JP2008146014A - レーザー光発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 レーザー光の波長を変換させることによって所望の波長のレーザー光を出力用レーザー光として生成するレーザー光発生装置を提供する。
【解決手段】 １波長のレーザー光を生成するレーザーダイオード６から生成される第１波長のレーザー光が入射されるとともに該レーザー光の波長を第２波長のレーザー光に変換する第１波長変換素子８と、該第１波長変換素子８にて変換された第２波長のレーザー光が入射されるとともに該レーザー光を第３波長のレーザー光である出力用レーザー光に変換する第２波長変換素子９と、該第２波長変換素子９にて波長変換された出力用レーザー光の出力光路内に配置されているとともに該出力用レーザー光以外の不要レーザー光を遮断するフィルター１０と、前記レーザーダイオード６と前記第１波長変換素子８との間の光路内に設けられた回折格子７とより成る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レーザーダイオードから生成されるレーザー光の波長を変換させて所望の波長のレーザー光を出力用レーザー光として生成するレーザー光発生装置に関する。

光ピックアップ装置から照射されるレーザー光を光ディスクに設けられている信号記録層に照射することによって信号の読み出し動作や信号の記録動作を行うことが出来る光ディスク装置が普及している。

光ディスク装置としては、ＣＤやＤＶＤと呼ばれる光ディスクを使用するものが一般に普及しているが、最近では記録密度を向上させた光ディスク、即ちＢｌｕ−ｒａｙ規格やＨＤ ＤＶＤ（High Definition Digital Versatile Disk）規格の光ディスクを使用するものが製品化されている。

光ディスクに記録される信号の密度を向上させるためには、光ディスクの信号面に照射されるレーザー光のスポット径を小さくする必要があり、そのためにはレーザー光の波長を短くする必要がある。光ディスク装置に使用される光ピックアップ装置には、レーザー光を生成するレーザーダイオードが組み込まれている。

前述したＣＤ規格のディスクに記録されている信号を再生するために使用されるレーザー光は赤外光が使用され、ＤＶＤ規格のディスクに記録されている信号を再生するために使用されるレーザー光は赤色光が使用され、そしてＢｌｕ−ｒａｙ規格やＨＤ−ＤＶＤ規格のディスクに記録されている信号を再生するために使用されるレーザー光は青紫色光が使用されている。

前述した赤外光、赤色光及び青紫色光のレーザー光を生成することが出来るレーザーダイオードは、開発されて製品化されているが、緑色のレーザー光を生成することが出来るレーザーダイオードの製品化は遅れている。

緑色のレーザー光は、光の三原色を構成するため画像を投射するプロジェクターに使用されるとともに視認性が高いという理由から墨出し器に採用することが考えられているが、緑色のレーザー光を生成するレーザーダイオードが開発されていないので、現在ではレーザー光の波長を変換することによって緑色のレーザー光を得るようにされている。斯かるレーザー光の波長を変換する波長変換素子として、Ｎｄ：ＹＶＯ４等の異方性結晶やＫＴＰ結晶（ＫＴｉＯＰ４）等の非線形光学結晶が一般に使用されている。(特許文献１参照。)
特開平７−５８３９１号公報

波長変換素子としてＹＶＯ４等の異方性結晶やＫＴＰ結晶等の非線形光学結晶を使用する場合、その変換効率は入射光波長依存性が大きく、安定した出力のレーザー光を得るためには、入射光の波長を安定させる必要がある。入射光の波長が不安定になる大きな原因として、温度変化があり、斯かる温度変化を抑える方法として特許文献に記載されているようにペルチェ素子を使用する方法が一般的である。

従来の技術について図７を参照して説明する。図７において、１はＡＩＧａＡｓ結晶よりなるレーザーダイオードであり、波長が８０８ｎｍのレーザー光を生成する。２は前記レーザーダイオード１から出射されたレーザー光が入射されるＹＶＯ４結晶であり、波長が１０６４ｎｍのレーザー光を励起するように構成されている。

３は前記ＹＶＯ４結晶２にて波長が変換されたレーザー光が入射されるＫＴＰ結晶であり、波長を１／２波長である５３２ｎｍ(緑色)のレーザー光に変換するように構成されている。４は前記ＫＴＰ結晶３から出力される緑色のレーザー光の出力光路内に設けられているフィルターであり、不要な波長のレーザー光を遮断し、緑色のレーザー光のみを出力させる作用を成すものである。

５は前記ＹＶＯ４結晶２及びＫＴＰ結晶３の近傍に設けられているペルチェ素子であり、前記レーザーダイオード１、ＹＶＯ４結晶２及びＫＴＰ結晶の温度を一定にする作用を成すものである。

