JP3475431B2

JP3475431B2 - レーザ光発生装置

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Publication number: JP3475431B2
Application number: JP19457492A
Authority: JP
Inventors: 美智雄岡
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-06-30
Filing date: 1992-06-30
Publication date: 2003-12-08
Anticipated expiration: 2018-12-08
Also published as: JPH0621553A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光発生装置に関
し、特に、非線形光学結晶素子により波長変換されたレ
ーザ光を発生させるようなレーザ光発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】共振器内部の高いパワー密度を利用して
効率良く波長変換を行うことが従来より提案されてお
り、例えば、外部共振型のＳＨＧ（第２高調波発生）
や、レーザ共振器内部の非線形光学素子によるＳＨＧ等
が試みられている。

【０００３】レーザ共振器内第２高調波発生タイプの例
としては、共振器を構成する少なくとも一対の反射鏡の
間にレーザ媒質及び非線形光学結晶素子を配置したもの
が知られている。このタイプのレーザ光発生装置の場合
には、共振器内部の非線形光学結晶素子において、基本
波レーザ光に対して第２高調波レーザ光を位相整合させ
ることにより、効率良く第２高調波レーザ光を取り出す
ことができる。

【０００４】上記位相整合を実現する方法としては、基
本波レーザ光及び第２高調波レーザ光間にタイプＩ又は
タイプIIの位相整合条件を成り立たせるようにする。す
なわち、タイプＩの位相整合は、基本波レーザ光の常光
線を利用して、同一方向に偏光した２つの光子から周波
数が２倍の一つの光子を作るような現象を生じさせるこ
とを原理とするものである。これに対して、タイプIIの
位相整合は、互いに直交する２つの基本波固有偏光を非
線形光学結晶素子に入射することにより、２つの固有偏
光についてそれぞれ位相整合条件を成り立たせるように
するもので、基本波レーザ光は非線形光学結晶素子の内
部において常光線及び異常光線に分かれて第２高調波レ
ーザ光の異常光線に対して位相整合を生じる。

【０００５】ところが、タイプIIの位相整合条件を用い
て第２高調波レーザ光を発生させようとする場合、基本
波レーザ光が非線形光学結晶素子を繰り返し通る毎に基
本波レーザ光の固有偏光の位相が変化するため、第２高
調波レーザ光の発生を安定にし得なくなる虞れがある。

【０００６】すなわち、レーザ媒質において発生された
基本波レーザ光が共振動作によって非線形光学結晶素子
を繰り返し通過する毎に、直交する固有振動（すなわち
ｐ波成分及びｓ波成分）の位相がそれぞれずれてゆく
と、共振器各部において基本的にレーザ光が効率良く互
いに強め合うような定常状態が得られなくなることによ
り、強い共振状態（強い定在波）を形成できなくなり、
結果として基本波レーザ光の第２高調波レーザ光への変
換効率が劣化すると共に、第２高調波レーザ光にノイズ
を生じさせる虞れがあった。

【０００７】そこで、本件出願人は、従来特開平１−２
２０８７９号公報に示される如く、非線形光学結晶素子
によって第２高調波レーザ光を発生するようになされた
レーザ光源において、基本波レーザ光の共振光路中に、
１／４波長板等の複屈折性素子を挿入することにより、
出力レーザ光として出射する第２高調波レーザ光を安定
させるようにしたレーザ光源を提案している。

【０００８】図６は、上記特開平１−２２０８７９号公
報に開示されたレーザ光源、すなわちレーザ光発生装置
の一例を示している。この図６に示すレーザ光発生装置
は、Ｎｄ：ＹＡＧを用いたレーザ媒質（レーザロッド）
１０２の入射面に形成された反射面（ダイクロイックミ
ラー）１０３と、出力用凹面鏡１０４の内側の反射面
（ダイクロイックミラー）とから成る共振器１０１を有
しており、この共振器１０１内に、Ｎｄ：ＹＡＧのレー
ザ媒質１０２と、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ₄）より成る非
線形光学結晶素子１０６と、例えば水晶板により構成さ
れた１／４波長板である複屈折素子１０７とが配置され
ている。

【０００９】この共振器１０１内のレーザ媒質１０２
は、その入射面１０３に、励起用半導体レーザ１１１か
ら射出された励起用レーザ光が、コリメータレンズ１１
２、対物レンズ１１３を通って入射されることにより、
基本波レーザ光を発生する。この基本波レーザ光は、非
線形光学結晶素子１０６、複屈折素子１０７を通って凹
面鏡１０４の反射面で反射され、再び複屈折素子１０
７、非線形光学結晶素子１０６、レーザ媒質１０２を順
次通って上記入射面（反射面）１０３で反射される。従
って、基本波レーザ光は、共振器１０１のレーザ媒質１
０２の入射面の反射面１０３と出力用凹面鏡１０４の内
側の反射面との間を往復するように共振動作することに
なる。

【００１０】上記１／４波長板のような複屈折素子１０
７は、光の伝播方向に垂直な面内において、図７に示す
ように、異常光方向屈折率ｎ_e(7)の方向が、非線形光学
結晶素子１０６の異常光方向屈折率ｎ_e(6)の方向に対し
て所定の方位角θだけ、例えばθ＝４５°だけ傾くよう
な光軸位置に設定される。

