JP2015050368A - Laser module, solid-state laser device, and manufacturing method of laser module - Google Patents

Laser module, solid-state laser device, and manufacturing method of laser module Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser module capable of inhibiting the deterioration of characteristics and reliability which results from heat generated by a laser crystal, and to provide a solid-state laser device and a manufacturing method of the laser module.SOLUTION: The laser module includes: a laser crystal; a heat dissipation metal film disposed on a joint surface of the laser crystal; a wavelength conversion element which is joined to the joint surface at an opening part provided on the heat dissipation metal film and forms an optical resonator with the laser crystal; and a heat sink contacting with the heat dissipation metal film. At least the heat dissipation metal film is disposed on a portion of the joint surface which excludes a region where the wavelength conversion element is disposed.

Description

本発明は、レーザ結晶と波長変換素子とが接合されたレーザモジュール、固体レーザ装置及びレーザモジュールの製造方法に関する。   The present invention relates to a laser module in which a laser crystal and a wavelength conversion element are bonded, a solid-state laser device, and a method for manufacturing the laser module.

レーザ結晶と波長変換素子を結合して一体化したレーザモジュールや、このレーザモジュールを搭載した固体レーザ装置が知られている。半導体レーザの出力光に励起されて発振光を出力するレーザ結晶と、この発振光の高調波光を出力する波長変換素子とが、光学軸を所定の角度に合わせて接合されてレーザモジュールが形成される。なお、レーザ結晶と波長変換素子とを接合するには、双方の接合面を液滴を挟んで重ね合わせて、液滴の表面張力を利用した自律的アライメントを行う方法がある(例えば特許文献1参照。)。   A laser module in which a laser crystal and a wavelength conversion element are combined and integrated, and a solid-state laser device equipped with this laser module are known. The laser crystal that is excited by the output light of the semiconductor laser and outputs oscillation light and the wavelength conversion element that outputs the harmonic light of this oscillation light are joined with the optical axis aligned at a predetermined angle to form a laser module. The In addition, in order to join the laser crystal and the wavelength conversion element, there is a method of performing autonomous alignment using the surface tension of the droplets by superimposing both joint surfaces with the droplets sandwiched therebetween (for example, Patent Document 1). reference.).

レーザ結晶で発生する熱を放熱するために、ヒートシンクをレーザ結晶の側面に固定する方法などが提案されている(例えば特許文献2参照。)。   In order to dissipate the heat generated in the laser crystal, a method of fixing a heat sink to the side surface of the laser crystal has been proposed (for example, see Patent Document 2).

特開2012−88631号公報JP 2012-88631 A 特開平7−79039号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-79039

レーザ結晶や波長変換素子などの異種の光学結晶をオプティカルコンタクトで接合する場合には、各光学結晶の線膨張係数の違いを考慮して、結晶サイズを小さくする必要がある。また、光ノイズの低減化のために、レーザ結晶は薄いことが好ましい。したがって、レーザ結晶の側面からの放熱には限界がある。   When different types of optical crystals such as laser crystals and wavelength conversion elements are bonded by optical contact, it is necessary to reduce the crystal size in consideration of the difference in linear expansion coefficient of each optical crystal. In order to reduce optical noise, the laser crystal is preferably thin. Therefore, there is a limit to heat radiation from the side surface of the laser crystal.

このため、固体レーザ装置の高出力化に伴い、レーザ結晶で発生する熱が素子温度上昇や発振波長シフトの原因となる。その結果、出力効率の低下や波長安定性が低下するなどの問題があった。   For this reason, as the output of the solid-state laser device increases, the heat generated in the laser crystal causes an increase in element temperature and a shift in oscillation wavelength. As a result, there are problems such as a decrease in output efficiency and a decrease in wavelength stability.

上記問題点に鑑み、本発明は、レーザ結晶で発生する熱に起因する特性や信頼性の低下が抑制されたレーザモジュール、固体レーザ装置及びレーザモジュールの製造方法を提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a laser module, a solid-state laser device, and a method for manufacturing a laser module, in which deterioration in characteristics and reliability due to heat generated in a laser crystal is suppressed.

本発明の一態様によれば、(イ)レーザ結晶と、(ロ)レーザ結晶の接合面上に配置された放熱金属膜と、(ハ)放熱金属膜に設けられた開口部で接合面に接合され、レーザ結晶と共に光共振器を形成する波長変換素子と、(ニ)放熱金属膜に接触するヒートシンクとを備え、接合面の波長変換素子が配置された領域の残余の領域上に少なくとも放熱金属膜が配置されているレーザモジュールが提供される。   According to one aspect of the present invention, (b) a laser crystal, (b) a heat dissipating metal film disposed on the bonding surface of the laser crystal, and (c) an opening provided in the heat dissipating metal film on the bonding surface. A wavelength conversion element that is bonded and forms an optical resonator together with the laser crystal; and (d) a heat sink that contacts the heat dissipation metal film, and at least radiates heat on the remaining area of the area where the wavelength conversion element is disposed on the bonding surface. A laser module in which a metal film is disposed is provided.

本発明の他の態様によれば、(イ)励起光を出射する半導体レーザと、(ロ)励起光によって励起されて発振光を出力するレーザ結晶、レーザ結晶の接合面上に配置された放熱金属膜、放熱金属膜に設けられた開口部で接合面に接合されてレーザ結晶と共に光共振器を形成し、発振光の高調波光を発生する波長変換素子、及び放熱金属膜に接触するヒートシンクを備え、接合面の波長変換素子が配置された領域の残余の領域上に少なくとも放熱金属膜が配置されたレーザモジュールとを備える固体レーザ装置が提供される。   According to another aspect of the present invention, (b) a semiconductor laser that emits excitation light, (b) a laser crystal that is excited by the excitation light and outputs oscillation light, and a heat dissipation disposed on the bonding surface of the laser crystal. A metal film, a wavelength conversion element that generates an optical resonator together with a laser crystal by being bonded to a bonding surface through an opening provided in the heat dissipation metal film, and a heat sink that contacts the heat dissipation metal film. And a solid state laser device comprising: a laser module having at least a heat dissipating metal film on a remaining region of the region where the wavelength conversion element on the bonding surface is disposed.

本発明の更に他の態様によれば、(イ)レーザ結晶の接合面上に放熱金属膜を形成するステップと、(ロ)放熱金属膜に、波長変換素子の接合端面の外縁形状に沿った開口部を形成するステップと、(ハ)開口部内に液滴を充填するステップと、(ニ)開口部においてレーザ結晶の接合面と波長変換素子の接合端面とを液滴を介して重ね合わせ、液滴の表面張力によってレーザ結晶と波長変換素子とを自律的にアライメントさせるステップと、(ホ)レーザ結晶と波長変換素子とを接合するステップと、(ヘ)放熱金属膜に接触するようにヒートシンクを配置するステップとを含むレーザモジュールの製造方法が提供される。   According to still another aspect of the present invention, (b) a step of forming a heat dissipation metal film on the bonding surface of the laser crystal, and (b) the heat dissipation metal film along the outer edge shape of the bonding end surface of the wavelength conversion element. A step of forming an opening; (c) a step of filling a droplet in the opening; and (d) superimposing the bonding surface of the laser crystal and the bonding end surface of the wavelength conversion element through the droplet in the opening, A step of autonomously aligning the laser crystal and the wavelength conversion element by the surface tension of the liquid droplet, a step of (e) bonding the laser crystal and the wavelength conversion element, and (f) a heat sink so as to be in contact with the heat dissipation metal film. A method for manufacturing a laser module is provided.

本発明によれば、レーザ結晶で発生する熱に起因する特性や信頼性の低下が抑制されたレーザモジュール、固体レーザ装置及びレーザモジュールの製造方法を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the laser module, the solid state laser apparatus, and laser module by which the fall resulting from the characteristic and reliability resulting from the heat which generate | occur | produces in a laser crystal was suppressed can be provided.

