JP5267247B2

JP5267247B2 - 小型レーザ用光学素子

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Publication number: JP5267247B2
Application number: JP2009064649A
Authority: JP
Inventors: 守久光; 勝彦徳田; 一智門倉
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2009-03-17
Filing date: 2009-03-17
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2029-03-17
Also published as: JP2010219319A

Description

本発明は、小型レーザ用光学素子に関し、さらに詳しくは、所望の値に近い楕円率のモードが得られる小型レーザ用光学素子に関する。

レーザ結晶と波長変換結晶とを貼り合わせた構造の小型レーザ用光学素子が知られている（特許文献１参照。）。

特開２００７−２２５７８６号公報

従来の小型レーザ用光学素子では、モードが楕円になる傾向があった。つまり、モードの楕円率が１よりずっと小さくなる傾向があった。
しかし、一般的には、モードが円に近いことが望まれる。
そこで、本発明の目的は、所望の値に近い楕円率のモードが得られる小型レーザ用光学素子を提供することにある。

第１の観点では、本発明は、光共振器端面となる部品（１）を含む小型レーザ用光学素子であって、光共振器端面となる部品（１）の光軸（ｙ）に直交し且つ互いに直交する２方向（ｘ，ｚ）の放熱特性を異ならせたことを特徴とする小型レーザ用光学素子を提供する。
上記第１の観点による小型レーザ用光学素子では、光共振器端面となる部品の光軸に直交し且つ互いに直交する２方向の放熱特性を異ならせたため、熱レンズ効果に異方性を生じる。そして、この熱レンズ効果の異方性により、モードの楕円率が変化する。そこで、放熱特性の差を変えることによって熱レンズ効果の異方性を制御すれば、所望の値に近い楕円率のモードを得ることが出来る。

第２の観点では、本発明は、前記第１の観点による小型レーザ用光学素子であって、光共振器端面となる部品（１）に前記２方向（ｘ，ｚ）のうちの一方向に延びる２本以上の溝（７，８）を形成したことを特徴とする小型レーザ用光学素子を提供する。
上記第２の観点による小型レーザ用光学素子では、光共振器端面となる部品の光軸に直交し且つ互いに直交する２方向のうちの一方向に延びる２本以上の溝を光共振器端面となる部品に形成するため、熱レンズ効果に異方性を生じる。そして、この熱レンズ効果の異方性により、モードの楕円率が変化する。そこで、溝の位置や形状を変えることによって熱レンズ効果の異方性を制御すれば、所望の値に近い楕円率のモードを得ることが出来る。

第３の観点では、本発明は、前記第１の観点による小型レーザ用光学素子であって、前記２方向（ｘ，ｚ）の幅（Ｗｘ，Ｗｚ）を異ならせたことを特徴とする小型レーザ用光学素子を提供する。
上記第３の観点による小型レーザ用光学素子では、光共振器端面となる部品の光軸に直交し且つ互いに直交する２方向の幅を異ならせたため、熱レンズ効果に異方性を生じる。そして、この熱レンズ効果の異方性により、モードの楕円率が変化する。そこで、幅を変えることによって熱レンズ効果の異方性を制御すれば、所望の値に近い楕円率のモードを得ることが出来る。

第４の観点では、本発明は、光共振器端面となる部品（１）およびヒートシンク（１１）を含む小型レーザ用光学素子であって、光共振器端面となる部品（１）の光軸（ｙ）に直交し且つ互いに直交する２方向（ｘ，ｚ）におけるヒートシンク（１１）に対する伝熱特性を異ならせたことを特徴とする小型レーザ用光学素子を提供する。
上記第４の観点による小型レーザ用光学素子では、光共振器端面となる部品の光軸に直交し且つ互いに直交する２方向におけるヒートシンクに対する伝熱特性を異ならせたため、熱レンズ効果に異方性を生じる。そして、この熱レンズ効果の異方性により、モードの楕円率が変化する。そこで、伝熱特性の差を変えることによって熱レンズ効果の異方性を制御すれば、所望の値に近い楕円率のモードを得ることが出来る。

第５の観点では、本発明は、光共振器端面となる部品（１）およびヒートシンクを含む小型レーザ用光学素子であって、光共振器端面となる部品（１）の光軸（ｙ）に直交し且つ互いに直交する２方向（ｘ，ｚ）のうちの一方向にのみヒートシンク（１２）を設けたことを特徴とする小型レーザ用光学素子を提供する。
上記第５の観点による小型レーザ用光学素子では、光共振器端面となる部品の光軸に直交し且つ互いに直交する２方向のうちの一方向にのみヒートシンクを設けたため、熱レンズ効果に異方性を生じる。そして、この熱レンズ効果の異方性により、モードの楕円率が変化する。そこで、ヒートシンクを変えることによって熱レンズ効果の異方性を制御すれば、所望の値に近い楕円率のモードを得ることが出来る。

