JPH04158589A - 半導体レーザ励起固体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、半導体レーザを励起光源とし、レーザ共振器
内に非線形光学材料を配置した固体レーザ装置に関する
。

「従来の技術」 近年、半導体レーザ、特にレーザダイオード（以下ＬＤ
という）を励起光源とする固体レーザ装置の研究開発が
盛んに行なわれている。このＬＤ励起固体レーザは、従
来のランプ励起に比べ、励起光源の寿命が長いことや、
レーザ媒質での熱的影響がほとんどなく水冷の必要がな
いことから、小型・長寿命の全固体素子レーザとして注
目されている。

全固体素子レーザとしては、現在ＬＤがよく知られてい
るが、ＬＤは空間出力形状が楕円であることや、瞬間端
面破壊などの問題がある。ＬＤ励起固体レーザでは、そ
れらの問題は解消された上、励起準位での寿命が長いた
め、エネルギーを蓄えることができ、そのためＱスイッ
チ発振によって高いピーク出力が得られる等の特徴を有
している。

レーザ共振器内部に非線形光学材料を設けることにより
、ＬＤによっては発光が難しい緑色や青色等の可視光を
波長変換により容易に発生させることもできる。ＬＤ励
起固体レーザは、このような特徴を有するため、光情報
伝達装置、例えば光記録再生装置などの分野における応
用が期待されている。

第５図には、レーザ共振器内部に非線形光学材料を備え
た従来のＬＤ励起固体レーザ装置の一例が示されている
。すなわち、励起光源としてＬＤ６１が配置され、その
励起光７１の出射方向には、集光レンズ６３が配置され
ている。集光レンズ６３の光出射方向には、例えばＹＡ
Ｇなどのレーザ媒質６５が配置されている。レーザ媒質
６５の励起光７１の入射面には、励起光７１を透過し、
レーザ発振光７２を反射する光学膜７３が設けられてい
る。この光学膜７３は、ミラーとして機能し、光学膜７
３と出力ミラー６９とでレーザ共振器を構成する。そし
て、レーザ媒質６５と出力ミラー６９との間には非線形
光学材料６７が配置されている。出力ミラ−６９０入射
面には、レーザ発振光７２を反射し、非線形光学材料６
７で変換された波長変換光７４を透過する光学膜７０が
形成されている。

ＬＤ６１から出射される励起光７１は、集光レンズ６３
を通過して細いビームに絞られ、光学膜７３を通してレ
ーザ媒質６５の一方の端面から入射する。励起光７１は
、レーザ媒質６５内を通過するときに大部分が吸収され
、レーザ媒質から特定の波長のレーザ光が発生する。こ
のレーザ光は、非線形光学材料６７を通過して出力ミラ
ー６９の光学膜７０で反射され、レーザ媒質６Ｓの入射
面に形成された光学膜７３との間で反射を繰り返して、
レーザ発振光となる。このレーザ発振光７２は、非線形
光学材料６７を通過するときに一部が波長１／２の第２
高調波に変換され、この波長変換光７４が出力ミラー６
９を透過して出力される。

［発明が解決しようとする課題」 上記従来のＬＤ励起固体レーザ装置では、非線形光学材
料６７０１つの方向における対向面だけが光学研磨され
、反射防止膜を蒸着されており、１つの非線形光学材料
６７からは１つの短波長光しか得ることができなかった
。このため、例えば緑色と青色の２色を得ようとした場
合、２つの非線形光学材料を別々のモジュールに組み込
んで、それぞれのモジュールから波長変換光を得る必要
があった。したがって、非線形光学材料にかかるコスト
が増大するという問題があった。

したがって、本発明の目的は、１つの非線形光学材料か
ら波長の異なる複数の波長変換光を出力できるようにし
た半導体レーザ励起固体レーザ装置を提供することにあ
る。

「課題を解決するための手段」 上記目的を達成するため、本発明は、半導体レーザな励
起光源とし、共振器内に非線形光学材料を備えた半導体
レーザ励起固体レーザ装置において、 前記非線形光学材料は、異なる波長で位相整合がとれる
少なくとも２方向における対向面が光学研磨されており
、かつ 前記非線形光学材料は、前記少なくとも２方向に各々配
置された共振器中の光路上に配置され、前記各共振器か
ら異なる波長の波長変換光がそれぞれ取出されるように
したことを特徴とする。

