JPH02295181A - 半導体レーザ励起固体レーザ素子 - Google Patents
半導体レーザ励起固体レーザ素子Info
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- JPH02295181A JPH02295181A JP11514689A JP11514689A JPH02295181A JP H02295181 A JPH02295181 A JP H02295181A JP 11514689 A JP11514689 A JP 11514689A JP 11514689 A JP11514689 A JP 11514689A JP H02295181 A JPH02295181 A JP H02295181A
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、高出力化、長寿命化が要求されて来ている半
導体レーザ励起固体レーザ素子、具体的には半導体レー
ザ励起固体レーザ素子の半導体レーザ励起側端面の誘電
体多層膜に関する．［従来の技術］ 近年、半導体レーザの高出力化、長寿命化にともない、
半導体レーザ励起固体レーザの研究が進められている。
導体レーザ励起固体レーザ素子、具体的には半導体レー
ザ励起固体レーザ素子の半導体レーザ励起側端面の誘電
体多層膜に関する．［従来の技術］ 近年、半導体レーザの高出力化、長寿命化にともない、
半導体レーザ励起固体レーザの研究が進められている。
従来のラング励起固体レーザでは、発光スペクトルの幅
か広いラング励起光が、固体レーザ媒質の吸収帯と一致
しないところで熱を発生するため、レーザキャビティー
全体の冷却を必要としていた．これに対し、半導体レー
ザ励起固体レーザでは、半導体レーザ励起光の発光スペ
クトルの幅が狭いから、この発光スペクトルを固体レー
ザ媒質の吸収帯と一致させることが可能なため、吸収さ
れない励起光による熱発生を妓少眼にすることができる
． このため、半導体レーザ励起固体レーザは、ランプ励起
固体レーザと比較して、励起光からレーザ発振光へのエ
ネルギー変換効率が高く、出力ビームの品質が良くて安
定性が高いうえ、小型軽量で長寿命であるなどの利点か
ある． 以上のような半導体レーザ励起固体レーザには、■励起
光を光軸と同軸方向から照射する端面励起方式と、■励
起光を側面方向から照射する側面励起方式がある． 上記端面励起方式の半導体レーザ励起固体レーザ素子を
第４図において以下に説明する。
か広いラング励起光が、固体レーザ媒質の吸収帯と一致
しないところで熱を発生するため、レーザキャビティー
全体の冷却を必要としていた．これに対し、半導体レー
ザ励起固体レーザでは、半導体レーザ励起光の発光スペ
クトルの幅が狭いから、この発光スペクトルを固体レー
ザ媒質の吸収帯と一致させることが可能なため、吸収さ
れない励起光による熱発生を妓少眼にすることができる
． このため、半導体レーザ励起固体レーザは、ランプ励起
固体レーザと比較して、励起光からレーザ発振光へのエ
ネルギー変換効率が高く、出力ビームの品質が良くて安
定性が高いうえ、小型軽量で長寿命であるなどの利点か
ある． 以上のような半導体レーザ励起固体レーザには、■励起
光を光軸と同軸方向から照射する端面励起方式と、■励
起光を側面方向から照射する側面励起方式がある． 上記端面励起方式の半導体レーザ励起固体レーザ素子を
第４図において以下に説明する。
３會
尚、本明細書では、Ｎｄ：ＹＡＧはＮｄ ドーグのＹ
３ＡＩ５０３（発振波長１．０６μｍにおける屈折率が
１．８２）を意味し、まなＮｄ：ＧＧＧはＮｄ３＋ドー
プのＧｄ３ Ｇａ５ ０１２（発振波長１．０６μｍに
おける屈折率が１．９５）を意味する． 第４図には、Ｎｄ：ＹＡＧを使った端面励起方式の半導
体レーザ励起固体レーザ素子が示されており、半導体レ
ーザ（レーザダイオード）１の発光スペクトル（０．８
０８μｍ）は、第５図に示すようなＮｄ ： ＹＡＧの
吸収スペクトル（０．８００〜Ｏ．．８１０μｍ）に一
致するように温度チューニングによって調整され、集光
レンズ２により集光される．そして、集光レンズ２によ
り集光した発光スペクトルを励起光として固体レーザ媒
質（Ｎｄ ： ＹＡＧ ロッド）３の中心部に照射す
る． 半導体レーザ励起固体レーザ素子の固体レーザ媒質３は
、半導体レーザを受け入れる励起側端面では、半導体レ
ーザ１の発光スペクトル（０．８０８μｍ》に対しては
反射防止効果があるがＮｄ：ＹＡＧレーザ発振波長（１
．０６μｍ）に対しては高い反射効果を有する誘電体多
層［４で被覆されている．また、レーザを出射する出射
側端面では、Ｎｄ二ＹＡＧレーザ発振波長の反射防止膜
５が被覆されている．レーザ媒質３で発振したレーザは
、誘電体多層膜４と出力Ｂ６で共振して出射される． このように、半導体レーザ励起固体レーザ素了の固体レ
