JPH07221383A

JPH07221383A - Ｌｄ励起第二高調波発生固体レーザ装置

Info

Publication number: JPH07221383A
Application number: JP6008885A
Authority: JP
Inventors: Hideharu Ogami; 秀晴大上
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 1994-01-28
Filing date: 1994-01-28
Publication date: 1995-08-18

Abstract

(57)【要約】【目的】基本波のレーザ発振効率が高められ第二高調
波（ＳＨ波）の出力増大が図れるＬＤ励起第二高調波発
生固体レーザ装置を提供すること。【構成】ＬＤ１、集光レンズ２、固体レーザ素子３、
ＳＨＧ素子４及び反射鏡５で構成され、固体レーザ素子
３にレーザ共振器の一方を構成する光学薄膜３１を備え
るＬＤ励起第二高調波発生固体レーザ装置に係り、光学
薄膜３１が以下の条件を具備することを特徴とする。す
なわち (1)ＬＤからの励起光に対し反射防止機能を有す
ること (2)固体レーザ素子より発振される複数発振波の
中の所望の波長を基本波とし、この基本波に対し99.99
％以上の理論反射率を有しかつ他の発振波に対し高反射
機能を有しないこと (3)ＳＨＧ素子より変換されるＳＨ
波に対し高反射機能を有すること。

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（以下、
ＬＤという）励起第二高調波発生固体レーザ装置に係
り、特に、基本波のレーザ発振効率が高められて第二高
調波の出力増大を図れるＬＤ励起第二高調波発生固体レ
ーザ装置の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＬＤ励起第二高調波発生固体レーザ装置
は、短波長のグリーン光やブルー光を発生させることが
できる。このため、このＬＤ励起第二高調波発生固体レ
ーザ装置を高密度記録媒体である光ディスク等の記録及
び再生に利用することが検討されている。

【０００３】図４は、代表的な端面励起型ＬＤ励起第二
高調波発生固体レーザ装置の概略構成図、及び、ＬＤか
らの励起光（λ_LD）、基本波（λ₀）、第二高調波（λ
_SH、以下ＳＨ波という）の光路をそれぞれ示しており、
上記ＬＤ励起第二高調波発生固体レーザ装置は、ＬＤａ
と、その両端面に光学薄膜ｂ１、ｂ２が設けられた集光
レンズｂと、その両端面に光学薄膜ｃ１、ｃ２が設けら
れた固体レーザ素子ｃと、同じくその両端面に光学薄膜
ｄ１、ｄ２が設けられた第二高調波発生（以下ＳＨＧと
いう）素子ｄと、このＳＨＧ素子ｄ側の端面に光学薄膜
ｅ１が設けられた出力鏡ｅとでその主要部が構成されて
いる。

【０００４】尚、上記固体レーザ素子ｃには一般にＮｄ
ドープのＹ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂（ＹＡＧ）結晶が適用され、ま
た、ＳＨＧ素子にはＫＮｂＯ₃結晶が適用されている。

【０００５】以下、このＬＤ励起第二高調波発生固体レ
ーザ装置におけるＳＨ波の発生機構について説明する。

【０００６】まず、集光レンズｂにより集光されたＬＤ
ａの励起光（λ_LD＝０．８０９μｍ）は固体レーザ素子
ｃの光学薄膜ｃ１を通過して固体レーザ素子ｃを励起
し、そこで発生した基本波（λ₀）は固体レーザ素子ｃ
に設けられた光学薄膜ｃ１と出力鏡ｅに設けられた光学
薄膜ｅ１との間を共振し増幅される。この光学薄膜ｃ１
と光学薄膜ｅ１で構成されるファブリペロー干渉計がレ
ーザ共振器である。

【０００７】上記基本波（λ₀）はレーザ共振器内に閉
込められ増幅を繰返し、かつ、上記ＳＨＧ素子ｄを通過
した基本波の一部はＳＨ波に変換されこのＳＨ波のみが
出力鏡ｅから出射する。従って、上記光学薄膜ｃ１と光
学薄膜ｅ１については基本波に対して反射率が高く、こ
の基本波をレーザ共振器内に閉込める機能を備えている
ことが要請される。もし、光学薄膜ｃ１と光学薄膜ｅ１
の基本波に対する反射率が僅かに低い場合には、基本波
に対して損失となりレーザ共振器内の基本波エネルギー
が極端に減少してしまうからである。

【０００８】ここで、上記ＳＨＧ素子ｄで変換されたＳ
Ｈ波は、ＳＨＧ素子ｄの出力鏡ｅ側へ出射するだけでな
くＳＨＧ素子ｄの固体レーザ素子ｃ側へも出射するた
め、この固体レーザ素子ｃ側へ出射したＳＨ波がＬＤａ
側へ漏れないように上記レーザ共振器内のいずれかの部
位で反射させなければならない。そこで、ＳＨＧ素子ｄ
の固体レーザ素子ｃ側（光学薄膜ｄ１に対応する部位）
若しくは固体レーザ素子ｃのＳＨＧ素子ｄ側（光学薄膜
ｃ２に対応する部位）のようなレーザ共振器内にＳＨ波
の反射膜が配置された場合、基本波に対してレーザエネ
ルギーの損失となり基本波のレーザ発振効率を極端に低
下させ、かつ、ＳＨ波出力も大幅に低下する弊害が生ず
る。このため、一般的にはＳＨ波の反射膜は固体レーザ
素子ｃの集光レンズｂ側（光学薄膜ｃ１に対応する部
位）に設けられている。

