JP5742127B2 - 光モジュールおよび固体レーザ装置 - Google Patents

Description

本発明は、光モジュールおよび固体レーザ装置に関し、さらに詳しくは、レーザ結晶に対するヒートシンクの位置ずれが生じることを防止し、所望の値に近い楕円率の出力ビームモードが安定に得られる光モジュールおよび固体レーザ装置に関する。

従来、レーザ結晶のｃ軸面（ｃ軸に直交する面）には密着し且つａ軸面（ａ軸に直交する面）には密着しないヒートシンクをレーザ結晶に取り付けて、レーザ結晶のｃ軸面からの放熱性をａ軸面からの放熱性よりも高くし、熱レンズ効果に異方性を生じさせ、所望の値（一般的には「１」）に近い楕円率の出力ビームモードが得られるようにした光モジュールが知られている（特許文献１参照。）。

国際公開ＷＯ９５／２１４７９号公報（ＦＩＧ．４）

上記従来の光モジュールでは、レーザ結晶のａ軸面とヒートシンクとが密着しないよう空隙を設けて取り付け得られる構造になっているが、製造上、レーザ結晶とヒートシンクの相対位置がａ軸方向にずれてしまうことがあった。
しかし、レーザ結晶に対するヒートシンクの位置がａ軸方向にずれると、放熱性が変動してしまう。このため、熱レンズ効果の異方性にバラツキが生じ、得られる楕円率にバラツキが生じる問題点があった。
そこで、本発明の目的は、レーザ結晶に対するヒートシンクの位置ずれが生じることを防止し、所望の値に近い楕円率の出力ビームモードが安定に得られるようにした光モジュールおよび固体レーザ装置を提供することにある。

第１の観点では、本発明は、レーザ結晶（１）にヒートシンク（３０〜３９）を取り付けてなる光モジュール（１０１〜１１２）であって、前記ヒートシンク（３０〜３９）を取り付けない状態での前記レーザ結晶（１）のＮＦＰは楕円形状であり、前記楕円形状の長軸に直交する面を長軸面とし且つ前記楕円形状の短軸に直交する面を短軸面とするとき、前記ヒートシンク（３０〜３９）は、前記レーザ結晶（１）の少なくとも一つの長軸面端部分が嵌合しうる嵌合部（３０ａ〜３９ａ）を有し、且つ、前記レーザ結晶（１）の少なくとも一つの長軸面には密着し短軸面には前記嵌合部（３０ａ〜３９ａ）に嵌合してる部分以外は密着しないことを特徴とする光モジュール（１０１〜１１２）を提供する。
上記第１の観点による光モジュールでは、ヒートシンクを取り付けない状態でのレーザ結晶のＮＦＰが楕円形状であるとき、その楕円形状の長軸面にヒートシンクが密着し、短軸面には実質的にヒートシンクが密着しない。このため、楕円率が「１」に近づく傾向に熱レンズ効果の異方性を生じる。さらに、ヒートシンクの嵌合部にレーザ結晶の長軸面端部分が嵌合することで、レーザ結晶に対してヒートシンクが位置ずれしなくなり、熱レンズ効果の異方性にバラツキが生じなくなる。これにより、所望の値（一般的には「１」）に近い楕円率の出力ビームモードが安定に得られるようになる。

第２の観点では、本発明は、レーザ結晶（１）にヒートシンク（３０〜３９）を取り付けてなる光モジュール（１０１〜１１２）であって、前記レーザ結晶（１）のｃ軸に直交する面をｃ軸面とし且つａ軸に直交する面をａ軸面とするとき、前記ヒートシンク（３０〜３９）は、前記ヒートシンク（３０〜３９）は、前記レーザ結晶（１）の少なくとも一つのｃ軸面端部分が嵌合しうる嵌合部（３０ａ〜３９ａ）を有し、且つ、前記レーザ結晶（１）の少なくとも一つのｃ軸面には密着しａ軸面には前記嵌合部（３０ａ〜３９ａ）に嵌合してる部分以外は密着しないことを特徴とする光モジュール（１０１〜１１２）を提供する。
上記第２の観点による光モジュールでは、ｃ軸面にヒートシンクが密着し、ａ軸面にはヒートシンクが実質的に密着しない。一方、ヒートシンクを取り付けない状態でのレーザ結晶のＮＦＰが楕円形状であるとき、その楕円形状の長軸方向がレーザ結晶のｃ軸方向であり、短軸方向がレーザ結晶のａ軸方向である場合が多い。このため、多くの場合、楕円率が「１」に近づく傾向に熱レンズ効果の異方性を生じる。さらに、ヒートシンクの嵌合部にレーザ結晶のｃ軸面端部分が嵌合することで、レーザ結晶に対してヒートシンクが位置ずれしなくなり、熱レンズ効果の異方性にバラツキが生じなくなる。これにより、多くの場合、所望の値に近い楕円率の出力ビームモードが安定に得られるようになる。

