JP2012028710A - Optical module and solid-state laser device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光モジュールおよび固体レーザ装置に関し、さらに詳しくは、レーザ結晶に対するヒートシンクの位置ずれが生じることを防止し、所望の値に近い楕円率の出力ビームモードが安定に得られる光モジュールおよび固体レーザ装置に関する。 The present invention relates to an optical module and a solid-state laser device. More specifically, the present invention relates to an optical module and a solid-state device that can prevent misalignment of a heat sink with respect to a laser crystal and stably obtain an output beam mode with an ellipticity close to a desired value. The present invention relates to a laser device.
従来、レーザ結晶のc軸面(c軸に直交する面)には密着し且つa軸面(a軸に直交する面)には密着しないヒートシンクをレーザ結晶に取り付けて、レーザ結晶のc軸面からの放熱性をa軸面からの放熱性よりも高くし、熱レンズ効果に異方性を生じさせ、所望の値(一般的には「1」)に近い楕円率の出力ビームモードが得られるようにした光モジュールが知られている(特許文献1参照。)。 Conventionally, a heat sink that is in close contact with the c-axis surface (surface orthogonal to the c-axis) of the laser crystal and not in contact with the a-axis surface (surface orthogonal to the a-axis) is attached to the laser crystal, and the c-axis surface of the laser crystal The heat radiation from the a-axis surface is made higher than the heat radiation from the a-axis surface, causing anisotropy in the thermal lens effect, and an output beam mode with an ellipticity close to the desired value (generally “1”) is obtained. An optical module that can be used is known (see Patent Document 1).
上記従来の光モジュールでは、レーザ結晶のa軸面とヒートシンクとが密着しないよう空隙を設けて取り付け得られる構造になっているが、製造上、レーザ結晶とヒートシンクの相対位置がa軸方向にずれてしまうことがあった。
しかし、レーザ結晶に対するヒートシンクの位置がa軸方向にずれると、放熱性が変動してしまう。このため、熱レンズ効果の異方性にバラツキが生じ、得られる楕円率にバラツキが生じる問題点があった。
そこで、本発明の目的は、レーザ結晶に対するヒートシンクの位置ずれが生じることを防止し、所望の値に近い楕円率の出力ビームモードが安定に得られるようにした光モジュールおよび固体レーザ装置を提供することにある。
The conventional optical module has a structure in which a gap is provided so that the a-axis surface of the laser crystal and the heat sink are not in close contact with each other. However, the relative position of the laser crystal and the heat sink is shifted in the a-axis direction during manufacturing. There was a case.
However, if the position of the heat sink with respect to the laser crystal is shifted in the a-axis direction, the heat dissipation will fluctuate. For this reason, the anisotropy of the thermal lens effect varies, and there is a problem that the obtained ellipticity varies.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical module and a solid-state laser device which can prevent the positional deviation of the heat sink with respect to the laser crystal and can stably obtain an output beam mode having an ellipticity close to a desired value. There is.
第1の観点では、本発明は、レーザ結晶(1)にヒートシンク(30〜39)を取り付けてなる光モジュール(101〜112)であって、前記ヒートシンク(30〜39)を取り付けない状態での前記レーザ結晶(1)のNFPは楕円形状であり、前記楕円形状の長軸に直交する面を長軸面とし且つ前記楕円形状の短軸に直交する面を短軸面とするとき、前記ヒートシンク(30〜39)は、前記レーザ結晶(1)の少なくとも一つの長軸面端部分が嵌合しうる嵌合部(30a〜39a)を有し、且つ、前記レーザ結晶(1)の少なくとも一つの長軸面には密着し短軸面には前記嵌合部(30a〜39a)に嵌合してる部分以外は密着しないことを特徴とする光モジュール(101〜112)を提供する。
上記第1の観点による光モジュールでは、ヒートシンクを取り付けない状態でのレーザ結晶のNFPが楕円形状であるとき、その楕円形状の長軸面にヒートシンクが密着し、短軸面には実質的にヒートシンクが密着しない。このため、楕円率が「1」に近づく傾向に熱レンズ効果の異方性を生じる。さらに、ヒートシンクの嵌合部にレーザ結晶の長軸面端部分が嵌合することで、レーザ結晶に対してヒートシンクが位置ずれしなくなり、熱レンズ効果の異方性にバラツキが生じなくなる。これにより、所望の値(一般的には「1」)に近い楕円率の出力ビームモードが安定に得られるようになる。
In a first aspect, the present invention is an optical module (101 to 112) in which a heat sink (30 to 39) is attached to a laser crystal (1), and the heat sink (30 to 39) is not attached. The NFP of the laser crystal (1) is elliptical, and when the surface perpendicular to the major axis of the elliptical shape is a major axis surface and the surface perpendicular to the minor axis of the elliptical shape is a minor axis surface, the heat sink (30 to 39) have fitting portions (30a to 39a) into which at least one major axis end portion of the laser crystal (1) can be fitted, and at least one of the laser crystal (1). Provided is an optical module (101 to 112) characterized in that it adheres closely to one long axis surface and does not adhere to the short axis surface except for a portion fitted to the fitting portion (30a to 39a).