ーザ媒質３は、励起側端面では、半導体レーザの発光ス
ペクトル、すなわち、固体レーザ媒質（Ｎｄドープ）に
特有の吸収帯（０．８００〜０．８１０μｍ）に対して
は反射防止の作用を持つが固体レーザ媒質３の発振波長
に対しては高反射の作用を有する誘電体多層１１１！４
が被覆されていると共に、出射側端面では、固体レーザ
媒質３の発振波長に対する反射防止膜が誘電体多層膜５
として被覆されているのである． 従来技術では、上記半導体レーザ励起側端面の誘電体多
層ＩＮ！！４は、高屈折率物舊層と低屈折率物質層を同
じ光学的膜厚で交互に２Ｏ層以上積層した横成であった
．すなわち、従来の端面励起方式半導体レーザ励起固体
レーザ素子の固体レーザ媒質３の半導体レーザ励起側に
被覆されていた誘電体多層膜は、第６図に示すように、
高屈折率物質層７と低屈折率物質層８を交互に２Ｏ層以
上、光学的膜厚ｒｌｄ一λ。／４で積層したものであっ
た．この場合、半導体レーザの発光スペクトルによって
固体レーザ媒質３の吸収ピークに示されるレーザ光の反
射率が低くなるように、多層１模全体の設計中心波長（
１．０６μｍ）を考慮していた４しかし、従来の半導体
レーザ励起固木レーザ素子の固体レーザ媒質３の誘電体
多層膜４にあっては、この吸収帯付近の波長域に、リッ
グルすなわち反射率の高いピークがあり、一方、光学干
渉式膜厚モニターを用いる真空蒸着法の膜厚制御誤差は
、一般に条件の良い場合でも±１％程度であるから、誘
電体多層膜作成中に生じる各層の膜厚制御誤差が大きい
場合に、吸収ピークを示す波長域での反射率が高くなる
可能性が高かった．吸収ピークを示す波長域の反射率が
高いと、半導体レーザ′励起側端面の誘電体多層膜４で
反射されてしまう半導体レーザ光が多くなるから、固体
レーザ媒質の励起が効率良く行われなくなる恐れがある
という問題点があった． ［発明が解決しようとする課題Ｊ 前述のように、端面励起方式の半導体レーザ励起固体レ
ーザの半導体レーザ励起側端面に被覆する誘電体多層膜
は、半導体レーザの発光スペクトルに対し、反射防止能
を有ずるが固体レーザ媒質の発振波長に対し高反射の効
果を有し、かつ、誘電体多層膜作成中に発生する膜厚に
制御誤差があることを考慮すれば、半導体レーザの発光
スペクトル、言い換えると固体レーザ媒質の吸収帯付近
の波長域には、リップルすなわち反射率の高いピークが
ないことが好ましい． 本発明の目的は、蒸着中に多少の膜厚制御誤差が生じて
も励起光に対する反射率がほとんど変化しない＃−導体
レーザ励起固体レーザ素子を提洪することにある。
３ＡＩ５０３（発振波長１．０６μｍにおける屈折率が
１．８２）を意味し、まなＮｄ：ＧＧＧはＮｄ３＋ドー
プのＧｄ３ Ｇａ５ ０１２（発振波長１．０６μｍに
おける屈折率が１．９５）を意味する． 第４図には、Ｎｄ：ＹＡＧを使った端面励起方式の半導
体レーザ励起固体レーザ素子が示されており、半導体レ
ーザ（レーザダイオード）１の発光スペクトル（０．８
０８μｍ）は、第５図に示すようなＮｄ ： ＹＡＧの
吸収スペクトル（０．８００〜Ｏ．．８１０μｍ）に一
致するように温度チューニングによって調整され、集光
レンズ２により集光される．そして、集光レンズ２によ
り集光した発光スペクトルを励起光として固体レーザ媒
質（Ｎｄ ： ＹＡＧ ロッド）３の中心部に照射す
る． 半導体レーザ励起固体レーザ素子の固体レーザ媒質３は
、半導体レーザを受け入れる励起側端面では、半導体レ
ーザ１の発光スペクトル（０．８０８μｍ》に対しては
反射防止効果があるがＮｄ：ＹＡＧレーザ発振波長（１
．０６μｍ）に対しては高い反射効果を有する誘電体多
層［４で被覆されている．また、レーザを出射する出射
側端面では、Ｎｄ二ＹＡＧレーザ発振波長の反射防止膜
５が被覆されている．レーザ媒質３で発振したレーザは
、誘電体多層膜４と出力Ｂ６で共振して出射される． このように、半導体レーザ励起固体レーザ素了の固体レ
ーザ媒質３は、励起側端面では、半導体レーザの発光ス
ペクトル、すなわち、固体レーザ媒質（Ｎｄドープ）に
特有の吸収帯（０．８００〜０．８１０μｍ）に対して
は反射防止の作用を持つが固体レーザ媒質３の発振波長
に対しては高反射の作用を有する誘電体多層１１１！４
が被覆されていると共に、出射側端面では、固体レーザ
媒質３の発振波長に対する反射防止膜が誘電体多層膜５
として被覆されているのである． 従来技術では、上記半導体レーザ励起側端面の誘電体多
層ＩＮ！！４は、高屈折率物舊層と低屈折率物質層を同
じ光学的膜厚で交互に２Ｏ層以上積層した横成であった
．すなわち、従来の端面励起方式半導体レーザ励起固体
レーザ素子の固体レーザ媒質３の半導体レーザ励起側に
被覆されていた誘電体多層膜は、第６図に示すように、
高屈折率物質層７と低屈折率物質層８を交互に２Ｏ層以
上、光学的膜厚ｒｌｄ一λ。／４で積層したものであっ
た．この場合、半導体レーザの発光スペクトルによって