本発明の好ましい態様においては、前記共振器の１つは
、前記半導体レーザと前記非線形光学材料との間にレー
ザ媒質を備え、前記レーザ媒質で発生したレーザ光及び
その波長変換光の各々の波長で位相整合がとれる方向に
配置されており、前記共振器のもう１つは、前記非線形
光学材料と出力ミラーとの間にレーザ媒質を備え、前記
半導体レーザの励起光の波長と、前記レーザ媒質で発生
したレーザ光の波長とのミキシング効果で位相整合がと
れる方向に配置されている。

本発明の別の好ましい態様においては、前記共振器の１
つは、レーザ媒質を含まず、前記半導体レーザのレーザ
光及びそれを非線形光学材料に直接通して発生した波長
変換光の各々の波長間で位相整合がとれる方向に配置さ
れており、前記共振器のもう１つは、前記半導体レーザ
と前記非線形光学材料との間にレーザ媒質を備え、前記
レーザ媒質で発生したレーザ光及びその波長変換光の各
々の波長間で位相整合がとれる方向に配置されている。

なお、非線形光学材料は、異なる波長で位相整合がとれ
る少なくとも２方向における対向面が、光学研磨される
とともに反射防止膜等の光学膜を蒸着されていてもよい
。

本発明において、レーザ媒質としては、例えばＹＡＧ、
ＹＬＦ、ＹＡＰ％ＹＶＯ４等の結晶を用いることができ
るが、好ましくはＹＡＧが用いられる。

また、非線形光学材料としては、例えばＫＮｂＯ，、Ｌ
ｉＮｂ０．、ＫＴｉＯＰＯ，、ＫＨ，ＰＯ４，に、ＴＰ
、ＢＢＯ等が好ましく用いられる。

「作用」 本発明では、非線形光学材料の異なる波長で位相整合が
とれる少なくとも２方向における対向面が光学研磨され
、各方向に共振器を配置して特定波長のレーザ発振光を
通すことによって、波長の異なる複数の波長変換光を同
時に出力することができる。また、複数の共振器内に１
つの非線形光学材料を共有するように配置したことによ
り、非線形光学材料にかかるコストを低減することがで
きる。

本発明の好ましい態様の一つにおいては、共振器の１つ
を、半導体レーザと非線形光学材料との間にレーザ媒質
を備えたものとし、レーザ媒質で発生したレーザ光及び
その波長変換光の各々の波長間で位相整合がとれる方向
に配置し、励起光をレーザ媒質に通して特定波長のレー
ザ光とし、このレーザ光を共振器で発振させるとともに
非線形光学材料に通して、その１／２の波長の波長変換
光を出力させる。また、共振器のもう１つは、非線形光
学材料と出力ミラーとの間にレーザ媒質を備えたものと
し、半導体レーザの励起光の波長と、レーザ媒質で発生
したレーザ光の波長とのミキシング効果で位相整合がと
れる方向に配置し、共振器及び非線形光学材料に、半導
体レーザの励起光と、レーザ媒質で発生したレーザ光と
を通して、ミキシング効果によって変換された波長変換
光を出力させる。

本発明の別の好ましい態様においては、共振器の１つを
、レーザ媒質を含まないものとし、半導体レーザのレー
ザ光及びそれを非線形光学材料に直接通して発生した波
長変換光の各々の波長間で位相整合がとれる方向に配置
して、半導体レーザのレーザ光の１７２の波長の波長変
換光を発振させて出力させる。それと同時に、もう１つ
の共振器を、レーザ媒質を含むものとし、レーザ媒質で
発生したレーザ光及びその波長変換光の各々の波長間で
位相整合がとれる方向に配置して、励起光をレーザ媒質
に通して特定波長のレーザ光とし、このレーザ光を共振
器で発振させるとともに非線形光学材料に通して、その
ｌ／２の波長の波長変換光を出力させる。

「実施例」 第１図には、本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置
の一実施例が示されている。