In the optical module according to the first aspect, when the NFP of the laser crystal without the heat sink attached is elliptical, the heat sink is in close contact with the major axis surface of the elliptical shape, and the heat sink is substantially in contact with the minor axis surface. Does not adhere. For this reason, the anisotropy of the thermal lens effect occurs in the tendency that the ellipticity approaches “1”. Furthermore, by fitting the end portion of the long axis surface of the laser crystal to the fitting portion of the heat sink, the heat sink is not displaced with respect to the laser crystal, and the anisotropy of the thermal lens effect does not vary. As a result, an output beam mode having an ellipticity close to a desired value (generally “1”) can be stably obtained.
第2の観点では、本発明は、レーザ結晶(1)にヒートシンク(30〜39)を取り付けてなる光モジュール(101〜112)であって、前記レーザ結晶(1)のc軸に直交する面をc軸面とし且つa軸に直交する面をa軸面とするとき、前記ヒートシンク(30〜39)は、前記ヒートシンク(30〜39)は、前記レーザ結晶(1)の少なくとも一つのc軸面端部分が嵌合しうる嵌合部(30a〜39a)を有し、且つ、前記レーザ結晶(1)の少なくとも一つのc軸面には密着しa軸面には前記嵌合部(30a〜39a)に嵌合してる部分以外は密着しないことを特徴とする光モジュール(101〜112)を提供する。
上記第2の観点による光モジュールでは、c軸面にヒートシンクが密着し、a軸面にはヒートシンクが実質的に密着しない。一方、ヒートシンクを取り付けない状態でのレーザ結晶のNFPが楕円形状であるとき、その楕円形状の長軸方向がレーザ結晶のc軸方向であり、短軸方向がレーザ結晶のa軸方向である場合が多い。このため、多くの場合、楕円率が「1」に近づく傾向に熱レンズ効果の異方性を生じる。さらに、ヒートシンクの嵌合部にレーザ結晶のc軸面端部分が嵌合することで、レーザ結晶に対してヒートシンクが位置ずれしなくなり、熱レンズ効果の異方性にバラツキが生じなくなる。これにより、多くの場合、所望の値に近い楕円率の出力ビームモードが安定に得られるようになる。
In a second aspect, the present invention is an optical module (101 to 112) in which a heat sink (30 to 39) is attached to a laser crystal (1), and is a surface orthogonal to the c-axis of the laser crystal (1). Is the c-axis plane and the plane orthogonal to the a-axis is the a-axis plane, the heat sink (30-39) is the heat sink (30-39) is at least one c-axis of the laser crystal (1). There are fitting portions (30a to 39a) into which the surface end portions can be fitted, and they are in close contact with at least one c-axis surface of the laser crystal (1) and the fitting portion (30a) on the a-axis surface. The optical module (101 to 112) is characterized in that it does not adhere to any part other than the part fitted to ~ 39a).
In the optical module according to the second aspect, the heat sink is in close contact with the c-axis surface, and the heat sink is not substantially in close contact with the a-axis surface. On the other hand, when the NFP of the laser crystal without an attached heat sink is elliptical, the major axis direction of the elliptical shape is the c-axis direction of the laser crystal and the minor axis direction is the a-axis direction of the laser crystal There are many. For this reason, in many cases, the anisotropy of the thermal lens effect occurs in the tendency that the ellipticity approaches “1”. Furthermore, by fitting the end portion of the c-axis surface of the laser crystal into the fitting portion of the heat sink, the heat sink is not displaced with respect to the laser crystal, and variation in the anisotropy of the thermal lens effect does not occur. Thereby, in many cases, an output beam mode having an ellipticity close to a desired value can be stably obtained.
第3の観点では、本発明は、前記第1から前記第3のいずれかの観点による光モジュール(104〜110)において、前記光モジュール(104〜110)は、レーザ結晶(1)と波長変換結晶(4)とが一体となった構造の光学素子(20)にヒートシンク(32〜37)を取り付けてなる光モジュール(104〜110)であることを特徴とする光モジュール(104〜110)を提供する。
上記第3の観点による光モジュールでは、レーザ結晶と波長変換結晶とが一体となった構造の光学素子を用いるため、全体を小型化できる。また、レーザ結晶と波長変換結晶の両方にヒートシンクを共用するため、部品点数を減らすことが出来る。
In a third aspect, the present invention provides the optical module (104 to 110) according to any one of the first to third aspects, wherein the optical module (104 to 110) is wavelength-converted with the laser crystal (1). An optical module (104-110), which is an optical module (104-110) comprising a heat sink (32-37) attached to an optical element (20) having a structure in which the crystal (4) is integrated. provide.
In the optical module according to the third aspect, since the optical element having the structure in which the laser crystal and the wavelength conversion crystal are integrated is used, the entire size can be reduced. In addition, since the heat sink is shared by both the laser crystal and the wavelength conversion crystal, the number of parts can be reduced.
