JP3983024B2 - レーザ発振装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体レーザを励起源としたレーザ発振装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
先ず、図１１に於いて、レーザ発振装置の概略を説明する。
【０００３】
図１１は、第２次高調波によるレーザ発振装置を簡略化して示したレーザ発振装置１であり、レーザ光源２と、集光レンズ３と、レーザ結晶４と、非線形光学媒質５と、出力ミラー６と、レーザ駆動手段９とから構成されている。
【０００４】
同一光軸１０上に前記レーザ光源２、集光レンズ３、レーザ結晶４、非線形光学媒質５、凹反射面を有する出力ミラー６が配設され、前記レーザ結晶４の集光レンズ３に対向する面には第１誘電体反射膜７が形成され、前記出力ミラー６の非線形光学媒質５に対向する凹反射面には第２誘電体反射膜８が形成されている。
【０００５】
前記レーザ光源２は、レーザ光線を発生させる為のものであり、本実施の形態では半導体レーザが使用され、前記レーザ光源２が基本波を発生させるポンプ光発生装置としての機能を有する。前記レーザ光源２は、前記レーザ駆動手段９によって駆動され、該レーザ駆動手段９は前記レーザ光源２をパルス駆動することができる。
【０００６】
前記レーザ結晶４は負温度の媒質であり、光の増幅を行う為のものである。該レーザ結晶４には、Ｎｄ3+イオンをドープしたＹＡＧ（イットリウム アルミニウム ガーネット）等が採用される。ＹＡＧは、９４６nm、１０６４nm、１３１９nm等の発振線を有している。尚、前記レーザ結晶４はＹＡＧの他に、発振線が１０６４nmのＮｄ（ＹＶＯ4 ）や、発振線が７００〜９００nmのＴｉ（Ｓａｐｐｈｉｒｅ）等が使用される。
【０００７】
前記第１誘電体反射膜７は、前記レーザ光源２に対して高透過であり、且つ前記レーザ結晶４の発振波長に対して高反射であると共に、第２次高調波に対しても高反射となっている。前記第２誘電体反射膜８は、前記レーザ結晶４の発振波長に対して高反射であり、第２次高調波に対して高透過となっている。
【０００８】
以上の様に、前記レーザ結晶４と前記出力ミラー６とを組合わせ、前記レーザ光源２からのレーザ光線が前記集光レンズ３を介して入射され、入射されたレーザ光線を前記第１誘電体反射膜７、第２誘電体反射膜８間で反射し前記レーザ結晶４にポンピングすると、前記第１誘電体反射膜７と第２誘電体反射膜８間に前記非線形光学媒質５を通してレーザ光線を長時間閉込めることができるので、レーザ光線を共振させて増幅させ、前記出力ミラー６を透過して第２次高調波のレーザ光線を射出することができる。
【０００９】
前記非線形光学媒質５について略述する。
【００１０】
物質に電界が加わると電気分極が生じる。この電界が小さい場合には、分極は電界に比例するが、レーザ光線の様に強力なコヒーレント光の場合には、電界と分極の間の比例関係が崩れ、電界の２乗、３乗に比例する非線形的な分極成分が卓越してくる。
【００１１】
従って、前記非線形光学媒質５中に於いては、レーザ光線によって発生する分極には、光波電界の２乗に比例する成分が含まれており、この非線形分極により、異なった周波数の光波間に結合が生じ、光周波数を２倍にする第２次高調波が発生する。この第２次高調波の発生は、ＳＨＧ（ＳＥＣＯＮＤ ＨＡＲＭＯＮＩＣ ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ）と呼ばれている。
【００１２】
上記した、従来例では前記非線形光学媒質５は前記レーザ結晶４と出力ミラー６とから構成される光共振器内に挿入されているので、内部型ＳＨＧと呼ばれており、変換出力は、基本波光電力の２乗に比例するので、光共振器内の大きな光強度を直接利用できる。
【００１３】
前記非線形光学媒質５は、例えば、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4 リン酸チタニルカリウム）やＢＢＯ（βーＢａＢ2Ｏ4 β型ホウ酸リチウム）、ＬＢＯ（ＬｉＢ3Ｏ5 トリホウ酸リチウム）等が使用され、主に、１０６４nmから５３２nmに変換される。
【００１４】
又、ＫＮｂＯ3 （ニオブ酸カリウム）等も採用され、主に、９４６nmから４７３nmに変換される。そして図１１に於いて、ωは光基本波の角振動数であり、２ωが第２次高調波の角振動数である。
【００１５】
第２次高調波によるレーザ発振装置に於いて、光共振器内で発振している光基本波から非線形結晶（ＫＴＰ結晶）を用いて高調波を発生させる為には、
１．非線形結晶温度制御（位相整合温度２５℃一定）
２．光共振器内の基本波発振軸に対する非線形結晶軸の調整を行って非線形結晶の位相整合条件を満たすこと
が必要となる。
【００１６】
従って、従来よりレーザ発振装置は冷却機構、非線形結晶軸の合わせ機構を具備している。
【００１７】
図１２により従来の冷却機構、非線形結晶軸の合わせ機構について説明する。
【００１８】
伝熱性の高い材料からなる光共振器ブロック１１に非線形光学媒質５を収納する凹部１２が形成され、該凹部１２を貫通し、レーザ発振装置の光軸１０と合致する軸心を有する光路孔１３が穿設され、前記凹部１２により分断された前記光路孔１３の入射側にはレーザ結晶４が設けられ、前記光路孔１３の射出側端部には出力ミラー６が設けられている。前記光共振器ブロック１１の下面にはペルチェ素子１４が固着されている。
【００１９】
前記凹部１２の底面に密着する様前記非線形光学媒質５が設けられ、該非線形光学媒質５は角度調整治具１５の下端に保持されており、該角度調整治具１５は前記光軸１０に直交するθ軸１６方向に延びる摘み１５ａを有し、該摘み１５ａは前記凹部１２より突出しており、前記摘み１５ａにより前記非線形光学媒質５を前記θ軸１６を中心にθ角の調整が可能となっている。
【００２０】
前記非線形光学媒質５の非線形結晶軸を前記光軸１０に合わせて設置する。前記非線形光学媒質５は非線形結晶軸に合わせて切出されているので、前記非線形光学媒質５を前記凹部１２の底面に密着させることで前記光軸１０に対し前記非線形結晶軸は水平面内での位置が決定される様になっている。前記摘み１５ａにより前記非線形光学媒質５を前記凹部１２の底面に押付けた状態で回転させ、同一面内での前記光軸１０と非線形結晶軸とが平行となる様θ角を調整する。
【００２１】
調整が完了すると前記非線形光学媒質５を前記光共振器ブロック１１に接着、或は螺子により該光共振器ブロック１１に固着する等所要の手段で前記非線形光学媒質５を固定する。
【００２２】
前記第１誘電体反射膜７を透過して入射した励起光は、前記レーザ結晶４に吸収され、該レーザ結晶４で発振した基本波は第１誘電体反射膜７と第２誘電体反射膜８間で反射され、前記非線形光学媒質５で発せられた第２次高調波が前記出力ミラー６を透過して射出される。
【００２３】
