JPH05235441A - レーザ光発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 ＳＨＧ（第２高調波発生）レーザ光発生装置
において、基台（ベース）２３上に配置された半導体レ
ーザ１１、レーザ共振器２０（レーザ媒質１７、非線形
光学結晶素子１８等）の温度をサーミスタ２５で検出
し、単一の温度制御素子（ＴＥクーラ）２４で温度制御
することにより、半導体レーザ１１からの励起光のレー
ザ媒質１７への吸収効率を高めると同時に、レーザ共振
器２０の動作を安定化する。 【効果】 単一の温度制御素子２４で温度制御を行って
いるため、構造が簡略化され、小型化され、消費電力も
少なくて済む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光発生装置に関
し、特に、非線形光学結晶素子により波長変換されたレ
ーザ光を発生させるようなレーザ光発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ共振器内に発生するパワー密度の
高い基本波レーザ光を利用して、非線形光学結晶素子の
非線形光学効果によるＳＨＧ（第２高調波発生）等の波
長変換を効率良く行うことにより、短波長レーザ光を得
るようにしたレーザ光発生装置が、例えば実開昭４８−
９３７８４５号公報等において提案されている。

【０００３】このＳＨＧレーザ光発生装置には、例えば
共振器内部のレーザ媒質に励起光源からの光を入射し、
このレーザ媒質から発生された基本波レーザ光を非線形
光学結晶素子中に入射して第２高調波を発生させるよう
な構造（共振器内第２高調波発生型）が知られている。

【０００４】このようなＳＨＧレーザ光発生装置を例え
ば光ディスク再生装置等の各種機器に組み込んで使用す
るためには、ＳＨＧレーザ光発生に必要な光学素子等を
小型の筐体（パッケージ）内に収納して、部品として取
扱い易いようにすることが望まれる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般にＳＨ
Ｇレーザ光発生装置において、高い効率のＳＨＧレーザ
光を安定に得るためには、Ｎｄ：ＹＡＧ等のレーザ媒質
にレーザダイオード等の励起光源素子からの励起光が効
率良く吸収されることが必要とされ、また、レーザ共振
器の非線形光学結晶素子等の位相遅延量の温度依存性や
縦モードの変化、共振器の変形等の理由により安定動作
が可能な（ノイズの少ない）限られた温度範囲内に温度
制御することが必要とされる。ここで、上記レーザ媒質
に励起光を効率良く吸収させるためには、励起光波長を
レーザ媒質の吸収波長に合わせることが必要とされ、励
起光波長はレーザダイオード等の励起光源素子の温度に
依存して変化することから、励起用光源素子を温度制御
することが必要とされる。

【０００６】このようにレーザ共振器の温度制御と励起
光源素子の温度制御とが必要とされるため、温度制御素
子や温度検出素子等がそれぞれ２系統必要となって、構
造が複雑化し、消費電力が増大するという欠点がある。
特に、レーザ光発生のための光学素子や温度制御素子等
を小型筐体内に収納して成るレーザ光発生装置の場合に
は、励起光源素子とレーザ共振器とをそれぞれ別の温度
制御素子上に載置すると、互いの位置合わせが困難とな
り、温度変化により相対位置が移動して、動作が不安定
となる欠点もある。

【０００７】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たものであり、レーザ光発生の効率を高め、安定化する
ための温度制御が、簡単な構成で、少ない消費電力で行
えるようなレーザ光発生装置の提供を目的とするもので
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係るレーザ光発
生装置は、励起光源素子と、この励起光源素子からの光
ビームによって励起されるレーザ媒質と、上記励起光源
素子からの光ビームの出射光路中に配される非線形光学
結晶素子と、上記レーザ媒質及び上記非線形光学結晶素
子と共にレーザ共振器を構成する反射手段と、上記励起
光源素子及び上記レーザ共振器を温度制御する温度制御
素子とを有して成ることにより、上述の課題を解決す
る。

【０００９】ここで、上記レーザ共振器の安定温度範囲
内で上記励起光源素子からの励起光が上記レーザ媒質に
吸収される波長となる関係を満たす上記レーザ共振器及
び上記励起用光源素子の組合せを用いることが好まし
い。例えば、レーザ共振器が安定動作する温度範囲で励
起光の波長がレーザ媒質の吸収波長となるような励起光
源素子を選択すればよい。あるいは、レーザ共振器内の
非線形光学結晶素子等の温度依存性を小さくしてレーザ
共振器の安定温度範囲を広くし、励起光源の波長のマー
ジンを広くするようにしてもよい。また、上記励起光源
素子や上記レーザ共振器内の非線形光学結晶素子等の温
度を検出する温度検出素子からの検出信号に応じて上記
温度制御素子による温度制御を行わせることが好まし
い。

