JPH07154021A - 波長可変型青色レーザ装置 - Google Patents

波長可変型青色レーザ装置

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JPH07154021A
JPH07154021A JP30146993A JP30146993A JPH07154021A JP H07154021 A JPH07154021 A JP H07154021A JP 30146993 A JP30146993 A JP 30146993A JP 30146993 A JP30146993 A JP 30146993A JP H07154021 A JPH07154021 A JP H07154021A
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JP
Japan
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laser
optical
crystal
wavelength
optical film
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Application number
JP30146993A
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English (en)
Inventor
Yasushi Inagaki
靖 稲垣
Yasuji Hiramatsu
靖二 平松
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Ibiden Co Ltd
Original Assignee
Ibiden Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 任意の波長の青色領域のレーザ光を、従来よ
りも高い変換効率で容易に発生させることができ、さら
に波長選択方法が容易な波長可変型青色レーザ装置を提
供すること。 【構成】 半導体レーザを光源とする励起光源系と;入
・出射の両端面にそれぞれ光学膜を有する固体レーザ結
晶と、各端面にそれぞれ光学膜を有する非線形光学結晶
と、必要に応じて設けられる主共振器出力ミラーとから
なる主共振器と、コリメートレンズと、そして、各端面
にそれぞれ光学膜を有する光路変向用波長選択ミラー
と、波長選択用複屈折フィルターもしくは電気的波長選
択素子と、入射側端面に光学膜を有する副共振器出力ミ
ラーとを順次配列した副共振器とからなるレーザ共振
系;からなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、発振波長可変レーザ、
特に非線形光学結晶を使うことにより、固体レーザ発振
光の波長変換を行なうことにより青色領域のレーザ光を
発生させることのできる波長可変型青色レーザ装置に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】図1は、非線形光学結晶を用いて青色領
域のレーザ光を発生するための従来の波長可変型青色レ
ーザ装置の構成を示す図である。以下に、従来の波長可
変レーザ装置の構成について説明する。図1において、
クリプトンレーザ等の光源1から発した固体レーザ結晶
励起用出力光2は、集光レンズ3および凹面ミラー41に
よって集光され、固体レーザ結晶であるCr−LiSr
AlF6 (以下、「Cr:LiSAF」と略記する)5
に入射される。励起用光源からの出力光であるレーザ光
2によって励起されたこのCr:LiSAFは、赤外線
領域である 750〜1000nmの波長の蛍光光線を発生す
る。そして、この赤外域の蛍光光線は、4枚の凹面鏡4
1, 42, 43, 44から構成されるレーザ共振器によって誘
導増幅され、高出力レーザ光6を放射する。上記の装置
構成において、共振器を経て放射するレーザ光は、750
〜1000nmの波長域内で4枚の凹面鏡41, 42, 43, 44に
よって構成される共振器の利得が最高となる波長を有す
るものであることから、比較的広い発振波長幅を持って
いる。そこで、従来は、これを解消するために、前記2
枚の凹面鏡42, 43の間に複屈折フィルター8を配置し、
750 〜1000nmの波長域の内、特定の波長の光束のみを
発振させるようにしている。しかも、他の位置, すなわ
ち、2枚の凹面鏡43,44の間には非線形光学結晶9を配
置し、選択された発振波長のレーザ光6を、この非線形
光学結晶9を通過させて波長変換することによって、励
起されたレーザ光6の半分の波長である青色領域(波
長:375 〜500 nm)の第2高調波(以下、「SHG」
と略記する。) 光を発生させる構成をとっている。な
お、このようにして発生した青色領域のSHG光は、凹
面鏡44から共振器外部に取り出す。このようにして、従
来は、青色領域の任意の発振波長を持ったレーザ光を得
ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の波長可変型青色レーザ発振装置については、以下に