【００１１】以上の構成において、基本波レーザ光は共
振光路を通って非線形光学結晶素子１０６を通過する際
に第２高調波レーザ光を発生させ、この第２高調波レー
ザ光が凹面鏡１０４を透過して、出力レーザ光として送
出される。

【００１２】この状態において、基本波レーザ光を形成
する各光線は、非線形光学結晶素子１０６に対して方位
角θ＝４５°だけ傾いた方位に設定された複屈折素子
（基本波の１／４波長板）１０７を通ることにより、共
振器１０１の各部におけるレーザ光のパワーは所定のレ
ベルに安定化される。これは、レーザ媒質１０２で発生
した基本波レーザ光を非線形光学結晶素子１０６を通過
するように共振動作させてタイプIIの第２高調波レーザ
光を発生させる際に、基本波レーザ光の互いに直交する
２つの固有偏光モード間の和周波発生によるカップリン
グを複屈折素子１０７により抑制することにより、発振
を安定化させるものである。

【００１３】すなわち、この１／４波長板１０７を挿入
することにより、（ｉ）和周波発生に起因する偏光モード間の非線形結合
がなくなり、偏光モード間のモード競合を防止できる。（ii) ２つの偏光モード間で空間位相差が９０°となる
ので、２つの偏光モードが発振することにより空間的ホ
ールバーニング効果を抑止でき、縦２モード（偏光２モ
ード）の安定発振が得られる。という作用効果が得られるものである。この１／４波長
板１０７のような複屈折性素子については、上記特開平
１−２２０８７９号公報の他、特願平２−１２５８５４
号の明細書及び図面、特願平３−１７０６８号の明細書
及び図面等において開示された技術にも用いられてい
る。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな一対の反射手段の間を光が往復するような共振器、
いわゆる定在波型の共振器内部では、基本波レーザ光が
反射手段間を往復しながら非線形光学結晶素子に入射す
るので、非線形光学結晶素子の両方向に第２高調波が発
生する。例えば、図８に示すような基本的な共振器構
成、すなわち、532ｎｍの波長の第２高調波レーザ光を1
00 ％透過し、1064ｎｍの波長の基本波レーザ光を100
％反射するように形成されたミラー面４１Ｒ及び４４Ｒ
を有する光学素子４１及び４４で構成される共振器の光
路中に、非線形光学結晶素子４２及びレーザ媒質４３が
設けられる構成において、レーザ媒質４３より発生され
た基本波レーザ光は、上記ミラー面４１Ｒと４４Ｒの間
を往復しながら上記非線形光学結晶素子４２に照射され
るので上記非線形光学結晶素子４２で発生された第２高
調波レーザ光は、上記ミラー面４１Ｒ側又は４４Ｒ側の
両方向に向かう。

【００１５】本来、エネルギー効率のみを考えれば、共
振器を構成するミラー面のどちらか片側に第２高調波レ
ーザ光に対して100 ％反射のコーティングを施せばよい
が、２つの光束が干渉し、安定性が損なわれるので実用
的ではなく、上述したように上記ミラー面４１Ｒ及び４
４Ｒを共に第２高調波レーザ光に対して100 ％透過する
ようにしている。

【００１６】しかしながら、図９に示すように、基本波
レーザ光に対して100 ％反射で第２高調波レーザ光に対
して100 ％透過のミラーコーティングを完全に実現する
のは困難で、第２高調波レーザ光に対して数％から数十
％程度の反射が存在する。この図９は石英に施したミラ
ーコーティングの特性を示す。例えば、図９において、
波長λが532 ｎｍの第２高調波レーザ光に対しての透過
率は約97％であり、約３％を反射してしまう。これに対
し、波長λが1064ｎｍの基本波レーザ光に対しての反射
率は約99.91 ％である。

【００１７】例えば、第２高調波レーザ光を略々100 ％
透過するようにコーティングされたミラー面において、
１％の反射光を発生させてしまったとしても、この１％
の反射光がもう一方の第２高調波レーザ光と重なり干渉
を起こす。

【００１８】通常、反射光の位相は、基本波レーザ光と
第２高調波レーザ光の伝播速度が同じで、両者に分散が
なければ常に一定になる。しかしながら、空気や非線形
光学結晶素子及びレーザ媒質で分散があるので温度変化
等により、反射光の位相が変化してしまう。この位相が
変化したときの前方強度Ｉは、位相をｗ、反射光の反射
率をＲとすれば、Ｉ＝｜１＋√Ｒｅ^iw｜²＝１＋２√Ｒcos ｗ＋Ｒ・・・（１）となる。

