JPH06188480A - 光学要素の保持方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 微調整が容易で強固に固定でき、小型化に適
した簡単な構造の光学要素保持方法を提供する。 【構成】 基板に設けたネジ穴と、光学要素保持部材の
下部に設けたネジとの間の隙間を振れ角１度以下とし、
光学要素を保持部材に搭載して角度、高さを調整後ネジ
の隙間の接着剤を固化せしめる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に小型内部共振器型
レーザー内の光学要素の保持に好適の方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年特に、半導体レーザーの高出力化に
伴い、半導体レーザーとレーザー結晶と非線形光学結晶
を組み合わせることによる青色や緑色のレーザーの応用
が図られている。それらは光記録装置の読み取りや書き
込み用の光源として用いられる。そこにおいて効率よく
発振させるため及びビーム形状を良好に保つために、レ
ーザー結晶や非線形結晶や反射鏡は、位置、向き（方
位）、光路長の微調節が必要であった。

【０００３】従来、その微調整のために、結晶等を小
さなゴニオメーターにのせて調整をする、結晶等を固
着したブロックを円筒状を成した容器内に押し付けるこ
とによって、弾性力で保持すると共にわずかに動きうる
ことを利用して微調整を図る、自由に動かすために隙
間を大きくとり、その後、接着剤でとめる、という方法
が採られていた。

【０００４】ところで、ＫＴＰ結晶を用いたＳＨＧ法に
よる緑色レーザーの場合、リターデーションという現象
のため結晶の光路長を制御するか、ＫＴＰ結晶に温度調
節を行う必要がある。ＫＴＰの光路長を制御するには、
ＫＴＰ結晶をくさび状に加工して光の通る位置を変える
ことによって光路長を変えるのがよい。

【０００５】ＫＴＰの温度調節をする場合、ペルチエ素
子が利用できるが、このペルチエ素子の代わりにヒータ
ーで温度調節ができるなら、コスト面で安くなり、構造
上も簡単で小型化が容易である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のの方法の場
合、小型化が難しいこと、レーザー結晶と非線形結晶の
距離がある程度以上は小さく出来ないこと、及びコスト
の問題がある。の方法は、動かすことと保持すること
が、お互いに矛盾するために細かな調整が難しいという
難点がある。又、は、接着剤の固化の時に起きる接着
剤の収縮や、接着剤の固化後の温度変動に起因される熱
収縮（膨張）のために、結晶等が最適位置からずれてし
まうという問題が起きやすく、そのため再調整がしばし
ば必要であった。それにそなえて、ひきはがしが可能な
接着力の弱い接着剤を用いると、振動に対してレーザー
が不安定になったり、あるいは発振が停止するというこ
とが起き易いという問題があった。

【０００７】ところで、ＫＴＰの結晶は加工上さほど精
度が出ないため、結晶長に応じてリターデーションを制
御するための最適温度が室温より高くなったり、低くな
ったりする。いわば結晶一つ一つで設定温度が異なる。
ところがヒーターで温度調節をするためには設定値が室
温より高いときのみ可能で、設定値を常に室温より高く
できる必要がある。

【０００８】本発明の目的は微調整が容易でかつ固定も
でき、振動にも強いという、小型化に適した簡単な構造
の光学要素保持方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の方法は、下部がネジ状の保持部材と、ネジ穴を
有する基板とを用いるもので、ネジとネジ穴との間に少
しだけ隙間を設け、前記保持部材が前後左右に１度以下
の角度で頭をふれるようにしてあり、それで結晶等の方
位角度の調整をし、調整後にネジ部隙間に塗布した接着
剤を固化し、その接着剤で固定するというものである。

【００１０】またＫＴＰ結晶に楔状の加工、すなわち、
ＫＴＰ結晶を上下に移動したとき光線（ここでは光線は
水平面内にあるとしておく）方向の光路長が変わるよう
な加工、が施してある場合、ネジを回転することによっ
て結晶を上下方向に移動し、結晶内の光路長を調節でき
る。

