JP5343699B2

JP5343699B2 - 光共振装置

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Publication number: JP5343699B2
Application number: JP2009119374A
Authority: JP
Inventors: 守久光; 一智門倉; 勝彦徳田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2009-05-18
Filing date: 2009-05-18
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2029-05-18
Also published as: JP2010267890A

Description

本発明は、レーザ光共振装置に関し、さらに詳しくは、光共振器内部での反射による無用の光共振を十分に抑制でき、安定したレーザ発振が得られるレーザ光共振装置に関する。

従来、片面にＨＲコーティングを形成し他の片面にＡＲコーティングを形成したレーザ結晶と、片面にＡＲコーティングを形成し他の片面にＨＲコーティングを形成した波長変換素子とを、ＡＲコーティングを形成した面同士で接着し一体化した構造の光学素子が知られている（特許文献１参照。）。
この光学素子のレーザ結晶を光励起すると、レーザ結晶が基本波を発生し、この基本波がＨＲコーティングの間で反射し往復することにより基本波のレーザ発振が起こり、この基本波のレーザ光が波長変換素子で波長変換されて外部へ出力される。

特開２００７−２２５７８６号公報

上記従来の光学素子では、レーザ結晶と波長変換素子とを接着する面にＡＲコーティングを形成することにより、この面での光の反射を抑制している。
しかし、光の反射を十分に抑制できず、反射した光が光共振を起こして、本来のレーザ発振に悪影響が及んでしまうことがある問題点があった。
そこで、本発明の目的は、光共振器内部での反射による無用の光共振を十分に抑制でき、安定したレーザ発振が得られるレーザ光共振装置を提供することにある。

第１の観点では、本発明は、ｋを１以上の整数として、光軸方向に、共振器ミラーＭ１／屈折率Ｎ₁の媒質／屈折率Ｎ₂の媒質／…／屈折率Ｎ_2k+1の媒質／共振器ミラーＭ２、なる構成を持ち、ｊを１からｋまでの整数として、屈折率Ｎ_j＝Ｎ_2k+2-j、屈折率Ｎ_jの媒質と屈折率Ｎ_j+1の媒質の界面をＳ_jとするとき、共振器ミラーＭ１と共振器ミラーＭ２とが平行、界面Ｓ_jと界面Ｓ_2k+1-jとが平行、且つ、共振器ミラーＭ１と共振器ミラーＭ２の間を往復して発振するレーザ光に対して界面Ｓ_jは垂直でないことを特徴とするレーザ光共振装置を提供する。
上記第１の観点によるレーザ光共振装置では、共振器ミラーＭ１に入射した光と反射した光は同じ経路を通ると共に共振器ミラーＭ２に入射した光と反射した光は同じ経路を通るため、光は共振器ミラーＭ１と共振器ミラーＭ２の間を往復し、光共振によりレーザ光の発振が起こる。一方、界面Ｓ_jに入射した光と反射した光は別の経路を通るため、光共振が起こらない。すなわち、光共振器内部での反射による無用の光共振を十分に抑制でき、安定したレーザ発振が得られる。

第２の観点では、本発明は、ＨＲコーティング（Ｍ１）を形成した第１面（１ａ）とそれに対向する第２面（１ｂ）とが平行でない形状の第１のレーザ結晶（１）の第２面（１ｂ）に、第１面（２ａ）とそれに対向する第２面（２ｂ）とが平行な波長変換素子（２）の第１面（２ａ）を接合または接着し、前記第１のレーザ結晶（１）と同一構成の第２のレーザ結晶（３）の第１面（３ａ）が前記第１のレーザ結晶（１）の第１面（１ａ）と平行になるように該第２のレーザ結晶（３）の第２面（３ｂ）を前記波長変換素子（２）の第２面（２ｂ）に接合または前記接着と同一種類の接着剤で接着したことを特徴とするレーザ用光学素子を提供する。
上記第２の観点によるレーザ用光学素子では、ＨＲコーティング（Ｍ１，Ｍ２）に入射した光と反射した光は同じ経路を通るため、光は第１のレーザ結晶（１）のＨＲコーティング（Ｍ１）と第２のレーザ結晶（３）のＨＲコーティング（Ｍ２）の間を往復し、光共振によりレーザ光の発振が起こる。一方、内部の界面に入射した光と反射した光は別の経路を通るため、光共振が起こらない。すなわち、光共振器内部での反射による無用の光共振を十分に抑制でき、安定したレーザ発振が得られる。

本発明のレーザ光共振装置およびレーザ用光学素子によれば、光共振器内部での反射による無用の光共振を十分に抑制でき、安定したレーザ発振が得られる。

実施例１に係るレーザ用光学素子を示す正面図である。実施例１に係るレーザ用光学素子を示す底面図である。実施例１に係るレーザ用光学素子の動作説明図である。実施例１に係るレーザ用光学素子の製造方法を示す分解正面図である。実施例１に係るレーザ用光学素子の製造方法を示す分解底面図である。実施例２に係るレーザ用光学素子を示す正面図である。実施例２に係るレーザ用光学素子を示す底面図である。実施例２に係るレーザ用光学素子の動作説明図である。