【００１０】上記励起光源素子としては、レーザダイオ
ード等の半導体レーザ素子が多く用いられる。また上記
レーザ媒質としては、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＶＯ₄ 、
Ｎｄ：ＢＥＬ、ＬＮＰ等が用いられ、上記非線形光学結
晶素子としては、例えばＫＴＰ、ＢＢＯ、ＬＮ、ＬＢＯ
等が用いられる。上記温度制御素子としては、いわゆる
ＴＥ（サーモ・エレクトリック）クーラ等が用いられ、
上記温度検出素子とてはサーミスタ等が用いられる。本
発明は、レーザ光発生用の光学素子や温度制御素子等を
小型の筐体（パッケージ）内に収納して成るレーザ光発
生装置に適用する場合に特に大きな効果を期待できる。

【００１１】

【作用】単一の温度制御素子によって励起光源素子及び
レーザ共振器の温度制御を行わせることにより、効率が
高く安定したレーザ光出力を得ることができ、構造の簡
略化、小型化、消費電力の低減が図れる。

【００１２】

【実施例】図１は、本発明に係るレーザ光発生装置の一
実施例の概略構成を示す概略断面図、図２は該実施例の
（蓋を取った状態の）概略平面図である。これらの図
１、図２に示すレーザ光発生装置において、励起光源素
子としてのレーザダイオード等の半導体レーザ素子１１
が載置台１２上に取り付けられ、この半導体レーザ素子
１１から出射された光を集光するためのレンズ１２がレ
ンズ固定ブロック１４に取り付けられている。レンズ１
２で集光された励起用レーザ光は、例えば１／４波長板
１５の入射面を介してＮｄ：ＹＡＧを用いたレーザ媒質
（レーザロッド）１７に入射される。１／４波長板１５
の入射面には、上記励起用レーザ光（例えば波長８１０
ｎｍ）を透過し、レーザ媒質１７にて発生した波長１０
６４ｎｍの基本波レーザ光を反射するような波長選択性
を持った反射面（ダイクロイックミラー）１６が形成さ
れ（例えばコーティングされ）ており、この実施例で
は、この反射面１６はレーザ媒質１７側から見て凹面鏡
となっている。レーザ媒質１７で発生した基本波レーザ
光は、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ₄ ）より成る非線形光学結
晶素子１８に入射されることにより、第２高調波発生
（ＳＨＧ）が行われる。この非線形光学結晶素子１８の
出射面には、上記基本波レーザ光を反射し、非線形光学
結晶素子１８にて発生された第２高調波レーザ光（波長
５３２ｎｍ）を透過するような波長選択性を持った反射
面（ダイクロイックミラー）１９が形成されている。従
って、上記１／４波長板１５の反射面１６と非線形光学
結晶素子１８の反射面１９との間に、レーザ共振器２０
が構成される。

【００１３】ここで、上記１／４波長板１５は、本件出
願人が先に特開平１−２２０８７０号公報において提案
したレーザ光源に用いられている複屈折性素子であり、
出力レーザ光として射出する第２高調波レーザ光を安定
化させるためのものである。すなわち、レーザ媒質１５
にて発生した基本波レーザ光を共振器２０内に設けた非
線形光学結晶素子１８を通過するように共振動作させる
ことにより、タイプIIの第２高調波レーザ光を発生させ
る際に、共振器２０内に１／４波長板１５等の複屈折性
素子を挿入して基本波レーザ光の偏光面を回転させなが
ら共振器２０内を往復させることで、互いに直交する２
つの固有偏光を基本波モードとなし、さらに１／４波長
板１５の方位角θ及び位相量Δを基本波レーザ光の２つ
の固有偏光間に第２高調波発生を通じてエネルギの授受
を生じさせないような値に選定することにより、基本波
レーザ光を安定化させ、従って第２高調波レーザ光を安
定化させることができる。また、１／４波長板１５、レ
ーザ媒質１７、及びタイプII位相整合型非線形光学結晶
素子１８を密接させるように一体に構成することによ
り、レーザ光発生装置を全体として小型化し得ると共
に、変換効率を高めることができるわけである。