本発明の小型レーザ用光学素子によれば、所望の値に近い楕円率のモードを得ることが出来る。

実施例１に係る小型レーザ用光学素子を示す斜視図である。実施例１に係る小型レーザ用光学素子のニアフィールドパターンを示す模式図である。溝を形成しない従来の小型レーザ用光学素子のニアフィールドパターンを示す模式図である。実施例２に係る小型レーザ用光学素子を示す斜視図である。実施例３に係る小型レーザ用光学素子を示す斜視図である。実施例３に係る小型レーザ用光学素子のニアフィールドパターンを示す模式図である。実施例４に係る小型レーザ用光学素子を示す斜視図である。実施例４に係る小型レーザ用光学素子のニアフィールドパターンを示す模式図である。実施例５に係る小型レーザ用光学素子を示す斜視図である。実施例５に係る小型レーザ用光学素子のニアフィールドパターンを示す模式図である。実施例５の変形例に係る小型レーザ用光学素子のニアフィールドパターンを示す模式図である。実施例６に係る小型レーザ用光学素子を示すｙ軸方向矢視図である。実施例７に係る小型レーザ用光学素子を示すｙ軸方向矢視図である。実施例８に係る小型レーザ用光学素子を示すｙ軸方向矢視図である。実施例９に係る小型レーザ用光学素子を示すｙ軸方向矢視図である。

以下、図に示す実施例により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。

−実施例１−
図１は、実施例１に係る小型レーザ用光学素子１０１を示す斜視図である。
この小型レーザ用光学素子１０１は、半導体レーザからの励起レーザ光により励起されて基本波レーザ光を出すレーザ結晶１と、基本波レーザ光の高調波である波長変換レーザ光を出す波長変換結晶２と、波長変換結晶２をサンドイッチ状に挟むダミー材３，４とを接着剤で接合した構造である。
基本波用高反射膜５，６が形成された両端面は、光共振器端面になっている。

レーザ結晶１には、光軸（ｙ軸）に直交し且つ互いに直交する２方向（ｘ方向，ｚ方向）のうちの一方向（ここではｘ方向）に延びる２本の溝７，８が形成されている。

レーザ結晶１は、Ｎｄ：ＹＶＯ４であり、レーザダイオードなどで光励起されることにより波長１．０６４μｍの基本波レーザ光を出す。
レーザ結晶１のｙ軸方向の幅は０．５ｍｍ、ｘ方向の幅は１ｍｍ、ｚ方向の幅は１ｍｍである。

波長変換結晶２は、ＭｇＯドープ低比組成タンタル酸リチウムであり、波長０．５３２μｍの波長変換レーザ光を出す。
波長変換結晶２のｙ軸方向の幅は１ｍｍ、ｘ方向の幅は０．４ｍｍ、ｚ方向の幅は１ｍｍである。

ダミー材７，８は、セラミクスである。
ダミー材７，８のｘ方向の幅は０．３ｍｍである。

溝７，８の幅は０．１ｍｍ、深さは０．３ｍｍである。溝７，８の間隔は０．５ｍｍである。

図２に示すように、小型レーザ用光学素子１０１は、ｘ方向とｚ方向に関して形状に差がないヒートシンク１１を接着材１０で固着して使用される。
レーザ結晶１のｃ軸がｘ方向であり、ａ軸がｚ方向およびｙ軸方向である場合、一般的にはニアフィールドパターンＮは円形に近くなる。つまり、モードの楕円率が１に近くなる。

一方、図３に示すように、レーザ結晶１のｃ軸がｘ方向であり、ａ軸がｚ方向およびｙ軸方向であり、溝７，８を形成しない場合、一般的にはニアフィールドパターンＮはｘ方向に長い楕円形になる。つまり、モードの楕円率が１よりずっと小さくなる。

図３に示すようにニアフィールドパターンＮが楕円形になるのは、元々の熱レンズ効果の異方性によるためである。この元々の熱レンズ効果の異方性を相殺するように溝７，８による熱レンズ効果の異方性が作用するため、図２に示すようにニアフィールドパターンＮが円形になる。

−製造例−
特許文献１に開示の製造方法で溝７，８を形成しない小型レーザ用光学素子を製造し、ファーフィールドパターンの楕円率が１．２以上のものを１９個選んだ。次に、選んだ１９個の小型レーザ用光学素子にダイシング装置で溝７，８を形成した。
これら溝７，８を形成した小型レーザ用光学素子１０のファーフィールドパターンＮを測定したところ、１１個の楕円率が１．２より小さくなった。

−シミュレーション−
計算によるシミュレーションを行ったところ、溝７，８の延びる方向の熱レンズ効果が強まり、溝７，８に直交する方向の熱レンズ効果が弱まる結果が得られた。つまり、溝７，８を形成すると、溝７，８のないときのニアフィールドパターンＮが溝７，８の延びる方向には縮まり、溝７，８に直交する方向には伸びることになる。従って、溝７，８の延びる方向に溝７，８のないときのニアフィールドパターンＮが長い楕円形であるとき、溝７，８を形成することによりニアフィールドパターンＮが円形に近くなる。

