JP2012169506A - 小型固体レーザ素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基本波光の波長をλとするとき、レーザ結晶(1)と光学接着剤(4)の界面にAl2O3のλ/4膜(5)を形成し、光学接着剤(4)と波長変換結晶(2)の界面にAl2O3のλ/4膜(6)およびSiO2のλ/4膜(7)を形成し、基本波光に対する接着部の界面反射率を2.5%以上とした。
【効果】基本波光をほとんど反射しない場合に比べてモード間の損失の差が大きくなり、複数のモードの発振に差ができて、レーザのノイズを小さくすることが出来る。
【選択図】図1
Description
また、レーザ結晶と波長変換結晶とを光学接着剤またはオプティカルコンタクトにて一体に接着した光学素子が知られている(特許文献2参照。)。
ところが、基本波光をほとんど反射しない場合、モード間の損失の差が小さくなり、複数のモードが同じように発振し、レーザのノイズが大きくなってしまう問題があった。
上記構成において、界面反射率とは、間に介在している誘電体薄膜と光学接着剤、及び、両光学結晶の端面を含んだ反射率をいう。
上記第1の観点による小型固体レーザ素子では、レーザ結晶と光学接着剤の界面および光学接着剤と波長変換結晶の界面の少なくとも一方に誘電体薄膜を形成し、基本波光に対する界面反射率を2.5%以上とした。このため、基本波光をほとんど反射しない場合に比べてモード間の損失の差が大きくなり、複数のモードの発振に差ができて、レーザのノイズを小さくすることが出来る。
上記第2の観点による小型固体レーザ素子では、基本波光に対する界面反射率が10%以上となる。このため、基本波光をほとんど反射しない場合に比べてモード間の損失の差が大きくなり、複数のモードの発振に差ができて、レーザのノイズを小さくすることが出来る。また、基本波光に対する界面反射率が光学接着剤の厚さに依存しなくなり、光学接着剤の厚さによる特性のばらつきをなくすことが出来る。
上記第3の観点による小型固体レーザ素子では、基本波光に対する界面反射率が2.5%以上となる。このため、基本波光をほとんど反射しない場合に比べてモード間の損失の差が大きくなり、複数のモードの発振に差ができて、レーザのノイズを小さくすることが出来る。
図1は、実施例1に係る小型固体レーザ素子10を示す断面図である。
この小型固体レーザ素子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光を出射するレーザ結晶1と、基本波光の高調波である波長変換レーザ光Loを出射する波長変換結晶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とを具備している。
波長変換結晶2は、LTを周期的に分極反転したQPMである。長さは1000μmである。
光学接着剤4の光学的膜厚に対して、界面反射率は約12%で一定である。このため、基本波光をほとんど反射しない場合に比べてモード間の損失の差が大きくなり、複数のモードの発振に差ができて、レーザのノイズを小さくすることが出来る。
また、基本波光に対する界面反射率が光学接着剤4の厚さに依存しなくなり、光学接着剤4の厚さによる特性のばらつきをなくすことが出来る。
レーザ結晶1と波長変換結晶2の屈折率が近接している場合、光学接着剤4の光学的膜厚がλ/4の偶数倍の近傍になると界面反射率が小さくなり、基本波光をほとんど反射せず、モード間の損失の差がなくなり、複数のモードで同じように発振し、レーザのノイズが大きくなる。
また、基本波光に対する界面反射率が光学接着剤4の厚さに依存し、光学接着剤4の厚さによる特性のばらつきを生じる。
図3は、実施例2に係る小型固体レーザ素子20を示す断面図である。
この小型固体レーザ素子20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光を出射するレーザ結晶1と、基本波光の高調波である波長変換レーザ光Loを出射する波長変換結晶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とを具備している。
