JPH0745896A

JPH0745896A - 光源装置

Info

Publication number: JPH0745896A
Application number: JP34043593A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Miyagaki; 一也宮垣; Hideo Maeda; 英男前田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1993-05-27
Filing date: 1993-12-08
Publication date: 1995-02-14

Abstract

(57)【要約】【目的】光源に半導体レーザを用い、また、波長変換
結晶にＫＴＰを用いる場合に、波長変換された光を高出
力で得ることが可能である。【構成】半導体レ−ザ１から出射したレ−ザ光は、光
共振器８ａに基本波として入射する。光共振器８ａ内で
は、波長変換素子８において基本波を短波長光に変換す
る。ところで、本発明では、波長変換素子８としてｙ軸
カットのＫＴＰ結晶を用いている。これにより、短波長
光のビ−ム形状を良好なものにできる。また、上記光共
振器８ａ内から漏れる一部の基本波を半導体レ−ザ１に
帰還して半導体レ−ザ１の周波数を共振器８ａ内の基本
波の共振周波数にロックさせている。これにより、半導
体レーザの周波数を安定化させ、共振器内の基本波の強
度をさらに高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザから出射
したレーザ光が基本波として入射し、該基本波に基づい
て該基本波の波長とは異なる波長の光を発生させる光源
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば著書「W.P.Risk等」による
文献「Appl.Phys.Lett.55 (12) (1989)P.1179-1181」に
は、光源に半導体レーザを用い、また、波長変換結晶に
ｙ軸カットのＫＴＰを用いて、波長９９４ｎｍの半導体
レーザ光を波長４９７ｎｍの光に波長変換する第二高調
波発生素子（以下、ＳＨＧ素子と称す）が示されてい
る。すなわち、この文献に開示されているＳＨＧ素子
は、室温で発振波長が９８６ｎｍの単一縦モードの半導
体レーザを４７℃に加熱して波長９９４ｎｍで発振さ
せ、波長が９９４ｎｍのレーザ光をＫＴＰに入射し、Ｋ
ＴＰにおいて波長４９７ｎｍの第二高調波を発生させる
ようになっており、このＳＨＧ素子により、半導体レー
ザ５ｍｗの入力に対して、３ｎｗの第二高調波の出力を
得ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のＳＨＧ素子，すなわち光源装置では、波長変換
された結果の第二高調波を実用的な出力として高出力で
得ることができないという問題があった。

【０００４】本発明は、光源に半導体レーザを用い、ま
た、波長変換結晶にＫＴＰを用いる場合に、波長変換さ
れた光を高出力で得ることの可能な光源装置を提供する
ことを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するために、請求項１，請求項３，請求項４記載の発
明は、半導体レーザと、半導体レーザから出射したレー
ザ光が基本波として入射し、該基本波に基づいて該基本
波の波長とは異なる波長の光を発生させ波長変換を行な
うための波長変換手段とを有し、上記波長変換手段が、
所定波長の基本波を共振させる光共振構造のものであっ
て、かつ、上記基本波に基づいて波長変換を行なうため
の波長変換素子としてｙ軸カットのＫＴＰ結晶を用いて
おり、また、上記波長変換手段内から漏れる一部の基本
波を前記半導体レーザに帰還して半導体レーザの周波数
を共振器内の基本波の共振周波数にロックさせるように
なっていることを特徴としている。波長変換素子として
ｙ軸カットのＫＴＰ結晶を用いることにより、短波長光
（高調波）のビーム形状を良好なものにし、短波長光
（高調波）の高出力化が図れ、また、短波長光（高調
波）の出力を温度変化に対して安定なものとすることが
できる。さらに、波長変換手段内から漏れる一部の基本
波を前記半導体レーザに帰還して半導体レーザの周波数
を共振器内の基本波の共振周波数にロックさせることに
より、半導体レーザの周波数を安定化させ、共振器内の
基本波の強度をさらに高めることができて、ＫＴＰ結晶
に効率良く基本波のパワーを供給し、短波長光（高調
波）をより効率良く発生させ出射することができる。

【０００６】また、請求項２，請求項３，請求項４記載
の発明は、半導体レーザの周波数を安定させるため、共
振器からの基本光を光帰還させるときに光位相制御をも
行なうようにしている。これにより、ｙ軸カットのＫＴ
Ｐ結晶に基本波のパワーをより効率良く供給することが
でき、短波長光（高調波）をより効率良く発生させ出射
することができる。

【０００７】また、請求項５，請求項６記載の発明は、
半導体レーザと、半導体レーザから出射したレーザ光が
基本波として入射し、該基本波に基づいて該基本波の波
長とは異なる波長の光を発生させ波長変換を行なうため
の波長変換手段と、波長変換手段から反射された基本波
の光強度を検出する検出手段と、検出手段で検出された
反射基本波の光強度に基づき前記半導体レーザの注入電
流を制御してレーザ光の周波数をフィードバック制御す
るレーザ周波数制御手段とを有しており、上記波長変換
手段が、所定波長の基本波を共振させる光共振構造のも
のであって、かつ、上記基本波に基づいて波長変換を行
なうための波長変換素子としてｙ軸カットのＫＴＰ結晶
を用いていることを特徴としている。検出手段で検出さ
れた反射基本波の光強度に基づき前記半導体レーザの注
入電流を制御してレーザ光の周波数をフィードバック制
御することにより、半導体レーザの発振周波数を波長変
換手段内での基本波の共振周波数に確実にロックするこ
とができ、ｙ軸カットのＫＴＰ内の基本波の光強度のピ
ーク値を維持し、ＫＴＰから短波長光（高調波）を高出
力でより安定して出射させることができる。

【０００８】また、請求項７乃至請求項９記載の発明に
よれば、半導体レーザと、半導体レーザから出射したレ
ーザ光が基本波として入射し、該基本波に基づいて該基
本波の波長とは異なる波長の光を発生させ波長変換を行
なうための波長変換手段とを有し、半導体レーザおよび
波長変換手段は、半導体レーザの発振波長に対する光共
振器として機能する光共振手段内に配置されているの
で、半導体レ−ザの発振周波数を安定化させるための特
別なフィードバック制御機能を必要とせずに、小型の装
置で半導体レ−ザの発振周波数を安定化させることでき
る。

【０００９】また、請求項１０乃至請求項１２記載の発
明によれば、半導体レーザと、半導体レーザから出射し
たレーザ光が基本波として入射し、該基本波に基づいて
該基本波の波長とは異なる波長の光を発生させ波長変換
を行なうための波長変換手段とを有し、さらに、前記半
導体レーザの前記波長変換手段とは反対の側には、回析
格子が配置され、また、前記波長変換手段の前記半導体
レ−ザとは反対の側には、基本波を反射するための反射
手段が設けられているので、反射手段の位置の調整の負
担や、半導体レ−ザ，波長変換手段の温度調整の負担を
軽減することができ、より容易に、半導体レ−ザの発振
周波数を安定化させることができる。

【００１０】また、請求項１３乃至請求項１７記載の発
明によれば、半導体レーザと、半導体レーザから出射し
たレーザ光が基本波として入射し、該基本波に基づいて
該基本波の波長とは異なる波長の光を発生させ波長変換
を行なうための波長変換手段とを有し、さらに、前記半
導体レーザから出射される光の偏光状態を直線偏光にす
るための偏光変換手段が設けられているので、低ノイズ
の光源装置を提供することができる。

【００１１】また、請求項１８記載の発明によれば、請
求項７，請求項１０または請求項１３記載の光源装置に
おいて、前記半導体レ−ザおよび／または前記波長変換
手段は、個別にまたは同時に温度制御されるので、高周
波の光強度を安定化させることができる。

【００１２】また、請求項１９，請求項２０記載の発明
によれば、請求項７，請求項１０または請求項１３記載
の光源装置において、波長変換手段の中心付近に基本波
を集光させるための集光手段がさらに設けられているの
で、高周波を高出力で得ることができる。

【００１３】また、請求項２１記載の発明によれば、請
求項７，請求項１０または請求項１３記載の光源装置に
おいて、前記波長変換手段には、ｙ軸カットのＫＴｉＯ
ＰＯ₄が用いられるので、ウォークオフが理論上“０”
となり、高周波のビーム品質を高めることができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明に係る光源装置の第１の実施例の構
成図である。図１を参照すると、この光源装置５０は、
半導体レーザ１と、半導体レーザ１の温度を調整するた
めの温度調整装置(例えばペルチェ素子)２と、半導体レ
ーザ１から出射されたレーザ光（以下、ＬＤ光と称す）
をコリメートするコリメートレンズ３と、コリメートレ
ンズ３からの平行光を集束するカップリングレンズ６
と、カップリングレンズ６で集束されたＬＤ光が入射す
る共振器８ａとを有している。