第３の観点では、本発明は、前記第１から前記第３のいずれかの観点による光モジュール（１０４〜１１０）において、前記光モジュール（１０４〜１１０）は、レーザ結晶（１）と波長変換結晶（４）とが一体となった構造の光学素子（２０）にヒートシンク（３２〜３７）を取り付けてなる光モジュール（１０４〜１１０）であることを特徴とする光モジュール（１０４〜１１０）を提供する。
上記第３の観点による光モジュールでは、レーザ結晶と波長変換結晶とが一体となった構造の光学素子を用いるため、全体を小型化できる。また、レーザ結晶と波長変換結晶の両方にヒートシンクを共用するため、部品点数を減らすことが出来る。

第４の観点では、本発明は、レーザ結晶（１）と波長変換結晶（４）とが一体となった構造の光学素子（２０）にヒートシンク（４０〜４３）を取り付けてなる光モジュール（１１３〜１１６）であって、前記ヒートシンク（４０〜４３）を取り付けない状態での前記レーザ結晶（１）のＮＦＰは楕円形状であり、前記楕円形状の長軸に直交する面を長軸面とし且つ前記楕円形状の短軸に直交する面を短軸面とするとき、前記ヒートシンク（４０〜４３）は、前記光学素子（２０）が入れられる貫通孔（４０ｃ，４２ｃ）を有し、且つ、レーザ結晶（１）の少なくとも一つの長軸面には密着し、短軸面には密着しないように切欠部（４０ｂ〜４３ｂ）が設けられていることを特徴とする光モジュール（１１３〜１１６）を提供する。
上記第４の観点による光モジュールでは、ヒートシンクを取り付けない状態でのレーザ結晶のＮＦＰが楕円形状であるとき、その楕円形状の長軸面にヒートシンクが密着し、短軸面には実質的にヒートシンクが密着しない。このため、楕円率が「１」に近づく傾向に熱レンズ効果の異方性を生じる。さらに、ヒートシンクの貫通孔に光学素子の波長変換結晶部分が嵌合することで、レーザ結晶に対してヒートシンクが位置ずれしなくなり、熱レンズ効果の異方性にバラツキが生じなくなる。これにより、所望の値に近い楕円率の出力ビームモードが安定に得られるようになる。

第５の観点では、本発明は、レーザ結晶（１）と波長変換結晶（４）とが一体となった構造の光学素子（２０）にヒートシンク（４０〜４３）を取り付けてなる光モジュール（１１３〜１１６）であって、前記レーザ結晶（１）のｃ軸に直交する面をｃ軸面とし且つａ軸に直交する面をａ軸面とするとき、前記ヒートシンク（４０〜４３）は、前記光学素子（２０）が入れられる貫通孔（４０ｃ，４２ｃ）を有し、且つ、レーザ結晶（１）の少なくとも一つのｃ軸面には密着し、ａ軸面には密着しないように切欠部（４０ｂ〜４３ｂ）が設けられていることを特徴とする光モジュール（１１３〜１１６）を提供する。
上記第５の観点による光モジュールでは、ｃ軸面にヒートシンクが密着し、ａ軸面にはヒートシンクが実質的に密着しない。一方、ヒートシンクを取り付けない状態でのレーザ結晶のＮＦＰが楕円形状であるとき、その楕円形状の長軸方向がレーザ結晶のｃ軸方向であり、短軸方向がレーザ結晶のａ軸方向である場合が多い。このため、多くの場合、楕円率が「１」に近づく傾向に熱レンズ効果の異方性を生じる。さらに、ヒートシンクの貫通孔に光学素子の波長変換結晶部分が嵌合することで、レーザ結晶に対してヒートシンクが位置ずれしなくなり、熱レンズ効果の異方性にバラツキが生じなくなる。これにより、多くの場合、所望の値に近い楕円率の出力ビームモードが安定に得られるようになる。