波長変換結晶2は、LTを周期的に分極反転したQPMである。長さは1000μmである。
光学接着剤4の光学的膜厚に対して、界面反射率は2.5%以上である。このため、基本波光をほとんど反射しない場合に比べてモード間の損失の差が大きくなり、複数のモードの発振に差ができて、レーザのノイズを小さくすることが出来る。
レーザ結晶1と波長変換結晶2の屈折率が近接している場合、光学接着剤4の光学的膜厚がλ/4の偶数倍の近傍になると界面反射率が小さくなり、基本波光をほとんど反射せず、モード間の損失の差がなくなり、複数のモードで同じように発振し、レーザのノイズが大きくなる。
図5に示すように、レーザ結晶1の出射端面および波長変換結晶2の入射端面に誘電体薄膜が無い以外は実施例1と同様の小型固体レーザ素子50について、波長に対する接着部の透過率を調べた。
モード間の損失の差がない。
モード間にやや損失の差がある。
モード間の損失の差がある。
モード間にやや損失の差がある。
モード間の損失の差がない。
光学接着剤4の光学的膜厚が0およびλ/2のときは各モード間の透過率に差が無いが、これはレーザ結晶1のYVO4と波長変換結晶2のLT4の屈折率がほぼ等しいためである。
一方、光学接着剤4の光学的膜厚がλ/4のときは各モード間の透過率の差は最大になり、ほぼモード3つごとに透過率がピークになっている。これはレーザ結晶1がエタロンとして機能しており、かつ、全共振器の光学的長さ:レーザ結晶1の光学的長さが3:1となっているためである。
光学接着剤4の光学的膜厚はλ/4とした。なお、レーザ結晶1の線膨張係数α=4.43E−6,屈折率温度係数dn/dt=2.9E−6とし、波長変換結晶2の線膨張係数α=1.62E−5,屈折率温度係数dn/dt=5.0E−6とし、これらに対する温度の影響は無視した。また、HR薄膜1a,2aおよび光学接着剤4は、膜厚が薄いため、温度の影響は無視した。
透過率は、「1」と「浅い方のボトム(矢印a)」の間および「1」と「深い方のボトム(矢印b)」の間を往復する。
波長は、直線的に変化する。
黒四角は、図5に示す小型固体レーザ素子50の場合である。
cは、実施例1で光学接着剤4の光学的膜厚をλ/2とした場合である。
dは、実施例2で光学接着剤4の光学的膜厚をλ/2とした場合である。
図15から判るように、界面反射率と透過率には一貫した関係がある。換言すれば、界面反射率によりモード間の透過率差の大小(モード選択性)が決まることが判る。これは、レーザ結晶1がエタロンとして機能し、接着部での界面反射率が決まればエタロンのフィネスが決まるため、各モードの透過率が決定されるからと考えられる。
1a HR薄膜
2 波長変換結晶
2a HR薄膜
3 ダミー材
4 光学接着剤
5,7 Al2O3のλ/4膜
6,8 SiO2のλ/4膜
10,20,50 小型固体レーザ素子
Claims (3)
- 基本波光を出射するレーザ結晶と波長変換光を出射する波長変換結晶とを光学接着剤にて一体に接着してなる小型固体レーザ素子において、前記レーザ結晶と前記光学接着剤の界面および前記光学接着剤と前記波長変換結晶の界面の少なくとも一方に、基本波光に対する界面反射率を2.5%以上とする誘電体薄膜を形成したことを特徴とする小型固体レーザ素子。
- 請求項1に記載の小型固体レーザ素子において、基本波光の波長をλとするとき、前記レーザ結晶と前記光学接着剤の界面にAl2O3のλ/4膜を形成し、前記光学接着剤と前記波長変換結晶の界面にAl2O3のλ/4膜およびSiO2のλ/4膜の対を1対形成したことを特徴とする小型固体レーザ素子(10)。
- 請求項1に記載の小型固体レーザ素子において、基本波光の波長をλとするとき、前記光学接着剤と前記波長変換結晶の界面にAl2O3のλ/4膜とSiO2のλ/4膜の対を2対形成したことを特徴とする小型固体レーザ素子(20)。
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