WO2022250101A1 - Ｑスイッチ構造体及びｑスイッチ構造体の製造方法 - Google Patents

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聡明 渡辺
太一 後藤
光輝 井上
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信越化学工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a Q switch structure and a method for manufacturing a Q switch structure.
  • a laser device equipped with a Q switch
  • a laser device in which a first resonant mirror, a solid-state laser material, a Q switch, and a second resonant mirror are arranged in that order is known. That is, a laser device is known in which a solid-state laser material and a Q switch are arranged between a pair of resonant mirrors composed of a first resonant mirror and a second resonant mirror.
  • Non-Patent Document 1 discloses a compact laser device in which a solid-state laser material and a Q switch are arranged between a pair of resonant mirrors.
  • the Q switch is a passive Q switch that utilizes saturability, The Q-switch cannot be actively controlled.
  • Non-Patent Document 2 discloses a technique for actively controlling the Q switch using the electro-optic effect. Therefore, the Q switch is an obstacle to miniaturization of the laser device.
  • Non-Patent Document 3 discloses a technique for actively controlling the Q switch using the acousto-optic effect, but the thickness of the Q switch is 32 mm, and the Q switch is an obstacle to miniaturization of the laser device. ing.
  • Patent Document 1 a solid-state laser material and a Q switch are arranged between a pair of resonant mirrors as a technique for activating the Q switch under the constraint that it does not hinder the miniaturization of the laser device.
  • Patent Document 1 describes a Q switch using a magneto-optical (MO) mechanism as described above. From the viewpoint of downsizing the laser device, it is desirable that the space between the solid-state laser medium and the magneto-optical mechanism is as small as possible.
  • FIG. 13 of Patent Document 1 a configuration is proposed in which a solid-state laser medium and a magneto-optical film or the like are integrated. However, no specific integration method has been proposed.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a Q-switch structure that contributes to miniaturization of a laser device and has high beam quality.
  • the present invention provides a Q-switch structure comprising a solid-state laser medium and a magneto-optic material, wherein the solid-state laser medium and the magneto-optic material are integrally joined, A first adhesive antireflection film is formed on one surface of the laser medium, a second adhesive antireflection film is formed on one surface of the magneto-optical material, and the first antireflection film of the solid-state laser medium is formed.
  • the adhesive antireflection film and the second adhesive antireflection film of the magneto-optic material pass through a translucent material having translucency at the laser oscillation wavelength of the laser oscillated from the solid-state laser medium.
  • a Q-switch structure is provided, characterized in that it is glued.
  • the solid-state laser medium and the magneto-optical material are joined and integrated, so a small Q switch structure can be obtained. Moreover, since the solid-state laser medium and the magneto-optical material are adhered via the translucent material, a Q-switch structure with high beam quality can be obtained. That is, deterioration of optical characteristics due to bonding strain can be alleviated.
  • the integrated combination of the solid-state laser medium and the magneto-optical material is called a Q-switch structure.
  • the Q switch structure can function as a Q switch in combination with a magnetic flux generator.
  • the translucent material is preferably an organic adhesive having a Shore D hardness of 80 or less, or an inorganic translucent material.
  • the translucent material when an organic adhesive having a Shore D hardness of 80 or less is used as the translucent material, it is possible to reduce distortion when bonding the solid-state laser medium and the magneto-optical material. Beam quality can be obtained. Further, when an inorganic translucent material is used as the translucent material, deterioration due to light action is suppressed, and high beam quality can be obtained.
  • the organic adhesive is at least one of a silicone resin, a silicone-modified epoxy resin, and an epoxy resin.
  • Such an organic adhesive has a low Shore D hardness, and can more effectively reduce distortion when bonding a solid laser medium and a magneto-optical material. They also have excellent weather resistance and light resistance.
  • the inorganic translucent material is a glass material made of water glass or a low-melting-point glass having a glass transition point of 500°C or lower.
  • These glass materials are stable and have relatively low hardness as inorganic translucent materials, so they effectively contribute to the relaxation of strain at the junction between the solid-state laser medium and the magneto-optical material. They also have excellent weather resistance and light resistance.
  • the translucent material has a transmittance of 95% or more at the laser oscillation wavelength.
  • the translucency of the Q switch can also be increased.
  • the magneto-optical material is preferably bismuth-substituted rare earth iron garnet.
  • the solid-state laser medium is one selected from the group consisting of Y 3 Al 5 O 12 , Gd 3 Ga 5 O 12 and YVO 4 doped with one selected from the group consisting of Nd, Yb and Cr. It is preferably selected from ceramics.
  • the present invention also provides a Q-switched solid-state laser device characterized in that the Q-switch structure and the magnetic flux generator are arranged between a pair of resonant mirrors.
  • the solid-state laser medium and the magneto-optical material are bonded and integrated with a light-transmitting material having light-transmitting properties at the laser oscillation wavelength. , a compact Q-switch structure with high beam quality.
  • the present invention also provides a method for manufacturing a Q-switch structure comprising a solid-state laser medium and a magneto-optic material, wherein the solid-state laser medium and the magneto-optic material are joined and integrated, the solid-state laser medium forming a first adhesive antireflection film on one surface of the solid-state laser medium; forming a second adhesive antireflection film on one surface of the magnetooptic material; forming a first adhesive antireflection film of the solid-state laser medium and a second adhesive antireflection film of the magneto-optic material at a laser oscillation wavelength of the laser emitted from the solid-state laser medium; and bonding through a light-transmitting material having light-transmitting properties.
  • the solid-state laser medium and the magneto-optical material can be easily joined and integrated.
  • the Q-switch structure can be small and the Q-switch structure can have high beam quality.
  • the adhesion is performed using an organic adhesive having a Shore D hardness of 80 or less as the translucent material, or using an inorganic translucent material.
  • the translucent material when an organic adhesive having a Shore D hardness of 80 or less is used as the translucent material, it is possible to reduce distortion when bonding the solid state laser medium and the magneto-optical material. and obtain high beam quality. Further, when an inorganic translucent material is used as the translucent material, deterioration due to light action is suppressed, and high beam quality can be obtained.
  • a silicone resin a silicone-modified epoxy resin, and an epoxy resin as the organic adhesive.
  • Such an organic adhesive has a low Shore D hardness, and can more effectively reduce distortion when bonding a solid laser medium and a magneto-optical material.
  • the inorganic translucent material it is preferable to use a glass material made of water glass or a low-melting-point glass having a glass transition point of 500°C or less.
  • These glass materials are stable and have relatively low hardness as inorganic translucent materials, so they effectively contribute to the relaxation of strain at the junction between the solid-state laser medium and the magneto-optical material.
  • the glass material is adhered to the first adhesive antireflection film and the second adhesive antireflection film by thermal diffusion bonding or close contact bonding under vacuum.
  • Such thermal diffusion bonding or close contact bonding under vacuum makes it possible to easily bond the solid-state laser medium and the magneto-optical material via the glass material.
  • the translucent material a translucent material having a transmissivity of 95% or more at the laser oscillation wavelength.
  • the translucency of the Q switch structure can also be increased.
  • the magneto-optical material is bismuth-substituted rare earth iron garnet.
  • the solid-state laser medium is doped with one selected from the group consisting of Nd, Yb and Cr and one selected from the group consisting of Y3Al5O12 , Gd3Ga5O12 and YVO4 . It is preferably selected from ceramics.
  • These materials can be preferably used in the manufacturing method of the Q switch structure of the present invention.
  • the present invention uses a Q switch structure manufactured by the method for manufacturing a Q switch structure described above, and disposes the Q switch structure and a magnetic flux generator between a pair of resonant mirrors to generate a Q switch structure.
  • a method for manufacturing a Q-switched solid-state laser device characterized by manufacturing a switched solid-state laser device.
  • the Q-switched solid-state laser device can be made compact and the beam quality can be improved. can be a high Q-switched solid-state laser device.
  • the solid state laser medium and the magneto-optical material are joined and integrated, so it can be a small Q switch structure.
  • the solid-state laser medium and the magneto-optical material are adhered via the translucent material, a Q-switch structure with high beam quality can be obtained. That is, deterioration of optical characteristics due to bonding strain can be alleviated. This makes it possible to suppress vibration, prevent optical resonance between both the solid laser medium and the magneto-optical material, shorten the cavity length, and improve the switching speed associated therewith.
  • the manufacturing method of the Q switch structure of this invention can manufacture such a Q switch structure simply.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing an example (second aspect) of the structure of the Q switch structure of the present invention
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing an example (third aspect) of the structure of the Q switch structure of the present invention.
  • BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is sectional drawing which shows typically an example of the Q switch solid-state laser apparatus provided with the Q switch structure of this invention. It is a flowchart which shows an example of the manufacturing method of the Q switch structure of this invention.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of the structure of the Q switch structure
  • FIG. 2 shows its cross-sectional view.
  • the Q-switch structure 100 of the present invention includes a solid-state laser medium 1 and a magneto-optical material 2, and the solid-state laser medium 1 and the magneto-optical material 2 are joined and integrated. Further, in the present invention, a first adhesive antireflection film 1a is formed on one surface of the solid-state laser medium 1, and a second adhesive antireflection film 2a is formed on one surface of the magneto-optical material 2. there is Furthermore, the first adhesive antireflection film 1a of the solid-state laser medium 1 and the second adhesive antireflection film 2a of the magneto-optical material 2 are at the laser oscillation wavelength of the laser oscillated from the solid-state laser medium 1. They are bonded via a translucent material 3 having translucency.
  • the solid-state laser medium 1 and the magneto-optical material 2 are integrally joined, so the Q-switch structure 100 can be made small. Further, since the solid-state laser medium 1 and the magneto-optical material 2 are adhered via the translucent material 3, a Q-switch structure with high beam quality can be obtained.
  • the translucency of the translucent material 3 is preferably 95% or more (insertion loss of 0.2 dB or less) at the laser oscillation wavelength. It is even more preferable to have It is easy to select the type and thickness of the translucent material so as to have such transmittance.
  • the transmittance also depends on the thickness, and the transmittance decreases as the thickness of the material increases.
  • the material of the solid-state laser medium 1 a material that can be used as a solid-state laser medium can be used. Among them, one selected from the group consisting of Y 3 Al 5 O 12 , Gd 3 Ga 5 O 12 and YVO 4 doped with one selected from the group consisting of Nd, Yb and Cr. It is preferable to be Moreover, in the Q switch structure 100 of the present invention, a material that can be used as a magneto-optical material can be used as the material of the magneto-optical material 2 . Among them, bismuth-substituted rare earth iron garnet is preferable.
  • the materials for the first adhesive antireflection film 1a and the second adhesive antireflection film 2a include , a two-layer structure in which a TiO 2 layer or a Ta 2 O 5 layer is formed as a first layer and a SiO 2 layer is formed thereon.
  • These anti-reflection films for adhesives function as films capable of suppressing light reflection occurring at interfaces between different materials.
  • the translucent material 3 shown in FIGS. 1 and 2 is preferably an organic adhesive having a Shore D hardness of 80 or less, or an inorganic translucent material.
  • the case where the light-transmitting material 3 is an organic adhesive having a Shore D hardness of 80 or less is defined as the first embodiment, and the case where the light-transmitting material 3 is an inorganic light-transmitting material is defined as the second embodiment and the third embodiment.
  • a description will be given as an aspect. 1 and 2 will be omitted from redundant description.
  • FIG. 3 shows a cross-sectional view of an example (first embodiment) of the structure of the Q switch structure of the present invention.
  • the solid-state laser medium 1 and the magneto-optical material 2 are bonded via an organic adhesive 13 having a Shore D hardness of 80 or less as a translucent material.
  • the translucent material 13, which is an organic adhesive is preferably at least one of silicone resin, silicone-modified epoxy resin, and epoxy resin.
  • the Q switch structure 10 as described above uses the organic adhesive 13 having a relatively low hardness such as a Shore D hardness of 80 or less as a light-transmitting material, it is possible to prevent distortion when joining the solid laser medium and the magneto-optical material. can be reduced and high beam quality can be obtained.
  • the thickness of the layer of the organic adhesive 13 is preferably 0.005-0.040 mm (5-40 ⁇ m). With such a thickness of the organic adhesive 13, it is possible to relax strain and maintain a high light transmittance. In particular, although it depends on the material, in the case of the above thickness, it is possible to increase the transmittance of the layer of the organic adhesive 13 to 95% or more in the vicinity of the laser oscillation wavelength of 1064 nm.
  • the translucent material 3 is an inorganic translucent material.
  • the inorganic translucent material is preferably water glass or a glass material made of low-melting glass having a glass transition point of 500° C. or lower.
  • low-melting glass having a glass transition point of 500° C. or less is also simply referred to as “low-melting glass”.
  • the glass transition point is 400° C. or lower.
  • the present invention may use an inorganic translucent material.
  • the advantages of using an inorganic translucent material as the translucent material 3 are as follows. In recent years, light oscillated by a solid-state laser device equipped with a Q-switch has a beam diameter of about 0.3 mm and has a power exceeding 1 mJ, and the output is becoming stronger and stronger. In the future, when even greater power than before is transmitted through the bonding interface, if the light-transmitting material 3 is an organic adhesive, there is concern that the organic bond will be broken and the surroundings will be affected. be done.
  • the inorganic translucent material it is preferable to use a translucent material having a linear expansion coefficient between the linear expansion coefficient of the solid-state laser medium 1 and the linear expansion coefficient of the magneto-optical material 2 .
  • the solid-state laser medium 1 and the magneto-optical material 2 are adhered via an inorganic translucent material 23 as a translucent material. Also, between the first adhesive antireflection film 1a of the solid-state laser medium 1 and the inorganic translucent material 23, and between the second adhesive antireflection film 2a of the magneto-optical material 2 and the inorganic translucent material 23 are bonded via strain relaxation layers 25 and 26, respectively.
  • inorganic translucent materials include glass materials made of water glass or low-melting glass, borosilicate glass, quartz glass, and paramagnetic garnet.
  • the glass material made of water glass or low-melting glass can be used in both the second aspect and the third aspect. Borosilicate glass, quartz glass, and paramagnetic garnet are preferred in the second aspect.
  • the strain relaxation layers 25 and 26 can be made of a glass material such as water glass or low-melting glass. That is, the material to be brought into contact with the solid-state laser medium 1 (the first adhesive antireflection film 1a formed on the solid-state laser medium 1) and the magneto-optical material 2 (the second adhesive antireflection film 1a formed on the magneto-optical material 2) It is preferable that the materials to be brought into contact with the film) are both glass materials made of water glass or low-melting-point glass. Since these glass materials are stable and relatively low in hardness as inorganic light-transmitting materials, they effectively contribute to relaxation of strain at the junction between the solid-state laser medium and the magneto-optical material.
  • FIG. 6 shows an example of the structure of a Q-switched solid-state laser device.
  • FIG. 6 shows the Q switch structure 100 of FIGS. 1 and 2 as a representative.
  • the Q-switch solid-state laser device 80 has the Q-switch structure 100 and the magnetic flux generator 83 arranged between a pair of resonance mirrors (first resonance mirror 81 and second resonance mirror 82). .
  • FIG. 6 shows an example in which all these structures are joined and integrated.
  • the solid-state laser medium 1 and the magneto-optical material 2 constituting the Q-switch structure 100 need only be integrally joined, and other structural materials can be arranged as appropriate.
  • the flux generator may be a combination of permanent magnets and excitation coils, the excitation coils may be arranged around the permanent magnets, and so on.
  • the manufacturing method of the Q-switch structure of the present invention comprises a solid-state laser medium 1 and a magneto-optical material 2 as shown in FIGS.
  • the method comprises a step of preparing a solid-state laser medium 1 and a magneto-optical material 2, and forming a first anti-reflection film 1a on one surface of the solid-state laser medium 1.
  • a solid-state laser medium 1 and a magneto-optical material 2 are prepared (step S1).
  • the materials described above can be used for the solid-state laser medium 1 and the magneto-optical material 2 prepared here.
  • a first anti-reflection film 1a for adhesive is formed on one surface of the solid-state laser medium 1 (step S2). Further, as shown in S3 of FIG. 7, the second anti-reflection film 2a for adhesive is formed on one surface of the magneto-optical material 2 (step S3).
  • the materials described above can be used for these adhesive antireflection coatings.
  • the antireflection film can be formed by ion-assisted electron beam vacuum deposition, ion beam sputtering, or the like.
  • a TiO 2 or Ta 2 O 5 layer is formed as a first layer on the material surface, and a SiO 2 layer is formed thereon as a second layer.
  • the order of steps S2 and S3 does not matter.
  • the first adhesive antireflection film 1a of the solid-state laser medium 1 and the second adhesive antireflection film 2a of the magneto-optical material 2 are adhered (step S4).
  • a translucent material having translucency at the laser oscillation wavelength of the laser oscillated from the solid-state laser medium 1 is used.