述べるような問題点があった。 基本波の発振波長の選択は、上記したように、共振
器を構成する2枚の凹面鏡42, 43の間に複屈折フィルタ
ー8を配置することによって、レーザ光6の光軸を軸と
して機械的に回転することによって行っている。ところ
で、レーザ発振における共振器内の損失は、レーザ発振
の効率に著しく影響を及ぼす。従って、レーザ発振効率
を上げるためには、共振器内に設けた波長選択素子であ
る前記複屈折フィルター8による損失をできるだけ減ら
す工夫及び機構が必要である。 上記の装置構成では、SHG光を効率良く発生させ
るためには、共振するレーザ光6が固体レーザ結晶5の
中心に集光され、複屈折フィルター8中を平行光で通過
し、さらに非線形光学結晶9の中心で集光されるように
構成することが必要である。そのために、4枚の凹面鏡
41, 42, 43, 44が必要となり、複雑な装置構成のものに
ならざるを得ない。従って、もっと装置構成を簡素化す
ることが必要である。 波長選択した基本波を、2枚の凹面鏡43, 44の間に
配置した非線形光学結晶9中で効率良く波長変換できる
ようにするには、非線形光学結晶の結晶軸と基本波レー
ザ光6との角度を機械的に調整する必要があり、基本波
の波長選択動作と波長変換動作の2つの機械的動作を行
わなければならない。しかし、従来装置の場合、この点
の構成に関する手当てがない。
【0004】従来技術が抱えているこうした問題点に対
し、共振器内損失を増加させることなしに基本波の波長
選択を行う、図2に示すような装置構成の技術が、「O
PTICS LETTERS」No.1、Vol.17、p43〜45
(1992)で紹介されている。この技術は、図2に示す構成
に明らかなように、半導体レーザ(以下、「LD」と略
記する)等の光源11から発した固体レーザ結晶励起用レ
ーザ光13が、集光レンズ12によって集光され、固体レー
ザ結晶であるCr:LiSAF 15 へ入射される。な
お、この固体レーザ結晶15の両端面には、誘電体多層膜
141, 142が形成されており、入射側の第1誘電体多層膜
141 は、波長 750〜1000nmの光を完全に反射し、その
反対側の第2誘電体多層膜142 は同波長域において一部
を透過する低反射となる特性を有しているものである。
すなわち、この第1, 2誘電体薄膜141, 142と前記固体
レーザ結晶15とで共振器を構成し、レーザ光13が固体レ
ーザ結晶15を励起することによって発生した蛍光光が両
端面(上記第1,2誘電体多層膜 141, 142 )の間で共
振することによって誘導増幅され、基本波のレーザ光を
発生する。この発生したレーザ光は、コリメートレンズ
16および波長選択素子17を通過した後、平行ミラー18に
よって反射され、再び同光路を通って前記第2誘電体多
層膜(反射端面 142) に達する。そして、この第2誘電
体多層膜142 の反射端面と前記平行ミラー18との間で別
の共振器(以下「副共振器」という)が構成され、この
副共振器内で波長選択および純化した後、前記主共振器
へ光を帰還させる。この帰還された反射光によって主共
振器内で発生するレーザ光の波長が決定される仕組みに
なっている。
【0005】上記技術は、セルフインジェクションロッ
キング (Self-Injection Locking)法と呼ばれており、
波長選択素子による光損失が比較的良くなくても、全体
としての共振器内損失はさほど大きくならず、結果とし
て効率良くレーザ発振させることができる利点がある。
しかし、この既知技術の場合は、主共振器内SHG光に
波長変換するための非線形光学結晶を配置するための空
間を取ることができないという問題点があった。
【0006】そこで、本発明の目的は、上記既知技術
(セルフインジェクションロッキング法)が抱えている
問題点を解決するべく検討した結果なされたものであっ
て、任意の波長の青色領域のレーザ光を、従来よりも高
い変換効率で容易に発生させることができ、さらに波長
選択方法が容易な波長可変型青色レーザ装置を提供する
ことにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上掲の目的を実現するた
めに開発した本発明の波長可変型青色レーザ装置の考え
方について、以下に説明する。 基本波レーザ光を容易にかつ高い効率で発生させる
ために、本発明では、固体レーザ結晶として、半導体レ
ーザ(LD)で励起可能で、 750〜1000nmの広い赤外
線領域の蛍光光を効率よく発生するCr:LiSAFあ
るいはCr:LiCAF(Cr−doped LiCAlF
6 )結晶を使用する。 基本波の発振効率を低下させないで発振波長選択を
行うために、主共振器と副共振器とを具え、その副共振
器としては波長選択素子を具えるセルフインジェクショ
ンロッキング法を採用する。 発生した基本波を効率よくSHG光に波長変換する
ために、主共振器内のビームウエスト位置(基本波ビー
ム径が最小となる位置)に非線形光学結晶を配置する。 発生したSHG光を効率良く共振器外部に取り出す