固体レーザ媒質３の吸収ピークに示されるレーザ光の反
射率が低くなるように、多層１模全体の設計中心波長（
１．０６μｍ）を考慮していた４しかし、従来の半導体
レーザ励起固木レーザ素子の固体レーザ媒質３の誘電体
多層膜４にあっては、この吸収帯付近の波長域に、リッ
グルすなわち反射率の高いピークがあり、一方、光学干
渉式膜厚モニターを用いる真空蒸着法の膜厚制御誤差は
、一般に条件の良い場合でも±１％程度であるから、誘
電体多層膜作成中に生じる各層の膜厚制御誤差が大きい
場合に、吸収ピークを示す波長域での反射率が高くなる
可能性が高かった．吸収ピークを示す波長域の反射率が
高いと、半導体レーザ′励起側端面の誘電体多層膜４で
反射されてしまう半導体レーザ光が多くなるから、固体
レーザ媒質の励起が効率良く行われなくなる恐れがある
という問題点があった． ［発明が解決しようとする課題Ｊ 前述のように、端面励起方式の半導体レーザ励起固体レ
ーザの半導体レーザ励起側端面に被覆する誘電体多層膜
は、半導体レーザの発光スペクトルに対し、反射防止能
を有ずるが固体レーザ媒質の発振波長に対し高反射の効
果を有し、かつ、誘電体多層膜作成中に発生する膜厚に
制御誤差があることを考慮すれば、半導体レーザの発光
スペクトル、言い換えると固体レーザ媒質の吸収帯付近
の波長域には、リップルすなわち反射率の高いピークが
ないことが好ましい． 本発明の目的は、蒸着中に多少の膜厚制御誤差が生じて
も励起光に対する反射率がほとんど変化しない＃−導体
レーザ励起固体レーザ素子を提洪することにある。
また、本発明の目的は、端面励起方式の半導体レーザ励
起固体レーザ素子において、励起ＩＩ！Ｉ端面が、励起
波長に対して反射防止の作用を有すると共に固体レーザ
媒質の発振波長に対し高反射の効果を安定して有する誘
電体多層膜により被覆されていることを特徴とする半導
体レーザ励起固体レーザ素子を提供することにある． ［課題を解決するための手段］ 前述の目的を達成するために、本発明の端面励起方式の
半導体レーザ励起固体レーザ素子においては、固体レー
ザ媒質に励起光を効率良く吸収させるために半導体レー
ザ励起側端面に被覆され、励起波長に対しては反射防止
の効果を有するが、固体レーザ媒質の発振波長に対して
は高反射の効果を有する誘電体多層膜が、高屈折率物質
層と低屈折物質層を複数交互に積層して楕成され、その
光学的ＩＮＮ＜ｎｄ．（Ｄしｎ：屈折率、ｄ：物理的膜
厚）、中央部位ではほぼλ。／４〈すなわちｎｄ＝λ
／４、但しλ ：レーザ発振波長）で、ＯＯ 中央部位に対し基板側及び表面側ではλ。／４より厚く
なるようにした． ［作用］ 上記のように楕成された端面励起方式の半導体レーザ励
起固体レーザ素子でレーザ発振を行うと、固体レーザ媒
質の吸収帯付近の波長域において反射率の高い発光スペ
クトルビークがなくなり、たとえ誘電体多層膜作成中に
膜厚制ｗ誤差が生じたとしても、励起波長に対し、反射
が防止されて固体レーザ媒質の励起が効率良く行われる
．［実施例］ 本発明の原理を第１図に従って概略する．第１図は従来
技術に剃する第６図に対応し、本発明の誘電体多層膜を
示している．本発明の誘電体多Ｊ一膜（ｎｄ）は、その
光学的膜厚が多層膜の中央部位ではｎｄ＝＝λ ／４（
すなわちｎｄ＝＾ｏ／４）であり、中央部位に対し基板
側及び表面側ではλｏ／４より厚くした膜厚になってい
る．以下に、本発明の半導体レーザ励起側の誘電体多層
膜の設計方法を説明する． 本発明の設計方法には、電気回路のフィルターを設計す
るときに用いるＴｓｃｈｂｙｓｈｅｆ ｆ−ｅｑｕａｌ
−ｒｉｐｐｌｅ−ｐｏｌｙｎｏｍｉａｌ−ｆｕｎｃｔｉ
ｏｎ （ｒＥｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｓｃｈ
ｅｂｙｓｈｅｆｆ ｄｅｓｉｇｎ ｄａｔａ ｆ
ｏｒ ｔｈｅ ｆｏｗｐａｓｓ ｄｉｅｌｅｃｔ
ｒｉｃ ｍｕｌｔｔｌａｙｅｒ」 ＯＰＴＩＣＡ
ＡＣＴＡ 第２Ｏ巻８号６４１〜６６１頁 １９７３
年）の膜設計を利用した， このＷＡ設計では、奇数層の多層膜に対し、高屈折率物
質の屈折率ｎＨと低屈折率物質の屈折率ｒｌ，と基板（
固体レーザ媒質）の屈折率ｎ３の関係がｎ ＞ｎ
＞ｎｉとなるように高屈折率物質とＨＳ 低屈折率物質を選択し、これらの屈折率から最適リップ
ル因子（Ｏｐｔｉｍｕｍ ＲｉｐｐｌｅＦａｃｔｏｒ
）を求め、これらの屈折率および最適リップル因子から
ハイバス（高周波）フィルターとなるための光学的厚膜
を求めるのである．前記膜設計に従い、高屈折率物質層
には屈折率ｎｕ ＝ ２ ． ２ ０の’ｒ’ｉｏ２、
低屈折率物質層には屈折率ｒｒｔ ＝ １ ． ４ ４
のＳｉ０２を選択し、端面励起方式半導体レーザ励起Ｎ
ｄ：ＹＡＧレーザ素子の固体レーザ媒質の励起側端面に
おける２９層誘電体多層膜の各層の光学的膜厚をパーソ
ナルコンビュータを用いて計算した．ここで、光学的膜