本発明の実施形態に係るレーザモジュールの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the laser module which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るレーザモジュールの模式的な正面図ある。It is a typical front view of the laser module which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るレーザモジュールの製造方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the manufacturing method of the laser module which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るレーザモジュールの製造方法を説明するための模式図であり、図4(a)は斜視図、図4(b)は放熱金属膜の開口部の断面図である。4A and 4B are schematic views for explaining a method for manufacturing a laser module according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 4A is a perspective view and FIG. 4B is a cross-sectional view of an opening of a heat dissipation metal film. 光学素子の接合面の形状を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the shape of the joint surface of an optical element. 比較例のレーザモジュールの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the laser module of a comparative example. 本発明の実施形態に係るレーザモジュールを搭載した固体レーザ装置の構成例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structural example of the solid-state laser apparatus carrying the laser module which concerns on embodiment of this invention. 本発明のその他の実施形態に係るレーザモジュールの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the laser module which concerns on other embodiment of this invention.

図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic. Further, the embodiments described below exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the embodiments of the present invention include the material, shape, structure, arrangement, etc. of components. Is not specified as follows. The embodiment of the present invention can be variously modified within the scope of the claims.

本発明の実施形態に係るレーザモジュール1は、図1に示すように、接合面11を有するレーザ結晶10と、レーザ結晶10の接合面11上に配置された放熱金属膜20と、放熱金属膜20に設けられた開口部で接合面11に接合され、レーザ結晶10と共に光共振器を形成する波長変換素子30と、放熱金属膜20に接触するヒートシンク40とを備える。レーザモジュール1は、レーザ結晶10と波長変換素子30とをオプティカルコンタクト法などにより一体化した構造である。   As shown in FIG. 1, a laser module 1 according to an embodiment of the present invention includes a laser crystal 10 having a bonding surface 11, a heat radiating metal film 20 disposed on the bonding surface 11 of the laser crystal 10, and a heat radiating metal film. 20 is provided with a wavelength conversion element 30 that is bonded to the bonding surface 11 through an opening provided in 20 and forms an optical resonator together with the laser crystal 10, and a heat sink 40 that contacts the heat radiating metal film 20. The laser module 1 has a structure in which the laser crystal 10 and the wavelength conversion element 30 are integrated by an optical contact method or the like.

波長変換素子30が接合されるレーザ結晶10の接合面11の面積は、波長変換素子30のレーザ結晶10に接合する端面(以下において、「接合端面31」という。)の面積よりも広い。放熱金属膜20は、接合面11の波長変換素子30が配置された領域の残余の領域上に配置される。   The area of the bonding surface 11 of the laser crystal 10 to which the wavelength conversion element 30 is bonded is wider than the area of the end surface (hereinafter referred to as “bonding end surface 31”) of the wavelength conversion element 30 bonded to the laser crystal 10. The heat radiating metal film 20 is disposed on the remaining area of the bonding surface 11 where the wavelength conversion element 30 is disposed.

レーザモジュール1では、外部から入射される励起光L1によって励起されてレーザ結晶10が発振光を出力する。そして、波長変換素子30が発振光の高調波光を発生し、この高調波光を出力光L2として出力する。なお、接合面11に対向する、励起光L1が入射されるレーザ結晶10の入射面12には、第1の反射膜15が配置されている。また、接合端面31に対向する、出力光L2が出力される波長変換素子30の出力面32には、第2の反射膜35が配置されている。第1の反射膜15及び第2の反射膜35の詳細は後述する。   In the laser module 1, the laser crystal 10 outputs oscillation light when excited by excitation light L1 incident from the outside. Then, the wavelength conversion element 30 generates harmonic light of the oscillation light, and outputs this harmonic light as the output light L2. A first reflective film 15 is disposed on the incident surface 12 of the laser crystal 10 that is opposite to the bonding surface 11 and on which the excitation light L1 is incident. In addition, a second reflective film 35 is disposed on the output surface 32 of the wavelength conversion element 30 that outputs the output light L <b> 2 and faces the bonding end surface 31. Details of the first reflective film 15 and the second reflective film 35 will be described later.

ヒートシンク40は、例えば図1に示すように、レーザ結晶10の側面13と波長変換素子30の側面33、及びレーザ結晶10の接合面11の一部を覆って配置されている。レーザ結晶10の接合面11では、波長変換素子30の配置されていない領域において放熱金属膜20とヒートシンク40とが接触している。レーザモジュール1では、レーザ結晶10で発生した熱が、放熱金属膜20を介して、ヒートシンク40から放熱される。即ち、レーザ結晶10の側面13以外からの放熱性が向上され、ヒートシンク40に効率良く熱が放散される。このため、接合面11を広くするほど放熱性が向上する。   For example, as shown in FIG. 1, the heat sink 40 is disposed so as to cover the side surface 13 of the laser crystal 10, the side surface 33 of the wavelength conversion element 30, and a part of the bonding surface 11 of the laser crystal 10. On the bonding surface 11 of the laser crystal 10, the heat radiating metal film 20 and the heat sink 40 are in contact with each other in a region where the wavelength conversion element 30 is not disposed. In the laser module 1, heat generated in the laser crystal 10 is radiated from the heat sink 40 through the heat radiating metal film 20. That is, the heat dissipation from the side other than the side surface 13 of the laser crystal 10 is improved, and heat is efficiently dissipated to the heat sink 40. For this reason, heat dissipation improves, so that the junction surface 11 is widened.

放熱金属膜20の材料には、レーザ結晶10との密着性がよく、熱伝導率の高い金属などが使用される。例えば、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、金(Au)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)、タンタル(Ta)などを採用する。放熱金属膜20の膜厚は、例えば0.1μm〜1μm程度である。   As a material for the heat dissipation metal film 20, a metal having good adhesion to the laser crystal 10 and high thermal conductivity is used. For example, chromium (Cr), nickel (Ni), gold (Au), aluminum (Al), indium (In), tantalum (Ta), or the like is employed. The film thickness of the heat dissipation metal film 20 is, for example, about 0.1 μm to 1 μm.

ヒートシンク40は、熱伝導性の高い接着剤、若しくは銀ペースト、インジウムシートなどを併用して、レーザ結晶10や波長変換素子30に接着・固定される。ヒートシンク40には熱伝導率が高く、且つ加工しやすい材料が好ましい。例えば、熱伝導率がガラス以上の銅(Cu)材、アルミニウム(Al)材、シリコン(Si)材などがヒートシンク40に採用される。   The heat sink 40 is bonded and fixed to the laser crystal 10 and the wavelength conversion element 30 by using an adhesive having high thermal conductivity, a silver paste, an indium sheet, or the like. The heat sink 40 is preferably made of a material having high thermal conductivity and easy to process. For example, a copper (Cu) material, an aluminum (Al) material, or a silicon (Si) material having a thermal conductivity equal to or higher than glass is used for the heat sink 40.

放熱金属膜20を介してヒートシンク40から放熱されるため、レーザ結晶10の側面13からの放熱性が高くなくてもよい。したがって、レーザ結晶10の厚みを薄くできる。レーザ結晶10が薄いほど、光ノイズを低減できる。例えば、厚みが0.3mm程度のレーザ結晶10を使用可能である。レーザ結晶10の厚みを0.3mm以下とすることによって、光ノイズが低減されることが知られている。更に、レーザ結晶10を小型化できるために、レーザ結晶10と波長変換素子30をオプティカルコンタクト法で接合する場合に、レーザ結晶10と波長変換素子30の線膨張係数の違いによる影響が抑制される。   Since heat is radiated from the heat sink 40 through the heat radiating metal film 20, the heat radiation from the side surface 13 of the laser crystal 10 may not be high. Therefore, the thickness of the laser crystal 10 can be reduced. As the laser crystal 10 is thinner, the optical noise can be reduced. For example, the laser crystal 10 having a thickness of about 0.3 mm can be used. It is known that optical noise is reduced by setting the thickness of the laser crystal 10 to 0.3 mm or less. Further, since the laser crystal 10 can be reduced in size, when the laser crystal 10 and the wavelength conversion element 30 are bonded by the optical contact method, the influence due to the difference in linear expansion coefficient between the laser crystal 10 and the wavelength conversion element 30 is suppressed. .