【００１５】ここで半導体レーザ１には、例えば、Ｅｒ
ドープ光ファイバ用の高出力半導体レーザが用いられ
る。なお、この半導体レーザ１は、通常、室温で約９８
０ｎｍ程度の発振波長であるが、半導体レーザ作製のと
きレーザ共振器長を所定の長さにすることによって、室
温で発振波長が約９９４ｎｍ程度となるようにしてい
る。

【００１６】また、共振器８ａは、３つのミラー，すな
わち凹面ミラー７ａ，７ｂ，平面ミラー７ｃによるリン
グ共振器として構成されており、その共振波長は、例え
ば９９４ｎｍに予め設定されている。また、共振器８ａ
内には、共振モードのビームウェスト付近に波長変換素
子８として、高調波発生用の非線形光学媒質が配置され
ている。共振器８ａには、半導体レーザ１からの温度制
御された所定強度，所定波長（約９９４ｎｍ程度）のＬ
Ｄ光が基本波として入射するようになっており、この基
本波が共振器８ａ内に入射すると、基本波は、共振器８
ａ内で共振し、共振器８ａ内に配置された波長変換素子
８において波長変換されるようになっている。また、上
記波長変換素子，すなわち非線形光学媒質８としては、
例えば、波長９９４ｎｍの基本波を４９７ｎｍの短波長
光，すなわち高調波に高効率に変換するため、ｙ軸カッ
トのＫＴＰ(ＫＴｉＯＰＯ₄)結晶が用いられている。

【００１７】なお、共振器８ａ内で基本波を共振させる
ため、凹面ミラー７ａ，７ｂ，平面ミラー７ｃには、基
本波に対して高反射なコーティングが施されている一
方、ＫＴＰ８の両端面には前記基本波に対して無反射の
コーティングが施されている。なお、ミラー７ｂに施さ
れるコーティングは、基本波に対しては上述のように高
反射のものであるが、ＫＴＰ８において波長変換された
結果の高調波に対しては高透過なものとなっている。

【００１８】次にこのような構成の第１の実施例の光源
装置５０の動作について説明する。半導体レーザ１は、
温度調整装置２により温度制御され、半導体レーザ１か
らは、波長が約９９４ｎｍ程度のＬＤ光が出射するとす
る。このＬＤ光は、コリメートレンズ３によりコリメー
トされ、カップリングレンズ６で集束されて、共振器８
ａに基本波として入射する。ところで、共振器８ａ内で
は、共振波長（例えば９９４ｎｍ）をもつ基本波の光強
度が共振により高められ、ｙ軸カットのＫＴＰ８から波
長が４９７ｎｍ程度の高調波を高効率に発生させ、これ
をミラー７ｂから出射させることができる。すなわち、
半導体レーザ１の発振周波数が安定しており、ＬＤ光の
波長が共振器８ａの共振波長付近に安定している場合に
は、共振器８ａ内で基本波の光強度を高めることができ
る。また、波長変換素子８にｙ軸カットされたＫＴＰ結
晶を用いることにより、ＫＴＰ結晶内でｙ軸カットの位
相整合がなされ、この場合には、ＫＴＰのｚ軸からの角
度、ｘ軸からの角度がともに９０゜であるので、ウォー
クオフが“０”となり、従って、高調波のビーム形状が
良好なものになり、また、結晶長を長くできるために、
高調波の高出力化を図ることができる。さらに、ｙ軸方
向の位相整合は温度許容幅が広いため、温度変化に対し
ても高周波出力の安定化を図ることができる。

【００１９】このように、高調波を高効率に発生させる
ためには、ｙ軸カットのＫＴＰを用い、なおかつ、半導
体レーザ１の発振周波数が安定しＬＤ光の波長が共振器
の共振波長（例えば９９４ｎｍ）に常に安定したものと
なっている必要があり、図１の構成の光源装置では、温
度調整装置２の制御によってこれをある程度達成するこ
とができるが、高調波をより効率良く発生させるため、
第１の実施例の光源装置では、さらに、共振器８ａのミ
ラー７ａから僅かに漏れる基本波をカップリングレンズ
６、コリメートレンズ３を介して半導体レーザ１に帰還
し、帰還した基本波により、半導体レーザ１の周波数を
共振器８ａの共振周波数（基本波の共振周波数）にロッ
クする。これにより、半導体レーザ１の周波数を一層安
定させ、共振器８ａ内での基本波の強度をより一層高め
て、より高出力の高調波をＫＴＰ８から安定して発生さ
せることができる。

【００２０】なお、図１の光源装置５０では、リング共
振器８ａを外付けのミラー７ａ，７ｂ，７ｃで構成した
が、これらのミラーを別途設けるかわりに、波長変換素
子すなわちＫＴＰの端面を加工（例えば研磨やコーティ
ング）して共振器を構成することもできる。

【００２１】図２は、外付けのミラーのかわりに、波長
変換素子の端面を研磨，コーティングすることにより、
リング共振器を構成した光源装置６０の構成図である。
より具体的には、図２の光源装置６０では、波長変換素
子３０として、ｙ軸カットされたＫＴＰ結晶を用い、そ
の（０１０）面に曲率研磨を施し、また、その両端面３
０ａ，３０ｂに基本波に対して高反射のコーティングを
施し、また、１つの面３０ｃに基本波に対して全反射の
コーティングを施しており、これにより、共振波長が例
えば９９４ｎｍのリング共振器８ｂを構成している。

【００２２】図２の光源装置においても、図１の光源装
置と同様に、半導体レーザ１から波長が約９９４ｎｍ程
度のＬＤ光が出射すると、このＬＤ光は共振器８ｂに基
本波として入射する。共振器８ｂ内では、共振波長（例
えば９９４ｎｍ）をもつ基本波の光強度が共振により高
められ、この基本波に基づいてｙ軸カットのＫＴＰ３０
から波長が約４９７ｎｍ程度の高調波を高効率に発生さ
せ、ＫＴＰ３０の端面３０ｂから出射させることができ
るが、半導体レーザ１の周波数を温度調整装置２の温度
制御により安定化し、さらに、ＫＴＰ３０から僅かに漏
れる基本波をカップリングレンズ６，コリメートレンズ
３を介して半導体レーザ１に帰還させることで、半導体
レーザ１の周波数を共振器８ｂ内での基本波の共振周波
数にロックし、半導体レーザ１の周波数を一層安定さ
せ、共振器８ｂ内での基本波の強度をより一層高め、よ
り高出力の高調波をＫＴＰ３０から安定して発生させる
ことができる。さらに、図２の構成は、図１の構成に比
べ、構造が簡単であるので、小型化をより容易にするこ
とができる。

【００２３】図３は本発明に係る光源装置の第２の実施
例の構成図であり、この第２の実施例では、半導体レー
ザ１の周波数を安定させるのに、光位相制御を行ないな
がら光帰還を行なうようになっている。なお、図３の光
源装置７０は、共振器に図１と同様の共振器８ａが用い
られている。

【００２４】図３を参照すると、この光源装置７０は、
図１の構成に加えて、さらに、コリメートレンズ３とカ
ップリングレンズ６との間の光路上に配置されたミラー
４と、ミラー４の位置を制御する圧電素子５と、共振器
８ａ内の基本波の強度を検出するための受光素子１０
と、共振器８ａのミラー７ｂから僅かに漏れた基本波を
受光素子１０に導くためのダイクロイックミラー９と、
受光素子１０で検出された基本波強度信号を増幅するロ
ックインアンプ１１と、ロックインアンプ１１の参照周
波数信号を出力する高周波電源１４と、ロックインアン
プ１１からの基本波強度信号に基づき圧電素子５の制御
信号を生成するＰ−Ｉコントローラ１２と、Ｐ−Ｉコン
トローラ１２からの制御信号と高周波電源１４からの参
照周波数信号とを加算する加算回路２１と、加算回路２
１の出力信号に基づき圧電素子５を駆動するＰＺＴドラ
イバ１３とを有している。

【００２５】次にこのような構成の第２の実施例の光源
装置７０の動作について説明する。半導体レーザ１から
のＬＤ光（温度調整装置２の温度制御により、波長が約
９９４ｎｍ程度に制御されたＬＤ光）は、コリメートレ
ンズ３，ミラー４，カップリングレンズ６を介して、共
振器８ａに基本波として入射する。図１の光源装置５０
と同様に、共振器８ａ内では、共振波長（例えば９９４
ｎｍ）をもつ基本波の光強度が共振により高められ、こ
の基本波に基づいてｙ軸カットのＫＴＰ８から高調波を
高効率に発生させ、この高調波をミラー７ｂから出射さ
せることができる。また、図３の光源装置７０において
も、ミラー７ａから僅かに漏れる基本波を、カップリン
グレンズ６，ミラー４，コリメートレンズ３を介して半
導体レーザ１に光帰還させることで、半導体レーザ１の
周波数を共振器８ａの共振周波数（共振器８ａ内の基本
波の周波数）にロックすることができ、これにより、共
振器８ａ内での基本波の光強度をより安定したものにす
ることができる。

