JPH0682862A - 半導体レーザ励起固体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ励起固体レーザ装置Info
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- JPH0682862A JPH0682862A JP4260542A JP26054292A JPH0682862A JP H0682862 A JPH0682862 A JP H0682862A JP 4260542 A JP4260542 A JP 4260542A JP 26054292 A JP26054292 A JP 26054292A JP H0682862 A JPH0682862 A JP H0682862A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ＬＤ励起固体レーザ装置に関し、高効率
化を可能とする３層反射防止膜と、該反射防止膜を設け
たＳＨＧ素子と、該素子を用いたＬＤ励起固体レーザ装
置の提供を目的とする。 【構成】 ３層反射防止膜はＳｉＯ2層、Ａｌ2Ｏ3
層、ＳｉＯ2層の順に構成され、かつ、それぞれの層の
波長１．０６μｍ付近における光学的膜厚が所定の関係
を満たす３層反射防止膜と、そのレーザ入出射端面に本
発明の３層反射防止膜を設けたＳＨＧ素子とは、このＳ
ＨＧ素子を用いたＬＤ励起固体レーザ装置である。 【効果】 残留反射をさらに低減できるため、該３
層反射防止膜を設けて作成したＳＨＧ素子を用いて構成
したＬＤ励起固体レーザ装置を用いれば、より効率よく
高出力のＳＨ波を得ることができる。
化を可能とする３層反射防止膜と、該反射防止膜を設け
たＳＨＧ素子と、該素子を用いたＬＤ励起固体レーザ装
置の提供を目的とする。 【構成】 ３層反射防止膜はＳｉＯ2層、Ａｌ2Ｏ3
層、ＳｉＯ2層の順に構成され、かつ、それぞれの層の
波長１．０６μｍ付近における光学的膜厚が所定の関係
を満たす３層反射防止膜と、そのレーザ入出射端面に本
発明の３層反射防止膜を設けたＳＨＧ素子とは、このＳ
ＨＧ素子を用いたＬＤ励起固体レーザ装置である。 【効果】 残留反射をさらに低減できるため、該３
層反射防止膜を設けて作成したＳＨＧ素子を用いて構成
したＬＤ励起固体レーザ装置を用いれば、より効率よく
高出力のＳＨ波を得ることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、第２高調波発生素子を
用いた半導体レーザ励起固体レーザ装置に関する。
用いた半導体レーザ励起固体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】第２高調波発生素子を用いた半導体レー
ザ（以下「ＬＤ」と示す。）、固体レーザ装置は、高密
度記録媒体である光ディスク等の記録および再生に利用
できると考えられている。
ザ（以下「ＬＤ」と示す。）、固体レーザ装置は、高密
度記録媒体である光ディスク等の記録および再生に利用
できると考えられている。
【０００３】図１は、固体レーザ素子は、発振波長が
１．０６μｍ付近であるＮｄドープＹＶＯ4、Ｎｄドー
プＹＡＧ等のＮｄドープ固体レーザ結晶から作成される
代表的な端面励起型ＬＤ励起固体レーザ装置の概略図お
よびＬＤからの励起光、基本波、第２高調波（以下「Ｓ
Ｈ波」と示す。）の光路である。ＬＤ励起固体レーザ装
置は、ＬＤ１、集光レンズ２、固体レーザ素子３、第２
高調波発生（以下「ＳＨＧ」と示す。）素子４、出力鏡
５および固体レーザ素子のＬＤ側の光学薄膜６とその反
対側の光学薄膜７、ＳＨＧ素子の固体レーザ素子側の光
学薄膜８とその反対側の光学薄膜９、出力鏡のＳＨＧ素
子側の光学薄膜１０から構成される。なお、Ｎｄドープ
ＹＡＧに代表される固体レーザ素子から発振するレーザ
が直線偏光でない場合は、ブリュースタ板等の偏光制御
素子が固体レーザ素子とＳＨＧ素子との間に配置される
場合がある。
１．０６μｍ付近であるＮｄドープＹＶＯ4、Ｎｄドー
プＹＡＧ等のＮｄドープ固体レーザ結晶から作成される
代表的な端面励起型ＬＤ励起固体レーザ装置の概略図お
よびＬＤからの励起光、基本波、第２高調波（以下「Ｓ
Ｈ波」と示す。）の光路である。ＬＤ励起固体レーザ装
置は、ＬＤ１、集光レンズ２、固体レーザ素子３、第２
高調波発生（以下「ＳＨＧ」と示す。）素子４、出力鏡
５および固体レーザ素子のＬＤ側の光学薄膜６とその反
対側の光学薄膜７、ＳＨＧ素子の固体レーザ素子側の光
学薄膜８とその反対側の光学薄膜９、出力鏡のＳＨＧ素
子側の光学薄膜１０から構成される。なお、Ｎｄドープ
ＹＡＧに代表される固体レーザ素子から発振するレーザ
が直線偏光でない場合は、ブリュースタ板等の偏光制御
素子が固体レーザ素子とＳＨＧ素子との間に配置される
場合がある。
【０００４】集光レンズ２により、集光されたＬＤ１の
励起光（波長０．８０９μｍ）は、固体レーザ素子３を
励起し、そこで発生した基本波は、固体レーザ素子３の
集光レンズ２側の光学薄膜６と出力鏡５の固体レーザ素
子３側の光学薄膜１０の間を共振し増幅される。この光
学薄膜６と光学薄膜１０で構成されるファブリペロー干
渉計をレーザ共振器と言うが、基本波はこのレーザ共振
器内に閉じこめられ増幅を繰り返し、ＳＨＧ素子４を通
過した基本波の一部はＳＨ波に変換され、ＳＨ波のみが
出力鏡５より出射する。