上記した様に、前記非線形光学媒質５は負温度の媒質であり所定の安定した第２次高周波出力を得る為には該非線形光学媒質５の温度制御が必要である。該非線形光学媒質５は前記ペルチェ素子１４により前記光共振器ブロック１１を介して冷却される。
【００２４】
前記非線形光学媒質５の温度は前記光共振器ブロック１１に設けられたサーミスタ１７により検出され、該サーミスタ１７の検出温度に基づき前記光共振器ブロック１１への通電が制御され、前記光共振器ブロック１１を介して前記非線形光学媒質５の温度が制御されている。
【００２５】
又、近年レーザ光線の高出力化に伴い、前記レーザ光源２は１つの半導体レーザではなく複数の半導体レーザが用いられる様になっており、複数の半導体レーザから発せられるレーザ光線を１つの光束に束ねる方法として、前記半導体レーザから発せられるレーザ光線をそれぞれ対応する光ファイバを通して個別に受光して、該光ファイバを束ねて１本のケーブル化とし、ケーブルによりレーザ光線を前記集光レンズ３迄導き、１つの光束を射出する方法が採られている。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来例では、非線形光学媒質５の非線形結晶軸が前記凹部１２の底面と平行である様に切出されているとしたが、実際には切出し時の誤差等が伴い、正確に平行であるとは限らない。要求される出力が低かったり、出力に余裕がある場合は前記非線形光学媒質５を前記凹部１２の底面に対する角度の調整は必要なかったが、出力効率を向上させたい場合、更に理論限界出力付近迄出力を出したい場合には充分な精度ではなかった。
【００２７】
又、前記非線形光学媒質５は前記光共振器ブロック１１に一面で密着されて取付けられ、前記非線形光学媒質５と光共振器ブロック１１との熱伝達率は面の接触状態に大きく影響される。
【００２８】
一旦前記非線形光学媒質５の角度調整をした後、前記角度調整治具１５を取外すと、第２次高調波出力が変化する現象が出ている。これは角度調整時に該角度調整治具１５と一体化していた非線形光学媒質５から前記角度調整治具１５を分離した事で該角度調整治具１５への熱の回込みがなくなり、又前記非線形光学媒質５を押付けていた角度調整治具１５の圧力がなくなった為に前記光共振器ブロック１１との熱伝達率が変わって前記非線形光学媒質５内部の温度分布（温度勾配）が変化する為である。
【００２９】
本発明は斯かる実情に鑑み、非線形光学媒質の非線形結晶軸合わせをより精度よく行い、非線形光学媒質の非線形結晶の位相整合条件を厳密に満足させ、又非線形結晶軸合わせ後に出力状態が変化しない様にしたものである。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、励起光を発するレーザ光線発光部と、レーザ結晶と出力ミラーとから少なくともなる光共振部と、該光共振部に挿入され前記レーザ結晶によって発振する基本波より第２次高調波を発生させる非線形光学媒質と、前記レーザ光線発光部を駆動する為の駆動手段とを具備するレーザ発振装置に於いて、凹部を有する光共振器ブロックを貫通する前記光共振部の光軸上に前記レーザ結晶、前記出力ミラーが設けられ、前記光共振器ブロックの上面に凸曲面座が固着され、該凸曲面座に凹曲面座が摺動自在に嵌合され、該凹曲面座に非線形光学媒質ホルダが前記凸曲面座を貫通して回転可能に設けられると共に前記非線形光学媒質ホルダの下部が前記凹部に収納され、前記非線形光学媒質ホルダの下部に前記非線形光学媒質が前記光軸上に位置する様に設けられ、前記非線形光学媒質ホルダにペルチェ素子が一体に組込まれ、該ペルチェ素子は前記非線形光学媒質の上側に取付けられ、前記凸曲面座の曲率中心が前記光軸上に位置し、前記非線形光学媒質ホルダは前記非線形光学媒質を前記光軸上に保持し凸曲面に沿って回転可能であり、前記非線形光学媒質ホルダの回転軸は前記光軸と交差し、前記非線形光学媒質ホルダは前記非線形光学媒質を前記光軸上に保持して前記回転軸を中心に回転可能であるレーザ発振装置に係り、又第２次高調波を発生する非線形光学媒質に代えて、和周波及び差周波のいずれか１つを発生させる非線形光学媒質であるレーザ発振装置に係り、又前記凸曲面座と前記凹曲面座とは円筒曲面を介して嵌合し、円筒曲面の曲率中心線は前記光軸、前記回転軸と直交するレーザ発振装置に係り、更に又前記光軸上に光共振器ブロックが設けられ、該光共振器ブロックの球面座に前記非線形光学媒質ホルダが回転可能に設けられると共に前記球面座を介して前記光共振器ブロックに傾動可能に設けられたレーザ発振装置に係るものである。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００３２】
図１、図２はレーザ発振装置機構部の全体を示している。
【００３３】
レーザ光線発光部２１、光共振部２２はヒートシンクであるベース２３に固着され、前記レーザ光線発光部２１、光共振部２２は光軸１０上に配設され、前記レーザ光線発光部２１と前記光共振部２２との間にはレンズユニット３７が配設されている。
【００３４】
前記レーザ光線発光部２１を図３〜図８を参照して説明する。
【００３５】
光源部ベース２４を介して光源部ユニットベース２５が前記ベース２３に取付けられ（図１，２参照）、前記光源部ユニットベース２５に光源部２６が固着される。該光源部２６は複数の半導体レーザ２７を具備し、該半導体レーザ２７は直線上に配設されている。
【００３６】
前記光源部２６に対峙してファイバアレイユニット２８が前記光源部ユニットベース２５に取付けられる。前記ファイバアレイユニット２８は前記半導体レーザ２７と同数の光ファイバ２９を具備している。
【００３７】
前記ファイバアレイユニット２８を説明する。
【００３８】
前記光ファイバ２９はＶ溝基板３２と押え板３３により挾持されている。前記Ｖ溝基板３２には、前記光軸１０と平行なＶ溝３４が前記光ファイバ２９と同数刻設され、該光ファイバ２９は前記Ｖ溝３４に嵌込んだ状態で挾持されるので、各光ファイバ２９は平行に保持される。
【００３９】
尚、前記Ｖ溝基板３２、押え板３３より前記光共振部２２に向って延出した光ファイバ２９は円形に束ねられ、ファイバケーブル３５として前記光共振部２２迄延び、前記ファイバケーブル３５の端面が前記集光レンズ３に対峙する様に固定される。
【００４０】
前記光ファイバ２９の全ては前記Ｖ溝基板３２と押え板３３とに挾持され一体となっているので、個々の光ファイバ２９と半導体レーザ２７との位置合わせは前記光源部２６とファイバアレイユニット２８との位置合わせをすればよく、又前記光源部２６とファイバアレイユニット２８のいずれが一方を位置合わせすればよい。以下は、該ファイバアレイユニット２８を位置合わせ可能とした場合を説明する。
【００４１】
該ファイバアレイユニット２８は前記光軸１０方向に延びる左右一対の楔形保持具３６ａ，３６ｂを介して前記光源部ユニットベース２５に取付けられる。
【００４２】
前記楔形保持具３６ａ，３６ｂは断面が３角形、好ましくは２等辺３角形であり、前記ファイバアレイユニット２８は、該ファイバアレイユニット２８の幅端が前記楔形保持具３６ａ，３６ｂが対峙する斜面の途中に当接する様に、該楔形保持具３６ａ，３６ｂ間に載置される。
