JPH07245438A - 一対の反射鏡とこれ等反射鏡を用いた共振器及びこの共振器が組込まれた波長可変レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】光学薄膜の膜層数を多く設定しなくてもアイド
ラ光とシグナル光とを共に共振させることが可能な一対
の反射鏡と共振器及びこの共振器が組込まれた波長可変
レーザ装置を提供すること。 【構成】 入力側反射鏡３と出力側反射鏡４の透明基板
の両面に光学薄膜31、32、41、42を設け、各反射鏡の非
対向側に設けられた光学薄膜31、41によりアイドラ光又
はシグナル光の一方の光を共振させるような膜設定を行
うと共に、各反射鏡の対向側に設けられた光学薄膜32、
42により他方の光を共振させるように膜設定したことを
特徴とする。そして、基板の片面側にのみ設けられた光
学薄膜によりシグナル光とアイドラ光を共振させる従来
の方式に較べて光学薄膜の膜層数を低減でき、製膜時に
おける光学薄膜のクラック現象を回避できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、入射されたポンプ光を
シグナル光とアイドラ光に変換させる光パラメトリック
発振による波長可変レーザ装置に係り、特に、この波長
可変レーザ装置に組込まれ上記シグナル光とアイドラ光
とを共に共振させる一対の反射鏡、これ等反射鏡を用い
た共振器、及び、この共振器が組込まれた波長可変レー
ザ装置の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、盛んに研究が進められている光パ
ラメトリック発振（以下、ＯＰＯという。ＯＰＯ：Opti
cal Parametric Oscillation）によるレーザ波長変換
は、アイセーフレーザ（波長：１．４〜１．８μｍ）、
分光学的化学分析用近赤外域波長可変レーザ等を可能に
する。

【０００３】以下、ＯＰＯ波長可変レーザ装置の概略構
成図を用いてＯＰＯによる波長変換について簡単に説明
する。

【０００４】まず、この波長可変レーザ装置は、例え
ば、図１１に示すように波長λpのポンプ光ｐを出力す
るポンプ光源ａと、ＫＴｉＯＰＯ₄あるいはＲｂＴｉＯ
ＰＯ₄等の非線形光学結晶で構成されその結晶のＹ軸を
中心にして回転可能（図１１の矢印ｆ方向）に配置され
た波長変換素子ｂと、この波長変換素子ｂを中心にして
そのポンプ光源側とその反対側に各々配置され共振器を
構成する一対の反射鏡ｃ、ｄとを備え、上記ポンプ光源
ａから波長λpで偏光方向がＹ軸方向のポンプ光ｐを波
長変換素子ｂに入射すると、波長λiで偏光方向がＺ軸
方向のアイドラ光ｉと、波長λsで偏光方向がＹ軸方向
のシグナル光ｓとを発振するものである。

【０００５】尚、図１１は、上記ＯＰＯ波長可変レーザ
装置を上方よりながめた装置の概略構成図である。ま
た、図１１中、ポンプ光ｐ、シグナル光ｓ、及び、アイ
ドラ光ｉを示す黒二重丸と矢印は各光の偏光方向を意味
している。また、シグナル光とアイドラ光については、
波長の短い方をシグナル光、波長の長い方をアイドラ光
と一般に称している。また、ポンプ光、シグナル光、及
び、アイドラ光の関係は、エネルギ保存の法則から下記
数式（１）で表すことができる。

【０００６】

【数１】 そして、このＯＰＯ波長可変レーザ装置においては上記
波長変換素子ｂをＹ軸を中心にして矢印ｆで示す方向へ
回転させると、これに対応して波長変換素子ｂに対する
ポンプ光ｐの入射角が変化するため、上記シグナル光ｓ
とアイドラ光ｉの波長λs、波長λiを連続的に変化させ
ることが可能となる。例えば、波長１．０６μｍのＮ
ｄ：ＹＡＧレーザを用い、かつ、波長変換素子ｂにＫＴ
ｉＯＰＯ₄（以下、ＫＴＰと称する）を適用した場合、
ポンプ光が波長変換素子ｂに有効に入射される範囲内で
波長変換素子ｂを回転させると、アイドラ光とシグナル
光の波長は概ね１．６〜３．２μｍの範囲で変化する。

【０００７】ところで、上記ＯＰＯ波長可変レーザ装置
においてはアイドラ光とシグナル光の一方若しくは双方
を出力光として得るため、従来より共振器を構成する一
対の反射鏡ｃ、ｄの対向面に高反射率の光学薄膜c1、d1
が設けられている。例えば、出力光としてシグナル光と
アイドラ光の双方を得る場合、ポンプ光源ａ側に配置さ
れる入力側反射鏡ｃにおいては光学的透明基板の片面に
その反射率がアイドラ光とシグナル光の双方に対し９８
％以上となるよう屈折率が相違する２種類の物質を交互
に膜状に積層して光学薄膜c1を形成し、また、ポンプ光
源ａとは反対側に配置される出力側反射鏡ｄにおいては
光学的透明基板の片面にその反射率がアイドラ光とシグ
ナル光の双方に対し６０％〜９０％となるよう屈折率が
相違する２種類の物質を交互に膜状に積層して光学薄膜
d1を形成している。また、共振器内に配置される上記波
長変換素子ｂの両面にはアイドラ光やシグナル光等に対
する反射防止膜b1、b2が設けられ、この反射防止膜b1、
b2により反射に伴うレーザ出力低下の防止をも図られて
いる。