【００１４】共振器２０を構成する１／４波長板１５、
レーザ媒質１７、及び非線形光学結晶素子１８の各素子
の対向面は、例えば無反射コーティングが施されると共
に密接して接着固定され、共振器固定ブロック２１上に
取り付けられている。この共振器固定ブロック２１は、
例えば図３に示すように、表面に断面Ｖ字状の案内溝２
１Ｖが形成されており、このＶ字状案内溝２１Ｖにレー
ザ媒質１７や非線形光学結晶素子１８が案内されて取り
付けられている。このとき、図中の矢印Ｚ方向が光軸方
向であり、出射される第２高調波の偏光方向が図中の矢
印Ｓ方向（矢印Ｘ方向）となるように非線形光学結晶素
子１８が配設されている。これは、非線形光学結晶素子
１８として上記ＫＴＰを用いる場合に、ＸＺ平面が結晶
のａ軸、ｂ軸を含む面となり、これに垂直なＹ軸が結晶
のｃ軸となるように切り出したものを用いればよい。こ
の偏光方向は、偏向手段である立ち上げミラー２２のＳ
偏光方向となっている。

【００１５】すなわち、共振器２０から出射された第２
高調波レーザ光は、偏向手段である４５°の立ち上げミ
ラー２２にて垂直上方向に偏向される。この立ち上げミ
ラー２２、共振器２０が取り付けられた共振器固定ブロ
ック２１、レンズ１３が取り付けられたレンズ固定ブロ
ック１４、及び半導体レーザ素子１１が取り付けられた
載置台１２を、同一の基台（ベース）２３上にマウント
し、これらを単一の温度制御手段であるいわゆるＴＥ
（サーモ・エレクトリック）クーラ等の温度制御素子２
４で温度制御している。また、基台（ベース）２３上の
温度を検出するための温度検出手段としてのサーミスタ
２５が例えば載置台１２に取り付けられている。

【００１６】次に、ＴＥクーラ等の温度制御素子２４に
ついて説明する。この実施例においては、励起光源素子
であるレーザダイオード等の半導体レーザ素子１１の波
長制御と、ＳＨＧレーザ共振器２０の安定化の両方の温
度制御を、唯一の温度制御素子（ＴＥクーラ）２４を用
いて行っている。これは、共振器２０の安定温度範囲
と、励起用レーザ光がレーザ媒質１７に効率良く吸収さ
れる温度範囲が別個に存在しかつ狭い場合には、共振器
２０の安定領域の温度範囲内でＮｄ：ＹＡＧ等のレーザ
媒質１７の実行吸収係数が一定値以上となるような波長
が得られる半導体レーザ素子１１を選別しておくことが
必要とされる。逆に共振器を選別することも可能であ
る。また、共振器の安定温度範囲を拡げるために、例え
ば位相遅延量が温度依存性を持つ複屈折性結晶の長さを
短くしたり、温度依存性の小さい結晶を用いること等が
有効である。この温度制御は、基台（ベース）２３上の
温度、特に半導体レーザ素子１１及び共振器２０内の非
線形光学結晶素子１８の温度を温度検出素子であるサー
ミスタ２５で検出し、このサーミスタ２５で検出された
温度に応じて温度制御素子（ＴＥクーラ）２４での加
熱、吸熱を制御し、所定の目標温度とするような動作で
ある。

【００１７】このように単一の温度制御素子（ＴＥクー
ラ）２４で半導体レーザ素子１１の波長を吸収波長に合
わせ、レーザ共振器２０を安定化する温度制御を行わせ
ているため、温度制御素子を各部に個別に設ける必要が
なくなり、２つ以上の温度制御素子を設けることによる
構造の複雑化や位置合わせの困難性等の不具合点が全て
解消できる。従って、部品点数やコストの低減、回路等
を含む制御部の簡略化、小型化が図れ、消費電力も低減
される。