ペルチェ素子を使用しない場合において、変換効率が低い温度にて使用すると、変換されたレーザー光の出力レベルが小さくなるので、レーザー出力を増大させるために大きな駆動電流をレーザーダイオード１に供給する動作が行われる。定格以上の大電流がレーザーダイオード１に供給されるとレーザー結晶が損傷したり、寿命が短くなるという問題があるため、電流制限回路が一般に設けられている。

電流制限回路を設けた場合、確かにレーザーダイオード１が損傷したり、寿命が短くなるという問題は解決することが出来るものの電流制限動作が行われている間、即ち安定した動作を行うことが出来る状態になるまでの間はレーザー光が出射されないという問題がある。図８は温度と光出力との関係を示す特性図であり、実線で示す狭い温度の範囲でのみ安定したレーザー光を発生させることが可能である。

斯かる問題を解決するために前述したペルチェ素子５を使用して前記レーザーダイオード１、ＹＶＯ４結晶２及びＫＴＰ結晶の温度を一定にする動作が行われているが、装置の小型化が出来ないだけでなく高価になるという問題がある。

本発明は、斯かる問題を解決することが出来るレーザー光発生装置を提供しようとするものである。

本発明は、第１波長のレーザー光を生成するレーザーダイオードから生成される第１波長のレーザー光が入射されるとともに該レーザー光の波長を第２波長のレーザー光に変換する第１波長変換素子と、該第１波長変換素子にて変換された第２波長のレーザー光が入射されるとともに該レーザー光を第３波長のレーザー光である出力用レーザー光に変換する第２波長変換素子と、該第２波長変換素子にて波長変換された出力用レーザー光の出力光路内に配置されているとともに該出力用レーザー光以外の不要レーザー光を遮断するフィルターと、前記レーザーダイオードと前記第１波長変換素子との間の光路内に設けられた回折格子とより構成されている。

また、本発明は、第１波長変換素子をＮｄ：ＹＶＯ４結晶にて構成し、第２波長変換素子をＫＴＰ結晶にて構成したことを特徴とするものである。

そして、本発明は、第２波長変換素子にて波長変換された出力用レーザー光が照射される位置にレーザー光の強度を検出するモニター用受光素子を設けたことを特徴とするものである。

また、本発明は、第２波長変換素子の出射側に出力用レーザー光の一部をモニター用受光素子に導くプリズムを設けたことを特徴とするものである。

そして、本発明は、第２波長変換素子の出射側に設けられているフィルターを出力用レーザー光の光軸に対して傾斜させて配置し、該フィルターにて出力用レーザー光の一部を反射させて前記モニター用受光素子に導くように構成されている。

また、本発明は、前記フィルターをＩＲカットフィルターとしたことを特徴とする。

また、本発明は、前記モニター用受光素子が前記フィルターで反射された第３波長のレーザー光を受光することを特徴とする。

また、本発明は、前記モニター用受光素子が前記フィルターで反射された前記第２波長変換素子を介したレーザー光に残存している第２波長のレーザー光を受光することを特徴とする。

また、本発明は、第２波長変換素子にモニター用受光素子自体に出力用レーザー光の一部を導く反射手段を設けたことを特徴とするものである。

そして、本発明は、第１波長のレーザー光を生成するレーザーダイオードから生成される第１波長のレーザー光が入射されるとともに該レーザー光の波長を第２波長の出力用レーザー光に変換する波長変換素子と、該波長変換素子にて波長変換された出力用レーザー光の出力光路内に配置されているとともに該出力用レーザー光以外の不要レーザー光を遮断するフィルターと、前記レーザーダイオードと前記波長変換素子との間の光路内に設けられた回折格子とより構成されている。

また、本発明は、波長変換素子をＰＰＬＮ又はＰＰＫＴＰにて構成したことを特徴とするものである。

本発明のレーザー光発生装置は、第１波長のレーザー光を生成するレーザーダイオードから生成される第１波長のレーザー光が入射されるとともに該レーザー光の波長を第２波長のレーザー光に変換する第１波長変換素子と、該第１波長変換素子にて変換された第２波長のレーザー光が入射されるとともに該レーザー光を第３波長のレーザー光である出力用レーザー光に変換する第２波長変換素子と、該第２波長変換素子にて波長変換された出力用レーザー光の出力光路内に配置されているとともに該出力用レーザー光以外の不要レーザー光を遮断するフィルターと、前記レーザーダイオードと前記第１波長変換素子との間の光路内に設けられた回折格子とより構成したので、即ち回折格子によってレーザーダイオードから生成されるレーザー光の波長を安定させるようにしたので、ペルチェ素子等を使用することなく安定した出力のレーザー光を得ることが出来る。