図において、１７は非線形光学材料であり、この実施例
ではＫＴＰが用いられている。第２図には、ＫＴＰから
なる非線形光学材料１７の方位が示されており、図にお
いて３５はＸ軸、３７はＹ軸である。、３９は、Ｘ軸３
５から約２６°Ｙ軸３７方向に回転させた方位であり、
λ＝１０６４ｎｍで位相整合がとれる方位である。また
、Ｙ軸３７は、λ＝　１０６４　ｎｍとω＝８０８ｒ＋
ｍとのミキシング効果で位相整合がとれる方位である。

そして、非線形光学材料１７における上記２つの方位に
位置する対向面、すなわち合計４つの面１７ａ、１７ｂ
、１７ｃ、１７ｄが光学研磨され、反射防止膜を蒸着さ
れている。

非線形光学材料１７の方位３９には、λ＝８０８ｎｍの
励起光２１を出射する半導体レーザ（ＬＤ）１１と、集
光レンズ１３と、ＹＡＧからなるレーザ媒質１５と、出
力ミラー１９とが、レーザ媒質１５と出力ミラー１９の
間に非線形光学材料１７を挟むようにして配置されてい
る。レーザ媒質１５の励起光２１入射側の端面には、励
起光２１に対しては反射防止膜として機能し、レーザ発
振光２２に対しては反射膜として機能する光学膜２３が
形成されている。また、出力ミラー１９のレーザ光入射
面には、レーザ発振光２２に対しては反射膜として機能
し、波長変換光２４に対しては反射防止膜として機能す
る光学膜２０が形成されている。そして、レーザ媒質１
５の光学膜２３と、出力ミラー１９の光学膜２０とで共
振器が構成されている。

非線形光学材料エフの方位３７には、λ＝８０８ｎｍの
励起光２１を出射する半導体レーザ（ＬＤ）１１と、集
光レンズ１３と、入力端ミラー３１と、ＹＡＧからなる
レーザ媒質１５と、出力ミラー１９とが、入力側ミラー
３１とレーザ媒質１５の間に非線形光学材料１７を挟む
ようにして配置されている。入力側ミラー３１の非線形
光学材料１７方向の面には、励起光２１に対しては反射
防止として機能し、レーザ発振光２２に対しては全面反
射となる光学膜３２が形成されている。

また、出力ミラー１９には、励起光２１及びレーザ発振
光２２に対しては全反射となり、非線形光学材料１７に
おけるミキシング効果で発生した波長変換光２６に対し
ては反射防止として機能する光学膜３４が形成されてい
る。

次に、この半導体レーザ励起固体レーザ装置の発振動作
について説明する。

まず、非線形光学材料１７の方位３９に配置された光学
系においては、半導体レーザ１１からえ：＝８０８ｎｍ
の励起光２１が出射され、この励起光２１は集光レンズ
１３を通して細いビームに絞られ、光学膜２３を通して
レーザ媒質１５に入射する。レーザ媒質１５は、励起光
２１を受けて励起され、え＝　１０６４　ｎｍのレーザ
光を発生する。このレーザ光は、非線形光学材料１７を
通過し、出力ミラー１９の光学膜２０で反射され、レー
ザ媒質１５の光学膜２３との間で反射を繰り返し、レー
ザ発振光２２となる。そして、レーザ発振光２２は、非
線形光学材料１７を通過するときに、その一部が１７２
の波長、すなわちλ＝５３２ｒ＋ｍの波長変換光２４と
なり、出力ミラー１９を透過して出力される。

また、非線形光学材料１７の方位３７に配置された光学
系においては、半導体レーザ１１からλ＝８０８ｎｍの
励起光２１が出射され、この励起光２１は、集光レンズ
１３を通して細いビームに絞られ、入力側ミラー３１及
び非線形光学材料１７を通過して、レーザ媒質１５に入
射する。レーザ媒質１５は、励起光２１を受けて励起さ
れ、λ＝１０６４　ｎｍのレーザ光を発生する。このレ
ーザ光は、出力ミラー１９の光学膜３４と、レーザ媒質
１５の光学膜２３との間で反射を繰り返し、レーザ発振
光２２となる。したがって、非線形光学材料１７には、
λ＝８０８ｎｍの励起光２１と、λ＝１０６４　ｎｍの
レーザ発振光２２が共に通過することとなり、ミキシン
グ効果によってん＝４５９ｒ＋ｍの波長変換光２６が発
生し、この波長変換光２６が出力ミラー１９を通過して
出力される。