【００４３】
該楔形保持具３６ａ，３６ｂの位置調整で、前記ファイバアレイユニット２８は、図８に示される様に、鉛直方向のθ軸を中心としたθ角、光軸１０を中心とした回転角α角、光軸１０、θ軸に直交するγ軸を中心としたγ角の３方向の角度調整が可能である。
【００４４】
図６、図７、図８により具体的に説明する。
【００４５】
最初は前記楔形保持具３６ａ，３６ｂは前記光軸１０に沿って平行に設置されているものとする。
【００４６】
前記α角を調整する場合、例えば図６に於いて時計方向にα角を調整する場合、前記ファイバアレイユニット２８の右端を楔形保持具３６ｂの斜面に沿って下げると、下がった分だけ前記ファイバアレイユニット２８の左端が前記楔形保持具３６ａの斜面に沿って上方に変位する。即ち、α角が調整される。前記した様に、前記楔形保持具３６ａ，３６ｂが同一の２等辺３角形の断面を有している場合は、左右の変位量は等しくなる。
【００４７】
前記γ角を調整する場合、例えば図７（Ｂ）に於いて反時計方向にγ角を調整する場合は、図７（Ａ）に於いて前記楔形保持具３６ａ，３６ｂの光源部２６側の間隔ａを光共振部２２側の間隔ｂより広げる。前記ファイバアレイユニット２８の各部位は前記楔形保持具３６ａ，３６ｂの間隔の広がりに対して該楔形保持具３６ａ，３６ｂの斜面の傾斜角のｔａｎ相当分だけ下方に変位する。即ち、γ角が調整される。
【００４８】
前記θ角を調整する場合は、前記楔形保持具３６ａ，３６ｂの関係を維持したまま、θ軸を中心に回転させればよい。
【００４９】
尚、上記説明では前記楔形保持具３６ａ，３６ｂを前記光軸１０と平行方向に配設したが、前記光軸１０と直角方向に配設しても同様に調整が可能であることは言う迄もない。
【００５０】
前記ファイバアレイユニット２８の調整が完了すると、前記楔形保持具３６ａ，３６ｂは前記光源部ユニットベース２５に接着等所要の手段で固定される。
【００５１】
ロッドレンズ３１は前記ファイバアレイユニット２８の光ファイバ２９の端面に平行に接着により取付けられる。接着方法としては、熱歪みが生じないＵＶ接着等が用いられる。又、前記ロッドレンズ３１には前記光ファイバ２９のコア部分を適宜な長さに切断したものが用いられる。前記ロッドレンズ３１は効果的に個々の前記光ファイバ２９にレーザ光線を集光させると共に製作が簡便で且つ安価である。尚、前記光ファイバ２９と同径のロッドレンズを別途製作しても勿論構わない。
【００５２】
前記ロッドレンズ３１を前記ファイバアレイユニット２８に接着することで、前記ロッドレンズ３１とファイバアレイユニット２８との光学的関係を維持して一体に調整できるので、調整が容易となる。
【００５３】
前記半導体レーザ２７から発せられるレーザ光線の光束断面は楕円形であり、前記ロッドレンズ３１で一方向に集光させることで、真円に近い光束を前記光ファイバ２９に入射させることができ、該光ファイバ２９に入射する際のレーザ光線の損失を低減する。又、前記光源部２６に対して、前記ファイバアレイユニット２８の位置を３軸方向で完全に合わせることができ、前記光源部２６と前記ファイバアレイユニット２８間でのレーザ光線の授受に伴う損失を低減することができる。
【００５４】
前記光共振部２２を図９、図１０を参照して説明する。尚、図９、図１０中、図１１、図１２中で示したものと同等のものには同符号を付してある。
【００５５】
該光共振部２２のレーザ光線発光部２１側には集光レンズ３を具備するレンズユニット３７が取付けられ、該レンズユニット３７にはケーブルホルダ３８を介して前記ファイバケーブル３５の先端が取付けられている。該ファイバケーブル３５と前記集光レンズ３との光軸は合致している。
【００５６】
前記ベース２３に光共振器ブロック３９が固着され、該光共振器ブロック３９には上方から凹部１２が形成され、該凹部１２を貫通する光路孔１３が光軸１０と軸心が合致して穿設される。該光路孔１３の前記集光レンズ３側部分にはレーザ結晶４が設けられる。該レーザ結晶４の集光レンズ３側の端面には第１誘電体反射膜７が形成されている。前記光路孔１３の射出側端には出力ミラー６が設けられ、該出力ミラー６の凹反射面には第２誘電体反射膜８が形成されている。
【００５７】
前記光共振器ブロック３９の上面は前記ベース２３の光共振器ブロック３９取付け面と平行であり、前記光共振器ブロック３９の上面に凸円筒曲面座４１が固着される。該凸円筒曲面座４１は、円柱の一部を円柱の中心線と平行な面で切取った形状を有し、取付けられる方向は前記光軸１０と直交している。
【００５８】
前記凸円筒曲面座４１に凹円筒曲面座４２が摺動自在に嵌合され、該凹円筒曲面座４２には非線形光学媒質ホルダ４３が取付けられる。前記凸円筒曲面座４１、凹円筒曲面座４２の円筒曲面の中心は前記光軸１０上に位置している。
【００５９】
前記非線形光学媒質ホルダ４３は、熱伝導性の高い、好ましくは熱膨張率の小さな材質のものが用いられる。前記非線形光学媒質ホルダ４３は前記凹円筒曲面座４２と回転自在に嵌合し、又前記凸円筒曲面座４１とは所要の遊びを有して貫通し、フランジ４３ａの下部４３ｂは前記凹部１２内に収納される。又、前記非線形光学媒質ホルダ４３の上端部は前記凹円筒曲面座４２の上に露出し、露出部分はフランジ４３ａとなっており、前記非線形光学媒質ホルダ４３を回転する場合の摘みとなっている。又、前記フランジ４３ａの上面には工具による調整を可能とする様スリット溝（図示せず）等を刻設してもよい。
【００６０】
前記下部４３ｂの前記光軸１０が通過する位置には非線形光学媒質５が該光軸１０と交差する面を除く４面が密着する様に嵌設され、更に前記非線形光学媒質５の上側にはペルチェ素子１４が取付けられている。該ペルチェ素子１４は前記下部４３ｂの途中に挾設されるか、或は該下部４３ｂに形成された取付け孔に嵌合される等して設けられ、少なくとも上下２面は前記下部４３ｂに密着している。
【００６１】
前記非線形光学媒質ホルダ４３には上方から軸心と平行な配線穴４４が前記ペルチェ素子１４迄到達する様に設けられており、温度コントローラ４５から導かれたリード線４６が前記配線穴４４を通って前記ペルチェ素子１４に接続されている。又、サーミスタ１７は前記非線形光学媒質ホルダ４３の所要位置、好ましくは前記非線形光学媒質５に近接した位置に設けられる。
【００６２】
而して、前記非線形光学媒質ホルダ４３は前記ペルチェ素子１４、前記非線形光学媒質５と一体に前記非線形光学媒質ホルダ４３の軸心を中心に回転可能であり、更に前記光軸１０を通過するγ軸を中心に回転可能である。
【００６３】