レーザ結晶10は、例えばネオジウム(Nd)イオンがドープされたイットリウム・バナデート(Nd:YVO4)結晶である。Nd:YVO4結晶は、緑色の出力光L2を得るために好適に使用される。また、Ndイオンがドープされたイットリウム・アルミニウム・ガーネット(Nd:YAG)結晶やガドリニウム・バナデート(Nd:GdV04)結晶、リチウム・イットリウム・フロライド(Nd:YLF)結晶なども、レーザ結晶10に採用可能である。 The laser crystal 10 is, for example, a yttrium vanadate (Nd: YVO 4 ) crystal doped with neodymium (Nd) ions. The Nd: YVO 4 crystal is preferably used to obtain the green output light L2. In addition, yttrium aluminum garnet (Nd: YAG) crystal, gadolinium vanadate (Nd: GdV04) crystal, lithium yttrium fluoride (Nd: YLF) crystal, etc. doped with Nd ions can also be used for the laser crystal 10. It is.

レーザ結晶10の入射面12に配置された第1の反射膜15は、励起光L1や出力光L2の波長に応じたレーザコーティング膜である。例えば、波長が809nmの励起光L1に対応する反射防止膜(ARコート)や、波長1064nmの基本波と波長532nmの第2高調波発生光(SHG光)に対応する高反射膜(HRコート)などである。   The first reflective film 15 disposed on the incident surface 12 of the laser crystal 10 is a laser coating film corresponding to the wavelengths of the excitation light L1 and the output light L2. For example, an antireflection film (AR coat) corresponding to the excitation light L1 having a wavelength of 809 nm, or a high reflection film (HR coat) corresponding to a fundamental wave having a wavelength of 1064 nm and second harmonic generation light (SHG light) having a wavelength of 532 nm. Etc.

波長変換素子30は、強誘電体結晶に周期的分極反転構造が形成された擬似位相整合結晶などを使用可能である。例えば、タンタル酸リチウム(LT)結晶やニオブ酸リチウム(LN)結晶、或いは、酸化マグネシウム(MgO)がドープされたLT結晶やLN結晶が使用される(MgLT、MgSLT、MgLN、MgSLN)。   As the wavelength conversion element 30, a quasi phase matching crystal in which a periodic polarization inversion structure is formed in a ferroelectric crystal can be used. For example, lithium tantalate (LT) crystal, lithium niobate (LN) crystal, or LT crystal or LN crystal doped with magnesium oxide (MgO) is used (MgLT, MgSLT, MgLN, MgSLN).

波長変換素子30に採用するLT結晶やLN結晶は、コングルエント組成(一致溶融組成)又はストイキオメトリ組成(化学量論的組成)のものを使用可能である。例えば、LT結晶の場合、ストイキオメトリ組成にすることによって、抗電界が10分の1程度になる。つまり、印加電圧を10分の1にすることができる。   The LT crystal or LN crystal employed in the wavelength conversion element 30 can be of congruent composition (coincidence melting composition) or stoichiometric composition (stoichiometric composition). For example, in the case of an LT crystal, the coercive electric field is reduced to about 1/10 by using the stoichiometric composition. That is, the applied voltage can be reduced to 1/10.

また、LT結晶やLN結晶に、マグネシウム(Mg)や亜鉛(Zn)、スカンジウム(Sc)、インジウム(In)などを添加することにより、耐光損傷性を高めることができる。また、LN結晶の場合、Mgを5モル%程度添加することにより、抗電界を4分の1程度に減少することができる。これにより、印加電圧を4分の1程度にすることができる。   In addition, light damage resistance can be improved by adding magnesium (Mg), zinc (Zn), scandium (Sc), indium (In), or the like to the LT crystal or the LN crystal. In the case of an LN crystal, the coercive electric field can be reduced to about a quarter by adding about 5 mol% of Mg. Thereby, the applied voltage can be reduced to about a quarter.

例えば、MgSLT結晶に所望の位相整合温度が得られる周期(例えば、8μm周期)で分極反転構造を形成した波長変換結晶(PPMgSLT結晶)を、波長変換素子30に使用する。この場合、基本波発振スペクトル幅を十分にカバーできる結晶長であることが好ましく、波長変換結晶の長さを1mm程度とする。   For example, a wavelength conversion crystal (PPMgSLT crystal) in which a domain-inverted structure is formed in a period (for example, a period of 8 μm) in which a desired phase matching temperature is obtained in the MgSLT crystal is used for the wavelength conversion element 30. In this case, it is preferable that the crystal length be sufficient to cover the fundamental wave oscillation spectrum width, and the length of the wavelength conversion crystal is about 1 mm.

なお、レーザモジュール1を、特開2007−225786号公報に記載された製造方法によって製造される、波長変換結晶301をダミー材302で挟んだ波長変換素子30とレーザ結晶10とを一体化した構造にしてもよい。波長変換結晶301をダミー材302で挟んだ構造とすることで、波長変換素子30のレーザ結晶10との接合領域が増加する。これにより、波長変換結晶301のみをレーザ結晶10と接合する場合に比べて、波長変換素子30とレーザ結晶10とを容易に接合できる。   The laser module 1 is manufactured by the manufacturing method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-225786, and the wavelength conversion element 30 and the laser crystal 10 are integrated with the wavelength conversion crystal 301 sandwiched between the dummy materials 302. It may be. By adopting a structure in which the wavelength conversion crystal 301 is sandwiched between the dummy materials 302, the junction region of the wavelength conversion element 30 with the laser crystal 10 increases. Thereby, compared with the case where only the wavelength conversion crystal 301 is joined to the laser crystal 10, the wavelength conversion element 30 and the laser crystal 10 can be joined easily.

波長変換素子30の出力面32に配置された第2の反射膜35は、励起光L1や出力光L2の波長に応じたレーザコーティング膜である。例えば、波長が1064nmの基本波に対応する高反射膜(HRコート)や、波長532nmのSHG光に対応する反射防止膜(ARコート)などである。   The second reflective film 35 disposed on the output surface 32 of the wavelength conversion element 30 is a laser coating film corresponding to the wavelengths of the excitation light L1 and the output light L2. For example, a high reflection film (HR coat) corresponding to a fundamental wave having a wavelength of 1064 nm, an antireflection film (AR coat) corresponding to SHG light having a wavelength of 532 nm, or the like.

レーザモジュール1において、例えばレーザ結晶10にNd:YVO4結晶を採用して、励起光L1によって波長が1064nm程度の発振光を励起する。このとき、励起光L1の波長は、レーザ結晶10における吸収効率の高い波長、例えば809nm程度に設定される。レーザ結晶10に生じた発振光が波長変換素子30によって波長532nm程度のSHG光に波長変換され、緑色の出力光L2がレーザモジュール1から出力される。 In the laser module 1, for example, an Nd: YVO 4 crystal is used as the laser crystal 10, and oscillation light having a wavelength of about 1064 nm is excited by the excitation light L 1. At this time, the wavelength of the excitation light L1 is set to a wavelength with high absorption efficiency in the laser crystal 10, for example, about 809 nm. The oscillation light generated in the laser crystal 10 is wavelength-converted into SHG light having a wavelength of about 532 nm by the wavelength conversion element 30, and the green output light L 2 is output from the laser module 1.

