JPH02247601A - レーザ素子の反射防止膜 - Google Patents

レーザ素子の反射防止膜

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JPH02247601A
JPH02247601A JP1067935A JP6793589A JPH02247601A JP H02247601 A JPH02247601 A JP H02247601A JP 1067935 A JP1067935 A JP 1067935A JP 6793589 A JP6793589 A JP 6793589A JP H02247601 A JPH02247601 A JP H02247601A
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JP
Japan
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refractive index
layer
material layer
wavelength
light
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JP1067935A
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English (en)
Inventor
Hideharu Ogami
秀晴 大上
Isao Sekiguchi
関口 功
Eiichi Takazawa
高沢 栄一
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Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Metal Mining Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はK T P (K T i OP O4) ノ
S HG *子(第2次高調波発生素子)のレーザ入出
射端面における、基本光とSH光(第2次高調波)の2
波長に対する反射防止膜に間する。
(従来の技術) Ndドープ固体レーザ(例えばNd3+ドープY3A1
sOra、NdS+ドー7Gd3 Ga5012)のS
HG素子として、KTPは大きな非線形光学定数を持ち
、レーザ損傷しきい値が高く、化学的に安定なため、最
も理想的な結晶と考えられている。しかし、KTPは、
従来水熱合成法(結晶の材料となる物質を水に高温高圧
下で溶解して、その中から結晶を析出させる方法)によ
り育成されており、大型単結晶の育成が困難とされてい
た。
最近、フラックス法(結晶の材料となる物質をある特定
の物質に溶解して、その中から結晶を析出させる方法)
を用いて大気圧下で育成できることが示されてから、−
層、KTPのSHG素子としての需要が高まっている。
5)IG変換効率を上げるためには、入射レーザ強度を
大きくすること、基本光とSH光の波長に対する屈折率
を一致させる位相整合条件(基本光とSH光の伝搬速度
を等しくするために位相を一致させ、重なり合って強め
るための条件)を満足することが必要である。
第1図は、KTPIOのSHG素子のタイプ■(互いに
垂直な偏光面を持つ基本光を組合わせる位相整合の取り
方)と呼ばれる位相整合の条件を満足する結晶軸と基本
光(波長λω=1.06μm)とSH光(波長λ2 ω
=0.53μm)の偏光方向の関係である。
KTPの基本光(λω=1.064μm)におけるa軸
方向の屈折率をnツ、b軸方向の屈折率をnF、C軸方
向の屈折率をnヅとする。
KTPのSHG素子の位相整合条件は以下の第1式と第
2式で表される。
n;+nれ(θ) =nζツ(θ)    ・・・(1) り ここで、n :、 (θ)は、a軸からb軸方向へ(9
0°−θ)傾いた軸とa軸を含む平面内でa軸に垂直な
方向に偏光した基本光における屈折率であり、nXa/
(θ)は、上記方向(B方向)に偏光したSH光におけ
る屈折率であり、nγ=1.738、n’==1.74
7、nr =1.833である。第1式と第2式から、
nAr(e)<以下na)は、1.785となる。基本
光はA方向に偏光して入射させ、SH光はB方向に偏光
されて発生する方法を用いている。
A方向に偏光した基本光おけるKTPのSHG素子の屈
折率nでは1.783である。したがって、第2式は以
下のようになる。
このKTPのSHG素子のレーザ入出射端面12.14
は光学研磨によって鏡面加工し、さらに、基本光とSH
光の反射を減少させるために、入出射端面の片面もしく
