JPH08213686A

JPH08213686A - 波長安定化光源

Info

Publication number: JPH08213686A
Application number: JP29585895A
Authority: JP
Inventors: Shiro Shichijo; 司朗七条; Kiyobumi Muro; 清文室
Original assignee: Mitsui Petrochemical Industries Ltd
Current assignee: Mitsui Petrochemical Industries Ltd
Priority date: 1994-11-14
Filing date: 1995-11-14
Publication date: 1996-08-20

Abstract

(57)【要約】【課題】固体レーザを励起する半導体レーザにおい
て、高出力を維持したまま単一縦モード発振を実現し
て、小形で効率が良く、かつ波長安定性に優れた短波長
光源を提供する。【解決手段】短波長光源は、レーザ媒質６１をポンピ
ングする半導体レーザ３０と、半導体レーザ３０に特定
波長の光のみ帰還させる光学的フィードバックをかけ
て、波長の制御や安定化を行う複屈折フィルタ４０と、
ポンピング光３２を集束するレンズ系３３、３４と、Ｎ
ｄが１％ドープされたＮｄ：ＹＡＧから成るレーザ媒質
６１およびＫＮｂＯ₃ から成る非線形光学素子６２を含
む光共振器６０などで構成される。複屈折フィルタ４０
は、リヨット型フィルタの構成であって、厚み２ｍｍの
ノンドープＹＶＯ₄ から成る複屈折素子４１と、偏光子
４２と、厚み４ｍｍのノンドープＹＶＯ₄ から成る複屈
折素子４３とで構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスク装置、
光通信、各種計測などに好適に用いられ、励起用の半導
体レーザと固体レーザおよび非線形光学素子を含む光共
振器とを備えた波長安定化光源に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、光ディスクや画像処理等にお
いて記録再生の高密度化のために短波長の光源が求めら
れており、たとえば半導体レーザを励起光源として高効
率の波長変換によりグリーン光やブルー光などの短波長
光が得られている。安定した情報記録再生を行うために
は、出力光の強度分布がガウシアンの形状であって回折
限界近くまで集光可能であり、かつ出力が安定であるこ
とが要求される。

【０００３】たとえば数ｍＷ以上の出力光を発生する短
波長光源を得るには、半導体レーザからのレーザ光を波
長変換素子に入射して高調波や和周波を発生させる方式
や、励起用の半導体レーザと固体レーザおよび非線形光
学素子を内部に含む光共振器とを備えた内部共振器型が
有力と考えられている。特に、内部共振器型のＳＨＧ
（Second Harmonic Generator)レーザの励起光源用とし
て半導体レーザを用いる場合、波長および出力の安定化
と波長変換の高効率化が重要になる。

【０００４】図２７は、従来の内部共振器型の短波長光
源を示す概略構成図である。半導体レーザ１から放射さ
れた光はコリメートレンズ２により平行ビームに変換さ
れ、集光レンズ３によってＮｄ：ＹＶＯ₄ などから成る
レーザ媒質４に集光される。レーザ媒質４の入射側端面
４ａには、半導体レーザ１の出力波長８０９ｎｍに対し
て無反射（ＡＲ）となり、レーザ媒質４の発振波長１０
６４ｎｍに対して高反射率（ＨＲ）となるコーティング
が施される。出力ミラー６には波長１０６４ｎｍに対し
てＨＲコーティングが施され、出力ミラー６およびレー
ザ媒質４の端面４ａによって基本波１０６４ｎｍに対す
る光共振器７が構成される。光共振器７の内部にはＫＴ
Ｐ等の非線形光学結晶５が配置され、ここで波長変換さ
れた第２高調波は出力ミラー６から出力される。

【０００５】従来、このようなＳＨＧ固体レーザの励起
光源として縦モードがマルチモードの半導体レーザが用
いられており、縦モードマルチの半導体レーザは高出力
であるが、その発振波長領域もレーザ媒質の吸収スペク
トルの幅に対して広い。また、半導体レーザ自体の温度
変化や戻り光に起因する位相変化によって、縦モードの
ピーク位置も経時的に変動するため、レーザ媒質での光
吸収量が変化して、レーザ媒質の発振波長や出力の不安
定化を引き起こす原因となる。

【０００６】図２８は、半導体レーザから戻り光発生位
置までの距離を僅かに変位させた場合のスペクトル変化
を示すグラフであり、上のグラフは変位前、下のグラフ
は変位後のものである。２つのグラフを見ると、マルチ
モードで発振しているため、幾つもの発振スペクトルが
観測されるが、戻り光発生位置が僅かに変位すると発振
スペクトルが大きく変動することが判る。また、距離が
λ／２ずつ変化するごとに発振スペクトルは周期的に変
動する。たとえば、レーザ媒質としてＹＡＧ結晶を用い
た場合には、スペクトル変化がＹＡＧの吸収スペクトル
幅１０Åより大きくなるため、固体レーザの出力は大き
く変動することになる。

【０００７】最近、単一縦モードの半導体レーザの高出
力化が進んでおり、これを固体レーザの励起光源として
用いた場合、半導体レーザの発振線幅は固体レーザの吸
収スペクトル幅に比べて極めて狭いので、吸収効率が増
大して高効率化が可能になるという利点がある。

【０００８】しかし、図２７において、Ｎｄ：ＹＶＯ₄
などのレーザ媒質４の端面４ａに施してあるＡＲコーテ
ィングが半導体レーザ１の波長に対して透過率Ｔ＝９３
％程度しかないため、半導体レーザ１への戻り光が生じ
てしまい、半導体レーザ１の発振モードを乱すことがあ
る。特に半導体レーザ１として単一縦モードのものを用
いた場合、半導体レーザ１への戻り光が発生すると、大
きなモードホップや縦モードのマルチ化が起こり、マル
チモードの半導体レーザを用いた場合に比べてより大き
な出力変動が発生する。

【０００９】この対策として、単一縦モード半導体レー
ザの波長安定化のために、回折格子を外部共振器として
使用した短波長光源が報告されている（特開平６−７５
２６１号公報）。しかしながら、単一縦モード半導体レ
ーザの出力は現状では１００ｍＷ程度に過ぎないため、
高出力の固体レーザ励起として不十分である。そこで、
マルチモード半導体レーザを用いて縦シングルモードで
安定に発振させることができれば、より高出力でかつ波
長安定性を達成できる。

【００１０】図２９は、従来の短波長光源の他の例を示
す概略構成図である。半導体レーザ１から放射された光
は、コリメートレンズ２により平行ビームに変換され、
アイソレータ８を経由して、集光レンズ３によってＫＴ
Ｐ等の非線形光学結晶５に集光されて波長変換されて第
２高調波を出力する。

【００１１】通常、非線形光学結晶５の表面５ａ、５ｂ
には、基本波波長に対して無反射（ＡＲ）コーティング
を行うが、それでも僅か０．１％以下の戻り光が生じて
しまい、半導体レーザ１にモードジャンプが発生する。
この戻り光対策として、１）所定偏光以外を遮断するア
イソレータ８の使用、２）非線形光学結晶５の入射端面
のＡＲコーティングの性能向上、３）非線形光学結晶５
の傾斜による軸外反射、などが考えられる。

【００１２】しかし、１）アイソレータ８は高価であっ
て形状が大きいものしか無いため、光源全体の小型化が
難しくなる。さらに、半導体レーザ１自身の温度変化に
対する波長の揺らぎを防止できないため実用的でない。
また、２）ＡＲコーティングの性能向上に関して、現状
のコーティング技術では難しい状況である。また、３）
アイソレータ８の使用または非線形光学結晶５の斜め配
置等による戻り光カットの方法はある程度の効果が期待
される。しかし、半導体レーザ１の電流をパルス的に変
調して直接変調を行う場合には、１パルスごとに発振波
長が一定せず、波長不安定を生じるため、特に波長変換
の場合にはこうした発振波長のふらつきはそのままＳＨ
Ｇ強度雑音となる。そのため、実用的には半導体レーザ
を連続発振させてＣＷ光を発生しておいて、外部変調器
を使用して高速変調することが必要になるが、光源の大
型化やコスト増加をもたらすことになる。

【００１３】一方、光通信分野では周辺温度が変化して
も安定に単一波長で単一縦モード発振する半導体レーザ
が要求されている。また波長多重通信等に利用するた
め、発振波長を変化させることのできる可変波長レーザ
が要求されている。

【００１４】図３０（ａ）は外部共振器型半導体レーザ
を用いた波長可変光源の例を示す概略構成図であり、図
３０（ｂ）はその部分斜視図である。半導体レーザ１か
ら放射された光は、コリメートレンズ２により平行ビー
ムに変換され、液晶を用いた位相シフタ９を経由して、
ＬｉＮｂＯ₃ などの複屈折素子および偏光ビームスプリ
ッタから成る複屈折フィルタ１０を通過して、外部共振
器を構成する出力ミラーから出力される。液晶９に印加
する電圧を調整することによって、単一モード発振で波
長を連続的にスイープできることが報告されている（J.
R.Andrews,Optics Letters,16,732,1991）。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】このように固体レーザ
励起用半導体レーザとして、縦マルチモードの高出力半
導体レーザを使用することが出力や波長安定性の点でよ
り現実的であるが、戻り光の影響によって発振スペクト
ルが大きく変化して、固体レーザの励起効率が低下した
り経時変動するという課題がある。

【００１６】シングルパスＳＨＧ素子のような半導体レ
ーザを用いた波長変換素子については、波長変換素子か
らの出力を安定化する上で半導体レーザの波長安定性が
非常に重要である。非線形光学結晶の波長許容量は１か
ら３Å程度であり、半導体レーザの縦モードホッピング
幅約１０Åと比べて小さく、波長が変化すると非線形光
学結晶の変換効率が大きく低下するからである。

【００１７】基本波レーザ、内部共鳴ＳＨＧ、和周波レ
ーザおよび差周波レーザのような半導体レーザ励起固体
レーザでは、半導体レーザのモードホッピングがレーザ
の吸収量を変えるので基本波の内部パワーが変化し、そ
の結果これら固体レーザ装置の出力が変動する。

【００１８】このように半導体レーザの波長安定化が波
長変換素子の出力を安定化する上で極めて重要である。

【００１９】本発明の目的は、固体レーザの吸収スペク
トル以上に広がった縦マルチモードの半導体レーザにお
いて、高出力を維持したまま単一縦モード発振を実現し
て、小形で効率が良く、かつ波長安定性に優れた波長安
定化光源を提供することである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は、レーザ光を発
振する半導体レーザと、所定波長に対して透過率が高く
なるバンドパス特性を有する波長選択素子と、波長選択
素子を経由して半導体レーザに光学的フィードバックを
かけるための反射手段と、半導体レーザから順次、波長
選択素子、反射手段を通過したレーザ光を波長変換する
ための波長変換素子とを備え、半導体レーザの発振波長
が波長変換素子の波長許容度内に安定化されている波長
安定化光源である。本発明に従えば、半導体レーザに対
して波長選択素子を経由して光学的フィードバックをか
けることによって、半導体レーザが波長選択素子で規定
される特定波長で発振するため、単一縦モードのレーザ
光が得られる。したがって、半導体レーザの発振波長を
波長変換素子の波長許容度内に安定化することによっ
て、高調波や和周波等の出力光が安定化する。なお、反
射手段とは、入射した光を１００％反射する全反射手段
や、入射した光を０％から１００％の範囲で部分的に反
射する部分反射手段を含む概念であり、以下同様であ
る。