図2に、入射面12側からレーザモジュール1を見た図を示す。本発明者らの調査によれば、レーザ結晶10の接合面11のサイズが1.4mm×1.4mm以上であるときに、接合面11の波長変換素子30が接合されていない領域である放熱領域Sの面積を1.2mm2以上にすると、SHG光を高い効率で安定的に得られた。また、出力光L2のパワーが100mWを超える場合には、放熱領域Sの面積が2mm2程度以上あれば、安定してSHG光が得られることが、本発明者らによって確認された。 FIG. 2 shows a view of the laser module 1 viewed from the incident surface 12 side. According to the investigation by the present inventors, when the size of the bonding surface 11 of the laser crystal 10 is 1.4 mm × 1.4 mm or more, heat dissipation is a region where the wavelength conversion element 30 of the bonding surface 11 is not bonded. When the area of the region S was 1.2 mm 2 or more, SHG light was stably obtained with high efficiency. Further, it has been confirmed by the present inventors that when the power of the output light L2 exceeds 100 mW, the SHG light can be stably obtained if the area of the heat radiation region S is about 2 mm 2 or more.

ところで、Nd:YVO4結晶は、c軸方向はa軸方向に比べて熱伝導率が大きいという熱伝導率の異方性を有する。このため、Nd:YVO4結晶を用いたレーザ結晶10から出力される発振光の楕円化を抑制するために、接合面11はc軸方向を長辺とする長方形状であることが好ましい。例えば接合面11を、c軸方向の長辺が1.7mmでありc軸方向と直交する短辺が1.2mmである長方形とする。 By the way, the Nd: YVO 4 crystal has anisotropy in thermal conductivity such that the c-axis direction has a higher thermal conductivity than the a-axis direction. For this reason, in order to suppress the ovalization of the oscillation light output from the laser crystal 10 using the Nd: YVO 4 crystal, it is preferable that the bonding surface 11 has a rectangular shape having a long side in the c-axis direction. For example, the joint surface 11 is a rectangle whose long side in the c-axis direction is 1.7 mm and whose short side perpendicular to the c-axis direction is 1.2 mm.

レーザモジュール1は、以下に説明するように、自律的アライメントを利用して製造できる。「自律的アライメント」とは、2つの光学素子の互いの接合面を液滴を介して重ね合わせ、液滴の表面張力によって2つの光学素子を自律的にアライメントする方法である。レーザモジュール1の製造法の例を、図3のフローチャートを参照して説明する。   The laser module 1 can be manufactured using autonomous alignment, as will be described below. The “autonomous alignment” is a method in which two optical elements are autonomously aligned by superimposing the joint surfaces of the two optical elements with each other through the droplets and using the surface tension of the droplets. An example of the manufacturing method of the laser module 1 will be described with reference to the flowchart of FIG.

まず、ステップS1において、波長変換素子30が接合されるレーザ結晶10の接合面11上に、放熱金属膜20を形成する。次に、ステップS2において、放熱金属膜20に、レーザ結晶10に接合する波長変換素子30の接合端面31の外縁形状に沿った開口部を形成する。   First, in step S1, the heat radiating metal film 20 is formed on the bonding surface 11 of the laser crystal 10 to which the wavelength conversion element 30 is bonded. Next, in step S <b> 2, an opening is formed in the heat radiating metal film 20 along the outer edge shape of the joining end face 31 of the wavelength conversion element 30 that is joined to the laser crystal 10.

ステップS3において、開口部内に液滴を充填する。液滴には、純水などが使用される。次いで、ステップS4において、放熱金属膜20の開口部において、レーザ結晶10の接合面11と波長変換素子30の接合端面31とを液滴を介して重ね合わせ、液滴の表面張力によってレーザ結晶10と波長変換素子30とを自律的にアライメントさせる。そして、レーザ結晶10と波長変換素子30とを、例えばオプティカルコンタクト法によって接合する。或いは、接着剤を用いてレーザ結晶10と波長変換素子30とを接合してもよい。ただし、レーザ結晶10と波長変換素子30との間に接着剤が介在することによるレーザ結晶10と波長変換素子30の光軸のずれや、接着剤を透過することによる光の減衰などを考慮すると、オプティカルコンタクト法によってレーザ結晶10と波長変換素子30とを接合することが好ましい。   In step S3, the opening is filled with droplets. Pure water or the like is used for the droplets. Next, in step S4, the bonding surface 11 of the laser crystal 10 and the bonding end surface 31 of the wavelength conversion element 30 are overlapped with each other at the opening of the heat dissipation metal film 20 via the droplet, and the laser crystal 10 is applied by the surface tension of the droplet. And the wavelength conversion element 30 are autonomously aligned. Then, the laser crystal 10 and the wavelength conversion element 30 are joined by, for example, an optical contact method. Alternatively, the laser crystal 10 and the wavelength conversion element 30 may be bonded using an adhesive. However, considering the optical axis shift between the laser crystal 10 and the wavelength conversion element 30 due to the presence of an adhesive between the laser crystal 10 and the wavelength conversion element 30, the attenuation of light due to transmission through the adhesive, and the like. The laser crystal 10 and the wavelength conversion element 30 are preferably bonded by an optical contact method.

更に、ステップS5において、放熱金属膜20に接触するようにヒートシンク40を配置する。そして、接着剤などによってヒートシンク40をレーザ結晶10や波長変換素子30に固定する。以上により、レーザモジュール1が完成する。   Further, in step S5, the heat sink 40 is disposed so as to be in contact with the heat radiating metal film 20. Then, the heat sink 40 is fixed to the laser crystal 10 or the wavelength conversion element 30 with an adhesive or the like. Thus, the laser module 1 is completed.

上記では、レーザ結晶10と波長変換素子30とを接合した後に、ヒートシンク40をレーザ結晶10や波長変換素子30に固定する例を示した。しかし、ヒートシンク40をレーザ結晶10に固定した後に、レーザ結晶10と波長変換素子30とを接合してもよい。   In the above, the example in which the heat sink 40 is fixed to the laser crystal 10 or the wavelength conversion element 30 after the laser crystal 10 and the wavelength conversion element 30 are bonded to each other has been described. However, after fixing the heat sink 40 to the laser crystal 10, the laser crystal 10 and the wavelength conversion element 30 may be joined.

また、放熱金属膜20の開口部内に充填する液滴には、純水の他に、例えば粘性が水に近い接着剤などを使用してもよい。   In addition to pure water, for example, an adhesive having a viscosity close to that of water may be used for the droplet filled in the opening of the heat dissipation metal film 20.

上記に説明した製造方法によれば、放熱金属膜20に形成された開口部において、レーザ結晶10の開口部に露出した領域と波長変換素子30とが表面張力によって自律的にアライメントされる。その結果、レーザ結晶10と波長変換素子30とを高い精度で所定の角度で接合することが容易である。例えば、レーザ結晶10と波長変換素子30のc軸方向を同一にすることができる。   According to the manufacturing method described above, in the opening formed in the heat dissipation metal film 20, the region exposed to the opening of the laser crystal 10 and the wavelength conversion element 30 are autonomously aligned by the surface tension. As a result, it is easy to join the laser crystal 10 and the wavelength conversion element 30 at a predetermined angle with high accuracy. For example, the c-axis direction of the laser crystal 10 and the wavelength conversion element 30 can be made the same.

図4(a)及び図4(b)に、自律的アライメントによってレーザ結晶10と波長変換素子30とがc軸角度が調整されて接合される工程の一部を示す。図4(a)及び図4(b)は、放熱金属膜20に形成した開口部21に液滴50が充填された状態の例である。   4A and 4B show a part of a process in which the laser crystal 10 and the wavelength conversion element 30 are joined by adjusting the c-axis angle by autonomous alignment. FIG. 4A and FIG. 4B are examples of a state in which the droplet 50 is filled in the opening 21 formed in the heat dissipation metal film 20.