第６の観点では、本発明は、前記第１から第５のいずれかの観点による光モジュールにおいて、レーザ結晶（１）のｃ軸方向の長さとａ軸方向の長さとが等しいことを特徴とする光モジュールを提供する。
上記第６の観点による光モジュールでは、ヒートシンクがレーザ結晶のｃ軸面に密着し且つａ軸面に密着しない状態でも、ヒートシンクがレーザ結晶のａ軸面に密着し且つｃ軸面に密着しない状態でも、いずれの状態でも取り得るので、ヒートシンクを取り付けない状態でのＮＦＰの楕円形状の長軸方向がｃ軸方向であり且つ短軸方向がａ軸方向である場合にも、長軸方向がａ軸方向であり且つ短軸方向がｃ軸方向である場合にも、両方に対応できる。

第７の観点では、本発明は、前記第１から第５のいずれかの観点による光モジュールにおいて、レーザ結晶のｃ軸方向の長さがａ軸方向の長さより大きいことを特徴とする光モジュールを提供する。
上記第７の観点による光モジュールでは、必ずレーザ結晶のｃ軸面がヒートシンクに密着しａ軸面がヒートシンクに密着しなくなるようにヒートシンクをレーザ結晶に取り付けできるので、作業が容易になる。そして、多くの場合、レーザ結晶のｃ軸方向がＮＦＰの楕円形状の長軸方向になり且つａ軸方向がＮＦＰの楕円形状の短軸方向になるため、多くの場合に対応できる。

第８の観点では、本発明は、前記第１から第７のいずれかの観点による光モジュール（１０１〜１１６）を使用したことを特徴とする固体レーザ装置（２０１，２０２）を提供する。
上記第８の観点による固体レーザ装置では、前記第１から第７のいずれかの観点による光モジュールを使用するため、所望の値に近い楕円率のモードが安定に得られるようになる。

本発明の光モジュールおよび固体レーザ装置によれば、所望の値に近い楕円率の出力ビームモードを安定に得ることが出来る。

実施例１に係る光モジュールを示す斜視図である。 実施例１に係る光学素子を示す斜視図である。 実施例１に係るヒートシンクを示す斜視図である。 実施例１の変形例１に係る光モジュールを示す斜視図である。 実施例１の変形例２に係る光モジュールを示す斜視図である。 実施例２に係る光モジュールを示す斜視図である。 実施例２に係る光学素子を示す斜視図である。 実施例２に係るヒートシンクを示す斜視図である。 実施例２の変形例１に係る光モジュールを示す斜視図である。 実施例２の変形例２に係る光モジュールを示す斜視図である。 実施例３に係る光モジュールを示す斜視図である。 実施例３に係るヒートシンクを示す斜視図である。 実施例４に係る光モジュールを示す斜視図である。 実施例５に係る光モジュールを示す斜視図である。 実施例６に係る光モジュールを示す斜視図である。 実施例７に係る光モジュールを示す斜視図である。 実施例８に係る光モジュールを示す斜視図である。 実施例９に係る光モジュールを示す構成説明図である。 実施例９に係るヒートシンクを示す斜視図である。 実施例１０に係る光モジュールを示す構成説明図である。 実施例１１に係る光モジュールを示す構成説明図である。 実施例１１に係るヒートシンクを示す斜視図である。 実施例１２に係る光モジュールを示す構成説明図である。 実施例１３に係る固体レーザ装置を示す構成説明図である。 実施例１４に係る固体レーザ装置を示す構成説明図である。

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に係る光モジュール１０１を示す斜視図である。
この光モジュール１０１は、光学素子１０と、ヒートシンク３０と、両者を固着する接着剤５０とからなる。

光学素子１０の上面と下面は、薄い接着剤層を介して、ヒートシンク３０に密着している。また、光学素子１０の上端部分は、ヒートシンク３０に形成された嵌合部３０ａに嵌合している。
光学素子１０の左面と右面は、ヒートシンク３０に密着しておらず、両者の間隙に接着剤５０が充填されている。
光学素子１０の前面は、励起レーザ光入射面になっている。
光学素子１０の後面は、基本波レーザ光出射面になっている。

図２は、光学素子１０の斜視図である。
光学素子１０は、図示せぬ半導体レーザからの励起レーザ光により励起されて基本波レーザ光を出すレーザ結晶１である。レーザ結晶１は、例えばＮｄを３ａｔ％ドープしたＹＶＯ４結晶のａ−ｃｕｔ基板（ｃ軸吸収、ｃ軸発振）である。
レーザ結晶１の励起レーザ光入射面には、ＨＲ膜２がコーティングされている。また、基本波レーザ光出射面には、ＡＲ膜３がコーティングされている。