励起光（波長０．８０９μｍ）は、固体レーザ素子３を
励起し、そこで発生した基本波は、固体レーザ素子３の
集光レンズ２側の光学薄膜６と出力鏡５の固体レーザ素
子３側の光学薄膜１０の間を共振し増幅される。この光
学薄膜６と光学薄膜１０で構成されるファブリペロー干
渉計をレーザ共振器と言うが、基本波はこのレーザ共振
器内に閉じこめられ増幅を繰り返し、ＳＨＧ素子４を通
過した基本波の一部はＳＨ波に変換され、ＳＨ波のみが
出力鏡５より出射する。
【０００５】ところで、レーザ共振器内に、たとえば、
固体レーザ素子３による吸収や端面での反射、光学薄膜
６，７，８，９，１０による吸収や散乱など、基本波に
対する損失があると、基本波のレーザ発振効率を極端に
低下させる原因になり、したがって、ＳＨ波出力も大幅
に低下する。そこで、固体レーザ素子およびＳＨＧ素子
には、基本波の反射を防ぎ共振器内のレーザ光の損失を
小さくするために反射防止膜を施していた。
固体レーザ素子３による吸収や端面での反射、光学薄膜
６，７，８，９，１０による吸収や散乱など、基本波に
対する損失があると、基本波のレーザ発振効率を極端に
低下させる原因になり、したがって、ＳＨ波出力も大幅
に低下する。そこで、固体レーザ素子およびＳＨＧ素子
には、基本波の反射を防ぎ共振器内のレーザ光の損失を
小さくするために反射防止膜を施していた。
【０００６】従来より、基本波として波長１．０６μｍ
のレーザ光を用い、波長１．０６μｍ付近の屈折率が
２．１０〜２．５０の物をＳＨＧ素子として用いる場
合、波長１．０６μｍ付近における屈折率が１．４４の
ＳｉＯ2膜あるいは１．６０のＡｌ2Ｏ3膜の光学的膜厚
０．２５λ0（λ0は基本波の発振波長１．０６μｍ）の
単層反射防止膜を施している。と言うのは、波長１．０
６μｍ付近における屈折率が２．２３のＬｉＮｂＯ3に
光学的膜厚０．２５λ0の単層反射防止膜を設ける場
合、残留反射を零にするために必要とされる該単層反射
防止膜の理論屈折率ｎFは、ｎ0，ｎSをそれぞれ空気
（ｎ0≒１），ＳＨＧ素子の波長１．０６μｍ付近にお
ける屈折率としたときに、反射防止条件式(6)により求
めることができ、１．４９となるが、一般的な光学薄膜
の中に１．４９の屈折率を有する光学薄膜は存在しな
い。そのため、屈折率か１．４９に近いＳｉＯ2あるい
はＡｌ2Ｏ3を用いた単層反射防止膜が採用されていた。
このＳＨＧ素子の単層反射防止膜により、ＳＨＧ素子の
レーザ入出射端面の反射率が極端に低下したため、レー
ザ共振器内の基本波は、共振しながらレーザエネルギー
を増幅することができた。
のレーザ光を用い、波長１．０６μｍ付近の屈折率が
２．１０〜２．５０の物をＳＨＧ素子として用いる場
合、波長１．０６μｍ付近における屈折率が１．４４の
ＳｉＯ2膜あるいは１．６０のＡｌ2Ｏ3膜の光学的膜厚
０．２５λ0（λ0は基本波の発振波長１．０６μｍ）の
単層反射防止膜を施している。と言うのは、波長１．０
６μｍ付近における屈折率が２．２３のＬｉＮｂＯ3に
光学的膜厚０．２５λ0の単層反射防止膜を設ける場
合、残留反射を零にするために必要とされる該単層反射
防止膜の理論屈折率ｎFは、ｎ0，ｎSをそれぞれ空気
（ｎ0≒１），ＳＨＧ素子の波長１．０６μｍ付近にお
ける屈折率としたときに、反射防止条件式(6)により求
めることができ、１．４９となるが、一般的な光学薄膜
の中に１．４９の屈折率を有する光学薄膜は存在しな
い。そのため、屈折率か１．４９に近いＳｉＯ2あるい
はＡｌ2Ｏ3を用いた単層反射防止膜が採用されていた。
このＳＨＧ素子の単層反射防止膜により、ＳＨＧ素子の
レーザ入出射端面の反射率が極端に低下したため、レー
ザ共振器内の基本波は、共振しながらレーザエネルギー
を増幅することができた。
【０００７】 ｎF＝（ｎ0ｎS）1/2 (6)
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術として前述
したＳＨＧ素子の単層反射防止膜では、ＳＨＧ素子のレ
ーザ入出射端面に、反射防止膜を施したにもかかわらず
反射防止膜の屈折率条件が完全でないためにわずかに反
射が残る残留反射があり、ＬＤ励起固体レーザ装置の高
効率化の妨げになっていた。すなわち、従来の単層反射
防止膜の残留反射率Ｒは、ｎ0，ｎS，ｎFをそれぞれ空
気（ｎ0≒１），ＳＨＧ素子，単層反射防止膜の波長
１．０６μｍ付近における屈折率としたときに式(7)に
より求めることができ、屈折率が２．２３のＬｉＮｂＯ
3にＳｉＯ2膜あるいはＡｌ2Ｏ3膜の反射防止膜を施した
場合の残留反射率は、それぞれ０．１３％、０．４７％
である。この残留反射はレーザ共振器内の基本波のレー
ザエネルギーの損失になり、レーザ発振効率を低下させ
ていた。
したＳＨＧ素子の単層反射防止膜では、ＳＨＧ素子のレ
ーザ入出射端面に、反射防止膜を施したにもかかわらず
反射防止膜の屈折率条件が完全でないためにわずかに反
射が残る残留反射があり、ＬＤ励起固体レーザ装置の高
効率化の妨げになっていた。すなわち、従来の単層反射
防止膜の残留反射率Ｒは、ｎ0，ｎS，ｎFをそれぞれ空
気（ｎ0≒１），ＳＨＧ素子，単層反射防止膜の波長
１．０６μｍ付近における屈折率としたときに式(7)に
より求めることができ、屈折率が２．２３のＬｉＮｂＯ
3にＳｉＯ2膜あるいはＡｌ2Ｏ3膜の反射防止膜を施した
場合の残留反射率は、それぞれ０．１３％、０．４７％
