JPH0799357A - 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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- JPH0799357A JPH0799357A JP24125393A JP24125393A JPH0799357A JP H0799357 A JPH0799357 A JP H0799357A JP 24125393 A JP24125393 A JP 24125393A JP 24125393 A JP24125393 A JP 24125393A JP H0799357 A JPH0799357 A JP H0799357A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 レーザプリンタ装置などに用いられる波長可
変固体レーザを用いたSHG光源において、波長制御素
子と共振器ミラーを一体化することで小型化を実現し、
信頼性を向上すること。 【構成】 半導体レーザ11は集光光学系12により集
光され、レーザ結晶31を励起する。励起されたレーザ
結晶であるCr:LiSrAlF6は共振器ミラー21
(M1,M2,M3)間で基本波41を発生する。レー
ザ結晶31の前方端面に形成された共振器ミラーM1
(21−a)とM2(21−b)間にはレーザ結晶31
と非線形光学結晶KNbO332が配置されている。光
軸は共振器ミラーM2(21−b)で折り曲げられて、
三角柱の波長分散プリズム33を透過後波長分散プリズ
ム出射端面に形成された共振器ミラーM3(21−c)
により反射され共振器を形成する。
変固体レーザを用いたSHG光源において、波長制御素
子と共振器ミラーを一体化することで小型化を実現し、
信頼性を向上すること。 【構成】 半導体レーザ11は集光光学系12により集
光され、レーザ結晶31を励起する。励起されたレーザ
結晶であるCr:LiSrAlF6は共振器ミラー21
(M1,M2,M3)間で基本波41を発生する。レー
ザ結晶31の前方端面に形成された共振器ミラーM1
(21−a)とM2(21−b)間にはレーザ結晶31
と非線形光学結晶KNbO332が配置されている。光
軸は共振器ミラーM2(21−b)で折り曲げられて、
三角柱の波長分散プリズム33を透過後波長分散プリズ
ム出射端面に形成された共振器ミラーM3(21−c)
により反射され共振器を形成する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光エレクトロニクス分
野、特に可視レーザ光源および可視レーザ光源を用いた
レーザプリンタ装置または光造形装置に関する。
野、特に可視レーザ光源および可視レーザ光源を用いた
レーザプリンタ装置または光造形装置に関する。
【0002】
【従来の技術】高度情報化時代の進展に伴い、光ディス
ク装置やレーザプリンタ装置などの光記録分野において
は記録密度向上や高速印刷の要求を満足するため、短波
長化への要求が高まっている。しかし製品化レベルで要
求の大きな波長域である青−緑領域を満足する光源とし
てはHe−Cd(ヘリウムーカドミウム)レーザ装置や
Ar(アルゴン)レーザ装置などのガスレーザ装置しか
なく、例えば光ディスク装置に搭載するには大型で消費
電力が大きく不向きであった。また、一部のレーザプリ
ンタ装置に搭載されているが、将来小型・低消費電力化
を進める上で障害となる可能性を有していた。これに対
して光第2高調波発生(SHG;Second Harmonic Gene
ration)を用いることで短波長化する技術が提案され
た。SHG光源の実用化技術の検討は半導体レーザの高
出力化と伴に進展した。その背景には従来のガスレーザ
のような放電を必要とせず小型、低消費電力化を実
現する可能性を有していた点、次に励起用半導体レーザ
の出力安定性および長寿命に依存したSHG光源の高い
信頼性(出力安定性、長寿命)にある。前記ガスレ
ーザと同等の出力波長を有するSHG光源として、例え
ば近赤外の半導体レーザ出力を第1の発振波すなわち基
本波とし、外部共振器で共振させて、その中に非線形光
学結晶であるKN(KNbO3;ニオブ酸カリウム)を配置
することで第2の発振波すなわちSH波である青色レー
ザ光を得る方法が提案されている(ダブリュー・ジェイ
・コズロフスキー、ダブリュー・レンス「ガリウム・ア
ルミニュウム・ヒ素半導体レーザの2倍波による41m
Wの青色光の発生」アプライド・フィジックス・レタ
ー、56巻、23号、2291頁、1990年;W.J.Ko
zlovsky and W.Lenth,"Generation of 41mW of blue ra
diation by frequency doubling of a GaAlAsdiode las
er",Appl.Phys.Lett.,vol.56,no.23,p2291,'90)。しか
し、前記SHG光源において、KNの波長許容幅(変換
効率が最大値の1/2以上である波長範囲)は1nm以
下と狭く、半導体レーザは戻り光などの外乱で発振波長