−実施例２−
図４に示す小型レーザ用光学素子１０２は、実施例１の溝７，８の深さを最大化したものである。
実施例２のニアフィールドパターンＮも、図２に示すように円形に近くなる。

−実施例３−
図５に示す小型レーザ用光学素子１０３は、実施例１の溝７，８の幅を最大化したものである。
図６に示すように、一般的にはニアフィールドパターンＮは円形に近くなる。つまり、モードの楕円率が１に近くなる。

−実施例４−
図７に示す小型レーザ用光学素子１０４は、実施例３の溝７，８の深さを最大化したものである。
レーザ結晶１のｘ方向の幅Ｗｘは１ｍｍ，ｚ方向の幅Ｗｚは０．５ｍｍである。
図８に示すように、一般的にはニアフィールドパターンＮは円形に近くなる。つまり、モードの楕円率が１に近くなる。

−実施例５−
図９に示す小型レーザ用光学素子１０５は、波長変換結晶２のｘ方向の幅も実施例３のレーザ結晶１のｘ方向の幅Ｗｘに合わせたものである。
図１０に示すように、小型レーザ用光学素子１０５に、ｘ方向とｚ方向に関して形状に差がないヒートシンク１１を、接着材１０でｘ方向およびｚ方向に固着して使用した場合、接着材１０の厚さがｘ方向とｚ方向とで異なるため、一般的にはニアフィールドパターンＮは円形に近くなる。つまり、モードの楕円率が１に近くなる。
他方、図１１に示すように、小型レーザ用光学素子１０５に、ｘ方向とｚ方向に関して形状に差がないヒートシンク１１を、接着材１０でｘ方向にのみ固着して使用した場合、ｘ方向には接着材１０を介して伝熱し、ｚ方向には空隙ｇが伝熱しないため、一般的にはニアフィールドパターンＮは円形に近くなる。つまり、モードの楕円率が１に近くなる。

−実施例６−
図１２に示す小型レーザ用光学素子１０６は、実施例５の小型レーザ用光学素子１０５のｘ方向にのみヒートシンク１２，１２を取り付けたものである。
ｘ方向には接着材１０を介してヒートシンク１２に伝熱し放熱されるが、ｚ方向にはヒートシンクによる放熱がないため、一般的にはニアフィールドパターンＮは円形に近くなる。つまり、モードの楕円率が１に近くなる。

−実施例７−
図１３に示す小型レーザ用光学素子１０７は、実施例１の小型レーザ用光学素子１０１において、溝７，８を設ける代わりに、レーザ結晶１との間の隙間がｘ方向についてよりもｚ方向についての方が大きくなるヒートシンク１３を、接着材１０でｘ方向およびｚ方向に固着したものである。
接着材１０の厚さがｘ方向とｚ方向とで異なるため、一般的にはニアフィールドパターンＮは円形に近くなる。つまり、モードの楕円率が１に近くなる。

−実施例８−
図１４に示す小型レーザ用光学素子１０８は、実施例７の小型レーザ用光学素子１０７において、ヒートシンク１３を、接着材１０でｘ方向にのみ固着して使用したものである。
ｘ方向には接着材１０を介して伝熱し、ｚ方向には空隙ｇが伝熱しないため、一般的にはニアフィールドパターンＮは円形に近くなる。つまり、モードの楕円率が１に近くなる。

−実施例９−
図１５に示す小型レーザ用光学素子１０９は、実施例１の小型レーザ用光学素子１０１において、溝７，８を設ける代わりに、ｘ方向にのみヒートシンク１２，１２を取り付けたものである。
ｘ方向には接着材１０を介してヒートシンク１２に伝熱し放熱されるが、ｚ方向にはヒートシンクによる放熱がないため、一般的にはニアフィールドパターンＮは円形に近くなる。つまり、モードの楕円率が１に近くなる。

本発明の小型レーザ用光学素子は、例えばＳＨＧ波長変換技術を用いた半導体励起固体レーザ等に利用できる。

１レーザ結晶
２波長変換結晶
３，４ダミー材
５，６基本波用高反射膜
７，８溝
１０，２０小型レーザ用光学素子
Ｎニアフィールドパターン

Claims

光共振器端面となる部品（１）を含む小型レーザ用光学素子であって、前記光共振器端面となる部品（１）の熱レンズ効果の異方性を相殺するように、前記光共振器端面となる部品（１）の光軸（ｙ）に直交し且つ互いに直交する２方向（ｘ，ｚ）のうちの一方向に延びる２本以上の溝（７，８）を形成したことを特徴とする小型レーザ用光学素子。