【００１８】以上のようなレーザ光発生のための各素子
は、パッケージあるいは筐体３１内に収納されている。
この筐体３１の底面３２が取り付け面となっており、図
２に示すように取り付け用のフランジ片３６のネジ挿入
孔３７に取り付けネジ等を挿入してネジ止め固定できる
ようになっている。上記光学系の各素子１１、１３、１
５、１７、１８等は、この取り付け面である底面３２
（水平面）に平行な方向に配列されて、光軸が該底面３
２に平行となっている。この筐体底面３２に平行な状態
のまま筐体外部にレーザ光を取り出す場合には、光軸合
わせのため水平、垂直の方向に移動させる必要が生じ、
特に取り付け面に対して垂直方向の移動のための構成が
複雑化する。そこで、４５°立ち上げミラー２２を用い
て、共振器２０からの出射レーザ光を底面３２に対して
垂直な方向に偏向し、筐体３１の蓋体３３に穿設された
出射孔３４を介して取り出すようにしている。この出射
孔３４は、透明板３５で閉塞されている。

【００１９】ここで、傾斜角度が４５°の立ち上げミラ
ー２２の反射率は、Ｓ偏光に対しては容易に高くできる
がＰ偏光に対しては高くすることが難しく、特に入射光
がＳ偏光成分とＰ偏光成分とを含む混合状態になった場
合、これらの偏光成分の反射率の差等から、反射光が楕
円偏光になり、取扱いが面倒となる。そこで、本実施例
においては、ＫＴＰ等の非線形光学結晶素子１８から出
射されるＳＨＧレーザ光の偏光方向が立ち上げミラー２
２のＳ偏光方向になるように、非線形光学結晶素子１８
の方位を外形に対して決めておく（結晶の切り出し形状
を設定する）ことにより、立ち上げミラー２２にコート
を施すこと等により、Ｓ偏光の反射率を例えば９９．９
％程度にまで高めることができ、パワー損失を極力抑え
て、筐体３１の上部蓋体３３の出射孔３４を介して垂直
上方向にＳＨＧレーザ光を取り出すことができる。

【００２０】すなわち、この図１、図２に示すような小
型コンパクトなＳＨＧレーザ光発生装置は、筐体（パッ
ケージ）３１の底面の縦横（上記フランジ片３６を含
む）の寸法が約３８mm×２８mm、高さが約１６mmとなっ
ており、このパッケージ内に、特に相互間の調整機構を
設けることなく、励起光源用のレーザダイオード１１、
ＳＨＧレーザ共振器２０（レーザ媒質１７、非線形光学
結晶素子１８等）、レンズ１３、温度制御素子２４等を
所定位置に配設固定して成るものであり、外部からの電
力の供給を行うだけでＳＨＧレーザ光を出射できるよう
になっている。このＳＨＧレーザ光発生装置は、現在存
在する半導体レーザの室温発振波長より短いため、半導
体レーザと同様に電流供給することで、安定な短波長レ
ーザが得られるため、利用価値は高い。

【００２１】この実施例のＳＨＧレーザ光発生装置によ
れば、非線形光学結晶素子１８の偏光方向が偏向手段で
ある立ち上げミラー２２のＳ偏光方向となっているた
め、立ち上げミラー２２のＳ偏光に対する反射率を高め
ることができ、また反射されて出射孔３４から取り出さ
れるＳＨＧレーザ光が楕円偏光にならず、偏光方向が一
定に決められている。このようにパッケージに対して出
射光の偏光方向が決まっていると、部品としても取扱い
や光ディスク再生装置等への組み込みが容易化される。
また、出射光が垂直上方向（図中のＹ方向）に取り出さ
れるため、いわゆる光軸合わせ等の調整作業は、パッケ
ージの取り付け面上で２方向（図中のＸ方向、Ｚ方向）
に微動調整するだけの簡単な作業で済み、精度も上げ易
い。

【００２２】なお、上記立ち上げミラー２２を用いない
構成としてもよく、例えば、図４に示す他の実施例のよ
うに、ＳＨＧレーザ光を水平方向に取り出すようにして
もよい。

