JPH0786666A

JPH0786666A - 波長変換素子

Info

Publication number: JPH0786666A
Application number: JP22535393A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Miyai; 剛宮井; Fumio Nitanda; 文雄二反田; Tetsuo Ando; 哲生安藤; Kimio Tateno; 公男立野
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Proterial Ltd
Priority date: 1993-09-10
Filing date: 1993-09-10
Publication date: 1995-03-31

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体レーザ励起固体レーザ装置の共振器中
に非線形光学結晶を配置する波長変換素子において、光
学結晶が一軸性結晶の場合に発生する偏光特性の劣化を
防ぐ。【構成】複屈折効果を有するレーザ結晶と、前記レー
ザ結晶を含む共振器と、前記レーザ結晶を励起するため
の励起光源と、励起された前記レーザ結晶の発光が前記
共振器中で発振してなる第１のレーザビームと、前記共
振器中に配置された非線形光学結晶と、前記非線形光学
結晶により波長変換された第２のレーザビームと、双方
向に放出される第２のレーザビームの内一方を反射し結
合する手段と、前記結合された第２のレーザビームの出
力が直線偏光となるための手段を有する波長変換素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光エレクトロニクス分
野、特に光情報処理の分野に関わる。

【０００２】

【従来の技術】波長変換技術は1961年に初めて実験的に
確認されて以来、数々の固体レーザ結晶、共振器構成及
び非線形光学結晶の組み合わせで多くの実験が試みられ
た。最近、半導体レーザの高出力化が達成されたこと
で、従来のランプ励起に代わって半導体レーザを励起光
源とするチューブレスの固体レーザ装置および波長変換
素子を有した固体レーザ装置が注目を集めるようになっ
た。半導体レーザ励起固体レーザ装置は(1)ランプ励起
に比較して寿命が長く、(2)投入電力に対する光出力の
変換効率が高く、レーザ結晶の吸収波長に励起波長を効
率よく一致させることが可能であるため消費電力が小さ
いといった特徴を持つ。また、励起光学系の光軸を共振
器の光軸と一致させレーザ結晶を端面から励起すること
によって固体レーザ発振のモ−ドボリュームとの重なり
を大きく取れ励起効率を高める方法が提案された（ディ
ー・エル・サイプス、「半導体レーザアレイの端面励起
による高効率なNd:YAGレーザ」アプライド・フィジック
ス・レター；D.L.Sipes,"Highlyefficient neodymium:
yttrium alminum garnet laser end pumped by asemico
nductor laser array",Appl.Phys.Lett.,vol.47,74(198
5)）。また、従来最も代表的であったレーザ結晶である
Nd:YAGより高効率な一軸性のレーザ結晶であるNd:YVO₄
が開発され（アール・エイ・フィールズ他、「半導体レ
ーザ端面励起による高効率なNd:YVO₄レーザ」アプライ
ド・フィジックス・レター；R.A.Fields,et.al.,"High
effcient Nd:YVO₄ diode-laser end-pumped laser",App
l.Phys.Lett.,vol.51,1885(1987)）、実用可能なレベル
の出力が得られる波長変換素子の実現が可能となった。
図５は代表的な波長変換素子の基本構成とレーザビーム
の偏光を説明するための図である。励起光４０はレーザ
結晶３２に端面方向から入射され、励起されたレーザ結
晶３２からの発光を共振器に高反射ミラー３１，３４を