【０００８】そして、ポンプ光源ａに波長１．０６μｍ
のＮｄ：ＹＡＧレーザ、波長変換素子ｂにＫＴＰ、各反
射鏡ｃ、ｄの光学的透明基板に屈折率１．７３のサファ
イヤ基板を適用し、かつ、上記光学薄膜材料に屈折率
１．４１のＳｉＯ₂ 層と屈折率１．９２のＴａ₂Ｏ₅層を
用いると共に、位相整合アングル（ポンプ光、アイドラ
光、シグナル光が位相整合するための角度で、波長変換
素子を構成する非線形光学結晶のＺ軸からの角度）θ＝
６０度〜７０度の範囲で、波長約２．５〜３μｍのアイ
ドラ光と波長約１．６〜１．９μｍのシグナル光を共振
させる場合、常法に従い下記数式（２）〜（４）により
求められる各光学薄膜の必要層数は、サファイヤ基板上
にＳｉＯ₂ 層を設けその上に第二層としてＴａ₂Ｏ₅層を
設け以下交互に各層を繰返し積層する例において上記入
力側反射鏡ｃの光学薄膜c1が８１層（以下の表１〜２に
各層の具体的内容を示す）、また、出力側反射鏡ｄの光
学薄膜d1が２９層（以下の表３に各層の具体的内容を示
す）となる。

【０００９】

【数２】

【数３】

【数４】 但し、ｎ_rはｒ番目の層の屈折率、ｄ_rはその物理的膜
厚、ｎ_oは空気（媒質）の屈折率、ｎ_sは光学的透明基板
の屈折率である。また、上記必要層数の計算は、各層の
光学的膜厚ｎｄ（ｎ：屈折率、ｄ：物理的膜厚）を徐々
に変化させたり、膜層数を増減させたりして希望の反射
率特性になるような膜層数と各層の膜厚をパーソナルコ
ンピュータを用いてシンプレックス法により求めてい
る。また、各光学薄膜c1、d1の計算に際しては、ポンプ
光が反射しないよう波長１．０６μｍの反射率が低くな
るように留意している。また、上記数式（２）〜（４）
は波長λのレーザ光が垂直入射した場合を仮定してい
る。尚、図１２はこのようにして求められた光学薄膜c1
の計算による分光反射率特性を示し、また、図１３は光
学薄膜d1の計算による分光反射率特性を示している。

【００１０】

【表１】

【表２】

【表３】

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、基板上に設
けられる積層膜の層数が４０層を越えた場合、積層膜は
膜自身の内部応力によりクラックが発生し易くなるた
め、上述したようにその膜層数が８１層となる上記光学
薄膜c1は現実的に適用が困難な薄膜であった。

【００１２】このため、従来のＯＰＯ波長可変レーザ装
置においては、アイドラ光とシグナル光の共振器を１組
の反射鏡で構成する構造に代えて、波長領域が２．５〜
３μｍのアイドラ光のみを共振させる一対の反射鏡と、
波長領域が１．６〜１．９μｍのシグナル光のみを共振
させるもう一対の反射鏡を別々に２組用意し、これ等２
組の反射鏡が適宜交換部材を介して交互に交換可能に組
込める構造を採っている。すなわち、アイドラ光とシグ
ナル光の一方のみを共振させる一対の反射鏡においては
その光学薄膜の膜層数を少なく設定できるからである。

【００１３】しかし、このような構造の波長可変レーザ
装置では出力させる光を代える度に反射鏡の組換え操作
が必要となり、かつ、装置の構成部材として上記交換部
材が必要になるため、近年、強く要求されているレーザ
装置の小型化、製造コストの低減化に対応できなくなる
問題点があった。

【００１４】本発明はこのような問題点に着目してなさ
れたもので、その課題とするところは、レーザ装置の小
型化、製造コストの低減化に対応できる波長可変レーザ
装置用の共振器を提供することにあり、より具体的に
は、アイドラ光とシグナル光とを共振させ得る一対の反
射鏡とこれを用いた共振器並びにこの共振器が組込まれ
た波長可変レーザ装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】すなわち、請求項１に係
る発明は、非線形光学結晶から成りその結晶のＹ軸を中
心にして回転可能に設けられると共に入射されたポンプ
光をシグナル光とアイドラ光に変換させる波長変換素子
を中心にしてそのポンプ光源側とその反対側に各々配置
され、上記シグナル光とアイドラ光の共振器を構成する
波長可変レーザ装置用の一対の反射鏡を前提とし、ポン
プ光源側に配置される入力側反射鏡が、光学的透明基板
と、この基板のポンプ光入射面に設けられ上記シグナル
光とアイドラ光の一方の光に対して高反射機能を有する
非対向側光学薄膜と、この基板の反対面に設けられ上記
一方の光に対して反射防止機能を有すると共に他方の光
に対して高反射機能を有する対向側光学薄膜とで構成さ
れ、かつ、ポンプ光源とは反対側に配置される出力側反
射鏡が、光学的透明基板と、この基板の上記入力側反射
鏡との対向面に設けられ上記一方の光に対して反射防止
機能を有すると共に上記他方の光に対して高反射機能を
有する対向側光学薄膜と、この基板の反対面に設けられ
上記一方の光に対して高反射機能を有すると共に上記他
方の光に対して反射防止機能を有する非対向側光学薄膜
とで構成されることを特徴とするものである。

【００１６】そして、請求項１記載の発明に係る一対の
反射鏡においては、入力側反射鏡と出力側反射鏡の各光
学的透明基板の両面に光学薄膜を設け、かつ、上記入力
側反射鏡における非対向側光学薄膜の高反射機能と出力
側反射鏡における非対向側光学薄膜の高反射機能を利用
してシグナル光とアイドラ光の一方の光のみを共振させ
ると共に、入力側反射鏡における対向側光学薄膜の高反
射機能と出力側反射鏡における対向側光学薄膜の高反射
機能とで上記シグナル光とアイドラ光の他方の光のみを
共振させているため、１組の反射鏡でシグナル光とアイ
ドラ光双方の共振器を構成させているにも拘らず各光学
薄膜の膜層数を低減させることが可能となる。

【００１７】尚、上記入力側反射鏡の対向側光学薄膜と
出力側反射鏡の対向側光学薄膜によりシグナル光とアイ
ドラ光の上記一方の光が反射された場合、入力側反射鏡
の非対向側光学薄膜と出力側反射鏡の非対向側光学薄膜
により上記一方の光を共振させることが困難になるた
め、上記入力側反射鏡の対向側光学薄膜と出力側反射鏡
の対向側光学薄膜については上記一方の光に対して反射
防止機能を具備させることを要する。また、上記入力側
反射鏡の対向側光学薄膜と出力側反射鏡の対向側光学薄
膜により共振された上記他方の光が出力側反射鏡の非対
向側光学薄膜により反射された場合、上記他方の光が出
力光として利用できなくなるため、上記出力側反射鏡の
非対向側光学薄膜については上記他方の光に対して反射
防止機能を具備させることを要する。