【００２６】ところで、この第２の実施例では、共振器
８ａ内での基本波の光強度をさらに一層安定したものに
するため、ミラー４の位置を圧電素子５により制御し
て、光位相制御する。すなわち、ミラー７ｂからは高調
波が出力されるとともに、共振器８ａ内の基本波が僅か
に漏れるので、この基本波の光強度を受光素子１０で検
知し、ロックインアンプ１１で増幅し、Ｐ−Ｉコントロ
ーラ１２において圧電素子５用の制御信号としてＰＺＴ
ドライバ１３に加え、ＰＺＴドライバ１３により圧電素
子５を駆動することで、ミラー７ｂから漏れる基本波の
光強度，すなわち共振器８ａ内での基本波の光強度が最
大となるようにミラー４の位置を微調整して、半導体レ
ーザ１から出射されたＬＤ光の光位相を制御する。

【００２７】このように、ミラー４の位置を微調整し、
ＬＤ光の光位相を制御することで、共振器８ａ内におい
て基本波のピーク強度を維持することができ、ＫＴＰ８
から高調波を高出力でより安定して出射させることがで
きる。なお、図３の例では、図１の構成を基本としてい
るが、図２の構成を用いる場合にも、同様の光位相制御
を行なうことができる。

【００２８】図４は本発明に係る光源装置の第３の実施
例の構成図であり、この第３の実施例では、半導体レー
ザの周波数を安定化させるのに、Pound-Drever法を利用
している。

【００２９】図４を参照すると、この光源装置８０で
は、波長変換素子３１として、ｙ軸カットされたＫＴＰ
結晶を用い、その両端面３１ａ，３１ｂを曲面研磨し、
この両端面３１ａ，３１ｂに波長９９４ｎｍの基本波に
対して高反射となるコーティングを施している。そし
て、この波長変換素子３１とその両端面３１ａ，３１ｂ
に施したコーティングとにより、基本波に対して定在波
型の外部共振器（ファブリペロー型共振器）８ｃを構成
している。

【００３０】また、この光源装置８０では、さらに、コ
リメートレンズ３とカップリングレンズ６との間に、光
アイソレータ１５とビームスプリッタ１６とが設けられ
ている。なお、ここで、光アイソレータ１５は、共振器
８ｃからの光，その他光学部品からの光が半導体レーザ
１に戻るのを阻止するためのものであり、また、ビーム
スプリッタ１６は、共振器８ｃから反射された基本波を
取り出すためのものである。

【００３１】また、この光源装置８０には、ビームスプ
リッタ１６を介して入射するＫＴＰ３１からの反射基本
波の光強度を検出するための受光素子１０と、受光素子
１０において検出された基本波光強度信号を増幅する増
幅器１７と、増幅器１７で増幅された信号に基づき、半
導体レーザ１の注入電流を制御してＬＤ光の周波数をフ
ィードバック制御するレーザ周波数制御回路２５とがさ
らに設けられている。

【００３２】このレーザ周波数制御回路２５は、半導体
レーザ１を周波数変調するための高周波電源１４と、バ
イアス電源２０と、高周波電源１４からの信号の位相を
制御するフェーズシフタ１８と、増幅器１７からの基本
波光強度信号とフェーズシフタ１８からの信号とから、
半導体レーザ１の発振周波数と共振器８ｃの共振周波数
との差の誤差信号として機能する信号を生成し出力する
ダブルバランストミキサ（ＤＢＭ）１９と、ダブルバラ
ンストミキサ１９からの信号に基づき、半導体レーザ１
の注入電流を制御するＰ−Ｉコントローラ１２と，バイ
アス電源２０からのバイアス成分と高周波電源１４から
の高周波信号とＰ−Ｉコントローラ１２からの信号とを
加算し、半導体レーザ１に注入電流として与える加算部
２２とを有している。

【００３３】次に、このような光源装置８０の動作につ
いて説明する。半導体レーザ１は、高周波電源１４から
の信号（注入電流）により数１０ＭＨｚ乃至数１００Ｍ
Ｈｚで周波数変調されており、周波数変調されたＬＤ光
は、コリメートレンズ３，光アイソレータ１５，ビーム
スプリッタ１６，カップリングレンズ６を介して共振器
８ｃすなわちＫＴＰ３１に入射する。このとき、このＫ
ＴＰ３１はファブリペロー干渉計として機能し、ＫＴＰ
３１内では、共振波長（例えば波長９９４ｎｍ）の基本
波が共振し、定在波として立ち、この基本波に基づき、
ＫＴＰ３１内では高調波（４９７ｎｍ）が効率良く発生
し、ＫＴＰ３１の端面３１ｂから出射する。一方、共振
器８ｃ内に定在波として立つ基本波の一部は、ＫＴＰ３
１の端面３１ａから反射光として出力され、この反射光
は、カップリングレンズ６，ビームスプリッタ１６を介
して受光素子１０に入射する。

【００３４】ここで、受光素子１０に入射する共振器８
ｃからの反射光には、変調信号成分が含まれており、従
って、受光素子１０で発生する電流には、変調信号成分
が含まれている。増幅器１７では、変調信号成分が含ま
れている受光素子１０からの電流を増幅して、ＤＢＭ１
９に与える。このとき、ＤＢＭ１９には、半導体レーザ
１の周波数変調用の高周波電源１４からの高周波信号が
フェーズシフタ１８によって位相制御されて加わる。す
なわち、高周波電源１４からの高周波信号は、その位相
が増幅器１７からの信号と同位相となるようにフェーズ
シフタ１８において制御されて、ＤＢＭ１９に加わる。
これにより、この高周波信号は、ＤＢＭ１９において、
増幅器１７からの基本波光強度信号に対し、変調周波数
成分に関する参照用信号として働く。すなわち、ＤＢＭ
１９では、増幅器１７からの基本波光強度信号と高周波
電源１４，フェーズシフタ１８からの参照用信号との差
をとり、変調周波数成分（変調信号成分）やそれより高
帯域の信号をフィルタリングして、図５に示すような誤
差信号として出力する。

【００３５】これにより、この誤差信号には、変調周波
数成分が含まれず、誤差信号は、純粋に、半導体レーザ
１の発振周波数と共振器８ｃにおける基本波共振周波数
との差を表した信号となる。Ｐ−Ｉコントローラ１２で
は、ＤＢＭ１９から得られた上記誤差信号を中央のゼロ
交差点（半導体レーザの発振周波数と基本波共振周波数
とのずれが“０”の点）に収束させるための信号を生成
し、この信号を加算器２２に加える。加算器２２には、
高周波電源１４からの高周波信号とバイアス電源２０か
らのバイアス成分との他に、Ｐ−Ｉコントローラ１２か
らの信号も加わり、加算器２１では、これらを加算して
半導体レーザ１の注入電流を制御する。半導体レーザ１
の発振周波数の変化量は、モードホップの起こらないと
き、注入電流の変化量に比例して変化するので、半導体
レーザ１の注入電流をＰ−Ｉコントローラ１２からの信
号により制御することで、半導体レーザ１の発振周波数
をＫＴＰ３１内の基本波の周波数に確実にロックするこ
とができ、共振器８ｃ内の基本波の光強度のピーク値を
維持し、ＫＴＰ３１から高調波を高出力でより安定して
出射させることができる。

【００３６】なお、図４の例では、半導体レーザ１への
戻り光を阻止するための光アイソレータ１５が用いられ
ているが、光アイソレータのかわりに、音響光学素子を
用いることもできる。また、図４の例では、共振器８ｃ
として、定在波型の外部共振器を用いたが、これに他の
型式（構造）の共振器を用いることも可能である。

【００３７】上述した第２，第３の実施例では、９９４
ｎｍ程度の波長をもつＬＤ光を外部共振器の共振周波数
にロックして半導体レーザの周波数を安定化させるた
め、光フィードバックやPound-Drever法を利用したが、
この場合にはフィードバック制御機構が必要となるの
で、装置全体が大型化する恐れがある。装置全体の大型
化を回避するため、本願の発明者は、さらに、よりコン
パクトな構成で半導体レーザの周波数を安定化させるこ
との可能な光源装置を案出した。

【００３８】図６は本発明に係る光源装置の第４の実施
例の概略構成図である。図６を参照すると、この光源装
置は、基本的に、２枚のミラ−(例えば、凹面ミラー)１
０１ａ，ｌ０１ｂからなる光共振器１０８内に、半導体
レーザ１０２と、波長変換素子としての非線形光学媒質
１０３とが配置されて構成されている。