である。この残留反射はレーザ共振器内の基本波のレー
ザエネルギーの損失になり、レーザ発振効率を低下させ
ていた。
【０００９】 Ｒ＝（ｎ0ｎS−ｎF 2）2／（ｎ0ｎS＋ｎF 2）2 (7)
【００１０】本発明は、上記観点よりなされたものであ
り、半導体レーザと、集光レンズと、Ｎｄドープ固体レ
ーザ結晶から成る固体レーザ素子と、波長１．０６μｍ
付近における屈折率が２．１０〜２．５０のＳＨＧ素子
と、出力鏡とから基本的に構成される半導体レーザ励起
固体レーザ装置において、さらに高効率化を可能とする
３層反射防止膜と、該反射防止膜を設けたＳＨＧ素子
と、該素子を用いたＬＤ励起固体レーザ装置の提供を目
的とする。
り、半導体レーザと、集光レンズと、Ｎｄドープ固体レ
ーザ結晶から成る固体レーザ素子と、波長１．０６μｍ
付近における屈折率が２．１０〜２．５０のＳＨＧ素子
と、出力鏡とから基本的に構成される半導体レーザ励起
固体レーザ装置において、さらに高効率化を可能とする
３層反射防止膜と、該反射防止膜を設けたＳＨＧ素子
と、該素子を用いたＬＤ励起固体レーザ装置の提供を目
的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の３層反射防止膜はＳｉＯ2層、Ａｌ2Ｏ3層、ＳｉＯ2
層の順に構成され、かつ、それぞれの膜の波長１．０６
μｍ付近におけるＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3との屈折率をｎL、
ｎH とし、物理的膜厚をｄL、ｄH とした時に、第１及
び第３層の光学的膜厚ｎLｄLと、第２層の光学的膜厚ｎ
HｄH とが、下記式(8)〜(12)を満足するものであり、好
ましくは第２層のＡｌ2Ｏ3の平均グレインサイズ（粒
径）が１０ｎｍ以下となっているものである。そして、
本発明のＳＨＧ素子は、そのレーザ入出射端面に本発明
の３層反射防止膜を設けたものであり、さらに本発明の
ＬＤ励起固体レーザ装置は、本発明のＳＨＧ素子を用い
たＬＤ励起固体レーザ装置である。
明の３層反射防止膜はＳｉＯ2層、Ａｌ2Ｏ3層、ＳｉＯ2
層の順に構成され、かつ、それぞれの膜の波長１．０６
μｍ付近におけるＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3との屈折率をｎL、
ｎH とし、物理的膜厚をｄL、ｄH とした時に、第１及
び第３層の光学的膜厚ｎLｄLと、第２層の光学的膜厚ｎ
HｄH とが、下記式(8)〜(12)を満足するものであり、好
ましくは第２層のＡｌ2Ｏ3の平均グレインサイズ（粒
径）が１０ｎｍ以下となっているものである。そして、
本発明のＳＨＧ素子は、そのレーザ入出射端面に本発明
の３層反射防止膜を設けたものであり、さらに本発明の
ＬＤ励起固体レーザ装置は、本発明のＳＨＧ素子を用い
たＬＤ励起固体レーザ装置である。
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】但し、ｎS はＳＨＧ素子の波長１．０６μ
ｍ付近における屈折率を示し、δL、δH はそれぞれ第
１層及び第３層のＳｉＯ2層と、第２層のＡｌ2Ｏ3層の
位相差を示し、λ0 は基本波の発振波長１．０６μｍを
示す。
ｍ付近における屈折率を示し、δL、δH はそれぞれ第
１層及び第３層のＳｉＯ2層と、第２層のＡｌ2Ｏ3層の
位相差を示し、λ0 は基本波の発振波長１．０６μｍを
示す。
【００１８】
【作用】反射防止膜は、基本波に対して低損失でなけれ
ばならない。もし、この反射防止膜に損失があるとレー
ザの発振効率を低下させる原因となるからである。反射
防止膜のレーザ共振器内の基本波に対する損失の原因に
は、吸収、散乱そして反射がある。吸収と散乱について
は、各層を構成する膜材質の物性に直接関係するもので
あるが、反射防止膜として用いる材質には耐湿性が求め
られているため、耐湿性に優れた酸化物系の誘電体光学
薄膜とする必要があり、この観点より膜材質としてＳｉ
Ｏ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＴｉＯ2
の適否を検討した。
ばならない。もし、この反射防止膜に損失があるとレー
ザの発振効率を低下させる原因となるからである。反射
防止膜のレーザ共振器内の基本波に対する損失の原因に
は、吸収、散乱そして反射がある。吸収と散乱について
は、各層を構成する膜材質の物性に直接関係するもので
あるが、反射防止膜として用いる材質には耐湿性が求め
られているため、耐湿性に優れた酸化物系の誘電体光学
薄膜とする必要があり、この観点より膜材質としてＳｉ
Ｏ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＴｉＯ2
の適否を検討した。
【００１９】1) 低吸収材料の選定 波長１．０６μｍにおける光学薄膜の吸収は、光学薄膜
にレーザを照射し、その温度上昇特性を解析することか
ら光学薄膜の吸収を求める特開平３−２２３６５９記載
のレーザカロリーメータ法を適用して測定した。表１に
示す測定結果から、ＳｉＯ2膜とＡｌ2Ｏ3膜の吸収が小
さいことがわかる。
にレーザを照射し、その温度上昇特性を解析することか
ら光学薄膜の吸収を求める特開平３−２２３６５９記載
のレーザカロリーメータ法を適用して測定した。表１に
示す測定結果から、ＳｉＯ2膜とＡｌ2Ｏ3膜の吸収が小