  • step S4 is performed using an organic adhesive having a Shore D hardness of 80 or less as a translucent material (the first embodiment shown in FIG. 3), or using an inorganic translucent material. (Second mode shown in FIG. 4, third mode shown in FIG. 5) is preferable.
  • At least one of a silicone resin, a silicone-modified epoxy resin, and an epoxy resin can be used as the organic adhesive 13 of the first aspect.
  • the first adhesive antireflection film 1a of the solid-state laser medium 1 and the second adhesive antireflection film 2a of the magneto-optical material 2 can be adhered by the action of an ordinary organic adhesive.
  • the Q switch structure 10 shown in FIG. 3 can be manufactured.
  • an organic adhesive having a Shore D hardness of 80 or less is used as the translucent material, it is possible to reduce distortion when bonding the solid-state laser medium 1 and the magneto-optical material 2 by a simple method, resulting in high beam quality. can be obtained.
  • borosilicate glass, quartz glass, or paramagnetic garnet can be used as the inorganic translucent material 23, as described above.
  • a glass material made of water glass or low-melting glass as the strain relaxation layers 25 and 26 .
  • the manufacturing method of the Q switch structure 20 in this aspect will be described more specifically.
  • Bi-RIG is used as the magneto-optical material 2
  • the magneto-optical material (Bi-RIG) 2 and the inorganic translucent material 23 are joined.
  • the inorganic translucent material 23 used at this time preferably has a linear expansion coefficient between that of Bi-RIG and that of the solid laser medium.
  • the inorganic translucent material 23 itself may be made of water glass or low-melting glass.
  • the strain relaxation layers 25 and 26 may also be made of water glass or low-melting glass. Therefore, the configuration is the same as that of the third mode which will be described later.
  • an antireflection film (metal oxide film) 2a is formed in advance on Bi-RIG, which is the magneto-optical material 2, by electron beam vapor deposition, and water glass or a low melting point is formed thereon as the strain relaxation layer 26.
  • a glass layer can be formed.
  • water glass can be formed by heating an aqueous solution of sodium silicate to turn it into a viscous liquid and applying it to the surface of the medium.
  • the low melting point glass layer can be formed by a chemical vapor deposition method such as an electron beam deposition method.
  • the thickness of the water glass or low-melting glass is preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 8 m to 1 ⁇ 10 ⁇ 5 m (that is, 10 nm to 10 ⁇ m), and is preferably 0.010 to 0.100 mm. It is more preferable to form such that Sufficient bonding strength can be obtained by setting the thickness of the water glass or low melting point glass layer as the strain relaxation layer 26 to 1 ⁇ 10 ⁇ 8 m or more. Also, by setting the thickness to 1 ⁇ 10 ⁇ 5 m or less, it is possible to suppress the decrease in light transmittance.
  • the joint surface of the water glass or low-melting glass, which is the strain relaxation layer 26, formed on the Bi-RIG, which is the magneto-optical material 2, and the inorganic translucent material 23 is bonded together and subjected to heat treatment.
  • the Bi-RIG, which is the magneto-optical material 2, and the inorganic translucent material 23 are integrally molded.
  • the bonding temperature is low, the thermal stress applied to the bonding surfaces can be reduced, so it is preferable to melt and bond at the lowest possible temperature.
  • This bonding temperature can be, for example, the glass transition point +30° C. or lower.
  • water glass or low-melting glass which is the strain relaxation layer 25, is formed on the inorganic translucent material 23. This method can be performed in the same manner as described above.
  • water glass or low-melting glass which is the strain relaxation layer 25, and the solid-state laser medium 1 are bonded.
  • This bonding method is similar to the method used in manufacturing a wafer having a semiconductor SOI structure, and the bonding force in this case can be Van der Waals force, hydrogen bond, covalent bond, or the like. .
  • a sufficient bonding strength can be obtained by subjecting the surfaces to be bonded to each other to a hydrophilic treatment, bonding the bonding surfaces, and then performing a heat treatment.
  • the water glass or low-melting-point glass that is the strain relaxation layer 25 and the solid-state laser medium 1 can be bonded as follows.
  • UV treatment short-wave ultraviolet treatment
  • hydrophilic treatment common ammonia hydrogen peroxide solution (a mixed solution of ammonia water, hydrogen peroxide solution and pure water), diluted solutions of nitric acid and hydrochloric acid, or solutions obtained by adding hydrogen peroxide solution to these diluted solutions are effective.
  • cleaning with pure water is performed to remove the hydrophilic treatment liquid.
  • the bonding surfaces pretreated in this way are opposed to each other and bonded.
  • the joined body is dried naturally or vacuum-dried to be fixed with a weak joining force.
  • heat treatment is performed at a temperature of about 80 to 200° C. to obtain sufficient bonding strength.
  • the glass material is bonded to the first adhesive antireflection film or the second pair by thermal diffusion bonding or close contact bonding under vacuum. Adhesion to the antireflection coating is preferred.
  • the Q switch structure and the magnetic flux generator are arranged between a pair of resonance mirrors to produce a Q switch solid-state laser device. can be manufactured.
  • Nd:YAG was prepared as the solid-state laser medium 1
  • bismuth-substituted rare earth iron garnet (RBi) 3 Fe 5 O 12 commonly known as Bi-RIG) was prepared as the magneto-optical material 2 (step S1 in FIG. 7).
  • an anti-air reflection film material: Ta 2 O 5 on the medium surface/SiO 2 on the upper layer
  • an anti-adhesion film is applied to the other surface (the surface to be the bonding surface).
  • An antireflection film for the agent material: TiO 2 on the medium surface/SiO 2 on the upper layer
  • an anti-reflection film for an adhesive agent material: TiO 2 on the surface of the magneto-optical material / SiO 2 on the upper layer
  • an antireflection film for air made of Ta 2 O 5 on the surface layer of the magneto-optical material and SiO 2 on the upper layer
  • an organic adhesive (the translucent material 13 that is the organic adhesive in FIG. 3) was used for bonding (step S4 in FIG. 7).
  • organic adhesives having different Shore D hardnesses after curing were used for adhesion.
  • the adhesives used were KJR9022, LPS5400, LPS5547F, KJR632 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), Epo-tek OD2002, Epo-tek 302-3M, Epo-tek 353ND, Epo-tek 301 (Epoxy Technology company).
  • the bonding strain is evaluated by placing a bonding work between the polarizer/analyzer in an optical system in which parallel light is extracted from the laser light source and sent to the light receiver via the polarizer/analyzer, and the light is directed to the surface of the solid-state laser medium 1.
  • the extinction ratio of the light emitted from the magneto-optical material 2 was measured. Table 1 shows the adhesive used, the Shore D hardness, and the light transmittance in the 1064 nm region.
  • Examples 1-1 to 1-8 a compact Q-switch structure with relaxed strain was obtained.
  • the extinction ratio may be 30 dB or more, but if a value that gives a numerical value of 35 dB or more is defined as a particularly good value with small distortion, in Examples 1-1 to 1-6, especially Good values were obtained. It should be noted that even when the optical output was increased, a Q switch with less output deterioration could be obtained by reviewing the junction conditions.
  • Example 2 The Q switch structure 100 shown in FIGS. 1 and 2 was manufactured as follows.
  • Nd:YAG was prepared as the solid-state laser medium 1
  • bismuth-substituted rare earth iron garnet (RBi) 3 Fe 5 O 12 commonly known as Bi-RIG) was prepared as the magneto-optical material 2 (step S1 in FIG. 7).
  • an anti-reflection film for air (TiO 2 on the medium surface layer/SiO 2 on the upper layer) is applied, and on the other surface (surface to be the bonding surface), an anti-reflection film for an adhesive agent is applied.
  • a film (TiO 2 on the medium surface/SiO 2 on the upper layer) was formed (Step S2 in FIG. 7).
  • an anti-reflection film for an adhesive (TiO 2 on the surface of the magneto-optical material / SiO 2 on the upper layer) is formed on one surface (surface to be the bonding surface) of the magneto-optical material 2, and An air antireflection film (TiO 2 on the surface of the magneto-optical material/SiO 2 on the upper surface) was formed (step S3 in FIG. 7).
  • an inorganic translucent material (inorganic translucent material 33 in FIG. 5) was used and bonded as follows (step S4 in FIG. 7).
  • a low-melting-point glass layer (PbO—ZnO—B 2 O 3 ) as an inorganic light-transmitting material 33 was formed on the adhesive-resistant antireflection film of the magneto-optical material 2 by chemical vapor deposition. The thickness at this time was 0.050 mm.