尚、前記非線形光学媒質５の非線形結晶軸と光軸１０とのズレはレーザ発振装置の出力に影響を与えるが、前記非線形光学媒質５の非線形結晶軸と光軸１０間のズレに対する鋭敏さは、軸方向により異なっており、上記実施の形態では非線形結晶軸のズレに最も影響を受けないα角についての調整を省略しており、θ角に加えγ角の調整を可能とすることだけでも充分な効率向上となる。又、α角についての調整を省略することで、構造、調整手順が簡略化する。尚、一層の効率向上を図る場合は、前記凸円筒曲面座４１、凹円筒曲面座４２に代え、球曲面を有する凸曲面座、凹曲面座とすれば前記非線形光学媒質ホルダ４３はα軸を中心としても回転可能となり、θ角、γ角、α角の３方向の角度調整が可能となり、より完全な非線形結晶軸の合わせが可能となる。
【００６４】
上記した様に、γ角の調整も可能となるので、前記非線形光学媒質５の切出し時の誤差の修正迄含めた調整が可能となり、該非線形光学媒質５の非線形結晶の位相整合条件を厳密に満足することが可能となり、出力効率を理論限界出力付近迄向上させることができる。
【００６５】
前記非線形光学媒質５は前記下部４３ｂに嵌込まれ、更に前記ペルチェ素子１４は前記下部４３ｂに一体に組込まれているので、前記非線形光学媒質５、ペルチェ素子１４と間の非線形光学媒質ホルダ４３の伝熱面積は大きく、又伝熱面接触圧は組込みの際に決定できるので、安定した熱伝達率が確保できる。従って、前記ペルチェ素子１４による前記非線形光学媒質５の冷却効果は高く、又、前記非線形光学媒質５、前記ペルチェ素子１４は、前記非線形光学媒質ホルダ４３と一体であり、調整後も前記非線形光学媒質５、前記ペルチェ素子１４の保持状態が変ることがないので、調整後該ペルチェ素子１４による冷却状態が変化することはない。
【００６６】
而して、前記非線形光学媒質５の温度制御は、調整が簡単となり、稼働時の精度も向上する。
【００６７】
尚、上記実施の形態では第２次高調波を発生する非線形光学媒質を用いたが、和周波或は差周波を発生する非線形光学媒質を用いても同様の作用、効果が得られることは勿論である。
【００６８】
上述した事項は、前記光源部２６とファイバアレイユニット２８間の光軸合わせ、又前記非線形光学媒質５の非線形結晶軸を光軸１０に正確に合わせることでエネルギ使用効率を向上させたが、光学系の反射損失を低減させることでもエネルギ使用効率の向上が図れる。
【００６９】
レーザ光線が光学部材に入射する際の入射面、射出面での反射損は、各面で約４％あり、この反射損は光学部材の数だけ発生し、光学系全体としてみれば大きな損失となる。
【００７０】
従って、上記実施の形態では前記ロッドレンズ３１、前記光ファイバ２９の端面にはＡＲコートが施されている。
【００７１】
ＡＲコートを行う手段としては、真空蒸着やイオンプレーティングにより誘電体薄膜を直接端面に形成するか、ＡＲコートされたカバーガラスを端面に貼付ける等あるが、前記ロッドレンズ３１、前記光ファイバ２９は合成樹脂であり、又直径数十μm 〜５００μm と細いので、材質を痛めない以下の方法で実施する。
【００７２】
弗素系溶液に光ファイバ端面を浸漬して引上げ、乾燥硬化させる。この時、屈折率とコート厚が使用波長域でＡＲ効果を持つ様、溶液濃度と引上げ速度を選択する。これにより非常に簡単に光ファイバ端面のみならず、光ファイバ円筒面にも反射率１％以下のＡＲコート付けができる。従来微小な円柱レンズ等の円筒面へのＡＲコートは、真空装置内に特殊な工具を必要としたが、弗素系溶液に光ファイバ端面を浸漬して引上げ、乾燥硬化させる方法では、大気圧下で簡単に行うことができる。更に引上げ速度又は溶液濃度を調整することで、複数回の施行により反射率０．５％以下のマルチコートが可能になる。
【００７３】
勿論溶液条件（濃度、屈折率）の変更により反射率を制御することも可能である。例えば５０％、８０％といった反射膜にすることもできる。
【００７４】
結果として入出射端面での８〜１０％に及ぶ反射損が改善され、エネルギー使用効率が上がり、反射光による光学系の損傷等が大幅に低減できる。
【００７５】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、励起光を発するレーザ光線発光部と、レーザ結晶と出力ミラーとから少なくともなる光共振部と、該光共振部に挿入され前記レーザ結晶によって発振する基本波より第２次高調波を発生させる非線形光学媒質と、前記レーザ光線発光部を駆動する為の駆動手段とを具備するレーザ発振装置に於いて、前記非線形光学媒質が非線形光学媒質ホルダに保持され、該非線形光学媒質ホルダは、曲率中心が前記光共振部を通過する光軸上に位置している曲面座を介して光共振器ブロックに設けられ、前記光軸に交差する少なくとも２方向の軸に関し、前記非線形光学媒質を前記光軸上に保持して回転可能であるので、非線形光学媒質の非線形結晶の位相整合条件を厳密に満足させることができ、出力効率を向上させることができる。
【００７６】
又、前記非線形光学媒質ホルダにペルチェ素子が一体に組込まれたので、温度制御精度が向上し、出力の安定性が向上する等の優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の全体を示す平面図である。
【図２】同前正面図である。
【図３】本発明の実施の形態のレーザ光線発光部の平面図である。
【図４】同前レーザ光線発光部の正面図である。
【図５】同前レーザ光線発光部の側面図である。
【図６】本発明の実施の形態のファイバアレイユニットの説明図である。
【図７】（Ａ）（Ｂ）は同前ファイバアレイユニットの位置調整を示す説明図である。
【図８】同前ファイバアレイユニットの位置調整方向を示す説明図である。
【図９】本発明の実施の形態の光共振部の断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態の光共振部の斜視図である。
【図１１】レーザ発振装置の光共振部の基本構成を示す概略図である。
【図１２】従来の光共振部の断面図である。
【符号の説明】
４ レーザ結晶
５ 非線形光学媒質
６ 出力ミラー
１４ ペルチェ素子
２１ レーザ光線発光部
２２ 光共振部
２６ 光源部
２８ ファイバアレイユニット
３６ 楔形保持具
３７ レンズユニット
３９ 光共振器ブロック
４１ 凸円筒曲面座
４２ 凹円筒曲面座
４３ 非線形光学媒質ホルダ
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体レーザを励起源としたレーザ発振装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
先ず、図１１に於いて、レーザ発振装置の概略を説明する。
【０００３】
図１１は、第２次高調波によるレーザ発振装置を簡略化して示したレーザ発振装置１であり、レーザ光源２と、集光レンズ３と、レーザ結晶４と、非線形光学媒質５と、出力ミラー６と、レーザ駆動手段９とから構成されている。
【０００４】
同一光軸１０上に前記レーザ光源２、集光レンズ３、レーザ結晶４、非線形光学媒質５、凹反射面を有する出力ミラー６が配設され、前記レーザ結晶４の集光レンズ３に対向する面には第１誘電体反射膜７が形成され、前記出力ミラー６の非線形光学媒質５に対向する凹反射面には第２誘電体反射膜８が形成されている。
【０００５】