ために、副共振器内に波長選択ミラーを設ける。 基本波の発振波長の選択を自動化するために、波長
選択素子として、電気駆動型の複屈折フィルターを使用
する。 基本波からSHG光へ効率良く波長変換する位相整
合法を自動化するために、非線形光学結晶としてKNb
3 (以下、「KN」と略記する)を使用し、電気的に
温度が変化可能なペルチェ素子による温度位相整合法を
採用する。
【0008】このような着想の下に構成した本発明レー
ザ装置は、以下のように構成される。 (1) 非線形光学結晶を利用して短波長レーザ光を発生さ
せる, 励起光学系とレーザ共振系とからなる固体レーザ
装置において、上記励起光学系の光源として半導体レー
ザを用い、そして上記レーザ共振系には;入射面側の端
面とその後面側の端面とにそれぞれ光学膜を設けてなる
固体レーザ結晶と、平行な各端面にそれぞれ光学膜を設
けてなる非線形光学結晶と、該非線形光学結晶側の端面
が凹面成形されていると共に各端面にはそれぞれ光学膜
を設けてなる主共振器出力ミラーと、の順次配列に係る
主共振器と、コリメートレンズと、そして、各端面にそ
れぞれ光学膜を設けてなる光路変向用波長選択ミラー
と、波長選択用複屈折フィルターと、入射側の端面に光
学膜を設けてなる副共振器出力ミラーと、の順次配列に
かかる副共振器、とを配置したことを特徴とする波長可
変型青色レーザ装置。
【0009】(2) 非線形光学結晶を利用して短波長レー
ザ光を発生させる, 励起光学系とレーザ共振系とからな
る固体レーザ装置において、上記励起光学系の光源とし
て半導体レーザを用い、そして上記レーザ共振系には;
入射面側の端面とその後面側の端面とにそれぞれ光学膜
を設けてなる固体レーザ結晶と、後面側が凸面成形され
ていると共に各端面にはそれぞれ光学膜を設けてなる非
線形光学結晶と、の順次配列に係る主共振器と、コリメ
ートレンズと、そして、各端面にそれぞれ光学膜を設け
てなる光路変向用波長選択ミラーと、電気的波長選択素
子と、入射側の端面に光学膜を設けてなる副共振器出力
ミラーと、の順次配列にかかる副共振器、とを配置した
ことを特徴とする波長可変型青色レーザ装置。
【0010】(3) 非線形光学結晶を利用して短波長レー
ザ光を発生させる, 励起光学系とレーザ共振系とからな
る固体レーザ装置において、上記励起光学系の光源とし
て半導体レーザを用い、そして上記レーザ共振系には;
入射面側の端面とその後面側の端面とにそれぞれ光学膜
を設けてなると共に、その入射面側の端面が凸面成形さ
れている固体レーザ結晶と、平行な各端面にそれぞれ光
学膜を設けてなる非線形光学結晶と、の順次配列に係る
主共振器と、コリメートレンズと、そして、各端面にそ
れぞれ光学膜を設けてなる光路変向用波長選択ミラー
と、電気的波長選択素子と、入射側の端面に光学膜を設
けてなる副共振器出力ミラーと、の順次配列にかかる副
共振器、とを配置したことを特徴とする波長可変型青色
レーザ装置。
【0011】
【発明の具体的構成】
実施例1 本発明にかかる装置の好適実施例の1つを、図3に基づ
いて説明する。この例に示す装置において、固体レーザ
励起用光源101 としては、ペルチェ素子によって波長を
670nmに調整したLDを用いた。このLD光103 の出
力は、焦点距離f=5mmの集束レンズ102 を介して集束
され、固体レーザ結晶105 へ入射させる。
【0012】上記固体レーザ結晶105 としては、平行平
板のCr:LiSAF(素子長:1mm、Crドープ量:
3%)を使用した。そして、このCr:LiSAF固体
レーザ結晶105 の光源側の端面と、その反対側 (非線形
光学結晶109 の側) の端面には、下記の如き所定の反射
率を有する誘電体多層膜である光学膜1051, 1052がそれ
ぞれ形成してある。すなわち、この光学膜1051の光源側
(入射側) での反射率 (以下、「R1」と略記する)
は、 R1(励起用LDの波長: 670nm)= 0.1 %、 R1(基本波:λ= 750〜1000nm)> 99.9 %、 R1(高調波:λ/2= 375〜500 nm)>99.5% である。一方、その反対側に当たる後面側端面:即ち非
線形光学結晶側の光学膜1052での反射率(以下、「R
1’」と略記する)は、 R1’(基本波:λ=750 〜1000nm)=0.1 % の特性を有する。
【0013】上記固体レーザ結晶105 から放射した基本
波レーザ光(蛍光光)をSHG光に変換するために、本
発明では、コリメートレンズ107 との間に非線形光学結
晶109 を配置する。この非線形光学結晶109 としては、
5mm(素子長)のβ−BaB2O3を使用した。この非線形光
学結晶109 の両端面にも、上記と同様の光学膜1091,109
2が形成されており、その反射率(以下、「R2」と略
記する)は、 R2(基本波:λ=750 〜1000nm)<0.5 % R2(高調波:λ/2=375 〜500 nm)<0.5 % の特性を有するものである。
【0014】次に、上記非線形光学結晶109 の光路後方
には、主共振器出力ミラー106 を配置する。この主共振