  • the surface of the magneto-optical material 2 on which the inorganic light-transmitting material 33 is formed and the surface of the solid-state laser medium 1 are washed with ammonia water to make them hydrophilic. After that, cleaning with pure water was performed.
  • the bonding surfaces pretreated in this way were opposed to each other and bonded together. After that, the joined body was vacuum-dried and fixed. Thereafter, a heat treatment was performed at a temperature of 400° C. to join the surfaces of the inorganic translucent material 33 and the solid-state laser medium 1 .
  • the Q switch structure 30 shown in FIG. 5 was manufactured.
  • the present invention is not limited to the above embodiments.
  • the above-described embodiment is an example, and any device having substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and exhibiting the same effect is the present invention. included in the technical scope of

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Abstract

本発明は、固体レーザー媒体と、磁気光学材と、を備え、前記固体レーザー媒体と前記磁気光学材が接合一体化されたＱスイッチ構造体であって、前記固体レーザー媒体の一面に第１の対接着剤反射防止膜が形成されており、前記磁気光学材の一面に第２の対接着剤反射防止膜が形成されており、前記固体レーザー媒体の第１の対接着剤反射防止膜と、前記磁気光学材の第２の対接着剤反射防止膜が、前記固体レーザー媒体から発振されるレーザーのレーザー発振波長において透光性を有する透光性材料を介して接着されているものであるＱスイッチ構造体である。これにより、レーザー装置の小型化に寄与し、かつ高いビーム品質を有するＱスイッチ構造体が提供される。

Description

Ｑスイッチ構造体及びＱスイッチ構造体の製造方法
　本発明は、Ｑスイッチ構造体及びＱスイッチ構造体の製造方法に関する。
　近年、光計測や光磁気記録等のレーザー応用機器において、光源であるレーザー媒体の高出力化と小型化が課題となっている。小型化且つ高出力化の観点で磁気光学材（「ＭＯ材」とも呼ばれる）を発信機構としたＱスイッチが注目を集めている。
　Ｑスイッチを具備するレーザー装置として、第１共振ミラーと固体レーザー材料とＱスイッチと第２共振ミラーを、その順序で配置したレーザー装置が知られている。すなわち、第１共振ミラーと第２共振ミラーで構成される一対の共振ミラーの間に、固体レーザー材料とＱスイッチを配置したレーザー装置が知られている。
　非特許文献１には、一対の共振ミラーの間に固体レーザー材料とＱスイッチを配置した小型のレーザー装置が開示されているが、そのＱスイッチは可飽和現象を利用する受動Ｑスイッチであり、Ｑスイッチを能動的に制御することができない。
　非特許文献２に、電気光学効果を利用してＱスイッチを能動的に制御する技術が開示されているが、固体レーザー材料の厚みが０．５ｍｍであるのに対し、Ｑスイッチの厚みが５ｍｍもあり、Ｑスイッチがレーザー装置の小型化の障害となっている。
　非特許文献３に、音響光学効果を利用してＱスイッチを能動的に制御する技術が開示されているが、Ｑスイッチの厚みが３２ｍｍもあり、Ｑスイッチがレーザー装置の小型化の障害となっている。
　従来の技術では、Ｑスイッチを能動的に制御可能とすると、そのＱスイッチが大型化してしまってレーザー装置の小型化の障害となっていた。そこで、レーザー装置の小型化とＱスイッチの能動化を両立させることが求められていた。
　特許文献１には、レーザー装置の小型化の障害とならないという制約の中でＱスイッチを能動化する技術として、固体レーザー材料とＱスイッチが一対の共振ミラーの間に配置されており、Ｑスイッチが磁気光学効果を呈する膜と磁束発生器の組み合わせで構成されており、固体レーザー材料に励起光を入射し、磁束発生器にパルスを加えると、パルスレーザーを発光するＱスイッチ固体レーザー装置が開示されている。
特開２０１７－７９２８３号公報
T.Taira, M.Tsunekane, K.Kanehara, S.Morishima, N.Taguchi and A. Sugiura: "7. Promise of Giant Pulse Micro-Laser for Engine Ignition", Journal of Plasma and Fusion Research, Vol. 89, No.4, pp.238-241(2013) T.Taira, and T.Kobayashi: "Q-Switching and Frequency Doubling of Solid-State Lasers by a Single Intracavity KTP Crystal", IEEE Journal of Quantum Electronics of Vol. 30, No.3, pp.800-804(1994) Gooch & Housego Co.Ltd., Product number 1-QS041-1, 8C10G-4-GH21
　特許文献１には、上記のように、磁気光学（ＭＯ）機構を用いたＱスイッチが記載されている。レーザー装置の小型化の観点では、固体レーザー媒体と磁気光学機構との間の空間は少ない方が望ましい。特許文献１の図１３において、固体レーザー媒体と磁気光学膜等が一体化した構成が提案されている。ただし、その具体的な一体化方法は提案されていない。
　また、磁気光学機構を用いたＱスイッチにおいて、磁気スイッチ（磁束変化で発生）起動に伴う振動や、磁気光学機構と固体レーザー媒体間の光共振、磁気光学材の固定差異による歪に起因した磁区模様の変化に伴う出力不安定化、スイッチング速度のバラツキ、両者の空間発生に伴う共振器長の増大とそれによるスイッチング速度の劣化が課題として挙げられる。
　本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、レーザー装置の小型化に寄与し、かつ高いビーム品質を有するＱスイッチ構造体を提供することを目的とする。
　上記問題を解決するために、本発明では、固体レーザー媒体と、磁気光学材と、を備え、前記固体レーザー媒体と前記磁気光学材が接合一体化されたＱスイッチ構造体であって、前記固体レーザー媒体の一面に第１の対接着剤反射防止膜が形成されており、前記磁気光学材の一面に第２の対接着剤反射防止膜が形成されており、前記固体レーザー媒体の第１の対接着剤反射防止膜と、前記磁気光学材の第２の対接着剤反射防止膜が、前記固体レーザー媒体から発振されるレーザーのレーザー発振波長において透光性を有する透光性材料を介して接着されているものであることを特徴とするＱスイッチ構造体を提供する。
　このようなＱスイッチ構造体であれば、固体レーザー媒体と磁気光学材が接合一体化しているため、小型のＱスイッチ構造体とすることができる。また、固体レーザー媒体と磁気光学材が、透光性材料を介して接着されているため、ビーム品質の高いＱスイッチ構造体とすることができる。すなわち、接合歪による光学特性の劣化を緩和することができる。なお、本発明では、固体レーザー媒体と磁気光学材の一体化した組み合わせを、Ｑスイッチ構造体と称する。Ｑスイッチ構造体は、磁束発生器との組み合わせにより、Ｑスイッチとして機能させることができる。
　また、前記透光性材料が、ショアＤ硬度８０以下である有機接着剤であるか、又は、無機透光性材料であることが好ましい。