用いて固体レーザビームすなわち第１のレーザビーム４
１を高密度に閉じ込める。共振器中に配置された非線形
光学結晶３３により波長変換された第２のレーザビーム
は第１のレーザビームの光軸上を両方向に各々出射され
る（４２，４３）。図５のような構成において利用可能
な第２のレーザビームは出射ミラー３４からの出力のみ
であり、利用効率を高めるため励起光入射側ミラーに反
射コーティングを施し第２のビーム４３を反射して結合
する手段が一般的に用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図５において一般にレ
ーザ結晶３２が一軸性結晶であり、非線形光学結晶３３
中で第１のレーザビーム４１の異常光成分と常光成分を
用いるいわゆるTYPE２の位相整合である場合、効率を最
大とするため非線形光学結晶３３の結晶軸とレーザ結晶
３２の結晶軸すなわち第１のレーザビームの偏光方向と
のなす角を４５°とする必要がある。このとき、励起方
向に出射された第２のレーザビーム４３はレーザ結晶３
２入射直前まで、非線形光学結晶３３の結晶軸を主軸と
する直線偏光であるが、レーザ結晶３２の複屈折のた
め、結晶内では各々異なる位相位相速度で伝達され、出
力ミラー方向に反射された時点では一般に楕円偏向にな
っている。出力ミラーより合成され出射された第２のレ
ーザビームは例えば波長板等で直線偏光化することが不
可能なビームとなり、偏光特性を重視する応用装置、例
えば光ディスク装置などへの応用において、偏光子など
を用いた光利用効率の低下が避け難い課題であった。ま
た、等方的なレーザ結晶であるNd:YAG結晶においても励
起の熱や結晶ホルダの機械的な影響によるストレスなど
により実効的に複屈折効果を生じ、上記のように第２の
レーザビームの偏向状態の変化が同様に発生した。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明では、前記一軸性
レーザ結晶を用いた波長変換素子において前記第２のレ
ーザビーム出力を直線偏光化するために手段を提案し
た。具体的には共振器構成が(1)励起側ミラー、(2)レー
ザ結晶、(3)非線形光学結晶、(4)出力ミラーの順に並ん
でいるとき(2)レーザ結晶と(3)非線形光学結晶の間に例
えば波長選択性を有するミラーを設けて第２のレーザビ
ームのみを反射し、レーザ結晶の複屈折によるリターデ
ーションに起因した偏光状態の変化を未然に防ぐ手段を
提案した。すなわち本発明は、実効的に複屈折効果を有
するレーザ結晶と、前記レーザ結晶を含む共振器と、前
記レーザ結晶を励起するための励起光源と、励起された
前記レーザ結晶の発光が前記共振器中で発振してなる第
１のレーザビームと、前記共振器中に配置された非線形
光学結晶と、前記非線形光学結晶により波長変換された
第２のレーザビームと、双方向に放出される第２のレー
ザビームの内一方を反射し結合する手段と、前記結合さ
れた第２のレーザビームの出力が直線偏光となるための
手段を有することを特徴とする波長変換素子である。本
発明において、前記レーザ結晶がNd:YVO₄（ネオディミ
ュウム添加の四酸化バナジュウムイットリウム）が好ま
しく、前記非線形光学結晶がKTP（KTiOPO₄;チタン酸燐
酸カリウム）であることが好ましい。また、前記第２の
レーザビームの出力を直線偏光とする手段が前記レーザ
結晶と非線形光学結晶との間に設けられた波長選択性を
有するミラーであることを特徴とする。また、前記波長
選択性を有するミラーが前記第２のレーザビームに対し
て反射率90%以上で、前記第１のレーザビームに対して
透過率95%以上であることが好ましい。そして、本発明
は前述のような波長変換素子を用いて、それを光源とす
る光ディスク装置を提供する。更に、前記波長変換素子
を光源とするレーザビームプリンタ装置を提供する。

【０００５】

【作用】本発明において、例えば波長選択性を有するミ
ラーは共振器中において第２のレーザビームを出力ミラ
ー方向に反射する作用と、一軸性レーザ結晶の複屈折に
よる偏光状態の変化を未然に防ぐ作用を有する。