【００２１】また本発明は、励起光を発振する半導体レ
ーザと、所定波長に対して透過率が高くなるバンドパス
特性を有する波長選択素子と、波長選択素子を経由して
半導体レーザに光学的フィードバックをかけるための反
射手段と、励起光によって励起されるレーザ媒質および
波長変換を行う非線形光学素子を含む光共振器とを備
え、半導体レーザの発振波長がレーザ媒質の吸収スペク
トル内に安定化されている波長安定化光源である。本発
明に従えば、半導体レーザに対して波長選択素子を経由
して光学的フィードバックをかけることによって、半導
体レーザが波長選択素子で規定される特定波長で発振す
るため、単一縦モードのレーザ光が得られる。したがっ
て、半導体レーザの発振波長をレーザ媒質の吸収スペク
トル内に安定化することによって、レーザ媒質によるレ
ーザ発振が安定化し、したがって非線形光学素子から発
生する短波長の光も安定化する。

【００２２】また本発明は、励起光を発振する第１半導
体レーザと、ミキシング光を発振する第２半導体レーザ
と、所定波長に対して透過率が高くなるバンドパス特性
を有する波長選択素子と、励起光によって励起されるレ
ーザ媒質および波長変換を行う非線形光学素子を含む光
共振器と、波長選択素子を経由して第１および第２半導
体レーザに光学的フィードバックをかけるための反射手
段とを備える波長安定化光源である。本発明に従えば、
第１および第２半導体レーザに対して波長選択素子を経
由して光学的フィードバックをかけることによって、第
１および第２半導体レーザが、波長選択素子で規定され
る特定波長で発振するため、波長の異なる２つの単一縦
モードレーザ光が得られる。したがって、第１および第
２半導体レーザの発振波長が安定化することによって、
非線形光学素子から発生する和周波光などの非線形光も
安定化する。

【００２３】また本発明は、励起光を発振する半導体レ
ーザと、前記励起光の波長範囲内の所定波長の光により
励起されて基本波レーザ光を発するレーザ媒質と、前記
レーザ媒質を含む光共振器と、偏光手段および複屈折素
子からなり前記励起光の前記所定波長の光を優先的に透
過する波長選択素子と、前記波長選択素子を経由して前
記半導体レーザに対して、光学的フィードバックをかけ
るための反射手段とを備える波長安定化光源である。本
発明に従えば、半導体レーザに対して波長選択素子を経
由して光学的フィードバックをかけることによって、半
導体レーザが波長選択素子で規定される特定波長で発振
するため、単一縦モードの励起光が得られる。したがっ
てレーザ媒質で発生する基本波レーザ光の波長も安定化
する。

【００２４】また本発明は、レーザ光を発振する半導体
レーザと、前記レーザ光の波長範囲内の所定波長のレー
ザ光を波長変換して短波長レーザ光を発する非線形光学
素子と、偏光手段および複屈折素子からなり前記レーザ
光の前記所定波長のレーザ光を優先的に透過する波長選
択素子と、前記波長選択素子を経由して前記半導体レー
ザに対して、光学的フィードバックをかけるための反射
手段とを備える波長安定化光源である。本発明に従え
ば、半導体レーザに対して波長選択素子を経由して光学
的フィードバックをかけることによって、半導体レーザ
が波長選択素子で規定される特定波長で発振するため、
単一縦モードのレーザ光が得られる。したがって非線形
光学素子で発生する短波長レーザ光の波長も安定化す
る。

【００２５】また本発明は、励起光を発振する半導体レ
ーザと、前記励起光の波長範囲内にある所定波長の光に
より励起されて基本波レーザ光を発するレーザ媒質と、
前記基本波レーザ光を波長変換して短波長を発する非線
形光学素子と、前記レーザ媒質と前記非線形光学素子と
を含む光共振器と、偏光手段および複屈折素子からなり
前記励起光の前記所定波長の光を優先的に透過する波長
選択素子と、前記波長選択素子を経由して前記半導体レ
ーザに対して、光学的フィードバックをかけるための反
射手段とを備える波長安定化光源である。本発明に従え
ば、半導体レーザに対して波長選択素子を経由して光学
的フィードバックをかけることによって、半導体レーザ
が波長選択素子で規定される特定波長で発振するため、
単一縦モードの励起光が得られる。したがってレーザ媒
質で発生する基本波レーザ光の波長も安定化し、非線形
光学素子で発生する短波長レーザ光の波長も同様に安定
化する。

【００２６】また本発明は、励起光を発振する第１半導
体レーザと、ミキシング光を発振する第２半導体レーザ
と、前記励起光の波長範囲内の所定波長の光により励起
されて基本波レーザ光を発するレーザ媒質と、前記基本
波レーザ光と前記ミキシング光を混合して、ある波長の
レーザ光を発する非線形光学素子と、前記レーザ媒質と
前記非線形光学素子とを含む光共振器と、偏光手段およ
び複屈折素子からなり前記励起光の前記所定波長の光を
優先的に透過する波長選択素子と、前記波長選択素子を
経由して前記第１半導体レーザに対して、光学的フィー
ドバックをかけるための反射手段とを備える波長安定化
光源である。本発明に従えば、第１半導体レーザに対し
て波長選択素子を経由して光学的フィードバックをかけ
ることによって、第１半導体レーザが波長選択素子で規
定される特定波長で発振するため、単一縦モードの励起
光が得られる。さらに、第１半導体レーザによって励起
されるレーザ媒質で発生する基本波レーザ光の波長も安
定化する。したがって、光線形光学素子から発生する和
周波光や差周波光などの非線形レーザ光も同様に安定化
する。

【００２７】また本発明は、励起光を発振する第１半導
体レーザと、ミキシング光を発振する第２半導体レーザ
と、前記励起光によって励起されて基本波レーザ光を発
するレーザ媒質と、前記ミキシング光の波長範囲内の所
定波長の光と前記基本波レーザ光とを混合して、ある波
長のレーザ光を発する非線形光学素子と、前記レーザ媒
質と前記非線形光学素子とを含む光共振器と、偏光手段
および複屈折素子からなり前記ミキシング光の前記所定
波長の光を優先的に透過する波長選択素子と、前記波長
選択素子を経由して前記第２半導体レーザに対して、光
学的フィードバックをかけるための反射手段とを備える
波長安定化光源である。本発明に従えば、第２半導体レ
ーザに対して波長選択素子を経由して光学的フィードバ
ックをかけることによって、第２半導体レーザが波長選
択素子で規定される特定波長で発振するため、単一縦モ
ードのミキシング光が得られる。したがって、非線形光
学素子から発生する和周波光や差周波光などの非線形レ
ーザ光も同様に安定化する。

【００２８】また本発明は、前記第１半導体レーザの前
記励起光の出射端面が、前記レーザ媒質の励起光入射面
に突き合わせて（butt-coupling）設けられていること
を特徴とする。このように励起光を発振する半導体レー
ザの出射端面とレーザ媒質の励起光入射面を突き合わせ
ることによって、その間の距離が格段に短くなる。たと
えば、半導体レーザの励起光をレーザ媒質中に集光する
ためのレンズを挿入すると、両者の距離は１０ｃｍ程で
あったが、両者を突き合わせると、この距離は１００μ
ｍ以下になる。そうすると、半導体レーザとレーザ媒質
を支持する台の温度変化による熱膨張による距離の変化
も格段に小さくなる。すると環境温度が変化した場合で
も、半導体レーザから出射されたレーザ光の一部がレー
ザ媒質の表面で反射され、半導体レーザに戻る際の位相
変化は無視できる。このため発振波長の安定度が増し、
共振器内の基本波レーザ強度変化はきわめて小さくな
る。和周波レーザ出力は共振器内基本波強度とミキシン
グ光強度の積に比例するので、共振器内基本波レーザ強
度の安定化により和周波出力の安定性が改善される。さ
らに非線形光学材料の基本波吸収による温度変化も一定
値で安定するので、熱膨張と屈折率変化による光学長
（長さ×屈折率）の変化も小さくなる。したがってミキ
シング光を発振する半導体レーザからでたミキシング光
が非線形光学材料を通過し、ある面で反射してミキシン
グ光発振用半導体レーザに戻ってくる光学路の光学長の
変化も小さくなり、ミキシング光発振用半導体レーザの
発振波長の安定度も増加し、前述の基本波レーザ光の安
定性と相まって和周波出力はさらに安定化する。また励
起光発振用半導体レーザとレーザ媒質を突き合わせるこ
とにより、小型になる。

【００２９】また本発明は、励起光を発振する第１半導
体レーザと、ミキシング光を発振する第２半導体レーザ
と、前記励起光の波長範囲内にある第１所定波長の光に
よって励起されて基本波レーザ光を発するレーザ媒質
と、前記ミキシング光の波長範囲内の第２所定波長の光
と前記基本波レーザ光とを混合して、ある波長のレーザ
光を発する非線形光学素子と、前記レーザ媒質と前記非
線形光学素子とを含む光共振器と、偏光手段および複屈
折素子からなり前記励起光の前記第１所定波長の光を優
先的に透過する第１波長選択素子と、前記第１波長選択
素子を経由して前記第１半導体レーザに対して、光学的
フィードバックをかけるための第１反射手段と、偏光手
段および複屈折素子からなり前記ミキシング光の前記第
２所定波長の光を優先的に透過する第２波長選択素子
と、前記第２波長選択素子を経由して前記第２半導体レ
ーザに対して、光学的フィードバックをかけるための第
２反射手段とを備える波長安定化光源である。本発明に
従えば、第１および第２半導体レーザに対してそれぞれ
第１および第２波長選択素子を経由して光学的フィード
バックをかけることによって、第１および第２半導体レ
ーザが第１および第２波長選択素子でそれぞれ規定され
る特定波長で発振するため、単一縦モードの励起光およ
び単一縦モードのミキシング光が得られる。さらに、第
１半導体レーザによって励起されるレーザ媒質で発生す
る基本波レーザ光の波長も安定化する。したがって、非
線形光学素子から発生する和周波光や差周波光などの非
線形レーザ光も同様に安定化する。