【０００９】ところで、上記固体レーザ素子ｃの集光レ
ンズｂ側に設けられる光学薄膜ｃ１は、ＳＨ波に対する
高反射機能に加えて上述したようにレーザ共振器内の基
本波に対しても高反射機能を備えていることが要請さ
れ、更に、ＬＤａの励起光に対し反射防止機能を有して
いることが必要となる。

【００１０】そこで、従来においては、固体レーザ素子
ｃの集光レンズｂ側に設けられる上記光学薄膜ｃ１につ
いてこれをＳｉＯ₂等の低屈折率物質層とＴａ₂Ｏ₅等の
高屈折率物質層の多層薄膜で構成し、かつ、各薄膜の光
学的膜厚を適宜調整して基本波とＳＨ波に対する高反射
機能とＬＤａからの励起光に対する反射防止機能を具備
させる方法が採られていた。例えば、図５に示すように
固体レーザ素子ｃから順にＳｉＯ₂等の低屈折率物質層
と、Ｔａ₂Ｏ₅等の高屈折率物質層を交互に３９層積層さ
せた多層薄膜（但し、低屈折率物質層の光学的膜厚ｎ_L
・ｄ_Lを１／４・λ₀、高屈折率物質物質層の光学的膜厚
ｎ_H・ｄ_Hを１／４・λ₀にそれぞれ設定している）にて
基本波（λ₀）に対する高反射機能を具備させると共
に、この多層薄膜上に更に上記低屈折率物質層と高屈折
率物質層を交互に１６層積層させた多層薄膜（但し、低
屈折率物質層の光学的膜厚ｎ_L・ｄ_Lを１／４・λ_SH、高
屈折率物質物質層の光学的膜厚ｎ_H・ｄ_Hを１／４・λ_SH
にそれぞれ設定している）にてＳＨ波（λ_SH）に対する
高反射機能を具備させ、かつ、上記３９層の多層薄膜の
一部と１６層の多層薄膜の一部の薄膜についてその光学
的膜厚を適宜調整してＬＤａからの励起光に対する反射
防止機能を具備させていた。

【００１１】ところで、固体レーザ素子ｃの集光レンズ
ｂ側に設けられた従来の光学薄膜ｃ１においては、上述
したように低屈折率物質層の光学的膜厚ｎ_L・ｄ_Lが１／
４・λ₀、高屈折率物質物質層の光学的膜厚ｎ_H・ｄ_Hが
１／４・λ₀に設定された例えば３９層の多層薄膜にて
基本波（λ₀）に対する高反射機能を具備させる一方、
ＳＨ波（λ_SH）に対しては低屈折率物質層の光学的膜厚
ｎ_L・ｄ_Lが１／４・λ_SH、高屈折率物質物質層の光学的
膜厚ｎ_H・ｄ_Hが１／４・λ_SHに設定された例えば１６層
の多層薄膜にて個々に機能させているため、３９層と１
６層とで構成された５５層の多層薄膜についてその全て
の薄膜を上記基本波（λ₀）の反射膜として機能させる
ことは困難であった。

【００１２】このため、基本波に対する反射率が不十分
となり基本波がＬＤａ側へ僅かに漏れてレーザ発振効率
を低下させてしまう不都合があった。

【００１３】ここで、基本波とＳＨ波に対する反射率を
同時に高めるためには上述した基本波に対する多層薄膜
とＳＨ波に対する多層薄膜の膜総数を、例えば上記５５
層より増やせばよいが、膜総数を増やすと膜界面で発生
する散乱による損失を増加させてしまう。そして、散乱
による基本波に対する損失が増加すればレーザ共振器内
の基本波エネルギーは減少し、上記出力鏡ｅから出射す
るＳＨ波出力も低下してしまう問題があった。

【００１４】このような技術的背景の下、本発明者は以
下に述べるような技術的検討を経て上記多層薄膜の膜総
数を従来方式より増やすことなく基本波とＳＨ波に対す
る反射率を同時に高める手法を既に提案している。以
下、その検討内容を説明すると、まず、固体レーザ素子
ｃの集光レンズｂ側に設けられた光学薄膜ｃ１のＳＨ波
に対する反射はＳＨＧ素子ｄで変換されたＳＨ波を単に
折り返す機能であるため、上記光学薄膜ｃ１に僅かな透
過損失があったとしてもその透過率に応じたＳＨ波出力
しか低下しない。