器出力ミラー106 は、合成石英凹面(曲率半径=30mm)
基板表面に光学膜1061, 1062を形成したものであり、そ
のうちの非線形光学結晶109側の光学膜1061の反射率
(以下「R3」と略記する)は、 R3(基本波:λ=750 〜1000nm)>99.0% R3(高調波:λ/2=375 〜500 nm)>90% の特性を有するものである。一方、その反対側のレーザ
光出力側表面に設けてなる光学膜1062の反射率(以下、
「R3’」と略記する) は、 R3’(基本波:λ=750 〜1000nm)<0.5 % R3’(高調波:λ/2=375 〜500 nm)<0.5 % の特性を有するものである。
【0015】このようにして、固体レーザ結晶105 に入
射したLD光103 は、固体レーザ結晶105 を励起し、75
0 〜1000nmの波長域の蛍光光を発生する。この蛍光光
は、固体レーザ結晶105 の端面に形成した光学膜1051と
主共振器出力ミラー106 端面の凹面部に形成した光学膜
1061による共振ミラーによって共振し、誘導増幅され、
レーザ発振を開始する。そして、この主共振器によって
誘導増幅されたレーザ光の一部は、主共振器出力ミラー
106 から出射し、コリメートレンズ107 によって平行光
線となったのち、次に、後で詳述する副共振器におい
て、この平行光線に対して45°の傾きをもって配置され
る波長選択ミラー108 を介して、光路が90°変向され
る。この波長選択ミラー108 によって光路変向された主
共振器からのレーザ光は、このレーザ光の光軸に対して
ブリュースター角(表面反射率が零となる角度)に配置
された水晶製の複屈折フィルター110 を通過し、その
後、副共振器出力ミラー111 によって全反射され、再び
同じ光路を通って、主共振器出力ミラー106 まで戻され
る。
【0016】そして、主共振器出力ミラー106 端面に形
成した光学膜1061による反射鏡まで戻されたレーザ光
は、この反射鏡によって反射され、副共振器出力ミラー
111 との間で共振増幅を開始する。レーザ光は、この共
振増幅の間に波長選択フィルターである複屈折フィルタ
ー110 によって、波長選択および純化が行われる。この
時の波長選択は、複屈折フィルター110 をレーザ光の光
軸を中心軸とし、機械的に回転することによって行っ
た。さらに、この副共振器内で増幅され、波長選択及び
純化されたレーザ光の一部が主共振器出力ミラー106 端
面に形成した光学膜1061による反射鏡を通過し、主共振
器に帰還される。この帰還したレーザ光が主共振器の発
振をロッキングし、主共振器内においても副共振器内と
同じ波長の光が共振するようになる。このようにして、
波長選択された基本波光が主共振器内に位置した非線形
光学結晶であるβ−BaB2O3結晶を通過することによって
波長変換されSHG光を発生することになる。
【0017】なお、上記の構成において、前記コリメー
トレンズ表面には、基本波(λ=750 〜1000nm)及び
高調波(λ/2=375 〜500 nm)の光に対して無反射
となる光学薄膜が形成されており、また、波長選択ミラ
ー108 には、合成石英平行平板基板の各端面に光学膜10
81, 1082が形成されている。とくに、このうちのコリメ
ートレンズ107 側の端面に設けた光学膜1081の反射率
(以下、「R4」と略記する) は、 R4(基本波:ω=750 〜1000nm)> 99.9 %、 R4(高調波:2ω=375 〜500 nm)<0.5 % の特性を有し、他方の端面に設けた光学膜1082の反射率
(以下、「R4’」と略記する)は、 R4’(高調波:2ω=375 〜500 nm)<0.5 % の特性を有する。前記副共振器出力ミラー111 は、合成
石英製の平行平板の端面に光学膜1111を形成したもので
あり、その複屈折フィルター110 側での該光学膜1111の
反射率(以下、「R5」と略記する)は、 R5(基本波:ω=750 〜1000nm)> 99.8 % の特性を有する。
【0018】また、上記の構成において、基本波の光軸
に対するβ−BaB2O3結晶の結晶軸の角度を機械的に回転
制御して位相整合を行い、発生したSHG光は、主共振
器出力ミラー106 、コリメートレンズ107 および波長選
択ミラー108 を通過し、共振器外部に出射させた。
【0019】その結果、従来の方法では、約3Wの励起
レーザパワーに対して最高約8mWの青色光しか得られ
ず、発生波長域も 395〜435 nmであったのに対し、上
記構成にかかる本発明レーザ装置の場合、注入同期法を
用いた高効率化によって約200 mWのLD励起パワーに
おいて 380〜480 nmに亘る広帯域において、10mW以
上の青色レーザを任意選択的に得ることができた。な
お、本発明において、上記非線形光学結晶としてβ−Ba
B2O3を用いたが、LiB2O5あるいはKNなど他の無機非線
形光学結晶を非線形光学素子として使用することができ
る。
【0020】実施例2 本発明の他の好適実施例を図4に基づいて説明する。固
体レーザ励起用光源101 には、ペルチェ素子によって波
長を670 nmに調整したLDを用いた。そのLDから発