第4の観点では、本発明は、レーザ結晶(1)と波長変換結晶(4)とが一体となった構造の光学素子(20)にヒートシンク(40〜43)を取り付けてなる光モジュール(113〜116)であって、前記ヒートシンク(40〜43)を取り付けない状態での前記レーザ結晶(1)のNFPは楕円形状であり、前記楕円形状の長軸に直交する面を長軸面とし且つ前記楕円形状の短軸に直交する面を短軸面とするとき、前記ヒートシンク(40〜43)は、前記光学素子(20)が入れられる貫通孔(40c,42c)を有し、且つ、レーザ結晶(1)の少なくとも一つの長軸面には密着し、短軸面には密着しないように切欠部(40b〜43b)が設けられていることを特徴とする光モジュール(113〜116)を提供する。
上記第4の観点による光モジュールでは、ヒートシンクを取り付けない状態でのレーザ結晶のNFPが楕円形状であるとき、その楕円形状の長軸面にヒートシンクが密着し、短軸面には実質的にヒートシンクが密着しない。このため、楕円率が「1」に近づく傾向に熱レンズ効果の異方性を生じる。さらに、ヒートシンクの貫通孔に光学素子の波長変換結晶部分が嵌合することで、レーザ結晶に対してヒートシンクが位置ずれしなくなり、熱レンズ効果の異方性にバラツキが生じなくなる。これにより、所望の値に近い楕円率の出力ビームモードが安定に得られるようになる。
In a fourth aspect, the present invention relates to an optical module (113) in which a heat sink (40-43) is attached to an optical element (20) having a structure in which a laser crystal (1) and a wavelength conversion crystal (4) are integrated. 116), and the NFP of the laser crystal (1) without the heat sink (40-43) attached is an elliptical shape, and a plane perpendicular to the major axis of the elliptical shape is a major axis surface; When the surface perpendicular to the elliptical minor axis is a minor axis surface, the heat sink (40-43) has through holes (40c, 42c) into which the optical element (20) is inserted, and a laser. An optical module (113-116) characterized in that notches (40b-43b) are provided so as to be in close contact with at least one major axis surface of the crystal (1) and not in close contact with the minor axis surface. provide.
In the optical module according to the fourth aspect, when the NFP of the laser crystal in the state where the heat sink is not attached is elliptical, the heat sink is in close contact with the major axis surface of the elliptical shape, and the heat sink is substantially in contact with the minor axis surface. Does not adhere. For this reason, the anisotropy of the thermal lens effect occurs in the tendency that the ellipticity approaches “1”. Furthermore, when the wavelength conversion crystal portion of the optical element is fitted into the through hole of the heat sink, the heat sink is not displaced with respect to the laser crystal, and variation in the anisotropy of the thermal lens effect does not occur. Thereby, an output beam mode having an ellipticity close to a desired value can be stably obtained.
第5の観点では、本発明は、レーザ結晶(1)と波長変換結晶(4)とが一体となった構造の光学素子(20)にヒートシンク(40〜43)を取り付けてなる光モジュール(113〜116)であって、前記レーザ結晶(1)のc軸に直交する面をc軸面とし且つa軸に直交する面をa軸面とするとき、前記ヒートシンク(40〜43)は、前記光学素子(20)が入れられる貫通孔(40c,42c)を有し、且つ、レーザ結晶(1)の少なくとも一つのc軸面には密着し、a軸面には密着しないように切欠部(40b〜43b)が設けられていることを特徴とする光モジュール(113〜116)を提供する。
上記第5の観点による光モジュールでは、c軸面にヒートシンクが密着し、a軸面にはヒートシンクが実質的に密着しない。一方、ヒートシンクを取り付けない状態でのレーザ結晶のNFPが楕円形状であるとき、その楕円形状の長軸方向がレーザ結晶のc軸方向であり、短軸方向がレーザ結晶のa軸方向である場合が多い。このため、多くの場合、楕円率が「1」に近づく傾向に熱レンズ効果の異方性を生じる。さらに、ヒートシンクの貫通孔に光学素子の波長変換結晶部分が嵌合することで、レーザ結晶に対してヒートシンクが位置ずれしなくなり、熱レンズ効果の異方性にバラツキが生じなくなる。これにより、多くの場合、所望の値に近い楕円率の出力ビームモードが安定に得られるようになる。
In a fifth aspect, the present invention relates to an optical module (113) in which a heat sink (40-43) is attached to an optical element (20) having a structure in which a laser crystal (1) and a wavelength conversion crystal (4) are integrated. 116), and when the surface orthogonal to the c-axis of the laser crystal (1) is the c-axis surface and the surface orthogonal to the a-axis is the a-axis surface, the heat sink (40-43) It has a through hole (40c, 42c) into which the optical element (20) can be inserted, and is in close contact with at least one c-axis surface of the laser crystal (1) and is not in close contact with the a-axis surface ( 40b to 43b) are provided. An optical module (113 to 116) is provided.