【００３０】また本発明は、前記偏光手段が、前記光学
的フィードバックを受ける前記半導体レーザに含まれる
ことを特徴とする。これによって、装置全体の小型・軽
量化が図られる。また本発明は、前記光学的フィードバ
ックを受ける前記半導体レーザが、量子井戸構造を有す
ることを特徴とする。すなわち、量子井戸構造を有する
半導体レーザは、活性層に垂直方向の偏光成分（ＴＭモ
ード）のゲインはほとんど無いため、ＴＭモードの発振
が困難になる。そのため、ＴＥモードだけが優勢に発振
するため、ＴＥモード方向の偏光子と同等な機能を果た
すことができる。

【００３１】また本発明は、前記波長選択素子は、複屈
折素子および偏光子を含むリヨット（Lyot）の複屈折フ
ィルタであることを特徴とする。すなわち波長選択素子
は、複屈折素子および偏光子を含むリヨットの複屈折フ
ィルタであるため、急峻なバンドパス特性を有するフィ
ルタが簡単に得られる。また、部分反射手段は表面反射
コーティングで構成することによって、光学素子の表面
に形成することができ、部分反射ミラー等の特別な装置
が不要になる。

【００３２】また本発明は、前記波長選択素子は、複屈
折素子が光軸に対してブリュースタ角で傾いて構成され
る複屈折フィルタであることを特徴とする。すなわち、
波長選択素子は、厚さが異なる複数の複屈折素子が光軸
に対してブリュースタ角で傾いて構成される複屈折フィ
ルタであるため、急峻なバンドパス特性を有するフィル
タが簡単に得られ、波長チューニングも容易になる。ま
た、部分反射手段は表面反射コーティングで構成するこ
とによって、光学素子の表面に形成することができ、部
分反射ミラー等の特別な装置が不要になる。

【００３３】また本発明は、前記波長選択素子に使用さ
れる複屈折素子が、液晶であることを特徴とする。すな
わち、波長選択素子に使用される複屈折素子が液晶であ
るため、印加電圧による複屈折率の制御が簡単になり、
波長チューニングが容易になる。

【００３４】また本発明は、前記波長選択素子に使用さ
れる複屈折素子が、ノンドープＹＶＯ₄ またはＫＮｂＯ
₃ から成る結晶であることを特徴とする。すなわち、波
長選択素子に使用される複屈折素子が、ノンドープＹＶ
Ｏ₄ またはＫＮｂＯ₃ から成る結晶であるため、高性能
のフィルタ特性が得られる。

【００３５】また本発明は、前記レーザ媒質が複屈折性
を有し、前記波長選択素子の複屈折素子として用いられ
ることを特徴とする。すなわち、レーザ媒質が複屈折性
を有し、波長選択素子の複屈折素子として用いられるこ
とによって、光学素子の兼用が可能になり、全体の小型
化が図られる。

【００３６】また本発明は、前記非線形光学素子が複屈
折性を有し、前記波長選択素子の複屈折素子として用い
られることを特徴とする。すなわち、非線形光学素子が
複屈折性を有し、波長選択素子の複屈折素子として用い
られることによって、光学素子の兼用が可能になり、全
体の小型化が図られる。

【００３７】また本発明は、基本光を発振する半導体レ
ーザと、所定波長に対して透過率が高くなるバンドパス
特性を有する波長選択素子と、波長選択素子を通過した
基本波を波長変換して、高調波を発生するための非線形
光学素子と、非線形光学素子を通過した基本波を反射し
て、波長選択素子を経由して半導体レーザに光学的フィ
ードバックをかけるための基本波反射手段と、非線形光
学素子で発生した高調波を一方向に重ね合わせるための
高調波反射手段とを備える波長安定化光源である。本発
明に従えば、半導体レーザに対して波長選択素子を経由
して光学的フィードバックをかけることによって、半導
体レーザが波長選択素子で規定される特定波長で発振す
るため、単一縦モードのレーザ光が得られる。また、非
線形光学素子で発生した高調波を一方向に重ね合わせる
ことによって、高調波の光強度が加算的に増加するた
め、高調波の変換効率を向上させることができる。

【００３８】以下、本発明の原理を詳説する。図１は、
本発明に係るリヨット（Lyot）の複屈折フィルタの一例
を示す斜視図である。この複屈折フィルタは、２つの偏
光子２１、２３の間に複屈折素子２２を配置して構成さ
れ、偏光子２１、２３の偏光軸２１ａ、２３ａが光軸に
対して垂直上方に設定され、複屈折素子２２の主軸２２
ａの方向が偏光軸２１ａ、２３ａに対して角度４５°の
方向に傾斜したものはリヨット（リヨット＆オーマン）
の複屈折フィルタとして知られている。

【００３９】複屈折素子２２の常光および異常光に対す
る屈折率をｎｏ、ｎｅとし、波長λ、複屈折素子２２の
厚みをｄとすると、異常光に対する常光の位相差Γは、 Γ＝（２π／λ）・（ｎｅ−ｎｏ）・ｄとなり、フィルタ全体の透過率Ｔは、Ｔ＝（１／２）・ｃｏｓ²（Γ／２）で表される。

【００４０】図２は、本発明に係るリヨットの複屈折フ
ィルタの他の例を示す斜視図である。この複屈折フィル
タは、フィルタ特性を狭帯域にするため、複屈折素子２
２の厚みをｄ、２ｄ、４ｄ、８ｄ、…のように順次２倍
に厚くしたものをＮ個配置して、偏光子２１で挟んで直
列にＮ段配置する。このとき全体の透過率は、

【００４１】

【数１】

【００４２】で表される。

【００４３】図３は、リヨットの複屈折フィルタの具体
例を示す斜視図である。この複屈折フィルタは、ノンド
ープＹＶＯ₄ 結晶から成る厚みｄ１＝１ｍｍ、ｄ２＝２
ｍｍの２枚の複屈折素子２２の間に偏光ビームスプリッ
タ等の偏光子２４を配置して構成され、半導体レーザ２
０から放射されたレーザ光は、複屈折フィルタを通過し
た後、外部ミラー２５で反射して再び複屈折フィルタを
通過し、半導体レーザ２０へＴＥモードとして帰還し
て、光学的フィードバックが掛けられている。半導体レ
ーザ２０の発振波長８１０ｎｍでのＹＶＯ₄ 結晶の常光
および異常光に対する各屈折率は、ｎｏ＝１．９８５、
ｎｅ＝２．２０２となる。

【００４４】図４は、半導体レーザ２０へ帰還する光量
の波長依存性を示すグラフである。実線は図３の複屈折
フィルタの往復分の透過率を示し、破線は半導体レーザ
２０の利得曲線を示す。図４を見ると、波長８０８．６
ｎｍ、８１４．２ｎｍにおいて透過率がほぼ１になる急
峻なバンドパス特性を示すことが判る。したがって、半
導体レーザ２０の利得曲線を併せて考慮すると、波長８
０８．６ｎｍでの単一モード発振が期待される。

【００４５】また半導体レーザへの注入電流を増加させ
高出力な状態で使用した場合には、ゲインが増加するた
め、ゲイン中心以外にも複屈折フィルタのバンドパス周
期で決まる波長間隔離れた複数の波長でも発振を生じて
しまうことがある。この際、複屈折フィルタのバンドパ
ス周期を長くし、ゲイン幅の中にバンドパスのピークが
ひとつとなるように設定する必要がある。

【００４６】図５、図６に複屈折フィルタ用複屈折板と
してノンドープＹＶＯ₄ を使用し、厚み１ｍｍ、２ｍｍ
の組合わせた場合と、０．５ｍｍ、１ｍｍを組合わせた
場合のバンドパス特性の違いを比較した。発振しきい値
よりかなり高い電流で駆動した場合、厚み１ｍｍ、２ｍ
ｍの組合わせで（図５）はゲイン中心Ｐ２での発振以外
にもＰ１、Ｐ３で示したような波長でも発振を生じる場
合が考えられる。この際、０．５ｍｍ、１．０ｍｍと厚
みを薄くすれば、図６に示すようにバンドパス周期が広
がり、ゲイン中心Ｐ２のみでの発振が可能となる。

【００４７】図７と図８は、光学的フィードバックがか
かった半導体レーザの波長安定化機構を説明するグラフ
である。まず図７において、通常の半導体レーザでは光
学ロスの波長依存性は小さく、殆ど一定の値と考えられ
る。半導体レーザへの注入電流を増加させるとキャリア
が増大しゲイン（利得）が増加し、ゲイン曲線がロス曲
線を上回った波長領域でレーザ発振を開始する。なお、
この波長領域において、共振器長で決まる縦モード間隔
おきに複数の発振線が成立し得る。

【００４８】次に図８において、複屈折フィルタを通し
て特定波長域のみの光を選択的に帰還させた場合、共振
器ミラーの反射率が特定波長だけ増加したことに相当す
るため、特定波長に関するロスが急激に減少する。した
がって、特定波長のみゲイン曲線がロス曲線を上回った
状態となり、単一モードまたは数本のマルチモード発振
が実現できる。

【００４９】実際にこうしたフィルタ特性を実現させる
には、次の２つの点が重要である。第１点は、各段での
フィルタ特性のピーク位置を一致させることが重要であ
る。このためには初段の複屈折素子の厚みをｄとする
と、２段目の複屈折素子の厚さを波長オーダーで精密に
２ｄに調整する必要がある。

【００５０】図９は、各複屈折素子２２の厚み誤差によ
る影響を示すグラフである。このグラフでは、図３の複
屈折素子２２としてノンドープＹＶＯ₄ を使用すると仮
定し、実線は１枚目の厚みを１．０ｍｍ、２枚目の厚み
を２．０ｍｍという理想的な厚みである場合のフィルタ
特性を示し、一点鎖線は理想的厚みより１μｍ厚い場合
のフィルタ特性を示す。なお、破線は半導体レーザの利
得曲線を示す。このグラフから、２枚目の厚みが２ｄよ
り１μｍ程度ずれてもフィルタリング特性は大きく劣化
することがわかる。これは１段目のフィルタ曲線のピー
ク波長と２段目のピーク位置がずれることに起因する。
したがって、理想的なフィルタ特性を実現させるには、
複屈折素子２２の厚みを精度良く加工することが必要に
なる。しかし、実際にはこうした高精度の研磨は困難で
あるため、何らかのチューニング機構が必要となる。

【００５１】こうしたチューニング機構として、複屈折
素子２２を傾けて入射角度を変える角度チューニング方
法と複屈折素子２２の温度を変える温度チューニング方
法がある。

【００５２】ここで、図１０に示すような座標をとっ
て、光軸をｚ軸（＝ａ軸）に設定し、ｘ−ｙ平面に対す
る光の入射角度をθ、偏光方向のｘ軸(fast-axis）から
の角度をφとすると、位相差は次式で表される。