前記レーザ光源２は、レーザ光線を発生させる為のものであり、本実施の形態では半導体レーザが使用され、前記レーザ光源２が基本波を発生させるポンプ光発生装置としての機能を有する。前記レーザ光源２は、前記レーザ駆動手段９によって駆動され、該レーザ駆動手段９は前記レーザ光源２をパルス駆動することができる。
【０００６】
前記レーザ結晶４は負温度の媒質であり、光の増幅を行う為のものである。該レーザ結晶４には、Ｎｄ3+イオンをドープしたＹＡＧ（イットリウム アルミニウム ガーネット）等が採用される。ＹＡＧは、９４６nm、１０６４nm、１３１９nm等の発振線を有している。尚、前記レーザ結晶４はＹＡＧの他に、発振線が１０６４nmのＮｄ（ＹＶＯ4 ）や、発振線が７００〜９００nmのＴｉ（Ｓａｐｐｈｉｒｅ）等が使用される。
【０００７】
前記第１誘電体反射膜７は、前記レーザ光源２に対して高透過であり、且つ前記レーザ結晶４の発振波長に対して高反射であると共に、第２次高調波に対しても高反射となっている。前記第２誘電体反射膜８は、前記レーザ結晶４の発振波長に対して高反射であり、第２次高調波に対して高透過となっている。
【０００８】
以上の様に、前記レーザ結晶４と前記出力ミラー６とを組合わせ、前記レーザ光源２からのレーザ光線が前記集光レンズ３を介して入射され、入射されたレーザ光線を前記第１誘電体反射膜７、第２誘電体反射膜８間で反射し前記レーザ結晶４にポンピングすると、前記第１誘電体反射膜７と第２誘電体反射膜８間に前記非線形光学媒質５を通してレーザ光線を長時間閉込めることができるので、レーザ光線を共振させて増幅させ、前記出力ミラー６を透過して第２次高調波のレーザ光線を射出することができる。
【０００９】
前記非線形光学媒質５について略述する。
【００１０】
物質に電界が加わると電気分極が生じる。この電界が小さい場合には、分極は電界に比例するが、レーザ光線の様に強力なコヒーレント光の場合には、電界と分極の間の比例関係が崩れ、電界の２乗、３乗に比例する非線形的な分極成分が卓越してくる。
【００１１】
従って、前記非線形光学媒質５中に於いては、レーザ光線によって発生する分極には、光波電界の２乗に比例する成分が含まれており、この非線形分極により、異なった周波数の光波間に結合が生じ、光周波数を２倍にする第２次高調波が発生する。この第２次高調波の発生は、ＳＨＧ（ＳＥＣＯＮＤ ＨＡＲＭＯＮＩＣ ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ）と呼ばれている。
【００１２】
上記した、従来例では前記非線形光学媒質５は前記レーザ結晶４と出力ミラー６とから構成される光共振器内に挿入されているので、内部型ＳＨＧと呼ばれており、変換出力は、基本波光電力の２乗に比例するので、光共振器内の大きな光強度を直接利用できる。
【００１３】
前記非線形光学媒質５は、例えば、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4 リン酸チタニルカリウム）やＢＢＯ（βーＢａＢ2Ｏ4 β型ホウ酸リチウム）、ＬＢＯ（ＬｉＢ3Ｏ5 トリホウ酸リチウム）等が使用され、主に、１０６４nmから５３２nmに変換される。
【００１４】
又、ＫＮｂＯ3 （ニオブ酸カリウム）等も採用され、主に、９４６nmから４７３nmに変換される。そして図１１に於いて、ωは光基本波の角振動数であり、２ωが第２次高調波の角振動数である。
【００１５】
第２次高調波によるレーザ発振装置に於いて、光共振器内で発振している光基本波から非線形結晶（ＫＴＰ結晶）を用いて高調波を発生させる為には、
１．非線形結晶温度制御（位相整合温度２５℃一定）
２．光共振器内の基本波発振軸に対する非線形結晶軸の調整を行って非線形結晶の位相整合条件を満たすこと
が必要となる。
【００１６】
従って、従来よりレーザ発振装置は冷却機構、非線形結晶軸の合わせ機構を具備している。
【００１７】
図１２により従来の冷却機構、非線形結晶軸の合わせ機構について説明する。
【００１８】
伝熱性の高い材料からなる光共振器ブロック１１に非線形光学媒質５を収納する凹部１２が形成され、該凹部１２を貫通し、レーザ発振装置の光軸１０と合致する軸心を有する光路孔１３が穿設され、前記凹部１２により分断された前記光路孔１３の入射側にはレーザ結晶４が設けられ、前記光路孔１３の射出側端部には出力ミラー６が設けられている。前記光共振器ブロック１１の下面にはペルチェ素子１４が固着されている。
【００１９】
前記凹部１２の底面に密着する様前記非線形光学媒質５が設けられ、該非線形光学媒質５は角度調整治具１５の下端に保持されており、該角度調整治具１５は前記光軸１０に直交するθ軸１６方向に延びる摘み１５ａを有し、該摘み１５ａは前記凹部１２より突出しており、前記摘み１５ａにより前記非線形光学媒質５を前記θ軸１６を中心にθ角の調整が可能となっている。
【００２０】
前記非線形光学媒質５の非線形結晶軸を前記光軸１０に合わせて設置する。前記非線形光学媒質５は非線形結晶軸に合わせて切出されているので、前記非線形光学媒質５を前記凹部１２の底面に密着させることで前記光軸１０に対し前記非線形結晶軸は水平面内での位置が決定される様になっている。前記摘み１５ａにより前記非線形光学媒質５を前記凹部１２の底面に押付けた状態で回転させ、同一面内での前記光軸１０と非線形結晶軸とが平行となる様θ角を調整する。
【００２１】
調整が完了すると前記非線形光学媒質５を前記光共振器ブロック１１に接着、或は螺子により該光共振器ブロック１１に固着する等所要の手段で前記非線形光学媒質５を固定する。
【００２２】
前記第１誘電体反射膜７を透過して入射した励起光は、前記レーザ結晶４に吸収され、該レーザ結晶４で発振した基本波は第１誘電体反射膜７と第２誘電体反射膜８間で反射され、前記非線形光学媒質５で発せられた第２次高調波が前記出力ミラー６を透過して射出される。
【００２３】
上記した様に、前記非線形光学媒質５は負温度の媒質であり所定の安定した第２次高周波出力を得る為には該非線形光学媒質５の温度制御が必要である。該非線形光学媒質５は前記ペルチェ素子１４により前記光共振器ブロック１１を介して冷却される。
【００２４】
前記非線形光学媒質５の温度は前記光共振器ブロック１１に設けられたサーミスタ１７により検出され、該サーミスタ１７の検出温度に基づき前記光共振器ブロック１１への通電が制御され、前記光共振器ブロック１１を介して前記非線形光学媒質５の温度が制御されている。
【００２５】