ヒートシンク３０を取り付けていない状態での光学素子１０のＮＦＰ９’は楕円形状であり、その楕円率は「１」より離れた値になっている。その楕円形状の長軸方向のレーザ結晶１の長さＨは例えば１ｍｍであり、短軸方向の長さＷは例えば１ｍｍであり、光軸方向の長さＤは例えば０．５ｍｍであり、長軸方向を上下方向とし、短軸方向を左右方向とする。
楕円形状の長軸方向がレーザ結晶１のｃ軸方向であり、短軸方向がレーザ結晶１のａ軸方向の場合が多いが、この場合、長さＨはレーザ結晶１のｃ軸方向の長さとなり、長さＷはａ軸方向の長さとなる。なお、楕円形状の長軸方向がレーザ結晶１のａ軸方向であり、短軸方向がレーザ結晶１のｃ軸方向の場合は少ないが、この場合、長さＨはレーザ結晶１のａ軸方向の長さとなり、長さＷはｃ軸方向の長さとなる。

図１に示すように、ヒートシンク３０を取り付けた状態でのレーザ結晶１のＮＦＰ９の楕円率は「１」に近い値になる。

図３は、ヒートシンク３０の斜視図である。
ヒートシンク３０は、レーザ結晶１と同等以上の熱伝導率を有する材料が好ましく、例えばシリコン（熱伝導率：１４８Ｗ／ｍＫ）や、銅（熱伝導率：５０１Ｗ／ｍＫ）である。
ヒートシンク３０には、光学素子１０が入る孔が貫通している。その孔の上部に嵌合部３０ａが形成されている。孔の左右長Ｐは例えば１．４ｍｍであり、上下長Ｑは例えば０．８ｍｍである。嵌合部３０ａの左右長Ｒは例えば１．１ｍｍであり、上下長Ｓは例えば０．３ｍｍである。
ヒートシンク３０の厚さＴは、例えば０．５ｍｍである。

接着剤５０は、レーザ結晶１の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する高熱伝導タイプであり、且つ、常温で硬化するものが望ましい。例えば、ダウ・コーニング社製のＳＥ４４８６（熱伝導率：１．５３Ｗ／ｍＫ）が使用できる。

実施例１に係る光モジュール１０１によれば次の効果が得られる。
（１）ヒートシンク３０を取り付けない状態でのレーザ結晶１のＮＦＰが楕円形状であるとき、その楕円形状の長軸に直交する面にヒートシンク３０が密着し、短軸に直交する面にはヒートシンク３０が密着しない。このため、楕円率を「１」に近づける傾向に熱レンズ効果の異方性を生じる。
（２）ヒートシンク３０の嵌合部３０ａに光学素子１０の上端部分が嵌合することで、光学素子１０に対してヒートシンク３０が短軸方向に位置ずれしなくなり、バラツキを生じなくなる。
（３）以上により、所望の値に近い楕円率の出力ビームモードが安定に得られる。

（４）ヒートシンク３０を取り付けない状態でのＮＦＰの楕円形状の長軸方向がｃ軸方向であり且つ短軸方向がａ軸方向である場合にも、長軸方向がａ軸方向であり且つ短軸方向がｃ軸方向である場合にも、両方に対応できる。

−実施例１の変形例１−
図４に示す光モジュール１０２のように、光学素子１０の左面および右面とヒートシンク３０の間隙に接着剤を充填せず、空隙５１にしてもよい。

−実施例１の変形例２−
図５に示す光モジュール１０３のように、ヒートシンク３０に代えて、天板に嵌合部３１ａを設けるだけでなく底板にも嵌合部３１ａを設けたヒートシンク３１を用いてもよい。また、光学素子１０の左面および右面とヒートシンク３１の間隙に接着剤を充填せず、空隙５１にしてもよい。

−実施例１の変形例３−
多くの場合、レーザ結晶１のｃ軸方向がＮＦＰの楕円形状の長軸方向になり且つａ軸方向がＮＦＰの楕円形状の短軸方向になる傾向がある。そこで、レーザ結晶１のａ軸方向の長さをｃ軸方向の長さより短くしておき（例えばａ軸方向の長さ：ｃ軸方向の長さ＝１：１．２）、嵌合部３０ａ，３１ａの左右長Ｒをレーザ結晶１のａ軸方向の長さより大きく且つｃ軸方向の長さより小さくしておけば、必ずｃ軸面にヒートシンク３０，３１が密着し、ａ軸面にはヒートシンク３０，３１が密着しないようにヒートシンク３０，３１を光学素子１０に取り付けでき、作業が容易になる。