【００２３】この図４の実施例において、励起光源素子
であるレーザダイオード４１から出射されたレーザ光
は、レンズ４２で集光されて、Ｎｄ：ＹＡＧロッド等の
レーザ媒質４３に入射される。このレーザ媒質４３の入
射面は、上述した１／４波長板１５の反射面１６と同様
に、上記励起用レーザ光（例えば波長８１０ｎｍ）を透
過し、レーザ媒質４３にて発生した波長１０６４ｎｍの
基本波レーザ光を反射するような波長選択性を持った反
射面（ダイクロイックミラー）４４がコーティング形成
されている。レーザ媒質４３にて発生した基本波レーザ
光は、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ₄ ）より成る非線形光学結
晶素子４５に入射されて、第２高調波発生（ＳＨＧ）が
行われる。凹面鏡４６は、上記基本波レーザ光を反射
し、非線形光学結晶素子４５にて発生された第２高調波
レーザ光（波長５３２ｎｍ）を透過するような波長選択
性を持った反射面（ダイクロイックミラー）４６Ｒが形
成されている。また、単一の温度制御素子４７によりレ
ーザダイオード４１及びレーザ共振器（レーザ媒質４
３、非線形光学結晶素子４５等）の温度制御が行われ、
この温度制御素子４７は放熱板４８上に設けられてい
る。作用及び効果は上述した実施例と同様であるため、
説明を省略する。

【００２４】次に、ＳＨＧレーザ光発生装置の効率を高
めながら安定性を保つための温度制御動作について詳細
に説明する。本発明の実施例においては、唯一の温度制
御素子（ＴＥクーラ等）を用いてレーザダイオード等の
励起光源素子とＳＨＧレーザ共振器の温度制御を同時に
行うことで、パワーを低下させることなくノイズの少な
い安定したＳＨＧレーザ光を発生させており、部品点数
や消費電力の低減及び信頼性の向上を可能にしている。
ここで、レーザ媒質の中には、吸収波長領域の比較的広
いＮｄ：Glass レーザのようなものもあるが、比較的狭
い鋭いピークを持つＮｄ：ＹＡＧのようなものもある。
本発明は、比較的狭い吸収線を持つレーザ媒質が用いら
れるレーザ光発生装置に適用することを想定している。

【００２５】上記図１、図２に示すようなＳＨＧレーザ
共振器２０は、非線形光学結晶素子１８を内部に含み、
位相遅延量の温度依存性や縦モードの変化、共振器の変
形等の理由による限られた温度範囲の安定動作領域が存
在する。この共振器の安定動作領域内でパワー効率を一
定の値以上とするためには、半導体レーザ素子１１の波
長が該安定領域内でレーザ媒質１７に良好に吸収される
ようなものを選別しなければならない。逆にレーザ共振
器２０を選別するようにしてもよい。レーザ共振器２０
の安定動作温度範囲を拡げるために、例えば位相遅延量
が温度依存性を持つ複屈折性の結晶の長さを短くした
り、温度依存性の小さい結晶を用いること等が有効であ
る。

【００２６】図５は、固体レーザ媒質であるＮｄ：ＹＡ
Ｇの吸収係数の温度依存性を示すグラフである。これに
対して、図６は励起光源素子であるレーザダイオードの
温度が２３°Ｃにおける出射光強度のスペクトル（波長
分布）を示し、横軸に波長をとっている。図７は、この
ようなレーザダイオードの温度を変化させて、Ｎｄ：Ｙ
ＡＧロッド（試料厚さ約１ｍｍ）に吸収される励起光の
実効吸収係数を測定した結果である。この図７におい
て、実効吸収係数のピークの９０％以上の実効吸収係数
となるような効率を得たい場合のレーザダイオード温度
範囲Ｔ_A は約２．６°Ｃである。また、実効吸収係数が
ピークの７〜８０％程度以上の効率でよい場合の温度範
囲Ｔ_B は約６．７°Ｃである。

【００２７】この例では、レーザダイオードの波長分布
が大きい（広い）のでピーク効率は低いが、効率を一定
レベル以上に保つための温度許容範囲は、単一モードで
発振動作するレーザダイオードに比べて広い。レーザダ
イオードの波長は、マルチモード発振の場合でもその中
心周波数は約０．３ｎｍ／Ｋで変化するので、常温ある
いは室温（例えば２５°Ｃ）でＮｄ：ＹＡＧの吸収線か
らずれていても、温度を変えてＮｄ：ＹＡＧの吸収線に
合わせるようにすることで吸収効率を高めることが可能
である。ただし、この吸収効率の高まった温度でＳＨＧ
レーザ共振器が安定動作することが必要である。