生した固体レーザ励起用LD光103 の出力は、焦点距離
f=5mmの集束レンズ102 により集束され、固体レーザ
結晶105 へ入射される。
【0021】かかる固体レーザ結晶105 としては、平行
平板のCr:LiSAF(素子長:1mm、Crドープ
量:3%)を使用した。このCr:LiSAF固体レー
ザ結晶105 の光源側の端面と、その反対側の端面( 非線
形光学結晶209)側には、光学膜1051, 1052がそれぞれ形
成されている。光源側の端面に設けた光学膜1051の反射
率(R1)は、 R1(励起用LDの波長:670 nm)=0.1 %、 R1(基本波:λ=750 〜1000nm)> 99.9 %、 R1(高調波:λ/2=375 〜500 nm)>99.5% の特性を有するものである。一方、該固体レーザ105 の
非線形光学結晶209 側の端面に設けた光学膜の反射率
(R1’)は、R1’(基本波:λ=750 〜1000nm)
=0.1 %である。
【0022】上記固体レーザ結晶から放射される蛍光光
をSHG光に変換するために、コリメートレンズ107 の
前に、次のような非線形光学結晶209 を用いる。この非
線形光学結晶209 としては、5mm(素子長)のβ−BaB2
O3を使用した。そして、この非線形光学結晶209 の固体
レーザ結晶105 側の端面は平面に、また、その他側の端
面は曲率半径:r=30mmの凸面加工が施されており、さ
らに、この非線形光学結晶209 の両端面には各々光学膜
2091, 2092が形成されていて、固体レーザ結晶105 側の
表面の反射率(R6)は、 R6(基本波:λ=750 〜1000nm)<0.5 %、 R6(高調波:λ/2=375 〜500 nm)<0.5 % の特性を有し、また、他面側の反射率(R6’)は、 R6’(基本波:λ=750 〜1000nm)> 99.0 % R6’(高調波:λ/2=375 〜500 nm)<0.5 % の特性を有する。
【0023】このようにして、固体レーザ結晶105 に入
射したLD光103 は、固体レーザ結晶105 を励起し、75
0 〜1000nmの波長域の蛍光光を発生する。この蛍光光
は、固体レーザ結晶105 の端面に形成した光学膜1051に
よる共振ミラーと非線形光学結晶209 端面に形成した光
学膜2092による共振ミラーによって共振し、誘導増幅さ
れ、レーザ発振を開始する。この例では、実施例1と比
較して、非線形光学結晶209 端面に主共振器出力ミラー
を形成しているため、部品点数が少なくなるとともに、
主共振器内の光損失が低減されるという効果も期待され
る。この主共振器によって効率よく誘導増幅されたレー
ザ光の一部が主共振器出力ミラーである非線形光学結晶
の凸面表面に形成した光学膜2092から出射し、コリメー
トレンズ107 によって平行光線となった後、この平行光
線に対して45°の傾きをもって配置された波長選択ミラ
ー108によって、光路が90°変化する。この波長選択ミ
ラー108 によって光路を変向された主共振器からのレー
ザ光は、光偏光制限素子と電気的に光位相が変化可能な
素子との組合せからなる電気的波長選択素子210 を通過
した後、副共振器出力ミラー111 によって全反射され、
再び同じ光路を通って、主共振器出力ミラー2092まで戻
される。
【0024】なお、上記のコリメートレンズ表面には、
基本波(λ=750 〜1000nm)及び高調波(λ/2=37
5 〜500 nm)の光に対して無反射となる光学薄膜が形
成され、また、上記波長選択ミラー108 は、合成石英製
の平行平板の各端面に光学膜1081, 1082を形成したもの
である。この波長選択ミラー108 のコリメートレンズ10
7 側の端面に設けた光学膜1081の反射率(R4)は、 R4(基本波:ω=750 〜1000nm)> 99.9 %、 R4(高調波:2ω=375 〜500 nm)<0.5 % の特性を有し、そして、その他方の端面に設けてなる光
学膜1082の反射率(R4’)は、 R4’(高調波:2ω=375 〜500 nm)<0.5 % の特性を有するものである。
【0025】以上説明したように、この例に挙げたレー
ザ装置において、非線形光学結晶209 端面に形成した光
学薄膜2092による反射鏡まで戻されたレーザ光は、さら
にこの反射鏡によって反射され、副共振器出力ミラー11
1 との間で共振増幅を開始する。そして、共振レーザ光
は、この共振増幅の間に電気的波長選択素子210 によっ
て、波長選択及び純化される。なお、この時の波長選択
は、電気的波長選択素子210 を構成する液晶位相可変装
置への印加電圧を0〜20Vまで変化させることによって
行った。さらに、この副共振器内で増幅され、波長選択
及び純化されたレーザ光の一部は、非線形光学結晶209
端面に形成した光学膜2092による反射鏡を通過し、主共
振器に帰還され、さらに、この帰還したレーザ光が主共
振器の発振をロッキングし、主共振器内においても副共
振器内と同じ波長の光が共振するようになる。このよう
にして、波長選択された基本波光が主共振器内に位置し