【００１５】これに対し、上記光学薄膜ｃ１の基本波に
対する反射は基本波をレーザ共振器内に閉じ込め繰り返
し共振させる機能であるため、この光学薄膜ｃ１に僅か
な透過損失があると基本波はこの透過損失の影響を繰り
返し受けることになり、レーザ共振器内の基本波エネル
ギーは極端に減少し、かつ、これに伴いＳＨ波出力も極
端に減少してしまう。

【００１６】従って、固体レーザ素子ｃの集光レンズｂ
側に設けられる光学薄膜ｃ１については、ＳＨ波に対す
る反射率よりも基本波に対する反射率を高めることを重
視しなければならないことが分かった。

【００１７】そこで、低屈折率物質層と高屈折率物質層
の多層薄膜で構成され、各薄膜の光学的膜厚を上述した
ように適宜調整して基本波とＳＨ波に対する高反射機能
とＬＤａからの励起光に対する反射防止機能を具備させ
た従来の光学薄膜ｃ１についてその見直しを行い、従来
の多層薄膜とその膜総数が略同一でより基本波に対する
反射率を向上させる手法として、ＡＬＦＲＥＤＴＨＥ
ＬＥＮ，ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＴＨＥＯＰＴＩＣＡ
ＬＳＯＣＩＥＴＹＯＦＡＭＥＲＩＣＡ，ｖｏｌ．
６１，３６５（１９７１）に記載され、かつ、以下の概
念式、すなわち｛Ａ・（Ｌ／２）Ｂ・ＨＡ・（Ｌ／
２）｝^Ｐに基づき最適膜厚を決定するマイナスフィルタ
ー（ＭｉｎｕｓＦｉｌｔｅｒ）の設計の応用を試み
た。

【００１８】ここで、Ｌは光学的膜厚ｎ_L・ｄ_Lが１／４
・λ₀の低屈折率物質層、Ｈは光学的膜厚がｎ_H・ｄ_Hが
１／４・λ₀の高屈折率物質層、ｎ_Lとｎ_Hはそれぞれ低
屈折率物質層と高屈折率物質層の屈折率、ｄ_Lとｄ_Hはそ
れぞれ低屈折率物質層と高屈折率物質層の物理的膜厚、
λ₀は上記基本波の発振波長であり、またＰは整数で
｛Ａ・（Ｌ／２）Ｂ・ＨＡ・（Ｌ／２）｝で構成さ
れる薄膜がＰ回繰返し積層されることを意味すると定義
すると、｛Ａ・（Ｌ／２）Ｂ・ＨＡ・（Ｌ／２）｝
^Ｐの膜構成で、Ａ＋Ｂ＝２を条件にＡとＢの値を変化さ
せると、Ｐ＝２０〜３０の場合、Ａ＝０．５〜０．７，
Ｂ＝１．３〜１．５のとき、ＳＨ波に対する反射率９
９．９％以上の波長範囲が約０．０４μｍ以上に、ま
た、基本波に対する反射率９９．９９％以上の波長範囲
が約０．１２μｍ以上になることを確認することができ
た。

【００１９】そして、このような技術的検討を経ること
により本発明者は基本波のレーザ発振効率を高めること
に成功し、かつ、これに基づいてＳＨ波の出力増大が図
れるＬＤ励起第二高調波発生固体レーザ装置を提案した
（特願平４−３４１８４０号明細書参照）。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記固体レ
ーザ素子には、通常、複数の発振可能な波長がある。例
えば、固体レーザ素子として上述したＮｄドープのＹ₃
Ａｌ₅Ｏ₁₂（ＹＡＧ）結晶が適用された場合には代表的
な発振波として、９４６ｎｍ、１０６４ｎｍ、１３３８
ｎｍの波長のものがあることが知られている。そして、
これ等発振波の中から所望の波長を基本波に選定するこ
とにより、例えば、１０６４ｎｍの発振波を基本波に選
定することにより上記ＬＤ励起第二高調波発生固体レー
ザ装置においてはグリーンのＳＨ波が出力され、また、
９４６ｎｍの発振波を基本波に選定することによりブル
ーのＳＨ波を出力させることが可能になるものであっ
た。

【００２１】一方、上記ＮｄドープのＹ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂（Ｙ
ＡＧ）結晶を固体レーザ素子として適用した場合、波長
１０６４ｎｍの発振波の発振効率は他の発振波のそれに
較べて大きいことも知られている。このため、もし、上
記レーザ共振器内における波長１０６４ｎｍの発振波に
対する損失と、他の発振波に対する損失とが同程度であ
ると、波長１０６４ｎｍの発振波がレーザ共振器内で優
位になってしまう。

【００２２】そして、この発振効率の差異が原因となっ
て、上記固体レーザ素子の集光レンズ側に設けられる光
学薄膜について上記の点を考慮に入れずに基本波に対す
る反射率を設定した場合、すなわち、基本波とそれ以外
の発振波について区別することなく基本波に対する反射
率を設定した場合、上記特願平４−３４１８４０号明細
書に記載された手法を採ったとしてもＳＨ波の出力増大
が図れなくなってしまうことがあった。