又、近年レーザ光線の高出力化に伴い、前記レーザ光源２は１つの半導体レーザではなく複数の半導体レーザが用いられる様になっており、複数の半導体レーザから発せられるレーザ光線を１つの光束に束ねる方法として、前記半導体レーザから発せられるレーザ光線をそれぞれ対応する光ファイバを通して個別に受光して、該光ファイバを束ねて１本のケーブル化とし、ケーブルによりレーザ光線を前記集光レンズ３迄導き、１つの光束を射出する方法が採られている。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来例では、非線形光学媒質５の非線形結晶軸が前記凹部１２の底面と平行である様に切出されているとしたが、実際には切出し時の誤差等が伴い、正確に平行であるとは限らない。要求される出力が低かったり、出力に余裕がある場合は前記非線形光学媒質５を前記凹部１２の底面に対する角度の調整は必要なかったが、出力効率を向上させたい場合、更に理論限界出力付近迄出力を出したい場合には充分な精度ではなかった。
【００２７】
又、前記非線形光学媒質５は前記光共振器ブロック１１に一面で密着されて取付けられ、前記非線形光学媒質５と光共振器ブロック１１との熱伝達率は面の接触状態に大きく影響される。
【００２８】
一旦前記非線形光学媒質５の角度調整をした後、前記角度調整治具１５を取外すと、第２次高調波出力が変化する現象が出ている。これは角度調整時に該角度調整治具１５と一体化していた非線形光学媒質５から前記角度調整治具１５を分離した事で該角度調整治具１５への熱の回込みがなくなり、又前記非線形光学媒質５を押付けていた角度調整治具１５の圧力がなくなった為に前記光共振器ブロック１１との熱伝達率が変わって前記非線形光学媒質５内部の温度分布（温度勾配）が変化する為である。
【００２９】
本発明は斯かる実情に鑑み、非線形光学媒質の非線形結晶軸合わせをより精度よく行い、非線形光学媒質の非線形結晶の位相整合条件を厳密に満足させ、又非線形結晶軸合わせ後に出力状態が変化しない様にしたものである。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、励起光を発するレーザ光線発光部と、レーザ結晶と出力ミラーとから少なくともなる光共振部と、該光共振部に挿入され前記レーザ結晶によって発振する基本波より第２次高調波を発生させる非線形光学媒質と、前記レーザ光線発光部を駆動する為の駆動手段とを具備するレーザ発振装置に於いて、凹部を有する光共振器ブロックを貫通する前記光共振部の光軸上に前記レーザ結晶、前記出力ミラーが設けられ、前記光共振器ブロックの上面に凸曲面座が固着され、該凸曲面座に凹曲面座が摺動自在に嵌合され、該凹曲面座に非線形光学媒質ホルダが前記凸曲面座を貫通して回転可能に設けられると共に前記非線形光学媒質ホルダの下部が前記凹部に収納され、前記非線形光学媒質ホルダの下部に前記非線形光学媒質が前記光軸上に位置する様に設けられ、前記非線形光学媒質ホルダにペルチェ素子が一体に組込まれ、該ペルチェ素子は前記非線形光学媒質の上側に取付けられ、前記凸曲面座の曲率中心が前記光軸上に位置し、前記非線形光学媒質ホルダは前記非線形光学媒質を前記光軸上に保持し凸曲面に沿って回転可能であり、前記非線形光学媒質ホルダの回転軸は前記光軸と交差し、前記非線形光学媒質ホルダは前記非線形光学媒質を前記光軸上に保持して前記回転軸を中心に回転可能であるレーザ発振装置に係り、又第２次高調波を発生する非線形光学媒質に代えて、和周波及び差周波のいずれか１つを発生させる非線形光学媒質であるレーザ発振装置に係り、又前記凸曲面座と前記凹曲面座とは円筒曲面を介して嵌合し、円筒曲面の曲率中心線は前記光軸、前記回転軸と直交するレーザ発振装置に係り、更に又前記光軸上に光共振器ブロックが設けられ、該光共振器ブロックの球面座に前記非線形光学媒質ホルダが回転可能に設けられると共に前記球面座を介して前記光共振器ブロックに傾動可能に設けられたレーザ発振装置に係るものである。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００３２】
図１、図２はレーザ発振装置機構部の全体を示している。
【００３３】
レーザ光線発光部２１、光共振部２２はヒートシンクであるベース２３に固着され、前記レーザ光線発光部２１、光共振部２２は光軸１０上に配設され、前記レーザ光線発光部２１と前記光共振部２２との間にはレンズユニット３７が配設されている。
【００３４】
前記レーザ光線発光部２１を図３〜図８を参照して説明する。
【００３５】
光源部ベース２４を介して光源部ユニットベース２５が前記ベース２３に取付けられ（図１，２参照）、前記光源部ユニットベース２５に光源部２６が固着される。該光源部２６は複数の半導体レーザ２７を具備し、該半導体レーザ２７は直線上に配設されている。
【００３６】
前記光源部２６に対峙してファイバアレイユニット２８が前記光源部ユニットベース２５に取付けられる。前記ファイバアレイユニット２８は前記半導体レーザ２７と同数の光ファイバ２９を具備している。
【００３７】
前記ファイバアレイユニット２８を説明する。
【００３８】
前記光ファイバ２９はＶ溝基板３２と押え板３３により挾持されている。前記Ｖ溝基板３２には、前記光軸１０と平行なＶ溝３４が前記光ファイバ２９と同数刻設され、該光ファイバ２９は前記Ｖ溝３４に嵌込んだ状態で挾持されるので、各光ファイバ２９は平行に保持される。
【００３９】
尚、前記Ｖ溝基板３２、押え板３３より前記光共振部２２に向って延出した光ファイバ２９は円形に束ねられ、ファイバケーブル３５として前記光共振部２２迄延び、前記ファイバケーブル３５の端面が前記集光レンズ３に対峙する様に固定される。
【００４０】
前記光ファイバ２９の全ては前記Ｖ溝基板３２と押え板３３とに挾持され一体となっているので、個々の光ファイバ２９と半導体レーザ２７との位置合わせは前記光源部２６とファイバアレイユニット２８との位置合わせをすればよく、又前記光源部２６とファイバアレイユニット２８のいずれが一方を位置合わせすればよい。以下は、該ファイバアレイユニット２８を位置合わせ可能とした場合を説明する。
【００４１】
該ファイバアレイユニット２８は前記光軸１０方向に延びる左右一対の楔形保持具３６ａ，３６ｂを介して前記光源部ユニットベース２５に取付けられる。
【００４２】
前記楔形保持具３６ａ，３６ｂは断面が３角形、好ましくは２等辺３角形であり、前記ファイバアレイユニット２８は、該ファイバアレイユニット２８の幅端が前記楔形保持具３６ａ，３６ｂが対峙する斜面の途中に当接する様に、該楔形保持具３６ａ，３６ｂ間に載置される。
【００４３】
該楔形保持具３６ａ，３６ｂの位置調整で、前記ファイバアレイユニット２８は、図８に示される様に、鉛直方向のθ軸を中心としたθ角、光軸１０を中心とした回転角α角、光軸１０、θ軸に直交するγ軸を中心としたγ角の３方向の角度調整が可能である。
【００４４】
図６、図７、図８により具体的に説明する。
【００４５】
最初は前記楔形保持具３６ａ，３６ｂは前記光軸１０に沿って平行に設置されているものとする。
【００４６】
前記α角を調整する場合、例えば図６に於いて時計方向にα角を調整する場合、前記ファイバアレイユニット２８の右端を楔形保持具３６ｂの斜面に沿って下げると、下がった分だけ前記ファイバアレイユニット２８の左端が前記楔形保持具３６ａの斜面に沿って上方に変位する。即ち、α角が調整される。前記した様に、前記楔形保持具３６ａ，３６ｂが同一の２等辺３角形の断面を有している場合は、左右の変位量は等しくなる。