【００５３】

【数２】

【００５４】図１１は、ＹＶＯ₄ 結晶から成る厚み２ｍ
ｍの複屈折素子２２をａ軸まわりに傾けていった場合の
１段のフィルタ特性の計算結果を示すグラフである。図
１１において、θ＝０°である垂直入射から５°傾けれ
ばほぼ１周期シフトさせることができ、実用的には充分
であることが判る。

【００５５】光の伝搬軸が主軸と一致している場合（垂
直入射の場合θ＝０°）では、ｚ軸まわりに回転させて
もフィルタ透過曲線のピーク波長はシフトしない。しか
しながら、僅かに結晶を傾けて入射した場合（θ≠０）
は結晶のｚ軸まわりの回転によりピーク波長をシフトさ
せることができる。

【００５６】次に、狭い波長範囲にフィルタリングをか
ける場合分解能が重要となるが、高い分解能を確保する
ためには、入射ビームを平行光束にする必要がある。図
１１から判るように、１Åの分解能を確保するためには
入射角度の広がりを約１°以内に抑える必要がある。

【００５７】こうした入射角度分散に敏感でない複屈折
フィルタとして、図１２（ｂ）のような配置も知られて
いる(“Optical Wave in Layered Media",P.Yeh Jhon＆
Willey 1988)。図１２（ａ）は、２枚の偏光子２１の間
に複屈折素子２２を介在させた配置であり、図１の構成
と同じである。図１２（ｂ）は、結晶厚さｄの１枚の複
屈折素子２２の代わりに、厚さｄ／２の結晶から成る複
屈折素子２２ａ、２２ｂを２枚使用し、複屈折素子２２
ａ、２２ｂの主屈折率が小さい軸（fast-axis）を直交
して配置し、さらに２つの複屈折素子２２ａ、２２ｂの
間にλ／２板（２分の１波長板）２６を配置する構成で
あり、原理的には１枚の複屈折素子２２を２枚に分離し
て偏光を入れ換えることにより角度分散をキャンセルす
るものである。

【００５８】この構成では、波長分解能Δλ_1/2 とビー
ム発散角度θの関係は、次式で表せる。

【００５９】

【数３】

【００６０】ここで、λ＝８１００Å、Δλ_1/2 ＝０．
５Å、ｎｏ＝１．９８５、ｎｅ＝２．２０２とすると、
θ＝４°となり、比較的広い発散角で高い分解能を実現
できることが判る。

【００６１】図１３は、複屈折フィルタの他の例を示す
構成図である。リオットフィルタの基本構成として偏光
子と複屈折素子とが必要であるが、図１３に示すよう
に、複屈折素子をブリュースタ角度に傾けて使用するこ
とにより、偏光子を省略することもできる。

【００６２】一般に、材料の屈折率をｎとし、入射角度
をθｉとするとｔａｎθｉ＝ｎなる入射角度で入射した
光のうち、入射面内に垂直方向（紙面垂直）の偏光成分
（Ｓ偏光）は反射成分が存在するが、入射面内に平行な
偏光成分（Ｐ偏光）は反射せずに全透過する。この角度
をブリュースタ角度と称する。この角度近傍で使用する
ことにより、Ｐ偏光とＳ偏光の透過率の差を利用するこ
とによって偏光による分離が可能になり、偏光子を省略
することができる。

【００６３】図１４は、複屈折素子２２への入射角度と
透過率の関係を示すグラフである。このグラフは、複屈
折素子２２としてノンドープＹＶＯ₄ を使用した場合、
屈折率の角度依存性を考慮し、Ｐ偏光、Ｓ偏光の１面当
たりの透過率の入射角度依存性を計算して算出してい
る。グラフを見ると、入射角度６６°近傍でＰ偏光の透
過率が最大（１００％）になり、そのときのＳ偏光の透
過率は約５０％となる。

【００６４】図１３に示すような２枚の複屈折素子２２
をブリュースタ角に配置した構成においては、半導体レ
ーザを出射して複屈折フィルタを往復して半導体レーザ
へ再び帰還されるまでに８回ブリュースタ角の面を通過
することになる。したがって、Ｐ偏光、Ｓ偏光の透過率
はそれぞれ０．３％、１００％となり、実際の使用には
充分であることが判る。

【００６５】

【発明の実施の形態】以下図面を参考にして本発明の好
適な実施例を詳細に説明する。

【００６６】（実施例１）図１５は、本発明の第１実施
例を示す構成図である。この短波長光源は、励起用の半
導体レーザとレーザ媒質およびＳＨＧ結晶を含んだ内部
共振器型の固体レーザなどで構成される。

【００６７】短波長光源は、レーザ媒質６１をポンピン
グするための半導体レーザ（ＳＯＮＹ社製ＳＬＤ−３２
２ＸＴ）３０と、半導体レーザ３０に特定波長の光のみ
帰還させる光学的フィードバックをかけて、波長の制御
や安定化を行う複屈折フィルタ４０と、ポンピング光３
２を集束するレンズ系３３、３４（Ｎｅｗｐｏｒｔ社製
Ｆ−Ｌ２０）と、Ｎｄが１％ドープされたＮｄ：ＹＡＧ
から成るレーザ媒質６１およびＫＮｂＯ₃ から成る非線
形光学素子６２を含む光共振器６０などで構成されてお
り、レーザ媒質６１の表面６１ｂと非線形光学素子６２
の表面６２ａは接している。

【００６８】ポンピング用の半導体レーザ３０は、ペル
チェ素子３１に搭載され、温度調整回路（図示せず）に
より所定温度に温度安定化されている。非線形光学素子
６２であるＫＮｂＯ₃ は、ａ−ｂカット（θ＝９０°、
φ＝６０°）で波長９４６ｎｍに対してタイプＩの位相
整合を満足する角度で配置している。

【００６９】複屈折フィルタ４０は、リヨット型フィル
タの構成となっており、厚み２ｍｍのノンドープＹＶＯ
₄ から成る複屈折素子４１と、偏光ビームスプリッタ等
の偏光子４２と、厚み４ｍｍのノンドープＹＶＯ₄ から
成る複屈折素子４３とで構成される。

【００７０】コリメートレンズ３３、集光レンズ３４、
複屈折フィルタ４０の各部品４１〜４３の表面には、励
起用半導体レーザ３０の発振波長８０９ｎｍに対して無
反射（ＡＲ）コーティングが施されている。但し、複屈
折素子４３の光共振器６０側の表面４３ｂには、波長８
０９ｎｍに対して反射率２０％となるように部分反射コ
ーティングが施されている。したがって、半導体レーザ
３０からのポンピング光３２は、複屈折フィルタ４０を
通過して、複屈折素子４３の表面４３ｂで一部反射して
戻り光３５が発生し、さらに複屈折フィルタ４０を通過
して、特定波長のみ半導体レーザ３０に帰還する。その
ためポンピング光３２の出力は殆ど変化せずに、特定波
長での単一モードに近いレーザ発振が実現する。

【００７１】レーザ媒質６１の表面６１ａには、レーザ
媒質６１の発振波長９４６ｎｍに対して反射率が９９．
９％であって、かつポンピング光３２の波長８０９ｎｍ
に対して透過率が９５％以上となるコーティングが施さ
れている。また、出力ミラー６３は、波長９４６ｎｍに
対して９９．９％以上の反射率であって、波長４７３ｎ
ｍの第２高調波に対して８０％の透過率を有する。こう
してレーザ媒質６１の表面６１ａと出力ミラー６３とで
波長９４６ｎｍに対する光共振器６０を構成している。

【００７２】また、レーザ媒質６１の非線形光学素子６
２側の表面６１ｂおよび非線形光学素子６２の両面６２
ａ、６２ｂには、波長９４６ｎｍに対して透過率が９
９．９％以上となる無反射（ＡＲ）コーティングが施さ
れている。

【００７３】次に動作を説明する。半導体レーザ３０か
ら放射されるポンピング光３２の偏光方向は、紙面内に
あって光軸の垂直方向と一致している。このポンピング
光３２がレンズ３４によって集束されて、レーザ媒質６
１に入射すると、レーザ媒質６１中に反転分布が形成さ
れ、光共振器６０内で波長９４６ｎｍのレーザ発振が起
こる。発振した波長９４６ｎｍの光が非線形光学結晶６
２を通過すると、波長変換されて波長４７３ｎｍの第２
高調波を発生し、出力ミラー６３から外部に出力され
る。

【００７４】励起用の半導体レーザ３０は、複屈折フィ
ルタ４０を使用しない、いわゆるフリーランニング時に
は、波長幅１５Å程度でマルチモード発振しているが、
戻り光３５による光学的フィードバック時には波長幅
１．５Å程度のほぼ単一モードに近い状態で発振する。

【００７５】図１６は、半導体レーザ３０の発振スペク
トルを示すグラフであり、上のグラフは光学的フィード
バックをかけた場合、下のグラフは光学的フィードバッ
クをかけない場合である。光学的フィードバックをかけ
た場合、半導体レーザ３０の発振スペクトルは、熱膨張
等に起因する戻り光３５の位相変化に対して大きくジャ
ンプすることは無く、波長幅１．５Å内に存在する極め
て接近した隣接外部共振モードへジャンプするのみであ
る。したがって、レーザ媒質６１のＹＡＧの吸収線幅１
０Åに比べて極めて小さいため、吸収効率はあまり変化
せず、固体レーザは安定に発振することになる。

【００７６】図１７は、短波長光源の出力変動を示すグ
ラフであり、図１７（ａ）は半導体レーザ３０に光学的
フィードバックをかけた場合、図１７（ｂ）はかけない
場合を示す。図１７（ａ）において、波長４７３ｎｍの
第２高調波出力には殆ど変動が見られず、実用に耐えら
れるレベルであり、レーザ媒質６１を４００ｍＷで励起
した場合には、波長４７３ｎｍで出力５ｍＷの短波長光
が安定して得られる。一方、図１７（ｂ）において、第
２高調波出力がステップ的に大きく変化して、半導体レ
ーザ３０のモードジャンプに起因した出力変動が観測さ
れている。本実施例１では光フィードバック用の反射手
段を複屈折フィルターの終端面４３ｂに設けたが、この
位置でなくレーザ媒質の面６１ａに設けてもよい。

【００７７】（実施例２）図１８は、本発明の第２実施
例を示す構成図である。この短波長光源は、図１５と同
様に、励起用の半導体レーザとレーザ媒質およびＳＨＧ
結晶を含んだ内部共振器型の固体レーザなどで構成さ
れ、さらに図１２で説明したように、複屈折フィルタへ
の入射角度依存性を緩和しつつ高い波長分解能を実現す
るものである。なお本実施例において、実施例１に示し
た要素と同等の要素については同一符号を付して、重複
説明を省略する。

【００７８】図１５に示す２枚目の複屈折素子４３の代
わりに、厚み半分の２枚の複屈折素子４４、４６の間
に、λ／２板４５を介在させて配置する。複屈折素子４
６の光共振器側の表面４６ｂには、半導体レーザ３０の
発振波長８０９ｎｍに対して反射率２０％となるように
部分反射コーティングが施されており、半導体レーザ３
０への光学的フィードバックをかけている。