　本発明のＱスイッチ構造体では、透光性材料としてショアＤ硬度８０以下である有機接着剤を用いた場合、固体レーザー媒体と磁気光学材を接合する際の歪を低減することができ、高いビーム品質を得ることができる。また、透光性材料として、無機透光性材料を用いた場合、光作用による劣化が抑制されており、高いビーム品質を得ることができる。
　また、前記有機接着剤が、シリコーン樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂及びエポキシ樹脂の少なくともいずれか１種であることが好ましい。
　このような有機接着剤はショアＤ硬度が低く、固体レーザー媒体と磁気光学材を接合する際の歪の低減をより効果的に行うことができる。また、これらは耐候性および耐光性も優れている。
　また、前記無機透光性材料が、水ガラス又はガラス転移点が５００℃以下の低融点ガラスからなるガラス材料であることが好ましい。
　これらのガラス材料は、安定であるとともに無機透光性材料として比較的硬度が低いため、固体レーザー媒体と磁気光学材の接合部の歪の緩和に効果的に寄与する。また、これらは耐候性および耐光性も優れている。
　また、前記透光性材料の透光性が、前記レーザー発振波長において透過率９５％以上であることが好ましい。
　本発明のＱスイッチ構造体において透光性材料がこのような高い透過率を有することにより、Ｑスイッチの透光性も高くすることができる。
　また、前記磁気光学材がビスマス置換希土類鉄ガーネットであることが好ましい。
　また、前記固体レーザー媒体は、Ｎｄ、Ｙｂ及びＣｒからなる群から選ばれる１種をドープした、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｇｄ３Ｇａ５Ｏ１２及びＹＶＯ４からなる群から選ばれる１種のセラミックスから選択されるものであることが好ましい。
　これらの材料は、本発明のＱスイッチ構造体として好ましく用いることができる。
　また、本発明は、上記のＱスイッチ構造体と、磁束発生器とが、一対の共振ミラーの間に配置されていることを特徴とするＱスイッチ固体レーザー装置を提供する。
　このような、本発明のＱスイッチ構造体を備えるＱスイッチ固体レーザー装置は、固体レーザー媒体と磁気光学材がレーザー発振波長において透光性を有する透光性材料で接着されて一体化しているため、小型でビーム品質の高いＱスイッチ構造体とすることができる。
　また、本発明は、固体レーザー媒体と、磁気光学材と、を備え、前記固体レーザー媒体と前記磁気光学材が接合一体化されたＱスイッチ構造体を製造する方法であって、前記固体レーザー媒体と前記磁気光学材を準備する工程と、前記固体レーザー媒体の一面に第１の対接着剤反射防止膜を形成する工程と、前記磁気光学材の一面に第２の対接着剤反射防止膜を形成する工程と、前記固体レーザー媒体の第１の対接着剤反射防止膜と、前記磁気光学材の第２の対接着剤反射防止膜を、前記固体レーザー媒体から発振されるレーザーのレーザー発振波長において透光性を有する透光性材料を介して接着する工程とを有することを特徴とするＱスイッチ構造体の製造方法を提供する。
　このようなＱスイッチ構造体の製造方法により、固体レーザー媒体と磁気光学材の接合一体化を簡便に行うことができる。また、固体レーザー媒体と磁気光学材を、透光性材料を介して接着するため、小型のＱスイッチ構造体とすることができるとともに、ビーム品質の高いＱスイッチ構造体とすることができる。
　また、前記接着を、前記透光性材料として、ショアＤ硬度８０以下である有機接着剤を用いて行うか、又は、無機透光性材料を用いて行うことが好ましい。
　本発明のＱスイッチ構造体の製造方法では、透光性材料としてショアＤ硬度８０以下である有機接着剤を用いた場合、固体レーザー媒体と磁気光学材を接合する際の歪を低減することができ、高いビーム品質を得ることができる。また、透光性材料として、無機透光性材料を用いた場合、光作用による劣化が抑制されており、高いビーム品質を得ることができる。
　また、前記有機接着剤として、シリコーン樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂及びエポキシ樹脂の少なくともいずれか１種を用いることが好ましい。
　このような有機接着剤はショアＤ硬度が低く、固体レーザー媒体と磁気光学材を接合する際の歪の低減をより効果的に行うことができる。
　また、前記無機透光性材料として、水ガラス又はガラス転移点が５００℃以下の低融点ガラスからなるガラス材料を用いることが好ましい。
　これらのガラス材料は、安定であるとともに無機透光性材料として比較的硬度が低いため、固体レーザー媒体と磁気光学材の接合部の歪の緩和に効果的に寄与する。
　また、前記ガラス材料を、熱拡散接合又は真空下での密着接合により、前記第１の対接着剤反射防止膜及び前記第２の対接着剤反射防止膜に接着することが好ましい。
　このような熱拡散接合又は真空下での密着接合により、ガラス材料を介した固体レーザー媒体と磁気光学材の接合を簡便に行うことができる。
　また、前記透光性材料として、前記レーザー発振波長において透過率９５％以上の透光性を有するものを用いることが好ましい。
　透光性材料をこのような高い透過率を有するものとすることにより、Ｑスイッチ構造体の透光性も高くすることができる。
　また、前記磁気光学材をビスマス置換希土類鉄ガーネットとすることが好ましい。
　また、前記固体レーザー媒体を、Ｎｄ、Ｙｂ及びＣｒからなる群から選ばれる１種をドープした、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｇｄ３Ｇａ５Ｏ１２及びＹＶＯ４からなる群から選ばれる１種のセラミックスから選択されるものとすることが好ましい。
　これらの材料は、本発明のＱスイッチ構造体の製造方法において好ましく用いることができる。
　また、本発明は、上記のＱスイッチ構造体の製造方法により製造されたＱスイッチ構造体を用いて、該Ｑスイッチ構造体と、磁束発生器を、一対の共振ミラーの間に配置してＱスイッチ固体レーザー装置を製造することを特徴とするＱスイッチ固体レーザー装置の製造方法を提供する。
　このようなＱスイッチ固体レーザー装置の製造方法は、固体レーザー媒体と磁気光学材が透光性材料を介して接着されているため、小型のＱスイッチ固体レーザー装置とすることができるとともに、ビーム品質の高いＱスイッチ固体レーザー装置とすることができる。
　本発明のＱスイッチ構造体であれば、固体レーザー媒体と磁気光学材が接合一体化しているため、小型のＱスイッチ構造体とすることができる。また、固体レーザー媒体と磁気光学材が、透光性材料を介して接着されているため、ビーム品質の高いＱスイッチ構造体とすることができる。すなわち、接合歪による光学特性の劣化を緩和することができる。これにより、振動抑制、固体レーザー媒体と磁気光学材の両者間の光共振の防止、共振器長の短縮とそれに伴うスイッチング速度の向上を計ることができる。また、本発明のＱスイッチ構造体の製造方法は、そのようなＱスイッチ構造体を簡便に製造することができる。
本発明のＱスイッチ構造体の構造の一例を模式的に示す概略図である。 本発明のＱスイッチ構造体の構造の一例を模式的に示す断面図である。 本発明のＱスイッチ構造体の構造の一例（第１の態様）を模式的に示す断面図である。 本発明のＱスイッチ構造体の構造の一例（第２の態様）を模式的に示す断面図である。 本発明のＱスイッチ構造体の構造の一例（第３の態様）を模式的に示す断面図である。 本発明のＱスイッチ構造体を備えるＱスイッチ固体レーザー装置の一例を模式的に示す断面図である。 本発明のＱスイッチ構造体の製造方法の一例を示すフロー図である。
　以下、本発明について図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
　本発明のＱスイッチ構造体の構造の一例について、図１、図２を参照して説明する。図１にはＱスイッチ構造体の構造の概略図、図２にはその断面図を示した。
　本発明のＱスイッチ構造体１００は、固体レーザー媒体１と、磁気光学材２とを備えており、固体レーザー媒体１と磁気光学材２は接合一体化されている。さらに、本発明では、固体レーザー媒体１の一面に第１の対接着剤反射防止膜１ａが形成されており、磁気光学材２の一面に第２の対接着剤反射防止膜２ａが形成されている。さらに、固体レーザー媒体１の第１の対接着剤反射防止膜１ａと、磁気光学材２の第２の対接着剤反射防止膜２ａが、固体レーザー媒体１から発振されるレーザーのレーザー発振波長において透光性を有する透光性材料３を介して接着されている。
　このようなＱスイッチ構造体であれば、固体レーザー媒体１と磁気光学材２が接合一体化しているため、小型のＱスイッチ構造体１００とすることができる。また、固体レーザー媒体１と磁気光学材２が、透光性材料３を介して接着されているため、ビーム品質の高いＱスイッチ構造体とすることができる。
