JPH09232664A - 第二高調波発生装置およびレーザ応用装置 - Google Patents

第二高調波発生装置およびレーザ応用装置

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JPH09232664A
JPH09232664A JP3477296A JP3477296A JPH09232664A JP H09232664 A JPH09232664 A JP H09232664A JP 3477296 A JP3477296 A JP 3477296A JP 3477296 A JP3477296 A JP 3477296A JP H09232664 A JPH09232664 A JP H09232664A
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JP
Japan
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laser
crystal
light
wavelength
shg
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JP3477296A
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English (en)
Inventor
Satoshi Makio
諭 牧尾
Takeshi Miyai
剛 宮井
Yasunori Furukawa
保典 古川
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Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来よりも高い変換効率で青色領域のレーザ
を発生できる第二高調波発生装置を提供するとともに、
これを用いたレーザ応用装置の信頼性を向上する。 【構成】 励起光源としての半導体レーザにより励起さ
れる固体レーザ結晶からの第一の放射光を発振させるレ
ーザ共振器内に、第一の放射光の発振波長を制御するた
めの波長制御素子と、前記レーザ共振器により発振され
た第一の発振光を基本波として第二の発振光に波長変換
する非線形光学結晶を有する第二高調波発生装置におい
て、前記固体レーザ結晶にLiSGAF(Cr:LiSrGa
F6:クロム添加のフッ化リチウムストロンチュウムガリ
ウム)を用いる構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は光エレクトロニクス
分野、特に可視レーザ光源および可視レーザ光源を用い
たレーザプリンタ装置、微粒子検出装置、光造形装置、
光記録装置に関する。
【0002】
【従来の技術】高度情報化時代の進展に伴い、光ディス
ク装置やレーザプリンタ装置などの光記録分野において
記録密度向上や高速高精密印刷の要求を満足させるため
に、光源の短波長化への要求が高まっている。しかし、
製品レベルでの要求の高い青色波長領域(400〜48
0nm)を満足する光源としてHe−Cdレーザ装置や
Arレーザなどのガスレーザ装置しかなく、例えば光デ
ィスク装置に搭載するには大型で消費電力が大きく不向
きであった。また、ガスレーザ装置は一部のレーザプリ
ンタ装置に実際に光源として搭載されているが、前述の
理由により将来小型・低消費電力化を進める上で障害と
なる可能性を有していた。
【0003】これに対して第二高調波発生(以下「SH
G」という;Second Hamonic Generation)を用いるこ
とで光の波長を半分に短波長化する技術がある。このS
HG光源の実用化技術の検討は半導体レーザの高出力化
と共に進展した。その背景には従来のガスレーザの様な
高電圧の放電を必要とせず小型、低消費電力化を実現で
きる可能性を有していたからである。さらに、半導体レ
ーザの出力安定性および長寿命に依存したSHG光源の
高い信頼性(出力安定性、長寿命)にある。
【0004】従来、SHG光源として、図3に示す様
な、固体レーザと非線形光学結晶(以下、「SHG結
晶」という)の組み合わせで青色のレーザ光を得る方法
がある。その発振方法は半導体レーザと集光レンズの組
み合わせ(図示せず)により励起光31を固体レーザ結
晶301に入射して固体レーザから放射された基本波光
32をSHG結晶303により基本波の半分の波長のS
HG光33に変換して発振させるものである。その共振
器は固体レーザ結晶にはNd:YAG結晶、SHG結晶にKN
bO3(以下「KN結晶」という)を用い、Nd:YAG結晶
の半導体レーザ側の端面にはレーザ発振光に対して高反
射コーティング302が施されており、出力ミラー30
4間で光共振器を形成している。半導体レーザにより励