厚は、レーザ発振波長λ に対して、λｏ／４の厚さを
１．００００と表示するように変換してある．尚、Ｎｄ
： ＹＡＧの発振波長１。０６４μｍにおける屈折率
はｎｓ ” １ − ８ ２である．第１表に各層の光
学的膜厚を示す．また、この分光反射率特性計算値を第
２図に示す．（この頁以下余白） 第１表 １。００００とする． １．００００とする． 第２表 第１表に示すように、本発明では中央部位の第１４層と
第１５層で光学的膜厚が１．００００であり、ここから
表面側、基板側に向かって、各層が、暴板の屈折率、高
屈折率物質の屈折率、低屈折率物質の屈折率、膜暦数に
よって決まる所定量ずつ厚くなっている．又、最表面層
の低屈折率物質の光学的膜厚は反射防止の効果を有する
ように０．５０００にしている． 第２図に示す分光反射率特性計Ｘ値から明らかなように
、本発明の半導体レーザ励起側誘電体多層膜は、０．８
０８μｍにおける反射率は３．７％であるが、両側に反
射率の高いリッグルかなく、もし、設計中心波長がｌＩ
！厚制ｍ誤差によって００１μｍ長くなった場合でも、
０．８０８μｍにおける反射率は２．５％で、また０．
０１μｍ短くなった場合でも、０．８０８μｍにおける
反射率は３．２％であり、たとえ、誘電体多層膜作成中
に膜厚制御誤差が生じたとしても、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ
素子を効率良く励起できる． 比較のために、第６図に示した従来の半導体レーザ励起
側誘電体多層膜、すなわち高屈折率物質層（Ｔ １ ０
２ Ｊ ＝ ２ ． ２ ０ ）と低屈折率物質層（Ｓ
ｌ ０２ ｎｔ ＝ １ ．４ ４ ）とからなる誘
電体多層膜の各層の光学的膜厚が第２表に示されるよう
に全てλ。／４である場合の分光反射率特性計算値を第
４図に示す． 第４図に示す分光反射率特性計算値から明らかなように
、従来の半導体レーザ励起側誘電体多層膜は半導体レー
ザの発光スペクトル（０．８０８μｍ）における反射率
は３．６％であるが、両側にリッフ゜ルすなわち反射率
の高いピークが有り、もし、設計中心波長（レーザ発振
波長である１０６４μｍ）が誘電体多層膜作成中の膜厚
制ｔＭ誤差によって０．０１μｎｌ長くなった場合には
、０．８０８μｍにおける反射率は１９．７％となり、
又０．０１μｍ短くなった場合には、０．８０８μｍに
おける反射率は１２．６％になり、本発明に比較してＮ
ｄ；￥ＡＧレーザ素子を効率良く励起できないのである
． （実施例１） 第１表に示す本発明の半導体レーザ励起側２９層誘電体
多層膜と、第２表に示す半導体レーザ励起側２９層誘電
体多層膜を以下のように作成した．■表面が、ポリッシ
ングによって鏡面加工されたＮｄ：ＹＡＧ基板を、洗剤
、純水、有８ｌ溶剤で洗浄しな． ■Ｎｄ：ＹＡＧ基板を電子ビーム真空蒸着装置にセット
して、基板を３５０℃に加熱しながら、３． ０ｘ １
０’ Ｔｏｒｒまでクライオポンプで排気した． ■Ｓ ｉ ０２は１． ０ＸＩＯ−５Ｔｏｒｒ ， Ｔ
ｉＯ２は１．ＯｘｌＯ’ Ｔｏｒｒまで酸素を導入して
多層膜の蒸着を行った．膜厚の制御には光学干渉式モニ
ターを用いた． 以上のように、Ｎｄ：ＹＡＧ基板上に作成した本発明の
半導体レーザ励起側２９層誘電体多層膜と従来の半導体
レーザ励起側誘電体多層膜半導体レーザ励起側２９層誘
電体多層膜の分光反射率特性を自記分光光度計を用いて
測定した．その結果、半導体レーザの発光スペクトル（
０．８０８μｍ）における反射率は、本発明のものが３
．０％に対し、従来のものが１２，５％であった．この
反射率の差は、前記から明らかなように、膜厚制御誤差
によって生じるもので、本発明のものは従来のものに比
べて±１％程度膜厚誤差があったとしても反射率には大
きな変化が無いことを示している．すなわち、本発明で
作成したものにおける半導体レーザ励起側２９層誘電体
多層膜は従来技術の半導体レーザ励起側２９層誘電体多
層膜より約１０％程度半導体レーザ励起光を有効に［，
’ｉｌ体レーザ媒質であるＮｄ：ＹＡＧロッド内に伝達
させることができる． 以上に説明したように上記の本発明の誘電体多層膜は、
半導体レーザの発光スペクトル（励起波長）に対しては
反射防止の効果を有するが、固体レーザ媒質の発振波長
に対しては高反射の効果を有し、かつ、半導体レーザの
発光スペクトル付近の波長域にリップルすなわち反射率
の高いピークがないため、たとえ、誘電体多層膜作成中
に膜厚制御誤差が生じなとしても、反射防止の効果を従
来の誘電体多層膜のように大幅に低下させることがなか
った． （実施例２〜４） 実施例ｌと同様にして、固体レーザ媒質Ｎｄ；Ｙ Ａ
Ｇ （ ｎ ｓ ＝ １ − ８ ２ ）に対し高屈折
率物質層（ Ｚ ｒ ０２ ｎ１１ ＝ １ ． ９
５ ）と低屈折率物質層（ Ｓ １ ０ ２ ｎ ｔ
；１。４４）の組み合わせ、高屈折率物質層（Ｔ ｉ
０２ ｎＨ ＝ ２ ． ２ ０ ）と低屈折率物質層
