(57)【要約】【課題】周期分極反転素子を用いた場合でも光学特性の劣化を防ぐことができる固体レーザ装置を提供する。【解決手段】励起光を出射する半導体レーザ１と、入射ミラーと出射ミラー７との間に配置され、半導体レーザ１からの励起光により励起されて基本波のレーザ光を放出するレーザ媒質５と、レーザ媒質５と出射ミラー７との間に配置され、周期分極反転構造を形成し、基本波を高調波に変換する周期分極反転素子６と周期分極反転素子６を覆う透明材８ａ，８ｂと、透明材８ａ，８ｂを覆う金属ホルダ１１ｃ，１１ｄとを備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を出射する半導体レーザと、
入射ミラーと出射ミラーとの間に配置され、前記半導体レーザからの励起光により励起されて基本波のレーザ光を放出するレーザ媒質と、
前記レーザ媒質と前記出射ミラーとの間に配置され、周期分極反転構造を形成し、前記基本波を高調波に変換する周期分極反転素子と、
前記周期分極反転素子を覆う透明材と、
前記透明材を覆う金属ホルダと、
を備えることを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項２】
前記周期分極反転素子は、直方体をなし、厚み方向よりも幅方向の開口が広く、前記透明材は、前記周期分極反転素子の前記厚み方向の２面を挟むように配置されることを特徴とする請求項１記載の固体レーザ装置。
【請求項３】
前記半導体レーザに直付され、前記半導体レーザからのファスト軸方向の励起光を平行光にするファスト軸シリンドリカルレンズと、
前記ファスト軸シリンドリカルレンズからのスロー軸方向の励起光を平行光にするスロー軸シリンドリカルレンズと、
前記スロー軸シリンドリカルレンズと前記レーザ媒質との間に設けられ、偏光方向を９０度回転させるλ／２波長板（λは波長）とを備え、
前記半導体レーザは、ＴＭ偏光のレーザであり、前記半導体レーザのスロー軸方向を前記周期分極反転素子の厚み方向に一致させることを特徴とする請求項２記載の固体レーザ装置。
【請求項４】
前記半導体レーザに直付され、前記半導体レーザからのファスト軸方向の励起光を平行光にするファスト軸シリンドリカルレンズと、
前記ファスト軸シリンドリカルレンズからのスロー軸方向の励起光を平行光にするスロー軸シリンドリカルレンズとを備え、
前記半導体レーザは、ＴＥ偏光のレーザであり、
前記半導体レーザのスロー軸方向を前記周期分極反転素子の厚み方向に一致させることを特徴とする請求項２記載の固体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周期分極反転素子を用いた波長変換素子を保持するための固体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザからの励起光を集光レンズで集光し、集光された励起光をレーザ媒質に照射し、レーザ媒質から誘導放出される基本波を光共振器内に収容した非線形結晶に照射することにより、基本波を第２高調波に変換し、第２高調波を光共振器内で発振させ出射ミラーを介して外部に出力する固体レーザ装置が知られている（特許文献１）。
【０００３】
基本波を第２高調波に変換する波長変換素子からなる非線形結晶は、ＭｇＳＬＴ、ＭｇＬＮ等の疑似位相型の周期分極反転素子が用いられることがある。周期分極反転素子は、製造方法から素子の幅方向には開口を広げることは容易である。しかし、厚み方向に開口を広げることは困難である。
【０００４】
例えば、１０６４ｎｍの基本波から５３２ｎｍの第２高調波を出力するための素子の厚みは、１ｍｍ程度が限界である。図７に示すように、１ｍｍ程度の厚みを持つ周期分極反転素子６Ａを２つの金属ホルダ１１ａ，１１ｂで保持し、共振器内に挿入している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−７４９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、厚みが１ｍｍという開口は、共振器を構成する光学部品の中でも最も小さく、共振器の調整が困難であった。特に、周期分極反転素子６Ａの周囲が金属ホルダ１１ａ，１１ｂで覆われているため、誘導放出された基本波の一部が、遮られてしまう。このため、金属ホルダ１１ａ，１１ｂの温度が上昇し、温度上昇による熱によりレーザの立ち上がり特性等の光学特性が劣化する。