図4(a)及び図4(b)に示した例では、レーザ結晶10上に配置された放熱金属膜20に、4つの開口部21が形成されている。開口部21は、例えば以下のように形成される。即ち、レーザ結晶10の接合面11の全面に放熱金属膜20を形成した後、放熱金属膜20上に感光性レジスト膜を塗布する。感光性レジスト膜の膜厚は例えば数μm程度である。そして、フォトリソグラフィ技術によって感光性レジスト膜をパターニングした後、感光性レジスト膜をマスクにして放熱金属膜20に開口部21を形成する。   In the example shown in FIGS. 4A and 4B, four openings 21 are formed in the heat dissipation metal film 20 disposed on the laser crystal 10. The opening 21 is formed as follows, for example. That is, after the heat dissipation metal film 20 is formed on the entire bonding surface 11 of the laser crystal 10, a photosensitive resist film is applied on the heat dissipation metal film 20. The film thickness of the photosensitive resist film is, for example, about several μm. Then, after patterning the photosensitive resist film by a photolithography technique, openings 21 are formed in the heat dissipation metal film 20 using the photosensitive resist film as a mask.

図4(a)に示したように1つのレーザ結晶10に複数の開口部21を形成した後に、各開口部21に露出したレーザ結晶10の接合面11にそれぞれ波長変換素子30を接合する。その後、レーザ結晶10を分割する。このように、放熱金属膜20に複数の開口部21を同時に形成することにより、複数の接合を一度の作業で実施できる。これにより、生産性を著しく向上することができる。   As shown in FIG. 4A, after forming a plurality of openings 21 in one laser crystal 10, the wavelength conversion element 30 is bonded to the bonding surface 11 of the laser crystal 10 exposed in each opening 21. Thereafter, the laser crystal 10 is divided. In this way, by forming the plurality of openings 21 in the heat dissipation metal film 20 at the same time, a plurality of joining can be performed in one operation. Thereby, productivity can be remarkably improved.

図4(a)に示すように、レーザ結晶10のc軸方向が長辺であるように、レーザ結晶10の接合面11が設定される。これは、既に述べように、レーザ結晶10の熱伝導率の異方性に起因する発振光の楕円化を抑制するためである。そして、波長変換素子30のc軸方向をレーザ結晶10のc軸方向に合わせて、レーザ結晶10と波長変換素子30を接合する。   As shown in FIG. 4A, the bonding surface 11 of the laser crystal 10 is set so that the c-axis direction of the laser crystal 10 is a long side. As described above, this is for suppressing ovalization of the oscillation light caused by the thermal conductivity anisotropy of the laser crystal 10. Then, the laser crystal 10 and the wavelength conversion element 30 are joined with the c-axis direction of the wavelength conversion element 30 aligned with the c-axis direction of the laser crystal 10.

自律的アライメントでは、2つの光学素子のc軸方向を所望の角度に合わせて接合するために、図5に示すように光学素子の接合面Pの形状が長辺Aと短辺Bの比が5:4〜5:3の長方形状であることが好ましい。5:4よりも長辺Aに対する短辺Bの比が大きい場合には、90度異なる向きで光学素子がアライメントされる可能性がある。5:3よりも長辺Aに対する短辺Bの比が小さい場合には、放熱性が低下するという結果が得られている。   In the autonomous alignment, in order to join the c-axis directions of the two optical elements at a desired angle, the shape of the joining surface P of the optical element has a ratio of the long side A to the short side B as shown in FIG. A rectangular shape of 5: 4 to 5: 3 is preferable. When the ratio of the short side B to the long side A is larger than 5: 4, the optical elements may be aligned in a direction different by 90 degrees. When the ratio of the short side B to the long side A is smaller than 5: 3, the result is that the heat dissipation is reduced.

なお、自律的アライメントに必要な液滴50の表面張力を得るためには、放熱金属膜20に開口部21を形成するために用いた感光性レジストとレーザ結晶10との濡れ性の差を利用することが有効である。つまり、感光性レジストが放熱金属膜20上に形成された状態で、自律的アライメントを行う。これにより、開口部21の深さが、放熱金属膜20の膜厚と感光性レジストの膜厚とを合わせた深さになり、放熱金属膜20の膜厚のみの深さの場合よりも液滴50の表面張力が大きくなる。その結果、自律的アライメントをより良好に行うことができる。この方法を採用する場合には、開口部21を形成した後も放熱金属膜20上の感光性レジストを除去せず、レーザ結晶10と波長変換素子30とを接続した後に、感光性レジストを除去する。   In order to obtain the surface tension of the droplet 50 necessary for autonomous alignment, the difference in wettability between the photosensitive resist used for forming the opening 21 in the heat dissipation metal film 20 and the laser crystal 10 is used. It is effective to do. That is, autonomous alignment is performed in a state where the photosensitive resist is formed on the heat dissipation metal film 20. As a result, the depth of the opening 21 becomes the combined depth of the film thickness of the heat dissipation metal film 20 and the film thickness of the photosensitive resist, which is more liquid than the depth of only the film thickness of the heat dissipation metal film 20. The surface tension of the droplet 50 increases. As a result, autonomous alignment can be performed better. When this method is adopted, the photosensitive resist on the heat dissipation metal film 20 is not removed even after the opening 21 is formed, and the photosensitive resist is removed after the laser crystal 10 and the wavelength conversion element 30 are connected. To do.

既に説明したように、波長変換素子30の接合端面31の形状は、長辺と短辺の比が5:4〜5:3の長方形状であることが好ましく、この場合、接合端面31の外縁形状に沿って形成される開口部21の形状も、長辺と短辺の比が5:4〜5:3の長方形状である。   As already described, the shape of the joint end surface 31 of the wavelength conversion element 30 is preferably a rectangular shape having a ratio of the long side to the short side of 5: 4 to 5: 3. In this case, the outer edge of the joint end surface 31 The shape of the opening 21 formed along the shape is also a rectangular shape having a ratio of the long side to the short side of 5: 4 to 5: 3.

なお、波長変換素子30のレーザ結晶10に接合する接合端面31と放熱金属膜20の開口部21との間隙は、0.2mm〜0.5mm程度であることが好ましい。即ち、接合端面31及び開口部21が矩形状である場合には、各辺の長さの差を0.2mm〜0.5mm程度とする。   In addition, it is preferable that the gap | interval of the joining end surface 31 joined to the laser crystal 10 of the wavelength conversion element 30 and the opening part 21 of the thermal radiation metal film 20 is about 0.2 mm-0.5 mm. That is, when the joining end surface 31 and the opening 21 are rectangular, the difference in length between the sides is set to about 0.2 mm to 0.5 mm.

例えば、波長変換素子30の接合端面31が、c軸方向が1mmでありc軸方向と直交する方向が0.8mmの長方形状とする。間隙が0.5mmである場合に、開口部21は、c軸方向が1.5mmでありc軸方向と直交する方向が1.3mmの長方形状である。レーザ結晶10の接合面11が2mm×2mmである場合、放熱金属膜20が配置された放熱領域の面積は、(2×2−1.5×1.3)mm2であり、約2mm2である。既に述べたように、放熱領域の面積が2mm2程度以上あれば、100mWを超えるSHG光が安定して得られる。 For example, the joint end surface 31 of the wavelength conversion element 30 is a rectangular shape having a c-axis direction of 1 mm and a direction orthogonal to the c-axis direction of 0.8 mm. When the gap is 0.5 mm, the opening 21 has a rectangular shape in which the c-axis direction is 1.5 mm and the direction orthogonal to the c-axis direction is 1.3 mm. When the joining surface 11 of the laser crystal 10 is 2 mm × 2 mm, the area of the heat dissipation region where the heat dissipation metal film 20 is disposed is (2 × 2-1.5 × 1.3) mm 2, which is about 2 mm 2. It is. As already described, when the area of the heat dissipation region is about 2 mm 2 or more, SHG light exceeding 100 mW can be stably obtained.