た非線形光学結晶であるβ−BaB2O3結晶を通過すること
によって波長変換されSHG光を発生する。なお、この
場合における位相整合法は基本波の光軸に対するβ−Ba
B2O3結晶の結晶軸の角度を機械的に回転制御して行っ
た。また、発生したSHG光は、非線形光学結晶209 端
面に形成した光学薄膜2092、コリメートレンズ107 およ
び波長選択ミラー108 を通過し、共振器外部に出射され
た。
【0026】また、この実施例においては、光偏光制御
素子に1mm厚の合成石英平行平面板を主共振器からのレ
ーザ光の光軸に対してブリュースター角の角度をもって
配置したものを、また、電気的に光位相が変化可能な素
子として液晶位相可変装置(Meadowlark Optics 社製)
を使用した。そして、副共振器出力ミラー111 は、合成
石英製の平行平板の端面に光学膜1111を形成したもので
あり、その電気的波長選択素子210 側端面の反射率(以
下、「R5」と略記する)は、R5(基本波:ω=750
〜1000nm)> 99.8 %の特性を有するものである。
【0027】このレーザ装置の場合、上記実施例1の場
合では、約200 mWのLD励起パワーにおいて、380 〜
480 nmの波長域で10mW程度の青色レーザ光が得られ
たが、この例では非線形光学結晶と主共振器出力ミラー
を一体化したことにより、約200 mWのLD励起パワー
において380 〜480 nmの波長域で15mW以上の青色レ
ーザ光が得られ、SHG光を高効率で発生させることが
できた。さらに、基本波の波長選択が電気的に行うこと
ができるため、非線形光学結晶209 の回転による位相整
合調整と一体化することができるようになり、波長選択
が容易に行えるようになった。本発明において、非線形
光学結晶にβ−BaB2O3を用いたが、LiB2O5あるいはKN
など他の無機非線形光学結晶を非線形光学素子として使
用しても良い。
【0028】実施例3 本発明のさらに他の好適実施例を図5に基づいて説明す
る。固体レーザ励起用光源101 には、ペルチェ素子によ
って波長を670 nmに調整したLDを用いた。そして、
その固体レーザ励起用LD光103 の出力は、焦点距離f
=5mmの集束レンズ102 により集束され、固体レーザ結
晶305 へ入射される。
【0029】かかる固体レーザ結晶305 には、1mm厚の
Cr:LiSAF(Crドープ量:3%)を使用した。
この固体レーザ結晶305 の光源側の端面は、曲率半径:
r=30mmの凸面加工、他端面は平面加工が施されてお
り、さらに、このCr:LiSAF固体レーザ結晶305
の光源側の端面と、非線形光学結晶309 側の端面には、
光学膜3051, 3052がそれぞれ形成されており、該光源側
端面の光学膜3051の反射率(R1)は、 R1(励起用LDの波長:670 nm)=0.1 %、 R1(基本波:λ=750 〜1000nm)> 99.9 %、 R1(高調波:λ/2=375 〜500 nm)> 99.5 % の特性を有するものである。一方、非線形光学結晶側の
端面に設けてなる光学膜3052の反射率(R1’) は、 R1’(基本波:λ=750 〜1000nm)=0.1 % の特性を有する。
【0030】次に、上記固体レーザ結晶305 の放射側に
は、非線形光学結晶309 が配置される。この非線形光学
結晶309 としては、非平行面に加工した5mm(素子長)
のKN結晶を使用した。そして、この非線形光学結晶30
9 の両端面には、各々光学膜3091, 3092が形成されてお
り、そのうちの固体レーザ結晶305 側の端面に形成した
光学膜3091の反射率(R6)は、 R6(基本波:λ=750 〜1000nm)<0.5 %、 R6(高調波:λ/2=375 〜500 nm)<0.5 % の特性を有し、そして、その他面側の端面に設けてなる
光学膜3092の反射率(R6’) は、 R6’(基本波:λ=750 〜1000nm)> 99.0 %、 R6’(高調波:λ/2=375 〜500 nm)<0.1 % の特性を有するものである。
【0031】このようにして、固体レーザ結晶305 に入
射したLD光103 は、固体レーザ結晶305 を励起し、75
0 〜1000nmの波長域の蛍光光を発生する。この蛍光光
は、固体レーザ結晶305 の端面に形成した光学膜3051に
よる共振ミラーと非線形光学結晶309 端面に形成した光
学膜3092による共振ミラーによって共振し、誘導増幅さ
れ、レーザ発振を開始する。この例では、実施例2と比
較して、非線形光学結晶309 端面が平面に、固体レーザ
結晶305 端面が凸面加工されているため、主共振器内の
共振ビームのビームウエスト位置が非線形光学結晶309
内に存在するため、基本波からSHG光への変換効率が
向上するという効果が期待される。
【0032】上記の主共振器によって効率よく誘導増幅
されたレーザ光の一部は、主共振器出力ミラーである非
線形光学結晶の一端面に形成した光学膜3092から出射
し、コリメートレンズ107 によって平行光線となった
後、この平行光線に対して45°の傾きをもって配置され