【００１１】

【作用】レーザーの各光学要素は精度よく製作されてい
るので調整角度は約１度以下である。従って、ネジの緩
みによる前後左右の移動量（首ふり）は角度でいって１
度以下で十分である。従来品の様に数十度近くの回転自
由度は不要である。このネジ部の緩みのため、移動調整
は滑らかに、且つ外からの調整治具の精度に応じて調整
が可能である。しかも、緩みが１度以下なので失敗して
も大きくずれる心配はない。

【００１２】接着剤はネジ部の所にのみ塗布してあるの
で、接着剤の厚さは薄い。せいぜい０．１〜０．２ｍｍ
程度であるから、接着剤の固化時の収縮によって引き起
こされる角度ずれと固化後の温度変化によっ引き起こさ
れる、熱膨張（収縮）による角度ずれは小さく抑えられ
る。再調整が不必要なため、接着力の強い接着剤を使う
ことが可能である。また、接着剤の厚さを薄くできる
（両物体間の距離が小さい）ため、両物体の接着力はよ
り強く、振動等に対して特に丈夫なレーザー装置にでき
る。

【００１３】ネジを利用した上下方向の移動方法はネジ
の１ピッチ毎のとびとびでしか利用できない。それはＫ
ＴＰ結晶のＳＨＧ（第２高調波発生）の最適方法が決ま
っているからである。つまり結晶は水平面内のある方向
でしか使えない。結晶につけてある楔の角度（ＫＴＰの
入射面と出射面の平行度）は１度以下である。

【００１４】仮に０．５°の楔角の時、上下方向に結晶
を移動したときの光路長の変化は約８．７μｍである。
リターデーションのＫＴＰ結晶長に関する１周期は約
６．５μｍなので、結晶を上下に１ｍｍ移動させれば１
周期以上かわりうる。各リターデーションの値に対して
適切な設定温度はきまり、また温度も周期性を持ってい
るので（例えば３ｍｍ結晶長の場合１６°Ｃ）、最適温
度の周期温度の整数倍の上下に最適温度がある。リター
デーションの１周期分さえ確保されていれば、結晶厚み
を適当にとれば対応して温度調節の設定温度はきめら
れ、任意の温度での温度調節が可能である。

【００１５】

【実施例】実験Ｎｏ．１…直径３ｍｍの銅棒の一方の端
をピッチ０．２ｍｍのネジにきり、他端は９０度のＶ字
状の切込みを入れたものを用意した。Ｖ字の切込みを入
れた所に非線形光学結晶のＫＴＰ（寸法２×２×３ｍ
ｍ）を接着剤で固定した。発振器の一方の反射鏡である
凹面鏡には１．０６μｍの光に対してほぼ１００％（９
９．９％）の反射率を持つ膜が施してある。また一方を
同様な反射率を持つ膜を施したＮｄドープＹＶ０４結晶
（寸法３×３×１ｍｍ）をレーザー結晶として用いた。

【００１６】反射鏡とＹＶ０４結晶の間にＫＴＰ結晶を
固定した当治具を入れ内部共振器を構成し、１Ｗ級の半
導体レーザー（波長０．８０９μｍ）でＮｄドープＹＶ
０４結晶を励起した。なお本レーザー装置の固定基板は
やはり銅で出来ており、ＫＴＰの位置にあたるところに
ネジ穴が作ってある。雄ネジのネジ山を少し紙やすりで
削ることによって雄ネジと雌ネジの間の隙間を少し作っ
た。

【００１７】ＫＴＰ結晶を固定したネジには紫外線硬化
型の接着剤（エポキシ系）が塗布してある。半導体レー
ザーでＹＶ０４結晶を照射しながら凹面反射鏡を調整し
発振が最大になるように調整した後、ＫＴＰ結晶の治具
をやはり緑色光の出力が最大になるように調整をした
後、接着剤を硬化させた。

【００１８】反射鏡を調整段階で最適の位置にして、基
本波（１．０６μｍの発振）の出力とビーム形状を見、
接着剤が固化する途中での変化を追跡した。ビーム形
状、出力（３ｍＷ）共に変化は見れなかった。当接着剤
は固化に伴う収縮率は約２％である（カタログ値）の
で、従来の盛土風の使い方であると出力で２０％近い変
化があるのが普通である。