【０００６】

【実施例】（実施例１）図１は本発明の一実施例を説明
するための図である。本発明において半導体レーザ２１
は出力１Ｗのブロードエリア型半導体レーザで発振波長
はレーザ結晶３２であるNd:YVO₄の吸収が最大となる0.8
μmになるように温度制御素子２２を用いて制御する構
造とした。温度制御素子２２による発熱はレーザヘッド
筐体１０に伝達され筐体表面から放熱される。半導体レ
ーザ出力４０は集光光学系２３によりレーザ結晶３２に
集光される。励起ビーム４０は固体レーザの発振ビーム
４１と空間的な重なりが大きく取れるようにビーム径と
光軸を一致させた。このときレーザ結晶３２の厚みは１
mmとした。共振器構造はレーザ結晶３２であるNd:YVO₄
結晶の一方の面３１と凹面ミラー３４を反射し、その内
部にNd:YVO₄結晶を含むように形成した。このとき共振
器構成はレーザ結晶３２が共振器に含まれる構成であれ
ば本実施例の構成に限定されるものではない。共振器内
部には非線形光学結晶３３であるＫＴＰを配置し、固体
レーザ発振波４１の第２高調（ＳＨ；Second Harmoni
c）波を得る構造とした。高出力なＳＨ波を得るため共
振器内部の固体レーザ発振波４１のパワーを高める必要
があり、共振器ミラー３１，３４の反射率を両面とも9
9.5%とした。また、ＳＨ波波長に対しては出力ミラー３
４において透過率90%とした。Nd:YVO₄３２のｃ軸とＫＴ
Ｐ３３のｅ軸のなす角はＳＨの効率が最大となる４５°
とした。図１においてＳＨ波はＫＴＰ結晶３３の両側か
ら同一直線上２方向に出射される（４２，４３）。ここ
で、レーザ結晶３２とＫＴＰ３３の間に合成石英からな
る波長選択性を有するミラー５０を挿入し、ＳＨ波４３
がレーザ結晶に入射せずに出力ミラー３４方向に反射可
能な構造を形成した。波長選択性を有するミラー５０に
は固体レーザ波長1.06μmで透過率99.8以上とし、ＳＨ
波波長で反射率95%とした。波長選択性を有するミラー
５０はＳＨ波のほぼビームウエスト位置に配置されるた
め、反射角度の微少な変化により、反射光の光軸が固体
レーザビーム４１の光軸とずれることはない。反射され
たＳＨ波４３は出力ミラーでＫＴＰから出力ミラー方向
に出射されたＳＨ波４２と結合され出射される。

【０００７】（実施例２）図２は本発明の一実施例を説
明するための図である。励起用半導体レーザ２１、共振
器の基本構成、波長変換方法は実施例１と同様である。
本発明においては実施例１に示した仕様の波長選択性を
有する反射膜５０をＫＴＰ３３の励起側端面に形成し
た。本発明では共振器内に合成石英などからなるバルク
の波長選択性を有するミラーを挿入しないため、共振器
内のロスを増大させることなく実施例１と同様の効果が
得られた。

【０００８】（実施例３）図３は本発明の一実施例を説
明するための図である。励起用半導体レーザ２１、共振
器の基本構成、波長変換方法は実施例１と同様である。
本発明においては実施例１に示した仕様の波長選択性を
有する反射膜５０をレーザ結晶３２の共振器内部側端面
に形成した。実施例２で述べたように、共振器内のロス
を増大させることなく実施例１と同様の効果を得ること
ができた。また、ＳＨ波のビームウエストはレーザ結晶
入射側端面３１に形成されるので、波長選択性を有する
反射膜５０の位置は確実に焦点深度内に入り、励起入力
側に出射されたＳＨ波４３と出力ミラー側に出射された
ＳＨ波４２とは共役像点を形成し出力ミラー３４で結合
されたＳＨ波の重なりは良好である。