【００３９】ここで、半導体レーザ１０２には、発振周
波数が室温付近で例えば９９４ｎｍ±２ｎｍのものを用
いることができる。また、波長変換素子，すなわち非線
形光学媒質１０３には、例えばｙ軸カットのＫＴＰ(Ｋ
ＴｉＯＰＯ₄)結晶が用いられるが、非線形光学媒質１０
３としてはバルク状の単結晶に限らず、導波路構造やド
メイン反転構造の波長変換素子を用いても良い。また、
非線形光学媒質１０３の両端面１０３ａ，１０３ｂには
半導体レーザ１０２から出射されるＬＤ光(レーザ光)，
すなわち基本波に対して無反射のコーティングが施され
る一方、２枚のミラー１０１ａ，１０１ｂには、ＬＤ
光，すなわち基本波に対して高反射のコーティングが施
されている。なお、ミラー１０１ｂに施されるコーティ
ングは、高調波に対しては高透過なものとなっている。

【００４０】このように、ミラー１０１ａ，１０１ｂに
はＬＤ光に対して高反射のコーティングが施されている
ので、半導体レーザ１０２からのＬＤ光(レーザ光)は、
非線形光学媒質１０３を透過し、２枚のミラ−１０１
ａ，ｌ０１ｂ間で共振してパワーが高められるようにな
っている。従って、図６に示す光源装置は、ＬＤ光(基
本波)に関して、図７に示すような光共振器構成となっ
ている。すなわち、半導体レーザ１０２の一方の端面１
０２ａから出射した光は、ミラー１０１ａに向かい、他
方の端面１０２ｂからの光はミラー１０１ｂに向かうの
で、等価的に、半導体レーザ１０２の両端面１０２ａ，
ｌ０２ｂ間の第１の光共振器Ｃ₁と、ミラー１０１ａと
半導体レーザ１０２の他方の端面１０２ｂとの間の第２
光共振器Ｃ₂と、半導体レーザ１０２の一方の端面１０
２ａとミラー１０１ｂとの間の第３の光共振器Ｃ₃との
３つの光共振器Ｃ₁，Ｃ₂，Ｃ₃が同時に存在する複合共
振器構成となっている。

【００４１】これにより、光源装置内には、基本波に関
し、第８図(ａ),(ｂ),(ｃ)に示すように、半導体レーザ
１０２単体の発振周波数(図８(ａ))と、光共振器Ｃ₂の
共振周波数(図８(ｂ))と、光共振器Ｃ₃の共振周波数(図
８(ｃ))との３種類の周波数が存在する。光共振器Ｃ₁，
Ｃ₂，Ｃ₃の自由スペクトル間隔(ＦＳＲ)をそれぞれＦＳ
Ｒ₁，ＦＳＲ₂，ＦＳＲ₃とすると、図７により、Ｌ₁＜Ｌ
₂，Ｌ₁＜Ｌ₃の関係から、ＦＳＲ₁＞ＦＳＲ₂，ＦＳＲ₁＞
ＦＳＲ₃となる。半導体レーザ１０２は、ミラー１０１
ａ，１０１ｂのない状態では、図８(ａ)に示すように縦
多モードで発振しているが、ミラー１０１ａ，１０１ｂ
が設けられていることにより、ミラー１０１ａと半導体
レーザ１０２の他方の端面１０２ｂとの間の第２の共振
器Ｃ₂の共振周波数(図８(ｂ))の１つと、ミラー１０１
ｂと半導体レーザ１０２の一方の端面１０２ａとの間の
第３の共振器Ｃ₃の共振周波数(図８(ｃ))の１つとを、
半導体レーザ１０２単体の共振周波数(図８(ａ))の１つ
に一致させることによって、図８(ｄ)に示すように、単
一縦モード発振が可能となる。これにより、縦多モード
発振の場合に比べてＬＤ光に含まれるノイズを著しく低
減することができる。

【００４２】また、この際、図８(ａ)乃至(ｃ)に示すよ
うに、半導体レーザ１０２単体の共振周波数のうちの一
番利得の大きな発振周波数ν_qのところに、第２の光共
振器Ｃ₂の共振周波数の１つと第３の光共振器Ｃ₃の共振
周波数の１つとを一致させるよう、ミラー１０１ａ，１
０１ｂの位置，すなわち、Ｌ₂，Ｌ₃を調整することによ
り、単一縦モードで効率良く発振させることができる。

【００４３】前述した第２，第３の実施例では、ＬＤ光
(レーザ光)を外部の光共振器の共振周波数にロック(固
定)するために、光フィードバックやPound Drever法な
どのフィードバック制御機構を用いる必要があったが、
この第４の実施例では、ミラ−ｌ０１ａ，ｌ０１ｂを付
加するだけで、光共振器Ｃ₁の他に２つの光共振器Ｃ₂，
Ｃ₃をさらに構成することができ、これによって、単一
縦モード発振が可能になり、縦多モード発振の場合に比
べて、ノイズを著しく低減できるとともに、さらには、
半導体レーザ１０２の発振周波数を安定化させることが
できる。すなわち、第４の実施例によれば、第２，第３
の実施例に比べて装置構成を小型化することができると
ともに、半導体レーザ１０２の発振周波数を安定化させ
ることができる。これにより、半導体レーザ１０２とし
て、室温付近で発振周波数が例えば９９４ｎｍ±２ｎｍ
のものが用いられる場合、複雑なフィードバック制御機
構等を必要とせずに、基本波の波長を９９４ｎｍに安定
させ、この基本波を、例えばｙ軸カットのＫＴＰ(ＫＴ
ｉＯＰＯ₄)の非線形光学媒質１０３により、４９７ｎｍ
の短波長光，すなわち高調波に高効率に安定して波長変
換することができる。

【００４４】図９は図６の光源装置の変形例を示す図で
ある。図９の光源装置は、図６の光源装置において、ミ
ラー１０１ａを設けるかわりに、半導体レーザ１０２の
一方の端面１０２ａの基本波に対する反射率を通常の反
射率よりもかなり大きく設定している。例えば半導体レ
ーザ１０２の端面１０２ａに基本波に対して高反射のコ
ーティング１０４を施している。

【００４５】図９に示す光源装置は、ＬＤ光(基本波)に
関して、図１０に示すような光共振器構成となる。すな
わち、等価的に、半導体レーザ１０２の両端面１０２
ａ，１０２ｂ間の第１の光共振器Ｃ₁と、ミラー１０１
ｂと半導体レーザ１０２の一方の端面１０２ａとの間の
光共振器Ｃ₂との２つの光共振器Ｃ₁，Ｃ₂が同時に存在
する複合共振器構成となっている。従って、この光源装
置内には、基本波に関し、図１１(ａ),(ｂ)に示すよう
に、半導体レーザ１０２単体の発振周波数(図１１(ａ))
と、光共振器Ｃ₂の共振周波数(図１１(ｂ))との２種類
の周波数が存在する。

【００４６】光共振器Ｃ₁，Ｃ₂の自由スペクトル間隔
(ＦＳＲ)をそれぞれＦＳＲ₁，ＦＳＲ₂とすると、図１０
により、Ｌ₁＜Ｌ₂の関係から、ＦＳＲ₁＞ＦＳＲ₂とな
る。半導体レーザ１０２は、ミラー１０１ｂのない状態
では、図１１(ａ)に示すように縦多モードで発振してい
るが、ミラー１０１ｂが設けられ、また、半導体レーザ
１０２の一方の端面１０２ａが高反射率に設定されてい
ることにより、ミラー１０１ｂと半導体レーザ１０２の
一方の端面１０２ａとの間の第２の共振器Ｃ₂の共振周
波数(図１１(ｂ))の１つを、半導体レーザ１０２単体の
共振周波数(図１１(ａ))の１つに一致させることによっ
て、図１１(ｃ)に示すように、単一縦モード発振が可能
となる。これにより、縦多モード発振の場合に比べて、
ノイズを著しく低減することができる。

【００４７】なお、単一縦モードで効率良く発振させる
には、図１１(ａ)，(ｂ)に示すように、半導体レーザ１
０２単体の共振周波数のうちの一番利得の大きな発振周
波数ν_qのところに、第２の光共振器Ｃ₂の共振周波数の
１つを一致させるよう、ミラー１０１ｂの位置，すなわ
ち、Ｌ₂を調整する必要があるが、図９に示す光源装置
では、図６に示す光源装置のように２つのミラー１０１
ａ，ｌ０１ｂを調整する必要なく、１つのミラー１０１
ｂだけを調整するだけで済む。また、図６の光源装置に
比べて、光学部品の個数が少なく、これにより、より一
層の小型化を図ることができ、また、各光学部品の組付
けをより容易にすることができる。

【００４８】また、図６，図９の構成例では、２枚のミ
ラ−１０１ａ，１０１ｂ，１枚のミラー１０１ｂによる
定在波型光共振器を構成しているが、この構成例に限ら
ず、例えば３枚あるいはそれ以上のミラ−を用いたリン
グ共振器を構成することも可能である。図１２は３枚の
ミラ−を使ったリング共振器の構成例を示す図である。
図１２を参照すると、この光源装置は、半導体レーザ１
０２単体の共振器Ｃ₁と３枚のミラ−１０１ａ，ｌ０１
ｂ，１０１ｃによるリング共振器Ｃ₄との複合共振器構
成となっている。この場合、光源装置内には、半導体レ
ーザ１０２単体の図１１(ａ)に示した同様の発振周波数
と、光共振器Ｃ₄の図１１(ｂ)に示したと同様の共振周
波数との２種類の周波数が存在し、従って、基本的に
は、外部ミラ−が１つ設けられている図９に示した光源
装置と同様の動作となる。