（Ｍｇ Ｆ２ ｎｃ −１ ． ３ ６ ）の組み合わ
せ、高屈折率物質層（Ｚ ｒ０２ ｎＨ ＝ Ｌ ．
９ ５ ）と低屈折率物質層（ Ｍ ｇ Ｆ ２ ｎ
ｔ ＝ １ ． ３ ６ ）の組み合わせについて、０
．８０８±０．０１μｍの波長域におけるｔｋ高反射率
を求めた．その結果を実施例１と共に第３表に示す． （この頁以下余白） 第３表 （実施例５〜８） 実施例１と同様にして、固体レーザ媒質Ｎｄ：ＧＧＧ
（ロ，＝１．９５）に対し高屈折率物質層（ＴｉＯ２
ｎ，＝２．２Ｏ）と低屈折率物質層（Ｓｉ０２ ｎ１
＝ｌ，４４）の組み合わせ、高屈折率物質層（Ｚｒ０２
ｒｌＨ−１．９５）と低屈折率物質層（Ｓ ｉ ０２
ｎｔ −１ ． ４ ４ ）の組み合わせ、高屈折率
物質層（ＴｉＯ２ ｎＨ ＝２．２Ｏ）と低屈折率物質
層（Ｍｇ Ｆ２ ｎｔ ＝ １ ． ３ ６ ）の組み
合わせ、高屈折率物質層（Ｚｒ○２ ｎＨ ＝ １ ．
９５）と低屈折率物質層（ＭｇＦ２ ｎ１ ＝ｌ，３６
》の組み合わせについて０．８０８±０，０１μＩロの
波長域におけるＩｋ高反射率を求めた．その結果を第４
表に示す． （この頁以下余白） 第４表 第３表、第４表から本発明の構成によれば従来技術のも
のより誘電体多層膜の０．８０８±０．Ｏｌμｒｎの波
長域における最高反射率が極めて低いことが分かる。
起固体レーザ素子において、励起ＩＩ！Ｉ端面が、励起
波長に対して反射防止の作用を有すると共に固体レーザ
媒質の発振波長に対し高反射の効果を安定して有する誘
電体多層膜により被覆されていることを特徴とする半導
体レーザ励起固体レーザ素子を提供することにある． ［課題を解決するための手段］ 前述の目的を達成するために、本発明の端面励起方式の
半導体レーザ励起固体レーザ素子においては、固体レー
ザ媒質に励起光を効率良く吸収させるために半導体レー
ザ励起側端面に被覆され、励起波長に対しては反射防止
の効果を有するが、固体レーザ媒質の発振波長に対して
は高反射の効果を有する誘電体多層膜が、高屈折率物質
層と低屈折物質層を複数交互に積層して楕成され、その
光学的ＩＮＮ＜ｎｄ．（Ｄしｎ：屈折率、ｄ：物理的膜
厚）、中央部位ではほぼλ。／４〈すなわちｎｄ＝λ
／４、但しλ ：レーザ発振波長）で、ＯＯ 中央部位に対し基板側及び表面側ではλ。／４より厚く
なるようにした． ［作用］ 上記のように楕成された端面励起方式の半導体レーザ励
起固体レーザ素子でレーザ発振を行うと、固体レーザ媒
質の吸収帯付近の波長域において反射率の高い発光スペ
クトルビークがなくなり、たとえ誘電体多層膜作成中に
膜厚制ｗ誤差が生じたとしても、励起波長に対し、反射
が防止されて固体レーザ媒質の励起が効率良く行われる
．［実施例］ 本発明の原理を第１図に従って概略する．第１図は従来
技術に剃する第６図に対応し、本発明の誘電体多層膜を
示している．本発明の誘電体多Ｊ一膜（ｎｄ）は、その
光学的膜厚が多層膜の中央部位ではｎｄ＝＝λ ／４（
すなわちｎｄ＝＾ｏ／４）であり、中央部位に対し基板
側及び表面側ではλｏ／４より厚くした膜厚になってい
る．以下に、本発明の半導体レーザ励起側の誘電体多層
膜の設計方法を説明する． 本発明の設計方法には、電気回路のフィルターを設計す
るときに用いるＴｓｃｈｂｙｓｈｅｆ ｆ−ｅｑｕａｌ
−ｒｉｐｐｌｅ−ｐｏｌｙｎｏｍｉａｌ−ｆｕｎｃｔｉ
ｏｎ （ｒＥｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｓｃｈ
ｅｂｙｓｈｅｆｆ ｄｅｓｉｇｎ ｄａｔａ ｆ
ｏｒ ｔｈｅ ｆｏｗｐａｓｓ ｄｉｅｌｅｃｔ
ｒｉｃ ｍｕｌｔｔｌａｙｅｒ」 ＯＰＴＩＣＡ
ＡＣＴＡ 第２Ｏ巻８号６４１〜６６１頁 １９７３
年）の膜設計を利用した， このＷＡ設計では、奇数層の多層膜に対し、高屈折率物
質の屈折率ｎＨと低屈折率物質の屈折率ｒｌ，と基板（
固体レーザ媒質）の屈折率ｎ３の関係がｎ ＞ｎ
＞ｎｉとなるように高屈折率物質とＨＳ 低屈折率物質を選択し、これらの屈折率から最適リップ
ル因子（Ｏｐｔｉｍｕｍ ＲｉｐｐｌｅＦａｃｔｏｒ
）を求め、これらの屈折率および最適リップル因子から
ハイバス（高周波）フィルターとなるための光学的厚膜
を求めるのである．前記膜設計に従い、高屈折率物質層
には屈折率ｎｕ ＝ ２ ． ２ ０の’ｒ’ｉｏ２、
低屈折率物質層には屈折率ｒｒｔ ＝ １ ． ４ ４
のＳｉ０２を選択し、端面励起方式半導体レーザ励起Ｎ
ｄ：ＹＡＧレーザ素子の固体レーザ媒質の励起側端面に
おける２９層誘電体多層膜の各層の光学的膜厚をパーソ
ナルコンビュータを用いて計算した．ここで、光学的膜
厚は、レーザ発振波長λ に対して、λｏ／４の厚さを
１．００００と表示するように変換してある．尚、Ｎｄ
： ＹＡＧの発振波長１。０６４μｍにおける屈折率
はｎｓ ” １ − ８ ２である．第１表に各層の光
学的膜厚を示す．また、この分光反射率特性計算値を第