In the optical module according to the fifth aspect, the heat sink is in close contact with the c-axis surface, and the heat sink is not substantially in close contact with the a-axis surface. On the other hand, when the NFP of the laser crystal without an attached heat sink is elliptical, the major axis direction of the elliptical shape is the c-axis direction of the laser crystal and the minor axis direction is the a-axis direction of the laser crystal There are many. For this reason, in many cases, the anisotropy of the thermal lens effect occurs in the tendency that the ellipticity approaches “1”. Furthermore, when the wavelength conversion crystal portion of the optical element is fitted into the through hole of the heat sink, the heat sink is not displaced with respect to the laser crystal, and variation in the anisotropy of the thermal lens effect does not occur. Thereby, in many cases, an output beam mode having an ellipticity close to a desired value can be stably obtained.
第6の観点では、本発明は、前記第1から第5のいずれかの観点による光モジュールにおいて、レーザ結晶(1)のc軸方向の長さとa軸方向の長さとが等しいことを特徴とする光モジュールを提供する。
上記第6の観点による光モジュールでは、ヒートシンクがレーザ結晶のc軸面に密着し且つa軸面に密着しない状態でも、ヒートシンクがレーザ結晶のa軸面に密着し且つc軸面に密着しない状態でも、いずれの状態でも取り得るので、ヒートシンクを取り付けない状態でのNFPの楕円形状の長軸方向がc軸方向であり且つ短軸方向がa軸方向である場合にも、長軸方向がa軸方向であり且つ短軸方向がc軸方向である場合にも、両方に対応できる。
In a sixth aspect, the present invention provides the optical module according to any one of the first to fifth aspects, wherein the length in the c-axis direction and the length in the a-axis direction of the laser crystal (1) are equal. An optical module is provided.
In the optical module according to the sixth aspect, even when the heat sink is in close contact with the c-axis surface of the laser crystal and not in contact with the a-axis surface, the heat sink is in close contact with the a-axis surface of the laser crystal and not in contact with the c-axis surface. However, since it can be taken in any state, the long axis direction is a even when the major axis direction of the elliptical shape of NFP without the heat sink is the c axis direction and the minor axis direction is the a axis direction. Even in the case of the axial direction and the minor axis direction being the c-axis direction, both can be handled.
第7の観点では、本発明は、前記第1から第5のいずれかの観点による光モジュールにおいて、レーザ結晶のc軸方向の長さがa軸方向の長さより大きいことを特徴とする光モジュールを提供する。
上記第7の観点による光モジュールでは、必ずレーザ結晶のc軸面がヒートシンクに密着しa軸面がヒートシンクに密着しなくなるようにヒートシンクをレーザ結晶に取り付けできるので、作業が容易になる。そして、多くの場合、レーザ結晶のc軸方向がNFPの楕円形状の長軸方向になり且つa軸方向がNFPの楕円形状の短軸方向になるため、多くの場合に対応できる。
In a seventh aspect, the present invention provides the optical module according to any one of the first to fifth aspects, wherein the length of the laser crystal in the c-axis direction is greater than the length in the a-axis direction. I will provide a.
In the optical module according to the seventh aspect, since the heat sink can be attached to the laser crystal so that the c-axis surface of the laser crystal is always in close contact with the heat sink and the a-axis surface is not in close contact with the heat sink, the operation is facilitated. In many cases, the c-axis direction of the laser crystal is the long axis direction of the elliptical shape of NFP, and the a-axis direction is the short axis direction of the elliptical shape of NFP.
第8の観点では、本発明は、前記第1から第7のいずれかの観点による光モジュール(101〜116)を使用したことを特徴とする固体レーザ装置(201,202)を提供する。
上記第8の観点による固体レーザ装置では、前記第1から第7のいずれかの観点による光モジュールを使用するため、所望の値に近い楕円率のモードが安定に得られるようになる。
In an eighth aspect, the present invention provides a solid-state laser device (201, 202) characterized by using the optical module (101-116) according to any one of the first to seventh aspects.
In the solid state laser device according to the eighth aspect, since the optical module according to any one of the first to seventh aspects is used, an ellipticity mode close to a desired value can be stably obtained.
本発明の光モジュールおよび固体レーザ装置によれば、所望の値に近い楕円率の出力ビームモードを安定に得ることが出来る。 According to the optical module and the solid-state laser device of the present invention, an output beam mode having an ellipticity close to a desired value can be stably obtained.
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.