が数nm変動すると出力の不安定性を招くため光アイソ
レータを必要とした。これに対し半導体レーザ励起固体
レーザで前記近赤外半導体レーザど同等の出力波長の実
現が可能なレーザ結晶であるLiSAF(Cr:LiSrAl
F6;クロム添加のフッ化リチュウムストロンチュウムア
ルミニュウム)が提案された(USP4,811,34
9)。前記LiSAF結晶を用いた半導体レーザ励起固
体レーザ装置において、複屈折フィルタを用いた外部共
振器を結合する860〜920nmの範囲で波長可変な
光源と、LiIO3(ヨウ素酸リチウム)を用いたSH
Gについての報告がなされている。前者については、ク
ィ・ザング、ディ・ジェイ・ディクソン、ビィ・エイチ
・チャイ、ピィ・エヌ・キーン、「電気的にチューニン
グされた半導体レーザ励起Cr:LiSrAlF6レー
ザ」オプティクス・レター、17巻、1号、43頁、1
992年;Qi Zhang, G.J.Dixon, B.H.Chai, P.N.Kea
n,"Electronically tuned diode-laser-pumped Cr:LiSr
AlF6 laser",Opt.Lett.,vol.17,no.1,p43,'92 を、後
者についてはフランソワ・バレンボワ、パトリック・ジ
ョルジュ、フランソワ・サリ、ジェラード・ロジェ、ア
ラン・ブルン、「Cr添加LiSrAlF6レーザの内
部共振2倍波による波長可変の青色光源」アプライド・
フィジックス・レター、61巻、20号、2381頁、
1992年;Francois Balembois, Patrick Georges,
Francois Salin, Gerard Roger, and Alain Brun,"Tunable blue light source by intracavi
ty frequency doublingof a Cr-doped LiSrAlF6 lase
r",Appl.Phys.Lett.,vol.61,no.20,p2381,'92を参照さ
れたい。図4は波長可変固体レーザを用いた共振器構造
によるSHG光源を説明するための図である。励起光は
集光され、レーザ結晶31を励起する。励起されたレー
ザ結晶31は共振器ミラー(M1,M2,M3)間で基
本波41を発生する。共振器ミラーM1(21−a),
M2(21−b)間にはレーザ結晶31と非線形光学結
晶32が配置されている。共振された基本波41は非線
形光学結晶32において一部SH波42に変換されて共
振器ミラーM2(21−b)から出射される。このとき
SH波42の出力すなわち非線形光学結晶32の変換効
率は基本波41の発振波長に依存して変化する。したが
って高い出力を得るためには波長制御を行う必要があ
る。このため共振器ミラーM2(21−b),M3(2
1−c)間に波長制御素子33である複屈折フィルタを
配置し波長制御を行なう。複屈折フィルタは一般的に厚
さの異なる水晶板を3枚張り合わせたものを用い、入射
面を基本波光軸に対しブルースター角に配置し、かつ波
長制御のため精密な回転調整機構を必要とする。また図
4に示したように一共振器中に全ての光学部品を配置し
ないのは次の理由による。第1に通常SH波の発生効率
を高めるため一つの共振器中でのビームウエスト径は小
さくとる。したがってビームウエスト以外でのビーム広
がりが大きくなり光路長の長い共振器を構成するのが困
難である。第2に複屈折フィルタなどの波長制御素子は
ビームの入射角により選択波長が異なる。したがって良
好な選択性を得るため複屈折フィルタの光路長を長くす
ると、ビーム断面において部分的な広がり角が異なり効
率の低下や波長制御性の劣下が起こる。この二つの理由
で折り曲げ型や共振器結合型などの波長制御素子をビー
ムウエストに配置するための共振器を構成していた。
ク装置やレーザプリンタ装置などの光記録分野において
は記録密度向上や高速印刷の要求を満足するため、短波
長化への要求が高まっている。しかし製品化レベルで要
求の大きな波長域である青−緑領域を満足する光源とし
てはHe−Cd(ヘリウムーカドミウム)レーザ装置や
Ar(アルゴン)レーザ装置などのガスレーザ装置しか
なく、例えば光ディスク装置に搭載するには大型で消費
電力が大きく不向きであった。また、一部のレーザプリ
ンタ装置に搭載されているが、将来小型・低消費電力化
を進める上で障害となる可能性を有していた。これに対
して光第2高調波発生(SHG;Second Harmonic Gene
ration)を用いることで短波長化する技術が提案され
た。SHG光源の実用化技術の検討は半導体レーザの高
出力化と伴に進展した。その背景には従来のガスレーザ
のような放電を必要とせず小型、低消費電力化を実
現する可能性を有していた点、次に励起用半導体レーザ
の出力安定性および長寿命に依存したSHG光源の高い
信頼性(出力安定性、長寿命)にある。前記ガスレ
ーザと同等の出力波長を有するSHG光源として、例え
ば近赤外の半導体レーザ出力を第1の発振波すなわち基
本波とし、外部共振器で共振させて、その中に非線形光
学結晶であるKN(KNbO3;ニオブ酸カリウム)を配置