た波長選択ミラー108 によって、光路が90°変向され
る。この波長選択ミラー108 によって光路を変向された
主共振器からのレーザ光は、光偏光制限素子と電気的に
光位相が変化可能な素子との組合せからなる電気的波長
選択素子210 を通過した後、副共振器出力ミラー111 に
よって全反射され、再び同じ光路を通って、主共振器出
力ミラー3092まで戻される。
【0033】なお、このコリメートレンズ表面には、基
本波(λ=750 〜1000nm)及び高調波(λ/2=375
〜500 nm)の光に対して無反射となる光学薄膜が形成
されている。また、波長選択ミラー108 は、合成石英製
の平行平板の各端面に光学膜1081, 1082を形成したもの
であり、そのコリメートレンズ107 側端面に設けた光学
膜は反射率(R4)が、 R4(基本波:ω=750 〜1000nm)> 99.9 %、 R4(高調波:2ω=375 〜500 nm)<0.5 % の特性を有するものであり、他方の側の端面に設けてな
る光学膜の反射率(R4’)は、 R4’(高調波:2ω=375 〜500 nm)<0.5 % の特性を有するものである。
【0034】以上の実施例においては、光偏光制御素子
に1mm厚の合成石英製の平行平板を主共振器からのレー
ザ光の光軸に対してブリュースター角の角度をもって配
置したものを、また、電気的に光位相が変化可能な素子
として液晶位相可変装置(Meadowlark Optics社製)を使
用した。さらに、副共振器出力ミラー111 は、合成石英
製の平行平板の端面に光学膜1111を形成したものであ
り、その電気的波長選択素子210 側の端面に設けた光学
膜の反射率(R5)は、 R5(基本波:ω=750 〜1000nm)> 99.8 % の特性を有するものである。
【0035】以上説明したように、非線形光学結晶309
の端面に形成した光学薄膜3092による反射鏡まで戻され
たレーザ光は、さらにこの反射鏡によって反射され、副
共振器出力ミラー111 との間で共振増幅を開始する。レ
ーザ光は、この共振増幅の間に電気的波長選択素子210
によって、波長選択及び純化される。この時の波長選択
は、電気的波長選択素子210 を構成する液晶位相可変装
置への印加電圧を0〜20Vまで変化させることによって
行った。さらに、この副共振器内で増幅され、波長選択
及び純化されたレーザ光の一部が非線形光学結晶309 端
面に形成した光学膜3092による反射鏡を通過し、主共振
器に帰還される。この帰還したレーザ光が主共振器の発
振をロッキングし、主共振器内においても副共振器内と
同じ波長の光が共振するようになる。このようにして、
波長選択された基本波光が主共振器内に位置した非線形
光学結晶であるKN結晶を通過することによって波長変
換されSHG光を発生する。
【0036】なお、この場合における位相整合法はKN
結晶の温度をペルチェ素子によって電気的に0〜50℃ま
で変化させることによって行った。発生したSHG光
は、非線形光学結晶309 端面に形成した光学薄膜3092、
コリメートレンズ107 および波長選択ミラー108 を通過
し、共振器外部に出射された。その結果、上記実施例2
の場合では、約200 mWのLD励起パワーにおいて 380
〜480 nmの波長域で15mW程度の青色レーザ光が得ら
れたが、この例に示すレーザ装置では、非線形光学結晶
に非線形光学定数の大きなKN結晶を使用し、また、位
相整合法として電気的に結晶温度を制御しているため、
約200 mWのLD励起パワーにおいて380 〜480 nmの
波長域で20mW以上の青色レーザ光が得られ、SHG光
を高効率で発生することができた。さらに、基本波の波
長選択制御と共に基本波からSHG波への位相整合制御
が電気的に行うことができるため、両制御を同時に、か
つ容易に行えるようになった。
【0037】なお、この実施例における説明において、
非線形光学結晶としては、KN結晶を用いたが、LiB2O5
あるいはβ−BaB2O3など他の無機非線形光学結晶を非線
形光学素子を使用しても良い。また、本発明の趣旨を逸
脱しない範囲において種々の変更を加えることができ
る。
【0038】
【発明の効果】上述したような構成ならびに実施例の結
果から明らかなように、本発明にかかる波長可変型青色
レーザ装置は、従来のものと比較すると、次のような有
利な作用効果を有するものである。 励起用光源に対する基本波の発振効率が高くなるた
め、SHG光も高効率で発生されるようになる。 光損失の問題をあまり気にすることなく、波長選択
素子の波長選択能を高めることが可能となるため、エタ
ロン等の波長選択能は高いが比較的光損失の大きな波長
選択素子も使用可能となり、広帯域に渡って発振波長幅
の狭い光が得られる。 また、比較的光損失の大きな液晶型光位相可変素子
の使用が可能となり、電気的に基本波の発振波長の選択
が可能となる。 副共振器を構成する反射ミラーに低反射率のものを
使用することが可能となるため、従来法のような広帯域
高反射率ミラーに比べて、特性のよいものが容易に作製
可能となる。 主共振器は常に発振しているので、調整が簡単であ