【００４７】
前記γ角を調整する場合、例えば図７（Ｂ）に於いて反時計方向にγ角を調整する場合は、図７（Ａ）に於いて前記楔形保持具３６ａ，３６ｂの光源部２６側の間隔ａを光共振部２２側の間隔ｂより広げる。前記ファイバアレイユニット２８の各部位は前記楔形保持具３６ａ，３６ｂの間隔の広がりに対して該楔形保持具３６ａ，３６ｂの斜面の傾斜角のｔａｎ相当分だけ下方に変位する。即ち、γ角が調整される。
【００４８】
前記θ角を調整する場合は、前記楔形保持具３６ａ，３６ｂの関係を維持したまま、θ軸を中心に回転させればよい。
【００４９】
尚、上記説明では前記楔形保持具３６ａ，３６ｂを前記光軸１０と平行方向に配設したが、前記光軸１０と直角方向に配設しても同様に調整が可能であることは言う迄もない。
【００５０】
前記ファイバアレイユニット２８の調整が完了すると、前記楔形保持具３６ａ，３６ｂは前記光源部ユニットベース２５に接着等所要の手段で固定される。
【００５１】
ロッドレンズ３１は前記ファイバアレイユニット２８の光ファイバ２９の端面に平行に接着により取付けられる。接着方法としては、熱歪みが生じないＵＶ接着等が用いられる。又、前記ロッドレンズ３１には前記光ファイバ２９のコア部分を適宜な長さに切断したものが用いられる。前記ロッドレンズ３１は効果的に個々の前記光ファイバ２９にレーザ光線を集光させると共に製作が簡便で且つ安価である。尚、前記光ファイバ２９と同径のロッドレンズを別途製作しても勿論構わない。
【００５２】
前記ロッドレンズ３１を前記ファイバアレイユニット２８に接着することで、前記ロッドレンズ３１とファイバアレイユニット２８との光学的関係を維持して一体に調整できるので、調整が容易となる。
【００５３】
前記半導体レーザ２７から発せられるレーザ光線の光束断面は楕円形であり、前記ロッドレンズ３１で一方向に集光させることで、真円に近い光束を前記光ファイバ２９に入射させることができ、該光ファイバ２９に入射する際のレーザ光線の損失を低減する。又、前記光源部２６に対して、前記ファイバアレイユニット２８の位置を３軸方向で完全に合わせることができ、前記光源部２６と前記ファイバアレイユニット２８間でのレーザ光線の授受に伴う損失を低減することができる。
【００５４】
前記光共振部２２を図９、図１０を参照して説明する。尚、図９、図１０中、図１１、図１２中で示したものと同等のものには同符号を付してある。
【００５５】
該光共振部２２のレーザ光線発光部２１側には集光レンズ３を具備するレンズユニット３７が取付けられ、該レンズユニット３７にはケーブルホルダ３８を介して前記ファイバケーブル３５の先端が取付けられている。該ファイバケーブル３５と前記集光レンズ３との光軸は合致している。
【００５６】
前記ベース２３に光共振器ブロック３９が固着され、該光共振器ブロック３９には上方から凹部１２が形成され、該凹部１２を貫通する光路孔１３が光軸１０と軸心が合致して穿設される。該光路孔１３の前記集光レンズ３側部分にはレーザ結晶４が設けられる。該レーザ結晶４の集光レンズ３側の端面には第１誘電体反射膜７が形成されている。前記光路孔１３の射出側端には出力ミラー６が設けられ、該出力ミラー６の凹反射面には第２誘電体反射膜８が形成されている。
【００５７】
前記光共振器ブロック３９の上面は前記ベース２３の光共振器ブロック３９取付け面と平行であり、前記光共振器ブロック３９の上面に凸円筒曲面座４１が固着される。該凸円筒曲面座４１は、円柱の一部を円柱の中心線と平行な面で切取った形状を有し、取付けられる方向は前記光軸１０と直交している。
【００５８】
前記凸円筒曲面座４１に凹円筒曲面座４２が摺動自在に嵌合され、該凹円筒曲面座４２には非線形光学媒質ホルダ４３が取付けられる。前記凸円筒曲面座４１、凹円筒曲面座４２の円筒曲面の中心は前記光軸１０上に位置している。
【００５９】
前記非線形光学媒質ホルダ４３は、熱伝導性の高い、好ましくは熱膨張率の小さな材質のものが用いられる。前記非線形光学媒質ホルダ４３は前記凹円筒曲面座４２と回転自在に嵌合し、又前記凸円筒曲面座４１とは所要の遊びを有して貫通し、フランジ４３ａの下部４３ｂは前記凹部１２内に収納される。又、前記非線形光学媒質ホルダ４３の上端部は前記凹円筒曲面座４２の上に露出し、露出部分はフランジ４３ａとなっており、前記非線形光学媒質ホルダ４３を回転する場合の摘みとなっている。又、前記フランジ４３ａの上面には工具による調整を可能とする様スリット溝（図示せず）等を刻設してもよい。
【００６０】
前記下部４３ｂの前記光軸１０が通過する位置には非線形光学媒質５が該光軸１０と交差する面を除く４面が密着する様に嵌設され、更に前記非線形光学媒質５の上側にはペルチェ素子１４が取付けられている。該ペルチェ素子１４は前記下部４３ｂの途中に挾設されるか、或は該下部４３ｂに形成された取付け孔に嵌合される等して設けられ、少なくとも上下２面は前記下部４３ｂに密着している。
【００６１】
前記非線形光学媒質ホルダ４３には上方から軸心と平行な配線穴４４が前記ペルチェ素子１４迄到達する様に設けられており、温度コントローラ４５から導かれたリード線４６が前記配線穴４４を通って前記ペルチェ素子１４に接続されている。又、サーミスタ１７は前記非線形光学媒質ホルダ４３の所要位置、好ましくは前記非線形光学媒質５に近接した位置に設けられる。
【００６２】
而して、前記非線形光学媒質ホルダ４３は前記ペルチェ素子１４、前記非線形光学媒質５と一体に前記非線形光学媒質ホルダ４３の軸心を中心に回転可能であり、更に前記光軸１０を通過するγ軸を中心に回転可能である。
【００６３】
尚、前記非線形光学媒質５の非線形結晶軸と光軸１０とのズレはレーザ発振装置の出力に影響を与えるが、前記非線形光学媒質５の非線形結晶軸と光軸１０間のズレに対する鋭敏さは、軸方向により異なっており、上記実施の形態では非線形結晶軸のズレに最も影響を受けないα角についての調整を省略しており、θ角に加えγ角の調整を可能とすることだけでも充分な効率向上となる。又、α角についての調整を省略することで、構造、調整手順が簡略化する。尚、一層の効率向上を図る場合は、前記凸円筒曲面座４１、凹円筒曲面座４２に代え、球曲面を有する凸曲面座、凹曲面座とすれば前記非線形光学媒質ホルダ４３はα軸を中心としても回転可能となり、θ角、γ角、α角の３方向の角度調整が可能となり、より完全な非線形結晶軸の合わせが可能となる。
【００６４】
上記した様に、γ角の調整も可能となるので、前記非線形光学媒質５の切出し時の誤差の修正迄含めた調整が可能となり、該非線形光学媒質５の非線形結晶の位相整合条件を厳密に満足することが可能となり、出力効率を理論限界出力付近迄向上させることができる。
【００６５】