【００２３】例えば、基本波として波長１０６４ｎｍの
発振波が選択された場合には、上述したようにレーザ共
振器内においてはこの波長１０６４ｎｍの発振波が必然
的に優位になるため上記の点を特に考慮することなくＳ
Ｈ波の出力増大を図れるが、基本波として波長１０６４
ｎｍの発振波より発振効率が劣る波長９４６ｎｍの発振
波を選択した場合にはブルーのＳＨ波について出力増大
を図れなくなる問題点があった。

【００２４】本発明はこのような問題点に着目してなさ
れたもので、その課題とするところは、発振効率が悪い
発振波を基本波に選定してもそのＳＨ波の出力増大が図
れるＬＤ励起第二高調波発生固体レーザ装置を提供する
ことにある。

【００２５】

【課題を解決するための手段】すなわち、請求項１に係
る発明は、半導体レーザと、半導体レーザからの励起光
を集光する集光レンズと、集光された励起光が照射され
て基本波（λ₀）を含む複数の発振波（λ_0x）を発生す
る固体レーザ素子と、基本波（λ₀）を含む発振波（λ
_0x）が入射されてその基本波（λ₀）を第二高調波に変
換する第二高調波発生素子を備え、かつ、低屈折率物質
層と高屈折率物質層の多層薄膜で構成された光学薄膜が
固体レーザ素子の集光レンズ側に設けられたＬＤ励起第
二高調波発生固体レーザ装置を前提とし、上記光学薄膜
が以下の条件を具備することを特徴とするものである。

【００２６】（１）上記半導体レーザからの励起光に対
して反射防止機能を有すること。

【００２７】（２）上記固体レーザ素子より発振される
複数発振波（λ_0x）の中の所望の波長を基本波（λ₀）
とし、この基本波（λ₀）に対し９９．９９％以上の理
論反射率を有しかつ他の発振波（λ_0x）に対して高反射
機能を有しないこと。

【００２８】（３）上記第二高調波発生素子により変換
された第二高調波に対して高反射機能を有すること。

【００２９】そして、この請求項１記載の発明に係るＬ
Ｄ励起第二高調波発生固体レーザ装置においては、上記
固体レーザ素子の集光レンズ側に設けられた光学薄膜に
ついて固体レーザ素子より発振される複数発振波
（λ_0x）の中の所望の波長を基本波（λ₀）とし、この
基本波（λ₀）に対し９９．９９％以上の理論反射率を
有しかつ他の発振波（λ_0x）に対して高反射機能を有し
ないように設定しているため、上記固体レーザ素子より
発振される複数発振波（λ_0x）の中でその発振効率が他
の発振波に較べて悪い発振波を基本波に選定したとして
も第二高調波の出力増大を図ることが可能となる。

【００３０】次に、請求項２に係る発明は、請求項１記
載の発明に係るＬＤ励起第二高調波発生固体レーザ装置
の光学薄膜について、半導体レーザからの励起光に対し
て反射防止機能を具備させると共に基本波（λ₀）以外
の発振波（λ_0x）に対して高反射機能を具備させない手
法を具体的に特定した発明に関する。

【００３１】すなわち、請求項２に係る発明は、請求項
１記載の発明に係るＬＤ励起第二高調波発生固体レーザ
装置を前提とし、固体レーザ素子の集光レンズ側に設け
られた光学薄膜の空気側から２層以上８層以内、及び、
固体レーザ素子側から２層以上８層以内の各層について
その光学的膜厚が以下の条件を具備するように設定され
ていることを特徴とする。

【００３２】（１）上記半導体レーザからの励起光の波
長を中心とした±１０ｎｍ以上の波長範囲でその反射率
が０．５％以下であること。

【００３３】（２）上記固体レーザ素子より発振される
基本波（λ₀）以外の発振波（λ_0x）の波長を中心とし
た±１０ｎｍ以上の波長範囲でその反射率が９０％以下
であること。

【００３４】尚、上記光学的膜厚の具体的調整には、波
長による反射率を条件にして膜厚を変化させその最適値
を求めるシンプレックス法を用いる。すなわち、コンピ
ュータを用いて空気側から２層以上８層以内と固体レー
ザ素子側から２層以上８層以内の各層の光学的膜厚を少
しずつ増減させて、ＬＤからの励起光の波長を中心とし
た±１０ｎｍ以上の波長範囲でその反射率が０．５％以
下となり、かつ、基本波（λ₀）以外の発振波（λ_0x）
の波長を中心とした±１０ｎｍ以上の波長範囲でその反
射率が９０％以下になるような光学的膜厚を見つけ出す
方法である。