−実施例２−
図６は、実施例２に係る光モジュール１０４を示す斜視図である。
この光モジュール１０４は、光学素子２０と、ヒートシンク３２と、両者を固着する接着剤５０とからなる。

光学素子２０の上面と下面は、薄い接着剤層を介して、ヒートシンク３２に密着している。また、光学素子２０の上端部分は、ヒートシンク３２に形成された嵌合部３２ａに嵌合している。
光学素子２０の左面と右面は、ヒートシンク３２に密着しておらず、両者の間隙に接着剤５０が充填されている。
光学素子２０の前面は、励起レーザ光入射面になっている。
光学素子２０の後面は、波長変換レーザ光出射面になっている。

図７は、光学素子２０の斜視図である。
光学素子２０は、半導体レーザ（図１８の５１）からの励起レーザ光により励起されて基本波レーザ光を出すレーザ結晶１と、基本波レーザ光の高調波である波長変換レーザ光を出す波長変換結晶４と、波長変換結晶４をサンドイッチ状に挟むダミー材５，６とを、接合一体化した構造である。
レーザ結晶１の励起レーザ光入射面には、ＨＲ膜２がコーティングされている。また、波長変換結晶４およびダミー材５，６の波長変換レーザ光出射面には、ＨＲ膜７がコーティングされている。

レーザ結晶１は、例えばＮｄを３ａｔ％ドープしたＹＶＯ４結晶のａ−ｃｕｔ基板（ｃ軸吸収、ｃ軸発振）である。
波長変換結晶４は、例えば分極反転構造が形成された強誘電体基板（例えばＬＮやＬＴ基板、あるいは、ＭｇＯをドープしたＬＮやＬＴ基板）である。

光学素子２０の製造方法は、例えば特開２００７−２２５７８６号公報などに開示されている。

ヒートシンク３２を取り付けていない状態でのレーザ結晶２０のＮＦＰ９’は楕円形状であり、その楕円率は「１」より離れた値になっている。その楕円形状の長軸方向のレーザ結晶１の長さＨは例えば１ｍｍであり、短軸方向の長さＷは例えば１ｍｍであり、光軸方向の長さＤは例えば０．５ｍｍであり、長軸方向を上下方向とし、短軸方向を左右方向とする。
楕円形状の長軸方向がレーザ結晶１のｃ軸方向であり、短軸方向がレーザ結晶１のａ軸方向の場合が多いが、この場合、長さＨはレーザ結晶１のｃ軸方向の長さとなり、長さＷはａ軸方向の長さとなる。なお、楕円形状の長軸方向がレーザ結晶１のａ軸方向であり、短軸方向がレーザ結晶１のｃ軸方向の場合は少ないが、この場合、長さＨはレーザ結晶１のａ軸方向の長さとなり、長さＷはｃ軸方向の長さとなる。

波長変換結晶４の光軸方向の長さＬは例えば１ｍｍであり、幅Ｗはレーザ結晶１の長さＷと等しく、厚さＶは例えば０．４ｍｍである。

図６に示すように、ヒートシンク３２を取り付けた状態でのレーザ結晶１のＮＦＰ９の楕円率は「１」に近い値になる。

図８は、ヒートシンク３２の斜視図である。
ヒートシンク３２は、レーザ結晶１と同等以上の熱伝導率を有する材料が好ましく、例えばシリコン（熱伝導率：１４８Ｗ／ｍＫ）や、銅（熱伝導率：５０１Ｗ／ｍＫ）である。
ヒートシンク３２には、光学素子２０が入る孔が貫通している。その孔の上部に嵌合部３２ａが形成されている。孔の左右長Ｐは例えば１．４ｍｍであり、上下長Ｑは例えば０．８ｍｍである。嵌合部３３ａの左右長Ｒは例えば１．１ｍｍであり、上下長Ｓは例えば０．３ｍｍである。
ヒートシンク３２の厚さＵは、例えば１．５ｍｍである。

接着剤５０は、レーザ結晶１の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する高熱伝導タイプであり、且つ、常温で硬化するものが望ましい。例えば、ダウ・コーニング社製のＳＥ４４８６（熱伝導率：１．５３Ｗ／ｍＫ）が使用できる。