【０００７】
本発明の課題は、周期分極反転素子を用いた場合でも光学特性の劣化を防ぐことができる固体レーザ装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る固体レーザ装置の請求項１は、励起光を出射する半導体レーザと、入射ミラーと出射ミラーとの間に配置され、前記半導体レーザからの励起光により励起されて基本波のレーザ光を放出するレーザ媒質と、前記レーザ媒質と前記出射ミラーとの間に配置され、周期分極反転構造を形成し、前記基本波を高調波に変換する周期分極反転素子と、前記周期分極反転素子を覆う透明材と、前記透明材を覆う金属ホルダとを備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項２では、前記周期分極反転素子は、直方体をなし、厚み方向よりも幅方向の開口が広く、前記透明材は、前記周期分極反転素子の前記厚み方向の２面を挟むように配置されることを特徴とする。
【００１０】
請求項３は、前記半導体レーザに直付され、前記半導体レーザからのファスト軸方向の励起光を平行光にするファスト軸シリンドリカルレンズと、前記ファスト軸シリンドリカルレンズからのスロー軸方向の励起光を平行光にするスロー軸シリンドリカルレンズと、前記スロー軸シリンドリカルレンズと前記レーザ媒質との間に設けられ、偏光方向を９０度回転させるλ／２波長板（λは波長）とを備え、前記半導体レーザは、ＴＭ偏光のレーザであり、前記半導体レーザのスロー軸方向を前記周期分極反転素子の厚み方向に一致させることを特徴とする。
【００１１】
請求項４は、前記半導体レーザに直付され、前記半導体レーザからのファスト軸方向の励起光を平行光にするファスト軸シリンドリカルレンズと、前記ファスト軸シリンドリカルレンズからのスロー軸方向の励起光を平行光にするスロー軸シリンドリカルレンズとを備え、前記半導体レーザは、ＴＥ偏光のレーザであり、前記半導体レーザのスロー軸方向を前記周期分極反転素子の厚み方向に一致させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、周期分極反転素子を透明材で覆い、透明材を金属ホルダで覆うようにしたので、共振器内の基本波が金属ホルダに遮られることがない。従って、金属ホルダの温度上昇を低減でき、立ち上がり特性等の光学特性の劣化を防ぐことができ、品質の良いレーザ光を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１（ａ）は本発明の第１実施例の固体レーザ装置の側面図、図１（ｂ）は本発明の第１実施例の固体レーザ装置の上面図である。
【図２】本発明の第１実施例の固体レーザ装置に設けられた半導体レーザのエミッタを示す図である。
【図３】本発明の第１実施例の固体レーザ装置に設けられた周期分極反転素子の構成図である。
【図４】誘導放出されたビームの一部が周期分極反転素子を覆う金属ホルダで遮られた様子を示す図である。
【図５】周期分極反転素子の外側に透明材を設けたことで、誘導放出されたビームが金属ホルダで遮られない様子を示す図である。
【図６】図６（ａ）は本発明の第２実施例の固体レーザ装置の側面図、図６（ｂ）は本発明の第２実施例の固体レーザ装置の上面図である。
【図７】金属ホルダにより直接覆われた従来の周期分極反転素子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１実施例）
以下、本発明の実施形態に係る固体レーザ装置を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
図１（ａ）は本発明の第１実施例の固体レーザ装置の側面図である。図１（ｂ）は本発明の第１実施例の固体レーザ装置の上面図である。
【００１６】
