JP2010219319A - 小型レーザ用光学素子 - Google Patents

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【課題】所望の値に近い楕円率のモードが得られる小型レーザ用光学素子を提供する。
【解決手段】レーザ結晶(1)と波長変換結晶(2)とを接合した構造を持つ小型レーザ用光学素子において、光共振器端面側となるレーザ結晶(1)の端面部分に溝(7,8)を形成する。
【効果】溝(7,8)の位置や形状を変えることによって熱レンズ効果の異方性を制御すれば、溝(7,8)を形成しないときのモードの楕円率が1よりずっと小さくなる場合でも、溝(7,8)を形成することによって1に近い楕円率のモードを得ることが出来る。
【選択図】図1

Description

本発明は、小型レーザ用光学素子に関し、さらに詳しくは、所望の値に近い楕円率のモードが得られる小型レーザ用光学素子に関する。
レーザ結晶と波長変換結晶とを貼り合わせた構造の小型レーザ用光学素子が知られている(特許文献1参照。)。
特開2007−225786号公報
従来の小型レーザ用光学素子では、モードが楕円になる傾向があった。つまり、モードの楕円率が1よりずっと小さくなる傾向があった。
しかし、一般的には、モードが円に近いことが望まれる。
そこで、本発明の目的は、所望の値に近い楕円率のモードが得られる小型レーザ用光学素子を提供することにある。
第1の観点では、本発明は、光共振器端面となる部品(1)を含む小型レーザ用光学素子であって、光共振器端面となる部品(1)の光軸(y)に直交し且つ互いに直交する2方向(x,z)の放熱特性を異ならせたことを特徴とする小型レーザ用光学素子を提供する。
上記第1の観点による小型レーザ用光学素子では、光共振器端面となる部品の光軸に直交し且つ互いに直交する2方向の放熱特性を異ならせたため、熱レンズ効果に異方性を生じる。そして、この熱レンズ効果の異方性により、モードの楕円率が変化する。そこで、放熱特性の差を変えることによって熱レンズ効果の異方性を制御すれば、所望の値に近い楕円率のモードを得ることが出来る。
第2の観点では、本発明は、前記第1の観点による小型レーザ用光学素子であって、光共振器端面となる部品(1)に前記2方向(x,z)のうちの一方向に延びる2本以上の溝(7,8)を形成したことを特徴とする小型レーザ用光学素子を提供する。
上記第2の観点による小型レーザ用光学素子では、光共振器端面となる部品の光軸に直交し且つ互いに直交する2方向のうちの一方向に延びる2本以上の溝を光共振器端面となる部品に形成するため、熱レンズ効果に異方性を生じる。そして、この熱レンズ効果の異方性により、モードの楕円率が変化する。そこで、溝の位置や形状を変えることによって熱レンズ効果の異方性を制御すれば、所望の値に近い楕円率のモードを得ることが出来る。
第3の観点では、本発明は、前記第1の観点による小型レーザ用光学素子であって、前記2方向(x,z)の幅(Wx,Wz)を異ならせたことを特徴とする小型レーザ用光学素子を提供する。
上記第3の観点による小型レーザ用光学素子では、光共振器端面となる部品の光軸に直交し且つ互いに直交する2方向の幅を異ならせたため、熱レンズ効果に異方性を生じる。そして、この熱レンズ効果の異方性により、モードの楕円率が変化する。そこで、幅を変えることによって熱レンズ効果の異方性を制御すれば、所望の値に近い楕円率のモードを得ることが出来る。
第4の観点では、本発明は、光共振器端面となる部品(1)およびヒートシンク(11)を含む小型レーザ用光学素子であって、光共振器端面となる部品(1)の光軸(y)に直交し且つ互いに直交する2方向(x,z)におけるヒートシンク(11)に対する伝熱特性を異ならせたことを特徴とする小型レーザ用光学素子を提供する。
上記第4の観点による小型レーザ用光学素子では、光共振器端面となる部品の光軸に直交し且つ互いに直交する2方向におけるヒートシンクに対する伝熱特性を異ならせたため、熱レンズ効果に異方性を生じる。そして、この熱レンズ効果の異方性により、モードの楕円率が変化する。そこで、伝熱特性の差を変えることによって熱レンズ効果の異方性を制御すれば、所望の値に近い楕円率のモードを得ることが出来る。
第5の観点では、本発明は、光共振器端面となる部品(1)およびヒートシンクを含む小型レーザ用光学素子であって、光共振器端面となる部品(1)の光軸(y)に直交し且つ互いに直交する2方向(x,z)のうちの一方向にのみヒートシンク(12)を設けたことを特徴とする小型レーザ用光学素子を提供する。
上記第5の観点による小型レーザ用光学素子では、光共振器端面となる部品の光軸に直交し且つ互いに直交する2方向のうちの一方向にのみヒートシンクを設けたため、熱レンズ効果に異方性を生じる。そして、この熱レンズ効果の異方性により、モードの楕円率が変化する。そこで、ヒートシンクを変えることによって熱レンズ効果の異方性を制御すれば、所望の値に近い楕円率のモードを得ることが出来る。
本発明の小型レーザ用光学素子によれば、所望の値に近い楕円率のモードを得ることが出来る。
実施例1に係る小型レーザ用光学素子を示す斜視図である。 実施例1に係る小型レーザ用光学素子のニアフィールドパターンを示す模式図である。 溝を形成しない従来の小型レーザ用光学素子のニアフィールドパターンを示す模式図である。 実施例2に係る小型レーザ用光学素子を示す斜視図である。 実施例3に係る小型レーザ用光学素子を示す斜視図である。 実施例3に係る小型レーザ用光学素子のニアフィールドパターンを示す模式図である。 実施例4に係る小型レーザ用光学素子を示す斜視図である。 実施例4に係る小型レーザ用光学素子のニアフィールドパターンを示す模式図である。 実施例5に係る小型レーザ用光学素子を示す斜視図である。 実施例5に係る小型レーザ用光学素子のニアフィールドパターンを示す模式図である。 実施例5の変形例に係る小型レーザ用光学素子のニアフィールドパターンを示す模式図である。 実施例6に係る小型レーザ用光学素子を示すy軸方向矢視図である。 実施例7に係る小型レーザ用光学素子を示すy軸方向矢視図である。 実施例8に係る小型レーザ用光学素子を示すy軸方向矢視図である。 実施例9に係る小型レーザ用光学素子を示すy軸方向矢視図である。
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。
−実施例1−
図1は、実施例1に係る小型レーザ用光学素子101を示す斜視図である。
この小型レーザ用光学素子101は、半導体レーザからの励起レーザ光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を出す波長変換結晶2と、波長変換結晶2をサンドイッチ状に挟むダミー材3,4とを接着剤で接合した構造である。