実施例２に係る光モジュール１０４によれば次の効果が得られる。
（１）ヒートシンク３２を取り付けない状態でのレーザ結晶１のＮＦＰが楕円形状であるとき、その楕円形状の長軸に直交する面にヒートシンク３２が密着し、短軸に直交する面にはヒートシンク３２が密着しない。このため、楕円率を「１」に近づける傾向に熱レンズ効果の異方性を生じる。
（２）ヒートシンク３２の嵌合部３２ａに光学素子２０の上端部分が嵌合することで、光学素子２０に対してヒートシンク３２が短軸方向に位置ずれしなくなり、バラツキを生じなくなる。
（３）以上により、所望の値に近い楕円率の出力ビームモードが安定に得られる。

（４）ヒートシンク３２を取り付けない状態でのＮＦＰの楕円形状の長軸方向がｃ軸方向であり且つ短軸方向がａ軸方向である場合にも、長軸方向がａ軸方向であり且つ短軸方向がｃ軸方向である場合にも、両方に対応できる。

−実施例２の変形例１−
図９に示す光モジュール１０５のように、光学素子２０の左面および右面とヒートシンク３２の間隙に接着剤を充填せず、空隙５１にしてもよい。

−実施例２の変形例２−
図１０に示す光モジュール１０６のように、ヒートシンク３２に代えて、天板に嵌合部３３ａを設けるだけでなく底板にも嵌合部３３ａを設けたヒートシンク３３を用いてもよい。また、光学素子２０の左面および右面とヒートシンク３３の間隙に接着剤を充填せず、空隙５１にしてもよい。

−実施例２の変形例３−
多くの場合、レーザ結晶１のｃ軸方向がＮＦＰの楕円形状の長軸方向になり且つレーザ結晶１のａ軸方向がＮＦＰの楕円形状の短軸方向になる傾向がある。そこで、レーザ結晶１のａ軸方向の長さをｃ軸方向の長さより短くしておき（例えばａ軸方向の長さ：ｃ軸方向の長さ＝１：１．２）、波長変換結晶４も同様にし、嵌合部３２ａの左右長Ｒをレーザ結晶１のａ軸方向の長さより大きく且つｃ軸方向の長さより小さくしておけば、必ずｃ軸面にヒートシンク３２が密着し、ａ軸面にはヒートシンク３２が密着しないようにヒートシンク３２を光学素子２０に取り付けでき、作業が容易になる。

−実施例３−
図１１に示す光モジュール１０７のように、実施例２のヒートシンク３２の、レーザ結晶１の左右に相当する部分を切欠部３４ｂとしたヒートシンク３４を用いてもよい。
図１２に、ヒートシンク３４の斜視図を示す。
実施例３を、実施例２の変形例２，３と同様に変形してもよい。

−実施例４−
図１３に示す光モジュール１０８のように、実施例３のヒートシンク３４の底板の代わりに光モジュール１０８を組み込むレーザ機器における光モジュール取付面Ｆを利用することで、実施例３のヒートシンク３４の底板を省略したヒートシンク３５を用いてもよい。
実施例４を、実施例２の変形例３と同様に変形してもよい。

−実施例５−
図１４に示す光モジュール１０９のように、実施例２のヒートシンク３２の底板の代わりに光モジュール１０９を組み込むレーザ機器における光モジュール取付面Ｆを利用することで、実施例２のヒートシンク３２の底板を省略したヒートシンク３６を用いてもよい。
実施例５を、実施例２の変形例１，３と同様に変形してもよい。

−実施例６−
図１５に示す光モジュール１１０のように、実施例５のヒートシンク３６の側板を省略したヒートシンク３７を用いて、光モジュール１１０を組み込むレーザ機器における光モジュール取付面Ｆとヒートシンク３７とで光学素子２０を挟むようにしてもよい。
実施例６を、実施例２の変形例３と同様に変形してもよい。

−実施例７−
図１６に示す光モジュール１１１のように、実施例１のヒートシンク３０の底板の代わりに光モジュール１１１を組み込むレーザ機器における光モジュール取付面Ｆを利用することで、実施例１のヒートシンク３０の底板を省略したヒートシンク３８を用いてもよい。
実施例５を、実施例２の変形例１，３と同様に変形してもよい。

−実施例８−
図１７に示す光モジュール１１２のように、実施例７のヒートシンク３８の側板を省略したヒートシンク３９を用いて、光モジュール１１２を組み込むレーザ機器における光モジュール取付面Ｆとヒートシンク３９とで光学素子１０を挟むようにしてもよい。
実施例８を、実施例１の変形例３と同様に変形してもよい。

−実施例９−
図１８は、実施例９に係る光モジュール１１３を示す斜視図である。
この光モジュール１１３は、光学素子２０と、ヒートシンク４０と、両者を固着する接着剤５０とからなる。