以下、図に示す実施例により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。

−実施例１−
図１は、実施例１に係るレーザ用光学素子１０を示す正面図である。
このレーザ用光学素子１０は、ＨＲコーティングＭ１を形成した第１面１ａとそれに対向する第２面１ｂとが平行でない形状の第１のレーザ結晶１の第２面１ｂに、第１面２ａとそれに対向する第２面２ｂとが平行な波長変換素子２の第１面２ａを接合し、第１のレーザ結晶１と同一構成の第２のレーザ結晶３の第１面３ａが第１のレーザ結晶１の第１面１ａと平行になるように該第２のレーザ結晶３の第２面３ｂを波長変換素子２の第２面２ｂに接合した構成である。

図２は、レーザ用光学素子１０を示す底面図である。
レーザ結晶１，３は、Ｎｄ：ＹＶＯ４基板である。
波長変換素子２は、周期的分極反転領域を形成したＭｇＯドープ定比組成タンタル酸リチウム基板２ｃの両面に光学用接着剤２ｅ，２ｅでダミー用タンタル酸リチウム基板２ｄ，２ｄを接着した基板（以下、ＱＰＭ基板と呼ぶ）である。

図３は、レーザ用光学素子１０の動作説明図である。
第１のレーザ結晶１に励起レーザ光Ｌｅを入射させると、第１のレーザ結晶１が基本波レーザ光Ｌｂを発生し、この基本波レーザ光ＬｂがＨＲコーティングＭ１，Ｍ２の間で反射し往復することによりレーザ発振が起こり、この基本波レーザ光Ｌｂが波長変換素子２で波長変換されて高調波レーザ光Ｌｈとして外部へ出力される。

ここで、第１のレーザ結晶１の屈折率Ｎ１＝第２のレーザ結晶３の屈折率Ｎ３である。また、第１のレーザ結晶１と波長変換素子２の界面Ｓ１は、波長変換素子２と第２のレーザ結晶３との界面Ｓ２に平行である。さらに、ＨＲコーティングＭ１，Ｍ２の間を往復して発振する基本波レーザ光Ｌｂに対して界面Ｓ１，Ｓ２は垂直でない。

図４は、レーザ用光学素子１０の製造方法を示す分解正面図である。図５は、同底面図である。
［１］第１のレーザ結晶１は、Ｎｄ：ＹＶＯ４基板のＣ面（１ａ）およびそれに対向するＣ面から角度θだけＡ軸側に傾斜させた面（１ｂ）を鏡面研磨する。
波長変換素子２は、ＱＰＭ基板の両Ｘ面（２ａ，２ｂ）を平行に鏡面研磨する。
第２のレーザ結晶３は、Ｎｄ：ＹＶＯ４基板のＣ面（３ａ）およびそれに対向するＣ面から角度θだけＡ軸側に傾斜させた面（３ｂ）を鏡面研磨する。
［２］波長変換素子２の一方の研磨Ｘ面（２ａ）に第１のレーザ結晶１の傾斜研磨面（１ｂ）を接合する。
第１のレーザ結晶１のＣ面（１ａ）と第２のレーザ結晶３のＣ面（３ａ）とが平行になるように、波長変換素子２の他方の研磨Ｘ面（２ｂ）に第２のレーザ結晶３の傾斜研磨面（３ｂ）を接合する。
［３］第１のレーザ結晶１のＣ面（１ａ）にＨＲコーティング（Ｍ１）を施す。
第２のレーザ結晶３のＣ面（３ａ）にＨＲコーティング（Ｍ２）を施す。

実施例１に係るレーザ用光学素子１０によれば、ＨＲコーティングＭ１，Ｍ２に入射したレーザ光Ｌｂと反射したレーザ光Ｌｂは同じ経路を通るため、レーザ光Ｌｂは第１のレーザ結晶１のＨＲコーティングＭ１と第２のレーザ結晶３のＨＲコーティングＭ２の間を往復し、光共振によりレーザ光の発振が起こる。一方、内部の界面Ｓ１，Ｓ２に入射した光と反射した光は別の経路を通るため、光共振が起こらない。従って、光共振器内部での反射による無用の光共振を十分に抑制でき、安定したレーザ発振が得られる。

−実施例２−
図６は、実施例２に係るレーザ用光学素子２０を示す正面図である。
このレーザ用光学素子２０は、ＨＲコーティングＭ１を形成した第１面１ａとそれに対向する第２面１ｂとが平行でない形状の第１のレーザ結晶１の第２面１ｂに、第１面２ａとそれに対向する第２面２ｂとが平行な波長変換素子２の第１面２ａを、第１の接着剤層４を介して接着し、第１のレーザ結晶１と同一構成の第２のレーザ結晶３の第１面３ａが第１のレーザ結晶１の第１面１ａと平行になるように該第２のレーザ結晶３の第２面３ｂを波長変換素子２の第２面２ｂに、第１の接着剤層４と同じ接着剤による第２の接着剤層５を介して接着した構成である。