【００４９】なお、図６，図９，図１２の構成では、光
共振器Ｃ₂，Ｃ₃，Ｃ₄を所定の共振周波数のものにする
ために、ミラー１０１ａあるいは１０１ｂあるいは１０
１ｃの位置を調整する調整手段が設けられているのが良
い。具体的には、図９の構成を例にとると、図１３に示
すように、ピエゾ素子(圧電素子)などの微調整機能素子
１０７をミラー１０１ｂに取り付け、微調整機能素子１
０７を駆動してミラー１０２ｂを微調整することによ
り、図９の光共振器Ｃ₂の共振周波数を変化させて、図
１１(ａ)に示す最大利得となる縦モードν_qに、光共振
器Ｃ₂の共振周波数の１つを一致させることが可能にな
る。

【００５０】また、図６，図９，図１２には図示してい
ないが、高調波を高効率にかつ安定して出力するために
は、半導体レーザ１０２，非線形光学媒質１０３に対し
て、温度制御がなされるのが良い。例えば、図１４に
は、図９の構成において、半導体レーザ１０２の温度を
調整するための温度調整装置１０５ａと、非線形光学媒
質１０３の温度を調整するための温度調整装置１０５ｂ
とが設けられている。ここで、温度調整装置１０５ａは
半導体レーザ１０２のモードホップを抑制するために用
いられる一方、温度調整装置１０５ｂは、非線形光学媒
質１０３の位相整合の制御および複屈折の制御を行なう
ために設けられている。非線形光学媒質１０３として例
えばＫＮｂＯ₃のように位相整合に関して温度許容幅の
小さい結晶が用いられる場合には、温度調整装置１０５
ｂは、主に位相整合をとるために非線形光学媒質１０３
を温度制御する機能を有する。これに対し、非線形光学
媒質１０３として例えばＫＴＰ(ＫＴｉＯＰＯ₄)のよう
に位相整合に関して温度許容幅の大きい結晶が用いられ
る場合には、温度調整装置１０５ｂは、位相整合のため
ではなく、主に、結晶の複屈折を制御して光共振器の中
の基本波の偏光モードを単一にし、高調波(ＳＨ光)の強
度の安定化を図る機能を有している。

【００５１】図１４の構成例では、半導体レーザ１０２
の温度調整と非線形光学媒質１０３の温度調整とをそれ
ぞれ別体の温度調整装置１０５ａ，１０５ｂで行なって
いるが、図１５に示すように、これらの温度調整を１台
の温度調整装置１０６で行なうこともできる。なお、図
１５の構成例では、光源装置の環境全体の温度を温度調
整装置１０６で制御することを意図しているが、この場
合、半導体レーザ１０２と非線形光学媒質１０３とは、
ある特定の温度において半導体レーザ１０２の発振波長
を非線形光学媒質１０３で波長変換可能であり、かつ、
その温度で半導体レーザ１０２に戻る光の偏光方向が半
導体レーザ１０２からの出射光の偏光方向と一致してい
る必要がある。そのために、図１５の構成例では、非線
形光学媒質１０３として、例えばＫＴＰなどの温度許容
幅の大きいものを用いるのが良い。

【００５２】このことからわかるように、図１４の構成
例と図１５の構成例とを比較した場合、図１５の構成例
では、１台の温度調整装置１０６で済むが、使用される
非線形光学媒質１０３等に制約があり、また、制御が難
かしくなる。これに対し、図１４の構成例では、半導体
レーザ１０２の温度調整機能と非線形光学媒質１０３の
温度調整機能とがそれぞれ別個に設けられているので、
図１５の構成例に比べ、半導体レーザ１０２の利得が最
大となる周波数と、光共振器Ｃ₂のある１つの共振周波
数を半導体レーザ１０２の発振周波数に一致させる自由
度が高く、これにより、より安定に、しかも信頼性高く
高効率に高調波(ＳＨ光)を出力することができる。

【００５３】なお、図１４，図１５では、図９の構成例
に温度調整装置を付加した状態を示したが、図６，図１
２の構成例に同様の温度調整装置を付加することによっ
ても、同様の効果を得ることができる。

【００５４】ところで、上述した第４の実施例の光源装
置では、Drever法などのような半導体レーザの周波数を
安定化させるための複雑なフィードバック制御機構が不
要となり、全体の構成を小型のものにすることができる
が、その反面、ミラー１０１ａ，ｌ０１ｂ，あるいは１
０１ｃの微調整などが必要となる。このような微調整等
は、一般に難かしく、また、調整後、ずれ等が生ずる恐
れがあるので、微調整等を行なわずに、安定した高調波
を高効率に出力可能な光源装置がさらに望まれる。

【００５５】図１６は本発明に係る光源装置の第５の実
施例の概略構成図である。この第５の実施例では、ミラ
ーの微調整などがなされずとも、高調波を効率良く安定
して出力させることを意図しており、このため、図１６
の光源装置は、回折格子２０１とミラー１０１ｂとの間
に、半導体レーザ２０２と、波長変換素子としての非線
形光学媒質１０３とが配置されて構成されている。

【００５６】ここで、半導体レーザ２０２には単一縦モ
ード発振するものを使用するのが良い。また、回折格子
２０１は、ＬＤ光(レーザ光)の外部ミラーとして機能す
るよう、リトロー(Littrow)形配置となっている。すな
わち、回折格子２０１は、回折格子２０１からの回折光
が回折格子２０１への入射光と平行な方向に反射するよ
う配置されている。また、この第５の実施例では、半導
体レーザ２０２の回折格子２０１側の端面２０２ａはＬ
Ｄ光(レーザ光)に対して高反射のコーティングが施され
ている一方、非線形光学媒質１０３側の端面２０２ｂは
ＬＤ光に対して低反射コーティングが施されている。

【００５７】図１６の光源装置では、半導体レーザ２０
２の回折格子２０１側の端面２０２ａとミラー１０１ｂ
との間の光共振器Ｃ₅と、回折格子２０１とミラー１０
１ｂとの間の光共振器Ｃ₆との２つの光共振器Ｃ₅，Ｃ₆
が存在する複合共振器構成となっている。この場合、回
折格子２０１からの回折光の回折角は入射光波長に依存
するため、半導体レーザ２０２に戻される回折光は特定
の波長に限定され、これにより、半導体レーザ２０２を
特定の単一縦モードで発振させることができ、この縦モ
ードが基本波となって、半導体レーザ２０２の回折格子
２０１側の端面２０２ａとミラー１０１ｂとの間の光共
振器５に基本波のパワーが蓄積される。そして、この基
本波が非線形光学媒質１０３で波長変換されて、高調波
が出射される。

【００５８】より具体的に、図１６のような構成の光源
装置では、半導体レーザ２０２から出射されるＬＤ光
は、半導体レーザ２０２の回折格子２０１側の端面２０
２ａにより、大部分が反射され、僅かなＬＤ光だけが漏
れて回折格子２０１に入射する。この際、回折格子２０
１は、ＬＤ光の外部ミラーとして機能し、回折格子２０
１の角度θを調整することによって、半導体レーザ２０
２の縦モードを選択することができる。一般に、基本波
の縦モードが単一モードで発振すれば、高調波のノイズ
を低減することができるので、上記のように回折格子２
０１の角度θを適宜調整することで、半導体レーザ２０
２の温度調整や非線形光学媒質１０３の温度調整を厳密
に行なわずとも、またミラー１０２ｂの圧電素子等によ
る微調整を行なわずとも、安定な単一縦モード発振の基
本波を得ることができ、高調波を安定してかつ高効率に
出力することができる。

【００５９】このように、この第５の実施例では、ＬＤ
周波数安定化のために必要なものは回折格子２０１だけ
であり、特に半導体レーザ２０２に関しては、温度制御
を行なわずとも、回折格子２０１の角度θを調整するこ
とで、単一縦モード発振させることができる。但し、非
線形光学媒質１０３については、複屈折に関する温度制
御がなされるのが良い。

【００６０】このため、図１７の光源装置には、ペルチ
ェ素子などの温度調整装置２０５ｂがさらに設けられ、
この温度調整装置２０５ｂによって非線形光学媒質１０
３を温度制御するようになっている。これにより、非線
形光学媒質１０３内部のＬＤ光の複屈折を制御して、半
導体レーザ２０２に戻る光の偏光を半導体レーザ２０２
から出射する光の偏光に一致させることができ、より一
層の低雑音化を図ることができる。また、上記温度調整
装置２０５ｂは、非線形光学媒質１０３として、位相整
合に関する温度許容幅の狭いもの，例えばＫＮｂＯ₃が
用いられるときにも有用なものとなる。このように、温
度調整装置２０５ｂを用いることで外乱に強い光源装置
を提供することができる。