することで第2の発振波すなわちSH波である青色レー
ザ光を得る方法が提案されている(ダブリュー・ジェイ
・コズロフスキー、ダブリュー・レンス「ガリウム・ア
ルミニュウム・ヒ素半導体レーザの2倍波による41m
Wの青色光の発生」アプライド・フィジックス・レタ
ー、56巻、23号、2291頁、1990年;W.J.Ko
zlovsky and W.Lenth,"Generation of 41mW of blue ra
diation by frequency doubling of a GaAlAsdiode las
er",Appl.Phys.Lett.,vol.56,no.23,p2291,'90)。しか
し、前記SHG光源において、KNの波長許容幅(変換
効率が最大値の1/2以上である波長範囲)は1nm以
下と狭く、半導体レーザは戻り光などの外乱で発振波長
が数nm変動すると出力の不安定性を招くため光アイソ
レータを必要とした。これに対し半導体レーザ励起固体
レーザで前記近赤外半導体レーザど同等の出力波長の実
現が可能なレーザ結晶であるLiSAF(Cr:LiSrAl
F6;クロム添加のフッ化リチュウムストロンチュウムア
ルミニュウム)が提案された(USP4,811,34
9)。前記LiSAF結晶を用いた半導体レーザ励起固
体レーザ装置において、複屈折フィルタを用いた外部共
振器を結合する860〜920nmの範囲で波長可変な
光源と、LiIO3(ヨウ素酸リチウム)を用いたSH
Gについての報告がなされている。前者については、ク
ィ・ザング、ディ・ジェイ・ディクソン、ビィ・エイチ
・チャイ、ピィ・エヌ・キーン、「電気的にチューニン
グされた半導体レーザ励起Cr:LiSrAlF6レー
ザ」オプティクス・レター、17巻、1号、43頁、1
992年;Qi Zhang, G.J.Dixon, B.H.Chai, P.N.Kea
n,"Electronically tuned diode-laser-pumped Cr:LiSr
AlF6 laser",Opt.Lett.,vol.17,no.1,p43,'92 を、後
者についてはフランソワ・バレンボワ、パトリック・ジ
ョルジュ、フランソワ・サリ、ジェラード・ロジェ、ア
ラン・ブルン、「Cr添加LiSrAlF6レーザの内
部共振2倍波による波長可変の青色光源」アプライド・
フィジックス・レター、61巻、20号、2381頁、
1992年;Francois Balembois, Patrick Georges,
Francois Salin, Gerard Roger, and Alain Brun,"Tunable blue light source by intracavi
ty frequency doublingof a Cr-doped LiSrAlF6 lase
r",Appl.Phys.Lett.,vol.61,no.20,p2381,'92を参照さ
れたい。図4は波長可変固体レーザを用いた共振器構造
によるSHG光源を説明するための図である。励起光は
集光され、レーザ結晶31を励起する。励起されたレー
ザ結晶31は共振器ミラー(M1,M2,M3)間で基
本波41を発生する。共振器ミラーM1(21−a),
M2(21−b)間にはレーザ結晶31と非線形光学結
晶32が配置されている。共振された基本波41は非線
形光学結晶32において一部SH波42に変換されて共
振器ミラーM2(21−b)から出射される。このとき
SH波42の出力すなわち非線形光学結晶32の変換効
率は基本波41の発振波長に依存して変化する。したが
って高い出力を得るためには波長制御を行う必要があ
る。このため共振器ミラーM2(21−b),M3(2
1−c)間に波長制御素子33である複屈折フィルタを
配置し波長制御を行なう。複屈折フィルタは一般的に厚
さの異なる水晶板を3枚張り合わせたものを用い、入射
面を基本波光軸に対しブルースター角に配置し、かつ波
長制御のため精密な回転調整機構を必要とする。また図
4に示したように一共振器中に全ての光学部品を配置し
ないのは次の理由による。第1に通常SH波の発生効率
を高めるため一つの共振器中でのビームウエスト径は小
さくとる。したがってビームウエスト以外でのビーム広
がりが大きくなり光路長の長い共振器を構成するのが困
難である。第2に複屈折フィルタなどの波長制御素子は
ビームの入射角により選択波長が異なる。したがって良
好な選択性を得るため複屈折フィルタの光路長を長くす
ると、ビーム断面において部分的な広がり角が異なり効
率の低下や波長制御性の劣下が起こる。この二つの理由
で折り曲げ型や共振器結合型などの波長制御素子をビー
ムウエストに配置するための共振器を構成していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一般に波長可変固体レ
ーザをSHG光源の基本波とする利点は二つある。第1
に基本波の波長可変範囲でSH波の波長を可変とするこ
とができる点である。第2に前述のように非線形光学結
晶の波長許容幅が狭く、基本波波長を制御することで最
大効率を確実に得ることができる点である。前記の波長