る。 非線形光学結晶の温度を電気的に変化させるだけ
で、任意に選択した基本波の波長に対して効率の良い波
長変換が可能になり、従来法の様に選択した基本波と効
率良く位相整合させるために非線形光学結晶を回転し、
さらに結晶を回転することによって基本波の光軸が変化
することによって必要であった出力ミラーの角度あるい
は位置調整が不必要となる。 基本波の波長選択及び選択した基本波に対して高効
率な波長変換を達成するための位相整合が共に、電気的
に制御可能となるために、全自動化が容易となる。
【0039】そこで、以上の説明をまとめると、本発明
の波長可変型青色レーザによれば、波長 400〜500 nm
の波長域から任意の波長の青色レーザー光を容易にかつ
高効率で得る事ができるという優れた効果を有する。さ
らに、波長選択素子に液晶光位相可変素子を使用し、非
線形光学結晶にKNを用いた場合には、電気的に波長選
択が可能となり、さらに波長選択の全自動化が図れると
いった優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の波長可変型青色レーザの構成図である。
【図2】従来の波長可変型レーザの構成図である。
【図3】本発明の第1実施例の波長可変型青色レーザの
構成図である。
【図4】本発明の第2実施例の波長可変型青色レーザの
構成図である。
【図5】本発明の第3実施例の波長可変型青色レーザの
構成図である。
【符号の説明】
1、11、101 励起用光源 2、12、102 集束レンズ 3、13、103 励起光 5、15、105 固体レーザ結晶 107 コリメートレンズ 110 、210 波長選択素子 109 、209 、309 非線形光学結晶 106 主共振出力ミラー 108 波長選択ミラー 111 副共振器出力ミラー 1051、1052、1091、1092、1061、1062、1081、1082、11
11、2091、2092、303091、3092 光学薄膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01S 3/094 3/16

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 非線形光学結晶を利用して短波長レーザ
    光を発生させる, 励起光学系とレーザ共振系とからなる
    固体レーザ装置において、 上記励起光学系の光源として半導体レーザを用い、そし
    て上記レーザ共振系には;入射面側の端面とその後面側
    の端面とにそれぞれ光学膜を設けてなる固体レーザ結晶
    と、平行な各端面にそれぞれ光学膜を設けてなる非線形
    光学結晶と、該非線形光学結晶側の端面が凹面成形され
    ていると共に各端面にはそれぞれ光学膜を設けてなる主
    共振器出力ミラーと、の順次配列に係る主共振器と、 コリメートレンズと、そして、 各端面にそれぞれ光学膜を設けてなる光路変向用波長選
    択ミラーと、波長選択用複屈折フィルターと、入射側の
    端面に光学膜を設けてなる副共振器出力ミラーと、の順
    次配列にかかる副共振器、とを配置したことを特徴とす
    る波長可変型青色レーザ装置。
  2. 【請求項2】 非線形光学結晶を利用して短波長レーザ
    光を発生させる, 励起光学系とレーザ共振系とからなる
    固体レーザ装置において、 上記励起光学系の光源として半導体レーザを用い、そし
    て上記レーザ共振系には;入射面側の端面とその後面側
    の端面とにそれぞれ光学膜を設けてなる固体レーザ結晶
    と、後面側が凸面成形されていると共に各端面にはそれ
    ぞれ光学膜を設けてなる非線形光学結晶と、の順次配列
    に係る主共振器と、 コリメートレンズと、そして、 各端面にそれぞれ光学膜を設けてなる光路変向用波長選
    択ミラーと、電気的波長選択素子と、入射側の端面に光
    学膜を設けてなる副共振器出力ミラーと、の順次配列に
    かかる副共振器、とを配置したことを特徴とする波長可
    変型青色レーザ装置。
  3. 【請求項3】 非線形光学結晶を利用して短波長レーザ
    光を発生させる, 励起光学系とレーザ共振系とからなる
    固体レーザ装置において、 上記励起光学系の光源として半導体レーザを用い、そし
    て上記レーザ共振系には;入射面側の端面とその後面側
    の端面とにそれぞれ光学膜を設けてなると共に、その入
    射面側の端面が凸面成形されている固体レーザ結晶と、
    平行な各端面にそれぞれ光学膜を設けてなる非線形光学
    結晶と、の順次配列に係る主共振器と、コリメートレン
    ズと、そして、 各端面にそれぞれ光学膜を設けてなる光路変向用波長選
    択ミラーと、電気的波長選択素子と、入射側の端面に光
    学膜を設けてなる副共振器出力ミラーと、の順次配列に
    かかる副共振器、とを配置したことを特徴とする波長可
    変型青色レーザ装置。
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