【００７９】この構成において、複屈折フィルタ４０の
部品点数は若干増加するものの、入射角のズレの許容度
が広がり極めて高い波長分解能を実現するため、半導体
レーザ３０からのポンピング光３２の波長安定性が格段
に向上する。光学フィードバック用の反射手段は本実施
例２の複屈折素子の面４６ｂのかわりにレーザ媒質の面
６１ａに設けてもよい。

【００８０】（実施例３）図１９は、本発明の第３実施
例を示す構成図である。この短波長光源は、図１５と同
様に、励起用の半導体レーザとレーザ媒質およびＳＨＧ
結晶を含んだ内部共振器型の固体レーザなどで構成さ
れ、さらに図１３で説明したように、２枚の複屈折素子
４１、４３をブリュースタ角度に傾けて偏光子４２を省
略した例である。なお本実施例において、実施例１に示
した要素と同等の要素については同一符号を付して、重
複説明を省略する。

【００８１】図１９において、複屈折素子４１、４３と
して厚み２ｍｍと４ｍｍのノンドープＹＶＯ₄ を用い、
垂直入射から約６５°傾けたブリュースタ角度になるよ
うに配置している。なお、相互の干渉効果を生じないよ
うに、２枚の複屈折素子４１、４３の間隔は１ｍｍ以上
に設定している。

【００８２】半導体レーザ３０から出射された波長８０
９ｎｍのポンピング光３２は、複屈折素子４１、４３を
通過して、集光レンズ３４によってレーザ媒質６１に集
光される。レーザ媒質６１の入射側表面６１ａは、波長
８０９ｎｍに対して反射率５％となる光学特性を有し、
ポンピング光３２の一部は戻り光３５となって反射さ
れ、複屈折素子４３、４１を通過して再び半導体レーザ
３０の活性層へＴＥモードとして帰還される。

【００８３】この構成において、複屈折素子４１、４３
をブリュースタ角度に傾けることによって偏光子４２を
省略しているため、フィルタ特性を維持しつつ部品点数
の削減が可能になる。

【００８４】（実施例４）図２０は、本発明の第４実施
例を示す構成図である。この短波長光源は、単一モード
の半導体レーザの光３２を非線形光学結晶６２に通し、
直接変換により第２高調波を発生させるものである。複
屈折フィルタ４０を構成する複屈折性素子として非線形
光学素子６２が兼用している例である。なお本実施例に
おいて、実施例１に示した要素と同等の要素については
同一符号を付して、重複説明を省略する。

【００８５】波長８６０ｎｍの単一モードで発振する半
導体レーザ３０（三洋電機製ＳＬＤ−７０３３）から出
射されたレーザ光３２は、コリメートレンズ１１で平行
光束になり、さらに１対のシリンドリカルレンズ３６、
３７によってビーム形状が円形に整形され、複屈折フィ
ルタ４０の一部を構成する非線形光学結晶６２に入射す
る。

【００８６】複屈折材料４１として厚み１ｍｍのノンド
ープＹＶＯ₄ 結晶が使用される。なお、複屈折材料４１
は光軸に対して直交する２つの偏光軸で異なる屈折率を
示し、複屈折フィルタ４０の複屈折素子として機能す
る。

【００８７】非線形光学素子６２として結晶長５ｍｍの
ａ軸カットＫＮｂＯ₃ 結晶が使用され、入射側表面６２
ａには波長８６０ｎｍに対する無反射（ＡＲ）コーティ
ングが施され、出射側表面６２ｂには波長８６０ｎｍに
対して反射率２０％となる部分反射コーティングが施さ
れている。なお、非線形光学素子６２は波長変換素子で
あると同時に、入射光の偏光方向をｂ軸からわずかに傾
けて入射させることによって複屈折フィルタ４０の複屈
折素子として機能する。

【００８８】複屈折材料４１と非線形光学素子６２の間
には偏光子４２および集光レンズ３４が配置される。複
屈折材料４１および偏光子４２を通過した光３２は、集
光レンズ３４によって非線形光学素子６２の出射側表面
６２ｂ上にビームウエストが位置するように集光され
る。

【００８９】こうして複屈折材料４１、偏光子４２およ
び非線形光学素子６２を含む複屈折フィルタ４０が構成
される。複屈折フィルタ４０を通過した光３２は、非線
形光学素子６２の出射側表面６２ｂで部分的に反射して
戻り光３５となって、再び複屈折フィルタ４０を通過
し、特定波長のみＴＥモードとして半導体レーザ３０に
帰還され、光学的フィードバックがかかる。これによっ
て半導体レーザ３０のレーザ発振が単一モードで安定化
するため、非線形光学結晶６２から出射される第２高調
波の出力および波長が安定化される。

【００９０】（実施例５）図２１は、本発明の第５実施
例を示す構成図である。この短波長光源は、図１５と同
様に、励起用の半導体レーザとレーザ媒質およびＳＨＧ
結晶を含んだ内部共振器型の固体レーザなどで構成さ
れ、グリーン光源の安定化へ応用した例であって、複屈
折フィルタ４０を構成する複屈折性素子としてレーザ媒
質６１が兼用している。

【００９１】短波長光源は、レーザ媒質６１をポンピン
グするための半導体レーザ（ＳＯＮＹ社製ＳＬＤ−３２
２ＸＴ）３０と、半導体レーザ３０に特定波長の光のみ
帰還させる光学的フィードバックをかけて、波長の制御
や安定化を行う複屈折フィルタ４０と、ポンピング光３
２を集束するレンズ系３３、３４（Ｎｅｗｐｏｒｔ社製
Ｆ−Ｌ２０）と、Ｎｄが１％ドープされたＮｄ：ＹＶＯ
₄ から成るレーザ媒質６１およびＫＴＰから成る非線形
光学素子６２を含む光共振器６０などで構成されてお
り、レーザ媒質６１の出射側表面６１ｂと非線形光学素
子６２の入射側表面６２ａは接している。

【００９２】ポンピング用の半導体レーザ３０は、ペル
チェ素子３１に搭載され、温度調整回路（図示せず）に
より所定温度に温度安定化されている。

【００９３】複屈折フィルタ４０は、リヨット型フィル
タの構成となっており、厚み１ｍｍのノンドープＹＶＯ
₄ から成る複屈折素子４１と、光軸の垂直上方に対して
角度φだけ傾斜した偏光子４２と、厚み０．５ｍｍのＮ
ｄ：ＹＶＯ₄ から成るレーザ媒質６１とで構成される。

【００９４】レーザ媒質６１の表面６１ａの中央付近に
は、フォトリソグラフィ−を利用した微細加工技術を用
いて、入射側に凸状の微小球面６１ｃが形成されてお
り、その開口半径は８０μｍで、その曲率半径は１２ｍ
ｍである。なお、レーザ媒質６１は、入射光の偏光方向
をｃ軸からわずかに傾けて入射させることによって、複
屈折フィルタ４０の複屈折素子として機能する。

【００９５】コリメートレンズ３３、集光レンズ３４、
複屈折フィルタ４０の各部品４１、４２の表面には、励
起用半導体レーザ３０の発振波長８０９ｎｍに対して無
反射（ＡＲ）コーティングが施されている。但し、レー
ザ媒質６１の非線形光学素子６２側の表面６１ｂには波
長１０６４ｍｍに対して透過率Ｔが９９．９％以上であ
って、表面６１ｂには波長８０９ｎｍに対して反射率２
０％となるように部分反射コーティングが施されてい
る。したがって、半導体レーザ３０からの波長が８０９
ｎｍのポンピング光３２は、複屈折フィルタ４０を通過
して、レーザ媒質６１の表面６１ｂで一部反射して戻り
光が発生し、さらに複屈折フィルタ４０を通過して、特
定波長のみＴＥモードとして半導体レーザ３０に帰還す
る。こうして光学的フィードバックがかかるため、ポン
ピング光３２の出力は殆ど変化せずに、特定波長での単
一モードに近いレーザ発振が実現する。

【００９６】レーザ媒質６１の表面６１ａには、レーザ
媒質６１の発振波長１０６４ｎｍに対して反射率が９
９．９％であって、かつポンピング光３２の波長８０９
ｎｍに対して透過率が９８％となるコーティングが施さ
れている。

【００９７】また、より少ない帰還量で確実に波長制御
を行うために、励起用半導体レーザ３０の前面反射率を
Ｒ＝０．１％程度にした無反射コーティングが施された
半導体レーザを用いている。

【００９８】一方、非線形光学素子６２であるＫＴＰ結
晶は、ｚ軸に対して角度θ＝９０°かつｘ軸に対してφ
＝２３．８°の方向に切り出した結晶であり、結晶厚み
３ｍｍのものを使用している。この切り出し角度では、
波長１０６４ｎｍに対してタイプ２の位相整合が可能で
ある。

【００９９】非線形光学素子６２の入射側表面６２ａに
は、波長１０６４ｎｍおよび波長８０９ｎｍに対して透
過率９９．９％の無反射コーティングが施され、出射側
表面６２ｂには、波長１０６４ｎｍに対して反射率９
９．９８％、第２高調波である波長５３２ｎｍに対して
透過率９５％の光学コーティングが施される。こうして
レーザ媒質６１の表面６１ａに形成された微小球面６１
ｃが凹面鏡となり、非線形光学素子６２の出射側表面６
２ｂが平面鏡となって、波長１０６４ｎｍに対する光共
振器６０を構成している。

【０１００】次に動作を説明する。半導体レーザ３０か
ら放射されるポンピング光３２の偏光方向は、ｙ軸と一
致している。複屈折フィルタ４０を通過するポンピング
光３２がレンズ３４によって集束されて、微小球面６１
ｃを通過してレーザ媒質６１に入射すると、レーザ媒質
６１中に反転分布が形成され、光共振器６０内で波長１
０６４ｎｍのレーザ発振が起こる。発振した波長１０６
４ｎｍの光が非線形光学結晶６２を通過すると、波長変
換されて波長５３２ｎｍの第２高調波を外部へ発生す
る。

【０１０１】このような構成によって、ポンピング光３
２の光学的フィードバックによって励起用半導体レーザ
３０のレーザ発振が安定化するため、５０ｍＷ出力のグ
リーン光を安定して得ることができる。また、レーザ媒
質６２を複屈折フィルタ４０の一部品として兼用するこ
とにより、部品点数の省略が可能になる。

【０１０２】（実施例６）図２２は、本発明の第６実施
例を示す構成図である。この短波長光源は、励起用およ
びミキシング用の２つの半導体レーザとレーザ媒質およ
び非線形光学結晶を含んだ内部共振器型の固体レーザな
どで構成され、和周波発生によるブルー光源の安定化へ
応用した例である。