可変固体レーザを用いた内部共振型SHG光源において
前述の複屈折フィルタなどの波長制御素子を用いるとブ
ルースター角調整や波長制御のための回転機構などの調
整機構を形成する必要があった。このため前述の半導体
レーザ励起SHG光源の特長である小型化できる利点を
大きく損なう問題点があった。
ーザをSHG光源の基本波とする利点は二つある。第1
に基本波の波長可変範囲でSH波の波長を可変とするこ
とができる点である。第2に前述のように非線形光学結
晶の波長許容幅が狭く、基本波波長を制御することで最
大効率を確実に得ることができる点である。前記の波長
可変固体レーザを用いた内部共振型SHG光源において
前述の複屈折フィルタなどの波長制御素子を用いるとブ
ルースター角調整や波長制御のための回転機構などの調
整機構を形成する必要があった。このため前述の半導体
レーザ励起SHG光源の特長である小型化できる利点を
大きく損なう問題点があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明では波長可変固体
レーザを用いた内部共振型SHG光源において、波長制
御素子を工夫することで装置を小型にし、従来技術の問
題点を解決した。すなわち波長制御素子に用いた波長分
散プリズムに基本波の共振器ミラーを形成し、共振器ミ
ラーと波長制御素子を一体化した。波長可変固体レーザ
では励起されたレーザ結晶の自然発光の波長幅は波長可
変範囲の広さを持つ。また、本方法により波長可変固体
レーザを用いたSHG光源を実現するためには、共振器
ミラーの調整機構が備わっていれば良く、従来の装置に
必要であった波長制御素子の調整は不要となる。従来方
法と比較すると波長制御素子と共振器ミラーを一体化
することで部品点数を削減し、波長制御素子の調整機
構を省くことができた。したがって装置を小型化でき従
来の問題点を解決することができた。また、本発明は次
の具体的なはっきりとした特徴を記述している。 (1)半導体レーザと、前記半導体レーザにより励起さ
れるレーザ結晶と、前記レーザ結晶を含む共振器構造を
有し、前記共振器構造により発生される固体レーザ出力
の可変発振波長幅Δλが20≦Δλ≦200nmである
半導体レーザ励起固体レーザ装置において、発振波長幅
Δλを10nm以下に選択する共振器ミラーを用いて波
長制御する半導体レーザ励起固体レーザ装置を提案し
た。 (2)前記共振器ミラーは波長分散プリズムで、前記波
長分散プリズムの一面に前記固体レーザ出力の可変発振
波長において反射率が95%以上の反射膜を形成した半
導体レーザ励起固体レーザ装置を提案した。 (3)前記共振器構造内に前記レーザ結晶による第1の
発振波を第2の発振波に変換する非線形光学結晶を有す
る半導体レーザ励起固体レーザ装置を提案した。 (4)前記レーザ結晶にLiSAF(Cr:LiSrAlF6;ク
ロム添加のフッ化リチュウ ムストロンチュウムア
ルミニュウム)を用いた半導体レーザ励起固体レー
ザ装置を提案した。 (5)前記非線形光学結晶としてKNを用いた半導体レ
ーザ励起固体レーザ装置を提案した。 (6)前記非線形光学結晶としてKLN(KLiNbO3;ニ
オブ酸カリウムリチウム) を用いた半導体レーザ
励起固体レーザ装置を提案した。 (7)前記共振器構造をマウントするレーザ筐体を温度
制御する手段を有する半導体レーザ励起固体レーザ装置
を提案した。 (8)前記第2の発振波が第1の発振波の第2高調波で
ある半導体レーザ励起固体レーザ装置を提案した。 (9)前記半導体レーザの光軸と第2の発振波の光軸が
平行である半導体レーザ励起固体レーザ装置を提案し
た。 (10)前述の半導体レーザ励起固体レーザ装置を用い
たレーザプリンタ装置または光造形装置を提案した。
レーザを用いた内部共振型SHG光源において、波長制
御素子を工夫することで装置を小型にし、従来技術の問
題点を解決した。すなわち波長制御素子に用いた波長分
散プリズムに基本波の共振器ミラーを形成し、共振器ミ
ラーと波長制御素子を一体化した。波長可変固体レーザ
では励起されたレーザ結晶の自然発光の波長幅は波長可
変範囲の広さを持つ。また、本方法により波長可変固体
レーザを用いたSHG光源を実現するためには、共振器
ミラーの調整機構が備わっていれば良く、従来の装置に
必要であった波長制御素子の調整は不要となる。従来方
法と比較すると波長制御素子と共振器ミラーを一体化
することで部品点数を削減し、波長制御素子の調整機
構を省くことができた。したがって装置を小型化でき従
来の問題点を解決することができた。また、本発明は次
の具体的なはっきりとした特徴を記述している。 (1)半導体レーザと、前記半導体レーザにより励起さ
れるレーザ結晶と、前記レーザ結晶を含む共振器構造を
有し、前記共振器構造により発生される固体レーザ出力
の可変発振波長幅Δλが20≦Δλ≦200nmである
半導体レーザ励起固体レーザ装置において、発振波長幅
Δλを10nm以下に選択する共振器ミラーを用いて波
長制御する半導体レーザ励起固体レーザ装置を提案し
た。 (2)前記共振器ミラーは波長分散プリズムで、前記波
長分散プリズムの一面に前記固体レーザ出力の可変発振