このように、１つの非線形光学材料１７を用いて、λ＝
　５３２　ｒ＋ｍ　（緑色）の波長変換光２４と、λ＝
４５９ｎｍ（青色）の波長変換光２６とを同時に出力さ
せることができる。

第３図には、本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置
の他の実施例が示されている。

図において、４５は非線形光学材料であり、この実施例
ではＫＮｂＯ３の単結晶が用いられている。第４図には
、このＫＮｂＯｍからなる非線形光学材料４５の方位が
示されており、図において４７はａ軸、４９はＣ軸であ
る。５１は、ａ軸４７からＣ軸４９方向に約４５°回転
させた方位であり、え＝　１０６４　ｎｍでのダブリン
グにより位相整合がとれる方位である。また、ａ軸４７
は、え＝８６０１でのダブリングにより位相整合がとれ
る方位である。そして、非線形光学材料４５における上
記２つの方位に位置する対向面、すなわち合計４つの面
４５　ａ、　４５　ｂ、　４５　ｃ、　４５　ｄが光学
研磨され、反射防止膜を蒸着されている。

非線形光学材料４５の方位５１には、λ＝８０８ｎｍの
励起光２１を出射する半導体レーザ（ＬＤ）１１と、集
光レンズ１３と、ＹＡＧからなるレーザ媒質１５と、出
力ミラー１９とが、レーザ媒質１５と出力ミラー１９の
間に非線形光学材料４５を挟むようにして配置されてい
る。レーザ媒質１５の励起光２１入射側の端面には、励
起光２１に対しては反射防止膜として機能し、レーザ発
振光２２に対しては反射膜として機能する光学膜２３が
形成されている。また、出力ミラー１９のレーザ光入射
面には、レーザ発振光２２に対しては反射膜として機能
し、波長変換光２４に対しては反射防止膜として機能す
る光学膜２０が形成されている。そして、レーザ媒質１
５の光学膜２３と、出力ミラー１９の光学膜２０とで共
振器が構成されている。

非線形光学材料４５の方位４７には、λ＝８６０止のレ
ーザ光３５を出射する直接波長変換用半導体レーザ（Ｌ
Ｄ）４３と、集光レンズ１３と、入力側ミラー３１と、
出力ミラー１９とが、入力側ミラー３１と出力ミラー１
９の間に非線形光学材料４５を挟むようにして配置され
ている。入力側ミラー３１の非線形光学材料４５方向の
面には、半導体レーザ４３からのレーザ光３５に対して
は高反射膜として機能し、非線形光学材料４５において
変換された波長変換光３６に対しても高反射膜として機
能する光学膜３２が形成されている。

光学膜３２は高反射膜のため、レーザ光３５が共振器内
に入っていかないように思えるが、半導体レーザ４３の
線幅を細（し、共振器とのインピーダンスを整合させれ
ば、効率良く入射できる。また、出力ミラー１９には、
レーザ光３５に対しては高反射膜として機能し、波長変
換光３６に対しては低反射膜として機能する光学膜３４
が形成されている。

次に、この半導体レーザ励起固体レーザ装置の発振動作
について説明する。

まず、非線形光学材料４５の方位５１に配置された光学
系においては、半導体レーザ１１からλ＝８０８ｎｍの
励起光２１が出射され、この励起光２１は集光レンズ１
３を通して細いビームに絞られ、光学膜２３を通してレ
ーザ媒質１５に入射する。レーザ媒質１５は、励起光２
１を受けて励起され、λ＝　１０６４　ｎｍのレーザ光
を発生する。このレーザ光は、非線形光学材料４５を通
過し、出力ミラー１９の光学膜２０で反射され、レーザ
媒質１５の光学膜２３との間で反射を繰り返し、レーザ
発振光２２となる。そして、レーザ発振光２２は、非線
形光学材料１７を通過するときに、その一部が１７２の
波長、すなわちλ＝５３２ｎｍの波長変換光２４となり
、出力ミラー１９を透過して出力される。