【０１０３】短波長光源は、レーザ媒質６１を励起する
波長８０９ｎｍのポンピング光３２を出力する励起用半
導体レーザ（ＳＯＮＹ社製ＳＬＤ−３２２ＸＴ）３０
と、波長６９４ｎｍのミキシング光７２を出力するミキ
シング用半導体レーザ７０（東芝製ＴＯＬＤ９１５０）
と、半導体レーザ３０、７０の波長安定化を行うための
複屈折フィルタ４０，４８と、ポンピング光３２やミキ
シング光７２を集束するためのレンズ系３３、３４、７
３〜７６と、Ｎｄが１％ドープされたＮｄ：ＹＶＯ₄ か
ら成るレーザ媒質６１およびＫＮｂＯ₃ から成る非線形
光学素子６２を含む光共振器６０などで構成されてお
り、レーザ媒質６１の出射側表面６１ｂと非線形光学素
子６２の入射側表面６２ａは接している。

【０１０４】ポンピング用の半導体レーザ３０は、ペル
チェ素子３１に搭載され、温度調整回路（図示せず）に
より所定温度に温度安定化されている。

【０１０５】レーザ媒質６１の表面６１ａの中央付近に
は、フォトリソグラフィーを利用した微細加工技術を用
いて、入射側に凸状の微小球面６１ｃが形成されてお
り、その開口半径は８０μｍで、その曲率半径は１２ｍ
ｍである。

【０１０６】レーザ媒質６１の表面６１ａには、レーザ
媒質６１の発振波長１０６４ｎｍに対して反射率が９
９．９％であって、かつポンピング光３２の波長８０９
ｎｍおよびミキシング光７２の波長６９４ｎｍに対して
透過率９５％以上となるコーティングが施されている。
また、レーザ媒質６１の非線形光学素子６２側の表面６
１ｂには、波長１０６４ｎｍに対して透過率Ｔが９９．
９％以上で、波長６９４ｎｍに対して透過率Ｔが９５％
以上となるコーティングが施されている。

【０１０７】一方、非線形光学素子６２であるＫＮｂＯ
₃ 結晶は、ｚ軸に対して角度θ＝９０°かつｘ軸に対し
てφ＝０°の方向に切り出したいわゆるａ軸結晶で、結
晶厚み５ｍｍのものを使用している。この非線形光学素
子６２はペルチェ素子３１に搭載され、温度チューニン
グにより位相整合を達成している。

【０１０８】非線形光学素子６２の入射側表面６２ａに
は、波長１０６４ｎｍに対して透過率９９．９％となる
コーティングが施されている。その出射側表面６２ｂに
は波長１０６４ｎｍに対して反射率９９．９８％であっ
て、和周波光の波長４２０ｎｍに対して透過率９５％の
光学コーティングが施されている。こうしてレーザ媒質
６１の表面６１ａに形成された微小球面６１ｃが凹面鏡
となり、非線形光学素子６２の出射側表面６２ｂが平面
鏡となって、波長１０６４ｎｍに対する光共振器６０を
構成している。

【０１０９】一方、半導体レーザ７０（東芝製ＴＯＬＤ
９１５０）から放射された波長６９４ｎｍのミキシング
光７２は、コリメートレンズ７３で平行光束になり、１
対のシリンドリカルレンズ７４、７５で断面円形のビー
ムに整形され、焦点位置調整用のレンズ７６を通過し
て、偏光ビームスプリッタ４７によって反射され、ポン
ピング光３２の光軸と共軸になる。

【０１１０】第２基本波である波長６９４ｎｍのミキシ
ング光７２は、集光レンズ３４によってレーザ媒質６１
の出射側表面６１ｂ上にビームウエストを形成するよう
集光され、非線形光学素子６２に入射される。第１基本
波である波長１０６４ｎｍのポンピング光と光共振器６
０中に導入した第２基本波である波長６９４ｎｍのミキ
シング光７２の偏光方向は、ＫＮｂＯ₃ 結晶である非線
形光学素子６２のｙ軸方向になるように設定される。第
１基本波および第２基本波が非線形光学素子６２中でミ
キシングされると、和周波光である波長４２０ｎｍに変
換された出力光が非線形光学素子６２の表面６２ｂから
出射される。

【０１１１】次に、複屈折フィルタ４０、４８について
説明する。励起用の半導体レーザ３０に対して波長安定
化を行う複屈折フィルタ４０は、ノンドープＹＶＯ₄ 結
晶から成る厚み２ｍｍの複屈折素子４１と、偏光ビーム
スプリッタ４７と、ノンドープＹＶＯ₄ 結晶から成る厚
み４ｍｍの複屈折素子４３とで構成される。ミキシング
用の半導体レーザ７０に対して波長安定化を行う複屈折
フィルタ４８は、ノンドープＹＶＯ₄ 結晶から成る厚み
０．５ｍｍの複屈折素子４４と、偏光ビームスプリッタ
４７と、前述の複屈折素子４３とで構成される。したが
って、偏光ビームスプリッタ４７および複屈折素子４３
は、両方の複屈折フィルタ４０、４８で共用されること
になる。

【０１１２】複屈折素子４３の出射側表面４３ｂには、
波長６９４ｎｍおよび波長８０９ｎｍに対して反射率が
２０％となるような部分反射コーティングが施されてい
る。したがって、半導体レーザ３０からのポンピング光
３２は、複屈折フィルタ４０を通過し、複屈折素子４３
の出射側表面４３ｂで部分反射して再び複屈折フィルタ
４０を通過して、半導体レーザ３０へ光学的フィードバ
ックがかかり、半導体レーザ３０の波長安定化が図られ
る。また、半導体レーザ７０からのミキシング光７２
は、複屈折フィルタ４８を通過し、複屈折素子４３の出
射側表面４３ｂで部分反射して再び複屈折フィルタ４８
を通過して、半導体レーザ７０へ光学的フィードバック
がかかり、半導体レーザ７０の波長安定化が図られる。

【０１１３】またミキシング光に対する光学的フィード
バックのための反射手段は複屈折素子４３の面４３ｂの
かわりに、レーザ媒質の面６１ａまたは非線形光学素子
の面６２ｂにコーティングして設けてもよい。

【０１１４】たとえば、励起用半導体レーザ３０の出力
が４００ｍＷであって、ミキシング用半導体レーザ７０
の出力が３０ｍＷの時、和周波光として出力１０ｍＷで
波長４２０ｎｍのブルー光を安定して得ることができ
た。

【０１１５】（実施例７）図２３は、本発明の第７実施
例を示す構成図であり、単一モード半導体レーザの光を
非線形光学結晶で直接波長変換を高効率で行い、かつ半
導体レーザの発振波長を安定化させるものである。

【０１１６】動作原理について説明する。単一モード半
導体レーザ７０を出射した基本波光３２はコリメートレ
ンズ３３によって平行光束になった後、複屈折フィルタ
４０を通過し、集光レンズ３４により非線形光学結晶６
２に入射する。非線形光学結晶６２を通過した基本波光
３２を反射ミラー８０によって反射させて、再度非線形
光学結晶６２に入射し、さらに複屈折フィルタ４０を再
度通過することによって、特定の波長のみ半導体レーザ
７０へ光学帰還される。これにより、半導体レーザ７０
は安定した一定波長で発振することができる。ここで、
反射ミラー８０は基本波および高調波に対して全反射と
なるミラーである。

【０１１７】このとき第２高調波は非線形光学結晶６２
の左右両方向へ出射されるが、右向きに出射した第２高
調波は反射ミラー８０によって反射され、左向きに出射
された第２高調波と重ね合わされ、４倍の出力となって
偏光ビームスプリッタ４２から下方に出射される。通
常、第２高調波は基本波の位相に対して一定の位相関係
で発生するため、反射ミラー８０での基本波と第２高調
波との間の相対的位相関係に変化はないとすると、足し
合わされた第２高調波は打ち消し合う。したがって、こ
れらが打ち消し合わないように反射位相差を調整作製し
た反射ミラーを使用することが望ましい。

【０１１８】半導体レーザ７０として、波長８６０ｎ
ｍ、出力２００ｍＷの単一モードダイオード（ＳＤＬ製
ＳＤＬ−５４３０−Ｃ）を使用し、複屈折板４１、４３
としてそれぞれ厚み２ｍｍ、５ｍｍのノンドープＹＶＯ
₄ を、非線形光学結晶６２として結晶長１０ｍｍのａ軸
カットのＫＮｂＯ₃ 結晶を用いて、入力２００ｍＷで１
ｍＷ出力の波長４３０ｎｍのブルー光を安定して得るこ
とができた。

【０１１９】（実施例８）しかしながら複屈折フィルタ
ーにより光学帰還を行った場合、半導体レーザが出力１
５０ｍＷを越えると発振スペクトルが３本になることも
ある。（図２４（ａ））そこでさらに複屈折板の厚みお
よび枚数を変更し厚み０．５ｍｍと２．０ｍｍと５ｍｍ
の３段の組合わせでおこなったところ、２００ｍＷでも
単一モードで発振し（図２４（ｂ））安定的にしかも再
現良く１ｍＷの出力が得られた。

【０１２０】このように出力安定化を行った場合のＳＨ
Ｇ出力特性を図２５（ｂ）に、安定化を行わなかった場
合を図２５（ａ）に示した。安定化を行っていない場
合、室内温度の変動等により半導体レーザの発振波長に
シャンプが生じるたびＳＨＧ出力は大きく変動すること
がわかる。一方複屈折フィルターによる波長安定化を行
った場合、２時間以上にわたり２％以内の変動に抑制さ
れ安定化に極めて有効であることがわかった。

【０１２１】（実施例９）図２６は、本発明の第９実施
例を示す構成図である。この短波長光源は、実施例７と
同様に、単一モード半導体レーザからの基本波光を非線
形光学結晶に往復反射させ、出射された短波長光を重ね
合わせることによって高出力化を図るものである。非線
形光学結晶６２の端面６２ａ、６２ｂに球面加工を施し
てモノリシック化し、また出射方向として半導体レーザ
７０側に出射させる代わりに第２高調波光を前方に折り
返すことによって、前方に第２高調波光を出力してい
る。

【０１２２】非線形光学結晶６２として結晶長１０ｍｍ
のａ軸カットのＫＮｂＯ₃ 結晶を用いて、その両方の端
面には球面加工によって曲率半径ｒ＝１５ｍｍの球面が
形成されている。その入射側端面６２ａには、波長４３
０ｎｍに対して反射率９９．９％、波長８６０ｎｍに対
して透過率９５％となるような光学コーティングが施さ
れる。また、出射側端面６２ｂには、波長８６０ｎｍに
対して反射率９９．９％、波長４３０ｎｍに対して透過
率９５％となるような光学コーティングが施される。