【００６１】また、回折格子２０１が設けられているこ
とにより、上述のように、基本的には、半導体レーザ２
０２の温度制御は必ずしも必要でないが、半導体レーザ
２０２として、１００ｍＷを越えるような高出力のもの
が用いられる場合には、例えば図１８に示すように半導
体レーザ２０２用の温度調整装置２０５ａをさらに設け
るのが良い。

【００６２】また、半導体レーザ２０２と非線形光学媒
質１０３の温度調整が共用できる場合には、これらの温
度調整装置として図１９に示すような１台の温度調整装
置２０６で済ますことができる。

【００６３】なお、図１６乃至図１９の構成例では、ミ
ラー１０１ｂが設けられているが、ミラー１０１ｂを設
けるかわりに、図２０に示すように、非線形光学媒質１
０３の出力側端面１０３ｂに、ＬＤ光に対しては高反射
で、かつ、高調波に対しては高透過なコーティングを施
しても良い。この場合には、ミラー１０１ｂが設けられ
ていない分だけ、より小型になり、また、光学部品の組
付けもより容易になる。

【００６４】また、図２１は本発明に係る光源装置の第
６の実施例の概略構成図である。図２１を参照すると、
この第６の実施例の光源装置は、半導体レーザ３０１
と、ブルースター板３０２と、波長変換素子としての非
線形光学媒質１０３と、ミラ−１０１ｂとを有してい
る。ここで、半導体レーザ３０１には単一縦モード発振
するものを用いるのが良い。また、ブルースター板３０
２は、その入射面(すなわち、入射光の進行方向線とブ
ルースター板３０２表面の法線とによって張られる平
面)が半導体レーザ３０１からのＬＤ光の所定の偏光方
向ＤＦと平行となるように配置されている。また、半導
体レーザ３０１のブルースター板３０２とは反対の側の
端面３０ｌａには、ＬＤ光に対して高反射のコーティン
グが施され、ブルースター板３０２側の端面３０ｌｂに
は、ＬＤ光に対して高透過のコーティングが施されてい
る。従って、半導体レーザ３０１の端面３０ｌａとミラ
−１０１ｂとの間がＬＤ光に関する光共振器として構成
されている。

【００６５】ところで、半導体レーザから出射するＬＤ
光(基本波)は、非線形光学媒質１０３の複屈折により楕
円偏光になる。光共振器内に楕円偏光が存在すると、偏
光モード間のカップリングによるノイズが発生する。従
って、ＬＤ光(基本波)が光共振器を一巡したとき偏光状
態が一致しなければ、偏光モード間のカップリングによ
るノイズが発生し、高調波にもノイズが発生してしま
う。そこで、この第６の実施例では、楕円偏光のＬＤ光
をブルースター板３０２によって所定の偏光方向(例え
ば紙面に平行な偏光方向)ＤＦをもつ直線偏光に変換
し、直線偏光の状態で非線形光学媒質１０３に入射させ
るようにしている。なお、紙面に平行な偏光方向ＤＦを
もつ直線偏光に変換する場合には、ブルースター板３０
２は、その入射面が紙面に平行となるように配置されて
いる必要がある。

【００６６】次に、このような構成の第６の実施例の光
源装置の動作について説明する。この第６の実施例で
は、ブルースター板３０２の入射面が例えば紙面に平行
になるようブルースター板３０２が配置されている場
合、半導体レーザ３０１からのＬＤ光は、ブルースター
板３０２によって紙面に平行な偏光方向ＤＦをもつ直線
偏光となり、非線形光学媒質１０３に基本波として入射
する。非線形光学媒質１０３が複屈折を生じさせないも
のである場合には、直線偏光で入射した基本波は、非線
形光学媒質１０３中でも直線偏光のままの状態を維持で
きる。これにより、光共振器内では、紙面に平行でない
偏光は損失が大きくなり共振モードとして存在できなく
なり、紙面に平行な偏光方向ＤＦの偏光成分のみを光共
振器内に蓄積することができる。

【００６７】なお、非線形光学媒質１０３として、例え
ばＫＴＰ，すなわちＫＴｉＯＰＯ₄（チタン酸リン酸カ
リウム）のような二軸性結晶のものが使用されると、基
本波は、非線形光学媒質１０３中で複屈折によるリタデ
ーション(遅延)のため、図２１に示すように、直線偏光
から楕円偏光に周期的に変わる。そこで、この場合に
は、図２２に示すように、温度調整装置１０５をさらに
設け、温度調整装置１０５により非線形光学媒質１０３
の温度を調整するのが良い。このように温度調整がなさ
れることによって、非線形光学媒質１０３内では楕円偏
光が存在しても、非線形光学媒質１０３からミラー１０
１ｂに向けて出射されるときには、紙面と平行な偏光方
向ＤＦをもつ直線偏光の状態となるようにすることがで
きる。これにより、光共振器内には、紙面に平行な偏光
成分のみが蓄積され、ノイズを低減できる。

【００６８】図２１，図２２の構成では、半導体レーザ
３０１の一方の端面３０１ａがミラーとして機能を有し
ているが、これのかわりに、図２３，図２４に示すよう
な構成のものにすることもできる。すなわち、図２３の
構成は、第４の実施例において説明したと同様のミラ−
１０１ａを設け、前述した同様の３つの光共振器からな
る複合共振器構成のものにしている。この構成では、例
えばミラ−１０１ａの位置ｘを微調整することにより、
半導体レーザ３０１を単一縦モードで安定して発振させ
ることができ、より一層ノイズを低減できる。また、図
２４の構成は、第５の実施例において説明したと同様の
回折格子２０１を半導体レーザ３０１のブルースター板
３０２とは反対の側に設けている。なお、この回折格子
２０１は、リトロー形配置に設定されている。この構成
では、回折格子２０１によって僅かな光量であるが特定
の波長の光が半導体レーザ３０１に戻り光として入射す
る。このとき、回折格子２０１の角度θを調整すること
により、半導体レーザ３０１をその特定の波長で単一縦
モード発振させることができ、より一層ノイズを低減す
ることができる。

【００６９】このように、ミラー１０１ａや回折格子２
０１をさらに設けることにより、基本波を安定した単一
モードで発振させることができ、基本波を安定した単一
モードで所定の偏光方向ＤＦをもつ直線偏光として光共
振器内に蓄積することができて、これにより、ノイズが
非常に低い光源を提供できる。

【００７０】さらに、図２１乃至図２４の構成におい
て、ミラー１０１ｂを設けるかわりに、非線形光学媒質
１０３の端面１０３ｂにミラー１０１ｂと同様のコーテ
ィングを施しても良い。図２５には、図２１の光源装置
の非線形光学媒質１０３の端面１０３ｂにミラー１０１
ｂと同じコーティングが施されている光源装置が示され
ている。このような光源装置では、基本波に関する光共
振器は、半導体レーザ３０１の端面３０１ａと非線形光
学媒質１０３の端面１０３ｂとの間で構成され、図２１
の光源装置と同様の動作を行なわせることができるが、
非線形光学媒質１０３に波長変換の機能とともに光共振
器の一方のミラーの機能をも同時にもたせることによ
り、図２１の光源装置に比べて部品点数がより少なくな
り、光源をより小型のものにすることができる。なお、
この際、非線形光学媒質１０３の端面１０３ｂは必要に
応じて曲面形状のものにしても良い。

【００７１】また、図２１に示した光源装置を図２６に
示すように変形することも可能である。すなわち、図２
６の光源装置では、ブルースター板３０２を設けるかわ
りに、非線形光学媒質１０３’の端面１０３ａ，１０３
ｂがブルースター角でカットされ、端面１０３ａに半導
体レーザ３０１からのＬＤ光がブルースター角で入射す
るように配置されている。図２７は非線形光学媒質１０
３’の詳細な配置を説明するための図である。図２７を
参照すると、基本波に対するブルースター角がθ_Bであ
る場合、非線形光学媒質１０３’は、その両端面１０３
ａ，１０３ｂがブルースター角θ_Bでカットされ、ま
た、非線形光学媒質１０３’は、全体が、基本波の進行
方向に対して２θ_B−９０゜だけ傾けられて配置されて
いる。

【００７２】このような構成では、基本波は、入射角θ
_Bで非線形光学媒質１０３’に入射し、非線形光学媒質
１０３’内を入射前の進行方向に対し２θ_B−９０゜だ
け屈折されて伝搬し、非線形光学媒質１０３’から出射
するときに、入射前の進行方向と平行になる。この際、
基本波は、非線形光学媒質１０３’に入射する前は一般
に楕円偏光であるが、非線形光学媒質１０３’に入射す
るときに、ブルースターθ_Bにより直線偏光となり、ブ
ルースター板３０２が設けられている場合と同様に、ノ
イズの少ないものにすることができる。