波長において反射率が95%以上の反射膜を形成した半
導体レーザ励起固体レーザ装置を提案した。 (3)前記共振器構造内に前記レーザ結晶による第1の
発振波を第2の発振波に変換する非線形光学結晶を有す
る半導体レーザ励起固体レーザ装置を提案した。 (4)前記レーザ結晶にLiSAF(Cr:LiSrAlF6;ク
ロム添加のフッ化リチュウ ムストロンチュウムア
ルミニュウム)を用いた半導体レーザ励起固体レー
ザ装置を提案した。 (5)前記非線形光学結晶としてKNを用いた半導体レ
ーザ励起固体レーザ装置を提案した。 (6)前記非線形光学結晶としてKLN(KLiNbO3;ニ
オブ酸カリウムリチウム) を用いた半導体レーザ
励起固体レーザ装置を提案した。 (7)前記共振器構造をマウントするレーザ筐体を温度
制御する手段を有する半導体レーザ励起固体レーザ装置
を提案した。 (8)前記第2の発振波が第1の発振波の第2高調波で
ある半導体レーザ励起固体レーザ装置を提案した。 (9)前記半導体レーザの光軸と第2の発振波の光軸が
平行である半導体レーザ励起固体レーザ装置を提案し
た。 (10)前述の半導体レーザ励起固体レーザ装置を用い
たレーザプリンタ装置または光造形装置を提案した。
【0005】(実施例1)図1は本発明の一実施例を説
明するための図である。半導体レーザ11は集光光学系
12により集光され、レーザ結晶31を励起する。励起
されたレーザ結晶31は共振器ミラー21(M1,M
2,M3)間で基本波41を発生する。レーザ結晶31
の前方端面に形成された共振器ミラーM1(21−a)
とM2(21−b)間にはレーザ結晶31と非線形光学
結晶32が配置されている。光軸は共振器ミラーM2
(21−b)で折り曲げられて、三角柱の波長分散プリ
ズム33を透過後波長分散プリズム出射端面に形成され
た共振器ミラーM3(21−c)により反射され共振器
を形成する。共振された基本波41は非線形光学結晶3
2において一部SH波42に変換されて共振器ミラーM
2(21−b)から出射される。励起波長は680n
m、基本波波長は860nm、SH波波長は430nm
とした。本構成において励起ビームとSH波42出力は
平行となる。ここで共振器内において自然発光が波長分
散プリズム33に入射した場合、異なる波長成分は波長
分散プリズム33内部で異なる方向に進行する。また所
望の波長のビーム41の進行方向に対して垂直に反射す
る共振器ミラーM3(21−c)を波長分散プリズム3
3の出射面に形成すれば、前記ビームは同一光軸を逆方
向に進行する。このとき他の波長成分に対しては前記共
振器ミラーM3(21−c)は垂直に位置しないので反
射光は進行方向と異なる方向に反射され共振が起こらな
い。したがって所望の波長の自然発光ビームのみ選択さ
れて共振条件を満足し、波長制御が可能となる。本発明
において1°の角度調整に対して2nmの波長変化が対
応する波長分散プリズムを用いた。また、波長分散プリ
ズム33の反射面は基本波波長において光軸と垂直なる
ように設計した。設計条件では基本波41の発振波長は
中心が860nmで波長幅ΔλはΔλ<2nmの波長制
御が可能とした。波長分散プリズム光軸方向の肉厚を調
整することによりΔλは10nm以下で制御可能であ
る。励起用半導体レーザ11は発振波長680nm、出
力500mWのブロードエリア型を用いた。集光光学系
12にはアナモルフィックプリズムペアを用いて集光形
状の歪みを補正し、レーザ結晶31中での基本波共振モ
ード41との結合を良好に行うようにした。集光光学系
12は全て励起波長において反射率5%以下となるよう
な無反射(以下単にAR;Anti-Reflection)コーティ
ングを施した。レーザ結晶31にはCr添加量5.5%
のLiSAF結晶を用いた。結晶のサイズは3×3×1
mmのものを用いた。結晶の前方端面には励起波長に対
して反射率5%以下のARコーティング、基本波波長に
対して反射率99%以上の全反射(以下単にHR;High
-Reflection)コーティングを施し共振器ミラーM1
(21−a)とした。レーザ結晶31の後方端面には基
本波波長に対して反射率5%以下のARコーティングを
施した。共振器ミラーM2(21−b)には基本波波長
に対しM1と同様のHRコーティングとSH波42波長
に対して反射率15%以下のARコーティングを施し
た。また、波長分散プリズム33の入射面には基本波波
長に対して反射率5%以下のARコーティングを施し、
反射面には反射率99%以上のHRコーティングを施し
た。非線形光学結晶32にはKNを用いた。サイズは3
×3×5のものを用い、基本波ビーム41の進行方向が
KN結晶のa軸方向となるように配置した。KN結晶の
両端面には基本波41およびSH波42波長に対して反
射率5%以下のARコーティングを施した。また、KN
結晶は25℃±0.2に温度制御しSHGの位相整合条
件を安定化させた。さらに各光学部品間の距離が熱的に
変化しないようにホルダ全体を温度制御した。本発明で
は各々単独の制御素子51を用いたが、同一の制御素子
による温度制御も可能である。前記HRコーティングの