−実施例1−
図1は、実施例1に係る光モジュール101を示す斜視図である。
この光モジュール101は、光学素子10と、ヒートシンク30と、両者を固着する接着剤50とからなる。
Example 1
FIG. 1 is a perspective view illustrating an
The
光学素子10の上面と下面は、薄い接着剤層を介して、ヒートシンク30に密着している。また、光学素子10の上端部分は、ヒートシンク30に形成された嵌合部30aに嵌合している。
光学素子10の左面と右面は、ヒートシンク30に密着しておらず、両者の間隙に接着剤50が充填されている。
光学素子10の前面は、励起レーザ光入射面になっている。
光学素子10の後面は、基本波レーザ光出射面になっている。
The upper surface and the lower surface of the
The left surface and the right surface of the
The front surface of the
The rear surface of the
図2は、光学素子10の斜視図である。
光学素子10は、図示せぬ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である。レーザ結晶1は、例えばNdを3at%ドープしたYVO4結晶のa−cut基板(c軸吸収、c軸発振)である。
レーザ結晶1の励起レーザ光入射面には、HR膜2がコーティングされている。また、基本波レーザ光出射面には、AR膜3がコーティングされている。
FIG. 2 is a perspective view of the
The
An
ヒートシンク30を取り付けていない状態での光学素子10のNFP9’は楕円形状であり、その楕円率は「1」より離れた値になっている。その楕円形状の長軸方向のレーザ結晶1の長さHは例えば1mmであり、短軸方向の長さWは例えば1mmであり、光軸方向の長さDは例えば0.5mmであり、長軸方向を上下方向とし、短軸方向を左右方向とする。
楕円形状の長軸方向がレーザ結晶1のc軸方向であり、短軸方向がレーザ結晶1のa軸方向の場合が多いが、この場合、長さHはレーザ結晶1のc軸方向の長さとなり、長さWはa軸方向の長さとなる。なお、楕円形状の長軸方向がレーザ結晶1のa軸方向であり、短軸方向がレーザ結晶1のc軸方向の場合は少ないが、この場合、長さHはレーザ結晶1のa軸方向の長さとなり、長さWはc軸方向の長さとなる。
The major axis direction of the elliptical shape is the c-axis direction of the
図1に示すように、ヒートシンク30を取り付けた状態でのレーザ結晶1のNFP9の楕円率は「1」に近い値になる。
As shown in FIG. 1, the ellipticity of the
図3は、ヒートシンク30の斜視図である。
ヒートシンク30は、レーザ結晶1と同等以上の熱伝導率を有する材料が好ましく、例えばシリコン(熱伝導率:148W/mK)や、銅(熱伝導率:501W/mK)である。
ヒートシンク30には、光学素子10が入る孔が貫通している。その孔の上部に嵌合部30aが形成されている。孔の左右長Pは例えば1.4mmであり、上下長Qは例えば0.8mmである。嵌合部30aの左右長Rは例えば1.1mmであり、上下長Sは例えば0.3mmである。
ヒートシンク30の厚さTは、例えば0.5mmである。
FIG. 3 is a perspective view of the
The
A hole into which the
The thickness T of the
接着剤50は、レーザ結晶1の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する高熱伝導タイプであり、且つ、常温で硬化するものが望ましい。例えば、ダウ・コーニング社製のSE4486(熱伝導率:1.53W/mK)が使用できる。
The adhesive 50 is preferably a high thermal conductivity type having a thermal conductivity lower than that of the
実施例1に係る光モジュール101によれば次の効果が得られる。
(1)ヒートシンク30を取り付けない状態でのレーザ結晶1のNFPが楕円形状であるとき、その楕円形状の長軸に直交する面にヒートシンク30が密着し、短軸に直交する面にはヒートシンク30が密着しない。このため、楕円率を「1」に近づける傾向に熱レンズ効果の異方性を生じる。
(2)ヒートシンク30の嵌合部30aに光学素子10の上端部分が嵌合することで、光学素子10に対してヒートシンク30が短軸方向に位置ずれしなくなり、バラツキを生じなくなる。
(3)以上により、所望の値に近い楕円率の出力ビームモードが安定に得られる。
According to the
(1) When the NFP of the
(2) Since the upper end portion of the
(3) As described above, an output beam mode having an ellipticity close to a desired value can be stably obtained.
(4)ヒートシンク30を取り付けない状態でのNFPの楕円形状の長軸方向がc軸方向であり且つ短軸方向がa軸方向である場合にも、長軸方向がa軸方向であり且つ短軸方向がc軸方向である場合にも、両方に対応できる。
(4) When the major axis direction of the elliptical shape of NFP without the
−実施例1の変形例1−
図4に示す光モジュール102のように、光学素子10の左面および右面とヒートシンク30の間隙に接着剤を充填せず、空隙51にしてもよい。
-
As in the
−実施例1の変形例2−
図5に示す光モジュール103のように、ヒートシンク30に代えて、天板に嵌合部31aを設けるだけでなく底板にも嵌合部31aを設けたヒートシンク31を用いてもよい。また、光学素子10の左面および右面とヒートシンク31の間隙に接着剤を充填せず、空隙51にしてもよい。
-
As in the
−実施例1の変形例3−