【００１８】ここで、請求項１に係る発明においては、
図７（Ａ）に示すように入力側反射鏡３の対向側光学薄
膜３２と出力側反射鏡４の対向側光学薄膜４２とでシグ
ナル光ｓを共振させかつ入力側反射鏡３の非対向側光学
薄膜３１と出力側反射鏡４の非対向側光学薄膜４１とで
アイドラ光ｉを共振させる構成を採ってもよいし、図７
（Ｂ）に示すように入力側反射鏡３の対向側光学薄膜３
２と出力側反射鏡４の対向側光学薄膜４２とでアイドラ
光ｉを共振させかつ入力側反射鏡３の非対向側光学薄膜
３１と出力側反射鏡４の非対向側光学薄膜４１とでシグ
ナル光ｓを共振させる構成を採ってもよい。しかし、請
求項１に係る発明と同様の効果を得るためには、図８
（Ａ）に示すように入力側反射鏡３の対向側光学薄膜３
２と出力側反射鏡４の非対向側光学薄膜４１とでシグナ
ル光ｓを共振させかつ入力側反射鏡３の非対向側光学薄
膜３１と出力側反射鏡４の対向側光学薄膜４２とでアイ
ドラ光ｉを共振させる構成を採ることも可能であり、図
８（Ｂ）に示すように入力側反射鏡３の対向側光学薄膜
３２と出力側反射鏡４の非対向側光学薄膜４１とでアイ
ドラ光ｉを共振させかつ入力側反射鏡３の非対向側光学
薄膜３１と出力側反射鏡４の対向側光学薄膜４２とでシ
グナル光ｓを共振させる構成を採ることも可能である。
請求項２に係る発明はこのような技術的理由によりなさ
れている。

【００１９】すなわち、請求項２に係る発明は、非線形
光学結晶から成りその結晶のＹ軸を中心にして回転可能
に設けられると共に入射されたポンプ光をシグナル光と
アイドラ光に変換させる波長変換素子を中心にしてその
ポンプ光源側とその反対側に各々配置され、上記シグナ
ル光とアイドラ光の共振器を構成する波長可変レーザ装
置用の一対の反射鏡を前提とし、ポンプ光源側に配置さ
れる入力側反射鏡が、光学的透明基板と、この基板のポ
ンプ光入射面に設けられ上記シグナル光とアイドラ光の
一方の光に対して高反射機能を有する非対向側光学薄膜
と、この基板の反対面に設けられ上記一方の光に対して
反射防止機能を有すると共に他方の光に対して高反射機
能を有する対向側光学薄膜とで構成され、かつ、ポンプ
光源とは反対側に配置される出力側反射鏡が、光学的透
明基板と、この基板の上記入力側反射鏡との対向面に設
けられ上記他方の光に対して反射防止機能を有すると共
に上記一方の光に対して高反射機能を有する対向側光学
薄膜と、この基板の反対面に設けられ上記他方の光に対
して高反射機能を有すると共に上記一方の光に対して反
射防止機能を有する非対向側光学薄膜とで構成されるこ
とを特徴とするものである。

【００２０】そして、請求項２記載の発明に係る一対の
反射鏡においても、入力側反射鏡と出力側反射鏡の各光
学的透明基板の両面に光学薄膜を設け、かつ、上記入力
側反射鏡における非対向側光学薄膜の高反射機能と出力
側反射鏡における対向側光学薄膜の高反射機能を利用し
てシグナル光とアイドラ光の一方の光のみを共振させる
と共に、入力側反射鏡における対向側光学薄膜の高反射
機能と出力側反射鏡における非対向側光学薄膜の高反射
機能とで上記シグナル光とアイドラ光の他方の光のみを
共振させているため、請求項１に係る発明と同様に、１
組の反射鏡でシグナル光とアイドラ光双方の共振器を構
成させているにも拘らず各光学薄膜の膜層数を低減させ
ることが可能となる。

【００２１】尚、上記入力側反射鏡の対向側光学薄膜に
よりシグナル光とアイドラ光の上記一方の光が反射され
た場合、入力側反射鏡の非対向側光学薄膜と出力側反射
鏡の対向側光学薄膜により上記一方の光を共振させるこ
とが困難になるため、上記入力側反射鏡の対向側光学薄
膜については一方の光に対して反射防止機能を具備させ
ることを要する。同様に、出力側反射鏡の対向側光学薄
膜によりシグナル光とアイドラ光の上記他方の光が反射
された場合、入力側反射鏡の対向側光学薄膜と出力側反
射鏡の非対向側光学薄膜により上記他方の光を共振させ
ることが困難になるため、上記出力側反射鏡の対向側光
学薄膜については他方の光に対して反射防止機能を具備
させることを要する。また、上記入力側反射鏡の非対向
側光学薄膜と出力側反射鏡の対向側光学薄膜により共振
された上記一方の光が出力側反射鏡の非対向側光学薄膜
により反射された場合、上記一方の光が出力光として利
用できなくなるため、上記出力側反射鏡の非対向側光学
薄膜については上記一方の光に対して反射防止機能を具
備させることを要する。

【００２２】ここで、上記図８（Ａ）において示された
一対の反射鏡３、４は、図７（Ａ）における反射鏡３と
図７（Ｂ）における反射鏡４を組合わせたものであり、
また、図８（Ｂ）において示された一対の反射鏡３、４
は、図７（Ｂ）における反射鏡３と図７（Ａ）における
反射鏡４を組合わせたものである。