【００３５】ここで、請求項２に係る発明において上記
光学的膜厚を調整する層数を空気側から２層以上８層以
内、かつ、固体レーザ素子から２層以上８層以内に設定
した理由は以下の通りである。すなわち、光学的膜厚を
調整する層数は少なければ少ないほど一定の高屈折率物
質層と高屈折率物質層の繰り返しになるので膜厚制御が
容易になるが、上記ＬＤからの励起光と基本波（λ₀）
以外の発振波（λ_0x）について上述した条件を具備させ
るためには少なくとも各２層以上は調整しなければなら
ず、一方、空気側から８層及び固体レーザ素子側から８
層調製するとＬＤからの励起光の反射率は０．１％以下
になりこれ以上反射率を低減させる必要がない。従っ
て、光学的膜厚を調整する層数を空気側から２層以上８
層以内、かつ、固体レーザ素子側から２層以上８層以内
に設定している。

【００３６】次に、請求項３に係る発明は、請求項１又
は２記載の発明に係るＬＤ励起第二高調波発生固体レー
ザ装置の光学薄膜について、固体レーザ素子より発振さ
れる基本波（λ₀）に対し９９．９９％以上の理論反射
率を具備させると共に第二高調波発生素子により変換さ
れる第二高調波に対して高反射機能を具備させる手法を
具体的に特定した発明に関する。

【００３７】すなわち、請求項３に係る発明は、請求項
１又は２記載の発明に係るＬＤ励起第二高調波発生固体
レーザ装置を前提とし、固体レーザ素子の集光レンズ側
に設けられた光学薄膜が、空気／｛Ａ・（Ｌ／２）Ｂ・ＨＡ・（Ｌ／２）｝
^Ｐ／固体レーザ素子（但し、Ｌは光学的膜厚ｎ_L・ｄ_Lが１／４・λ₀の低屈
折率物質層、Ｈは光学的膜厚がｎ_H・ｄ_Hが１／４・λ₀
の高屈折率物質層、ｎ_Lとｎ_Hはそれぞれ低屈折率物質層
と高屈折率物質層の屈折率、ｄ_Lとｄ_Hはそれぞれ低屈折
率物質層と高屈折率物質層の物理的膜厚、λ₀は上記基
本波の発振波長である。

【００３８】また、Ｐは整数で｛Ａ・（Ｌ／２）Ｂ・
ＨＡ・（Ｌ／２）｝で構成される薄膜がＰ回繰返し積
層されることを意味し、かつ、Ａ＋Ｂ＝２とする）で表
現されるＰ＝２０〜３０の多層薄膜により構成され、か
つ、この多層薄膜の主要部がＡ＝０．５〜０．７、Ｂ＝
１．３〜１．５に設定されていることを特徴とするもの
である。

【００３９】より具体的にこの発明を説明すると、空気
と固体レーザ素子端面との間に、空気側からＡ・（Ｌ／
２）の厚さの低屈折率物質の膜、Ｂ・Ｈの厚さの高屈折
率物質の膜、Ａ・（Ｌ／２）の厚さの低屈折率物質の膜
の順に構成された１組の光学薄膜をＰ層設け、かつ、Ｐ
＝２０〜３０、Ａ＋Ｂ＝２、Ａ＝０．５〜０．７、Ｂ＝
１．３〜１．５に設定されていることを特徴とするもの
である。

【００４０】この請求項３に係る発明において、Ｐを２
０〜３０の整数とし（Ｐ＝２０のときは多層薄膜の膜数
は４１層に、また、Ｐ＝３０のときは６１層となる）、
かつ、多層薄膜の主要部のＡが０．５〜０．７、Ｂが
１．３〜１．５、Ａ＋Ｂ＝２の関係を満たすように設定
している理由は、上記光学薄膜のＳＨ波に対する反射率
９９．９％以上となる波長範囲が約３０ｎｍ以上、か
つ、基本波（λ₀）に対する反射率９９．９９％以上と
なる波長範囲が約１００ｎｍ以上にできるからである。
そして、これ等の波長範囲が狭いと、各層の光学的膜厚
が設計値よりも薄くなったり厚くなったりした場合、光
学薄膜の最高反射率を示す波長が基本波の波長からずれ
基本波に対する反射率が９９．９９％以上とならなくな
る（ＳＨ波についても同様）弊害を生ずる。従って、波
長範囲が広いことは、この光学薄膜作製時の各層の光学
的膜厚の誤差の許容範囲が広いことを意味する。

【００４１】尚、Ｐについて３０を越える値に設定しな
い理由は、上記多層薄膜の反射率をこれ以上向上させて
も、結晶の散乱、吸収あるいは反射防止膜の散乱、吸
収、反射による損失の方が大きくなり、これ以上ＳＨ波
の出力向上が望めないからである。

【００４２】そして、この請求項３に係る発明において
は上記マイナスフィルターの設計を応用してＰ＝２０〜
３０の多層薄膜（固体レーザ素子の集光レンズ側に設け
られた光学薄膜）についてその主要部を構成する各薄膜
が上記基本波とＳＨ波に対して高反射膜を構成するた
め、従来の多層薄膜とその膜総数が略同一にも拘らず基
本波とＳＨ波に対する反射率を同時に高めることが可能
となる。