多くの場合、レーザ結晶1のc軸方向がNFPの楕円形状の長軸方向になり且つa軸方向がNFPの楕円形状の短軸方向になる傾向がある。そこで、レーザ結晶1のa軸方向の長さをc軸方向の長さより短くしておき(例えばa軸方向の長さ:c軸方向の長さ=1:1.2)、嵌合部30a,31aの左右長Rをレーザ結晶1のa軸方向の長さより大きく且つc軸方向の長さより小さくしておけば、必ずc軸面にヒートシンク30,31が密着し、a軸面にはヒートシンク30,31が密着しないようにヒートシンク30,31を光学素子10に取り付けでき、作業が容易になる。
—
In many cases, the c-axis direction of the
−実施例2−
図6は、実施例2に係る光モジュール104を示す斜視図である。
この光モジュール104は、光学素子20と、ヒートシンク32と、両者を固着する接着剤50とからなる。
-Example 2-
FIG. 6 is a perspective view illustrating the
The
光学素子20の上面と下面は、薄い接着剤層を介して、ヒートシンク32に密着している。また、光学素子20の上端部分は、ヒートシンク32に形成された嵌合部32aに嵌合している。
光学素子20の左面と右面は、ヒートシンク32に密着しておらず、両者の間隙に接着剤50が充填されている。
光学素子20の前面は、励起レーザ光入射面になっている。
光学素子20の後面は、波長変換レーザ光出射面になっている。
The upper and lower surfaces of the
The left surface and the right surface of the
The front surface of the
The rear surface of the
図7は、光学素子20の斜視図である。
光学素子20は、半導体レーザ(図18の51)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4と、波長変換結晶4をサンドイッチ状に挟むダミー材5,6とを、接合一体化した構造である。
レーザ結晶1の励起レーザ光入射面には、HR膜2がコーティングされている。また、波長変換結晶4およびダミー材5,6の波長変換レーザ光出射面には、HR膜7がコーティングされている。
FIG. 7 is a perspective view of the
The
An
レーザ結晶1は、例えばNdを3at%ドープしたYVO4結晶のa−cut基板(c軸吸収、c軸発振)である。
波長変換結晶4は、例えば分極反転構造が形成された強誘電体基板(例えばLNやLT基板、あるいは、MgOをドープしたLNやLT基板)である。
The
The
光学素子20の製造方法は、例えば特開2007−225786号公報などに開示されている。
A method for manufacturing the
ヒートシンク32を取り付けていない状態でのレーザ結晶20のNFP9’は楕円形状であり、その楕円率は「1」より離れた値になっている。その楕円形状の長軸方向のレーザ結晶1の長さHは例えば1mmであり、短軸方向の長さWは例えば1mmであり、光軸方向の長さDは例えば0.5mmであり、長軸方向を上下方向とし、短軸方向を左右方向とする。
楕円形状の長軸方向がレーザ結晶1のc軸方向であり、短軸方向がレーザ結晶1のa軸方向の場合が多いが、この場合、長さHはレーザ結晶1のc軸方向の長さとなり、長さWはa軸方向の長さとなる。なお、楕円形状の長軸方向がレーザ結晶1のa軸方向であり、短軸方向がレーザ結晶1のc軸方向の場合は少ないが、この場合、長さHはレーザ結晶1のa軸方向の長さとなり、長さWはc軸方向の長さとなる。
The major axis direction of the elliptical shape is the c-axis direction of the
波長変換結晶4の光軸方向の長さLは例えば1mmであり、幅Wはレーザ結晶1の長さWと等しく、厚さVは例えば0.4mmである。
The length L in the optical axis direction of the
図6に示すように、ヒートシンク32を取り付けた状態でのレーザ結晶1のNFP9の楕円率は「1」に近い値になる。
As shown in FIG. 6, the ellipticity of the
図8は、ヒートシンク32の斜視図である。
ヒートシンク32は、レーザ結晶1と同等以上の熱伝導率を有する材料が好ましく、例えばシリコン(熱伝導率:148W/mK)や、銅(熱伝導率:501W/mK)である。
ヒートシンク32には、光学素子20が入る孔が貫通している。その孔の上部に嵌合部32aが形成されている。孔の左右長Pは例えば1.4mmであり、上下長Qは例えば0.8mmである。嵌合部33aの左右長Rは例えば1.1mmであり、上下長Sは例えば0.3mmである。
ヒートシンク32の厚さUは、例えば1.5mmである。
FIG. 8 is a perspective view of the
The
The
The thickness U of the
接着剤50は、レーザ結晶1の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する高熱伝導タイプであり、且つ、常温で硬化するものが望ましい。例えば、ダウ・コーニング社製のSE4486(熱伝導率:1.53W/mK)が使用できる。
The adhesive 50 is preferably a high thermal conductivity type having a thermal conductivity lower than that of the
実施例2に係る光モジュール104によれば次の効果が得られる。
(1)ヒートシンク32を取り付けない状態でのレーザ結晶1のNFPが楕円形状であるとき、その楕円形状の長軸に直交する面にヒートシンク32が密着し、短軸に直交する面にはヒートシンク32が密着しない。このため、楕円率を「1」に近づける傾向に熱レンズ効果の異方性を生じる。
(2)ヒートシンク32の嵌合部32aに光学素子20の上端部分が嵌合することで、光学素子20に対してヒートシンク32が短軸方向に位置ずれしなくなり、バラツキを生じなくなる。
(3)以上により、所望の値に近い楕円率の出力ビームモードが安定に得られる。
According to the
(1) When the NFP of the
(2) Since the upper end portion of the
(3) As described above, an output beam mode having an ellipticity close to a desired value can be stably obtained.