基本波用高反射膜5,6が形成された両端面は、光共振器端面になっている。
レーザ結晶1には、光軸(y軸)に直交し且つ互いに直交する2方向(x方向,z方向)のうちの一方向(ここではx方向)に延びる2本の溝7,8が形成されている。
レーザ結晶1は、Nd:YVO4であり、レーザダイオードなどで光励起されることにより波長1.064μmの基本波レーザ光を出す。
レーザ結晶1のy軸方向の幅は0.5mm、x方向の幅は1mm、z方向の幅は1mmである。
波長変換結晶2は、MgOドープ低比組成タンタル酸リチウムであり、波長0.532μmの波長変換レーザ光を出す。
波長変換結晶2のy軸方向の幅は1mm、x方向の幅は0.4mm、z方向の幅は1mmである。
ダミー材7,8は、セラミクスである。
ダミー材7,8のx方向の幅は0.3mmである。
溝7,8の幅は0.1mm、深さは0.3mmである。溝7,8の間隔は0.5mmである。
図2に示すように、小型レーザ用光学素子101は、x方向とz方向に関して形状に差がないヒートシンク11を接着材10で固着して使用される。
レーザ結晶1のc軸がx方向であり、a軸がz方向およびy軸方向である場合、一般的にはニアフィールドパターンNは円形に近くなる。つまり、モードの楕円率が1に近くなる。
一方、図3に示すように、レーザ結晶1のc軸がx方向であり、a軸がz方向およびy軸方向であり、溝7,8を形成しない場合、一般的にはニアフィールドパターンNはx方向に長い楕円形になる。つまり、モードの楕円率が1よりずっと小さくなる。
図3に示すようにニアフィールドパターンNが楕円形になるのは、元々の熱レンズ効果の異方性によるためである。この元々の熱レンズ効果の異方性を相殺するように溝7,8による熱レンズ効果の異方性が作用するため、図2に示すようにニアフィールドパターンNが円形になる。
−製造例−
特許文献1に開示の製造方法で溝7,8を形成しない小型レーザ用光学素子を製造し、ファーフィールドパターンの楕円率が1.2以上のものを19個選んだ。次に、選んだ19個の小型レーザ用光学素子にダイシング装置で溝7,8を形成した。
これら溝7,8を形成した小型レーザ用光学素子10のファーフィールドパターンNを測定したところ、11個の楕円率が1.2より小さくなった。
−シミュレーション−
計算によるシミュレーションを行ったところ、溝7,8の延びる方向の熱レンズ効果が強まり、溝7,8に直交する方向の熱レンズ効果が弱まる結果が得られた。つまり、溝7,8を形成すると、溝7,8のないときのニアフィールドパターンNが溝7,8の延びる方向には縮まり、溝7,8に直交する方向には伸びることになる。従って、溝7,8の延びる方向に溝7,8のないときのニアフィールドパターンNが長い楕円形であるとき、溝7,8を形成することによりニアフィールドパターンNが円形に近くなる。
−実施例2−
図4に示す小型レーザ用光学素子102は、実施例1の溝7,8の深さを最大化したものである。
実施例2のニアフィールドパターンNも、図2に示すように円形に近くなる。
−実施例3−
図5に示す小型レーザ用光学素子103は、実施例1の溝7,8の幅を最大化したものである。
図6に示すように、一般的にはニアフィールドパターンNは円形に近くなる。つまり、モードの楕円率が1に近くなる。
−実施例4−
図7に示す小型レーザ用光学素子104は、実施例3の溝7,8の深さを最大化したものである。
レーザ結晶1のx方向の幅Wxは1mm,z方向の幅Wzは0.5mmである。
図8に示すように、一般的にはニアフィールドパターンNは円形に近くなる。つまり、モードの楕円率が1に近くなる。
−実施例5−
図9に示す小型レーザ用光学素子105は、波長変換結晶2のx方向の幅も実施例3のレーザ結晶1のx方向の幅Wxに合わせたものである。
図10に示すように、小型レーザ用光学素子105に、x方向とz方向に関して形状に差がないヒートシンク11を、接着材10でx方向およびz方向に固着して使用した場合、接着材10の厚さがx方向とz方向とで異なるため、一般的にはニアフィールドパターンNは円形に近くなる。つまり、モードの楕円率が1に近くなる。
他方、図11に示すように、小型レーザ用光学素子105に、x方向とz方向に関して形状に差がないヒートシンク11を、接着材10でx方向にのみ固着して使用した場合、x方向には接着材10を介して伝熱し、z方向には空隙gが伝熱しないため、一般的にはニアフィールドパターンNは円形に近くなる。つまり、モードの楕円率が1に近くなる。
−実施例6−
図12に示す小型レーザ用光学素子106は、実施例5の小型レーザ用光学素子105のx方向にのみヒートシンク12,12を取り付けたものである。
x方向には接着材10を介してヒートシンク12に伝熱し放熱されるが、z方向にはヒートシンクによる放熱がないため、一般的にはニアフィールドパターンNは円形に近くなる。つまり、モードの楕円率が1に近くなる。
−実施例7−
図13に示す小型レーザ用光学素子107は、実施例1の小型レーザ用光学素子101において、溝7,8を設ける代わりに、レーザ結晶1との間の隙間がx方向についてよりもz方向についての方が大きくなるヒートシンク13を、接着材10でx方向およびz方向に固着したものである。
接着材10の厚さがx方向とz方向とで異なるため、一般的にはニアフィールドパターンNは円形に近くなる。つまり、モードの楕円率が1に近くなる。
−実施例8−
図14に示す小型レーザ用光学素子108は、実施例7の小型レーザ用光学素子107において、ヒートシンク13を、接着材10でx方向にのみ固着して使用したものである。
x方向には接着材10を介して伝熱し、z方向には空隙gが伝熱しないため、一般的にはニアフィールドパターンNは円形に近くなる。つまり、モードの楕円率が1に近くなる。
−実施例9−
図15に示す小型レーザ用光学素子109は、実施例1の小型レーザ用光学素子101において、溝7,8を設ける代わりに、x方向にのみヒートシンク12,12を取り付けたものである。
x方向には接着材10を介してヒートシンク12に伝熱し放熱されるが、z方向にはヒートシンクによる放熱がないため、一般的にはニアフィールドパターンNは円形に近くなる。つまり、モードの楕円率が1に近くなる。
本発明の小型レーザ用光学素子は、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。
1 レーザ結晶
2 波長変換結晶
3,4 ダミー材
5,6 基本波用高反射膜
7,8 溝
10,20 小型レーザ用光学素子
N ニアフィールドパターン