光学素子２０の上面と下面は、薄い接着剤層を介して、ヒートシンク４０に密着している。
光学素子２０におけるレーザ結晶１の左面と右面は、ヒートシンク４０の切欠部４０ｂに対応し、ヒートシンク４０に密着していない。波長変換結晶４の左面と右面は、ヒートシンク４０に密着している。
光学素子２０の前面は、励起レーザ光入射面になっている。
光学素子２０の後面は、波長変換レーザ光出射面になっている。

図１９は、ヒートシンク４０の斜視図である。
ヒートシンク４０には、光学素子２０が入る貫通孔４０ｃが貫通している。貫通孔４０ｃの左右長Ｘは例えば１．１ｍｍであり、上下長Ｙは例えば１．１ｍｍである。

実施例９に係る光モジュール１１３によれば次の効果が得られる。
（１）ヒートシンク４０を取り付けない状態でのレーザ結晶１のＮＦＰが楕円形状であるとき、その楕円形状の長軸に直交する面にヒートシンク４０が密着し、短軸に直交する面にはヒートシンク４０が密着しない。このため、楕円率を「１」に近づける傾向に熱レンズ効果の異方性を生じる。
（２）ヒートシンク４０の貫通孔４０ｃに光学素子２０の波長変換結晶部分が嵌合することで、光学素子２０に対してヒートシンク４０が短軸方向に位置ずれしなくなり、バラツキを生じなくなる。
（３）以上により、所望の値に近い楕円率の出力ビームモードが安定に得られる。

（４）ヒートシンク４０を取り付けない状態でのＮＦＰの楕円形状の長軸方向がｃ軸方向であり且つ短軸方向がａ軸方向である場合にも、長軸方向がａ軸方向であり且つ短軸方向がｃ軸方向である場合にも、両方に対応できる。

−実施例９の変形例−
多くの場合、レーザ結晶１のｃ軸方向がＮＦＰの楕円形状の長軸方向になり且つレーザ結晶１のａ軸方向がＮＦＰの楕円形状の短軸方向になる傾向がある。そこで、レーザ結晶１のａ軸方向の長さをｃ軸方向の長さより短くしておき（例えばａ軸方向の長さ：ｃ軸方向の長さ＝１：１．２）、波長変換結晶４も同様にし、貫通孔４０ｃの左右長Ｘをレーザ結晶１のａ軸方向の長さより大きく且つｃ軸方向の長さより小さくしておけば、必ずレーザ結晶１のｃ軸面にヒートシンク４０が密着し、ａ軸面にはヒートシンク４０が密着しないようにヒートシンク４０を光学素子２０に取り付けでき、作業が容易になる。

−実施例１０−
図２０に示す光モジュール１１４のように、実施例９のヒートシンク４０の切欠部４０ｂの部分に側板を設けたヒートシンク４１を用いてもよい。
このヒートシンク４１の切欠部４１ｂを空隙のままにしてもよいし、接着剤を充填してもよい。

−実施例１１−
図２１に示す光モジュール１１５のように、実施例９のヒートシンク４０の底板の代わりに光モジュール１１５を組み込むレーザ機器における光モジュール取付面Ｆを利用することで、実施例９のヒートシンク４０の底板を省略したヒートシンク４２を用いてもよい。
図２２は、ヒートシンク４２の斜視図である。
実施例１１を、実施例９の変形例と同様に変形してもよい。

−実施例１２−
図２３に示す光モジュール１１６のように、実施例１１のヒートシンク４２の切欠部４２ｂの部分に側板を設けたヒートシンク４３を用いてもよい。
このヒートシンク４３の切欠部４３ｂを空隙のままにしてもよいし、接着剤を充填してもよい。

−実施例１３−
図２４は、実施例１３に係る固体レーザ装置２０１を示す構成説明図である。
この固体レーザ装置２０１は、半導体レーザ５１と、集光レンズ５２と、先述した実施例の光モジュール１０１〜１０３，１１１，１１２のいずれかと、波長変換素子５４と、光モジュール取付台５９とを具備している。

−実施例１４−
図２５は、実施例１４に係る固体レーザ装置２０２を示す構成説明図である。
この固体レーザ装置２０２は、半導体レーザ５１と、集光レンズ５２と、先述した実施例の光モジュール１０４〜１１０，１１３〜１１６のいずれかと、光モジュール取付台５９とを具備している。