　また、透光性材料３の透光性が、レーザー発振波長において透過率９５％以上（挿入損失０．２ｄＢ以下）であることが好ましく、透過率９８％以上（挿入損失０．１ｄＢ以下）であることがさらに好ましい。このような透過率を有するように透光性材料の種類や厚さを選定することは、容易に行うことができる。なお、透過率は厚さにも依存し、材料の厚さが厚い程透過率は低下する。
　なお、本発明の説明における透過率の定義は以下の通りである。ここでの「ワーク」とは光（電磁波）が透過する対象を指す。
　透過率（％）＝（ワーク透過時の光量／ワーク無し時の光量）×１００
　挿入損失（ｄＢ）＝　－１０×ｌｏｇ１０（ワーク透過時の光量／ワーク無し時の光量）
　また、本発明のＱスイッチ構造体１００において、固体レーザー媒体１の材料としては固体レーザー媒体として使用可能な材料を用いることができる。その中でも、Ｎｄ、Ｙｂ及びＣｒからなる群から選ばれる１種をドープした、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｇｄ３Ｇａ５Ｏ１２及びＹＶＯ４からなる群から選ばれる１種のセラミックスから選択されるものであることが好ましい。また、本発明のＱスイッチ構造体１００において、磁気光学材２の材料としては磁気光学材として使用可能な材料を用いることができる。その中でも、ビスマス置換希土類鉄ガーネットであることが好ましい。
　また、本発明のＱスイッチ構造体１００において、第１の対接着剤反射防止膜１ａ及び第２の対接着剤反射防止膜２ａの材料としては、固体レーザー媒体１、磁気光学材２の表面に、１層目にＴｉＯ２層やＴａ２Ｏ５層を形成し、その上にＳｉＯ２層を形成した２層構造等が挙げられる。これらの対接着剤反射防止膜は、異種材料間の界面で生じる光反射を抑制することができる膜として機能する。
　さらに、本発明では、図１、２に示した透光性材料３が、ショアＤ硬度８０以下である有機接着剤であるか、又は、無機透光性材料であることが好ましい。以下、透光性材料３がショアＤ硬度８０以下である有機接着剤の場合を第１の態様として、透光性材料３が無機透光性材料である場合を第２の態様及び第３の態様として説明する。なお、図１、２と共通の事項については重複する説明を省略する。
［第１の態様］
　図３に、本発明のＱスイッチ構造体の構造の一例（第１の態様）の断面図を示した。この態様では、固体レーザー媒体１と磁気光学材２は、透光性材料としてショアＤ硬度８０以下である有機接着剤１３を介して接着されている。この場合、有機接着剤である透光性材料１３は、シリコーン樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂及びエポキシ樹脂の少なくともいずれか１種であることが好ましい。
　このようなＱスイッチ構造体１０は、透光性材料としてショアＤ硬度８０以下という、比較的硬度の低い有機接着剤１３を用いているため、固体レーザー媒体と磁気光学材を接合する際の歪を低減することができ、高いビーム品質を得ることができる。有機接着剤１３の層の厚さは、０．００５～０．０４０ｍｍ（５～４０μｍ）であることが好ましい。このような厚さの有機接着剤１３の厚さであれば、歪の緩和を行うことができるとともに、透光性を高く保つことができる。特に、材料にもよるが、上記の厚さの場合は、レーザー発振波長１０６４ｎｍ付近における有機接着剤１３の層における透過率を９５％以上にすることが可能である。
［第２、第３の態様］
　次に、透光性材料３が無機透光性材料である場合の態様（第２、第３の態様）を説明する。この場合は、図１、２に示したように、透光性材料３（この場合、無機透光性材料）を介して固体レーザー媒体１と磁気光学材２が接合されている。特に、無機透光性材料が、水ガラス又はガラス転移点が５００℃以下の低融点ガラスからなるガラス材料であることが好ましい。以下、「ガラス転移点が５００℃以下の低融点ガラス」は単に「低融点ガラス」とも称する。なお、ガラス転移点は４００℃以下であることがより好ましい。
　このように、上記第１の態様のように固体レーザー媒体１と磁気光学材２を接合に有機接着剤を用いる代わりに、本発明では、無機透光性材料を用いてもよい。透光性材料３として無機透光性材料を用いる利点は以下の通りである。近年、Ｑスイッチを具備する固体レーザー装置で発振する光は直径０．３ｍｍ程度のビーム径で１ｍＪを超えるパワーとなってきており、出力がますます強くなってきている。今後、従来よりもさらに大きなパワーが接合界面を透過するとき、透光性材料３が有機接着剤であると、有機結合的な結合部が破断すること、及び、周辺へ影響を及ぼすことが懸念される。その際、固体レーザー媒体１と磁気光学材２の接合材料を無機材料に置き換えると、そのような高出力による懸念は解消する。ただし、その際、無機材料の種類によっては、接合歪により光ビームが変質する可能性がある。この影響を防ぐ為、接合界面に予め歪緩和層を介することができる。
　無機透光性材料としては、固体レーザー媒体１の線膨張係数と磁気光学材２の線膨張係数の間の値の線膨張係数を有する透光性材料を用いることが好ましい。
＜第２の態様＞
　図４に示した第２の態様のＱスイッチ構造体２０では、固体レーザー媒体１と磁気光学材２は、透光性材料として無機透光性材料２３を介して接着されている。また、固体レーザー媒体１の第１の対接着剤反射防止膜１ａと無機透光性材料２３の間、及び、磁気光学材２の第２の対接着剤反射防止膜２ａと無機透光性材料２３の間は、それぞれ、歪緩和層２５、２６を介して接着されている。
＜第３の態様＞
　図５に示した第３の態様のＱスイッチ構造体３０では、固体レーザー媒体１と磁気光学材２は、固体レーザー媒体１の第１の対接着剤反射防止膜１ａと、磁気光学材２の第２の対接着剤反射防止膜２ａの間が、透光性材料として無機透光性材料３３を介して、直接接着されている。
　無機透光性材料としては、水ガラス又は低融点ガラスからなるガラス材料や、その他に、ホウケイ酸ガラスや石英ガラス、常磁性ガーネットが例示される。
　このうち、水ガラス又は低融点ガラスからなるガラス材料は、第２の態様及び第３の態様の両方が可能である。ホウケイ酸ガラスや石英ガラス、常磁性ガーネットは、第２の態様であることが好ましい。第２の態様の場合、歪緩和層２５、２６は、水ガラス又は低融点ガラスからなるガラス材料を用いることができる。すなわち、固体レーザー媒体１（固体レーザー媒体１に形成した第１の対接着剤反射防止膜１ａ）と接触させる材料及び磁気光学材２（磁気光学材２に形成した第２の対接着剤反射防止膜）と接触させる材料は、ともに水ガラス又は低融点ガラスからなるガラス材料で有ることが好ましい。これらのガラス材料は、安定であるとともに無機透光性材料として比較的硬度が低いため、固体レーザー媒体と磁気光学材の接合部の歪の緩和に効果的に寄与する。
　上記したようなＱスイッチ構造体１００、１０、２０、３０は、磁気光学材２と磁束発生器との組み合わせにより、Ｑスイッチとして機能する。図６には、Ｑスイッチ固体レーザー装置の構造の一例を示した。図６には図１、２のＱスイッチ構造体１００を代表として図示した。Ｑスイッチ固体レーザー装置８０は、上記のＱスイッチ構造体１００と、磁束発生器８３とが、一対の共振ミラー（第１の共振ミラー８１、第２の共振ミラー８２）の間に配置されている。図６中ではこれらの構造全てが接合一体化した例を示している。ただし、本発明では、Ｑスイッチ構造体１００を構成する固体レーザー媒体１と磁気光学材２が接合一体化していればよく、その他の構造材料は適宜配置することができる。例えば、磁束発生器は、永久磁石と励磁コイルの組み合わせとすることができ、励磁コイルは永久磁石の周囲に配置するなどすることができる。
［Ｑスイッチ構造体の製造方法］
　次に、本発明のＱスイッチ構造体の製造方法を説明する。本発明のＱスイッチ構造体の製造方法は、図１、図２に示したような、固体レーザー媒体１と、磁気光学材２とを備え、固体レーザー媒体１と磁気光学材２が接合一体化されたＱスイッチ構造体１００を製造する方法であり、本発明では、固体レーザー媒体１と磁気光学材２を準備する工程と、固体レーザー媒体１の一面に第１の対接着剤反射防止膜１ａを形成する工程と、磁気光学材２の一面に第２の対接着剤反射防止膜２ａを形成する工程と、固体レーザー媒体１の第１の対接着剤反射防止膜１ａと、磁気光学材２の第２の対接着剤反射防止膜２ａを、固体レーザー媒体１から発振されるレーザーのレーザー発振波長において透光性を有する透光性材料３を介して接着する工程とを有する。
　図７を参照して本発明のＱスイッチ構造体の製造方法をより詳細に説明する。まず、図７のＳ１に示したように、固体レーザー媒体１と磁気光学材２を準備する（工程Ｓ１）。ここで準備する固体レーザー媒体１と磁気光学材２は、上記の材料を用いることができる。