【００２３】次に、各光学的透明基板の両面に設けられ
る非対向側光学薄膜と対向側光学薄膜については、通
常、低屈折率の光学的透明体と高屈折率の光学的透明体
とを膜状に交互に積層して形成する。その際、必要とす
る積層数や膜厚については前記数式（２）〜（４）を用
いてコンピュータにより算出する。そして、得られた結
果に従い、例えば、電子ビーム真空蒸着法、スパッタリ
ング法等の適宜製膜手段により膜形成を行う。膜形成の
際、蒸着等の製膜速度、光学的透明基板の加熱温度、導
入酸素分圧等は積層膜の膜内応力値を変えるので、蒸着
等の製膜条件を選定し各積層膜の内部応力を弱くする
か、あるいは総合的に応力が打消されるように適宜調整
する。そして、上記低屈折率の光学的透明体と高屈折率
の光学的透明体として、例えば、ＳｉＯ₂ とＴａ₂Ｏ₅が
適用された場合には、膜形成後、常法に従い酸素あるい
は大気中で１０〜２０時間、２００〜３００℃の条件で
アニーリング処理を行う。このアニーリング処理は、蒸
着直後における光学薄膜の茶色の着色を無色にするため
の処理である。尚、光学薄膜の茶色の着色は、製膜時に
おけるＴａ₂Ｏ₅層の酸素不足により発生したものであ
る。

【００２４】ここで、図９（Ａ）に示すように光学的透
明基板１０の表裏に光学薄膜１１、１２を形成すると
き、一方の面に蒸着した後、真空から大気に戻し膜材料
をセットし直してから再度、加熱しながら真空引きを行
うと、膜材料、蒸着条件、基板加熱温度によっては初め
に蒸着した光学薄膜にクラックが発生する場合がある。
このような場合には反射鏡を１枚の光学的透明基板で構
成する方法に変えて、図９（Ｂ）に示すように光学接着
剤５０を介し貼合わされた２枚の透明基板５１、５２で
これを構成させることにより回避することが可能とな
る。請求項３に係る発明はこのような技術的理由により
なされている。

【００２５】すなわち、請求項３に係る発明は、請求項
１又は２記載の発明に係る一対の反射鏡を前提とし、入
力側反射鏡及び出力側反射鏡が、片面に非対向側光学薄
膜が設けられた光学的第一透明基板と、片面に対向側光
学薄膜が設けられた光学的第二透明基板と、これ等透明
基板とその屈折率が等しく各透明基板の反対面同士を貼
合わせる光学接着剤とを備えることを特徴とするもので
ある。

【００２６】そして、この請求項３記載の発明に係る一
対の反射鏡によれば、上記非対向側光学薄膜と対向側光
学薄膜とがそれぞれ別個の基板である光学的第一透明基
板と光学的第二透明基板に別々に形成された構造を有し
ており、それぞれの光学薄膜が別々に製膜された光学的
第一透明基板と光学的第二透明基板とを光学接着剤を介
して貼合わせることにより上記入力側反射鏡と出力側反
射鏡を製造できるため、１枚の光学的透明基板の両面に
光学薄膜を製膜する場合に発生し易い光学薄膜のクラッ
ク現象を回避することが可能となる。

【００２７】尚、請求項３に係る発明において光学的第
一透明基板と光学的第二透明基板とを貼合わせる光学接
着剤の屈折率は上記各透明基板の屈折率と等しいことが
前提となる。この屈折率が相違すると各透明基板と光学
接着剤との界面においてアイドラ光及びシグナル光の反
射が生じてしまうからである。このような場合には、図
９（Ｃ）に示すように各透明基板５１、５２と光学接着
剤５０との界面に、この光学接着剤の屈折率に対する反
射防止膜６１、６２を設けることにより回避することが
可能となる。請求項４に係る発明はこのような技術的理
由よりなされている。

【００２８】すなわち、請求項４に係る発明は、請求項
１又は２記載の発明に係る一対の反射鏡を前提とし、入
力側反射鏡及び出力側反射鏡が、片面に非対向側光学薄
膜が設けられた光学的第一透明基板と、片面に対向側光
学薄膜が設けられた光学的第二透明基板と、これ等透明
基板とその屈折率が異なり各透明基板の反対面同士を貼
合わせる光学接着剤とを備え、かつ、各透明基板の貼合
わせ面に上記光学接着剤の屈折率に対する反射防止膜が
各々設けられていることを特徴とするものである。

【００２９】ここで、請求項１〜４に係る発明において
上記透明基板が平面ではない場合、各反射鏡の外側（す
なわち非対向側）の面と内側（すなわち対向側）の面で
は共振器長が異なることを考慮して反射鏡の外側の面と
内側の面の曲率半径を変えてもよい。

【００３０】次に、請求項５と請求項６に係る発明は、
請求項１〜４記載の発明に係る一対の反射鏡により構成
された共振器とこの共振器が組込まれた波長可変レーザ
装置の発明に関する。

【００３１】すなわち、請求項５に係る発明は、非線形
光学結晶から成りその結晶のＹ軸を中心にして回転可能
に設けられると共に入射されたポンプ光をシグナル光と
アイドラ光に変換させる波長変換素子を中心にしてその
ポンプ光源側とその反対側に各々配置された一対の反射
鏡により構成される波長可変レーザ装置用の共振器を前
提とし、上記一対の反射鏡として請求項１、２、３又は
４記載の一対の反射鏡が組込まれていることを特徴とす
るものであり、請求項６に係る発明は、ポンプ光源と、
非線形光学結晶から成りその結晶のＹ軸を中心にして回
転可能に設けられると共に入射されたポンプ光をシグナ
ル光とアイドラ光に変換させる波長変換素子と、この波
長変換素子を中心にしてそのポンプ光源側とその反対側
に各々配置された一対の反射鏡により構成される共振器
とを備える波長可変レーザ装置を前提とし、上記共振器
として請求項５記載の共振器が組込まれていることを特
徴とするものである。