本発明の光モジュールは、例えばＳＨＧ波長変換技術を用いた半導体励起固体レーザ等に利用できる。

１ レーザ結晶
４ 波長変換結晶
９ ヒートシンク有りのレーザ結晶のＮＦＰ
９’ ヒートシンク無しのレーザ結晶のＮＦＰ
１０，２０ 光学素子
３０〜４１ ヒートシンク
３０ａ〜３９ａ 嵌合部
４０ｂ，４１ｂ 切欠部
４０ｃ，４１ｃ 貫通孔
１０１〜１１６ 光モジュール

Claims (8)

1. レーザ光入射面を前面とし且つレーザ光出射面を後面とする六面体のＮｄ：ＹＶＯ４結晶（１）にヒートシンク（３０〜３９）を取り付けてなる光モジュール（１０１〜１１２）であって、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶（１）のｃ軸に直交する前記六面体の側面をｃ軸面とし且つａ軸に直交する前記六面体の側面をａ軸面とするとき、前記ヒートシンク（３０〜３９）は、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶（１）の少なくとも一つのｃ軸面端部分が嵌合しうる嵌合部（３０ａ〜３９ａ）を有し、且つ、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶（１）の少なくとも一つのｃ軸面には密着しａ軸面には前記嵌合部（３０ａ〜３９ａ）に嵌合してる部分以外は密着しないことを特徴とする光モジュール（１０１〜１１２）。
2. 請求項１に記載の光モジュール（１０４〜１１０）において、前記光モジュール（１０４〜１１０）は、Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶（１）と波長変換結晶（４）とが一体となった構造の光学素子（２０）にヒートシンク（３２〜３７）を取り付けてなる光モジュール（１０４〜１１０）であることを特徴とする光モジュール（１０４〜１１０）。
3. レーザ光入射面を前面とし且つレーザ光出射面を後面とする六面体のＮｄ：ＹＶＯ４結晶（１）と波長変換結晶（４）とが一体となった構造の光学素子（２０）にヒートシンク（４０〜４３）を取り付けてなる光モジュール（１１３〜１１６）であって、前記ヒートシンク（４０〜４３）を取り付けない状態での前記Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶（１）のＮＦＰは楕円形状であり、前記楕円形状の長軸に直交する前記六面体の側面を長軸面とし且つ前記楕円形状の短軸に直交する前記六面体の側面を短軸面とするとき、前記ヒートシンク（４０〜４３）は、前記光学素子（２０）の波長変換結晶（４）部分が嵌合する形状の貫通孔（４０ｃ，４２ｃ）を有し、且つ、Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶（１）の少なくとも一つの長軸面には密着し、短軸面には密着しないように切欠部（４０ｂ〜４３ｂ）が設けられていることを特徴とする光モジュール（１１３〜１１６）。
4. レーザ光入射面を前面とし且つレーザ光出射面を後面とする六面体のＮｄ：ＹＶＯ４結晶（１）と波長変換結晶（４）とが一体となった構造の光学素子（２０）にヒートシンク（４０〜４３）を取り付けてなる光モジュール（１１３〜１１６）であって、前記Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶（１）のｃ軸に直交する前記六面体の側面をｃ軸面とし且つａ軸に直交する前記六面体の側面をａ軸面とするとき、前記ヒートシンク（４０〜４３）は、前記光学素子（２０）の波長変換結晶（４）部分が嵌合する形状の貫通孔（４０ｃ，４２ｃ）を有し、且つ、Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶（１）の少なくとも一つのｃ軸面には密着し、ａ軸面には密着しないように切欠部（４０ｂ〜４３ｂ）が設けられていることを特徴とする光モジュール（１１３〜１１６）。
5. 請求項１または請求項４のいずれかに記載の光モジュールにおいて、Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶（１）のｃ軸方向の長さとａ軸方向の長さとが等しいことを特徴とする光モジュール。
6. 請求項１に記載の光モジュールにおいて、Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶（１）のｃ軸方向の長さをａ軸方向の長さより大きくし、嵌合部（３０ａ〜３９ａ）の左右長ＲをＮｄ：ＹＶＯ４結晶（１）のａ軸方向の長さより大きく且つｃ軸方向の長さより小さくしておくことを特徴とする光モジュール。
7. 請求項４に記載の光モジュールにおいて、Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶（１）のｃ軸方向の長さをａ軸方向の長さより大きくし、波長変換結晶（４）も同様にし、貫通孔（４０ｃ，４２ｃ）の左右長Ｘを異方性レーザ結晶（１）のａ軸方向の長さより大きく且つｃ軸方向の長さより小さくしておくことを特徴とする光モジュール。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の光モジュール（１０１〜１１６）を使用したことを特徴とする固体レーザ装置（２０１，２０２）。

Images