さいことがわかる。
【００２０】 表 １ ─────────────────────────────────── 膜材質 ＳｉＯ2 Ａｌ2Ｏ3 ＺｒＯ2 ＨｆＯ2 Ｔａ2Ｏ5 ＴｉＯ2 ─────────────────────────────────── 吸収(ppm) ＜１０ ＜１０ ２０ １５ ３０ ４０ ───────────────────────────────────
【００２１】2) 低散乱材料の選定 散乱をＴＩＳとし、表面粗さをσとすると、両者の間に
は式(13)に示される関係がある。 ＴＩＳ＝（４πσ／λTIS）2 (13) ここで、λTIS は測定レーザ波長である。
は式(13)に示される関係がある。 ＴＩＳ＝（４πσ／λTIS）2 (13) ここで、λTIS は測定レーザ波長である。
【００２２】式１３が示すように、散乱は表面粗さの自
乗に比例するので、散乱を小さくするためには表面粗さ
を小さくしなければならない。光学薄膜の場合、表面粗
さを小さくすることは、グレインサイズを小さくするこ
とに相当する。このことより、本発明において、光学薄
膜の散乱については波長１．０６μｍのレーザ光の散乱
を直接測定せずに走査型電子顕微鏡を用いて、光学薄膜
のグレインサイズを測定し、評価した。測定結果を表２
に示した。そして、表２よりＳｉＯ2膜とＡｌ2Ｏ 3膜の
グレインサイズが小さいことがわかった。 1) の結果と
合せれば、ＳＨＧ素子の多層反射防止膜を構成する各層
の膜材質は、ＳｉＯ2膜とＡｌ2Ｏ3膜の組合せが最適と
言える。
乗に比例するので、散乱を小さくするためには表面粗さ
を小さくしなければならない。光学薄膜の場合、表面粗
さを小さくすることは、グレインサイズを小さくするこ
とに相当する。このことより、本発明において、光学薄
膜の散乱については波長１．０６μｍのレーザ光の散乱
を直接測定せずに走査型電子顕微鏡を用いて、光学薄膜
のグレインサイズを測定し、評価した。測定結果を表２
に示した。そして、表２よりＳｉＯ2膜とＡｌ2Ｏ 3膜の
グレインサイズが小さいことがわかった。 1) の結果と
合せれば、ＳＨＧ素子の多層反射防止膜を構成する各層
の膜材質は、ＳｉＯ2膜とＡｌ2Ｏ3膜の組合せが最適と
言える。
【００２３】 表 ２ ─────────────────────────────────── 膜材質 ＳｉＯ2 Ａｌ2Ｏ3 ＺｒＯ2 ＨｆＯ2 Ｔａ2Ｏ5 ＴｉＯ2 ─────────────────────────────────── グレイン ５ １０ ２５ ２０ ２０ １０ サイズ(nm) 〜１５ 〜２０ 〜３０ 〜３０ 〜３０ 〜３０ ───────────────────────────────────
【００２４】3) ２層反射防止膜の可能性 吸収と散乱によるレーザ共振器内の基本波に対する損失
を小さくするために、多層反射防止膜の全体の膜厚を薄
くすれば良いことは明かである。しかし、膜厚と反射率
と材料の屈折率とは一定の関係があり、単に薄くしても
反射率を低減するという目的は達成できない。そこで、
ＳｉＯ2膜（屈折率：１．４４）とＡｌ2Ｏ3膜（屈折
率：１．６０）とを組合せ、反射率を最小とし得る膜厚
に付いて検討した。
を小さくするために、多層反射防止膜の全体の膜厚を薄
くすれば良いことは明かである。しかし、膜厚と反射率
と材料の屈折率とは一定の関係があり、単に薄くしても
反射率を低減するという目的は達成できない。そこで、
ＳｉＯ2膜（屈折率：１．４４）とＡｌ2Ｏ3膜（屈折
率：１．６０）とを組合せ、反射率を最小とし得る膜厚
に付いて検討した。
【００２５】空気側から第１層目の材質の屈折率をｎ1
とし、物理的膜厚をｄ1とし、第２層目の材質の屈折率
をｎ2とし、物理的膜厚をｄ2とした時、光学的膜厚ｎ1
ｄ1、ｎ2ｄ2がそれぞれ０．２５λ0の２層反射防止膜で
は式(14)、あるいは式(15)を満足しなければならない。
とし、物理的膜厚をｄ1とし、第２層目の材質の屈折率
をｎ2とし、物理的膜厚をｄ2とした時、光学的膜厚ｎ1
ｄ1、ｎ2ｄ2がそれぞれ０．２５λ0の２層反射防止膜で
は式(14)、あるいは式(15)を満足しなければならない。
【００２６】 ｎ1 2ｎS＝ｎ2 2ｎ0 (14)
【００２７】 ｎ1ｎ2＝ｎ0ｎS (15) 但し、ｎ0、ｎSは、それぞれ空気（ｎ0≒１）、ＳＨＧ
素子の波長１．０６μｍ付近における屈折率である。
素子の波長１．０６μｍ付近における屈折率である。
【００２８】式(14)、あるいは式(15)のｎ1，ｎ2にＳｉ
Ｏ2膜とＡｌ2Ｏ3膜の屈折率を代入すると、式１４も式
１５は成立しない。よって、ＳｉＯ2膜とＡｌ2Ｏ3膜と
を用いる限り、第１層目の光学的膜厚ｎ1ｄ1が０．２５
λ0、第２層目の光学的膜厚ｎ2ｄ2が０．２５λ0となる
の２層反射防止膜は設計不可能である。
Ｏ2膜とＡｌ2Ｏ3膜の屈折率を代入すると、式１４も式
１５は成立しない。よって、ＳｉＯ2膜とＡｌ2Ｏ3膜と
を用いる限り、第１層目の光学的膜厚ｎ1ｄ1が０．２５
λ0、第２層目の光学的膜厚ｎ2ｄ2が０．２５λ0となる
の２層反射防止膜は設計不可能である。
【００２９】次に、空気側から第１層、第２層とした時
の各層の光学的膜厚が何れも０．２５λ0ではない２層
膜が反射防止膜として機能するためには、第１層目の屈
折率ｎ1と第２層目の屈折率ｎ2は式(16)を満足しなけれ
ばならない。式(16)の屈折率ｎ2にＡｌ2Ｏ3膜の屈折率