また、波長変換素子30の接合端面31が1mm×0.6mmであり、間隙が0.2mmである場合に、開口部21は、c軸方向が1.2mmでありc軸方向と直交する方向が0.8mmである。このとき、レーザ結晶10の接合面11が1.4mm×1.4mmであると、放熱金属膜20が配置された放熱領域の面積は1mm2である。 Further, when the joint end face 31 of the wavelength conversion element 30 is 1 mm × 0.6 mm and the gap is 0.2 mm, the opening 21 has a c-axis direction of 1.2 mm and a direction orthogonal to the c-axis direction. Is 0.8 mm. At this time, if the bonding surface 11 of the laser crystal 10 is 1.4 mm × 1.4 mm, the area of the heat dissipation region where the heat dissipation metal film 20 is disposed is 1 mm 2 .

波長変換素子30の接合端面31と放熱金属膜20の開口部21との間隙が0.2mmよりも短いと、接合端面31と開口部21との位置合わせが困難である。一方、この間隙が0.5mmよりも長いと液滴の表面張力が不十分になり、自律的アライメントを適切に行うことが難しい場合がある。   If the gap between the joint end surface 31 of the wavelength conversion element 30 and the opening 21 of the heat dissipation metal film 20 is shorter than 0.2 mm, it is difficult to align the joint end surface 31 and the opening 21. On the other hand, if the gap is longer than 0.5 mm, the surface tension of the droplets becomes insufficient, and it may be difficult to perform autonomous alignment appropriately.

以上に説明したように、本発明の実施形態に係るレーザモジュール1では、レーザ結晶10の接合面11に配置された放熱金属膜20を介してヒートシンク40から熱が放散される。したがって、レーザモジュール1では、効率的に放熱が行われる。その結果、レーザ結晶10で発生する熱に起因する特性や信頼性の低下が抑制される。   As described above, in the laser module 1 according to the embodiment of the present invention, heat is dissipated from the heat sink 40 via the heat dissipating metal film 20 disposed on the bonding surface 11 of the laser crystal 10. Therefore, in the laser module 1, heat dissipation is performed efficiently. As a result, deterioration in characteristics and reliability due to heat generated in the laser crystal 10 is suppressed.

レーザモジュール1との比較のため、例えば図6に示すようなレーザモジュール1Aの場合を検討する。レーザモジュール1Aでは、接合面においてレーザ結晶10Aよりも波長変換素子30Aの方が大きい。なお、レーザ結晶10Aには第1の反射膜15Aが配置され、波長変換素子30Aには第2の反射膜35Aが配置されている。   For comparison with the laser module 1, for example, consider the case of a laser module 1A as shown in FIG. In the laser module 1A, the wavelength conversion element 30A is larger than the laser crystal 10A at the bonding surface. The first reflective film 15A is disposed on the laser crystal 10A, and the second reflective film 35A is disposed on the wavelength conversion element 30A.

図6に示すように、レーザモジュール1Aではレーザ結晶10Aの側面13Aのみがヒートシンク40Aに接している。したがって、図1に示したレーザモジュール1と比べて、図6に示したレーザモジュール1Aでは、レーザ結晶10Aからの熱が放熱されにくい。その結果、特性や信頼性の低下が生じる。   As shown in FIG. 6, in the laser module 1A, only the side surface 13A of the laser crystal 10A is in contact with the heat sink 40A. Therefore, compared with the laser module 1 shown in FIG. 1, in the laser module 1A shown in FIG. 6, the heat from the laser crystal 10A is not easily radiated. As a result, degradation of characteristics and reliability occurs.

レーザモジュール1は、例えば図7に示すように、固体レーザ装置100に搭載可能である。固体レーザ装置100は、半導体レーザ101と、本発明の実施形態に係るレーザモジュール1とを備える。   The laser module 1 can be mounted on a solid-state laser device 100, for example, as shown in FIG. The solid-state laser device 100 includes a semiconductor laser 101 and a laser module 1 according to an embodiment of the present invention.

半導体レーザ101は、レーザ駆動装置102によって駆動されて励起光L1を出射する。半導体レーザ101から出射された励起光L1は集光レンズ103によって集光され、集光された励起光L1がレーザモジュール1に入射される。   The semiconductor laser 101 is driven by the laser driving device 102 to emit the excitation light L1. The excitation light L1 emitted from the semiconductor laser 101 is condensed by the condenser lens 103, and the condensed excitation light L1 is incident on the laser module 1.

レーザモジュール1は励起光L1によって励起されて出力光L2を発生する。即ち、レーザ結晶10が励起光L1によって励起されて発振光を出力し、波長変換素子30が発振光の高調波光を発生する。この高調波光が、出力光L2として固体レーザ装置100から出力される。   The laser module 1 is excited by the excitation light L1 and generates output light L2. That is, the laser crystal 10 is excited by the excitation light L1 and outputs oscillation light, and the wavelength conversion element 30 generates harmonic light of the oscillation light. This harmonic light is output from the solid-state laser device 100 as output light L2.

また、温度調整装置104が、半導体レーザ101の温度とレーザモジュール1の温度を調整する。例えば、モードホップを生じることなく一定の波長の単一縦モードの励起光L1を特定の設定出力値で出射するように、半導体レーザ101の温度が設定される。また、出力効率が最大で、且つ光ノイズが一定値以下の出力光L2を出射するように、レーザモジュール1の温度が設定される。このとき、励起光L1の出力値が設定出力値である場合に、出力光L2は所定の出力値である。   The temperature adjustment device 104 adjusts the temperature of the semiconductor laser 101 and the temperature of the laser module 1. For example, the temperature of the semiconductor laser 101 is set so that the single longitudinal mode excitation light L1 having a constant wavelength is emitted at a specific set output value without causing a mode hop. In addition, the temperature of the laser module 1 is set so that the output light L2 having the maximum output efficiency and the optical noise of a certain value or less is emitted. At this time, when the output value of the excitation light L1 is the set output value, the output light L2 is a predetermined output value.

半導体レーザ101、レーザモジュール1及び温度調整装置104は、支持台110に搭載されている。温度調整装置104によって支持台110の温度を調整することにより、半導体レーザ101の温度と共にレーザモジュール1の温度が調整される。支持台110には、熱伝導率の高い材料、例えばアルミニウム材やインバー材などを採用可能である。温度調整装置104は、例えばペルチェ素子などを使用した構成を採用可能である。温度調整装置104は、温調駆動装置105によって駆動される。   The semiconductor laser 101, the laser module 1, and the temperature adjustment device 104 are mounted on a support base 110. By adjusting the temperature of the support base 110 by the temperature adjusting device 104, the temperature of the laser module 1 is adjusted together with the temperature of the semiconductor laser 101. For the support base 110, a material having high thermal conductivity, such as an aluminum material or an invar material, can be used. The temperature adjustment device 104 can employ a configuration using, for example, a Peltier element. The temperature adjustment device 104 is driven by a temperature adjustment drive device 105.

支持台110に取り付けられた温度検出装置106によって、半導体レーザ101とレーザモジュール1の温度が検出される。温度検出装置106は、検出した温度を電気的な温度信号STとして制御装置107に送信する。温度検出装置106には、例えばサーミスタなどを採用可能である。 The temperatures of the semiconductor laser 101 and the laser module 1 are detected by the temperature detection device 106 attached to the support base 110. Temperature sensing device 106 transmits to the controller 107 of the detected temperature as an electrical temperature signal S T. As the temperature detection device 106, for example, a thermistor can be employed.

温度信号STを受信することにより、制御装置107は、半導体レーザ101とレーザモジュール1の温度をリアルタイムでモニタできる。制御装置107は、半導体レーザ101及びレーザモジュール1の温度が所定の設定温度であるように、温調駆動装置105を制御する。 By receiving a temperature signal S T, the control unit 107 can monitor the temperature of the semiconductor laser 101 and the laser module 1 in real time. The control device 107 controls the temperature adjustment drive device 105 so that the temperature of the semiconductor laser 101 and the laser module 1 is a predetermined set temperature.