【００１９】ここで、上記反射光の反射率Ｒのいくつか
の値に対して反射位相ｗが０からπまで変化したときの
強度変動の振幅（２√Ｒ）を上記（１）式により計算
し、次の表１に示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】上記表１より、たとえ上記反射光の反射率
Ｒが１％でも±20％もの強度変動が発生することがわか
る。さらに、このような強度変動があると、レーザ光の
発振モードが不安定になり、モードホップノイズが発生
する。また、上記表１より、実用的に安定なレーザ光と
して、強度変動を２％以内に収めるには、反射光の反射
率Ｒを0.01％以内に抑える必要がある。したがって、上
記図９に示した特性を持つようなミラーコーティングが
施されたミラーでは強度変化を２％以内に収められな
い。

【００２２】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
であり、定在波型共振器内部での光軸の両方向に発生さ
れた第２高調波レーザ光に干渉を起こさせず、安定な出
力が得られるレーザ光発生装置の提供を目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明に係るレーザ光発
生装置は、共振器を構成する少なくとも一対の反射手段
と、上記共振器に外部から励起光を照射するレーザ光源
と、上記共振器内部に設けられて上記レーザ光源からの
励起光により基本波レーザ光を発生するレーザ媒質と、
上記共振器内部に設けられ、上記レーザ媒質からの基本
波レーザ光が上記共振器内を往復しながら共振動作され
て通過する際に第２高調波レーザ光を上記往復路の両方
向に発生する非線形光学結晶素子と、上記共振器内部に
設けられ、上記往復路の一方の方向に発生した上記第２
高調波レーザ光を略全透過するとともに上記基本波レー
ザ光を略全反射し、かつ透過しなかった第２高調波レー
ザ光の反射光と上記基本波レーザ光の光路を折曲する一
対の反射部を有する折曲手段とを備え、上記折曲手段を
上記非線形光学結晶素子から上記往復路の一方の方向に
発生して上記往復路の一方に設けられた上記共振器を構
成する一対の反射手段の内の一方の反射部により反射さ
れた上記第２高調波レーザ光の実効反射率を減衰するた
めに用い、上記往復路の一方の方向に発生した上記第２
高調波レーザ光と他方の方向に発生した上記第２高調波
レーザ光との干渉する強度を低減することにより上記課
題を解決する。

【００２４】また、他の発明に係るレーザ光発生装置
は、共振器を構成する少なくとも一対の反射手段と、上
記共振器に外部から励起光を照射するレーザ光源と、上
記共振器内部に設けられて上記レーザ光源からの励起光
により基本波レーザ光を発生するレーザ媒質と、上記共
振器内部に設けられ、上記レーザ媒質からの基本波レー
ザ光が上記共振器内を往復しながら共振動作されて通過
する際に第２高調波レーザ光を上記往復路の両方向に発
生する、上記往復路の一方の面を光軸に対して斜めに形
成された非線形光学結晶素子と、上記共振器内部に設け
られ、上記往復路の一方の方向に発生した上記第２高調
波レーザ光を略全透過するとともに上記基本波レーザ光
を略全反射し、かつ透過しなかった第２高調波レーザ光
の反射光と上記基本波レーザ光の光路を折曲する一対の
反射部を有する折曲手段とを備え、上記折曲手段を上記
非線形光学結晶素子から上記往復路の一方の方向に発生
して上記往復路の一方に設けられた上記共振器を構成す
る一対の反射手段の内の一方の反射部により反射された
上記第２高調波レーザ光の実効反射率を減衰するために
用い、上記往復路の一方の方向に発生した上記第２高調
波レーザ光と他方の方向に発生した上記第２高調波レー
ザ光との干渉する強度を低減することにより上記課題を
解決する。

【００２５】ここで上記共振器内部の光路中に光束の大
きさを制限するための素子を挿入してもよい。

【００２６】

【００２７】また、上記レーザ媒質としては、Ｎｄ：Ｙ
ＡＧ、Ｎｄ：ＹＶＯ₄、ＬＮＰ、Ｎｄ：ＢＥＬ等が用い
られ、上記非線形光学結晶素子としては、ＫＴＰ、Ｌ
Ｎ、ＢＢＯ、ＬＢＯ等が用いられる。

【００２８】上記第２高調波レーザ光の光源となるレー
ザ共振器としては、励起光によって励起されるレーザ媒
質において発生した基本波レーザ光を共振器内部に設け
られた非線形光学結晶素子を通過するように共振動作さ
れることにより、タイプIIの第２高調波レーザ光を発生
させると共に、上記基本波レーザ光の２つの偏光モード
間の和周波発生によるカップリングを抑制して２モード
で安定な発振を行わせるための光学手段を共振器光路内
に設けたものを使用できる。この光学手段には、１／４
波長板等の複屈折性素子が使用できる。

【００２９】

【作用】共振器内部で発生した第２高調波レーザ光の透
過面からのやむをえない反射光の実効反射率を共振器内
部に設けられて第２高調波レーザ光の反射光と基本波レ
ーザ光の光路を折曲する一対の反射部を有する折曲手段
によって減衰させる。これにより、共振器内部で両方向
に発生する第２高調波レーザ光が干渉を起こすことな
く、安定な出力を得る。