そして、ペルチェ素子等の温度制御手段を不要としたので、安価にてレーザー光発生装置を製造することが出来るだけでなく、小型化に対しても本発明は大きな効果を奏するものである。

また、本発明のレーザー光発生装置は、回折格子によってレーザー光の波長を固定するようにしたので、波長変換素子の変換効率を高めることが出来、その結果消費電力の削減を行うことが出来る。

更に、本発明のレーザー光発生装置は、出力用レーザー光のモニター動作を行うモニター用受光素子を該出力用レーザー光が出射される側に設けたので、モニター動作を正確に行うことが可能となり、その結果レーザー出力の安定化を行うことが出来るという利点を有している。

図１は本発明のレーザー光発生装置の一実施例を示す概略図、図２、図３、図４、図５及び図６は本発明のレーザー光発生装置を示す側面図である。

図１において、６はＡＩＧａＡｓ結晶よりなるレーザーダイオードであり、第１波長である波長が８０８ｎｍのレーザー光を生成する。７は前記レーザーダイオード６から生成される第１波長のレーザー光が入射される位置に設けられている回折格子であり、ＶＨＧ(Volume Holographic Grating)やＶＢＧ(Volume Bragg Grating)と呼ばれる素子にて構成されている。斯かるＶＨＧ素子は内部に光学的な溝が周期的に刻まれており、所定の波長、即ち本実施例では８０８ｎｍの波長のレーザー光が発振するように設定されている。

前述したＶＨＧ素子に入射されたレーザー光は、該ＶＨＧ素子内に周期的に刻まれている溝と前記レーザーダイオード６を構成する素子片の端面との間を往復移動することによって発振する動作を行うことになるが、斯かる発振動作は周知であり、その説明は省略する。前記レーザーダイオード６と回折格子７であるＶＨＧ素子との協働による発振動作を行うことによってレーザーダイオード６から生成される波長が８０８ｎｍのレーザー光の波長を第１波長に固定する動作が行われる。

８は前記回折格子７にて固定化された第１波長のレーザー光が入射されるＹＶＯ４結晶であり、第２波長である波長が１０６４ｎｍのレーザー光を励起するように構成されている。

９は前記ＹＶＯ４結晶８にて波長が変換されたレーザー光が入射されるＫＴＰ結晶であり、波長を１／２波長である５３２ｎｍ(緑色)の第３波長のレーザー光に変換するように構成されている。１０は前記ＫＴＰ結晶９から出力される緑色のレーザー光の出力光路内に設けられているフィルターであり、不要な波長のレーザー光を遮断し、緑色のレーザー光のみを出力させる作用を成すものである。

前記回折格子７を備えていない従来のレーザー光発生装置の場合、レーザーダイオード６から生成出射されるレーザー光の第１波長は、８０８ｎｍ±１０ｎｍの範囲にて変化し、且つ温度特性も０．３ｎｍ／℃変化するという特性がある。

斯かる従来のレーザー光発生装置と比較して、回折格子７を備えた本発明のレーザー光発生装置の場合、レーザーダイオード６から生成出射されるレーザー光の第１波長は、８０８ｎｍ±１ｎｍの範囲にて変化するという優れた特性を得ることが出来る。また、本発明のレーザー光発生装置は、温度特性も０．０１ｎｍ／℃変化するという極僅かな変化に抑えることが出来るという利点がある。

以上に説明したように本発明のレーザー光発生装置は構成されているが、次に本発明の具体例について図２〜図６を参照して説明する。

図２において、１１はレーザー光発生装置を構成する基台であり、電極端子１２、１３、１４が固定されている。１５は前記基台１１に固定されている固定基板であり、前記電極端子１４が内部に挿入固定されている。１６は前記固定基板１５に固定されているレーザー固定基板であり、レーザーダイオード６が固定されている。斯かる構成において、レーザーダイオード６への駆動電流は、電極端子１２からリード線１２ａを通して供給されるように構成されている。

前記固定基板１５には、前記回折格子７、ＹＶＯ４結晶８及びＫＴＰ結晶９が図示したように固定配置されている。１７は前記固定基板１５上に固定されているとともに前記ＫＴＰ結晶９にて第３波長に変換された出力用レーザー光の一部が照射される位置に設けられているモニター用受光素子であり、モニター信号がリード線１４ａを通して前記電極端子１４に出力されるように構成されている。