【００７３】図２２，図２３，図２４の光源装置におい
ても、同様に、ブルースター板３０２を設けるかわり
に、非線形光学媒質１０３’自体にブルースター角θ_B
をもたせることができる。

【００７４】なお、非線形光学媒質１０３’の形状は、
基本波に対する非線形光学媒質１０３’の端面の傾き
(すなわち入射角がθ_Bであること)と、非線形光学媒質
中の基本波の伝搬が位相整合方向に一致するものであれ
ば良く、図２６の形状に限定されない。例えば、図２８
に示すように、非線形光学媒質１０３''の半導体レーザ
側の端面１０３ａにＬＤ光(基本波)がブルースター角で
入射するよう端面１０３ａを形成する一方、非線形光学
媒質１０３の出射側端面１０３ｂを基本波の伝搬方向に
対して垂直となるように形成することもできる。図２９
には、この場合の非線形光学媒質１０３''の形状が示さ
れており、図２９の例では、非線形光学媒質１０３''の
半導体レーザ側の端面１０３ａが基本波に対するブルー
スター角θ_Bとなるようにカットされ、出射側端面１０
３ｂが非線形光学媒質１０３''中を伝搬する基本波の進
行方向に対し垂直にカットされている。なお、出射側端
面１０３ｂは必要に応じて曲面形状にしても良い。

【００７５】このような構成においても、基本波は非線
形光学媒質１０３''に入射角θ_Bで直線偏光の状態で入
射し、非線形光学媒質１０３''内を２θ_B−９０°だけ
屈折されて伝搬し、端面１０３ｂに達するので、同様に
ノイズの少ないものとなる。

【００７６】また、上述の各例では、非線形光学媒質１
０３の端面１０３ａがブルースター角でカットされてい
るが、これのかわりに、ブルースター角をなすように非
線形光学媒質１０３を配置しても良い。

【００７７】このように、第４，第５，第６の実施例で
は、より小型の構成で、高品質の高調波を安定して得る
ことができるが、より高出力の高調波を得るため、非線
形光学媒質１０３の中心付近に基本波を集光させるため
の集光手段がさらに設けられても良い。

【００７８】図３０，図３１，図３２，図３３は第４の
実施例の光源装置，すなわち、図６，図９，図１３，図
１４において、それぞれ、半導体レーザ１０２と非線形
光学媒質１０３との間にレンズまたはレンズの機能を有
する光学素子４００がさらに設けられた光源装置を示す
図である。具体的には、光学素子４００として、例えば
セルフォックレンズや球形レンズなどを用いることがで
きる。また、光共振器の損失を少なくするため、レンズ
またはレンズの機能を有する光学素子４００には、ＬＤ
光(基本波)に対して無反射コーティングが施されている
のが良い。

【００７９】このように、半導体レーザ１０２と非線形
光学媒質１０３との間にレンズまたはレンズの機能を有
する光学素子４００を設け、非線形光学媒質１０３の中
心付近に基本波を集光させ、ビームウェストを形成する
ことによって、より高出力の高調波を得ることができ
る。

【００８０】第５，第６の実施例の光源装置において
も、半導体レーザ２０２，３０１と非線形光学媒質１０
３との間に、同様のレンズまたはレンズの機能を有する
光学素子４００を設けることにより、より高出力の高調
波を得ることができる。

【００８１】

【発明の効果】以上に説明したように、請求項１，請求
項３，請求項４記載の発明によれば、波長変換手段が、
所定波長の基本波を共振させる光共振構造のものであっ
て、かつ、前記基本波に基づいて波長変換を行なうため
の波長変換素子としてｙ軸カットのＫＴＰ結晶を用いて
おり、また、波長変換手段内から漏れる一部の基本波を
半導体レーザに帰還して半導体レーザの周波数を共振器
内の基本波の共振周波数にロックさせるようになってい
るので、半導体レーザの周波数を安定化させ、共振器内
の基本波の強度をさらに高めることができて、ＫＴＰ結
晶に効率良く基本波のパワーを供給し、短波長光（高調
波）をより効率良く発生させ出射することができる。

【００８２】また、請求項２，請求項３，請求項４記載
の発明によれば、半導体レーザの周波数を安定させるた
め、共振器からの基本光を光帰還させるときに光位相制
御をも行なうようにしているので、ｙ軸カットのＫＴＰ
結晶に基本波のパワーをより効率良く供給することがで
き、短波長光（高調波）をより効率良く発生させ出射す
ることができる。

【００８３】また、請求項５，請求項６記載の発明によ
れば、波長変換手段が、所定波長の基本波を共振させる
光共振構造のものであって、かつ、前記基本波に基づい
て波長変換を行なうための波長変換素子としてｙ軸カッ
トのＫＴＰ結晶を用いており、波長変換手段から反射さ
れた基本波の光強度を検出手段で検出し、検出手段で検
出された反射基本波の光強度に基づき前記半導体レーザ
の注入電流を制御してレーザ光の周波数をフィードバッ
ク制御するようになっているので、半導体レーザ１の発
振周波数を波長変換手段内での基本波の共振周波数に確
実にロックすることができ、ｙ軸カットのＫＴＰ内の基
本波の光強度のピーク値を維持し、ＫＴＰから短波長光
（高調波）を高出力でより安定して出射させることがで
きる。

【００８４】また、請求項７乃至請求項９記載の発明に
よれば、半導体レーザと、半導体レーザから出射したレ
ーザ光が基本波として入射し、該基本波に基づいて該基
本波の波長とは異なる波長の光を発生させ波長変換を行
なうための波長変換手段とを有し、半導体レーザおよび
波長変換手段は、半導体レーザの発振波長に対する光共
振器として機能する光共振手段内に配置されているの
で、半導体レ−ザの発振周波数を安定化させるための特
別なフィードバック制御機能を必要とせずに、小型の装
置で半導体レ−ザの発振周波数を安定化させることでき
る。

【００８５】また、請求項１０乃至請求項１２記載の発
明によれば、半導体レーザと、半導体レーザから出射し
たレーザ光が基本波として入射し、該基本波に基づいて
該基本波の波長とは異なる波長の光を発生させ波長変換
を行なうための波長変換手段とを有し、さらに、前記半
導体レーザの前記波長変換手段とは反対の側には、回析
格子が配置され、また、前記波長変換手段の前記半導体
レ−ザとは反対の側には、基本波を反射するための反射
手段が設けられているので、反射手段の位置の調整の負
担や、半導体レ−ザ，波長変換手段の温度調整の負担を
軽減することができ、より容易に、半導体レ−ザの発振
周波数を安定化させることができる。

【００８６】また、請求項１３乃至請求項１７記載の発
明によれば、半導体レーザと、半導体レーザから出射し
たレーザ光が基本波として入射し、該基本波に基づいて
該基本波の波長とは異なる波長の光を発生させ波長変換
を行なうための波長変換手段とを有し、さらに、前記半
導体レーザから出射される光の偏光状態を直線偏光にす
るための偏光変換手段が設けられているので、低ノイズ
の光源装置を提供することができる。

【００８７】また、請求項１８記載の発明によれば、請
求項７，請求項１０または請求項１３記載の光源装置に
おいて、前記半導体レ−ザおよび／または前記波長変換
手段は、個別にまたは同時に温度制御されるので、高周
波の光強度を安定化させることができる。

【００８８】また、請求項１９，請求項２０記載の発明
によれば、請求項７，請求項１０または請求項１３記載
の光源装置において、波長変換手段の中心付近に基本波
を集光させるための集光手段がさらに設けられているの
で、高周波を高出力で得ることができる。

【００８９】また、請求項２１記載の発明によれば、請
求項７，請求項１０または請求項１３記載の光源装置に
おいて、前記波長変換手段には、ｙ軸カットのＫＴｉＯ
ＰＯ₄が用いられるので、ウォークオフが理論上“０”
となり、高周波のビーム品質を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光源装置の第１の実施例の構成図
である。