を代入すると、屈折率ｎ1は１．０７以下となり、第１
層膜の材質としてＳｉＯ2を用いることはできないこと
がわかる。よって、第１，２層膜の各光学的膜厚が０．
２５λ0でない２層膜反射防止膜も設計不可能である。
の各層の光学的膜厚が何れも０．２５λ0ではない２層
膜が反射防止膜として機能するためには、第１層目の屈
折率ｎ1と第２層目の屈折率ｎ2は式(16)を満足しなけれ
ばならない。式(16)の屈折率ｎ2にＡｌ2Ｏ3膜の屈折率
を代入すると、屈折率ｎ1は１．０７以下となり、第１
層膜の材質としてＳｉＯ2を用いることはできないこと
がわかる。よって、第１，２層膜の各光学的膜厚が０．
２５λ0でない２層膜反射防止膜も設計不可能である。
【００３０】 ｎ1≦（ｎ0／ｎS）0.5ｎ2 (16)
【００３１】4) ３層反射防止膜 種々検討した結果、本発明者は３層反射防止膜としてＳ
ｉＯ2とＡｌ2Ｏ3とを用いることにより本発明の目的を
達成できる反射防止膜の作成が可能であることがわかっ
た。以下これについて説明する。
ｉＯ2とＡｌ2Ｏ3とを用いることにより本発明の目的を
達成できる反射防止膜の作成が可能であることがわかっ
た。以下これについて説明する。
【００３２】すなわち、第１層と第３層とが同じ材質で
同じ厚さの３層反射防止膜を想定した光学計算によれ
ば、ＳＨＧ素子と第１及び第３層と第２層との波長１．
０６μｍ付近における屈折率をそれぞれｎS、ｎL、ｎH
とし、第１及び第３層と第２層との位相差をそれぞれδ
L、δH とし、第１及び第３層と第２層との物理的膜厚
をそれぞれｄL、ｄH とし、λ0を基本波の発振波長１．
０６μｍとしたとき、下記式(17)〜(21)を満足する第１
及び第３層の光学的膜厚ｎLｄLと第２層の光学的膜厚ｎ
HｄHとが有理解として存在するならば、その解を光学的
膜厚とする３層反射防止膜が本発明の目的を達成するも
のとなる。
同じ厚さの３層反射防止膜を想定した光学計算によれ
ば、ＳＨＧ素子と第１及び第３層と第２層との波長１．
０６μｍ付近における屈折率をそれぞれｎS、ｎL、ｎH
とし、第１及び第３層と第２層との位相差をそれぞれδ
L、δH とし、第１及び第３層と第２層との物理的膜厚
をそれぞれｄL、ｄH とし、λ0を基本波の発振波長１．
０６μｍとしたとき、下記式(17)〜(21)を満足する第１
及び第３層の光学的膜厚ｎLｄLと第２層の光学的膜厚ｎ
HｄHとが有理解として存在するならば、その解を光学的
膜厚とする３層反射防止膜が本発明の目的を達成するも
のとなる。
【００３３】
【００３４】
【００３５】
【００３６】
【００３７】 但し、ｎS はＳＨＧ素子の波長１．０６μｍ付近におけ
る屈折率を示し、δL、δH はそれぞれ第１層及び第３
層のＳｉＯ2層と、第２層のＡｌ2Ｏ3層の位相差を示
し、λ0 は基本波の発振波長１．０６μｍを示す。
る屈折率を示し、δL、δH はそれぞれ第１層及び第３
層のＳｉＯ2層と、第２層のＡｌ2Ｏ3層の位相差を示
し、λ0 は基本波の発振波長１．０６μｍを示す。
【００３８】本発明において、例えば第１，３層がＳｉ
Ｏ2で、第２層がＡｌ2Ｏ3のＬｉＮｂＯ3製ＳＨＧ素子用
３層反射防止膜の各層の光学的膜厚を求めると、ＬｉＮ
ｂＯ3の屈折率ｎSは２．２３と前記各値より、空気側か
ら第１層目のＳｉＯ2の光学的膜厚ｎLｄLは０．０９７
λ0、第２層目のＡｌ2Ｏ3の光学的膜厚ｎHｄHは０．０
５６λ0、第３層目のＳｉＯ2の光学的膜厚ｎLｄLは０．
０９７λ0となる。よって、各層の光学的膜厚が上記対
応する値となる３層反射防止膜が本発明の３層反射防止
膜の１例となる。
Ｏ2で、第２層がＡｌ2Ｏ3のＬｉＮｂＯ3製ＳＨＧ素子用
３層反射防止膜の各層の光学的膜厚を求めると、ＬｉＮ
ｂＯ3の屈折率ｎSは２．２３と前記各値より、空気側か
ら第１層目のＳｉＯ2の光学的膜厚ｎLｄLは０．０９７
λ0、第２層目のＡｌ2Ｏ3の光学的膜厚ｎHｄHは０．０
５６λ0、第３層目のＳｉＯ2の光学的膜厚ｎLｄLは０．
０９７λ0となる。よって、各層の光学的膜厚が上記対
応する値となる３層反射防止膜が本発明の３層反射防止
膜の１例となる。
【００３９】また、式(17)〜(21)のｎLをＡｌ2Ｏ3の屈
折率、ｄLをＡｌ2Ｏ3の物理的膜厚とし、ｎHをＳｉＯ2
の屈折率、ｄHをＳｉＯ2の物理的膜厚に置き換えて計算
した場合、空気側から第１層目のＡｌ2Ｏ3の光学的膜厚
ｎLｄLは０．０６８λ0、第２層目のＳｉＯ2の光学的膜
厚ｎHｄHは０．１１４λ0、第３層目のＡｌ2Ｏ3の光学
的膜厚ｎLｄLは０．０６８λ0の膜構成となり、上記の
３層反射防止膜と同様本発明の３層反射防止膜となり得
る。しかし、第１層目にはより硬度が高く、耐湿性に優
れたＳｉＯ2を用いることが必要であり、よってこの観
点よりこの構成の膜は本発明の３層反射防止膜とはなり
得ない。また、３層反射防止膜のレーザ共振器内の基本
波に対する損失を低減するために、第２層目のＡｌ2Ｏ3
層のグレインサイズを１０ｎｍ以下とすることが好まし
い。
折率、ｄLをＡｌ2Ｏ3の物理的膜厚とし、ｎHをＳｉＯ2
の屈折率、ｄHをＳｉＯ2の物理的膜厚に置き換えて計算
した場合、空気側から第１層目のＡｌ2Ｏ3の光学的膜厚
ｎLｄLは０．０６８λ0、第２層目のＳｉＯ2の光学的膜
厚ｎHｄHは０．１１４λ0、第３層目のＡｌ2Ｏ3の光学
的膜厚ｎLｄLは０．０６８λ0の膜構成となり、上記の
３層反射防止膜と同様本発明の３層反射防止膜となり得