起されたNd:YAG結晶201から発振される光の波長は10
64nm、946nm、1319nm、1339nmがある。これらの光を選
択するためには、光共振器内の損失を特定の波長だけ低
くし、他の波長を高損失にする方法を用いる。つまり、
青色領域のSHG光を発生させるには第一の発振光は波
長946nmだけを低損失とするために946nmに対してのみ高
反射となるミラーコーティングを施してある共振器を用
いる。この共振器内で発生した波長946nmの光はKN結
晶にてSHG光(473nmの青色光)に変換され、出力ミ
ラー304を透過して外部にSHG光33として出力さ
れる。
【0005】
【発明の解決しようとする課題】しかしながら従来の前
記青色SHG光源は以下の問題点を有していた。 (1)Nd:YAG結晶の励起吸収波長は808nm±1nmと狭いた
め、励起半導体レーザの発振波長を高安定に制御する必
要がある。 (2)Nd:YAG結晶は946nmの光に対しても吸収があるため、
この再吸収を防ぐために結晶長を短くする必要がある。
その場合結晶長が1mmと短くなるために励起光を有効に
吸収できず、発振効率が低い。 (3)SHG結晶のKN結晶の位相整合温度許容幅が0.3nm
/℃であるために厳密な温度制御が必要である。 本発明はこれら問題点を解決するために考慮されたもの
であり、従来よりも容易に高い変換効率で青色領域のレ
ーザを提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明者らは励起光源としての半導体レーザにより
励起される固体レーザ結晶からの第一の放射光を発振さ
せるレーザ共振器内に、第一の放射光の発振波長を制御
するための波長制御素子と、前記レーザ共振器により発
振された第一の発振光を基本波として第二の発振光に波
長変換する非線形光学結晶を有する第二高調波発生装置
において、前記固体レーザ結晶にLiSGAF(Cr:LiS
rGaF6:クロム添加のフッ化リチウムストロンチュウム
ガリウム)を用いた第二高調波発生装置とすることとし
た。
【0007】LiSGAF結晶はNd:YAG結晶に比べて次
の様な利点を有する。 (1)吸収波長が600〜700nmと広い。 (2)発振波長が800〜1000nmと広い。 (3)吸収効率が高く結晶長1〜2mmで励起光の90%
以上を吸収できる。 これらの利点から、固体レーザ結晶にLiSGAFを用
いることにより、励起用半導体レーザの発振波長を高安
定に制御することなく動作可能となり、吸収効率も高い
ために発振効率を高くすることができる。さらに、固体
レーザ結晶の発振波長をブリュースタ角に傾けた複屈折
結晶として1枚もしくは複数の水晶板を用いて制御する
ことによりSHG結晶の位相整合波長に合わせることが
できる。これにより、波長400〜500nmの任意の
波長のSHG光を発生させることができる第二高調波発
生装置とすることができる。さらに、本発明の第二高調
波発生装置は、レーザプリンタ装置、微粒子検査装置、
光造形装置、光記録装置に応用できる。
【0008】
【発明の実施の形態】
(実施例1)図1は本発明の実施例を説明するための図
である。半導体レーザ11から出射された励起ビーム3
1は集光光学系12により集光され、レーザ結晶21を
励起する。半導体レーザはSDL社製の出力500m
W、発振波長670nmである。また集光光学系12は
シリンドリカルレンズと単レンズの組み合わせによりビ
ームを整形集光した。励起されるレーザ結晶21はレー
ザ結晶端面に形成された入射側共振器ミラー22と出力
ミラー24からなる固体レーザ共振器20で基本波32
を発生する。固体レーザ共振器20内にはレーザ結晶2
1とSHG結晶23と波長制御素子25が配置されてい
る。このときの固体レーザ共振器20は平凹式共振器で
あり、出力ミラー24の曲率半径は150mm、共振器
長は145mmとした。レーザ結晶21には長さ5mm
のCr添加量1.5%のLiSGAF結晶を用いた。結
晶の端面には励起ビーム波長に対して反射率2%以下の
無反射コーティング、基本波波長に対して反射率99%
以上の高反射コーティングを施し入射側共振器ミラー2
2とした。もう一方の面には基本波波長に対して反射率
0.2%以下の無反射コーティングを施した。
【0009】SHG結晶23は3×3×5mmのLBO
結晶を固体レーザ結晶であるLiSGAF結晶21の直
後に配置した。LBO結晶の両端面には基本波波長に対
して反射率0.2%以下、SHG光に対して反射率1%
以下の無反射コーティングを施した。波長制御素子25
には厚さ0.5mmの1枚の水晶板からなる複屈折結晶
を用い、光軸に対してブリュースタ角に配置して光軸の
回りに回転させることで基本波波長を制御し、SHG結
晶であるLBO結晶の位相整合波長に合わせた。共振器