【０１２３】動作原理について説明する。単一モード半
導体レーザ７０を出射した基本波光３２はコリメートレ
ンズ３３によって平行光束になった後、複屈折フィルタ
４０を通過し、集光レンズ３４によって非線形光学結晶
６２に入射して右向きの第２高調波を発生させる。非線
形光学結晶６２の出射側端面６２ｂで反射された基本波
光３２は、再度、非線形光学結晶６２を通過し、第２高
調波を左向きに発生させる。さらに、左向きの基本波光
３２は、複屈折フィルタ４０を再度通過することによっ
て、特定の波長のみ半導体レーザ７０へ光学帰還され
る。これによって半導体レーザ７０は安定した一定波長
で発振することができる。

【０１２４】このとき第２高調波は非線形光学結晶６２
の左右方向に出射されるが、左向きに発生した第２高調
波は非線形光学結晶６２の入射側端面６２ａで反射さ
れ、右向きに出射した第２高調波と重ね合わされ、４倍
の出力となって出射側端面６２ｂから右方に出射され
る。

【０１２５】半導体レーザ７０として、波長８６０ｎ
ｍ、出力２００ｍＷの単一モードダイオード（ＳＤＬ製
ＳＤＬ−５４３０−Ｃ）を使用し、複屈折板４１、４３
としてそれぞれ厚み２ｍｍ、５ｍｍのノンドープＹＶＯ
₄ を、非線形光学結晶６２として結晶長１０ｍｍのａ軸
カットのＫＮｂＯ₃ 結晶を用いて、入力２００ｍＷで１
ｍＷの波長４３０ｎｍのブルー光を安定して得ることが
できた。

【０１２６】（実施例１０）第１０の実施例を図３１に
示す。この短波長光源は励起用の半導体レーザとレーザ
媒質およびＳＨＧ結晶を含んだ内部共振型の固体レーザ
とで構成され、実施例１をさらに簡略化した場合であ
る。重複した部分の説明は省略する。固体レーザ励起用
半導体レーザとして活性層に量子井戸を施したタイプの
ＬＤを使用した場合には複屈折素子と構成要素として偏
光子を省略することもできる例である。量子井戸ＬＤは
活性層に垂直方向の偏光成分（ＴＭモード）のゲインは
ほとんど無いためにＴＭモードでの発振は生じず出力面
にＴＥモード方向の偏光子を有しているものと同等であ
る。したがって偏光子がなくとも１枚の複屈折板でも複
屈折素子として機能する。複屈折素子４１として厚み
０．２５ｍｍのノンドープＹＶＯ４のみを使用した例で
ある。

【０１２７】次に動作原理について説明する。

【０１２８】半導体レーザ３０から放射されるポンピン
グ光３２は複屈折素子４１を通過しＹＡＧ結晶６１を励
起する。ＹＡＧ結晶端面６１ａで部分的に反射されたポ
ンピング光は再び複屈折素子４１を通過し半導体レーザ
３０に帰還される。半導体レーザ３０は偏光子を有した
ＬＤと考えられるため所定の波長のみ強いフィードバッ
ク（波長フィルタリング）がかかるため、所定の波長の
みで発振することが可能である。これにより出力安定化
でき、しかも部品点数を省略でき、さらに小型化を行う
ことができた。

【０１２９】（実施例１１）図３２は本発明のレーザダ
イオード励起和周波発生レーザで１０６４ｎｍ光と６９
０ｎｍのミキシング光より４１８ｎｍ光のブルーを発生
させた例である。複屈折フィルターによりミキシング用
単一モードＬＤの波長安定化を行うと同時に固体レーザ
媒質２０と励起用ＬＤ１０をつき合わせて配置すること
により、素子の小型化をはかりさらに安定性を向上させ
た例である。

【０１３０】このレーザダイオード励起和周波レーザは
レーザ活性媒体２０をポンピングする励起用半導体レー
ザ１０と、固体レーザ媒質としてＮｄが１％ドープされ
たＮｄ：ＹＶＯ₄ からなるレーザ媒体２０、９０度反射
ミラー２４およびａ軸ＫＮｂＯ₃ からなる非線形光学素
子２１、出力ミラー２２などからなる光共振器２５など
から構成されている。励起用半導体レーザ１０は固体レ
ーザ媒質２０に突き合わせて配置している。励起用ＬＤ
としてストライプ幅５０μｍ、出力５００ｍＷのものを
用いた。

【０１３１】レーザ媒質２０の表面２０ａには、レーザ
媒質２０の発振波長である波長１０６４ｎｍに対して反
射率が９９．９％であって、かつポンピング光の波長８
０９ｎｍに対して透過率が９５％以上となるコーティン
グが施されている。

【０１３２】９０度反射ミラー２４の表面には波長１０
６４ｎｍに対して４５度入射での反射率が９９．９％６
９０ｎｍに対して透過率９５％となるような光学コーテ
ィングが施されている。またレーザ媒質２０の非線形光
学素子２１の側の表面２０ｂには、波長１０６４ｎｍに
対して透過率が９９．９％以上となるコーティングが施
されている。出射ミラー２２は１０６４ｎｍで反射率９
９．９％、６９０ｎｍで反射率７０％、４１８ｎｍでの
透過率９５％となるような光学コーティングが施されて
いる。

【０１３３】半導体レーザ１０から放射されるポンピン
グ光は、レーザ媒質２０中に反転分布が形成され、Ｎ
ｄ：ＹＶＯ₄ 結晶の場合は波長１０６４ｎｍのレーザ発
振が起こる。この発振光は２０ａ面と出力ミラー２２と
で構成された共振器２５において共振する。

【０１３４】一方、ミキシング用光源として波長６９０
ｎｍ、出力３０ｍＷの半導体レーザ光（東芝ＴＯＬＤ−
９１５０）３０を使用し、集光レンズ３２を通過、さら
に複屈折板４１，４３と偏光子４２からなる波長選択素
子４４を通過し、２１ａ面上にビームウエストを形成す
るよう集光し非線形光学素子２１に入射される。複屈折
板４１，４３としてノンドープＹＶＯ₄ からなる厚み
０．５ｍｍ、４ｍｍのものをそれぞれ使用した。非線形
結晶２１を通過したミキシング光は出射ミラー２２によ
り一部反射され再び同じパスを通り波長選択素子４４を
再度通過して半導体レーザ３０にフィードバックされ
る。この波長選択素子４４によりミキシングＬＤの波長
安定化を行っている。

【０１３５】１０６４ｎｍのレーザ光と外部から共鳴器
中に導入した波長６９０ｎｍの基本波の偏光方向はＫＮ
ｂＯ₃ 結晶のｂ軸方向になるように配置し、ミキシング
される和周波光である４１８ｎｍに変換された出力光が
ｃ軸方向の偏光方向で得られる。

【０１３６】これらの光学素子はペルチエ素子５により
温度調整される。発生した４１８ｎｍの和周波光５０
は、出力ミラー２２より出射される。

【０１３７】本実施例では固体レーザ媒質と励起用ＬＤ
１０は突き合わせて配置することにより励起用ＬＤの発
振波長を安定化できたため共振器内部の基本波強度が安
定し、また小型化が可能となり全ての素子を同一ペルチ
エ素子５上に配置し一定温度にコントロールさせること
ができるようになったため、１０ｍＷの和周波出力を安
定して得ることができた。

【０１３８】なお上記各実施例では、固体レーザ励起用
の半導体レーザ３０として、Ｎｄ：ＹＡＧまたはＮｄ：
ＹＶＯ₄ の吸収スペクトルの中心波長８０９ｎｍに固定
した例を説明したが、波長選択素子である２枚の複屈折
素子の角度または温度、電界等でチューニングすること
によって、チューニング波長を任意に設定することがで
きる。したがって、他のレーザ媒質として、たとえばＬ
ｉＳｒＦ、ＬｉＣａＦ、ＹＬＦ（ＬｉＹＦ₄）、ＮＡＢ
（ＮｄＡｌ₃（ＢＯ₃）₄）、ＫＮＰ、ＮＹＡＢ（Ｎｄ_xＹ
_1-XＡｌ₃（ＢＯ₃）₄）、ＮＰＰ（ＮｄＰ₅Ｏ₁₄）、ＧＧ
Ｇ（Ｇｄ₃Ｇａ₅Ｏ₁₂）のような材料も使用可能である。

【０１３９】また実施例４における単一モード半導体レ
ーザに関して、非線形光学結晶のａ軸ＫＮｂＯ₃ で波長
変換可能な波長８６０ｎｍを使用する例を説明したが、
他の無機系非線形光学結晶材料、たとえばＫＡＰ（ＫＡ
ｓＰＯ₄ ）、ＢＢＯ（β−ＢａＢ₂Ｏ₄）、ＬＢＯ（Ｌｉ
Ｂ₃Ｏ₅）、ＬｉＮｂＯ₃ 、ＬｉＴａＯ₃ 等で波長変換可
能な波長で使用しても構わない。また、単一モード半導
体レーザの波長変換素子として非線形光学結晶にワンパ
ス（片道）で入射するだけの例を示したが、分極反転導
波路等の波長変換用導波路に導いて短波長に変換する方
法にも適用可能である。

【０１４０】また上記各実施例において、光共振器中に
非線形光学材料を含まない基本波レーザの安定化に使用
できることは勿論である。

【０１４１】また上記各実施例において使用した半導体
レーザは、後面反射率９５％、前面反射率４％程度の通
常のファブリーペロー型半導体レーザを使用したが、よ
り少ない戻り光量で確実に波長制御を行うためには、前
面反射率を０．１％程度まで下げたＡＲコート半導体レ
ーザを用いることが望ましい。

【０１４２】また上記各実施例において、Ｈｏ、Ｅｒ、
Ｔｍ、Ｓｍ、Ｎｄ等の希土類をドープしたフッ化物ファ
イバを用いたアップコンバージョンによるファイバ型レ
ーザの励起光源用半導体レーザにも本発明は適用可能で
ある。

【０１４３】また反射手段は実施例に記したように素子
の面に反射膜をコーティングして設けてもよいし、別に
反射鏡を設けてもよい。

【０１４４】

【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、半
導体レーザに対して波長選択素子を経由して光学的フィ
ードバックをかけることによって、半導体レーザが波長
選択素子で規定される特定波長で発振するため、単一縦
モードのレーザ光が得られる。したがって、半導体レー
ザによって励起される固体レーザの発振波長が安定化
し、最終的に非線形光学素子によって発生する高調波や
和周波等の非線形光が安定化する。こうして光出力およ
び波長が安定した短波長光源を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るリヨット(Lyot)の複屈折フィルタ
の一例を示す斜視図である。

