JPH04223384A - 半導体レーザ励起固体レーザ装置 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ（Ｌａｓ
ｅｒ　　Ｄｉｏｄｅ：ＬＤ）光と他のＬＤ光によって励
起された固体レーザ光を和周波光混合して緑色光を発生
するＬＤ励起固体レーザ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、光ディスクやレーザプリンタなど
の応用分野では、従来の赤外光より短い波長のレーザ光
が必要とされている。一般に製品化のためには、光源の
小型化が望まれていることから、ＬＤの短波長化が盛ん
に研究されているが、現状では、赤色域で発振する半導
体レーザまでが実現されているにすぎない（例えば、Ｉ
．Ｌａｄａｎｙ：ＮＡＳＡ−ＣＲ−４２５２（１９８９
）等参照）。

【０００３】一方、ＬＤを励起光源とする固体レーザは
、ＬＤの特徴であるところの高効率、小型、長寿命と、
固体レーザの特徴であるところの良いビーム品質、高出
力とを合わせ持つことから、様々な応用が期待されてい
る。一般に固体レーザの発振波長は、赤外域にあり、固
定されているが、非線形光学素子を用いることにより、
波長の変換を行うことができる。例えば、ＬＤ励起Ｎｄ
３＋：ＹＡＧレーザ（以下ＬＤ励起ＹＡＧレーザ）は、
赤外域に於て１３２０ｎｍ、１０６４ｎｍ、９４６ｎｍ
の３波長で発振し得るが、これらの第２高調波で、それ
ぞれ赤色光（６６０ｎｍ）、緑色光（５３２ｎｍ）、青
色光（４７３ｎｍ）が良いビーム品質で得られる。この
ように、ＬＤ励起固体レーザの波長変換によって短波長
のレーザ光を得ることができ、大きさも小型化が可能で
ある。ところが、光ディスクなどに要求される高速出力
変調特性に関しては、固体レーザの高調波は適していな
い。例えば、ＬＤ励起固体レーザの第２高調波として緑
色光を取り出す場合、緑色光に出力変調をかけるために
、励起光源のＬＤ光に出力変調をかけても、ＹＡＧの蛍
光寿命が約２５０μｓｅｃであるため、４ｋＨｚ以上の
変調をかけることができない（例えば、山口等：信学技
報　　ＯＱＥ９０−３７ｐ４７（１９９０）等参照）。

【０００４】なお、ＬＤ励起ＹＡＧレーザ（１０６４ｎ
ｍ）と半導体レーザ（８０８ｎｍ）との和周波光混合に
よって、４５９ｎｍの青色光を良いビーム品質で得るこ
とができる。この場合、和周波光混合用ＬＤの出力変調
によって青色光の出力変調ができる（例えば、山口等：
信学技報　　ＯＱＥ９０−３７　　ｐ４７（１９９０）
等参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、緑色域に
関しては、これまでのところ、光ディスクや光ディスプ
レイ等の光源として重要な高速変調特性を備えた緑色レ
ーザは、上記いづれの方法によっても実現されていない
。

【０００６】本発明はかかる状況に鑑みてなされたもの
で、ＬＤ光とＬＤ励起固体レーザ光を効率よく和周波光
混合して、高速変調可能な緑色光を生起せしめ、かくし
て、ＬＤ励起固体レーザにおける従来の課題を解決する
ものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、ＬＤ励起固体レーザ装置に於て、第１のＬＤを励
起光源とし、固体レーザ共振器内に９０度位相整合型非
線形光学素子を備え、第２のＬＤの光を固体レーザ共振
器外からの非線形光学素子内に集光して固体レーザ光と
の和周波光混合により、高速変調特性を有する緑色光を
発生することを特徴とするところにある。

【０００８】

【作用】和周波光混合用ＬＤ励起固体レーザの出力特性
は、２つの基本波（ＬＤとＬＤ励起固体レーザ）のパワ
ー密度の積および非線形光学素子の長さに比例する。し
たがって、共振器内の高いパワー密度を利用するため、
非線形光学素子を固体レーザの共振器内、とりわけ、ビ
ームウエストに配置することが望ましい。