【００３２】尚、請求項６に係る発明において上記波長
変換素子を構成する非線形光学結晶としては、従来と同
様に、ＫＴｉＯＰＯ₄、ＲｂＴｉＯＰＯ₄等が適用され
る。

【００３３】

【作用】請求項１記載の発明に係る一対の反射鏡によれ
ば、ポンプ光源側に配置される入力側反射鏡が、光学的
透明基板と、この基板のポンプ光入射面に設けられ上記
シグナル光とアイドラ光の一方の光に対して高反射機能
を有する非対向側光学薄膜と、この基板の反対面に設け
られ上記一方の光に対して反射防止機能を有すると共に
他方の光に対して高反射機能を有する対向側光学薄膜と
で構成され、かつ、ポンプ光源とは反対側に配置される
出力側反射鏡が、光学的透明基板と、この基板の上記入
力側反射鏡との対向面に設けられ上記一方の光に対して
反射防止機能を有すると共に上記他方の光に対して高反
射機能を有する対向側光学薄膜と、この基板の反対面に
設けられ上記一方の光に対して高反射機能を有すると共
に上記他方の光に対して反射防止機能を有する非対向側
光学薄膜とで構成されており、上記入力側反射鏡におけ
る非対向側光学薄膜の高反射機能と出力側反射鏡におけ
る非対向側光学薄膜の高反射機能を利用してシグナル光
とアイドラ光の一方の光のみを共振させると共に、入力
側反射鏡における対向側光学薄膜の高反射機能と出力側
反射鏡における対向側光学薄膜の高反射機能とで上記シ
グナル光とアイドラ光の他方の光のみを共振させている
ため、１組の反射鏡でシグナル光とアイドラ光双方の共
振器を構成させているにも拘らず各光学薄膜の膜層数を
低減させることが可能となる。

【００３４】また、請求項２記載の発明に係る一対の反
射鏡によれば、ポンプ光源側に配置される入力側反射鏡
が、光学的透明基板と、この基板のポンプ光入射面に設
けられ上記シグナル光とアイドラ光の一方の光に対して
高反射機能を有する非対向側光学薄膜と、この基板の反
対面に設けられ上記一方の光に対して反射防止機能を有
すると共に他方の光に対して高反射機能を有する対向側
光学薄膜とで構成され、かつ、ポンプ光源とは反対側に
配置される出力側反射鏡が、光学的透明基板と、この基
板の上記入力側反射鏡との対向面に設けられ上記他方の
光に対して反射防止機能を有すると共に上記一方の光に
対して高反射機能を有する対向側光学薄膜と、この基板
の反対面に設けられ上記他方の光に対して高反射機能を
有すると共に上記一方の光に対して反射防止機能を有す
る非対向側光学薄膜とで構成されており、上記入力側反
射鏡における非対向側光学薄膜の高反射機能と出力側反
射鏡における対向側光学薄膜の高反射機能を利用してシ
グナル光とアイドラ光の一方の光のみを共振させると共
に、入力側反射鏡における対向側光学薄膜の高反射機能
と出力側反射鏡における非対向側光学薄膜の高反射機能
とで上記シグナル光とアイドラ光の他方の光のみを共振
させているため、請求項１に係る発明と同様に、１組の
反射鏡でシグナル光とアイドラ光双方の共振器を構成さ
せているにも拘らず各光学薄膜の膜層数を低減させるこ
とが可能となる。

【００３５】次に、請求項３記載の発明に係る一対の反
射鏡によれば、入力側反射鏡及び出力側反射鏡が、片面
に非対向側光学薄膜が設けられた光学的第一透明基板
と、片面に対向側光学薄膜が設けられた光学的第二透明
基板と、これ等透明基板とその屈折率が等しく各透明基
板の反対面同士を貼合わせる光学接着剤とを備える構造
を有しており、それぞれの光学薄膜が別々に製膜された
光学的第一透明基板と光学的第二透明基板とを光学接着
剤を介して貼合わせることにより上記入力側反射鏡と出
力側反射鏡を製造できるため、１枚の光学的透明基板の
両面に光学薄膜を製膜する場合に発生し易い光学薄膜の
クラック現象を回避することが可能となる。

【００３６】また、請求項４記載の発明に係る一対の反
射鏡によれば、入力側反射鏡及び出力側反射鏡が、片面
に非対向側光学薄膜が設けられた光学的第一透明基板
と、片面に対向側光学薄膜が設けられた光学的第二透明
基板と、これ等透明基板とその屈折率が異なり各透明基
板の反対面同士を貼合わせる光学接着剤とを備え、か
つ、各透明基板の貼合わせ面に上記光学接着剤の屈折率
に対する反射防止膜が各々設けられているため、各透明
基板とその屈折率が異なる光学接着剤を適用しているに
も拘らず上記各透明基板と光学接着剤との界面における
アイドラ光とシグナル光の反射現象を防止することが可
能となる。

【００３７】一方、請求項５記載の発明に係る共振器に
よれば、波長変換素子を中心にしてそのポンプ光源側と
その反対側に配置される一対の反射鏡が請求項１、２、
３又は４記載の発明に係る一対の反射鏡で構成されてい
るため、アイドラ光とシグナル光双方の光についてこの
１つの共振器で共振させることが可能となる。

【００３８】また、請求項６記載の発明に係る波長可変
レーザ装置によれば、アイドラ光とシグナル光双方の光
に対し１組の反射鏡でこれ等を共振させる請求項５記載
の発明に係る共振器が組込まれているため、レーザ装置
の小型化、製造コストの低減化が図れる。

【００３９】

【実施例】それぞれ別の光学的透明基板に対向側光学薄
膜と非対向側光学薄膜を製膜した後、光学接着剤を介し
接着して作製された反射鏡を例に挙げて本発明の実施例
を詳細に説明する。

【００４０】まず、ポンプ光源１に波長１．０６μｍの
Ｎｄ：ＹＡＧレーザを用い、波長変換素子２としてＫＴ
Ｐを用いた場合、位相整合アングルθと発生するアイド
ラ光ｉの波長λiとシグナル光ｓの波長λsとの関係は図
１０に示される（IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONIC
S,VOL.27,NO.5,P.1137,MAY 1991参照）。この図１０に
よれば、位相整合アングルθを６０〜７０度の範囲で変
化させると、波長約２．５〜３μｍのアイドラ光ｉと、
波長約１．６〜１．９μｍのシグナル光ｓが発振するこ
とを示している。そして、この実施例においては上記ア
イドラ光とシグナル光とを共に１つの共振器内で共振さ
せる一対の反射鏡を作製する。