図７は、レーザ用光学素子２０を示す底面図である。
４ａは第１の接着剤層４の第１面であり、４ｂは第２面である。
５ａは第２の接着剤層５の第１面であり、５ｂは第２面である。

図８は、レーザ用光学素子２０の動作説明図である。
第１のレーザ結晶１に励起レーザ光Ｌｅを入射させると、第１のレーザ結晶１が基本波レーザ光Ｌｂを発生し、この基本波レーザ光ＬｂがＨＲコーティングＭ１，Ｍ２の間で反射し往復することによりレーザ発振が起こり、この基本波レーザ光Ｌｂが波長変換素子２で波長変換されて高調波レーザ光Ｌｈとして外部へ出力される。

ここで、第１のレーザ結晶１の屈折率Ｎ１＝第２のレーザ結晶３の屈折率Ｎ３である。また、第１の接着剤層４の屈折率Ｎ２＝第２の接着剤層５の屈折率Ｎ４である。また、第１のレーザ結晶１と第１の接着剤層４の界面Ｓ１は、第２の接着剤層５と第２のレーザ結晶３との界面Ｓ４に平行である。また、第１の接着剤層４と波長変換素子２の界面Ｓ２は、波長変換素子２と第２の接着剤層５の界面Ｓ３に平行である。さらに、ＨＲコーティングＭ１，Ｍ２の間を往復して発振する基本波レーザ光Ｌｂに対して界面Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４は垂直でない。

レーザ用光学素子２０の製造方法は、レーザ用光学素子１０の製造方法と同様である。ただし、波長変換素子２の一方の研磨Ｘ面（２ａ）に第１のレーザ結晶１の傾斜研磨面（１ｂ）を接合する代わりに接着剤で接着する。また、波長変換素子２の他方の研磨Ｘ面（２ｂ）に第２のレーザ結晶３の傾斜研磨面（３ｂ）を接合する代わりに接着剤で接着する。
なお、接着の際、Ｎａランプ光で干渉縞をチェックするなどして、波長変換素子２の一方の研磨Ｘ面（２ａ）と第１のレーザ結晶１の傾斜研磨面（１ｂ）とが平行になるように、また、波長変換素子２の他方の研磨Ｘ面（２ｂ）と第２のレーザ結晶３の傾斜研磨面（３ｂ）とが平行になるようにする。

実施例２に係るレーザ用光学素子２０によれば、ＨＲコーティングＭ１，Ｍ２に入射したレーザ光Ｌｂと反射したレーザ光Ｌｂは同じ経路を通るため、レーザ光Ｌｂは第１のレーザ結晶１のＨＲコーティングＭ１と第２のレーザ結晶３のＨＲコーティングＭ２の間を往復し、光共振によりレーザ光の発振が起こる。一方、内部の界面Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４に入射した光と反射した光は別の経路を通るため、光共振が起こらない。従って、光共振器内部での反射による無用の光共振を十分に抑制でき、安定したレーザ発振が得られる。

本発明の光共振装置およびレーザ用光学素子は、波長０．５３２μｍのグリーン光を出力する用途などに利用できる。

１第１のレーザ結晶
２波長変換素子
３第２のレーザ結晶
４第１の接着剤層
５第２の接着剤層
１０，２０レーザ用光学素子
Ｍ１，Ｍ２ＨＲコーティング
Ｎ１〜Ｎ５屈折率
Ｓ１〜Ｓ４界面
Ｌｂ

Claims

ｋを１以上の整数として、光軸方向に、共振器ミラーＭ１／屈折率Ｎ₁の媒質／屈折率Ｎ₂の媒質／…／屈折率Ｎ_2k+1の媒質／共振器ミラーＭ２、なる構成を持ち、ｊを１からｋまでの整数として、屈折率Ｎ_j＝Ｎ_2k+2-j、屈折率Ｎ_jの媒質と屈折率Ｎ_j+1の媒質の界面をＳ_jとするとき、共振器ミラーＭ１と共振器ミラーＭ２とが平行、界面Ｓ_jと界面Ｓ_2k+1-jとが平行、且つ、共振器ミラーＭ１と共振器ミラーＭ２の間を往復して発振するレーザ光に対して界面Ｓ_jは垂直でないことを特徴とするレーザ光共振装置。
ＨＲコーティング（Ｍ１）を形成した第１面（１ａ）とそれに対向する第２面（１ｂ）とが平行でない形状の第１のレーザ結晶（１）の第２面（１ｂ）に、第１面（２ａ）とそれに対向する第２面（２ｂ）とが平行な波長変換素子（２）の第１面（２ａ）を接合または接着し、前記第１のレーザ結晶（１）と同一構成の第２のレーザ結晶（３）の第１面（３ａ）が前記第１のレーザ結晶（１）の第１面（１ａ）と平行になるように該第２のレーザ結晶（３）の第２面（３ｂ）を前記波長変換素子（２）の第２面（２ｂ）に接合または前記接着と同一種類の接着剤で接着したことを特徴とするレーザ用光学素子。