固体レーザ装置は、半導体レーザ１、ファスト軸シリンドリカルレンズ２、スロー軸シリンドリカルレンズ３、λ／２波長板４、レーザ媒質５、周期分極反転素子６を備えている。λはレーザ光の波長である。
【００１７】
半導体レーザ１は、エミッタ１ａを有し、互いに直交するファスト軸方向とスロー軸方向とにビーム幅の異なる楕円ビームからなる波長が８０８ｎｍの励起光を出射する。半導体レーザ１においては、図２に示すように、ＴＭ偏光の半導体レーザを用いた場合には、エミッタ１ａの厚み方向がＴＭ偏光の半導体レーザの偏光方向である。ＴＥ偏光の半導体レーザを用いた場合には、エミッタ１ａの幅方向がＴＥ偏光の半導体レーザの偏光方向である。第１実施例では、半導体レーザ１は、ＴＭ偏光のレーザであり、半導体レーザ１のスロー軸方向を周期分極反転素子６の厚み方向に一致させる。
【００１８】
ファスト軸シリンドリカルレンズ２は、半導体レーザ１に直付され、半導体レーザ１からのファスト軸方向の励起光を平行光にする。即ち平行光のファスト軸ビーム１１１が出力される。なお、スロー軸方向ビーム１１２は、拡がって出力される。スロー軸シリンドリカルレンズ３は、ファスト軸シリンドリカルレンズ２からのスロー軸方向の励起光を平行光にする。
【００１９】
λ／２波長板４は、スロー軸シリンドリカルレンズ３とレーザ媒質５との間に設けられ、スロー軸シリンドリカルレンズ３からのレーザ光の偏光方向を９０度回転させる。
【００２０】
レーザ媒質５は、半導体レーザ１側の面に半導体レーザ１からの励起光（波長が８０８ｎｍ）に対して低反射となり且つ基本波の波長である１０６４ｎｍに対して高反射となるコーティングが塗布されている。コーティングとして誘電体膜が用いられる。コーティングは、本発明の入射ミラーに対応する。
【００２１】
レーザ媒質５は、入射ミラーと出射ミラー７との間に配置され、λ／２波長板４からの光により励起されて基本波のレーザ光を放出する。即ち、共振器基本モードビーム１１３が出力される。レーザ媒質５としては、例えば、Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶が用いられる。
【００２２】
出射ミラー７は、凹面ミラーからなり、１０６４ｎｍの光に対して高反射で且つ第２高調波の波長である５３２ｎｍに対して低反射となるコーティングが塗布されている。
【００２３】
周期分極反転素子６は、レーザ媒質５と出射ミラー７との間に配置され、図３に示すように、分極反転部６ａと分極反転部６ｂとが交互に配置されて同一方向に周期的に分極反転された周期分極反転構造を形成し、基本波を高調波に変換する波長変換素子からなる。
【００２４】
周期分極反転素子６は、ＰＰＭｇＳＬＴ、ＰＰＭｇＬＮ、ＰＰＬＮ等であり、本実施例では、ＰＰＭｇＳＬＴを用いた。周期分極反転素子６の結晶Ｚ方向は、図３に示すように、半導体レーザ１の偏光方向と一致するように配置されている。周期的分極反転の周期は、所望の温度で波長１０６４ｎｍの基本波が波長５３２ｎｍの第２高調波光に変換されるようになっている。周期分極反転素子６は、直方体をなして形成され、図５に示すように、厚み方向よりも幅方向の開口が広くなっている。周期分極反転素子６の幅方向サイズは、Ｌ３で例えば２ｍｍ、厚み方向サイズは、Ｌ４で例えば１ｍｍである。
【００２５】
透明材８ａ，８ｂは、周期分極反転素子６の厚み方向の２面を挟むように配置され、周期分極反転素子６を覆っている。透明材８ａの幅方向サイズは、Ｌ３で例えば２ｍｍ、厚み方向サイズは、Ｌ５で例えば０．５ｍｍである。透明材８ｂの幅方向サイズは、Ｌ３で例えば２ｍｍ、厚み方向サイズは、Ｌ６で例えば０．５ｍｍである。
【００２６】
透明材８ａ，８ｂの材質は、基本波、実施例では、１０６４ｎｍの光に対して透明であり、且つ熱伝導率が高い材料の望ましい。例えば、透明材８ａ，８ｂの材質としては、サアァイヤ、ＭｇＳＬＴ等である。透明材８ａ，８ｂとしてＭｇＳＬＴを用いる場合には、分極反転処理を施している必要はない。
【００２７】
金属ホルダ１１ｃ，１１ｄは、例えば、アルミニウムからなり、透明材８ａ，８ｂと周期分極反転素子６とを覆うとともに保持して、共振器内に挿入されている。
【００２８】