前記非線形光学媒質５は前記下部４３ｂに嵌込まれ、更に前記ペルチェ素子１４は前記下部４３ｂに一体に組込まれているので、前記非線形光学媒質５、ペルチェ素子１４と間の非線形光学媒質ホルダ４３の伝熱面積は大きく、又伝熱面接触圧は組込みの際に決定できるので、安定した熱伝達率が確保できる。従って、前記ペルチェ素子１４による前記非線形光学媒質５の冷却効果は高く、又、前記非線形光学媒質５、前記ペルチェ素子１４は、前記非線形光学媒質ホルダ４３と一体であり、調整後も前記非線形光学媒質５、前記ペルチェ素子１４の保持状態が変ることがないので、調整後該ペルチェ素子１４による冷却状態が変化することはない。
【００６６】
而して、前記非線形光学媒質５の温度制御は、調整が簡単となり、稼働時の精度も向上する。
【００６７】
尚、上記実施の形態では第２次高調波を発生する非線形光学媒質を用いたが、和周波或は差周波を発生する非線形光学媒質を用いても同様の作用、効果が得られることは勿論である。
【００６８】
上述した事項は、前記光源部２６とファイバアレイユニット２８間の光軸合わせ、又前記非線形光学媒質５の非線形結晶軸を光軸１０に正確に合わせることでエネルギ使用効率を向上させたが、光学系の反射損失を低減させることでもエネルギ使用効率の向上が図れる。
【００６９】
レーザ光線が光学部材に入射する際の入射面、射出面での反射損は、各面で約４％あり、この反射損は光学部材の数だけ発生し、光学系全体としてみれば大きな損失となる。
【００７０】
従って、上記実施の形態では前記ロッドレンズ３１、前記光ファイバ２９の端面にはＡＲコートが施されている。
【００７１】
ＡＲコートを行う手段としては、真空蒸着やイオンプレーティングにより誘電体薄膜を直接端面に形成するか、ＡＲコートされたカバーガラスを端面に貼付ける等あるが、前記ロッドレンズ３１、前記光ファイバ２９は合成樹脂であり、又直径数十μm 〜５００μm と細いので、材質を痛めない以下の方法で実施する。
【００７２】
弗素系溶液に光ファイバ端面を浸漬して引上げ、乾燥硬化させる。この時、屈折率とコート厚が使用波長域でＡＲ効果を持つ様、溶液濃度と引上げ速度を選択する。これにより非常に簡単に光ファイバ端面のみならず、光ファイバ円筒面にも反射率１％以下のＡＲコート付けができる。従来微小な円柱レンズ等の円筒面へのＡＲコートは、真空装置内に特殊な工具を必要としたが、弗素系溶液に光ファイバ端面を浸漬して引上げ、乾燥硬化させる方法では、大気圧下で簡単に行うことができる。更に引上げ速度又は溶液濃度を調整することで、複数回の施行により反射率０．５％以下のマルチコートが可能になる。
【００７３】
勿論溶液条件（濃度、屈折率）の変更により反射率を制御することも可能である。例えば５０％、８０％といった反射膜にすることもできる。
【００７４】
結果として入出射端面での８〜１０％に及ぶ反射損が改善され、エネルギー使用効率が上がり、反射光による光学系の損傷等が大幅に低減できる。
【００７５】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、励起光を発するレーザ光線発光部と、レーザ結晶と出力ミラーとから少なくともなる光共振部と、該光共振部に挿入され前記レーザ結晶によって発振する基本波より第２次高調波を発生させる非線形光学媒質と、前記レーザ光線発光部を駆動する為の駆動手段とを具備するレーザ発振装置に於いて、前記非線形光学媒質が非線形光学媒質ホルダに保持され、該非線形光学媒質ホルダは、曲率中心が前記光共振部を通過する光軸上に位置している曲面座を介して光共振器ブロックに設けられ、前記光軸に交差する少なくとも２方向の軸に関し、前記非線形光学媒質を前記光軸上に保持して回転可能であるので、非線形光学媒質の非線形結晶の位相整合条件を厳密に満足させることができ、出力効率を向上させることができる。
【００７６】
又、前記非線形光学媒質ホルダにペルチェ素子が一体に組込まれたので、温度制御精度が向上し、出力の安定性が向上する等の優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の全体を示す平面図である。
【図２】同前正面図である。
【図３】本発明の実施の形態のレーザ光線発光部の平面図である。
【図４】同前レーザ光線発光部の正面図である。
【図５】同前レーザ光線発光部の側面図である。
【図６】本発明の実施の形態のファイバアレイユニットの説明図である。
【図７】（Ａ）（Ｂ）は同前ファイバアレイユニットの位置調整を示す説明図である。
【図８】同前ファイバアレイユニットの位置調整方向を示す説明図である。
【図９】本発明の実施の形態の光共振部の断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態の光共振部の斜視図である。
【図１１】レーザ発振装置の光共振部の基本構成を示す概略図である。
【図１２】従来の光共振部の断面図である。
【符号の説明】
４ レーザ結晶
５ 非線形光学媒質
６ 出力ミラー
１４ ペルチェ素子
２１ レーザ光線発光部
２２ 光共振部
２６ 光源部
２８ ファイバアレイユニット
３６ 楔形保持具
３７ レンズユニット
３９ 光共振器ブロック
４１ 凸円筒曲面座
４２ 凹円筒曲面座
４３ 非線形光学媒質ホルダ
Claims (4)
- 励起光を発するレーザ光線発光部と、レーザ結晶と出力ミラーとから少なくともなる光共振部と、該光共振部に挿入され前記レーザ結晶によって発振する基本波より第２次高調波を発生させる非線形光学媒質と、前記レーザ光線発光部を駆動する為の駆動手段とを具備するレーザ発振装置に於いて、凹部を有する光共振器ブロックを貫通する前記光共振部の光軸上に前記レーザ結晶、前記出力ミラーが設けられ、前記光共振器ブロックの上面に凸曲面座が固着され、該凸曲面座に凹曲面座が摺動自在に嵌合され、該凹曲面座に非線形光学媒質ホルダが前記凸曲面座を貫通して回転可能に設けられると共に前記非線形光学媒質ホルダの下部が前記凹部に収納され、前記非線形光学媒質ホルダの下部に前記非線形光学媒質が前記光軸上に位置する様に設けられ、前記非線形光学媒質ホルダにペルチェ素子が一体に組込まれ、該ペルチェ素子は前記非線形光学媒質の上側に取付けられ、前記凸曲面座の曲率中心が前記光軸上に位置し、前記非線形光学媒質ホルダは前記非線形光学媒質を前記光軸上に保持し凸曲面に沿って回転可能であり、前記非線形光学媒質ホルダの回転軸は前記光軸と交差し、前記非線形光学媒質ホルダは前記非線形光学媒質を前記光軸上に保持して前記回転軸を中心に回転可能であることを特徴とするレーザ発振装置。
- 第２次高調波を発生する非線形光学媒質に代えて、和周波及び差周波のいずれか１つを発生させる非線形光学媒質である請求項１のレーザ発振装置。
- 前記凸曲面座と前記凹曲面座とは円筒曲面を介して嵌合し、円筒曲面の曲率中心線は前記光軸、前記回転軸と直交する請求項１のレーザ発振装置。
- 前記光軸上に光共振器ブロックが設けられ、該光共振器ブロックの球面座に前記非線形光学媒質ホルダが回転可能に設けられると共に前記球面座を介して前記光共振器ブロックに傾動可能に設けられた請求項１のレーザ発振装置。
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