２図に示す．（この頁以下余白） 第１表 １。００００とする． １．００００とする． 第２表 第１表に示すように、本発明では中央部位の第１４層と
第１５層で光学的膜厚が１．００００であり、ここから
表面側、基板側に向かって、各層が、暴板の屈折率、高
屈折率物質の屈折率、低屈折率物質の屈折率、膜暦数に
よって決まる所定量ずつ厚くなっている．又、最表面層
の低屈折率物質の光学的膜厚は反射防止の効果を有する
ように０．５０００にしている． 第２図に示す分光反射率特性計Ｘ値から明らかなように
、本発明の半導体レーザ励起側誘電体多層膜は、０．８
０８μｍにおける反射率は３．７％であるが、両側に反
射率の高いリッグルかなく、もし、設計中心波長がｌＩ
！厚制ｍ誤差によって００１μｍ長くなった場合でも、
０．８０８μｍにおける反射率は２．５％で、また０．
０１μｍ短くなった場合でも、０．８０８μｍにおける
反射率は３．２％であり、たとえ、誘電体多層膜作成中
に膜厚制御誤差が生じたとしても、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ
素子を効率良く励起できる． 比較のために、第６図に示した従来の半導体レーザ励起
側誘電体多層膜、すなわち高屈折率物質層（Ｔ １ ０
２ Ｊ ＝ ２ ． ２ ０ ）と低屈折率物質層（Ｓ
ｌ ０２ ｎｔ ＝ １ ．４ ４ ）とからなる誘
電体多層膜の各層の光学的膜厚が第２表に示されるよう
に全てλ。／４である場合の分光反射率特性計算値を第
４図に示す． 第４図に示す分光反射率特性計算値から明らかなように
、従来の半導体レーザ励起側誘電体多層膜は半導体レー
ザの発光スペクトル（０．８０８μｍ）における反射率
は３．６％であるが、両側にリッフ゜ルすなわち反射率
の高いピークが有り、もし、設計中心波長（レーザ発振
波長である１０６４μｍ）が誘電体多層膜作成中の膜厚
制ｔＭ誤差によって０．０１μｎｌ長くなった場合には
、０．８０８μｍにおける反射率は１９．７％となり、
又０．０１μｍ短くなった場合には、０．８０８μｍに
おける反射率は１２．６％になり、本発明に比較してＮ
ｄ；￥ＡＧレーザ素子を効率良く励起できないのである
． （実施例１） 第１表に示す本発明の半導体レーザ励起側２９層誘電体
多層膜と、第２表に示す半導体レーザ励起側２９層誘電
体多層膜を以下のように作成した．■表面が、ポリッシ
ングによって鏡面加工されたＮｄ：ＹＡＧ基板を、洗剤
、純水、有８ｌ溶剤で洗浄しな． ■Ｎｄ：ＹＡＧ基板を電子ビーム真空蒸着装置にセット
して、基板を３５０℃に加熱しながら、３． ０ｘ １
０’ Ｔｏｒｒまでクライオポンプで排気した． ■Ｓ ｉ ０２は１． ０ＸＩＯ−５Ｔｏｒｒ ， Ｔ
ｉＯ２は１．ＯｘｌＯ’ Ｔｏｒｒまで酸素を導入して
多層膜の蒸着を行った．膜厚の制御には光学干渉式モニ
ターを用いた． 以上のように、Ｎｄ：ＹＡＧ基板上に作成した本発明の
半導体レーザ励起側２９層誘電体多層膜と従来の半導体
レーザ励起側誘電体多層膜半導体レーザ励起側２９層誘
電体多層膜の分光反射率特性を自記分光光度計を用いて
測定した．その結果、半導体レーザの発光スペクトル（
０．８０８μｍ）における反射率は、本発明のものが３
．０％に対し、従来のものが１２，５％であった．この
反射率の差は、前記から明らかなように、膜厚制御誤差
によって生じるもので、本発明のものは従来のものに比
べて±１％程度膜厚誤差があったとしても反射率には大
きな変化が無いことを示している．すなわち、本発明で
作成したものにおける半導体レーザ励起側２９層誘電体
多層膜は従来技術の半導体レーザ励起側２９層誘電体多
層膜より約１０％程度半導体レーザ励起光を有効に［，
’ｉｌ体レーザ媒質であるＮｄ：ＹＡＧロッド内に伝達
させることができる． 以上に説明したように上記の本発明の誘電体多層膜は、
半導体レーザの発光スペクトル（励起波長）に対しては
反射防止の効果を有するが、固体レーザ媒質の発振波長
に対しては高反射の効果を有し、かつ、半導体レーザの
発光スペクトル付近の波長域にリップルすなわち反射率
の高いピークがないため、たとえ、誘電体多層膜作成中
に膜厚制御誤差が生じなとしても、反射防止の効果を従
来の誘電体多層膜のように大幅に低下させることがなか
った． （実施例２〜４） 実施例ｌと同様にして、固体レーザ媒質Ｎｄ；Ｙ Ａ
Ｇ （ ｎ ｓ ＝ １ − ８ ２ ）に対し高屈折
率物質層（ Ｚ ｒ ０２ ｎ１１ ＝ １ ． ９
５ ）と低屈折率物質層（ Ｓ １ ０ ２ ｎ ｔ
；１。４４）の組み合わせ、高屈折率物質層（Ｔ ｉ
０２ ｎＨ ＝ ２ ． ２ ０ ）と低屈折率物質層
（Ｍｇ Ｆ２ ｎｃ −１ ． ３ ６ ）の組み合わ
せ、高屈折率物質層（Ｚ ｒ０２ ｎＨ ＝ Ｌ ．
９ ５ ）と低屈折率物質層（ Ｍ ｇ Ｆ ２ ｎ
ｔ ＝ １ ． ３ ６ ）の組み合わせについて、０
．８０８±０．０１μｍの波長域におけるｔｋ高反射率