【図２】本発明に係るリヨットの複屈折フィルタの他の
例を示す斜視図である。

【図３】リヨットの複屈折フィルタの具体例を示す斜視
図である。

【図４】半導体レーザ２０へ帰還する光量の波長依存性
を示すグラフである。

【図５】半導体レーザ２０へ帰還する光量の波長依存性
を示すグラフである。

【図６】半導体レーザ２０へ帰還する光量の波長依存性
を示すグラフである。

【図７】光学的フィードバックがかかった半導体レーザ
の波長安定化機構を説明するグラフである。

【図８】光学的フィードバックがかかった半導体レーザ
の波長安定化機構を説明するグラフである。

【図９】各複屈折素子２２の厚み誤差による影響を示す
グラフである。

【図１０】座標系を示す図である。

【図１１】ＹＶＯ₄ 結晶から成る厚み２ｍｍの複屈折素
子２２をａ軸まわりに傾けていった場合の１段のフィル
タ特性の計算結果を示すグラフである。

【図１２】図１２（ａ）は２枚の偏光子２１の間に複屈
折素子２２を介在させた配置であり、図１２（ｂ）は厚
さｄ／２の結晶から成る複屈折素子２２ａ、２２ｂを２
枚使用し、その間にλ／２板２５を配置する構成図であ
る。

【図１３】複屈折フィルタの他の例を示す構成図であ
る。

【図１４】複屈折素子２２への入射角度と透過率の関係
を示すグラフである。

【図１５】本発明の第１実施例を示す構成図である。

【図１６】半導体レーザ３０の発振スペクトルを示すグ
ラフであり、上のグラフは光学的フィードバックをかけ
た場合、下のグラフは光学的フィードバックをかけない
場合である。

【図１７】短波長光源の出力変動を示すグラフであり、
図１７（ａ）は半導体レーザ３０に光学的フィードバッ
クをかけた場合、図１７（ｂ）はかけない場合を示す。

【図１８】本発明の第２実施例を示す構成図である。

【図１９】本発明の第３実施例を示す構成図である。

【図２０】本発明の第４実施例を示す構成図である。

【図２１】本発明の第５実施例を示す構成図である。

【図２２】本発明の第６実施例を示す構成図である。

【図２３】本発明の第７実施例を示す構成図である。

【図２４】半導体レーザの発振スペクトルを示すグラフ
である。

【図２５】図２５（ａ）は出力安定化を行わなかった場
合のＳＨＧ出力特性を示すグラフであり、図２５（ｂ）
は出力安定化を行った場合のＳＨＧ出力特性を示すグラ
フである。

【図２６】本発明の第９実施例を示す構成図である。

【図２７】従来の内部共振器型の短波長光源を示す概略
構成図である。

【図２８】半導体レーザから戻り光発生位置までの距離
を僅かに変位させた場合のスペクトル変化を示すグラフ
であり、上のグラフは変位前、下のグラフは変位後のも
のである。

【図２９】従来の短波長光源の他の例を示す概略構成図
である。

【図３０】図３０（ａ）は外部共振器型半導体レーザを
用いた波長可変光源の例を示す概略構成図であり、図３
０（ｂ）はその部分斜視図である。

【図３１】本発明の第１０実施例を示す構成図である。

【図３２】本発明の第１１実施例を示す構成図である。

【符号の説明】

２０、３０、７０半導体レーザ２１、２３、２４、４２偏光子２２、２２ａ、２２ｂ、４１、４３、４６、４７複屈
折素子２５外部ミラー２６、４５ λ／２板３１ペルチェ素子３２ポンピング光３３、３４、７３、７６レンズ３５戻り光３６、３７、７４、７５シリンドリカルレンズ４０、４８複屈折フィルタ４７偏光ビームスプリッタ６０光共振器６１レーザ媒質６２非線形光学素子６３出力ミラー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光を発振する半導体レーザと、所定波長に対して透過率が高くなるバンドパス特性を有
する波長選択素子と、波長選択素子を経由して半導体レーザに光学的フィード
バックをかけるための反射手段と、半導体レーザから順次、波長選択素子、反射手段を通過
したレーザ光を波長変換するための波長変換素子とを備
え、半導体レーザの発振波長が波長変換素子の波長許容度内
に安定化されている波長安定化光源。
【請求項２】励起光を発振する半導体レーザと、所定波長に対して透過率が高くなるバンドパス特性を有
する波長選択素子と、波長選択素子を経由して半導体レーザに光学的フィード
バックをかけるための反射手段と、励起光によって励起されるレーザ媒質および波長変換を
行う非線形光学素子を含む光共振器とを備え、半導体レーザの発振波長がレーザ媒質の吸収スペクトル
内に安定化されている波長安定化光源。
【請求項３】励起光を発振する第１半導体レーザと、ミキシング光を発振する第２半導体レーザと、所定波長に対して透過率が高くなるバンドパス特性を有
する波長選択素子と、励起光によって励起されるレーザ媒質および波長変換を
行う非線形光学素子を含む光共振器と、波長選択素子を経由して第１および第２半導体レーザに
光学的フィードバックをかけるための反射手段とを備え
る波長安定化光源。
【請求項４】励起光を発振する半導体レーザと、前記励起光の波長範囲内の所定波長の光により励起され
て基本波レーザ光を発するレーザ媒質と、前記レーザ媒質を含む光共振器と、偏光手段および複屈折素子からなり前記励起光の前記所
定波長の光を優先的に透過する波長選択素子と、前記波長選択素子を経由して前記半導体レーザに対し
て、光学的フィードバックをかけるための反射手段とを
備える波長安定化光源。
【請求項５】レーザ光を発振する半導体レーザと、前記レーザ光の波長範囲内の所定波長のレーザ光を波長
変換して短波長レーザ光を発する非線形光学素子と、偏光手段および複屈折素子からなり前記レーザ光の前記
所定波長のレーザ光を優先的に透過する波長選択素子
と、前記波長選択素子を経由して前記半導体レーザに対し
て、光学的フィードバックをかけるための反射手段とを
備える波長安定化光源。
【請求項６】励起光を発振する半導体レーザと、前記励起光の波長範囲内にある所定波長の光により励起
されて基本波レーザ光を発するレーザ媒質と、前記基本波レーザ光を波長変換して短波長を発する非線
形光学素子と、前記レーザ媒質と前記非線形光学素子とを含む光共振器
と、偏光手段および複屈折素子からなり前記励起光の前記所
定波長の光を優先的に透過する波長選択素子と、前記波長選択素子を経由して前記半導体レーザに対し
て、光学的フィードバックをかけるための反射手段とを
備える波長安定化光源。
【請求項７】励起光を発振する第１半導体レーザと、ミキシング光を発振する第２半導体レーザと、前記励起光の波長範囲内の所定波長の光により励起され
て基本波レーザ光を発するレーザ媒質と、前記基本波レーザ光と前記ミキシング光を混合して、あ
る波長のレーザ光を発する非線形光学素子と、前記レーザ媒質と前記非線形光学素子とを含む光共振器
と、偏光手段および複屈折素子からなり前記励起光の前記所
定波長の光を優先的に透過する波長選択素子と、前記波長選択素子を経由して前記第１半導体レーザに対
して、光学的フィードバックをかけるための反射手段と
を備える波長安定化光源。
【請求項８】励起光を発振する第１半導体レーザと、ミキシング光を発振する第２半導体レーザと、前記励起光によって励起されて基本波レーザ光を発する
レーザ媒質と、前記ミキシング光の波長範囲内の所定波長の光と前記基
本波レーザ光とを混合して、ある波長のレーザ光を発す
る非線形光学素子と、前記レーザ媒質と前記非線形光学素子とを含む光共振器
と、偏光手段および複屈折素子からなり前記ミキシング光の
前記所定波長の光を優先的に透過する波長選択素子と、前記波長選択素子を経由して前記第２半導体レーザに対
して、光学的フィードバックをかけるための反射手段と
を備える波長安定化光源。
【請求項９】励起光を発振する第１半導体レーザと、ミキシング光を発振する第２半導体レーザと、前記励起光の波長範囲内にある第１所定波長の光によっ
て励起されて基本波レーザ光を発するレーザ媒質と、前記ミキシング光の波長範囲内の第２所定波長の光と前
記基本波レーザ光とを混合して、ある波長のレーザ光を
発する非線形光学素子と、前記レーザ媒質と前記非線形光学素子とを含む光共振器
と、偏光手段および複屈折素子からなり前記励起光の前記第
１所定波長の光を優先的に透過する第１波長選択素子
と、前記第１波長選択素子を経由して前記第１半導体レーザ
に対して、光学的フィードバックをかけるための第１反
射手段と、偏光手段および複屈折素子からなり前記ミキシング光の
前記第２所定波長の光を優先的に透過する第２波長選択
素子と、前記第２波長選択素子を経由して前記第２半導体レーザ
に対して、光学的フィードバックをかけるための第２反
射手段とを備える波長安定化光源。
【請求項１０】前記偏光手段が、前記光学的フィード
バックを受ける前記半導体レーザに含まれることを特徴
とする請求項４〜９の何れかに記載の波長安定化光源。
【請求項１１】前記光学的フィードバックを受ける前
記半導体レーザが、量子井戸構造を有することを特徴と
する請求項１０記載の波長安定化光源。
【請求項１２】前記波長選択素子は、複屈折素子およ
び偏光子を含むリヨット（Lyot）の複屈折フィルタであ
ることを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の波長
安定化光源。
【請求項１３】前記波長選択素子は、複屈折素子が光
軸に対してブリュースタ角で傾いて構成される複屈折フ
ィルタであることを特徴とする請求項４〜９の何れかに
記載の波長安定化光源。
【請求項１４】前記波長選択素子に使用される複屈折
素子が、液晶であることを特徴とする請求項４〜９の何
れかに記載の波長安定化光源。
【請求項１５】前記波長選択素子に使用される複屈折
素子が、ノンドープＹＶＯ₄ またはＫＮｂＯ₃ から成る
結晶であることを特徴とする請求項４〜９の何れかに記
載の波長安定化光源。
【請求項１６】前記レーザ媒質が複屈折性を有し、前
記波長選択素子の複屈折素子として用いられることを特
徴とする請求項４、６、７または９に記載の波長安定化
光源。
【請求項１７】前記非線形光学素子が複屈折性を有
し、前記波長選択素子の複屈折素子として用いられるこ
とを特徴とする請求項５〜９の何れかに記載の波長安定
化光源。
【請求項１８】基本光を発振する半導体レーザと、所定波長に対して透過率が高くなるバンドパス特性を有
する波長選択素子と、波長選択素子を通過した基本波を波長変換して、高調波
を発生するための非線形光学素子と、非線形光学素子を通過した基本波を反射して、波長選択
素子を経由して半導体レーザに光学的フィードバックを
かけるための基本波反射手段と、非線形光学素子で発生した高調波を一方向に重ね合わせ
るための高調波反射手段とを備える波長安定化光源。
【請求項１９】前記第１半導体レーザの前記励起光の出
射端面が、前記レーザ媒質の励起光入射面に突き合わせ
て（butt-coupling）設けられていることを特徴とする
請求項８記載の波長安定化光源。