る。しかし、第１層目にはより硬度が高く、耐湿性に優
れたＳｉＯ2を用いることが必要であり、よってこの観
点よりこの構成の膜は本発明の３層反射防止膜とはなり
得ない。また、３層反射防止膜のレーザ共振器内の基本
波に対する損失を低減するために、第２層目のＡｌ2Ｏ3
層のグレインサイズを１０ｎｍ以下とすることが好まし
い。
【００４０】次に本発明の第２次高調波発生素子は、上
記の様な構成の本発明の３層反射防止膜をそのレーザ入
出射端面に設けたものである。この３層反射防止膜を設
けるに際し適用できる方法としては、真空蒸着法、スパ
ッタリング法等があり、特にこだわるものではないが、
第２層のＡｌ2Ｏ3膜のグレインサイズを小さくするため
には酸素のイオンアシスト蒸着法を用いることが好まし
い。因みに、基板加熱温度を３００℃とする一般的な電
子ビーム蒸着法によりＡｌ2Ｏ3膜を作成すれば、グレイ
ンサイズは１０〜２０ｎｍであるが、イオン化ガスとし
て酸素を用い、加速電圧を１００Ｖとし、加速電流を１
０ｍＡとしてイオンアシスト蒸着法によりＡｌ2Ｏ3膜を
作成すれば、グレインサイズを５〜１０ｎｍとなる。な
お、第１及び第３層目のＳｉＯ2膜ついては、イオンア
シストを適用してもグレインサイズは変化しないが、膜
形成の都合上イオンアシスト法を適用しても支障はな
い。この際、イオン加速電圧が５００Ｖ程度より高くな
るとＳｉＯ2膜がわずかに着色することがあるので注意
を要する。最後に、本発明のＬＤ励起固体レーザ装置
は、本発明のＳＨＧ素子を用いたＬＤ励起固体レーザ装
置であり、それ以上説明を要しない。
記の様な構成の本発明の３層反射防止膜をそのレーザ入
出射端面に設けたものである。この３層反射防止膜を設
けるに際し適用できる方法としては、真空蒸着法、スパ
ッタリング法等があり、特にこだわるものではないが、
第２層のＡｌ2Ｏ3膜のグレインサイズを小さくするため
には酸素のイオンアシスト蒸着法を用いることが好まし
い。因みに、基板加熱温度を３００℃とする一般的な電
子ビーム蒸着法によりＡｌ2Ｏ3膜を作成すれば、グレイ
ンサイズは１０〜２０ｎｍであるが、イオン化ガスとし
て酸素を用い、加速電圧を１００Ｖとし、加速電流を１
０ｍＡとしてイオンアシスト蒸着法によりＡｌ2Ｏ3膜を
作成すれば、グレインサイズを５〜１０ｎｍとなる。な
お、第１及び第３層目のＳｉＯ2膜ついては、イオンア
シストを適用してもグレインサイズは変化しないが、膜
形成の都合上イオンアシスト法を適用しても支障はな
い。この際、イオン加速電圧が５００Ｖ程度より高くな
るとＳｉＯ2膜がわずかに着色することがあるので注意
を要する。最後に、本発明のＬＤ励起固体レーザ装置
は、本発明のＳＨＧ素子を用いたＬＤ励起固体レーザ装
置であり、それ以上説明を要しない。
【００４１】
【実施例】次に本発明の実施例について述べる。 （実施例１）以下に本発明の実施例を詳細に説明する。
具体的には、ＬＤ励起固体レーザ装置に用いている屈折
率ｎSが２．２３のＬｉＮｂＯ3のＳＨＧ素子の３層反射
防止膜について説明する。
具体的には、ＬＤ励起固体レーザ装置に用いている屈折
率ｎSが２．２３のＬｉＮｂＯ3のＳＨＧ素子の３層反射
防止膜について説明する。
【００４２】はじめに、各層の光学的膜厚を求める。
（１７）〜（２１）式のｎL、ｎHにそれぞれＳｉＯ2膜
の屈折率１．４４、Ａｌ2Ｏ3膜の屈折率１．６０を代入
して計算すると、第１層目と第３層目（ＳｉＯ2膜）の
光学的膜厚ｎLｄLと、第２層目（Ａｌ2Ｏ3膜）の光学的
膜厚ｎHｄHとはそれぞれ０．０９７λ0，０．０５６λ0
となる。
（１７）〜（２１）式のｎL、ｎHにそれぞれＳｉＯ2膜
の屈折率１．４４、Ａｌ2Ｏ3膜の屈折率１．６０を代入
して計算すると、第１層目と第３層目（ＳｉＯ2膜）の
光学的膜厚ｎLｄLと、第２層目（Ａｌ2Ｏ3膜）の光学的
膜厚ｎHｄHとはそれぞれ０．０９７λ0，０．０５６λ0
となる。
【００４３】次に、３層反射防止膜の作成方法を述べ
る。ＳＨＧ素子を洗剤，有機溶剤等を用いて超音波洗浄
を行った。反射防止膜の作成にはイオンアシスト蒸着装
置を用い、試料をセットした後、３００℃ に加熱しな
がら、１×１０-6Ｔｏｒｒまで排気し、イオン化ガスと
して酸素を用い、蒸着速度０．５ｎｍ／ｓｅｃで所定の
厚さのＳｉＯ2膜を形成した。次いで、酸素ガスを１×
１０-4Ｔｏｒｒまで導入し、イオン化ガスとして酸素を
用い、加速電圧を１００Ｖとし、加速電流を１０ｍＡと
する、所謂イオンアシスト法を用いて０．３ｎｍ／ｓｅ
ｃの蒸着速度で所定の厚さのＡｌ2Ｏ3膜を形成した。そ
して、再度１×１０-6Ｔｏｒｒまで排気し、イオン化ガ
スとして酸素ガスを用い、蒸着速度０．５ｎｍ／ｓｅｃ
で所定の厚さのＳｉＯ2膜を形成した。なお、各層の光
学的膜厚の制御には光学的干渉モニターを用いた。
る。ＳＨＧ素子を洗剤，有機溶剤等を用いて超音波洗浄
を行った。反射防止膜の作成にはイオンアシスト蒸着装
置を用い、試料をセットした後、３００℃ に加熱しな
がら、１×１０-6Ｔｏｒｒまで排気し、イオン化ガスと
して酸素を用い、蒸着速度０．５ｎｍ／ｓｅｃで所定の
厚さのＳｉＯ2膜を形成した。次いで、酸素ガスを１×
１０-4Ｔｏｒｒまで導入し、イオン化ガスとして酸素を
用い、加速電圧を１００Ｖとし、加速電流を１０ｍＡと
する、所謂イオンアシスト法を用いて０．３ｎｍ／ｓｅ
ｃの蒸着速度で所定の厚さのＡｌ2Ｏ3膜を形成した。そ