反射率は95%以上のものを用いればよく、特に99%
以上とする必要はない。LiSAFの吸収の波長許容幅
は約100nmと広く励起用半導体レーザを温度制御素
子などを用いて波長制御しなかったが、最大吸収波長に
一致させるため制御しても良い。また、KNの代わりに
KLNを用いても良い。
明するための図である。半導体レーザ11は集光光学系
12により集光され、レーザ結晶31を励起する。励起
されたレーザ結晶31は共振器ミラー21(M1,M
2,M3)間で基本波41を発生する。レーザ結晶31
の前方端面に形成された共振器ミラーM1(21−a)
とM2(21−b)間にはレーザ結晶31と非線形光学
結晶32が配置されている。光軸は共振器ミラーM2
(21−b)で折り曲げられて、三角柱の波長分散プリ
ズム33を透過後波長分散プリズム出射端面に形成され
た共振器ミラーM3(21−c)により反射され共振器
を形成する。共振された基本波41は非線形光学結晶3
2において一部SH波42に変換されて共振器ミラーM
2(21−b)から出射される。励起波長は680n
m、基本波波長は860nm、SH波波長は430nm
とした。本構成において励起ビームとSH波42出力は
平行となる。ここで共振器内において自然発光が波長分
散プリズム33に入射した場合、異なる波長成分は波長
分散プリズム33内部で異なる方向に進行する。また所
望の波長のビーム41の進行方向に対して垂直に反射す
る共振器ミラーM3(21−c)を波長分散プリズム3
3の出射面に形成すれば、前記ビームは同一光軸を逆方
向に進行する。このとき他の波長成分に対しては前記共
振器ミラーM3(21−c)は垂直に位置しないので反
射光は進行方向と異なる方向に反射され共振が起こらな
い。したがって所望の波長の自然発光ビームのみ選択さ
れて共振条件を満足し、波長制御が可能となる。本発明
において1°の角度調整に対して2nmの波長変化が対
応する波長分散プリズムを用いた。また、波長分散プリ
ズム33の反射面は基本波波長において光軸と垂直なる
ように設計した。設計条件では基本波41の発振波長は
中心が860nmで波長幅ΔλはΔλ<2nmの波長制
御が可能とした。波長分散プリズム光軸方向の肉厚を調
整することによりΔλは10nm以下で制御可能であ
る。励起用半導体レーザ11は発振波長680nm、出
力500mWのブロードエリア型を用いた。集光光学系
12にはアナモルフィックプリズムペアを用いて集光形
状の歪みを補正し、レーザ結晶31中での基本波共振モ
ード41との結合を良好に行うようにした。集光光学系
12は全て励起波長において反射率5%以下となるよう
な無反射(以下単にAR;Anti-Reflection)コーティ
ングを施した。レーザ結晶31にはCr添加量5.5%
のLiSAF結晶を用いた。結晶のサイズは3×3×1
mmのものを用いた。結晶の前方端面には励起波長に対
して反射率5%以下のARコーティング、基本波波長に
対して反射率99%以上の全反射(以下単にHR;High
-Reflection)コーティングを施し共振器ミラーM1
(21−a)とした。レーザ結晶31の後方端面には基
本波波長に対して反射率5%以下のARコーティングを
施した。共振器ミラーM2(21−b)には基本波波長
に対しM1と同様のHRコーティングとSH波42波長
に対して反射率15%以下のARコーティングを施し
た。また、波長分散プリズム33の入射面には基本波波
長に対して反射率5%以下のARコーティングを施し、
反射面には反射率99%以上のHRコーティングを施し
た。非線形光学結晶32にはKNを用いた。サイズは3
×3×5のものを用い、基本波ビーム41の進行方向が
KN結晶のa軸方向となるように配置した。KN結晶の
両端面には基本波41およびSH波42波長に対して反
射率5%以下のARコーティングを施した。また、KN
結晶は25℃±0.2に温度制御しSHGの位相整合条
件を安定化させた。さらに各光学部品間の距離が熱的に
変化しないようにホルダ全体を温度制御した。本発明で
は各々単独の制御素子51を用いたが、同一の制御素子
による温度制御も可能である。前記HRコーティングの
反射率は95%以上のものを用いればよく、特に99%
以上とする必要はない。LiSAFの吸収の波長許容幅
は約100nmと広く励起用半導体レーザを温度制御素
子などを用いて波長制御しなかったが、最大吸収波長に
一致させるため制御しても良い。また、KNの代わりに
KLNを用いても良い。
【0006】(実施例2)図2は本発明の一実施例を説
明するため図である。本実施例では各構成部品は順に、
半導体レーザ11、集光光学系12、共振器ミラーM1
(21−a)、レーザ結晶31、非線形光学結晶32、
三角柱の波長分散プリズム33、波長分散プリズム出射
端面に形成された共振器ミラーM2(21−b)、SH
波42の出射角補正用プリズム34となる。共振器ミラ
ーM1(21−a)と共振器ミラーM2(21−b)に
より、基本波ビーム41はM2側でビームウエストを形
成するように発振する。ここで実施例1と異なる点はコ
ーティング仕様であり、レーザ結晶31の両端面に基本