【００２８】ここで、ＫＴＰ等の非線形光学結晶素子の
位相遅延量の温度依存性により、安定動作温度範囲が３
０°Ｃから３５°ＣのＳＨＧレーザ共振器にレーザダイ
オードを組み合わせる場合、この温度範囲でＮｄ：ＹＡ
Ｇの吸収効率の高い波長（吸収線）約８０９ｎｍとなる
ようなレーザダイオードを選択すればよい。上述したよ
うな中心波長が温度変化に伴って例えば約０．３ｎｍ／
Ｋで変化するレーザダイオードを用いる場合、上記３０
°Ｃ〜３５°Ｃで約８０９ｎｍの中心波長となるために
は、２５°Ｃでの中心波長が上記８０９ｎｍより約２．
３±０．７ｎｍ短い値を持つものを選別すればよい。ま
た、３０°Ｃ〜３５°Ｃの安定動作温度範囲（温度差５
°Ｃ）を有するレーザ共振器としては、長さ２．５ｍｍ
のＫＴＰを使用したものに略々相当する。

【００２９】一方、上記吸収線付近でのＮｄ：ＹＡＧロ
ッドの実効吸収係数に対するレーザダイオードの温度許
容量を±１．３°Ｃ程度とすると、レーザダイオードの
中心波長は２５°Ｃで約８０６．７±１．１ｎｍとすれ
ばよい。

【００３０】非線形光学結晶の位相遅延量変化の温度依
存性は結晶長に比例するから、結晶長を短くしたほうが
位相変化量の温度変化率は小さくなり、これにより安定
温度領域が広くなり、レーザダイオードの波長マージン
は広くなる。通常、ＫＴＰの長さを長くして使用する傾
向があるが、レーザ共振器の安定温度範囲はＫＴＰ長に
反比例して小さくなる。

【００３１】図８は、レーザダイオードとＳＨＧレーザ
共振器とを１個の温度制御素子であるＴＥクーラ上にマ
ウントして、レーザダイオードを定電流で駆動させ、温
度を変化させてＳＨＧレーザ光出力パワー（破線）とノ
イズレベル（実線）とをプロットしたものである。ここ
で、図中の破線に示す出力パワーは、主としてレーザダ
イオードの励起レーザ光がレーザ共振器内のＮｄ：ＹＡ
Ｇに吸収される割合、すなわち上記実効吸収係数によっ
て決まり、図中の実線に示すノイズレベルは、レーザ共
振器の動作の安定性によって決まる。上記出力パワーを
最大値の８０％以上に保つための温度範囲Ｒ_X （点ａか
ら点ｂまで）は約３°Ｃ、上記ノイズレベルの小さな共
振器の安定動作温度範囲Ｒ_Y （点ｃから点ｄまで）は約
４．５°Ｃであり、図８におけるこれらの重なり部分の
範囲Ｒ_Z （点ｃから点ｂまで）は約１．７°Ｃとなって
いる。従って、上記１個の温度制御素子（ＴＥクーラ）
にてレーザダイオードとＳＨＧレーザ共振器とを同時に
温度制御する際の目標とする温度範囲を、この重なり部
分の範囲Ｒ_Z とすることにより、効率が高く（最大パワ
ーの８０％以上）安定性の良好なＳＨＧレーザ光出力が
得られる。

【００３２】なお、図８の実線に示す安定温度範囲Ｒ_Y
を有する共振器に対して組合せ可能なレーザダイオード
は、図８の破線の特性を左右にずらして必要パワーが得
られる温度範囲Ｒ_X の少なくとも一部が安定温度範囲Ｒ
_Y （点ｃから点ｄまで）内に入っていればよい。すなわ
ち、単一の温度制御が可能なレーザダイオードに必要と
される条件の範囲内で、図８の破線を最も左にずらした
状態としては、上記温度範囲Ｒ_X の右端の点ｂが安定温
度範囲Ｒ_Y （点ｃから点ｄまで）の左端の点ｃに達した
状態であり、最も右にずらした状態としては、点ａが安
定温度範囲Ｒ_Yの右端の点ｄに達した状態である。逆
に、レーザダイオードの特性（Ｎｄ：ＹＡＧに対する吸
収特性）として、図８の破線を固定し、図８の実線の方
を左右にずらすようにレーザ共振器の安定温度特性を選
択してもよい。