(4)ヒートシンク32を取り付けない状態でのNFPの楕円形状の長軸方向がc軸方向であり且つ短軸方向がa軸方向である場合にも、長軸方向がa軸方向であり且つ短軸方向がc軸方向である場合にも、両方に対応できる。
(4) When the major axis direction of the elliptical shape of NFP without the
−実施例2の変形例1−
図9に示す光モジュール105のように、光学素子20の左面および右面とヒートシンク32の間隙に接着剤を充填せず、空隙51にしてもよい。
-
Like the
−実施例2の変形例2−
図10に示す光モジュール106のように、ヒートシンク32に代えて、天板に嵌合部33aを設けるだけでなく底板にも嵌合部33aを設けたヒートシンク33を用いてもよい。また、光学素子20の左面および右面とヒートシンク33の間隙に接着剤を充填せず、空隙51にしてもよい。
-
As in the optical module 106 shown in FIG. 10, instead of the
−実施例2の変形例3−
多くの場合、レーザ結晶1のc軸方向がNFPの楕円形状の長軸方向になり且つレーザ結晶1のa軸方向がNFPの楕円形状の短軸方向になる傾向がある。そこで、レーザ結晶1のa軸方向の長さをc軸方向の長さより短くしておき(例えばa軸方向の長さ:c軸方向の長さ=1:1.2)、波長変換結晶4も同様にし、嵌合部32aの左右長Rをレーザ結晶1のa軸方向の長さより大きく且つc軸方向の長さより小さくしておけば、必ずc軸面にヒートシンク32が密着し、a軸面にはヒートシンク32が密着しないようにヒートシンク32を光学素子20に取り付けでき、作業が容易になる。
—
In many cases, the c-axis direction of the
−実施例3−
図11に示す光モジュール107のように、実施例2のヒートシンク32の、レーザ結晶1の左右に相当する部分を切欠部34bとしたヒートシンク34を用いてもよい。
図12に、ヒートシンク34の斜視図を示す。
実施例3を、実施例2の変形例2,3と同様に変形してもよい。
Example 3
As in the
FIG. 12 shows a perspective view of the
The third embodiment may be modified in the same manner as the second and third modifications of the second embodiment.
−実施例4−
図13に示す光モジュール108のように、実施例3のヒートシンク34の底板の代わりに光モジュール108を組み込むレーザ機器における光モジュール取付面Fを利用することで、実施例3のヒートシンク34の底板を省略したヒートシンク35を用いてもよい。
実施例4を、実施例2の変形例3と同様に変形してもよい。
Example 4
Like the
The fourth embodiment may be modified in the same manner as the third modification of the second embodiment.
−実施例5−
図14に示す光モジュール109のように、実施例2のヒートシンク32の底板の代わりに光モジュール109を組み込むレーザ機器における光モジュール取付面Fを利用することで、実施例2のヒートシンク32の底板を省略したヒートシンク36を用いてもよい。
実施例5を、実施例2の変形例1,3と同様に変形してもよい。
-Example 5
Like the
The fifth embodiment may be modified similarly to the first and third modifications of the second embodiment.
−実施例6−
図15に示す光モジュール110のように、実施例5のヒートシンク36の側板を省略したヒートシンク37を用いて、光モジュール110を組み込むレーザ機器における光モジュール取付面Fとヒートシンク37とで光学素子20を挟むようにしてもよい。
実施例6を、実施例2の変形例3と同様に変形してもよい。
-Example 6
As in the
The sixth embodiment may be modified in the same manner as the third modification of the second embodiment.
−実施例7−
図16に示す光モジュール111のように、実施例1のヒートシンク30の底板の代わりに光モジュール111を組み込むレーザ機器における光モジュール取付面Fを利用することで、実施例1のヒートシンク30の底板を省略したヒートシンク38を用いてもよい。
実施例5を、実施例2の変形例1,3と同様に変形してもよい。
-Example 7-
Like the
The fifth embodiment may be modified similarly to the first and third modifications of the second embodiment.
−実施例8−
図17に示す光モジュール112のように、実施例7のヒートシンク38の側板を省略したヒートシンク39を用いて、光モジュール112を組み込むレーザ機器における光モジュール取付面Fとヒートシンク39とで光学素子10を挟むようにしてもよい。
実施例8を、実施例1の変形例3と同様に変形してもよい。
-Example 8-
As in the
The eighth embodiment may be modified in the same manner as the third modification of the first embodiment.
−実施例9−
図18は、実施例9に係る光モジュール113を示す斜視図である。
この光モジュール113は、光学素子20と、ヒートシンク40と、両者を固着する接着剤50とからなる。
-Example 9-
FIG. 18 is a perspective view illustrating the optical module 113 according to the ninth embodiment.