また、非線形光学材料４５の方位４７に配置された光学
系においては、直接波長変換用半導体レーザ４３からλ
＝ｌ１６０ｎｍのレーザ光３５が出射され、集光レンズ
１３で絞られて、入力側ミラー３１を通して非線形光学
材料４５に入射し、レーザ光３５は、出力ミラー１９の
光学膜３４と入力側ミラー３１の光学膜３２との間で反
射を繰り返して共振する。この共振により、共振器内の
レーザ光３５の強度はエンハンスされ、このレーザ光３
５のエンハンスされた共振器モードが、非線形光学材料
４５を通るとき、レーザ光３５の一部が１／２の波長、
すなわちん＝４３０ｎｍの波長変換光３６となる。そし
て、この波長変換光３６は、波長変換光３６を透過する
光学膜３４を通して出力ミラー１９から出力される。

したがって、この装置では、１つの非線形光学材料４５
を用いて、ん＝５３２ｎｍ（緑色）の波長変換光２４と
、λ＝４３０ｎｍ（青色）の波長変換光３６とを同時に
出力させることができる。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明によれば、非線形光学材料
の異なる波長で位相整合がとれる少なくとも２方向に共
振器を配置することにより、１つの非線形光学材料を用
いて波長の異なる複数の波長変換光を出力させることが
できる。また、非線形光学材料を通した波長変換光を出
力させるので、例えば光記録再生装置や、高品質デイス
プレィなどに適した緑色、青色などの短波長のレーザ光
を得ることができる。更に、複数の共振器で１つの非線
形光学材料を共有させるので、装置のコンパクト化や、
非線形光学材料のコスト低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置の一
実施例を示すブロック図、第２図は第１図に示す装置に
おいて用いられる非線形光学材料の方位を示す説明図、
第３図は本発明の半導体レーザ励起固体レーザ装置の他
の実施例を示すブロック図、第４図は第３図に示す装置
において用いられる非線形光学材料の方位を示す説明図
、第５図は従来の半導体レーザ励起固体レーザ装置を示
すブロック図である。 図中、１１．４３は半導体レーザ、１３は集光レンズ、
１５はレーザ媒質、１７．４５は非線形光学材料、１９
は出力ミラー、３１は入力側ミラー、２０．２３．３２
．３４は光学膜、２１は励起光、２２はレーザ発振光、
２４．２６．３６は波長変換光である。 第５図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体レーザを励起光源とし、共振器内に非線形
   光学材料を備えた半導体レーザ励起固体レーザ装置にお
   いて、 前記非線形光学材料は、異なる波長で位相整合がとれる
   少なくとも２方向における対向面が光学研磨されており
   、かつ、 前記非線形光学材料は、前記少なくとも２方向に各々配
   置された共振器中の光路上に配置され、前記各共振器か
   ら異なる波長の波長変換光がそれぞれ取出されるように
   したことを特徴とする半導体レーザ励起固体レーザ装置
   。
2. （２）前記共振器の１つは、前記半導体レーザと前記非
   線形光学材料との間にレーザ媒質を備え、前記レーザ媒
   質で発生したレーザ光及びその波長変換光の各々の波長
   間で位相整合がとれる方向に配置されており、 前記共振器のもう１つは、前記非線形光学材料と出力ミ
   ラーとの間にレーザ媒質を備え、前記半導体レーザの励
   起光の波長と、前記レーザ媒質で発生したレーザ光の波
   長とのミキシング効果で位相整合がとれる方向に配置さ
   れている請求項１記載の半導体レーザ励起固体レーザ装
   置。
3. （３）前記共振器の１つは、レーザ媒質を含まず、前記
   半導体レーザのレーザ光及びそれを非線形光学材料に直
   接通して発生した波長変換光の各々の波長間で位相整合
   がとれる方向に配置されており、 前記共振器のもう１つは、前記半導体レーザと前記非線
   形光学材料との間にレーザ媒質を備え、前記レーザ媒質
   で発生したレーザ光及びその波長変換光の各々の波長間
   で位相整合がとれる方向に配置されている請求項１記載
   の半導体レーザ励起固体レーザ装置。