【００３３】ところで、ＴＥクーラ等の温度制御素子
は、消費電力がレーザダイオードに比べても同程度か大
きいものであるため、１個の温度制御素子（ＴＥクーラ
等）でパワー確保（効率を高める）及び低ノイズ（安定
動作）の両方を制御することにより、小型化、省電力化
に大きく貢献することになる。また、ＴＥクーラの機械
的な精度（メカ精度）は通常あまり良くないので、レー
ザダイオードと共振器とを個別のＴＥクーラ上に載置す
る場合には、相対位置決め精度を高くとれず、熱膨張も
問題となるわけであるが、１個のＴＥクーラで両方の温
度制御を行うことにより、これらの問題を一挙に解決で
きるわけである。

【００３４】なお、本発明は上記実施例のみに限定され
るものではなく、例えば、レーザ共振器の構造として
は、入射面側に凹面鏡を設けたもの等の種々の構造のも
のを用いることができる。また、レーザ媒質や非線形光
学結晶素子は、Ｎｄ：ＹＡＧやＫＴＰに限定されないこ
とは勿論である。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明に係るレーザ光発生装置によれば、励起光源素子と、
この励起光源素子からの励起光が入射されるレーザ共振
器とを単一の温度制御する温度制御素子により温度制御
しているため、効率が高く安定したレーザ光出力を得る
ことができ、構造の簡略化、小型化、消費電力の低減が
図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るレーザ光発生装置の一実施例の概
略構成を示す側面断面図である。

【図２】該実施例の蓋を取った状態の概略平面図であ
る。

【図３】該実施例に用いられる共振器固定ブロックの具
体例を示す斜視図である。

【図４】本発明に係るレーザ光発生装置の他の実施例の
概略構成を示す図である。

【図５】レーザ媒質であるＮｄ：ＹＡＧの吸収係数を示
す図である。

【図６】レーザダイオードから出射されるレーザ光の相
対光強度の波長分布を示す図である。

【図７】レーザダイオードからの励起光のＮｄ：ＹＡＧ
への実効吸収係数の温度特性を示す図である。

【図８】レーザ光出力パワーとノイズレベルとの温度特
性を示す図である。

【符号の説明】

１１・・・・・半導体レーザ素子 １３・・・・・レンズ １５・・・・・１／４波長板 １６、１９・・・・・反射面 １７・・・・・レーザ媒質 １８・・・・・非線形光学結晶素子 ２０・・・・・レーザ共振器 ２１・・・・・共振器固定ブロック ２２・・・・・立ち上げミラー ２３・・・・・基台（ベース） ２４・・・・・温度制御素子（ＴＥクーラ） ２５・・・・・サーミスタ（温度検出素子） ３１・・・・・筐体（パッケージ） ３２・・・・・筐体の取り付け面 ３４・・・・・出射孔