は両面に基本光とSH光の2波長に対する反射防止膜が
施される。
特に、SHG素子をレーザ共振器内部で用いる場合は、
片面に上記反射防止膜を施す。
このKTPのSHG素子に、反射防止膜のない場合、空
気中で界面の反射率は、約7.9%である。この反射に
よる損失は、SHG変換効率を低下させる要因になる。
現在まで、KTPのSHG素子の反射防止膜の構成は明
らかにされていなかった。
(発明が解決しようとする課題) このようなKTPのSHG素子においては、基本光とS
 H光の2波長に対する反射防止膜が必要とされる。
反射防止膜に用いる誘電体物質の薄膜には、波長分散に
より、基本光とSH光の波長に対する屈折率が異なるた
めに、このことを考慮に入れて多層反射防止膜を設計し
なければならない。
さらに、反射防止膜の膜層数は5作成時間、膜厚制御誤
差、レーザに対する耐ダメージ性から考えてみて、少な
いほど望ましい。
本発明は、以上の点からKTPのSHG素子の基本光と
SH光の2波長に対する、反射防止膜を提供することを
目的とする。
(課題を解決するための手段) 前述の目的を達成するなめに、本発明は第2次高調波発
生素子として用いられるKTP結晶用の反射防止膜にお
いて、各層の光学的膜厚が入射レーザ光の波長の1/4
でありかつ各層の屈折率が異なる3層の屈折率物質層の
積層体から成ることを特徴とする反射防止膜を採用する
ものである。
(実施例) 次に、図面を参照して本発明を説明する。
第2図は本発明の反射防止膜がイントラキャビティS 
HGに用いられた場合のKTPloに設けられる一例を
示している。すなわち、KTP 10は入出射端面12
.14に基本光反射防止膜兼SH光反射膜16および基
本光およびSH光反射防止膜18を設けている0本発明
が対象としているのはこの基本光およびSH光反射防止
1I118である。なお、符号20はYAG (イツト
リウムアルミニウムガーネット)ロッドを示し、符号2
2および24はいずれもYAGロッド20の両端に設け
られた基本光反射防止膜であり、符号26および28は
それぞれミラーを示し、ミラー26は基本光を反射し、
ミラー28は基本光を反射しかつSH光を反射防止する
ものである。
このような本発明の反射防止膜は、基本光およびSH光
のいずれに対しても反射防止膜として働くことが要求さ
れ、物理的特性として以下の条件を満たす必要がある。
すなわち、垂直入射、各層の光学的膜厚(=nJ −d
j nJはj番目の層の屈折率、d、はj番目の層の物
理的膜厚)がλ。/4(λ。は設計中心波長)の場合、
3層膜の反射率は、第3式〜第7式で表すことができる
・・・ (3) 但し媒質は空気中n□、=1とする。
・・・ (4) i=【] Xω、=2πnωjdj/λω   ・・・(7)X2
 (acj=2πn2 ωjd) /λ、 ω”’ (
8)ここで、基本光の波長λωにお番する、反it率番
よRω、A方向の偏光に対するKTPのSHG素子の屈
折率はn’F、j番目の膜の位相差4iXω4、屈折率
はnJ」である。S H光の波長λ2ω番こおける反射
率はn2ω、B方向の偏光Gこ対するKTPのSHG素
子の屈折率はnth′、j番目の膜の位相差はX2ω4
、屈折率はn2ω、である、また、dJはj番目の膜の
物理的膜厚でdJ=λ0/(4nor>で表されている
。ここでn。Jζよ、3層膜の設計波長λ0に対するj
番目の膜の屈折率である。
3層反射防止膜の設計波長λ。における屈折率をKTP
の5)(G素子側からnot、 n02、nosとする
。各層の屈折率の条件をn二<not、 n、)1>n
 o2> n 03として、電子計算機を利用して、多
層の屈折率を変化させ、基本光の反射率RωとSH光の
反射率R2ωが0.2%以下になる、各層の屈折率を求
め、実際に蒸着物質の屈折率として存在する組合わせを
選択した。2つの例として別紙の表1および表2にこの
方法で求めた膜構成と反射率の計算値を示す。
これらの反射防止膜の作成には、真空蒸着、スパッタリ
ング、CVD等がある。
ところで、もし仮に同じ目的の反射防止膜を2層だけで
構成しようとすると、KTP側からno!=1.47 
(λo /4)、noz=1.21 (λ0/4)とな
るが、屈折率1.21になる蒸着物質は存在しないので
、実現不可能である。
次に、本発明の反射防止膜の効果を確認するために表1
および表2に基づいた反射防止膜を作成し、次に、それ
ぞれの反射率を測定した。
最初に、反射防止膜は次のように作成された。
(1)KTPを有機溶剤(洗剤、アルコール、トリフロ
ン)で洗浄する。
蒸着物質として以下の物質を準備した。