【００４１】このためには、各反射鏡３、４の対向面
に、波長約２．５〜３μｍのアイドラ光ｉに対して反射
防止機能を有しかつ波長１．６〜１．９μｍのシグナル
光ｓに対して高反射機能を有する対向側光学薄膜３２、
４２を形成し、入力側反射鏡３の非対向側面に上記アイ
ドラ光ｉに対し高反射機能を有する非対向側光学薄膜３
１を形成すると共に、出力側反射鏡４の非対向面に上記
シグナル光ｓに対し反射防止機能を有しかつ上記アイド
ラ光ｉに対し高反射機能を有する非対向側光学薄膜４１
を形成すればよい（図１並びに図７Ａ参照）。この実施
例においては、入力側反射鏡３に設けられた各光学薄膜
３１、３２のアイドラ光とシグナル光に対する反射率が
９８％以上、出力側反射鏡４に設けられた各光学薄膜４
１、４２のアイドラ光とシグナル光に対する反射率が約
９０±２％となるものを求める。

【００４２】『光学薄膜の設計』そこで、薄膜材料とし
てＳｉＯ₂ とＴａ₂Ｏ₅を適用すると共に光学的透明基板
としてサファイヤ製の平行平板を用い、かつ、各光学薄
膜３１〜４２が以下の条件を満たすように前記数式
（２）〜（４）に基づきパーソナルコンピュータを用い
てシンプレックス法により各層の光学的膜厚ｎｄ（ｎ：
屈折率、ｄ：物理的膜厚）を徐々に変化させたり、膜層
数を増減させたりして膜層数と各層の膜厚を求めた。計
算に際しては各光学薄膜にレーザ光が垂直に入射すると
仮定した。

【００４３】 ａ．入力側反射鏡３の対向側光学薄膜３２ 波長約１．６〜１．９μｍに対する反射率 ９８％以上 波長約２．５〜３μｍに対する反射率 ２％以下 ｂ．入力側反射鏡３の非対向側光学薄膜３１ 波長約２．５〜３μｍに対する反射率 ９８％以上 ｃ．出力側反射鏡４の対向側光学薄膜４２ 波長約１．６〜１．９μｍに対する反射率 ９０±２％ 波長約２．５〜３μｍに対する反射率 ２％以下 ｄ．出力側反射鏡４の非対向側光学薄膜４１ 波長約２．５〜３μｍに対する反射率 ９０±２％ 波長約１．６〜１．９μｍに対する反射率 ２％以下 そして、これ等４種類の光学薄膜の膜設計の一例を、表
４（入力側反射鏡３の対向側光学薄膜３２）、表５（入
力側反射鏡３の非対向側光学薄膜３１）、表６（出力側
反射鏡４の対向側光学薄膜４２）、及び、表７（出力側
反射鏡４の非対向側光学薄膜４１）にそれぞれ示す。ま
た、上記表４〜表７に示された膜構成における光学薄膜
の分光反射率計算値のグラフ図を図２（入力側反射鏡３
の対向側光学薄膜３２）、図３（入力側反射鏡３の非対
向側光学薄膜３１）、図４（出力側反射鏡４の対向側光
学薄膜４２）、及び、図５（出力側反射鏡４の非対向側
光学薄膜４１）にそれぞれ示す。

【００４４】

【表４】

【表５】

【表６】

【表７】 『光学薄膜の製膜』次に、上記計算結果に基づき各光学
薄膜を製膜した。製膜には電子ビーム真空蒸着装置を用
い、初めにサファイヤ製の光学的透明基板を３００℃ま
で加熱しながら５．０×１０^-6Torrまで排気した。そし
て、ＳｉＯ₂ 蒸着時においてはその蒸着速度が０．７ｎ
ｍ／ｍｉｎ．になるように制御した。一方、Ｔａ₂Ｏ₅蒸
着時には酸素を１．０×１０^-4Torrに保たれるように導
入し、蒸着速度を０．２ｎｍ／ｍｉｎ．になるように制
御した。蒸着時の膜厚の制御には光学干渉式膜厚モニタ
ーを、また、蒸着速度の制御には水晶振動式モニターを
用いた。尚、この蒸着条件は製膜される光学薄膜にクラ
ックが発生しないように求めたものである。

【００４５】これ等の蒸着条件は、真空蒸着装置の蒸着
源から光学的透明基板までの距離、酸素を導入している
位置、及び、酸素分圧を測定している位置、排気速度な
どにより異なることがあるため絶対的なものではない。

【００４６】このようにして上記入力側反射鏡３の一部
を構成する光学的第二透明基板５２の一面にａに示され
た光学特性を有する対向側光学薄膜３２を製膜した（図
１Ｂ参照）後、真空破壊して上記光学的第二透明基板５
２を取出した。次に、上記入力側反射鏡３の一部を構成
する光学的第一透明基板５１の一面にｂに示された光学
特性を有する非対向側光学薄膜３１を製膜（図１Ｂ参
照）し、以下、同様の操作を繰返して出力側反射鏡４の
一部を構成する光学的第二透明基板の一面にｃで示され
た光学特性を有する対向側光学薄膜４２を製膜し、ま
た、光学的第一透明基板の一面にｄで示された光学特性
を有する非対向側光学薄膜４１をそれぞれ製膜した。

【００４７】『光学接着剤による貼合わせ』次に、波長
約２．５〜３μｍのレーザ光に対する屈折率１．７３の
サファイヤ製の光学的透明基板の貼合わせに、同じ波長
に対する屈折率が１．５２と上記光学的透明基板と屈折
率が相違する光学接着剤を用いるため、上記光学的第一
透明基板５１と光学的第二透明基板５２の貼合わせ面に
反射防止膜６１、６２を設けた。また、出力側反射鏡４
を構成する光学的第一透明基板と光学的第二透明基板の
貼合わせ面にも同様の反射防止膜を形成した。尚、これ
等反射防止膜にはその一例として屈折率１．５８でその
光学的膜厚が０．３４３λo（λoは設計中心波長で、λ
o＝２．０μｍ）のＡｌ₂Ｏ₃から成る単一層が適用され
ている。また、この反射防止膜の分光反射率計算値のグ
ラフ図を図６に示す。