【００３０】

【実施例】図１は、本発明に係るレーザ発生装置の第１
の実施例の概略構成を示す構成図である。この図１にお
いて、励起光源素子としての半導体レーザ素子であるレ
ーザダイオード１から、励起光としてのレーザ光が出射
される。この励起レーザ光は、レンズ２で集光され、１
／４波長板３を介して、例えばＮｄ：ＹＡＧを用いたレ
ーザ媒質４に入射する。上記１／４波長板３は、1064ｎ
ｍの波長のレーザ光（基本波レーザ光）を略々100 ％反
射し、810 ｎｍの波長の励起光を略々100 ％透過するよ
うな反射面３Ｒ（以下、反射面としているのは基本波レ
ーザ光に対しての反射面であり、第２高調波レーザ光又
は励起光に対しては透過面である）を有している。上記
レーザ媒質４は、上記励起光の入射に応じて基本波レー
ザ光を発生する。この基本波レーザ光は、該基本波レー
ザ光を折曲するように設けられた平面鏡５と、凹面鏡６
により、例えばＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ₄）を用いた非線
形光学結晶素子７に導かれる。上記平面鏡５及び凹面鏡
６は、斜めに入射された1064ｎｍの波長のレーザ光（基
本波レーザ光）を略々100 ％反射し、同じく斜めに入射
された532 ｎｍの波長の第２高調波レーザ光を略々100
％透過するようにコーティングされた平面状の反射面５
Ｒ及び凹面状の反射面６Ｒを有している。

【００３１】ＫＴＰのような非線形光学結晶素子７は、
タイプIIの位相整合により、上記基本波レーザ光の２倍
の周波数の第２高調波レーザ光を発生する。例えば基本
波レーザ光の波長λを1064ｎｍとすると、第２高調波レ
ーザ光の波長はλ／２の532ｎｍとなる。この非線形光
学結晶素子７は、上記平面鏡５及び凹面鏡６と同様に10
64ｎｍの波長のレーザ光（基本波レーザ光）を略々100
％反射し、532 ｎｍの波長の第２高調波レーザ光を略々
100 ％透過するようにコーティングされた反射面７Ｒを
有している。

【００３２】上記平面鏡５及び凹面鏡６は、上述したよ
うに斜め入射の基本波レーザ光に対して高反射であり、
第２高調波レーザ光に対して高透過である。上記レーザ
媒質４によって発生された基本波レーザ光は、上記平面
鏡５及び凹面鏡６によって高反射され上記非線形光学結
晶素子７に入射する。上記非線形光学結晶素子７は、入
射された基本波レーザ光を反射面７Ｒで反射させ、上記
凹面鏡６及び平面鏡５を介して上記１／４波長板３に照
射する。したがって、上記レーザ媒質４で発生した基本
波レーザ光は、レーザ共振器を構成する反射面７Ｒと反
射面３Ｒの間を上記平面鏡５及び凹面鏡６を介して往復
進行し、レーザの発振が行われる。そして、上記非線形
光学結晶素子７の内部で、第２高調波レーザ光が発生さ
れ、反射面７Ｒを透過し、レーザ共振器外に向かう。こ
こで、上記反射面７Ｒは、上述したように第２高調波レ
ーザ光を完全に100 ％透過するものではなく、上記凹面
鏡６の方向に数％〜数十％反射してしまう。しかし、上
記反射面７Ｒ、６Ｒ、５Ｒ及び３Ｒが第２高調波レーザ
光に対して、それぞれ、例えば、10％の反射光を生じさ
せてしまうとしても、上記反射面７Ｒで反射された反射
光が再び該反射面７Ｒに戻ってくるには、計５回の反射
が行われるので、実効反射光反射率Ｒは、0.001 ％とな
る。したがって、一面当たり10％の反射でも、５回の反
射が繰り返されることにより、干渉が問題にならない程
度まで抑えられる。

【００３３】すなわち、上記第１の実施例は、上記平面
鏡５及び凹面鏡６の２枚のミラーを共振器内の光路を折
曲するように設けて、実効反射率を減衰させ、強度変動
を抑えるものである。また、共振器内の光路中に光路を
折曲するように設けるミラーを３枚、４枚と増やせば、
さらに上記強度変動を抑えられる。また、１枚のみ設け
る場合は計３回の反射となり、１面当たり4.6 ％以下の
反射であれば、実効反射率を0.01％にでき、強度変動を
２％以下に抑えられる。

【００３４】次に、図２は、本発明に係るレーザ発生装
置の第２の実施例の概略構成を示す構成図である。この
図２において、レーザダイオード１１から、励起光とし
てのレーザ光が出射される。この励起レーザ光は、レン
ズ１２で集光され、１／４波長板１３を介して、例えば
Ｎｄ：ＹＡＧを用いたレーザ媒質１４に入射する。上記
１／４波長板１３は、1064ｎｍの波長のレーザ光（基本
波レーザ光）を略々100 ％反射し、810 ｎｍの波長の励
起光を略々100 ％透過するような反射面１３Ｒを有して
いる。上記レーザ媒質１４は、上記励起光の入射に応じ
て基本波レーザ光を発生するが、共振器内部の面１４ａ
を光軸に対して斜めに形成している。そして、基本波レ
ーザ光は、該基本波レーザ光を折曲するように設けられ
た平面鏡１５と、凹面鏡１６により、例えばＫＴＰ（Ｋ
ＴｉＯＰＯ₄）を用いた非線形光学結晶素子１７に導か
れる。上記平面鏡１５及び凹面鏡１６は、斜めに入射さ
れた1064ｎｍの波長のレーザ光（基本波レーザ光）を略
々100 ％反射し、同じく斜めに入射された532 ｎｍの波
長の第２高調波レーザ光を略々100 ％透過するようにコ
ーティングされた平面状の反射面１５Ｒ及び凹面状の反
射面１６Ｒを有している。また、上記非線形光学結晶素
子１７も共振器内部の面１７ａを光軸に対して斜めに形
成しいる。