を求めた．その結果を実施例１と共に第３表に示す． （この頁以下余白） 第３表 （実施例５〜８） 実施例１と同様にして、固体レーザ媒質Ｎｄ：ＧＧＧ
（ロ，＝１．９５）に対し高屈折率物質層（ＴｉＯ２
ｎ，＝２．２Ｏ）と低屈折率物質層（Ｓｉ０２ ｎ１
＝ｌ，４４）の組み合わせ、高屈折率物質層（Ｚｒ０２
ｒｌＨ−１．９５）と低屈折率物質層（Ｓ ｉ ０２
ｎｔ −１ ． ４ ４ ）の組み合わせ、高屈折率
物質層（ＴｉＯ２ ｎＨ ＝２．２Ｏ）と低屈折率物質
層（Ｍｇ Ｆ２ ｎｔ ＝ １ ． ３ ６ ）の組み
合わせ、高屈折率物質層（Ｚｒ○２ ｎＨ ＝ １ ．
９５）と低屈折率物質層（ＭｇＦ２ ｎ１ ＝ｌ，３６
》の組み合わせについて０．８０８±０，０１μＩロの
波長域におけるＩｋ高反射率を求めた．その結果を第４
表に示す． （この頁以下余白） 第４表 第３表、第４表から本発明の構成によれば従来技術のも
のより誘電体多層膜の０．８０８±０．Ｏｌμｒｎの波
長域における最高反射率が極めて低いことが分かる。
以上、本発明の好適実施例について説明してきたが、本
発明の範囲内で他の変形も行いうる．例えば、真空蒸着
法に代えて、スパッタリング法、ＣＶＤ法などにより誘
電体多層膜を作成できる．また、前記の膜材料のほかに
、高屈折率物質としてＴａ２ ０５ 、１１ ｆ ０２
、低屈折率物質としてＡＩ２Ｏ３等を用いることがで
きる．［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、端面励起方式の
半導体レーザ励起固体レーザ素子の励起側端面に励起波
長に対しては反射防止の効果を有するが、固体レーザ媒
質の発振波長に対しては高反射の効果を有する誘電体多
層膜において、高屈折率物質層と低屈折率物質層を複数
交互に積層して構成され、その光学的膜厚（ｎｄ）が多
層膜の中央部位では、ほぼλ。／４（すなわちｎｄ一人
。／４）で、中央部位より基板側及び表面側ではλｏ／
４より厚くしだ膜厚であるから、このように横成された
端面励起方式の半導体レーザ励起固体レーザ素子でレー
ザ発振を行うと、励起波長（半導体レーザの発光スペク
トル）付近の波長域に反射率の高いリップルか無く、言
い換えると、半導体レーザ固体レーザ媒質の吸収帯付近
の波長域において反射率の高い発光スペクトルピークが
なくなり、たとえ誘電体多層膜作成中に膜厚誤差が生じ
たとしても、励起波長に対し反射防止の効果を有し、半
導体レーザの励起光を有効にレーザ媒質に伝達すること
ができるので、固体レーザ媒質の励起か効率良く行われ
る．
発明の範囲内で他の変形も行いうる．例えば、真空蒸着
法に代えて、スパッタリング法、ＣＶＤ法などにより誘
電体多層膜を作成できる．また、前記の膜材料のほかに
、高屈折率物質としてＴａ２ ０５ 、１１ ｆ ０２
、低屈折率物質としてＡＩ２Ｏ３等を用いることがで
きる．［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、端面励起方式の
半導体レーザ励起固体レーザ素子の励起側端面に励起波
長に対しては反射防止の効果を有するが、固体レーザ媒
質の発振波長に対しては高反射の効果を有する誘電体多
層膜において、高屈折率物質層と低屈折率物質層を複数
交互に積層して構成され、その光学的膜厚（ｎｄ）が多
層膜の中央部位では、ほぼλ。／４（すなわちｎｄ一人
。／４）で、中央部位より基板側及び表面側ではλｏ／
４より厚くしだ膜厚であるから、このように横成された
端面励起方式の半導体レーザ励起固体レーザ素子でレー
ザ発振を行うと、励起波長（半導体レーザの発光スペク
トル）付近の波長域に反射率の高いリップルか無く、言
い換えると、半導体レーザ固体レーザ媒質の吸収帯付近
の波長域において反射率の高い発光スペクトルピークが
なくなり、たとえ誘電体多層膜作成中に膜厚誤差が生じ
たとしても、励起波長に対し反射防止の効果を有し、半
導体レーザの励起光を有効にレーザ媒質に伝達すること
ができるので、固体レーザ媒質の励起か効率良く行われ
る．
第１図は、本発明の固体レーザ奴質の励起側にＪ４
設けられた誘電体多層膜の一部省略側面図である．第２
図は、第１表に示される本発明のｐ！Ａｗ４成の励起側
誘電体多層膜の分光反射率特性計算値を示すグラフであ
る． 第３図は、第２表に示される従来技術の膜構成の励起側
誘電体多層膜の分光反射率特性計算値を示すグラフであ
る． 第４図は、従来技術の端面励起方式の半導体レーザ励起
固体レーザ素子の概略説明図である．第５図は、Ｎｄ
： ＹＡＧ （Ｎｄ濃度１％）の吸収スペクトルを示す
グラフである， 図中、参照数字は次のものを表す． ・半導体レーザ（レーザダイオード）、・集光レンズ、 ３・・・固体レーザ媒質、 ２ ・ ■ ・ 半導体レーザ励起側誘電体多層膜、 レーザ出射側誘電体多層膜、 出力鏡、 高屈折率物質層、 低屈折率物質層、
図は、第１表に示される本発明のｐ！Ａｗ４成の励起側