【００４８】上記反射防止膜を製膜した後、各光学的透
明基板を大気中で２０時間、２５０℃でアニーリング処
理を施した。このアニーリング条件も作製した光学薄膜
により異なることがあるため、適宜最適な条件を選定す
ることが望ましい。

【００４９】最後に、入力側反射鏡を構成する光学的第
一透明基板５１と光学的第二透明基板５２を上記光学接
着剤を介して貼合わせて入力側反射鏡３を作製すると共
に、同様の方法により出力側反射鏡４も作製した。尚、
この光学接着剤の屈折率が光学的透明基板の屈折率と等
しければ各透明基板の貼合わせ面に上記反射防止膜を設
ける必要はない。

【００５０】『上記反射鏡が組込まれた波長可変レーザ
装置の評価』次に、このようにして得られた入力側反射
鏡３と出力側反射鏡４を、波長変換素子２としてＫＴＰ
が適用された図１（Ａ）の波長可変レーザ装置に組込み
この装置の性能を評価した。

【００５１】ポンプ光源１として波長１．０６μｍのＮ
ｄ：ＹＡＧレーザを用い、ＫＴＰから成る波長変換素子
２の位相整合アングルθが６０〜７０度となる範囲で上
記波長変換素子２を回転させ、波長約２．５〜３μｍの
アイドラ光ｉと波長約１．６〜１．９μｍのシグナル光
ｓとを共振させて出力側反射鏡４から出射されるレーザ
光を分光器により検出した。

【００５２】その結果、このレーザ装置で出射されるレ
ーザ光の波長は、従来、複数組の反射鏡を交互に交換す
る構造のレーザ装置から出射されるレーザ光と同様に変
化していることが確認された。また、出射光の強度も従
来のものと遜色ないものであった。

【００５３】尚、この実施例においては、入力側反射鏡
３と出力側反射鏡４の対向側光学薄膜と非対向側光学薄
膜を構成する薄膜材料としてＳｉＯ₂ とＴａ₂Ｏ₅が適用
されているが、低屈折率物質としてＭｇＦ₂ 、Ｃａ
Ｆ₂ 、ＡｌＦ₂ 、Ａｌ₂Ｏ₃等を用い、高屈折率物質とし
てＨｆＦ₂ 、Ｙ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂ 、ＨｆＯ₂ 、ＴｉＯ₂ 等
を用い、かつ、これ等を適宜組合わせて適用してもよ
い。

【００５４】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、入力側反
射鏡における非対向側光学薄膜の高反射機能と出力側反
射鏡における非対向側光学薄膜の高反射機能を利用して
シグナル光とアイドラ光の一方の光のみを共振させると
共に、入力側反射鏡における対向側光学薄膜の高反射機
能と出力側反射鏡における対向側光学薄膜の高反射機能
とで上記シグナル光とアイドラ光の他方の光のみを共振
させているため、１組の反射鏡でシグナル光とアイドラ
光双方の共振器を構成させているにも拘らず各光学薄膜
の膜層数を低減できる効果を有している。

【００５５】また、請求項２に係る発明によれば、入力
側反射鏡における非対向側光学薄膜の高反射機能と出力
側反射鏡における対向側光学薄膜の高反射機能を利用し
てシグナル光とアイドラ光の一方の光のみを共振させる
と共に、入力側反射鏡における対向側光学薄膜の高反射
機能と出力側反射鏡における非対向側光学薄膜の高反射
機能とで上記シグナル光とアイドラ光の他方の光のみを
共振させているため、請求項１に係る発明と同様に、１
組の反射鏡でシグナル光とアイドラ光双方の共振器を構
成させているにも拘らず各光学薄膜の膜層数を低減でき
る効果を有している。

【００５６】次に、請求項３に係る発明によれば、それ
ぞれの光学薄膜が別々に製膜された光学的第一透明基板
と光学的第二透明基板とを光学接着剤を介して貼合わせ
ることにより入力側反射鏡と出力側反射鏡を製造できる
ため、１枚の光学的透明基板の両面に光学薄膜を製膜す
る場合に較べて光学薄膜のクラック現象を回避できる効
果を有している。

【００５７】また、請求項４に係る発明によれば、光学
的第一透明基板と光学的第二透明基板との貼合わせ面に
光学接着剤の屈折率に対する反射防止膜が各々設けられ
ているため、各透明基板とその屈折率が異なる光学接着
剤を適用しているにも拘らず各透明基板と光学接着剤と
の界面におけるアイドラ光とシグナル光の反射現象を防
止できる効果を有している。

【００５８】一方、請求項５に係る発明によれば、波長
変換素子を中心にしてそのポンプ光源側とその反対側に
配置され共振器を構成する一対の反射鏡が請求項１、
２、３又は４記載の一対の反射鏡から成るため、アイド
ラ光とシグナル光双方の光について上記一対の反射鏡で
共振させることができる効果を有している。

【００５９】また、請求項６に係る発明によれば、アイ
ドラ光とシグナル光双方の光に対し１組の反射鏡でこれ
等を共振させる共振器が組込まれているため、レーザ装
置の小型化、製造コストの低減化を図れる効果を有して
いる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（Ａ）は実施例に係る波長可変レーザ装置
の概略上面図、図１（Ｂ）はその入力側反射鏡の拡大断
面図。