【００３５】上記レーザ媒質１４及び非線形光学結晶素
子１７の共振器内部の面１４ａ及び１７ａを光軸に対し
て斜めに形成したのは、基本波レーザ光と第２高調波レ
ーザ光との光軸をずらすためである。例えば、図３に示
すようにレーザ媒質１４の共振器内部の面１４ａを斜め
に形成した場合、基本波レーザ光と第２高調波レーザ光
には波長の違いによる屈折率の差（分散）が生じて光軸
がずれる。すなわち、基本波レーザ光はｎ方向、第２高
調波レーザ光はｍ方向の光軸を有することになる。上記
非線形光学結晶素子１７についても同様に基本波レーザ
光の光軸と第２高調波レーザ光の光軸にずれが生じる。

【００３６】上記非線形光学結晶素子１７は、上記第１
の実施例の非線形光学結晶素子７と同様にタイプIIの位
相整合により、上記基本波レーザ光の２倍の周波数の第
２高調波レーザ光を発生し、上記第１の実施例のそれと
同様の特性を持つ反射面１７Ｒを有している。

【００３７】上記平面鏡１５及び凹面鏡１６の特性も上
記第１の実施例のそれと同様である。すなわち、上記レ
ーザ媒質１４によって発生された基本波レーザ光は、上
記平面鏡１５及び凹面鏡１６によって高反射され上記非
線形光学結晶素子１７に入射する。上記非線形光学結晶
素子１７は、入射された基本波レーザ光を反射面１７Ｒ
で反射させ、上記凹面鏡１６及び平面鏡１５を介して上
記１／４波長板１３に照射する。したがって、上記レー
ザ媒質１４で発生した基本波レーザ光は、レーザ共振器
を構成する反射面１７Ｒと反射面１３Ｒの間を上記平面
鏡１５及び凹面鏡１６を介して往復進行し、レーザの発
振が行われる。そして、上記非線形光学結晶素子１７の
内部で、第２高調波レーザ光が発生され、反射面１７Ｒ
を透過し、レーザ共振器外に向かう。ここで、上記反射
面１７Ｒは、上述したように第２高調波レーザ光を完全
に100 ％透過するものではなく、上記凹面鏡１６の方向
に数％〜数十％反射してしまう。しかし、上記反射面１
７Ｒ、１６Ｒ、１５Ｒ及び１３Ｒが第２高調波レーザ光
に対して、例えば、それぞれ10％の反射光を生じさせて
しまうとしても、上記反射面１７Ｒで反射された反射光
が再び該反射面１７Ｒに戻ってくるには、計５回の反射
が行われるので、実効反射光反射率Ｒは、0.001 ％とな
る。したがって、一面当たり10％の反射でも、５回の反
射が繰り返されることにより、干渉が問題にならない程
度まで抑えられる。

【００３８】さらに、この第２の実施例では、上述した
ように、上記レーザ媒質１４及び非線形光学結晶素子１
７の共振器内部の面１４ａ及び１７ａを光軸に対して斜
めに傾けて形成しているので、基本波レーザ光と第２高
調波レーザ光との光軸にずれが生じ、このずれが２倍に
なり、反射光がもう一方の第２高調波レーザ光に対して
ずれてくるので干渉強度が低減される。

【００３９】すなわち、この第２の実施例は、上記平面
鏡１５及び凹面鏡１６の２枚のミラーを共振器内の光路
を折曲するように設けて、実効反射率を減衰させ、強度
変動を抑え、さらに、上記レーザ媒質１４及び非線形光
学結晶素子１７の共振器内部の面１４Ｒ及び１７Ｒを光
軸に対して斜めに形成し、基本波レーザ光と第２高調波
レーザ光との光軸にずれを生じさせ、第２高調波同士の
干渉を低減させている。