波波長に対してAR、M2(21−b)に基本波波長に
対してHR、SH波長に対してARコーティングを行
う。本構成において励起ビームとSH波42出力は平行
となるように前述のSH出射角補正プリズムを設けた。
KNおよび共振器の温度制御等は実施例1と同様であ
る。
明するため図である。本実施例では各構成部品は順に、
半導体レーザ11、集光光学系12、共振器ミラーM1
(21−a)、レーザ結晶31、非線形光学結晶32、
三角柱の波長分散プリズム33、波長分散プリズム出射
端面に形成された共振器ミラーM2(21−b)、SH
波42の出射角補正用プリズム34となる。共振器ミラ
ーM1(21−a)と共振器ミラーM2(21−b)に
より、基本波ビーム41はM2側でビームウエストを形
成するように発振する。ここで実施例1と異なる点はコ
ーティング仕様であり、レーザ結晶31の両端面に基本
波波長に対してAR、M2(21−b)に基本波波長に
対してHR、SH波長に対してARコーティングを行
う。本構成において励起ビームとSH波42出力は平行
となるように前述のSH出射角補正プリズムを設けた。
KNおよび共振器の温度制御等は実施例1と同様であ
る。
【0007】(実施例3)図3は本発明の一実施例を説
明するための図である。実施例1または実施例2で説明
したSHG光源100から出射されたSH波42は、音
響光学(以下単にAO;Acousto-Optical)変調器20
1、ビームエキスパンダ202、回転多面鏡203、f
θレンズ204を通過し、感光ドラム205に集光され
る。AO変調器201は画像情報に応じてSH波42の
変調を行い、回転多面鏡203は水平(紙面内)方向に
走査する。この組合せで2次元情報は感光ドラム205
に部分的な電位差として記録される。感光ドラム205
は前記電位差に応じてトナーを付着して回転し、記録用
紙に情報を再生する。
明するための図である。実施例1または実施例2で説明
したSHG光源100から出射されたSH波42は、音
響光学(以下単にAO;Acousto-Optical)変調器20
1、ビームエキスパンダ202、回転多面鏡203、f
θレンズ204を通過し、感光ドラム205に集光され
る。AO変調器201は画像情報に応じてSH波42の
変調を行い、回転多面鏡203は水平(紙面内)方向に
走査する。この組合せで2次元情報は感光ドラム205
に部分的な電位差として記録される。感光ドラム205
は前記電位差に応じてトナーを付着して回転し、記録用
紙に情報を再生する。
【0008】
【発明の効果】本発明により得られる効果は、SHG光
源の組立において部品点数や調整機構の一部を省くこと
でレーザプリンタ装置および光造型装置などの光エレク
トロニクス装置に搭載可能な小型化を実現した点にあ
る。また、小型になり部品点数が減少したため、SHG
光源の振動等に対する信頼性が高くなった。
源の組立において部品点数や調整機構の一部を省くこと
でレーザプリンタ装置および光造型装置などの光エレク
トロニクス装置に搭載可能な小型化を実現した点にあ
る。また、小型になり部品点数が減少したため、SHG
光源の振動等に対する信頼性が高くなった。
【図1】本発明の一実施例を説明するための図である。
【図2】本発明の一実施例を説明するための図である。
【図3】本発明の一実施例を説明するための図である。
【図4】波長可変固体レーザを用いた内部共振によるS
HG光源を説明するための図である。
HG光源を説明するための図である。
11 半導体レーザ、12 集光光学系、21 共振器
ミラー、31 レーザ結晶、32 非線形光学結晶、3
3 波長制御素子、34 SH波出射角補正プリズム、
41 基本波、42 SH波、51 温度制御素子、1
00 SHG光源、201 AO変調器、202 ビー
ムエキスパンダ、203 回転多面鏡、204 fθレ
ンズ、205 感光ドラム
ミラー、31 レーザ結晶、32 非線形光学結晶、3
3 波長制御素子、34 SH波出射角補正プリズム、
41 基本波、42 SH波、51 温度制御素子、1
00 SHG光源、201 AO変調器、202 ビー
ムエキスパンダ、203 回転多面鏡、204 fθレ
ンズ、205 感光ドラム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01S 3/18
Claims (11)
- 【請求項1】 半導体レーザと、前記半導体レーザによ
り励起されるレーザ結晶と、前記レーザ結晶を含む共振
器構造を有し、前記共振器構造により発生される固体レ
ーザ出力の可変発振波長幅Δλが20≦Δλ≦200n
mである半導体レーザ励起固体レーザ装置において、発
振波長幅Δλを10nm以下に選択する共振器ミラーを
用いて波長制御することを特徴とする半導体レーザ励起
固体レーザ装置。 - 【請求項2】 前記共振器ミラーは波長分散プリズム
で、前記波長分散プリズムの一面に前記固体レーザ出力
の可変発振波長において反射率が95%以上の反射膜を
形成したことを特徴とする請求項1に記載の半導体レー
ザ励起固体レーザ装置。 - 【請求項3】 前記共振器構造内に前記レーザ結晶によ