　次に、図７のＳ２に示したように、固体レーザー媒体１の一面に第１の対接着剤反射防止膜１ａを形成する（工程Ｓ２）。また、図７のＳ３に示したように、磁気光学材２の一面に第２の対接着剤反射防止膜２ａを形成する（工程Ｓ３）。これらの対接着剤反射防止膜の材料は、上記のものを用いることができる。反射防止膜はイオンアシスト電子ビーム真空蒸着、イオンビームスパッタリング等にて形成する事が出来る。材料表面に第１層としてＴｉＯ２やＴａ２Ｏ５層を形成し、その上に第２層としてＳｉＯ２層を形成する等により構成される。なお、工程Ｓ２とＳ３の順番は問わない。
　次に、図７のＳ４に示したように、固体レーザー媒体１の第１の対接着剤反射防止膜１ａと、磁気光学材２の第２の対接着剤反射防止膜２ａを接着する（工程Ｓ４）。このとき、固体レーザー媒体１から発振されるレーザーのレーザー発振波長において透光性を有する透光性材料を用いる。
　工程Ｓ４の接着工程については、透光性材料として、ショアＤ硬度８０以下である有機接着剤を用いて行う（図３に示した第１の態様）か、無機透光性材料を用いて行う（図４に示した第２の態様、図５に示した第３の態様）ことが好ましい。
［第１の態様］
　第１の態様の有機接着剤１３としては、シリコーン樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂及びエポキシ樹脂の少なくともいずれか１種を用いることができる。通常の有機接着剤の作用により、固体レーザー媒体１の第１の対接着剤反射防止膜１ａと、磁気光学材２の第２の対接着剤反射防止膜２ａを接着することができる。これにより、図３に示したＱスイッチ構造体１０を製造することができる。透光性材料としてショアＤ硬度８０以下である有機接着剤を用いた場合、簡便な方法で、固体レーザー媒体１と磁気光学材２を接合する際の歪を低減することができ、高いビーム品質を得ることができる。
［第２の態様、第３の態様］
　無機透光性材料を用いて接着を行う方法は様々あり、公知の方法を用いて行うことができる。特に、以下のようにして接着を行うことが好ましい。
＜第２の態様＞
　第２の態様では、上記のように、無機透光性材料２３として、ホウケイ酸ガラスや石英ガラス、常磁性ガーネットを用いることができる。この場合、上記のように、歪緩和層２５、２６として、水ガラス又は低融点ガラスからなるガラス材料を用いることが好ましい。この態様におけるＱスイッチ構造体２０の製造方法についてより具体的に説明する。
　磁気光学材２としてＢｉ－ＲＩＧを用いた場合を例として説明する。まず、磁気光学材（Ｂｉ－ＲＩＧ）２と無機透光性材料２３を接合する。このときに用いる無機透光性材料２３はＢｉ－ＲＩＧと固体レーザー媒体の線膨張係数の間の値を有するものが好ましい。このとき、無機透光性材料２３自体が水ガラス又は低融点ガラスで形成されることも考えられるが、その場合、歪緩和層２５、２６にも水ガラス又は低融点ガラスを採用することができるので、後述の第３の態様と同様の構成となる。
　第２の態様の場合、予め磁気光学材２であるＢｉ－ＲＩＧに反射防止膜（金属酸化膜）２ａを電子ビーム蒸着法により形成し、この上に歪緩和層２６である水ガラス又は低融点ガラス層を形成することができる。このうち、水ガラスについては、ケイ酸ナトリウム水溶液を加熱する事で粘性を帯びた液体となり、これを媒体表面に塗布する事により形成することができる。また、低融点ガラス層は、電子ビーム蒸着法等の化学気相成長法により形成することができる。この時、形成される低融点ガラスとしては、従来用いられているＰｂＯ、Ｂ２Ｏ３、ＴｅＯ２、Ｂｉ２Ｏ３等を主成分としたガラス材料を使用することができる。このとき、水ガラス又は低融点ガラスの厚さが１×１０－８ｍ～１×１０－５ｍ（すなわち、１０ｎｍ～１０μｍ）となるように形成することが好ましく、０．０１０～０．１００ｍｍとなるように形成することがより好ましい。歪緩和層２６である水ガラス又は低融点ガラス層の厚さが１×１０－８ｍ以上となることにより十分な接合強度を得ることができる。また、この厚さを１×１０－５ｍ以下とすることにより光の透過率低下を抑制できる。
　次に、磁気光学材２であるＢｉ－ＲＩＧ上に形成した、歪緩和層２６である水ガラス又は低融点ガラスと、無機透光性材料２３の接合面を貼り合せ熱処理を行う。これにより磁気光学材２であるＢｉ－ＲＩＧと無機透光性材料２３が一体成形される。接合温度が低ければ接合面が受ける熱応力を小さくすることができるので、できるだけ低い温度で溶融固着することが好ましい。この接合温度は例えば、ガラス転移点＋３０℃以下とすることができる。
　さらに、無機透光性材料２３上に歪緩和層２５である水ガラス又は低融点ガラスを形成する。この方法は、上記と同様にして行うことができる。
　次に歪緩和層２５である水ガラス又は低融点ガラスと固体レーザー媒体１とを接合する。この接合方法は、半導体のＳＯＩ構造を有するウエーハを製造する際に用いられている方法に類似しており、この場合の接合力はファン・デル・ワールス力、水素結合、共有結合などが考えられる。双方の接合する表面に親水化処理を行い、それらの接合面で貼り合せ、その後、熱処理によって、十分な接合強度を得ることができる。
　より具体的には以下のようにして歪緩和層２５である水ガラス又は低融点ガラスと固体レーザー媒体１とを接合することができる。まず、ワーク表面を洗浄し親水化処理を行う。この洗浄は通常の湿式洗浄が有効であるが、さらに短波長紫外線処理（ＵＶ処理）やプラズマ処理を併用することが効果的である。親水処理では一般的なアンモニア過水（アンモニア水、過酸化水素水、純水の混合液）や硝酸、塩酸の希釈液もしくはこれら希釈液に過酸化水素水を添加した溶液が有効である。次に純水による洗浄を行い、親水処理液を除去する。このようにして前処理を行った接合面を対向させ貼り合せる。より接合を容易にするために純水などの極性分子を主成分とした液体を接合面に塗布した後、液体を介して貼り合せることが望ましい。その後、接合体を自然乾燥もしくは真空乾燥させることで弱い接合力で固定される。その後、８０～２００℃程度の温度で熱処理することで十分な接合力を得ることができる。
＜第３の態様＞
　第３の態様では、図５に示したように、固体レーザー媒体１の第１の対接着剤反射防止膜１ａと、磁気光学材２の第２の対接着剤反射防止膜２ａの間を、透光性材料として無機透光性材料３３を介して、直接接着する。この方法においては、固体レーザー媒体１がＮｄ：ＹＡＧ等のガーネット材料である場合に、膨張係数が近い、水ガラス又は低融点ガラスからなるガラス材料を無機透光性材料３３として用いることが好ましい。直接の接合方法としては、上記の第２の態様の歪緩和層２５、２６である水ガラス又は低融点ガラスと、固体レーザー媒体１及び／又は磁気光学材２との接合の場合と同様の方法により行うことができる。
　上記のように、第２の態様、第３の態様のいずれの場合でも、ガラス材料は、熱拡散接合又は真空下での密着接合により、第１の対接着剤反射防止膜や第２の対接着剤反射防止膜に接着することが好ましい。
　以上のようなＱスイッチ構造体の製造方法により製造されたＱスイッチ構造体を用いて、該Ｑスイッチ構造体と、磁束発生器を、一対の共振ミラーの間に配置してＱスイッチ固体レーザー装置を製造することができる。
　以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
［実施例１－１～１－８］
　以下のようにして、図１、２に示したＱスイッチ構造体１００を製造した。
　まず、固体レーザー媒体１としてＮｄ：ＹＡＧを、磁気光学材２としてビスマス置換希土類鉄ガーネット（（ＲＢｉ）３Ｆｅ５Ｏ１２　通称：Ｂｉ－ＲＩＧ）を準備した（図７の工程Ｓ１）。
　次に、固体レーザー媒体１の一方の表面に対空気反射防止膜（材質は媒体表面にＴａ２Ｏ５／その上層にＳｉＯ２）を、もう一方の表面（接合面となる面）に対接着剤用反射防止膜（材質は媒体表面にＴｉＯ２／その上層にＳｉＯ２）を形成した（図７の工程Ｓ２）。また、磁気光学材２の一方の表面（接合面となる面）に対接着剤用反射防止膜（材質は磁気光学材表面にＴｉＯ２／その上層にＳｉＯ２）を形成し、もう一方の表面に対空気用反射防止膜（材質は磁気光学材表層にＴａ２Ｏ５／その上層にＳｉＯ２）を形成した（図７の工程Ｓ３）。
　次に、透光性材料３として、有機接着剤（図３の有機接着剤である透光性材料１３）を用いて、接着を行った（図７の工程Ｓ４）。このとき、硬化後のショアＤ硬度が異なる有機接着剤を用いて接着を行った。使用した接着剤は、ＫＪＲ９０２２、ＬＰＳ５４００、ＬＰＳ５５４７Ｆ、ＫＪＲ６３２（以上、信越化学工業株式会社製）、Ｅｐｏ－ｔｅｋ　ＯＤ２００２、Ｅｐｏ－ｔｅｋ　３０２－３Ｍ、Ｅｐｏ－ｔｅｋ　３５３ＮＤ、Ｅｐｏ－ｔｅｋ　３０１（以上、Ｅｐｏｘｙ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製）である。