【００４３】次に、請求項４に係る発明は、請求項１〜
３記載の発明に係るＬＤ励起第二高調波発生固体レーザ
装置について固体レーザ素子と第二高調波発生素子の構
成材料を特定すると共に、基本波の発振波長を特定して
ブルーの第二高調波を出力させる装置の発明に関する。

【００４４】すなわち、請求項４に係る発明は、請求項
１、２又は３記載の発明に係るＬＤ励起第二高調波発生
固体レーザ装置を前提とし、固体レーザ素子がＮｄドー
プのＹ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂（ＹＡＧ）結晶により構成され、か
つ、第二高調波発生素子がＫＮｂＯ₃結晶により構成さ
れていると共に、上記基本波の発振波長λ₀が９４６ｎ
ｍであることを特徴とするものである。

【００４５】また、請求項５に係る発明は、請求項１〜
４記載の発明に係るＬＤ励起第二高調波発生固体レーザ
装置においてその光学薄膜を構成する低屈折率物質と高
屈折率物質とを特定した発明に関する。

【００４６】すなわち、請求項５に係る発明は、請求項
１、２、３又は４記載の発明に係るＬＤ励起第二高調波
発生固体レーザ装置を前提とし、上記固体レーザ素子の
集光レンズ側に設けられた光学薄膜の低屈折率物質層
が、ＳｉＯ₂により構成され、かつ、高屈折率物質層
が、Ｔａ₂Ｏ₅、ＨｆＯ₂、及び、ＺｒＯ₂より選択された
少なくとも１種により構成されていることを特徴とする
ものである。

【００４７】尚、低屈折率物質と高屈折率物質との区分
けは相対的なものである。また、上記高屈折率物質の製
膜に際しては、多層膜の膜界面からの散乱に起因したレ
ーザエネルギー損失の防止を図る観点から、通常、真空
中において酸素ガス又は酸素とアルゴンとの混合ガスに
対し低エネルギーを照射しながら蒸着を行うイオンアシ
スト真空蒸着法が適用されている。しかし、このイオン
アシスト真空蒸着法により上記Ｔａ₂Ｏ₅、ＨｆＯ₂、及
び、ＺｒＯ₂等を製膜した場合、製膜された多層膜に酸
素不足を原因とする着色現象が生ずることがある。この
ような場合には、酸素を含む雰囲気中で２００〜４００
℃、保持時間１０時間以上の条件で製膜された光学薄膜
をアニールすることが望ましい。アニール処理により光
学薄膜に酸素が補われ脱色させることが可能になるから
である。

【００４８】

【作用】請求項１〜５に係る発明によれば、固体レーザ
素子の集光レンズ側に設けられた光学薄膜について固体
レーザ素子より発振される複数発振波（λ_0x）の中の所
望の波長を基本波（λ₀）とし、この基本波（λ₀）に対
し９９．９９％以上の理論反射率を有しかつ他の発振波
（λ_0x）に対して高反射機能を有しないように設定して
いるため、上記固体レーザ素子より発振される複数発振
波（λ_0x）の中でその発振効率が他の発振波に較べて劣
る発振波を基本波に選定した場合にも第二高調波の出力
増大を図ることが可能となる。

【００４９】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。

【００５０】まず、この実施例に係るＬＤ励起ブルーレ
ーザ装置は、従来の装置と同様、図１に示すように波長
８０９ｎｍの励起光を出力するＬＤ１と、その両端面に
光学薄膜２１、２２が設けられた集光レンズ２と、両端
面に光学薄膜３１、３２が設けられその屈折率ｎ_sが
１．８２のＮｄドープのＹＡＧ結晶から成る固体レーザ
素子３と、両端面に光学薄膜４１、４２が設けられたＫ
ＮｂＯ₃結晶から成るＳＨＧ素子４と、ＳＨＧ素子４側
の端面に光学薄膜５１が設けられた出力鏡５とでその主
要部が構成されている。そして、基本波（λ₀）の波長
は９４６ｎｍに選定されている。また、固体レーザ素子
３の集光レンズ２側に設けられた光学薄膜３１は図２に
示すように屈折率ｎ_LのＳｉＯ₂（低屈折率物質）と、屈
折率ｎ_HのＴａ₂Ｏ₅（高屈折率物質）による５５層の多
層薄膜にて構成されている。

【００５１】以下、上記光学薄膜３１の製膜手順を説明
する。

【００５２】(1)光学薄膜の設計上述したマイナスフィルター（ＭｉｎｕｓＦｉｌｔｅ
ｒ）の設計方法を利用して、ＳＨ波（波長λ_SH：４７３
ｎｍ）に対する反射率が９９．９％の波長範囲を約３０
ｎｍ以上にし、かつ、基本波（λ₀：９４６ｎｍ）に対
する反射率が９９．９９％以上の波長範囲を約７０ｎｍ
以上にする条件で上記ＰとＡとＢとをコンピュータを用
いて計算し求めた。その結果、Ｐ＝２７（膜層数が５５
層に対応する）、Ａ＝０．６、Ｂ＝１．４に設定すれば
よいことが分かった。