【０００９】（実施例４）図４は本発明の一実施例を説
明するための図である。励起用半導体レーザ２１、共振
器の基本構成、波長変換方法は実施例１と同様である。
本発明においては実施例１に示した仕様の波長選択性を
有するミラー５０をピエゾ素子６１で固定した。出力ミ
ラーから出射されるＳＨ波の出力の一部をシリコンフォ
トディテクタ６３によってモニタし、ＫＴＰ３３より出
力ミラー側に出射されたＳＨ波４２と波長選択素子によ
り反射されたＳＨ波４３との合成波が最大となるように
ピエゾコントローラ６２で制御を行った。また、波長選
択性を有する反射膜５０を非線形光学結晶３３やレーザ
結晶３２の光学面に形成した実施例２、３の場合は結晶
の温度制御を行うことでピエゾ制御を行う場合と同様の
効果が得られる。

【００１０】

【発明の効果】本発明において、例えば波長選択性を有
するミラーを共振器中に配置することにより、第２のレ
ーザビームを出力ミラー方向に反射せしめ、一軸性レー
ザ結晶の複屈折による偏光状態の変化を未然に防いだ。
この結果、応用装置である例えば光ディスク装置におい
て偏光分離素子を通過するときの光利用効率の低下を大
きく改善することができた。また、一軸性レーザ結晶の
温度変化による複屈折の変動に起因した特定の偏光成分
の強度変化などの問題発生を未然に防いだ。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を説明するための図である。

【図２】本発明の一実施例を説明するための図である。

【図３】本発明の一実施例を説明するための図である。

【図４】本発明の一実施例を説明するための図である。

【図５】波長変換素子の基本構成とレーザビームの偏光
を説明するための図である。

【符号の説明】

１０レーザヘッド筐体、２１半導体レーザ、２２
温度制御素子、２３集光レンズ、３１励起光入射側共
振器ミラー、３２レーザ結晶、３３非線形光学結
晶、３４出力ミラー、４０励起光または半導体レー
ザ出力、４１第１のレーザビームまたは固体レーザビー
ム、４２出力ミラー側に放出された第２のレーザビー
ムまたはＳＨ波、４３励起入力側に放出された第２の
レーザビームまたはＳＨ波、４４偏光方向、５０波
長選択性を有するミラー、６１ピエゾ素子、６２ピエ
ゾコントローラ、６３ディテクタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者安藤哲生東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者立野公男東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】実効的に複屈折効果を有するレーザ結晶
と、前記レーザ結晶を含む共振器と、前記レーザ結晶を
励起するための励起光源と、励起された前記レーザ結晶
の発光が前記共振器中で発振してなる第１のレーザビー
ムと、前記共振器中に配置された非線形光学結晶と、前
記非線形光学結晶により波長変換された第２のレーザビ
ームと、双方向に放出される第２のレーザビームの内一
方を反射し結合する手段と、前記結合された第２のレー
ザビームの出力が直線偏光となるための手段を有するこ
とを特徴とする波長変換素子。
【請求項２】請求項１に記載のレーザ結晶がNd:YVO₄
（ネオディミュウム添加の四酸化バナジュウムイットリ
ウム）であることを特徴とする波長変換素子。
【請求項３】前記非線形光学結晶がKTP（KTiOPO₄;チ
タン酸燐酸カリウム）であることを特徴とする請求項１
または２のいずれかの項に記載の波長変換素子。
【請求項４】前記第２のレーザビームの出力を直線偏
光とする手段が前記レーザ結晶と非線形光学結晶との間
に設けられた波長選択性を有するミラーであることを特
徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の波長変換
素子。
【請求項５】請求項４に記載の波長選択性を有するミ
ラーが前記第２のレーザビームに対して反射率90%以上
で、前記第１のレーザビームに対して透過率95%以上で
あることを特徴とする波長変換素子。
【請求項６】請求項１〜５のいずれかの項に記載の波
長変換素子を光源とする光ディスク装置。
【請求項７】請求項１〜５のいずれかの項に記載の波
長変換素子を光源とするレーザビームプリンタ装置。