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【手続補正書】

【提出日】平成４年１０月１９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】

【実施例】図１は、本発明に係るレーザ光発生装置の−
実施例の概略構成を示す概略断面図、図２は該実施例の
（蓋を取った状態の）概略平面図である。これらの図
１、図２に示すレーザ光発生装置において、励起光源素
子としてのレーザダイオード等の半導体レーザ素子１１
が載置台１２上に取り付けられ、この半導体レーザ素子
１１から出射された光を集光するためのレンズ１３がレ
ンズ固定ブロック１４に取り付けられている。レンズ１
３で集光された励起用レーザ光は、例えば１／４波長板
１５の入射面を介してＮｄ：ＹＡＧを用いたレーザ媒質
（レーザロッド）１７に入射される。１／４波長板１５
の入射面には、上記励起用レーザ光（例えば波長８１０
ｎｍ）を透過し、レーザ媒質１７にて発生した波長１０
６４ｎｍの基本波レーサ光を反射するような波長選択性
を持った反射面（ダイクロイックミラー）１６が形成さ
れ（例えばコーティングされ）ており、この実施例で
は、この反射面１６はレーザ媒質１７側から見て凹面鏡
となっている。レーザ媒質１７で発生した基本波レーザ
光は、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ_４）より成る非線形光学結
晶素子１８に入射されることにより、第２高調波発生
（ＳＨＧ）が行われる。この非線形光学結晶素子１８の
出射面には、上記基本波レーザ光を反射し、非線形光学
結晶素子１８にて発生された第２高調波レーザ光（波長
５３２ｎｍ）を透過するような波長選択性を持った反射
面（ダイクロイックミラー）１９が形成されている。従
って、上記１／４波長板１５の反射面１６と非線形光学
結晶素子１８の反射面１９との間に、レーザ共振器２０
が構成される。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】ここで、上記１／４波長板１５は、本件出
願人が先に特開平１−２２０８７０号公報において提案
したレーザ光源に用いられている複屈折性素子であり、
出力レーザ光として射出する第２高調波レーザ光を安定
化させるためのものである。すなわち、レーザ媒質１５
にて発生した基本波レーザ光を共振器２０内に設けた非
線形光学結晶素子１８を通過するように共振動作させる
ことにより、タイプＩＩの第２高調波レーザ光を発生さ
せる際に、共振器２０内に１／４波長板１５等の複屈折
性素子を挿入して基本波レーザ光の偏光面を回転させな
がら共振器２０内を往復させることで、互いに直交する
２つの固有偏光を基本波モードとなし、さらに１／４波
長板１５の方位角θ及びＫＴＰの位相量Ａを基本波レー
ザ光の２つの固有偏光間に第２高調波発生を通じてエネ
ルギの授受を生じさせず、かつ各固有値で１本以下のモ
ードに限定するような値に選定することにより、基本波
レーザ光を安定化させ、従って第２高調波レーザ光を安
定化させることができる。また、１／４波長板１５、レ
ーザ媒質１７、及びタイプＩＩ位相整合型非線形光学結
晶素子１８を密接させるように一体に構成することによ
り、レーザ光発生装置を全体として小型化し得ると共
に、変換効率を高めることができるわけである。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】共振器２０を構成する１／４波長板１５、
レーザ媒質１７、及び非線形光学結晶素子１８の各素子
の対向面は、例えば無反射コーティングが施されると共
に密接して接着固定され、共振器固定ブロック２１上に
取り付けられている。この共振器固定ブロック２１は、
例えば図３に示すように、表面に断面Ｖ字状の案内溝２
１Ｖが形成されており、このＶ字状案内溝２１Ｖにレー
ザ媒質１７や非線形光学結晶素子１８が案内されて取り
付けられている。このとき、図中の矢印Ｚ方向が光軸方
向であり、出射される第２高調波の偏光方向が図中の矢
印Ｓ方向（矢印Ｘ方向）となるように非線形光学結晶素
子１８が配設されている。これは、非線形光学結晶素子
１８として上記ＫＴＰを用いる場合に、例えばＸＺ平面
が結晶のａ軸、ｂ軸を含む面となり、これに垂直なＹ軸
が結晶のｃ軸となるように切り出したものを用いればよ
い。この偏光方向は、偏向手段である立ち上げミラー２
２のＳ偏光方向となっている。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２６】図５は、固体レーザ媒質であるＮｄ：ＹＡ
Ｇの吸収係数の温度依存性を示すグラフである。これに
対して、図６は励起光源素子であるレーザダイオードの
温度が２５°Ｃにおける出射光強度のスペクトル（波長
分布）を示し、横軸に波長をとっている。図７は、この
ようなレーザダイオードの温度を変化させて、Ｎｄ：Ｙ
ＡＧロッド（試料厚さ約１ｍｍ）に吸収される励起光の
実効吸収係数を測定した結果である。この図７におい
て、実効吸収係数のピークの９０％以上の実効吸収係数
となるような効率を得たい場合のレーザダイオード温度
範囲Ｔ_Ａは約２．６°Ｃである。また、実効吸収係数が
ピークの７〜８０％程度以上の効率でよい場合の温度範
囲Ｔ_Ｂは約６．７°Ｃである。

【手続補正５】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

【手続補正６】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】

【手続補正７】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図６

【補正方法】変更

【補正内容】

【図６】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 励起光源素子と、 この励起光源素子からの光ビームによって励起されるレ
   ーザ媒質と、 上記励起光源素子からの光ビームの出射光路中に配され
   る非線形光学結晶素子と、 上記レーザ媒質及び上記非線形光学結晶素子と共にレー
   ザ共振器を構成する反射手段と、 上記励起光源素子及び上記レーザ共振器を温度制御する
   温度制御素子とを有して成ることを特徴とするレーザ光
   発生装置。
2. 【請求項２】 上記レーザ共振器の安定温度範囲内で上
   記励起光源素子からの励起光が上記レーザ媒質に吸収さ
   れる波長となる関係を満たす上記レーザ共振器及び上記
   励起光源素子の組合せを用いることを特徴とする請求項
   １記載のレーザ光発生装置。