１８は前記基台１１に固定されているとともに前記レーザーダイオード６、回折格子７、ＹＶＯ４結晶８、ＫＴＰ結晶９及びモニター用受光素子１７を覆うカバーであり、出力用レーザー光が照射される位置に前記フィルター１０が設けられている。斯かる構成によれば前記ＫＴＰ結晶９にて第３波長に変換された出力用レーザー光は、前記フィルター１０を通して矢印Ａ方向へ出射されることになる。

また、前記ＫＴＰ結晶９にて第３波長に変換された出力用レーザー光は、該ＫＴＰ結晶９から出射されるが、その出射方向に広がって照射されるので、図示した位置に設けられているモニター用受光素子１７にその一部が照射されることになる。従って、出力用レーザー光の強度を検出することが出来、その検出された強度に基づいてレーザーダイオード６に供給される駆動電流の大きさを制御することによって安定したレーザー出力を得ることが出来る。

図３は他の実施例であり、本実施例では、前記ＫＴＰ結晶９の出射側に出力用レーザー光の一部を前記モニター用受光素子１７に導くプリズム１９が設けられている。斯かるプリズム１９の傾斜面１９ａに出力用レーザー光の殆どを通過させ、その一部を反射させる反射膜が設けられている。

図４は他の実施例であり、本実施例では、カバー１８に固定されているフィルター１０を傾斜させることによって該フィルター１０に入射される出力用レーザー光の一部を反射させて前記モニター用受光素子１７に導くように構成されている。斯かるフィルター１０の入射面１０ａに出力用レーザー光の殆どを通過させ、その一部を反射させる反射膜が設けられている。

この実施例において、前記フィルター１０としてＩＲカットフィルターを用いることができる。また、前記モニター用受光素子７は、前記フィルター１０で反射された第３波長のレーザー光（５３２ｎｍ）を受光するようにしてもよいし、あるいは、前記ＫＴＰ結晶９を介したレーザー光に残存している第２波長のレーザー光を前記フィルター１０で反射させ、これをモニター用受光素子７で受光するようにしてもよい。

すなわち、ＫＴＰ結晶９は、前述の通りＹＶＯ４結晶にて波長が１０６４ｎｍに変換されたレーザー光が入射され、このレーザー光の波長を１／２波長である５３２ｎｍの第３波長のレーザー光に変換するように構成されている。然し乍ら、波長が１０６４ｎｍのレーザー光を全て波長が５３２ｎｍのレーザー光に変換できるわけではなく、ＫＴＰ結晶９からは５３２ｎｍのレーザー光以外にも１０６４ｎｍのレーザー光も幾らか出力される。従って、上記のように、モニター用受光素子７にフィルター１０で反射された５３２ｎｍのレーザー光を受光させて出力用レーザー光の強度を検出するように設計しても良いし、モニター用受光素子７にフィルター１０で反射された１０６４ｎｍのレーザー光を受光させて出力用レーザー光の強度を検出するように設計しても良いわけである。

図５は他の実施例であり、本実施例では、前記ＫＴＰ結晶９の出射側の面を斜めにカットさせ、その斜めの部分にて出力用レーザー光の一部を前記モニター用受光素子１７に導くように構成されている。斯かるカット面９ａに出力用レーザー光の殆どを通過させ、その一部を反射させる反射膜が設けられている。

前述した実施例では、レーザーダイオード６として波長が８０８ｎｍのレーザー光を生成するレーザーダイオードを使用したが、レーザーダイオード６として波長が１０６４ｎｍのレーザー光を生成するレーザーダイオードを使用した場合について図６を参照して説明する。

本実施例では、レーザーダイオード６から生成されるレーザー光が第１波長である１０６４ｎｍのレーザー光であるため、波長変換素子２０として第２波長である５３２ｎｍ(
緑色)に変換するＰＰＬＮ(Periodically-Poled Lithium Niobate)結晶又はＰＰＫＴＰ(Periodically-Poled KTiOP4)結晶を使用することが出来る。また、前記波長変換素子２０の出力側には出力用レーザーの一部をモニター用受光素子１７に導くプリズム１９が設けられている。前記波長変換素子２０から出射される出力用レーザーが照射方向に広がりがある場合には、プリズム１９は省略することが出来る。

尚、本実施例では、波長変換素子としてＹＶＯ４結晶、ＫＴＰ結晶、ＰＰＬＮ結晶及びＰＰＫＴＰ結晶を使用したが、他の結晶素子を使用することは出来る。また、緑色のレーザー光を得るために波長が８０８ｎｍのレーザーダイオードや波長が１０６４ｎｍのレーザーダイオードを使用したが、その波長は限定されるものではない。