次に、固体レーザ装置の動作を説明する。まず、従来の固体レーザ装置では、図４に示すように、幅方向サイズＬ１（例えば１ｍｍ）で厚み方向サイズがＬ２（例えば１ｍｍ）を有する周期分極反転素子６Ａが金属ホルダ１１ａ，１１ｂで覆われている。この場合に、誘導放出されたビームＢＭの一部が点線で示すように、金属ホルダ１１ａ，１１ｂで遮られている。
【００２９】
これに対して、第１実施例の固体レーザ装置では、図５に示すように、周期分極反転素子６を透明材８ａ，８ｂで覆い、透明材８ａ，８ｂを金属ホルダ１１ｃ，１１ｄで覆うようにしたので、共振器内の基本波（ビームＢＭ）が金属ホルダ１１ｃ，１１ｄに遮られることがない。従って、金属ホルダ１１ｃ，１１ｄの温度上昇を低減でき、立ち上がり特性等の光学特性の劣化を防ぐことができ、品質の良いレーザ光を得ることができる。
【００３０】
また、図１に示す第１実施例の固体レーザ装置は、半導体レーザ１のレーザ光の集光位置が一方向にしか調整できない場合のＴＭ偏光の半導体レーザ１を用いた場合の例を示している。
【００３１】
ファスト軸シリンドリカルレンズ２は、半導体レーザ１に直付けされているため、ファスト軸方向にはファスト軸シリンドリカルレンズ２を微調整することはできない。
【００３２】
これに対して、スロー軸シリンドリカルレンズ３は、スロー軸方向に調整することで位置を調整することができる。
【００３３】
また、ＴＭ偏光の半導体レーザ１を用いたので、図１（ａ）に示すように、エミッタ１ａの厚み方向がＴＭ偏光の半導体レーザ１の偏光方向である。図１（ａ）では、ＴＭ偏光の半導体レーザ１の偏光方向は、上下方向である。このため、ＴＭ偏光の半導体レーザ１からのレーザ光をλ／２波長板４を通すことで、偏光方向を９０度回転させる。
【００３４】
これにより、図１（ａ）では、ＴＭ偏光の半導体レーザ１からのレーザ光の偏光方向は、レーザ光をλ／２波長板４を通すことで、紙面に対して垂直方向となる。図１（ｂ）は、図１（ａ）に対して９０度回転した図であるため、図１（ｂ）では、ＴＭ偏光の半導体レーザ１からのレーザ光の偏光方向は、レーザ光をλ／２波長板４を通すことで、上下方向となる。
【００３５】
そして、λ／２波長板４を通した後の半導体レーザ１の偏光方向、即ちスロー軸方向を、周期分極反転素子６の厚み方向（Ｚ方向）と一致させることにより、半導体レーザ１の調整が容易になる。
【００３６】
（第２実施例）
図６（ａ）は本発明の第２実施例の固体レーザ装置の側面図、図６（ｂ）は本発明の第２実施例の固体レーザ装置の上面図である。第２実施例の固体レーザ装置は、ＴＥ偏光の半導体レーザ１を用いた場合である。ＴＥ偏光の半導体レーザ１は、図６（ａ）に示すように、紙面に対して垂直な方向が半導体レーザ１の偏光方向である。
【００３７】
この場合には、スロー軸シリンドリカルレンズ３とレーザ媒質５との間に、λ／２波長板４を設ける必要がない。
【００３８】
即ち、図６（ｂ）は、図６（ａ）に対して９０度回転した図であるため、図６（ｂ）では、ＴＥ偏光の半導体レーザ１からのレーザ光の偏光方向は、上下方向となる。
【００３９】
そして、半導体レーザ１の偏光方向、即ちスロー軸方向を、周期分極反転素子６の厚み方向（Ｚ方向）と一致させることにより、半導体レーザ１の調整が容易になる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、レーザ発振器に適用可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１  半導体レーザ
１ａ  半導体レーザのエミッタ
２  ファスト軸シリンドリカルレンズ
３  スロー軸シリンドリカルレンズ
４  λ／２波長板
５  レーザ媒質
６，６Ａ  周期分極反転素子
７  出射ミラー
８ａ，８ｂ  透明材
１１ａ〜１１ｄ  金属ホルダ
１１１  ファスト軸方向ビーム
１１２  スロー軸方向ビーム
１１３  共振器基本モードビーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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