【００４０】次に、図４は、本発明に係るレーザ発生装
置の第３の実施例の概略構成を示す構成図である。この
図４において、レーザダイオード２１から、励起光とし
てのレーザ光が出射される。この励起レーザ光は、レン
ズ２２で集光され、１／４波長板２３を介して、例えば
Ｎｄ：ＹＡＧを用いたレーザ媒質２４に入射する。上記
１／４波長板１３は、1064ｎｍの波長のレーザ光（基本
波レーザ光）を略々100 ％反射し、810 ｎｍの波長の励
起光を略々100 ％透過するような反射面２３Ｒを有して
いる。上記レーザ媒質２４は、上記励起光の入射に応じ
て基本波レーザ光を発生するが、共振器内部の面２４ａ
を光軸に対して斜めに形成している。そして、基本波レ
ーザ光は、光路中の一方に設けられて光束の大きさを制
限するための素子（以下アパーチャという）２８を介
し、平面鏡２５と、凹面鏡２６により折曲され、光路中
の他方に設けられたアパーチャ２９を介して、例えばＫ
ＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ₄）を用いた非線形光学結晶素子２
７に導かれる。上記平面鏡２５及び凹面鏡２６は、斜め
に入射された1064ｎｍの波長のレーザ光（基本波レーザ
光）を略々100 ％反射し、同じく斜めに入射された532
ｎｍの波長の第２高調波レーザ光を略々100 ％透過する
ようにコーティングされた平面状の反射面２５Ｒ及び凹
面状の反射面２６Ｒを有している。また、上記非線形光
学結晶素子２７も共振器内部の面２７ａを光軸に対して
斜めに形成しいる。

【００４１】上記レーザ媒質２４及び非線形光学結晶素
子２７の共振器内部の面２４ａ及び２７ａを光軸に対し
て斜めに形成したのは、上記第２の実施例と同様に基本
波レーザ光と第２高調波レーザ光の光軸をずらすためで
ある。

【００４２】上記非線形光学結晶素子２７は、上記第１
の実施例の非線形光学結晶素子７と同様にタイプIIの位
相整合により、上記基本波レーザ光の２倍の周波数の第
２高調波レーザ光を発生し、上記第１の実施例のそれと
同様の特性を持つ反射面２７Ｒを有している。

【００４３】上記平面鏡２５及び凹面鏡２６の特性も上
記第１の実施例のそれと同様である。すなわち、上記レ
ーザ媒質２４によって発生された基本波レーザ光は、上
記平面鏡２５及び凹面鏡２６によって高反射され上記非
線形光学結晶素子２７に入射する。上記非線形光学結晶
素子２７は、入射された基本波レーザ光を反射面２７Ｒ
で反射させ、上記凹面鏡２６及び平面鏡２５を介して上
記１／４波長板２３に照射する。したがって、上記レー
ザ媒質２４で発生した基本波レーザ光は、レーザ共振器
を構成する反射面２７Ｒと反射面２３Ｒの間を上記平面
鏡２５及び凹面鏡２６を介して往復進行し、レーザの発
振が行われる。そして、上記非線形光学結晶素子２７の
内部で、第２高調波レーザ光が発生され、反射面２７Ｒ
を透過し、レーザ共振器外に向かう。ここで、上記反射
面２７Ｒは、上述したように第２高調波レーザ光を100
％透過するものではなく、上記凹面鏡１６の方向に数％
〜数十％反射してしまう。しかし、上記反射面２７Ｒ、
２６Ｒ、２５Ｒ及び２３Ｒが第２高調波レーザ光に対し
て、例えば、それぞれ10％の反射光を生じさせてしまう
としても、上記反射面２７Ｒで反射された反射光が再び
該反射面２７Ｒに戻ってくるには、計５回の反射が行わ
れるので、実効反射光反射率Ｒは、0.001 ％となる。し
たがって、一面当たり10％の反射でも、５回の反射が繰
り返されることにより、干渉が問題にならない程度まで
抑えられる。

【００４４】また、この第３の実施例では、上述したよ
うに、上記レーザ媒質２４及び非線形光学結晶素子２７
の共振器内部の面２４ａ及び２７ａを光軸に対して斜め
に傾けているので、基本波レーザ光と第２高調波レーザ
光の光軸にずれが生じ、このずれが２倍になり、反射光
がもう一方の第２高調波レーザ光に対してずれてくるの
で干渉強度が低減される。

【００４５】このように、共振器内の上記レーザ媒質２
４及び非線形光学結晶素子２７からの反射光がもう一方
の第２高調波レーザ光と重なっておこす干渉を低減させ
るために、上記レーザ媒質２４及び非線形光学結晶素子
２７の共振器内部の面２４ａ及び２７ａを光軸に対して
傾けているのであるが、これら斜めに形成された面２４
ａ及び２７ａは基本波レーザ光に対して無反射コーティ
ングが施されいる。この無反射コーティングの残留反射
（典型的には0.1 ％程度）により基本波レーザ光が斜め
方向に反射され、その斜め方向に反射された反射光（破
線で示す）が共振器内で迷光となり、レーザ光の高次モ
ードを励起し出力の安定性を損なう虞れがある。

【００４６】そこで、この第３の実施例では、上述した
ように、光路中の一方にアパーチャ２８、他方にアパー
チャ２９を挿入し、上記迷光を除去し、出力の安定性を
得るようにしている。

【００４７】すなわち、この第３の実施例は、上記平面
鏡２５及び凹面鏡２６の２枚のミラーを共振器内の光路
を折曲するように設けて、実効反射率を減衰させ、強度
変動を抑え、さらに、上記レーザ媒質２４及び非線形光
学結晶素子２７の共振器内部の面２４Ｒ及び２７Ｒを光
軸に対して斜めに形成し、基本波レーザ光と第２高調波
レーザ光との光軸にずれを生じさせ、第２高調波同士の
干渉を低減させているうえ、このときに発生する迷光を
アパーチャ２８及び２９により除去し、安定な出力を得
るようにしている。