Claims (5)

  1. 光共振器端面となる部品(1)を含む小型レーザ用光学素子であって、光共振器端面となる部品(1)の光軸(y)に直交し且つ互いに直交する2方向(x,z)の放熱特性を異ならせたことを特徴とする小型レーザ用光学素子。
  2. 請求項1に記載の小型レーザ用光学素子であって、光共振器端面となる部品(1)に前記2方向(x,z)のうちの一方向に延びる2本以上の溝(7,8)を形成したことを特徴とする小型レーザ用光学素子。
  3. 請求項1に記載の小型レーザ用光学素子であって、前記2方向(x,z)の幅(Wx,Wz)を異ならせたことを特徴とする小型レーザ用光学素子。
  4. 光共振器端面となる部品(1)およびヒートシンク(11)を含む小型レーザ用光学素子であって、光共振器端面となる部品(1)の光軸(y)に直交し且つ互いに直交する2方向(x,z)におけるヒートシンク(11)に対する伝熱特性を異ならせたことを特徴とする小型レーザ用光学素子。
  5. 光共振器端面となる部品(1)およびヒートシンクを含む小型レーザ用光学素子であって、光共振器端面となる部品(1)の光軸(y)に直交し且つ互いに直交する2方向(x,z)のうちの一方向にのみヒートシンク(12)を設けたことを特徴とする小型レーザ用光学素子。
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