複合基板43の幅方向辺長G3とする。例えばG3≒10μm〜100μmである。
In step S5, as shown in FIG. 10, a plurality of
ステップS6では、平面研磨した複合基板43の上に第3ダミー材大基板33を接着剤で貼り付けた後、仮固定した研磨用ガラス板Kを外し、図11に示すように複数の複合基板33を第3ダミー材大基板33上に並べて貼り付けた状態とする。そして、図12に示すように複合基板43を挟むように第4ダミー材大基板34を貼り付け、複合大基板44を得る。
In step S6, the third dummy
ステップS7では、図12に示すように複合大基板44の光軸方向辺(Z1+Z2)の両端面にHRコート51,52を形成する。そして、各複合基板43を分離するように切断線C2で複合大基板44を切断し、複数の光学素子10を得る。
In step S7, as shown in FIG. 12, HR coats 51 and 52 are formed on both end faces of the optical axis direction side (Z1 + Z2) of the composite large substrate 44. And the composite large board | substrate 44 is cut | disconnected by the cutting line C2 so that each composite board |
実施例1によれば、レーザ結晶1および波長変換結晶2から形成される光路を光導波路としたため、光の横閉じ込めができ、安定した横モードが得られ、これにより励起光パワーが低く、低出力で、十分な熱レンズ効果が得られない場合でも、レーザ発振が安定になる。
According to the first embodiment, since the optical path formed from the
光路中に、レーザ結晶1および波長変換結晶2に加えて、別の結晶(例えばノンドープYVO4)などを挿入してもよい。
In addition to the
本発明の光学素子および光学素子の製造方法は、例えばSHG波長変換技術を用いた半導体励起固体レーザ等に利用できる。 The optical element and the optical element manufacturing method of the present invention can be used for, for example, a semiconductor-excited solid-state laser using SHG wavelength conversion technology.
1 レーザ結晶
2 波長変換結晶
3a〜3d ダミー材
10 光学素子
11 レーザ結晶大基板
21 波長変換結晶大基板
31〜34 ダミー材大基板
43 複合基板
44 複合大基板
C1,C2 切断線
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