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
Cited By (4)
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 |
EP0820130A3 (en) * | 1996-07-19 | 1999-10-13 | 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 |
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