【０００９】非線形光学素子は複屈折性結晶であるので
、一般に、等位相波面の進行方向とエネルギーの進行方
向が異なるというウォークオフ効果が生じる。このため
、単に素子長を長くすれば、長さに比例した出力特性が
得られるわけではない。しかし、９０°位相整合では、
光の伝播方向を光学軸と垂直にとり、２つの基本波をそ
れぞれ常光線または異常光線に選ぶことによって、ウォ
ークオフ効果を生じることなく和周波光混合を行うこと
ができる。このようににすれば、素子長を長くすること
で緑色光出力を高めることができる。したがって、９０
°位相整合型非線形光学素子を使用することが望ましい
。

【００１０】和周波光混合の基本波の１つであるＬＤと
して励起光源用とは別の第２のＬＤを用いることにより
、第２のＬＤの出力変調に完全に同期した緑色光の出力
変調を得ることができる。

【００１１】

【実施例】本発明の特徴と利点を一層明らかにするため
、以下、実施例に基づいて詳細に説明する。

【００１２】図１は、本発明の一実施例であり、ＬＤ励
起固体レーザ共振器内で、第２のＬＤとの和周波光混合
により、緑色光を発生する装置の模式図である。図１に
示すごとく、ＹＡＧレーザ素子１、共振器内レンズ２、
４５°入射ダイクロイックミラー３、ダイクロイック共
振器ミラー４、ブリュスター板５からなる直角折れ曲が
り構造を有する固体レーザ共振器の内部のビームウエス
ト位置に両面をＹＡＧレーザ発振波長で無反射、緑色光
出射面を緑色光波長で無反射のコーティングを施した９
０°位相整合型非線形光学素子６を配置する。ＹＡＧレ
ーザ発振波長９４６ｎｍで高反射、励起用ＬＤ発振波長
８０８ｎｍで無反射のコーティングを施したＹＡＧレー
ザ素子端面ａを通して励起用ＬＤ７の発振光１１をレン
ズ９で集光し、ＹＡＧレーザ素子を端面励起して、ＹＡ
Ｇレーザ素子端面ａとダイクロイック共振器ミラー４と
の間で共振させて、ＹＡＧレーザを発振させる。共振器
外部から和周波光混合用の第２のＬＤ８の発振光１２を
、ＹＡＧレーザ発振波長９４６ｎｍで高反射、和周波光
混合用ＬＤの発振波長１２０５ｎｍで無反射のコーティ
ングを施した４５°入射ダイクロイックミラー３を通し
て９０°位相整合型非線形光学素子６に、レンズ１０で
集光して和周波光混合し、緑色光を発生させ、ＹＡＧレ
ーザ発振波長９４６ｎｍで高反射、緑色光波長５３０ｎ
ｍで無反射のコーティングを施されたダイクロイック共
振器ミラー４から波長５３０ｎｍのビーム品質の良好な
緑色光１３をとり出した。

【００１３】図１に示した本発明の一実施例においては
、９０°位相整合型非線形光学素子として、ＫＴＰ（Ｋ
ＴｉＯＰＯ４　　）素子をタイプＩＩ（２つの基本波の
偏光が直交している場合）で用いた。すなわち、第１図
中で、ＫＴＰ素子は、ａ軸が共振器の光軸方向に一致す
るように配置した。ＬＤ励起ＹＡＧレーザの偏光は、ブ
リュスター板によってＫＴＰ素子のｃ軸方向に規定した
。和周波光混合用ＬＤの偏光は、ＫＴＰ素子のｂ軸方向
に一致させた。

【００１４】ＫＴＰの屈折率の波長分散式は、波長λ（
μｍ）に対し、下記の数１で与えられる（岸本等：固体
物理　　２５−５９７（１９９０）による）。式中のＡ
、Ｂ、Ｃ、Ｄは定数であり、各軸方向に対し、それぞれ
下記の表１に示すような値を持つ。

【００１５】

【表１】

【００１６】

【数１】

【００１７】一般に、負の結晶（常光線の屈折率ｎｏ＞
異常光線の屈折率ｎｅ）に対する和周波光混合のタイプ
ＩＩ位相整合条件は、位相整合角度（光の伝幡方向と結
晶の光学軸とのなす角度）をθｍとして、下記の数２で
与えられる。

【００１８】

【数２】

【００１９】ここに、λ１、λ２は、基本波の波長、λ
３は和周波の波長である。この条件が満たされたとき、
和周波光混合が行われ、下記の数３で決まる和周波光（
λ３）が発生する。