SiO2(粒径2〜4mm> MgFz(粒径2〜4mm) Zr02(タブレット30φ×51) Ti02(タブレットを真空中でメルティングしたもの
) (2)KTP、蒸着物質を真空チャンバー内にセットし
、ロータリーポンプで荒引き後、クライオポンプで排気
する。基板加熱温度は370℃に設定した。
(3)真空圧が5− OX 10−2orrに達したら
、以下の条件で蒸着速度、酸素分圧を自動制御しながら
、蒸着を開始した。
02分圧(torr) Zr 02  0.8〜1.5 Xl0−’Tie2 
 2.0〜4.OXl0−’SiO2  8xlOづ(
Ox導入なし)MgF2  8X10づ(02導入なし
)(4)光学的膜厚は、光学干渉式膜厚計でモニターし
て(精度±1%以内)、設定した光学的膜厚に達したら
、シャッターを閉じて、次の膜の蒸着を続行するように
行った。
これらの反射防止膜に対して次のようにして反射率を測
定した。すなわち反射防止膜を基本光の波長(1,06
4μm)においては、端面内でC軸から45°傾いた偏
光方向(A方向)で反射率測定を行い、SH光の波長(
0,532μm)においては、端面内でC軸に垂直な偏
光方向(B方向)で反射率測定を行った。その結果、基
本光とSH光に対して、それぞれ反射率0.2%以下に
なった。
(発明の効果) 以上詳細に説明したように、本発明は、各層の光学的膜
厚が入射レーザ光の波長の1/4でありかつ各層の屈折
率が異なる3層の屈折率物質層の積層体から成るように
しなので、基本光の波長および第2次高調波の波長とに
対する反射率を0.2%以下になるように3層の屈折率
物質層の各層の屈折率を選ぶことができるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、KTPのSHG素子における位相整合の条件
(タイプ■)を満足する結晶軸に対する基本光とSH光
との関係を説明するための°KTPの斜視図である。 第2図は、−例としてイントラキャビティSHG素子(
KTP)に対して設けられた本発明の反射防止膜を示す
ための概略図である。 10・・・KTP、 12・・・入射端面、 14・・・出射端面、 18・・・反射防止膜。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第2次高調波発生素子として用いられるKTP結
    晶用の反射防止膜において、各層の光学的膜厚が入射レ
    ーザ光の波長の1/4でありかつ各層の屈折率が異なる
    3層の屈折率物質層の積層体から成ることを特徴とする
    反射防止膜。
  2. (2)請求項1記載の反射防止膜において、レーザ光の
    基本光の波長と第2次高調波の波長とに対する反射率が
    0.2%以下になるように、3層の屈折率物質層の各層
    の屈折率が選ばれることを特徴とする反射防止膜。
  3. (3)請求項1記載の反射防止膜において、KTP結晶
    に積層された第1層の屈折率物質層の屈折率がKTP結
    晶より高い高屈折率を有し、第1層の屈折率物質層に積
    層された第2層の屈折率物質層の屈折率が第1層の屈折
    率物質層の屈折率より低い中間屈折率を有し、第2層の
    屈折率物質層に積層された第3層の屈折率物質層の屈折
    率が第2層の屈折率物質層の屈折率より低い低屈折率を
    有することを特徴とする反射防止膜。
  4. (4)請求項1記載の反射防止膜において、レーザ光の
    波長がNdドープ固体レーザの発振波長である1.06
    μm付近であることを特徴とする反射防止膜。
  5. (5)請求項3記載の反射防止膜において、レーザ光の
    波長が1.06μm付近であり、第1層の屈折率物質層
    が約2.11の屈折率を有するTiO_2であり、第2
    層の屈折率物質層が約1.75の屈折率を有するZrO
    _2であり、第3層の屈折率物質層が約1.44の屈折
    率を有するSiO_2である、ことを特徴とする反射防
    止膜。
  6. (6)請求項3記載の反射防止膜において、レーザ光の
    波長が1.06μm付近であり、第1層の屈折率物質層
    が約2.05の屈折率を有するTiO_2であり、第2
    層の屈折率物質層が約1.65の屈折率を有するZrO
    _2であり、第3層の屈折率物質層が約1.36の屈折
    率を有するMgF_2であることを特徴とする反射防止
    膜。
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Cited By (4)

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