誘電体多層膜の分光反射率特性計算値を示すグラフであ
る． 第３図は、第２表に示される従来技術の膜構成の励起側
誘電体多層膜の分光反射率特性計算値を示すグラフであ
る． 第４図は、従来技術の端面励起方式の半導体レーザ励起
固体レーザ素子の概略説明図である．第５図は、Ｎｄ
： ＹＡＧ （Ｎｄ濃度１％）の吸収スペクトルを示す
グラフである， 図中、参照数字は次のものを表す． ・半導体レーザ（レーザダイオード）、・集光レンズ、 ３・・・固体レーザ媒質、 ２ ・ ■ ・ 半導体レーザ励起側誘電体多層膜、 レーザ出射側誘電体多層膜、 出力鏡、 高屈折率物質層、 低屈折率物質層、
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）半導体レーザによる励起光を光軸と同軸な方向から
固体レーザ媒質に照射する端面励起方式を採用した半導
体レーザ励起固体レーザ素子に於いて、該半導体レーザ
励起固体レーザ素子の励起側の端面が、半導体レーザの
発光スペクトルに対しては反射防止能を有し、かつ、固
体レーザ媒質の発振波に対しては高反射能を有する誘電
体の多層膜により被覆されており、該多層膜が、固体レ
ーザ媒質の屈折率より高い屈折率を有する高屈折率物質
層と固体レーザ媒質の屈折率より低い屈折率を有する低
屈折率物質層を交互に積層された物であり、該多層膜の
総数が奇数であり、該多層膜の中央部位にある高屈折率
物質層の光学的膜厚が固体レーザ発振光の波長の１／４
であり、該多層膜の中央部位より基板側並びに表面側に
位置する各層の光学的膜厚が固体レーザ発振光の波長の
１／４より厚く、しかも、固体レーザ発振波長の高周波
側である半導体レーザの発光スペクトル付近の波長域に
おける反射率の変動を極力少なくするような膜厚となっ
ていることを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ素
子。 ２）前記半導体レーザ励起固体レーザ素子を構成するレ
ーザ媒質が、発振波長を１．０６μｍとするＮｄ：ＹＡ
ＧまたはＮｄ：ＧＧＧであり、高屈折率物質層のレーザ
発振波長に於ける屈折率が１．８５から２．３０であり
、低屈折率物質層のレーザ発振波長に於ける屈折率が１
．３６から１．６０であり、高屈折率物質層がＴｉＯ＿
２、Ｔａ＿２Ｏ＿５、ＺｒＯ＿２及びＨｆＯ＿２の中か
ら選ばれたいずれかよりなり、低屈折物質層がＭｇＦ＿
２、ＳｉＯ＿２及びＡｌ＿２Ｏ＿３の中から選ばれたい
ずれかよりなることを特徴とする請求項１記載の半導体
レーザ励起固体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11514689A JPH02295181A (ja) | 1989-05-10 | 1989-05-10 | 半導体レーザ励起固体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11514689A JPH02295181A (ja) | 1989-05-10 | 1989-05-10 | 半導体レーザ励起固体レーザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02295181A true JPH02295181A (ja) | 1990-12-06 |
Family
ID=14655446
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11514689A Pending JPH02295181A (ja) | 1989-05-10 | 1989-05-10 | 半導体レーザ励起固体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02295181A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05196742A (ja) * | 1991-08-21 | 1993-08-06 | General Electric Co <Ge> | 反射および保護膜を有するソリッドステート放射線イメージャ |
| EP0820130A2 (en) * | 1996-07-19 | 1998-01-21 | Kabushiki Kaisha Topcon | Laser beam emitting apparatus |
| JP2009181994A (ja) * | 2008-01-29 | 2009-08-13 | Shimadzu Corp | 固体レーザ用光学素子 |
-
1989
- 1989-05-10 JP JP11514689A patent/JPH02295181A/ja active Pending
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