【００１９】次にＫＴＰ結晶を入れ、緑色光（波長：
０．５３μｍ）の出力を見ながら結晶方位を調整し、最
大となった所で同様に保持する。このとき、固化の前後
での結晶方位の変化を見るため、上記と同様に、緑色光
のビーム形状と出力の時間変化を追跡した。ビーム形状
に変化は認められなかった。出力ははじめ約６５ｍＷあ
り、約１時間追跡したが、１％程度の幅を持つ一様な変
動しか観察出来なかった。これは、結晶の方位の変化と
は関係ないと思われる。

【００２０】２％の体積変化があると仮定したとき、１
次元方向の収縮は２／３％程度であろう。ネジ部がただ
一つの方向にのみ約０．７％（＝２／３％）の収縮があ
ったとしても（一般にはネジ部全面に一様に接着剤がつ
いているのだからある方向だけ縮むというのは考えられ
ないが）、結晶の方位の角度変化はせいぜい１分程度で
ある。この程度では出力の変化は０．１％以下である。
従って、計算でも出力の変化が見えないことが裏付けら
れる。

【００２１】温度を２０度Ｃから４０度Ｃまで変化させ
て、緑色光の出力変化をみた。レーザー装置を恒温室に
いれ、５度Ｃ／時間で変化させて出力の変化をみた。約
４時間の間に１％程度の一様な変動以外には１方向の変
化は見られなかった。この接着剤の熱膨張係数は２×１
０^-5（１／ｄｅｇ）である。上記と同様に見積ってみる
と、２０度の変化で４×１０^-4の膨張である。これを結
晶や反射鏡の角度変化で見てみると、一方的に膨張した
としても、角度で約１．５秒である。これでは変化は見
えなくて当然である。

【００２２】実験Ｎｏ．２…実験Ｎｏ．１と同様なネジ
のきってある治具を用意した。ＫＴＰ（寸法２×２×３
ｍｍ）として上下方向にくさび状になったものを当治具
に接着剤で固定した。ここでＫＴＰのくさびの角度は
０．５度にしてある。またＫＴＰには温度調節用に０．
０５ｍｍ径の鉄線をヒーターとして巻いてある。その他
は実験Ｎｏ．１と同様である。半導体レーザーでＹＶ０
４結晶を照射しながら凹面反射鏡を調整し発振が最大に
なるように調整した後、ＫＴＰ結晶に約４０度Ｃの温度
調節をかけて、ＫＴＰを緑色光の出力が最大になるよう
に調整をする。そして、ＫＴＰ結晶を１ピッチ上ないし
下へ移動させる。出力が大きくなった方（ここでは上）
へ更に１ピッチ移動させる。それを出力がむしろ減少す
るまで繰り返す。数ピッチ移動後、出力が最大になると
ころが見つかったのでそこで今度は温度を少し変えて
（ここでは数度Ｃ）更に温度変化することによって、出
力が最大になるところで、接着剤を硬化させた。

【００２３】各ピッチでの緑色光出力のグラフを作成し
たところ、リターデーションによる出力の周期性が確認
でき、この方法の有効性がわかる。

【００２４】

【発明の効果】本発明により、小型レーザーで結晶や反
射鏡が簡単に調整でき、接着剤の固化時の収縮や温度変
化に伴う熱膨張（収縮）による角度方位の変化がほとん
ど無視出来る様になった。また、上下方向にも簡単に移
動できるようになった。これで、ＫＴＰ結晶にくさび状
加工を施して光路長調節によるリターデーション補償が
出来るようになり、温度調節にしてもヒーターだけでの
調節が可能となった。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板に設けられたネジ穴と、レーザー結
   晶、非線形光学結晶、鏡面等の光学要素を保持する部材
   の下部に設けたネジとの間の隙間を振れ角１度以下と
   し、該光学要素を保持部材に搭載後角度調整、高さ調整
   し、ネジの隙間の接着剤を固化せしめることを特徴とす
   る、光学要素の保持方法。