内部のSHG結晶で一部の基本波がSHG光に変換さ
れ、出力ミラー24から共振器外部にSHG出力33と
して取り出される。
【0010】SHG結晶の位相整合波長を変えるには結
晶の切り出し角を変化させればよく、400〜500n
mまでの任意のSHG光が得ることができる。また、S
HG結晶23としてBBO、CLBO、KNのいずれか
一つの結晶を用いても良い。波長制御素子として水晶板
の厚さは0.3〜1mmの間もしくは2〜3枚の厚さを
それぞれ変えた水晶板を組み合わせたものを用いること
で波長選択幅を狭くして、SHG変換効率を上げること
ができる。
【0011】(実施例2)図2は本発明の他の実施例を
説明するための図である。半導体レーザ11および集光
光学系12からなる励起光学系は実施例1と同様で励起
光31を入射している。本実施例では各結晶の位置を変
えて、SHG結晶28内に共振器ビームのビームウエス
トを持つことでビーム断面積を小さくしてエネルギー密
度を高めSHG変換効率を高くすることができる構成で
ある。凹面ミラー26、固体レーザ結晶27、波長制御
素子25、SHG結晶28の順に配置している。凹面ミ
ラー26の平板側には励起光に対して無反射コーティン
グ、凹面側には基本波に対して高反射と励起光に対して
85%以上の透過率のコーティングを施している。固体
レーザ結晶のLiSGAFの両端面には基本波に対して
無反射コーティングと励起光側の端面には励起光に対し
て透過率90%以上のコーティングを施している。SH
G結晶にはLBO結晶を用い、片端面には基本波に対し
て無反射コーティング、もう一方には基本波に対して9
9%以上の高反射とSHG光に対して85%以上の透過
率のコーティングを施している。この高反射膜29と凹
面ミラーの高反射膜の間で共振器を構成している。本実
施例2では前記実施例1よりも2倍以上の効率でSHG
光33が得られた。
【0012】(実施例3)図4は本発明を用いたレーザ
プリンタ装置に用いた応用例を説明するための図であ
る。実施例1で説明した第二高調波発生装置100から
出射されたSHG出力33は音響光学(以下AO:Acou
st-Optical)変調器401、折り返しミラー402、ビ
ームエキスパンダ403、回転多面鏡404、fθレン
ズ405を通過して感光ドラム406に集光される。A
O変調401は画像情報に応じてSHG出力33の変調
を行い、回転多面鏡404は水平(紙面内)方向に走査
する。この組み合わせで2次元情報は感光ドラム406
に部分的な電位差として記録される。感光ドラム406
は前記電位差に応じてトナーを付着して回転し、記録用
紙に情報を再生する。
【0013】(実施例4)図5は本発明を用いた微粒子
検査装置に用いた応用例として、Siウエハー上の微粒
子を検出する装置を説明するための図である。実施例1
で説明した第二高調波発生装置100から出射されたS
HG出力33は光学ヘッド500に入射され折り返しミ
ラー502、集光レンズ503で回折限界までに集光さ
れSiウエハー501に照射される。波長オーダー0.
4μmまでに集光された光から散乱される光505を光
検出器504でそれぞれの位置で受光され強度を記録
し、光学ヘッド500が回転するウエハー501の中心
部分から端部へ移動することでウエハー面上の微粒子の
分布を測定する。SHG波長の1/10以下程度までの
微粒子を検出することができる。
【0014】(実施例5)図6は本発明の一実施例を光
造形装置に用いた応用例を説明するための図である。光
源には実施例1で説明した第二高調波発生装置100を
用いた。青色硬化樹脂601を容器に満たし、レーザ光
603を液面上にミラー602で2次元走査する。この
とき青色硬化樹脂601は光が吸収された液面部のみ硬
化する。一断層の形成が終了するとエレベータ604は
降下し、次の断層の造形を連続的に行う。この作業によ
り、所望の形状の立体モデル605が作製できた。この
ときSHGレーザ光源の波長は430nmで出力10m
Wである。
【0015】(実施例6)図7は本発明の一実施例を光
記録装置に用いた応用例を説明するための図である。光
源には実施例1で説明した第二高調波発生装置100を
用いた。光ディスク装置は光磁気記録方式を採用した。
第二高調波発生装置100より出射されたSHGレーザ
光33はビームエキスパンダ701で拡大された後、平
行光となる。ビームスプリッタ702で一部はねられた
光は前方モニター用の光検出器708に取り込まれSH
Gレーザ光33をモニターして出力を制御する。ビーム
スプリッタ702を透過したビームは集光光学系704
で媒体705に集光され、反射した光はビームスプリッ
タ702で一部反射された後ビームスプリッタ706で
2つのビームに分離され2つの光検出器707に取り込