レーザモジュール1から出射された出力光L2は、ビームスプリッタ108によって分光される。分光された出力光L2の一部は、受光素子109に入射され、電気信号に変換される。受光素子109は、出力光L2の出力値に応じた電気的な出力信号Spを制御装置107に送信する。受光素子109には、例えばフォトダイオードなどを採用可能である。 The output light L2 emitted from the laser module 1 is split by the beam splitter 108. Part of the split output light L2 is incident on the light receiving element 109 and converted into an electrical signal. The light receiving element 109 transmits an electrical output signal S p in accordance with the output value of the output light L2 to the control unit 107. For example, a photodiode can be used as the light receiving element 109.

出力信号Spを受信することにより、制御装置107は、出力光L2の出力値をリアルタイムでモニタできる。制御装置107は、出力光L2の出力値が所定の範囲内であるように半導体レーザ101の励起光L1の出力を調整するために、レーザ駆動装置102を制御する。 By receiving the output signal S p, the controller 107 can monitor the output value of the output light L2 in real time. The control device 107 controls the laser driving device 102 in order to adjust the output of the excitation light L1 of the semiconductor laser 101 so that the output value of the output light L2 is within a predetermined range.

上記のように、固体レーザ装置100においては、制御装置107が、出力光L2が所定の出力値であるようにレーザ駆動装置102を制御し、且つ、半導体レーザ101及びレーザモジュール1の温度が所定の設定温度であるように温調駆動装置105を制御する。   As described above, in the solid-state laser device 100, the control device 107 controls the laser driving device 102 so that the output light L2 has a predetermined output value, and the temperatures of the semiconductor laser 101 and the laser module 1 are predetermined. The temperature control driving device 105 is controlled so as to be the set temperature.

レーザモジュール1を搭載した固体レーザ装置100によれば、レーザ結晶10で発生する熱に起因する特性や信頼性の低下が抑制される。例えば、レーザ結晶10を薄くすることができるため、光ノイズの低減した出力光L2が得られる。具体的には、100mWの高出力領域で0.2%rms以下の低ノイズのグリーンレーザ出力光を、効率よく安定的に取り出すことが可能である。   According to the solid-state laser device 100 on which the laser module 1 is mounted, deterioration in characteristics and reliability due to heat generated in the laser crystal 10 is suppressed. For example, since the laser crystal 10 can be made thin, output light L2 with reduced optical noise can be obtained. Specifically, green laser output light with a low noise of 0.2% rms or less in a high output region of 100 mW can be extracted efficiently and stably.

(その他の実施形態)
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
(Other embodiments)
As mentioned above, although this invention was described by embodiment, it should not be understood that the description and drawing which form a part of this indication limit this invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.

例えば、図8に示すように、励起光L1や出力光L2の進行を妨げない範囲で、レーザ結晶10及び波長変換素子30の周囲を広い範囲でヒートシンク40で覆ってもよい。図8に示したレーザモジュール1では、レーザ結晶10の入射面12上にも放熱金属膜20が配置され、放熱金属膜20を介して入射面12上にヒートシンク40の一部が配置されている。更に、波長変換素子30の出力面32上にもヒートシンク40の一部が配置されている。ただし、入射面12の励起光L1が入射する領域には放熱金属膜20とヒートシンク40は配置されておらず、出力面32の出力光L2が出力する領域にはヒートシンク40は配置されていない。   For example, as shown in FIG. 8, the periphery of the laser crystal 10 and the wavelength conversion element 30 may be covered with a heat sink 40 in a wide range as long as the progress of the excitation light L1 and the output light L2 is not hindered. In the laser module 1 shown in FIG. 8, the heat radiating metal film 20 is also disposed on the incident surface 12 of the laser crystal 10, and a part of the heat sink 40 is disposed on the incident surface 12 through the heat radiating metal film 20. . Further, a part of the heat sink 40 is also disposed on the output surface 32 of the wavelength conversion element 30. However, the heat radiating metal film 20 and the heat sink 40 are not disposed in the region where the excitation light L1 of the incident surface 12 is incident, and the heat sink 40 is not disposed in the region of the output surface 32 where the output light L2 is output.

図8に示した構成の場合には、入射面12からもヒートシンク40に熱が放出されるため、放熱性が向上する。更に、レーザ結晶10とヒートシンク40とを熱伝導性のよい半田などを用いて接着した後に、レーザ結晶10と波長変換素子30とを接合できる。このため、レーザ結晶10との接合後に波長変換素子30にかかる高温負荷を回避できる。   In the case of the configuration shown in FIG. 8, heat is also released from the incident surface 12 to the heat sink 40, so that heat dissipation is improved. Further, after the laser crystal 10 and the heat sink 40 are bonded using a solder having good thermal conductivity, the laser crystal 10 and the wavelength conversion element 30 can be joined. For this reason, a high temperature load applied to the wavelength conversion element 30 after joining with the laser crystal 10 can be avoided.

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。   As described above, the present invention naturally includes various embodiments not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.

1…レーザモジュール
10…レーザ結晶
11…接合面
15…第1の反射膜
20…放熱金属膜
21…開口部
30…波長変換素子
31…接合端面
35…第2の反射膜
40…ヒートシンク
50…液滴
100…固体レーザ装置
101…半導体レーザ
301…波長変換結晶
302…ダミー材
L1…励起光
L2…出力光
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser module 10 ... Laser crystal 11 ... Bonding surface 15 ... 1st reflection film 20 ... Radiation metal film 21 ... Opening part 30 ... Wavelength conversion element 31 ... Bonding end surface 35 ... 2nd reflection film 40 ... Heat sink 50 ... Liquid Drop 100 ... Solid laser device 101 ... Semiconductor laser 301 ... Wavelength conversion crystal 302 ... Dummy material L1 ... Excitation light L2 ... Output light

Claims (20)