【００５３】次に、上記光学薄膜３１の空気側から７層
と固体レーザ素子４側から７層の各層についてその光学
的膜厚を以下の条件［(a)、(b)］を満たすようにコンピ
ュータを用いてシンプレックス法により求めた。

【００５４】(a)ＬＤ１からの励起光の波長（８０９ｎ
ｍ）を中心とした±１０ｎｍ以上の範囲でその反射率を
０．５％以下にする。

【００５５】(b)基本波（波長９４６ｎｍ）以外の発振
波の波長（１０６４ｎｍ）を中心とした±１０ｎｍ以上
の範囲でその反射率を９０％以下とする。

【００５６】このようにして求めた光学薄膜３１の膜構
成を表１に、また、この計算で求められた分光反射特性
を図３に示す。

【００５７】

【表１】 (2)光学薄膜の製膜次に、上記光学薄膜３１の製膜方法について説明する。

【００５８】まず、上記固体レーザ素子３を有機溶剤を
用いて超音波洗浄を行った。次いで、イオンアシスト真
空蒸着装置内に上記固体レーザ素子３をセットした後、
基板温度を３００℃にし、かつ、装置内を１×１０^-6Ｔ
ｏｒｒまで排気し、ＳｉＯ₂膜を０．７ｎｍ／ｓｅｃの
速度で製膜した。

【００５９】次に、酸素ガスを導入してイオンアシスト
真空蒸着装置内を１×１０^-4Ｔｏｒｒにし、イオンアシ
スト（イオン化ガス：酸素、加速電圧：１５０Ｖ、加速
電流：１０ｍＡ）しつつＴａ₂Ｏ₅膜を製膜した。このＴ
ａ₂Ｏ₅膜の製膜速度は０．２ｎｍ／ｓｅｃとした。尚、
各層の光学的膜厚の制御は光学的干渉モニターを用い
た。

【００６０】この光学薄膜３１が製膜された固体レーザ
素子３について電気炉を用い大気中で１℃／ｍｉｎで加
熱し、かつ、２５０℃で１５時間保持した後、１℃／ｍ
ｉｎの条件で冷却し室温になった時に取り出した。

【００６１】このようにして形成された光学薄膜３１を
有する固体レーザ素子３の基本波（９４６ｎｍ）の透過
率を求めた。また、この固体レーザ素子３を用いて図１
に示す５００ｍＷ−ＬＤ励起ブルーレーザ装置を作製
し、ブルー光の出力を測定した。この結果、基本波の透
過率は１０ｐｐｍ未満であり、ブルー光の出力は７．０
ｍＷであった。

【００６２】尚、この実施例においては高屈折率物質と
してＴａ₂Ｏ₅が適用されているが、これに代えてＨｆＯ
₂、ＺｒＯ₂を適用することも可能である。また、アニー
ル条件についても光学薄膜の着色度により適宜選択すれ
ばよく、一般には大気あるいは酸素中で２００〜４００
℃で１０時間以上保持すればよい。

【００６３】一方、低屈折率物質層であるＳｉＯ₂ 膜に
ついてはイオンアシストを行ってもグレインサイズは小
さくならない。また、製膜時のイオン加速電圧が５００
Ｖ以上であるとＳｉＯ₂ 膜が僅かに着色することががあ
ったが、それ以下の低エネルギーであればＳｉＯ₂ 膜の
蒸着時にイオンアシストを行っても差し支えない。従っ
て、低エネルギーでＳｉＯ₂ 膜を製膜するのであればイ
オンアシストを停止することなくＳｉＯ₂ 膜と高屈折率
物質膜とを製膜可能である。

【００６４】［比較例］次に、比較例として従来のＳｉ
Ｏ₂ とＴａ₂Ｏ₅を用いて構成した５５層の光学薄膜が施
されたＮｄドープのＹＡＧ結晶から成る固体レーザ素子
を作製した。

【００６５】この固体レーザ素子について基本波（９４
６ｎｍ）の透過率を測定した。また、実施例の固体レー
ザ素子とこれとを置き換えて５００ｍＷ−ＬＤ励起ブル
ーレーザ装置を組立てかつブルー光の出力を測定した。
この結果、基本波の透過率は２００ｐｐｍであり、ブル
ー光の出力は６．０ｍＷであった。

【００６６】以上の結果より、実施例に係るＬＤ励起ブ
ルーレーザ装置の出力は比較例に係る装置の出力に較べ
て約２０％高くなっていることが確認できた。これは、
実施例に係るＬＤ励起ブルーレーザ装置では、比較例に
係る装置に較べて基本波を閉じ込める機能が高いためで
ある。

【００６７】

【発明の効果】請求項１〜５に係る発明によれば、固体
レーザ素子の集光レンズ側に設けられた光学薄膜につい
て固体レーザ素子より発振される複数発振波（λ_0x）の
中の所望の波長を基本波（λ₀）とし、この基本波
（λ₀）に対し９９．９９％以上の理論反射率を有しか
つ他の発振波（λ_0x）に対して高反射機能を有しないよ
うに設定しているため、上記固体レーザ素子より発振さ
れる複数発振波（λ_0x）の中でその発振効率が他の発振
波に較べて劣る発振波を基本波に選定した場合にも第二
高調波の出力増大を図れる効果を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係るＬＤ励起ブルーレーザ装置の概略
構成図。