【００４８】なお、一般にアパーチャは横モードの選択
に用いられているが、この第３の実施例では、横モード
の選択に用いられるより十分大きな幅でも効果がある。
また、円形のアパーチャでなく縦型スリットでも効果が
あり、従来の横モードの選択のアパーチャとは異なる。
また、スリットを用いるときは一次元のめの調整となる
ので容易である。

【００４９】次に、図５は、本発明に係るレーザ発生装
置の第４の実施例の概略構成を示す構成図である。この
図５において、レーザダイオード３１から、励起光とし
てのレーザ光が出射される。この励起レーザ光は、レン
ズ３２で集光され、１／４波長板３３を介して、例えば
Ｎｄ：ＹＡＧを用いたレーザ媒質３４に入射する。上記
１／４波長板３３は、1064ｎｍの波長のレーザ光（基本
波レーザ光）を略々100 ％反射し、810 ｎｍの波長の励
起光を略々100 ％透過するような反射面３３Ｒを有して
いる。上記レーザ媒質３４は、上記励起光の入射に応じ
て基本波レーザ光を発生するが、共振器内部の面３４ａ
を光軸に対して斜めに形成している。そして、基本波レ
ーザ光は、光路中に光軸よりずれた角度で設けられた後
述する光学素子３５を透過し、例えばＫＴＰ（ＫＴｉＯ
ＰＯ₄）を用いた非線形光学結晶素子３６に導かれる。
上記非線形光学結晶素子３６も共振器内部の面３６ａを
光軸に対して斜めに形成いる。また、上記非線形光学結
晶素子３６は、基本波レーザ光を略々100 ％反射し、53
2 ｎｍの波長の第２高調波レーザ光を略々100 ％透過す
るような反射面３６Ｒを有している。

【００５０】上記非線形光学結晶素子３６は、上記第１
の実施例の非線形光学結晶素子７と同様にタイプIIの位
相整合により、上記基本波レーザ光の２倍の周波数の第
２高調波レーザ光を発生する。

【００５１】上記光学素子３５は、光軸よりずれた角度
で挿入されており、基本波レーザ光を略々100 ％透過
し、第２高調波レーザ光を略々100 ％光軸よりずれた角
度で反射する特性を有する。また、上記光学結晶素子３
５は、第２高調波レーザ光を略々100 ％吸収する特性を
有するものでもよい。

【００５２】したがって、この第４の実施例は、光軸よ
りずれた角度で挿入された上記光学素子３５が上記非線
形光学結晶素子３６からの第２高調波レーザ光の反射光
を光軸よりずれた角度で高反射又は吸収することによ
り、第２高調波レーザ光同士の干渉を低減できる。

【００５３】なお、この第４の実施例でも、レーザ媒質
３４及び非線形光学結晶素子３６の共振器内部の面３４
ａ及び３６ａを光軸より傾けているため、第２高調波レ
ーザ光は光軸よりずれた角度で反射される。このとき、
上記面３４ａ及び３６ａには、基本波レーザ光に対して
無反射コーティングが施されている。基本波レーザ光に
対して無反射コーティングであり、第２高調波レーザ光
に対してなるべく高反射であれば、第２高調波レーザ光
同士の干渉効果を低減できる。基本波レーザ光に対して
無反射コーティングを重視しながら数層の誘電体膜によ
り50％程度の第２高調波レーザ光に対する反射膜は実現
可能であり、このような面が２面あれば（例えば、上記
非線形光学結晶素子３６とレーザ媒質３４の光軸に対し
ての斜めの面）往復で干渉に寄与する反射光の透過率が
6.3 ％となる。

【００５４】また、上記各実施例において、基本波レー
ザ光に対する各１／４波長板を同時に第２高調波レーザ
光に対しても１／４波長板となるようにすれば、偏光面
が往復で90°回転するため、直交する偏光は干渉しない
ので、干渉効果を低減できる。

【００５５】また、上記各実施例において、各レーザ媒
質をＮｄ：ＹＡＧとしているが、Ｎｄ：ＹＶＯ₄、ＬＮ
Ｐ等でもよい。また、各非線形光学結晶素子をＫＴＰと
しているが、タイプI 、タイプIIに限らずＬＢＯ、Ｌｉ
ＮｂＯ₃、ＢＢＯ、ＫＮｂＯ₃等の第２高調波レーザ発
生可能な非線形光学結晶素子でもよい。

【００５６】さらに、定在波型共振器内で第２高調波レ
ーザ光を発生する共振器内部型だけでなく、定在波共振
器内に非線形光学結晶素子がある外部共振型のレーザ発
光装置にも本発明は有効である。