まれ、各々オートフォーカスと信号検出を行う。媒体7
05は一定の磁界が引加されており、SHGレーザ光3
3を変調させ媒体705のキュリー温度まで焦点の温度
を上げて磁化を反転することにより記録する。レーザ光
がON時には媒体の磁化が反転することで記録される。
なお、記録周波数は10MHzとした。また、再生信号
時にも同様のSHGレーザ光を用いて良好な再生信号を
得た。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の第二高調
波発生装置によれば、高効率で青色領域のSHG光を得
ることができることを実現した。さらに、この第二高調
波発生装置を光源とすることで応用製品としてレーザプ
リンタなどの信頼性が向上した。
【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】従来の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用いた応用例を説明するた
めの図である。
【図5】本発明の一実施例を用いた応用例を説明するた
めの図である。
【図6】本発明の一実施例を用いた応用例を説明するた
めの図である。
【図7】本発明の一実施例を用いた応用例を説明するた
めの図である。
【符号の説明】
11 半導体レーザ、 12 集光光学系、 20 固
体レーザ共振器、21、27 固体レーザ結晶、 22
ミラーコーティング、23、28 SHG結晶、 2
4 出力ミラー、 25 波長制御素子 26 凹面ミラー、 29 高反射ミラー、 31 励
起光、32 基本波光、 33 SHG光、 100
第二高調波発生装置、301 固体レーザ結晶、 30
2 高反射コーティング、303 SHG結晶、 30
4 出力ミラー、 305 ビームスプリッタ、401
AO変調器、 402、502 折り返しミラー、4
03、701 ビームエキスパンダ、 404 回転多
面鏡、405 fθレンズ、 406 感光ドラム、
500 光学ヘッド、501 ウエハー、 503 集
光レンズ、504、707、708 光検出器、 50
5 散乱光、601 青色硬化樹脂、 602、703
ミラー、 603 レーザ光、604 立体モデル、
702、706 ビームスプリッタ、704 集光光
学系、 705 光ディスク媒体。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 励起光源としての半導体レーザにより励
    起される固体レーザ結晶からの第一の放射光を発振させ
    るレーザ共振器内に、第一の放射光の発振波長を制御す
    るための波長制御素子と、前記レーザ共振器により発振
    された第一の発振光を基本波として第二の発振光に波長
    変換する非線形光学結晶を有する第二高調波発生装置に
    おいて、前記固体レーザ結晶にLiSGAF(Cr:LiSrG
    aF6:クロム添加のフッ化リチウムストロンチュウムガ
    リウム)を用いることを特徴とする第二高調波発生装
    置。
  2. 【請求項2】 前記非線形光学結晶によって波長変換さ
    れた第二の発振光の波長が400〜500nmの可視光
    領域の光であることを特徴とする請求項1に記載の第二
    高調波発生装置。
  3. 【請求項3】 前記非線形光学結晶にLBO(LiB
    3O5)、BBO(β-BaB2O4)、CLBO(CsLiB
    6O10)、KN(KNbO3)のいずれか一つを用いることを
    特徴とする請求項1又は請求項2に記載の第二高調波発
    生装置。
  4. 【請求項4】 前記波長制御素子としてブリュースタ角
    に傾けた複屈折結晶として1枚もしくは複数の水晶板を
    用いることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれ
    かに記載の第二高調波発生装置。
  5. 【請求項5】 請求項1乃至請求項4のいずれかに記載
    の第二高調波発生装置を用いたことを特徴とするレーザ
    応用装置。
  6. 【請求項6】 前記レーザ応用装置がレーザプリンタ装
    置であることを特徴とする請求項5に記載のレーザ応用
    装置。
  7. 【請求項7】 前記レーザ応用装置が微粒子検出装置で
    あることを特徴とする請求項5に記載のレーザ応用装
    置。
  8. 【請求項8】 前記レーザ応用装置が光造形装置である
    ことを特徴とする請求項5に記載のレーザ応用装置。
  9. 【請求項9】 前記レーザ応用装置が光記録装置である
    ことを特徴とする請求項5に記載のレーザ応用装置。
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