【００２０】

【数３】

【００２１】上記の３式を用いて数値計算を行うことに
より、さまざまな基本波波長に対するＫＴＰの和周波光
混合のＴＹＰＥＩＩ位相整合角度を求めることができる
。

【００２２】図１に示した本発明の一実施例においては
、ＹＡＧレーザの９４６ｎｍの赤外発振光を基本波の一
つに選び、光ディスクなどに適した５３０ｎｍ付近の緑
色光を９０°位相整合を達成しつつ和周波光混合によっ
て得ることを前提として、もう一つの基本波の波長を数
値計算で求めた。この場合、青色光発生に使われるｂ軸
伝播では、９０°位相整合が達成できないことがわかり
、ａ軸伝播を選んだ。すなわち、数２のなかのｎｏはｎ
ｃに対応し、ｎｅはｎｂに対応することになる。

【００２３】計算の手順としては、■まず、数１を用い
て、λ２＝０．９４６μｍおよびλ３＝０．５３０μｍ
に対するｎｏ、ｎｅを求める。■次に、これらを数３に
代入してλ１を求め、このλ１について数１よりｎｏ、
ｎｅを求める。■このようにして求めたλ１、λ２、λ
３に対する常光線、異常光線の屈折率を数２に代入し、
位相整合角度θｍを求める。λ３をパラメータとしてθ
ｍ＝９０°を得るまで上記手順を繰り返す。その結果、
λ１＝１．２０５μｍ、λ２＝０．９４６μｍ、λ３＝
０．５３０μｍのときθｍ＝９０°となることが予測さ
れた。そこで、波長１２０５ｎｍのＬＤを第２の基本波
として実験を行ったところ、所期の結果を得ることがで
きたものである。

【００２４】発明者による実験において、和周波光混合
用ＬＤに出力変調をかけたところ、緑色光出力も全く同
期した出力変調がかかることが確認された。また、和周
波光混合用ＬＤの波長チューニングによって、緑色光の
波長チューニングが可能であることが確認された。

【００２５】なお、本発明の実施例においては、固体レ
ーザ素子としてＹＡＧレーザ素子を用いたが、９４６ｎ
ｍ付近で発振し、緑色域で吸収のないものであれば、Ｙ
ＡＧである必要はない。同じく、９０°位相整合型非線
形光学素子としてＫＴＰ素子を用いたが、９４６ｎｍ付
近と１２０５ｎｍ付近の基本波を入力したとき９０°位
相整合を達成できるものであれば、他の非線形光学素子
でも良い。その場合、基本波の入力方式もＴＹＰＥＩＩ
でなくてもよい。また、ＹＡＧレーザの励起方式として
端面励起方式を用いたが、側面励起方式でも構わない。 また、固体レーザ素子の内側端面に曲率を設け、共振器
内レンズを省くこともできる。さらに、和周波光混合用
ＬＤ光をダイクロイック共振器ミラーを通して入射して
、４５°入射ダイクロイックミラーから緑色光を取り出
すようにすることもできる。さらにまた、ＹＡＧレーザ
の共振器構造として、直角折れ曲がり構造を用いたが、
直線型、リング型など、他の方式を取っても良い。

【００２６】

【発明の効果】本発明による緑色光発生用ＬＤ励起固体
レーザ装置は、小型で、効率が高く、ビーム品質が良く
、高速出力変調ができ、波長チューニングも可能な緑色
レーザ光を提供できる。このような緑色レーザ光源は、
光ディスクや光ディスプレイなどの産業応用に極めて有
用なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である、ＬＤ端面励起固体レ
ーザ共振器内で、第２のＬＤとの和周波光混合により緑
色光を発生する装置の模式図である。

【符号の説明】

１　　　　固体レーザ素子 ２　　　　共振器内レンズ ３　　　　４５°入射ダイクロイックミラー４　　　　
ダイクロイック共振器ミラー５　　　　ブリュスター板 ６　　　　９０°位相整合型非線形光学素子７　　　　
励起用半導体レーザ ８　　　　和周波光混合用半導体レーザ９　　　　集光
レンズ １０　　　　集光レンズ １１　　　　励起用半導体レーザ光 １２　　　　和周波光混合用半導体レーザ光１３　　　
　緑色出力光

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　第１の半導体レーザを励起光源とする
   固体レーザによって構成される固体レーザ共振器内に９
   ０°位相整合型非線形光学素子を備え、かつ、第２の半
   導体レーザの光を前記固体レーザ共振器外からの非線形
   光学素子内に集光して固体レーザ光との和周波光混合に
   より、高速変調特性を有する緑色光を発生することを特
   徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置。