The optical module 113 includes an
光学素子20の上面と下面は、薄い接着剤層を介して、ヒートシンク40に密着している。
光学素子20におけるレーザ結晶1の左面と右面は、ヒートシンク40の切欠部40bに対応し、ヒートシンク40に密着していない。波長変換結晶4の左面と右面は、ヒートシンク40に密着している。
光学素子20の前面は、励起レーザ光入射面になっている。
光学素子20の後面は、波長変換レーザ光出射面になっている。
The upper and lower surfaces of the
The left and right surfaces of the
The front surface of the
The rear surface of the
図19は、ヒートシンク40の斜視図である。
ヒートシンク40には、光学素子20が入る貫通孔40cが貫通している。貫通孔40cの左右長Xは例えば1.1mmであり、上下長Yは例えば1.1mmである。
FIG. 19 is a perspective view of the
The
実施例9に係る光モジュール113によれば次の効果が得られる。
(1)ヒートシンク40を取り付けない状態でのレーザ結晶1のNFPが楕円形状であるとき、その楕円形状の長軸に直交する面にヒートシンク40が密着し、短軸に直交する面にはヒートシンク40が密着しない。このため、楕円率を「1」に近づける傾向に熱レンズ効果の異方性を生じる。
(2)ヒートシンク40の貫通孔40cに光学素子20の波長変換結晶部分が嵌合することで、光学素子20に対してヒートシンク40が短軸方向に位置ずれしなくなり、バラツキを生じなくなる。
(3)以上により、所望の値に近い楕円率の出力ビームモードが安定に得られる。
The optical module 113 according to the ninth embodiment can obtain the following effects.
(1) When the NFP of the
(2) Since the wavelength conversion crystal portion of the
(3) As described above, an output beam mode having an ellipticity close to a desired value can be stably obtained.
(4)ヒートシンク40を取り付けない状態でのNFPの楕円形状の長軸方向がc軸方向であり且つ短軸方向がa軸方向である場合にも、長軸方向がa軸方向であり且つ短軸方向がc軸方向である場合にも、両方に対応できる。
(4) Even when the major axis direction of the elliptical shape of NFP without the
−実施例9の変形例−
多くの場合、レーザ結晶1のc軸方向がNFPの楕円形状の長軸方向になり且つレーザ結晶1のa軸方向がNFPの楕円形状の短軸方向になる傾向がある。そこで、レーザ結晶1のa軸方向の長さをc軸方向の長さより短くしておき(例えばa軸方向の長さ:c軸方向の長さ=1:1.2)、波長変換結晶4も同様にし、貫通孔40cの左右長Xをレーザ結晶1のa軸方向の長さより大きく且つc軸方向の長さより小さくしておけば、必ずレーザ結晶1のc軸面にヒートシンク40が密着し、a軸面にはヒートシンク40が密着しないようにヒートシンク40を光学素子20に取り付けでき、作業が容易になる。
- Modification of Example 9 -
In many cases, the c-axis direction of the
−実施例10−
図20に示す光モジュール114のように、実施例9のヒートシンク40の切欠部40bの部分に側板を設けたヒートシンク41を用いてもよい。
このヒートシンク41の切欠部41bを空隙のままにしてもよいし、接着剤を充填してもよい。
-Example 10-
As in the optical module 114 illustrated in FIG. 20, a heat sink 41 in which a side plate is provided in the
The notch 41b of the heat sink 41 may be left as a gap or may be filled with an adhesive.
−実施例11−
図21に示す光モジュール115のように、実施例9のヒートシンク40の底板の代わりに光モジュール115を組み込むレーザ機器における光モジュール取付面Fを利用することで、実施例9のヒートシンク40の底板を省略したヒートシンク42を用いてもよい。
図22は、ヒートシンク42の斜視図である。
実施例11を、実施例9の変形例と同様に変形してもよい。
-Example 11-
Like the
FIG. 22 is a perspective view of the
The eleventh embodiment may be modified in the same manner as the modification of the ninth embodiment.
−実施例12−
図23に示す光モジュール116のように、実施例11のヒートシンク42の切欠部42bの部分に側板を設けたヒートシンク43を用いてもよい。
このヒートシンク43の切欠部43bを空隙のままにしてもよいし、接着剤を充填してもよい。
-Example 12-
As in the
The notch 43b of the
−実施例13−
図24は、実施例13に係る固体レーザ装置201を示す構成説明図である。
この固体レーザ装置201は、半導体レーザ51と、集光レンズ52と、先述した実施例の光モジュール101〜103,111,112のいずれかと、波長変換素子54と、光モジュール取付台59とを具備している。
-Example 13-
FIG. 24 is an explanatory diagram of a configuration of the solid-
This solid-
−実施例14−
図25は、実施例14に係る固体レーザ装置202を示す構成説明図である。
この固体レーザ装置202は、半導体レーザ51と、集光レンズ52と、先述した実施例の光モジュール104〜110,113〜116のいずれかと、光モジュール取付台59とを具備している。
-Example 14-
FIG. 25 is an explanatory diagram of a configuration of the solid-
The solid-
本発明の光モジュールは、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 module of the present invention can be used for, for example, a semiconductor-pumped solid-state laser using SHG wavelength conversion technology.
1 レーザ結晶
4 波長変換結晶
9 ヒートシンク有りのレーザ結晶のNFP
9’ ヒートシンク無しのレーザ結晶のNFP
10,20 光学素子
30〜41 ヒートシンク
30a〜39a 嵌合部
40b,41b 切欠部
40c,41c 貫通孔
101〜116 光モジュール
1
9 'NFP of laser crystal without heat sink
DESCRIPTION OF
Claims (8)
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-
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