【図２】実施例に係る入力側反射鏡の対向側光学薄膜に
おける分光反射率計算値のグラフ図。

【図３】実施例に係る入力側反射鏡の非対向側光学薄膜
における分光反射率計算値のグラフ図。

【図４】実施例に係る出力側反射鏡の対向側光学薄膜に
おける分光反射率計算値のグラフ図。

【図５】実施例に係る出力側反射鏡の非対向側光学薄膜
における分光反射率計算値のグラフ図。

【図６】光学的第一透明基板と光学的第二透明基板の貼
合わせ面に設けられた反射防止膜の分光反射率計算値の
グラフ図。

【図７】図７（Ａ）及び（Ｂ）は請求項１に係る一対の
反射鏡の作用説明図。

【図８】図８（Ａ）及び（Ｂ）は請求項２に係る一対の
反射鏡の作用説明図。

【図９】図９（Ａ）〜（Ｃ）は本発明に係る反射鏡の構
成断面図。

【図１０】波長変換素子を構成するＫＴＰの位相整合ア
ングルθとアイドラ光並びにシグナル光の波長との関係
を示すグラフ図。

【図１１】従来の波長可変レーザ装置の概略上面図。

【図１２】従来例に係る入力側反射鏡の光学薄膜におけ
る分光反射率計算値のグラフ図。

【図１３】従来例に係る出力側反射鏡の光学薄膜におけ
る分光反射率計算値のグラフ図。

【符号の説明】

１ ポンプ光源 ２ 波長変換素子 ３ 入力側反射鏡 ４ 出力側反射鏡 ３１ 非対向側光学薄膜 ３２ 対向側光学薄膜 ４１ 非対向側光学薄膜 ４２ 対向側光学薄膜 ５０ 光学接着剤 ５１ 光学的第一透明基板 ５２ 光学的第二透明基板 ６１ 反射防止膜 ６２ 反射防止膜

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】非線形光学結晶から成りその結晶のＹ軸を
   中心にして回転可能に設けられると共に入射されたポン
   プ光をシグナル光とアイドラ光に変換させる波長変換素
   子を中心にしてそのポンプ光源側とその反対側に各々配
   置され、上記シグナル光とアイドラ光の共振器を構成す
   る波長可変レーザ装置用の一対の反射鏡において、 ポンプ光源側に配置される入力側反射鏡が、光学的透明
   基板と、この基板のポンプ光入射面に設けられ上記シグ
   ナル光とアイドラ光の一方の光に対して高反射機能を有
   する非対向側光学薄膜と、この基板の反対面に設けられ
   上記一方の光に対して反射防止機能を有すると共に他方
   の光に対して高反射機能を有する対向側光学薄膜とで構
   成され、 かつ、ポンプ光源とは反対側に配置される出力側反射鏡
   が、光学的透明基板と、この基板の上記入力側反射鏡と
   の対向面に設けられ上記一方の光に対して反射防止機能
   を有すると共に上記他方の光に対して高反射機能を有す
   る対向側光学薄膜と、この基板の反対面に設けられ上記
   一方の光に対して高反射機能を有すると共に上記他方の
   光に対して反射防止機能を有する非対向側光学薄膜とで
   構成されることを特徴とする一対の反射鏡。
2. 【請求項２】非線形光学結晶から成りその結晶のＹ軸を
   中心にして回転可能に設けられると共に入射されたポン
   プ光をシグナル光とアイドラ光に変換させる波長変換素
   子を中心にしてそのポンプ光源側とその反対側に各々配
   置され、上記シグナル光とアイドラ光の共振器を構成す
   る波長可変レーザ装置用の一対の反射鏡において、 ポンプ光源側に配置される入力側反射鏡が、光学的透明
   基板と、この基板のポンプ光入射面に設けられ上記シグ
   ナル光とアイドラ光の一方の光に対して高反射機能を有
   する非対向側光学薄膜と、この基板の反対面に設けられ
   上記一方の光に対して反射防止機能を有すると共に他方
   の光に対して高反射機能を有する対向側光学薄膜とで構
   成され、 かつ、ポンプ光源とは反対側に配置される出力側反射鏡
   が、光学的透明基板と、この基板の上記入力側反射鏡と
   の対向面に設けられ上記他方の光に対して反射防止機能
   を有すると共に上記一方の光に対して高反射機能を有す
   る対向側光学薄膜と、この基板の反対面に設けられ上記
   他方の光に対して高反射機能を有すると共に上記一方の
   光に対して反射防止機能を有する非対向側光学薄膜とで
   構成されることを特徴とする一対の反射鏡。
3. 【請求項３】上記入力側反射鏡及び出力側反射鏡が、片
   面に非対向側光学薄膜が設けられた光学的第一透明基板
   と、片面に対向側光学薄膜が設けられた光学的第二透明
   基板と、これ等透明基板とその屈折率が等しく各透明基
   板の反対面同士を貼合わせる光学接着剤とを備えること
   を特徴とする請求項１又は２記載の一対の反射鏡。
4. 【請求項４】上記入力側反射鏡及び出力側反射鏡が、片
   面に非対向側光学薄膜が設けられた光学的第一透明基板
   と、片面に対向側光学薄膜が設けられた光学的第二透明
   基板と、これ等透明基板とその屈折率が異なり各透明基
   板の反対面同士を貼合わせる光学接着剤とを備え、か
   つ、各透明基板の貼合わせ面に上記光学接着剤の屈折率
   に対する反射防止膜が各々設けられていることを特徴と
   する請求項１又は２記載の一対の反射鏡。
5. 【請求項５】非線形光学結晶から成りその結晶のＹ軸を
   中心にして回転可能に設けられると共に入射されたポン
   プ光をシグナル光とアイドラ光に変換させる波長変換素
   子を中心にしてそのポンプ光源側とその反対側に各々配
   置された一対の反射鏡により構成される波長可変レーザ
   装置用の共振器において、 上記一対の反射鏡として請求項１、２、３又は４記載の
   一対の反射鏡が組込まれていることを特徴とする共振
   器。
6. 【請求項６】ポンプ光源と、非線形光学結晶から成りそ
   の結晶のＹ軸を中心にして回転可能に設けられると共に
   入射されたポンプ光をシグナル光とアイドラ光に変換さ
   せる波長変換素子と、この波長変換素子を中心にしてそ
   のポンプ光源側とその反対側に各々配置された一対の反
   射鏡により構成される共振器とを備える波長可変レーザ
   装置において、 上記共振器として請求項５記載の共振器が組込まれてい
   ることを特徴とする波長可変レーザ装置。