【００５７】

【発明の効果】本発明に係るレーザ光発生装置は、非線
形光学結晶素子から往復路の一方の方向に発生して往復
路の一方に設けられた一対の反射手段の内の一方の反射
部（ミラー）により反射された第２高調波レーザ光を、
一対の反射部を有する折曲手段が折曲しながら、第２高
調波レーザ光の実効反射率を減衰するので、往復路の他
方に発生した第２高調波レーザ光と干渉する強度を低減
でき、共振器内部で両方向に発生する第２高調波レーザ
光に干渉を起こさせず、安定な出力を得ることができ
る。

【００５８】また、少なくとも上記非線形光学結晶素子
の共振器内部の面を光軸に対して斜めに形成することに
より、基本波レーザ光と第２高調波レーザ光との光軸に
ずれを生じさせて第２高調波同士の干渉を起こさせず、
安定な出力を得る。

【００５９】また、上記共振器内部の光路中に光束の大
きさを制限するための素子を挿入することにより、迷光
を除去し、安定な出力を得る。

【００６０】さらに、上記共振器と、上記レーザ光源
と、上記レーザ媒質と、上記非線形光学結晶素子と、上
記共振器内部に高調波レーザ光を光軸よりずれた角度で
高反射又は吸収する光学素子を挿入することにより、第
２高調波同士の干渉を起こさせず、安定な出力を得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るレーザ光発生装置の第１の実施例
の概略構成を示す構成図である。

【図２】第２の実施例の概略構成を示す構成図である。

【図３】第２の実施例に用いられるレーザ媒質を説明す
るための図である。

【図４】第３の実施例の概略構成を示す構成図である。

【図５】第４の実施例の概略構成を示す構成図である。

【図６】従来のレーザ光発生装置の一例を示す構成図で
ある。

【図７】図６のレーザ光発生装置に用いられる複屈折性
素子の方位角の説明図である。

【図８】従来のレーザ光発生装置内の第２高調波レーザ
光の干渉を説明するための図である。

【図９】石英に施したミラーコーティングの特性を示す
特性図である。

【符号の説明】

１・・・・・レーザダイオード２・・・・・レンズ３・・・・・１／４波長板４・・・・・レーザ媒質５・・・・・平面鏡６・・・・・凹面鏡７・・・・・非線形光学結晶素子

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】共振器を構成する少なくとも一対の反射
手段と、上記共振器に外部から励起光を照射するレーザ光源と、上記共振器内部に設けられて上記レーザ光源からの励起
光により基本波レーザ光を発生するレーザ媒質と、上記共振器内部に設けられ、上記レーザ媒質からの基本
波レーザ光が上記共振器内を往復しながら共振動作され
て通過する際に第２高調波レーザ光を上記往復路の両方
向に発生する非線形光学結晶素子と、上記共振器内部に設けられ、上記往復路の一方の方向に
発生した上記第２高調波レーザ光を略全透過するととも
に上記基本波レーザ光を略全反射し、かつ透過しなかっ
た第２高調波レーザ光の反射光と上記基本波レーザ光の
光路を折曲する一対の反射部を有する折曲手段とを備
え、上記折曲手段を上記非線形光学結晶素子から上記往復路
の一方の方向に発生して上記往復路の一方に設けられた
上記共振器を構成する一対の反射手段の内の一方の反射
部により反射された上記第２高調波レーザ光の実効反射
率を減衰するために用い、上記往復路の一方の方向に発
生した上記第２高調波レーザ光と他方の方向に発生した
上記第２高調波レーザ光との干渉する強度を低減するこ
とを特徴とするレーザ光発生装置。
【請求項２】共振器を構成する少なくとも一対の反射
手段と、上記共振器に外部から励起光を照射するレーザ光源と、上記共振器内部に設けられて上記レーザ光源からの励起
光により基本波レーザ光を発生するレーザ媒質と、上記共振器内部に設けられ、上記レーザ媒質からの基本
波レーザ光が上記共振器内を往復しながら共振動作され
て通過する際に第２高調波レーザ光を上記往復路の両方
向に発生する、上記往復路の一方の面を光軸に対して斜
めに形成された非線形光学結晶素子と、上記共振器内部に設けられ、上記往復路の一方の方向に
発生した上記第２高調波レーザ光を略全透過するととも
に上記基本波レーザ光を略全反射し、かつ透過しなかっ
た第２高調波レーザ光の反射光と上記基本波レーザ光の
光路を折曲する一対の反射部を有する折曲手段とを備
え、上記折曲手段を上記非線形光学結晶素子から上記往復路
の一方の方向に発生して上記往復路の一方に設けられた
上記共振器を構成する一対の反射手段の内の一方の反射
部により反射された上記第２高調波レーザ光の実効反射
率を減衰するために用い、上記往復路の一方の方向に発
生した上記第２高調波レーザ光と他方の方向に発生した
上記第２高調波レーザ光との干渉する強度を低減するこ
とを特徴とするレーザ光発生装置。
【請求項３】上記共振器内部の光路中に上記第２高調
波レーザ光の迷光を除去する迷光除去手段を設けること
を特徴とする請求項２記載のレーザ光発生装置。
【請求項４】上記折曲手段が有する一対の反射部のい
ずれか一方は、凹面鏡であることを特徴とする請求項１
又は２記載のレーザ光発生装置。