【図２】実施例に係る光学薄膜３１の膜構成を示す概略
概念図。

【図３】実施例に係る光学薄膜の分光反射特性を示すグ
ラフ図。

【図４】従来のＬＤ励起第二高調波発生固体レーザ装置
の概略構成図。

【図５】従来例に係る光学薄膜の膜構成を示す概念図。

【符号の説明】

１半導体レーザ（ＬＤ）２集光レンズ３固体レーザ素子４ＳＨＧ素子５出力鏡２１、２２光学薄膜３１、３２光学薄膜４１、４２光学薄膜５１光学薄膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体レーザと、半導体レーザからの励起
光を集光する集光レンズと、集光された励起光が照射さ
れて基本波（λ₀）を含む複数の発振波（λ_0x）を発生
する固体レーザ素子と、基本波（λ₀）を含む発振波
（λ_0x）が入射されてその基本波（λ₀）を第二高調波
に変換する第二高調波発生素子を備え、かつ、低屈折率
物質層と高屈折率物質層の多層薄膜で構成された光学薄
膜が固体レーザ素子の集光レンズ側に設けられたＬＤ励
起第二高調波発生固体レーザ装置において、上記光学薄膜が以下の条件を具備することを特徴とする
ＬＤ励起第二高調波発生固体レーザ装置。（１）上記半導体レーザからの励起光に対して反射防止
機能を有すること。（２）上記固体レーザ素子より発振される複数発振波
（λ_0x）の中の所望の波長を基本波（λ₀）とし、この
基本波（λ₀）に対し９９．９９％以上の理論反射率を
有しかつ他の発振波（λ_0x）に対して高反射機能を有し
ないこと。（３）上記第二高調波発生素子により変換された第二高
調波に対して高反射機能を有すること。
【請求項２】上記固体レーザ素子の集光レンズ側に設け
られた光学薄膜の空気側から２層以上８層以内、及び、
固体レーザ素子側から２層以上８層以内の各層について
その光学的膜厚が以下の条件を具備するように設定され
ていることを特徴とする請求項１記載のＬＤ励起第二高
調波発生固体レーザ装置。（１）上記半導体レーザからの励起光の波長を中心とし
た±１０ｎｍ以上の波長範囲でその反射率が０．５％以
下であること。（２）上記固体レーザ素子より発振される基本波
（λ₀）以外の発振波（λ_0x）の波長を中心とした±１
０ｎｍ以上の波長範囲でその反射率が９０％以下である
こと。
【請求項３】上記固体レーザ素子の集光レンズ側に設け
られた光学薄膜が、空気／｛Ａ・（Ｌ／２）Ｂ・ＨＡ・（Ｌ／２）｝
^Ｐ／固体レーザ素子（但し、Ｌは光学的膜厚ｎ_L・ｄ_L
が１／４・λ₀の低屈折率物質層、Ｈは光学的膜厚がｎ_H
・ｄ_Hが１／４・λ₀の高屈折率物質層、ｎ_Lとｎ_Hはそれ
ぞれ低屈折率物質層と高屈折率物質層の屈折率、ｄ_Lと
ｄ_Hはそれぞれ低屈折率物質層と高屈折率物質層の物理
的膜厚、λ₀は上記基本波の発振波長である。また、Ｐ
は整数で｛Ａ・（Ｌ／２）Ｂ・ＨＡ・（Ｌ／２）｝
で構成される薄膜がＰ回繰返し積層されることを意味
し、かつ、Ａ＋Ｂ＝２とする）で表現されるＰ＝２０〜
３０の多層薄膜により構成され、かつ、この多層薄膜の
主要部がＡ＝０．５〜０．７、Ｂ＝１．３〜１．５に設
定されていることを特徴とする請求項１又は２記載のＬ
Ｄ励起第二高調波発生固体レーザ装置。
【請求項４】上記固体レーザ素子がＮｄドープのＹ₃Ａ
ｌ₅Ｏ₁₂（ＹＡＧ）結晶により構成され、かつ、第二高
調波発生素子がＫＮｂＯ₃結晶により構成されていると
共に、上記基本波の発振波長λ₀が９４６ｎｍであるこ
とを特徴とする請求項１、２又は３記載のＬＤ励起第二
高調波発生固体レーザ装置。
【請求項５】上記固体レーザ素子の集光レンズ側に設け
られた光学薄膜の低屈折率物質層がＳｉＯ₂により構成
され、かつ、高屈折率物質層がＴａ₂Ｏ₅、ＨｆＯ₂、及
び、ＺｒＯ₂より選択された少なくとも１種により構成
されていることを特徴とする請求項１、２、３又は４記
載のＬＤ励起第二高調波発生固体レーザ装置。