そして、本実施例では、出力用レーザー光の波長を緑色である５３２ｎｍのレーザー光を得る場合について説明したが、他の波長のレーザー光を得るようにすることも出来る。

本発明のレーザー光発生装置の一実施例を示す概略図である。 本発明のレーザー光発生装置の一実施例を示す側面図である。 本発明のレーザー光発生装置の一実施例を示す側面図である。 本発明のレーザー光発生装置の一実施例を示す側面図である。 本発明のレーザー光発生装置の一実施例を示す側面図である。 本発明のレーザー光発生装置の一実施例を示す側面図である。 従来のレーザー光発生装置を示す概略図である。 温度と光出力との関係を示す特性図である。

符号の説明

６ レーザーダイオード
７ 回折格子
８ ＹＶＯ４結晶
９ ＫＴＰ結晶
１０ フィルター
１５ 固定基板
１７ モニター用受光素子
１８ カバー
１９ プリズム
２０ 波長変換素子

Claims (12)

1. 第１波長のレーザー光を生成するレーザーダイオードと、該レーザーダイオードから生成される第１波長のレーザー光が入射されるとともに該レーザー光の波長を第２波長のレーザー光に変換する第１波長変換素子と、該第１波長変換素子にて変換された第２波長のレーザー光が入射されるとともに該レーザー光を第３波長のレーザー光である出力用レーザー光に変換する第２波長変換素子と、該第２波長変換素子にて波長変換された出力用レーザー光の出力光路内に配置されているとともに該出力用レーザー光以外の不要レーザー光を遮断するフィルターを備えたレーザー光発生装置であり、前記レーザーダイオードと前記第１波長変換素子との間の光路内に回折格子を設け、該回折格子を共振器として動作させることによって第１波長のレーザー光の波長を安定化したことを特徴とするレーザー光発生装置。
2. 前記第１波長変換素子をＮｄ：ＹＶＯ４結晶にて構成し、前記第２波長変換素子をＫＴＰ結晶にて構成したことを特徴とする請求項１に記載のレーザー光発生装置。
3. 前記第２波長変換素子にて波長変換された出力用レーザー光が照射される位置にレーザー光の強度を検出するモニター用受光素子を設けたことを特徴とする請求項１に記載のレーザー光発生装置。
4. 前記第２波長変換素子の出射側に出力用レーザー光の一部をモニター用受光素子に導くプリズムを設けたことを特徴とする請求項３に記載のレーザー光発生装置。
5. 前記第２波長変換素子の出射側に設けられているフィルターを出力用レーザー光の光軸に対して傾斜させて配置し、該フィルターにて出力用レーザー光の一部を反射させて前記モニター用受光素子に導くようにしたことを特徴とする請求項３に記載のレーザー光発生装置。
6. 前記フィルターはＩＲカットフィルターであることを特徴とする請求項５に記載のレーザー光発生装置。
7. 前記モニター用受光素子は、前記フィルターで反射された第３波長のレーザー光を受光することを特徴とする請求項５または請求項６に記載のレーザー光発生装置。
8. 前記モニター用受光素子は、前記フィルターで反射された前記第２波長変換素子を介したレーザー光に残存している第２波長のレーザー光を受光することを特徴とする請求項５または請求項６に記載のレーザー光発生装置。
9. 第２波長変換素子にモニター用受光素子に出力用レーザー光の一部を導く反射手段を設けたことを特徴とする請求項３に記載のレーザー光発生装置。
10. 第１波長のレーザー光を生成するレーザーダイオードと、該レーザーダイオードから生成される第１波長のレーザー光が入射されるとともに該レーザー光の波長を第２波長の出力用レーザー光に変換する波長変換素子と、該波長変換素子にて波長変換された出力用レーザー光の出力光路内に配置されているとともに該出力用レーザー光以外の不要レーザー光を遮断するフィルターを備えたレーザー光発生装置であり、前記レーザーダイオードと前記波長変換素子との間の光路内に回折格子を設け、該回折格子を共振器として動作させることによって第１波長のレーザー光の波長を安定化したことを特徴とするレーザー光発生装置。
11. 前記波長変換素子をＰＰＬＮ結晶又はＰＰＫＴＰ結晶にて構成したことを特徴とする請求項１０に記載のレーザー光発生装置。
12. 前記出力用レーザー光が緑色であることを特徴とする請求項１または請求項１０に記載のレーザー光発生装置。

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