して、再度１×１０-6Ｔｏｒｒまで排気し、イオン化ガ
スとして酸素ガスを用い、蒸着速度０．５ｎｍ／ｓｅｃ
で所定の厚さのＳｉＯ2膜を形成した。なお、各層の光
学的膜厚の制御には光学的干渉モニターを用いた。
【００４４】図２に、この反射防止膜の概略図を示す。
図３に、この３層反射防止膜の分光反射特性を示す。比
較にために、従来のＳｉＯ2の単層反射防止膜を施した
ＬｉＮｂＯ3製ＳＨＧ素子とＡｌ2Ｏ3の単層反射防止膜
を施したＬｉＮｂＯ3製ＳＨＧ素子も作成し、上記本発
明の３層反射防止膜付ＬｉＮｂＯ3のＳＨＧ素子ととも
に５００ｍＷＬＤ励起Ｎｄ：ＹＶＯ4レーザに配置して
それぞれのＳＨ波出力を測定し、その結果を表３に示し
た。表３に示すＳＨ波出力の測定結果から、本発明の３
層反射防止膜付ＬｉＮｂＯ3のＳＨＧ素子を用いたＬＤ
励起固体レーザ装置は、従来の単層反射防止膜付ＬｉＮ
ｂＯ3のＳＨＧ素子を用いたＬＤ励起固体レーザ装置よ
り１．５倍以上のＳＨ波出力得ることができた。
図３に、この３層反射防止膜の分光反射特性を示す。比
較にために、従来のＳｉＯ2の単層反射防止膜を施した
ＬｉＮｂＯ3製ＳＨＧ素子とＡｌ2Ｏ3の単層反射防止膜
を施したＬｉＮｂＯ3製ＳＨＧ素子も作成し、上記本発
明の３層反射防止膜付ＬｉＮｂＯ3のＳＨＧ素子ととも
に５００ｍＷＬＤ励起Ｎｄ：ＹＶＯ4レーザに配置して
それぞれのＳＨ波出力を測定し、その結果を表３に示し
た。表３に示すＳＨ波出力の測定結果から、本発明の３
層反射防止膜付ＬｉＮｂＯ3のＳＨＧ素子を用いたＬＤ
励起固体レーザ装置は、従来の単層反射防止膜付ＬｉＮ
ｂＯ3のＳＨＧ素子を用いたＬＤ励起固体レーザ装置よ
り１．５倍以上のＳＨ波出力得ることができた。
【００４５】 表 ３ ─────────────────────────────────── 膜の種類 本発明の３層反射防止膜 単層反射防止膜 ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2 ＳｉＯ2 Ａｌ2Ｏ3 ─────────────────────────────────── ＳＨ波出力 ２５ １５ ６ （ｍＷ） ───────────────────────────────────
【００４６】
【発明の効果】本発明の３層反射防止膜は残留反射をさ
らに低減できるため、波長１．０６μｍ付近における屈
折率が２．１０〜２．５０のＳＨＧ素子に該３層反射防
止膜を設けて作成したＳＨＧ素子を用いて構成したＬＤ
励起固体レーザ装置を用いれば、より効率よく高出力の
ＳＨ波を得ることができる。
らに低減できるため、波長１．０６μｍ付近における屈
折率が２．１０〜２．５０のＳＨＧ素子に該３層反射防
止膜を設けて作成したＳＨＧ素子を用いて構成したＬＤ
励起固体レーザ装置を用いれば、より効率よく高出力の
ＳＨ波を得ることができる。
【図１】 代表的なＬＤ励起固体レーザ装置の概略図で
ある。
ある。
【図２】 本発明のＳＨＧ素子に施した３層反射防止膜
の概略図である。
の概略図である。
【図３】 本発明のＳＨＧ素子に施した３層反射防止膜
の分光反射特性である。
の分光反射特性である。
１−−−ＬＤ、２−−−集光レンズ、３−−−固体レー
ザ素子、４−−−ＳＨＧ素子、５−−−出力鏡、６−−
−光学薄膜、７−−−光学薄膜、８−−−光学薄膜、９
−−−光学薄膜、１０−−−光学薄膜、１１−−−光学
薄膜、１２−−−光学薄膜、１３−−−ＳｉＯ2膜、１
４−−−Ａｌ2Ｏ3膜、１５−−−ＳｉＯ2膜、１６−−
−ＳＨＧ素子
ザ素子、４−−−ＳＨＧ素子、５−−−出力鏡、６−−
−光学薄膜、７−−−光学薄膜、８−−−光学薄膜、９
−−−光学薄膜、１０−−−光学薄膜、１１−−−光学
薄膜、１２−−−光学薄膜、１３−−−ＳｉＯ2膜、１
４−−−Ａｌ2Ｏ3膜、１５−−−ＳｉＯ2膜、１６−−
−ＳＨＧ素子
Claims (4)
- 【請求項１】 半導体レーザと、集光レンズと、Ｎｄ
ドープ固体レーザ結晶から成る固体レーザ素子と、波長
１．０６μｍ付近における屈折率が２．１０〜２．５０
の第２高調波発生素子と、出力鏡とから基本的に構成さ
れる半導体レーザ励起固体レーザ装置において、ＳｉＯ
2層、Ａｌ2Ｏ3層、ＳｉＯ2層の順に構成され、かつ、そ
れぞれの膜の波長１．０６μｍ付近におけるＳｉＯ2と
Ａｌ2Ｏ3との屈折率をｎL、ｎH とし、物理的膜厚を
ｄL、ｄH とした時に、第１及び第３層の光学的膜厚ｎL
ｄLと、第２層の光学的膜厚ｎHｄH とが、下記式 (1)
〜(2)を満足するものであることを特徴とする第２高調
波発生素子用３層反射防止膜。 但し、ｎS は第２高調波発生素子の波長１．０６μｍ付
近における屈折率を示し、δL、δH はそれぞれ第１及
び第３層目のＳｉＯ2層と第２層目のＡｌ2Ｏ3層との位
相差を示し、λ0は基本波の発振波長１．０６μｍを示
す。 - 【請求項２】 請求項１記載の３層反射防止膜におい
て、第２層のＡｌ2Ｏ3の平均グレインサイズ（粒径）が
１０ｎｍ以下となっていることを特徴とする第２高調波
発生素子用３層反射防止膜。 - 【請求項３】 請求項１〜２記載の第２高調波発生素
子用３層反射防止膜を、屈折率が２．１０〜２．５０の
第２高調波発生素子のレーザ入出射端面に設けたもので
あることを特徴とする第２高調波発生素子。 - 【請求項４】 請求項３記載の第２高調波発生素子を