　接合歪の評価は、レーザー光源から平行光を取り出し偏光子／検光子を介して受光器に入れる光学系において偏光子／検光子の間に接合ワークを配置、光を固体レーザー媒体１の表面に入射させ、磁気光学材２を出射した光の消光比を測定することで行った。用いた接着剤と、ショアＤ硬度、１０６４ｎｍ域での光透過率を表１に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　実施例１－１～１－８において、小型で歪が緩和されたＱスイッチ構造体が得られた。また、消光比は、３０ｄＢ以上であればよいが、特に３５ｄＢ以上の数値が得られる値を、歪が小さく、特に良好な値であると定義すると、実施例１－１～１－６で特に良好な値が得られた。なお、光出力が増大した場合も、接合条件を見直すことで出力劣化の少ないＱスイッチを得ることができた。
［実施例２］
　以下のようにして、図１、２に示したＱスイッチ構造体１００を製造した。
　まず、固体レーザー媒体１としてＮｄ：ＹＡＧを、磁気光学材２としてビスマス置換希土類鉄ガーネット（（ＲＢｉ）３Ｆｅ５Ｏ１２　通称：Ｂｉ－ＲＩＧ）を準備した（図７の工程Ｓ１）。次に、固体レーザー媒体１の一方の表面に対空気反射防止膜（媒体表層にＴｉＯ２／その上層にＳｉＯ２）を、もう一方の表面（接合面となる面）に対接着剤用反射防止膜（媒体表面にＴｉＯ２／その上層にＳｉＯ２）を形成した（図７の工程Ｓ２）。また、磁気光学材２の一方の表面（接合面となる面）に対接着剤用反射防止膜（磁気光学材表面にＴｉＯ２／その上層にＳｉＯ２）を形成し、もう一方の表面に対空気用反射防止膜（磁気光学材表面にＴｉＯ２／その上面にＳｉＯ２）を形成した（図７の工程Ｓ３）。
　次に、透光性材料３として、無機透光性材料（図５の無機透光性材料３３）を用いて、以下のようにして接着を行った（図７の工程Ｓ４）。
　磁気光学材２の耐接着剤用反射防止膜上に、無機透光性材料３３である低融点ガラス層（ＰｂＯ－ＺｎＯ－Ｂ２Ｏ３）を化学気相成長法により形成した。このときの厚さは０．０５０ｍｍとした。次に、磁気光学材２の無機透光性材料３３形成面と、固体レーザー媒体１の表面をアンモニア過水により洗浄し、親水化処理を行った。その後純水による洗浄を行った。このようにして前処理を行った接合面を対向させ貼り合せた。その後、接合体を真空乾燥させて固定した。その後、４００℃の温度で熱処理することで無機透光性材料３３と固体レーザー媒体１の表面を接合した。このようにして、図５に示したＱスイッチ構造体３０を製造した。
　製造したＱスイッチ構造体に、実施例１－１～１－８と同様にレーザー光を透過させ接合歪評価を行い、消光比３５ｄＢ以上を得ることができた。また、このＱスイッチ構造体を使用しＱスイッチ固体レーザー装置に組込み、出力を１０ｍＪに上げ連続使用したが、出力の経時劣化は見られなかった。
　なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

Claims (17)

  1. 　固体レーザー媒体と、
    　磁気光学材と、
    　を備え、前記固体レーザー媒体と前記磁気光学材が接合一体化されたＱスイッチ構造体であって、
    　前記固体レーザー媒体の一面に第１の対接着剤反射防止膜が形成されており、
    　前記磁気光学材の一面に第２の対接着剤反射防止膜が形成されており、
    　前記固体レーザー媒体の第１の対接着剤反射防止膜と、前記磁気光学材の第２の対接着剤反射防止膜が、前記固体レーザー媒体から発振されるレーザーのレーザー発振波長において透光性を有する透光性材料を介して接着されているものであることを特徴とするＱスイッチ構造体。
  2. 　前記透光性材料が、ショアＤ硬度８０以下である有機接着剤であるか、又は、無機透光性材料であることを特徴とする請求項１に記載のＱスイッチ構造体。
  3. 　前記有機接着剤が、シリコーン樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂及びエポキシ樹脂の少なくともいずれか１種であることを特徴とする請求項２に記載のＱスイッチ構造体。
  4. 　前記無機透光性材料が、水ガラス又はガラス転移点が５００℃以下の低融点ガラスからなるガラス材料であることを特徴とする請求項２に記載のＱスイッチ構造体。
  5. 　前記透光性材料の透光性が、前記レーザー発振波長において透過率９５％以上であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のＱスイッチ構造体。
  6. 　前記磁気光学材がビスマス置換希土類鉄ガーネットであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のＱスイッチ構造体。
  7. 　前記固体レーザー媒体は、Ｎｄ、Ｙｂ及びＣｒからなる群から選ばれる１種をドープした、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｇｄ３Ｇａ５Ｏ１２及びＹＶＯ４からなる群から選ばれる１種のセラミックスから選択されるものであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のＱスイッチ構造体。
  8. 　請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のＱスイッチ構造体と、磁束発生器とが、一対の共振ミラーの間に配置されていることを特徴とするＱスイッチ固体レーザー装置。
  9. 　固体レーザー媒体と、
    　磁気光学材と、
    　を備え、前記固体レーザー媒体と前記磁気光学材が接合一体化されたＱスイッチ構造体を製造する方法であって、
    　前記固体レーザー媒体と前記磁気光学材を準備する工程と、
    　前記固体レーザー媒体の一面に第１の対接着剤反射防止膜を形成する工程と、
    　前記磁気光学材の一面に第２の対接着剤反射防止膜を形成する工程と、
    　前記固体レーザー媒体の第１の対接着剤反射防止膜と、前記磁気光学材の第２の対接着剤反射防止膜を、前記固体レーザー媒体から発振されるレーザーのレーザー発振波長において透光性を有する透光性材料を介して接着する工程と
    　を有することを特徴とするＱスイッチ構造体の製造方法。
  10. 　前記接着を、前記透光性材料として、ショアＤ硬度８０以下である有機接着剤を用いて行うか、又は、無機透光性材料を用いて行うことを特徴とする請求項９に記載のＱスイッチ構造体の製造方法。
  11. 　前記有機接着剤として、シリコーン樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂及びエポキシ樹脂の少なくともいずれか１種を用いることを特徴とする請求項１０に記載のＱスイッチ構造体の製造方法。
  12. 　前記無機透光性材料として、水ガラス又はガラス転移点が５００℃以下の低融点ガラスからなるガラス材料を用いることを特徴とする請求項１０に記載のＱスイッチ構造体の製造方法。
  13. 　前記ガラス材料を、熱拡散接合又は真空下での密着接合により、前記第１の対接着剤反射防止膜及び前記第２の対接着剤反射防止膜に接着することを特徴とする請求項１２に記載のＱスイッチ構造体の製造方法。
  14. 　前記透光性材料として、前記レーザー発振波長において透過率９５％以上の透光性を有するものを用いることを特徴とする請求項９から請求項１３のいずれか１項に記載のＱスイッチ構造体の製造方法。
  15. 　前記磁気光学材をビスマス置換希土類鉄ガーネットとすることを特徴とする請求項９から請求項１４のいずれか１項に記載のＱスイッチ構造体の製造方法。
  16. 　前記固体レーザー媒体を、Ｎｄ、Ｙｂ及びＣｒからなる群から選ばれる１種をドープした、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｇｄ３Ｇａ５Ｏ１２及びＹＶＯ４からなる群から選ばれる１種のセラミックスから選択されるものとすることを特徴とする請求項９から請求項１５のいずれか１項に記載のＱスイッチ構造体の製造方法。
  17. 　請求項９から請求項１６のいずれか１項に記載のＱスイッチ構造体の製造方法により製造されたＱスイッチ構造体を用いて、該Ｑスイッチ構造体と、磁束発生器を、一対の共振ミラーの間に配置してＱスイッチ固体レーザー装置を製造することを特徴とするＱスイッチ固体レーザー装置の製造方法。
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