る第1の発振波を第2の発振波に変換する非線形光学結
晶を有することを特徴とする請求項1または2のいずれ
かの項に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。 - 【請求項4】 前記レーザ結晶がLiSAF(Cr:LiSrA
lF6;クロム添加のフッ化リチュウムストロンチュウム
アルミニュウム)であることを特徴とする請求項1〜3
のいずれかの項に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装
置。 - 【請求項5】 前記非線形光学結晶がKN(KNbO3;ニ
オブ酸カリウム)であることを特徴とする請求項1〜4
のいずれかの項に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装
置。 - 【請求項6】 前記非線形光学結晶がKLN(KLiNb
O3;ニオブ酸カリウムリチウム)であることを特徴とす
る請求項1〜4のいずれかの項に記載の半導体レーザ励
起固体レーザ装置。 - 【請求項7】 前記共振器構造をマウントするレーザ筐
体を温度制御する手段を有することを特徴とする請求項
1〜6のいずれかの項に記載の半導体レーザ励起固体レ
ーザ装置。 - 【請求項8】 前記第2の発振波が第1の発振波の第2
高調波であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか
の項に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。 - 【請求項9】 前記半導体レーザの光軸と第2の発振波
の光軸が平行であることを特徴とする請求項1〜8のい
ずれかの項に記載の半導体レーザ励起固体レーザ装置。 - 【請求項10】 請求項1〜9のいずれかの項に記載の
半導体レーザ励起固体レーザ装置を用いたことを特徴と
するレーザプリンタ装置。 - 【請求項11】 請求項1〜9のいずれかの項に記載の
半導体レーザ励起固体レーザ装置を用いたことを特徴と
する光造形装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24125393A JPH0799357A (ja) | 1993-09-28 | 1993-09-28 | 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 |
---|---|---|---|
JP24125393A JPH0799357A (ja) | 1993-09-28 | 1993-09-28 | 半導体レーザ励起固体レーザ装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0799357A true JPH0799357A (ja) | 1995-04-11 |
Family
ID=17071494
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP24125393A Pending JPH0799357A (ja) | 1993-09-28 | 1993-09-28 | 半導体レーザ励起固体レーザ装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0799357A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1997021259A1 (fr) * | 1995-12-06 | 1997-06-12 | Hitachi Metals, Ltd. | Resonateur laser, dispositif laser, dispositif appliquant un laser, et procede pour faire osciller un faisceau laser |
JP2002528921A (ja) * | 1998-10-26 | 2002-09-03 | コヒーレント・インク | キャビティー内の周波数変換された光学的ポンプ半導体レーザー |
-
1993
- 1993-09-28 JP JP24125393A patent/JPH0799357A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1997021259A1 (fr) * | 1995-12-06 | 1997-06-12 | Hitachi Metals, Ltd. | Resonateur laser, dispositif laser, dispositif appliquant un laser, et procede pour faire osciller un faisceau laser |
JP2002528921A (ja) * | 1998-10-26 | 2002-09-03 | コヒーレント・インク | キャビティー内の周波数変換された光学的ポンプ半導体レーザー |
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