【図２】図１の光源装置の変形例を示す図である。

【図３】本発明に係る光源装置の第２の実施例の構成図
である。

【図４】本発明に係る光源装置の第３の実施例の構成図
である。

【図５】図４の光源装置において、半導体レーザの発振
周波数と基本波共振周波数との差を表す誤差信号を示す
図である。

【図６】本発明に係る光源装置の第４の実施例の構成図
である。

【図７】図６の光源装置の光共振器としての構成を示す
図である。

【図８】図６，図７の光源装置内に存在する３種類の周
波数を示す図である。

【図９】図６の光源装置の変形例を示す図である。

【図１０】図９の光源装置の光共振器としての構成を示
す図である。

【図１１】図９，図１０の光源装置内に存在する３種類
の周波数を示す図である。

【図１２】３枚のミラーを使ったリング共振器の構成例
を示す図である。

【図１３】ミラーの位置を調整する調整手段が設けられ
ている光源装置の構成例を示す図である。

【図１４】温度調整装置が設けられている光源装置の構
成例を示す図である。

【図１５】温度調整装置が設けられている光源装置の構
成例を示す図である。

【図１６】本発明に係る光源装置の第５の実施例の概略
構成図である。

【図１７】温度調整装置が設けられている光源装置の構
成例を示す図である。

【図１８】温度調整装置が設けられている光源装置の構
成例を示す図である。

【図１９】温度調整装置が設けられている光源装置の構
成例を示す図である。

【図２０】図１６の光源装置の変形例を示す図である。

【図２１】本発明に係る光源装置の第６の実施例の概略
構成図である。

【図２２】温度調整装置が設けられている光源装置の構
成例を示す図である。

【図２３】図２１の光源装置の変形例を示す図である。

【図２４】図２１の光源装置の変形例を示す図である。

【図２５】図２１の光源装置の変形例を示す図である。

【図２６】図２１の光源装置の変形例を示す図である。

【図２７】図２６の光源装置において、非線形光学媒質
の詳細な配置を説明する図である。

【図２８】図２１の光源装置の変形例を示す図である。

【図２９】図２８の光源装置における非線形光学媒質の
形状を示す図である。

【図３０】図６の光源装置の変形例を示す図である。

【図３１】図９の光源装置の変形例を示す図である。

【図３２】図１３の光源装置の変形例を示す図である。

【図３３】図１４の光源装置の変形例を示す図である。

【符号の説明】

１，１０２，２０２，３０１半導体レーザ２温度調整装置３コリメートレンズ４ミラー５圧電素子６カプリングレンズ７ａ，７ｂ，７ｃミラー８波長変換結晶８ａ，８ｂ，８ｃ共振器９ダイクロイックミラー１０受光素子１１ロックインアンプ１２Ｐ−Ｉコントローラ１３ＰＺＴドライバ１４高周波電源１５光アイソレータ１６ビームスプリッタ１７増幅器１８フェーズシフタ１９ダブルバランストミキサ
（ＤＢＭ）２０バイアス電源２１加算回路２２加算部５０，６０，７０，８０光源装置１０１ａ，１０１ｂミラー１０３,１０３’,１０３” 波長変換素子(非線形光
学媒質) １０４コーティング１０５,１０５ａ,１０５ｂ,１０６,２０５ａ,２０５ｂ,
２０６温度調整装置１０７微調整機能素子２０１回析格子３０２ブルースター板 θ_B ブルースター角

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体レーザと、半導体レーザから出射
したレーザ光が基本波として入射し、該基本波に基づい
て該基本波の波長とは異なる波長の光を発生させ波長変
換を行なうための波長変換手段とを有し、前記波長変換
手段は、所定波長の基本波を共振させる光共振構造のも
のであって、かつ、前記基本波に基づいて波長変換を行
なうための波長変換素子としてｙ軸カットのＫＴＰ結晶
を用いており、また、前記波長変換手段内から漏れる一
部の基本波を前記半導体レーザに帰還して半導体レーザ
の周波数を共振器内の基本波の共振周波数にロックさせ
るようになっていることを特徴とする光源装置。
【請求項２】請求項１記載の光源装置について、さら
に、前記波長変換手段から僅かに漏れる基本波の光強度
を検知する検知手段と、該検知手段で検知される基本波
の光強度がピーク値を維持するように、前記半導体レー
ザから出射するレーザ光の光位相制御を行なう光位相制
御手段が設けられていることを特徴とする光源装置。
【請求項３】請求項１または請求項２記載の光源装置
において、前記波長変換手段は、３個以上のミラーで構
成されたリング共振器内にｙ軸カットのＫＴＰ結晶を配
置したものとして構成されていることを特徴とする光源
装置。
【請求項４】請求項１または請求項２記載の光源装置
において、前記波長変換手段は、ｙ軸カットのＫＴＰ結
晶の所定の面に基本波に対して高反射のコーティングを
施したリング共振器として構成されていることを特徴と
する光源装置。
【請求項５】半導体レーザと、半導体レーザから出射
したレーザ光が基本波として入射し、該基本波に基づい
て該基本波の波長とは異なる波長の光を発生させ波長変
換を行なうための波長変換手段と、波長変換手段から反
射された基本波の光強度を検出する検出手段と、検出手
段で検出された反射基本波の光強度に基づき前記半導体
レーザの注入電流を制御してレーザ光の周波数をフィー
ドバック制御するレーザ周波数制御手段とを有してお
り、前記波長変換手段は、所定波長の基本波を共振させ
る光共振構造のものであって、かつ、前記基本波に基づ
いて波長変換を行なうための波長変換素子としてｙ軸カ
ットのＫＴＰ結晶を用いていることを特徴とする光源装
置。
【請求項６】請求項５記載の光源装置において、前記
波長変換手段は、ｙ軸カットのＫＴＰ結晶の所定の面に
基本波に対して高反射のコーティングを施した定在波型
の外部共振器として構成されていることを特徴とする光
源装置。
【請求項７】半導体レーザと、半導体レーザから出射
したレーザ光が基本波として入射し、該基本波に基づい
て該基本波の波長とは異なる波長の光を発生させ波長変
換を行なうための波長変換手段とを有し、前記半導体レ
ーザおよび前記波長変換手段は、前記半導体レーザの発
振波長に対する光共振器として機能する光共振手段内に
配置されていることを特徴とする光源装置。
【請求項８】請求項７記載の光源装置において、前記
光共振手段は、基本波を反射するための複数の反射手段
で構成され、複数の反射手段間に、前記半導体レーザお
よび前記波長変換手段が配置されていることを特徴とす
る光源装置。
【請求項９】請求項８記載の光源装置において、前記
反射手段の位置は、調整手段によって、調整可能となっ
ていることを特徴とする光源装置。
【請求項１０】半導体レーザと、半導体レーザから出
射したレーザ光が基本波として入射し、該基本波に基づ
いて該基本波の波長とは異なる波長の光を発生させ波長
変換を行なうための波長変換手段とを有し、さらに、前
記半導体レーザの前記波長変換手段とは反対の側には、
回析格子が配置され、また、前記波長変換手段の前記半
導体レ−ザとは反対の側には、基本波を反射するための
反射手段が設けられていることを特徴とする光源装置。
【請求項１１】請求項１０記載の光源装置において、
前記回析格子の角度は調整可能となっていることを特徴
とする光源装置。
【請求項１２】請求項１０記載の光源装置において、
前記半導体レ−ザの回析格子側の端面と前記反射手段と
により第１の光共振手段が形成され、前記回析格子と前
記反射手段とにより第２の光共振手段が形成されている
ことを特徴とする光源装置。
【請求項１３】半導体レーザと、半導体レーザから出
射したレーザ光が基本波として入射し、該基本波に基づ
いて該基本波の波長とは異なる波長の光を発生させ波長
変換を行なうための波長変換手段とを有し、さらに、前
記半導体レーザから出射される光の偏光状態を直線偏光
にするための偏光変換手段が設けられていて、前記半導
体レーザと前記波長変換手段は、前記半導体レーザの発
振波長に対する光共振器として機能する光共振手段内に
配置されていることを特徴とする光源装置。
【請求項１４】請求項１３記載の光源装置において、
前記波長変換手段の前記半導体レ−ザとは反対の側に
は、基本波を反射するための反射手段が設けられてお
り、前記半導体レ−ザの前記波長変換手段とは反対の側
の端面と前記反射手段とにより、光共振手段が形成され
ていることを特徴とする光源装置。
【請求項１５】請求項１４記載の光源装置において、
前記半導体レ−ザの前記波長変換手段とは反対の側に
は、回析格子または反射手段が設けられていることを特
徴とする光源装置。
【請求項１６】請求項１３記載の光源装置において、
前記偏光変換手段はブルースター板であって、該ブルー
スター板は、その入射面が半導体レ−ザの偏光方向と平
行になるよう、前記半導体レ−ザと前記波長変換手段と
の間に配置されていることを特徴とする光源装置。
【請求項１７】請求項１３記載の光源装置において、
前記偏光変換手段は、前記波長変換手段の少なくとも入
射面が、ブルースター角でカットされているか、また
は、ブルースター角をなすように配置されていることを
特徴とする光源装置。
【請求項１８】請求項７，請求項１０または請求項１
３記載の光源装置において、前記半導体レ−ザおよび／
または前記波長変換手段は、個別にまたは同時に温度制
御されることを特徴とする光源装置。
【請求項１９】請求項７，請求項１０または請求項１
３記載の光源装置において、前記波長変換手段の中心付
近に基本波を集光させるための集光手段がさらに設けら
れていることを特徴とする光源装置。
【請求項２０】請求項１９記載の光源装置において、
前記集光手段は、レンズまたはレンズの機能を有する光
学素子であることを特徴とする光源装置。
【請求項２１】請求項７，請求項１０または請求項１
３記載の光源装置において、前記波長変換手段には、ｙ
軸カットのＫＴＰ結晶が用いられることを特徴とする光
源装置。