用いたことを特徴とするＬＤ励起固体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4260542A JPH0682862A (ja) | 1992-09-04 | 1992-09-04 | 半導体レーザ励起固体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4260542A JPH0682862A (ja) | 1992-09-04 | 1992-09-04 | 半導体レーザ励起固体レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0682862A true JPH0682862A (ja) | 1994-03-25 |
Family
ID=17349411
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4260542A Pending JPH0682862A (ja) | 1992-09-04 | 1992-09-04 | 半導体レーザ励起固体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0682862A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7714343B2 (en) | 2007-09-18 | 2010-05-11 | Hitachi Cable, Ltd. | Light emitting device |
| EP1849193B1 (en) * | 2005-01-24 | 2011-09-14 | Cree, Inc. | LED with current confinement structure and surface roughening |
| US8421085B2 (en) | 2010-03-11 | 2013-04-16 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light-emitting device |
| WO2013146382A1 (ja) * | 2012-03-30 | 2013-10-03 | Hoya株式会社 | 眼鏡レンズの製造方法 |
| JPWO2014051150A1 (ja) * | 2012-09-28 | 2016-08-25 | Hoya株式会社 | 眼鏡レンズ |
-
1992
- 1992-09-04 JP JP4260542A patent/JPH0682862A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1849193B1 (en) * | 2005-01-24 | 2011-09-14 | Cree, Inc. | LED with current confinement structure and surface roughening |
| US7714343B2 (en) | 2007-09-18 | 2010-05-11 | Hitachi Cable, Ltd. | Light emitting device |
| US8421085B2 (en) | 2010-03-11 | 2013-04-16 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light-emitting device |
| WO2013146382A1 (ja) * | 2012-03-30 | 2013-10-03 | Hoya株式会社 | 眼鏡レンズの製造方法 |
| JPWO2013146382A1 (ja) * | 2012-03-30 | 2015-12-10 | Hoya株式会社 | 眼鏡レンズの製造方法 |
| US9651802B2 (en) | 2012-03-30 | 2017-05-16 | Hoya Corporation | Method of manufacturing eyeglass lens |
| JPWO2014051150A1 (ja) * | 2012-09-28 | 2016-08-25 | Hoya株式会社 | 眼鏡レンズ |
| JPWO2014051151A1 (ja) * | 2012-09-28 | 2016-08-25 | Hoya株式会社 | 眼鏡レンズ |
| AU2013320854B2 (en) * | 2012-09-28 | 2017-11-23 | Hoya Corporation | Spectacle lens |
| AU2013320853B2 (en) * | 2012-09-28 | 2017-11-23 | Hoya Corporation | Spectacle lens |
| US9927557B2 (en) | 2012-09-28 | 2018-03-27 | Hoya Corporation | Eyeglass lens |
| US10054715B2 (en) | 2012-09-28 | 2018-08-21 | Hoya Corporation | Eyeglass lens having improved heat resistance and scratch resistance |
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