レーザ結晶と、
前記レーザ結晶の接合面上に配置された放熱金属膜と、
前記放熱金属膜に設けられた開口部で前記接合面に接合され、前記レーザ結晶と共に光共振器を形成する波長変換素子と、
前記放熱金属膜に接触するヒートシンクと
を備え、前記接合面の前記波長変換素子が配置された領域の残余の領域上に少なくとも前記放熱金属膜が配置されていることを特徴とするレーザモジュール。
A laser crystal;
A heat dissipating metal film disposed on the bonding surface of the laser crystal;
A wavelength conversion element that is bonded to the bonding surface at an opening provided in the heat dissipation metal film and forms an optical resonator together with the laser crystal;
And a heat sink in contact with the heat radiating metal film, wherein at least the heat radiating metal film is disposed on a remaining region of the bonding surface where the wavelength conversion element is disposed.
前記放熱金属膜の前記開口部の形状が、長辺と短辺の比率が5:4乃至5:3の長方形状であることを特徴とする請求項1に記載のレーザモジュール。   2. The laser module according to claim 1, wherein the shape of the opening of the heat dissipation metal film is a rectangular shape having a ratio of a long side to a short side of 5: 4 to 5: 3. 前記長辺の延伸する方向が前記レーザ結晶のc軸方向と平行であることを特徴とする請求項2に記載のレーザモジュール。   The laser module according to claim 2, wherein a direction in which the long side extends is parallel to a c-axis direction of the laser crystal. 前記波長変換素子の前記レーザ結晶に接合する接合端面と前記放熱金属膜の前記開口部との間隙が0.2mm以上であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のレーザモジュール。   4. The gap according to claim 1, wherein a gap between a joining end face of the wavelength conversion element joined to the laser crystal and the opening of the heat dissipation metal film is 0.2 mm or more. 5. Laser module. 前記ヒートシンクが、前記レーザ結晶及び前記波長変換素子の側面を覆って配置されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のレーザモジュール。   The laser module according to any one of claims 1 to 4, wherein the heat sink is disposed so as to cover side surfaces of the laser crystal and the wavelength conversion element. 前記レーザ結晶の前記接合面と対向する入射面上に前記放熱金属膜が配置され、前記放熱金属膜を介して前記入射面上に前記ヒートシンクの一部が配置されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のレーザモジュール。   The heat dissipation metal film is disposed on an incident surface facing the bonding surface of the laser crystal, and a part of the heat sink is disposed on the incident surface via the heat dissipation metal film. Item 6. The laser module according to any one of Items 1 to 5. 前記レーザ結晶と前記波長変換素子とが、前記放熱金属膜に設けられた前記開口部に充填された液滴の表面張力によって自律的アライメントされて接合されたことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のレーザモジュール。   7. The laser crystal and the wavelength conversion element are bonded by autonomous alignment by a surface tension of a droplet filled in the opening provided in the heat dissipation metal film. The laser module according to any one of the above. 励起光を出射する半導体レーザと、
前記励起光によって励起されて発振光を出力するレーザ結晶、前記レーザ結晶の接合面上に配置された放熱金属膜、前記放熱金属膜に設けられた開口部で前記接合面に接合されて前記レーザ結晶と共に光共振器を形成し、前記発振光の高調波光を発生する波長変換素子、及び前記放熱金属膜に接触するヒートシンクを備え、前記接合面の前記波長変換素子が配置された領域の残余の領域上に少なくとも前記放熱金属膜が配置されたレーザモジュールと
を備えることを特徴とする固体レーザ装置。
A semiconductor laser that emits excitation light; and
A laser crystal that is excited by the excitation light and outputs oscillation light, a radiating metal film disposed on the bonding surface of the laser crystal, and the laser that is bonded to the bonding surface at an opening provided in the radiating metal film An optical resonator is formed together with the crystal, and includes a wavelength conversion element that generates harmonic light of the oscillation light, and a heat sink that is in contact with the heat dissipation metal film, and the remainder of the region where the wavelength conversion element is disposed on the joint surface A solid state laser device comprising: a laser module having at least the heat dissipating metal film disposed on the region.
前記放熱金属膜の前記開口部の形状が、長辺と短辺の比率が5:4乃至5:3の長方形状であることを特徴とする請求項8に記載の固体レーザ装置。   9. The solid-state laser device according to claim 8, wherein the shape of the opening of the heat dissipation metal film is a rectangular shape having a ratio of a long side to a short side of 5: 4 to 5: 3. 前記長辺の延伸する方向が前記レーザ結晶のc軸方向と平行であることを特徴とする請求項9に記載の固体レーザ装置。   The solid-state laser device according to claim 9, wherein a direction in which the long side extends is parallel to a c-axis direction of the laser crystal. 前記波長変換素子の前記レーザ結晶に接合する接合端面と前記放熱金属膜の前記開口部との間隙が0.2mm以上であることを特徴とする請求項8乃至10のいずれか1項に記載の固体レーザ装置。   11. The gap according to claim 8, wherein a gap between a joining end face of the wavelength conversion element joined to the laser crystal and the opening of the heat dissipation metal film is 0.2 mm or more. Solid state laser device. 前記ヒートシンクが、前記レーザ結晶及び前記波長変換素子の側面を覆って配置されていることを特徴とする請求項8乃至11のいずれか1項に記載の固体レーザ装置。   The solid-state laser device according to claim 8, wherein the heat sink is disposed so as to cover side surfaces of the laser crystal and the wavelength conversion element. 前記レーザ結晶の前記接合面と対向する入射面上に前記放熱金属膜が配置され、前記放熱金属膜を介して前記入射面上に前記ヒートシンクの一部が配置されていることを特徴とする請求項8乃至12のいずれか1項に記載の固体レーザ装置。   The heat dissipation metal film is disposed on an incident surface facing the bonding surface of the laser crystal, and a part of the heat sink is disposed on the incident surface via the heat dissipation metal film. Item 13. The solid-state laser device according to any one of Items 8 to 12. 前記レーザ結晶と前記波長変換素子とが、前記放熱金属膜に設けられた前記開口部に充填された液滴の表面張力によって自律的アライメントされて接合されたことを特徴とする請求項8乃至13のいずれか1項に記載の固体レーザ装置。   14. The laser crystal and the wavelength conversion element are bonded by autonomous alignment by a surface tension of a droplet filled in the opening provided in the heat dissipation metal film. The solid-state laser device according to any one of the above. レーザ結晶と波長変換素子とを接合するレーザモジュールの製造方法において、
前記レーザ結晶の接合面上に放熱金属膜を形成するステップと、
前記放熱金属膜に、前記波長変換素子の接合端面の外縁形状に沿った開口部を形成するステップと、
前記開口部内に液滴を充填するステップと、
前記開口部において前記レーザ結晶の前記接合面と前記波長変換素子の前記接合端面とを前記液滴を介して重ね合わせ、前記液滴の表面張力によって前記レーザ結晶と前記波長変換素子とを自律的にアライメントさせるステップと、
前記レーザ結晶と前記波長変換素子とを接合するステップと、
前記放熱金属膜に接触するようにヒートシンクを配置するステップと
を含むことを特徴とするレーザモジュールの製造方法。
In a method for manufacturing a laser module for joining a laser crystal and a wavelength conversion element,
Forming a heat dissipating metal film on the bonding surface of the laser crystal;
Forming an opening along the outer edge shape of the joint end face of the wavelength conversion element in the heat dissipation metal film;
Filling the opening with droplets;
In the opening, the bonding surface of the laser crystal and the bonding end surface of the wavelength conversion element are overlapped via the droplet, and the laser crystal and the wavelength conversion element are autonomously combined by the surface tension of the droplet. Aligning with:
Bonding the laser crystal and the wavelength conversion element;
And disposing a heat sink so as to be in contact with the heat dissipating metal film.
前記レーザ結晶と前記ヒートシンクとを接着させた後に、前記レーザ結晶と前記波長変換素子とを自律的にアライメントさせることを特徴とする請求項15に記載のレーザモジュールの製造方法。   16. The method of manufacturing a laser module according to claim 15, wherein the laser crystal and the wavelength conversion element are autonomously aligned after bonding the laser crystal and the heat sink. 前記放熱金属膜の前記開口部がフォトレジスト膜を用いたフォトリソグラフィ技術によって形成され、前記フォトレジスト膜が前記放熱金属膜上に残った状態で前記レーザ結晶と前記波長変換素子とを自律的にアライメントさせることを特徴とする請求項15又は16に記載のレーザモジュールの製造方法。   The opening of the heat dissipation metal film is formed by a photolithography technique using a photoresist film, and the laser crystal and the wavelength conversion element are autonomously moved with the photoresist film remaining on the heat dissipation metal film. The method of manufacturing a laser module according to claim 15 or 16, wherein alignment is performed. 前記放熱金属膜の前記開口部の形状が、長辺と短辺の比率が5:4乃至5:3の長方形状であることを特徴とする請求項15乃至17のいずれか1項に記載のレーザモジュールの製造方法。   18. The shape according to claim 15, wherein the shape of the opening of the heat dissipation metal film is a rectangular shape having a ratio of long side to short side of 5: 4 to 5: 3. Laser module manufacturing method. 前記長辺の延伸する方向が前記レーザ結晶のc軸方向と平行であることを特徴とする請求項18に記載のレーザモジュールの製造方法。   The method of manufacturing a laser module according to claim 18, wherein a direction in which the long side extends is parallel to a c-axis direction of the laser crystal. 前記波長変換素子の前記レーザ結晶に接合する接合端面と前記放熱金属膜の前記開口部との間隙が0.2mm以上であることを特徴とする請求項15乃至19のいずれか1項に記載のレーザモジュールの製造方法。   20. The gap according to claim 15, wherein a gap between a bonding end face of the wavelength conversion element that is bonded to the laser crystal and the opening of the heat dissipation metal film is 0.2 mm or more. Laser module manufacturing method.
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