(57)【要約】【課題】  寿命、非点収差、ノイズ、戻り光特性等に優れた高出力の波長４００ｎｍ帯の固体青色レーザー装置を実現することにある。【解決手段】  ＡｌＧａＡｓ系またはＩｎＧａＡｓＰ系からなる波長８００ｎｍ帯において発光する半導体レーザーをマスター発振器として発振させた基本波を、波長６００ｎｍ帯において発光するＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザーを用いて励起したＣｒドープＬｉＳｒＡｌＦ６結晶から構成される増幅器によって増幅し、その増幅された基本波を第二高調波を発生させる非線型光学装置に入射し、波長４００ｎｍ帯の倍波を発生させることを特徴とした固体青色レーザー装置を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡｌＧａＡｓ系またはＩｎＧａＡｓＰ系からなる波長８００ｎｍ帯において発光する半導体レーザーをマスター発振器として発振させた基本波を、波長６００ｎｍ帯において発光するＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザーを用いて励起したＣｒドープＬｉＳｒＡｌＦ６結晶から構成される増幅器によって増幅し、その増幅された基本波を第二高調波を発生させる非線型光学装置に入射し、波長４００ｎｍ帯の倍波を発生させることを特徴とした固体青色レーザー装置。
【請求項２】
請求項１の固体青色レーザー装置において、倍波を発生する非線型光学装置は導波路型構造であることを特徴とする固体青色レーザー装置。
【請求項３】
請求項１の固体青色レーザー装置において、倍波を発生する非線型光学装置は外部共振器構造であることを特徴とする固体青色レーザー装置。
【請求項４】
請求項１の固体青色レーザー装置において、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザーを用いて励起されるＣｒドープＬｉＳｒＡｌＦ６結晶からなる増幅器と倍波を発生させる非線型光学装置が共に共振器構造の中に設置されることを特徴とする固体青色レーザー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、半導体レーザーの基本波出力を半導体レーザーによって励起されたレーザー増幅媒体によって増幅し、その増幅された基本波を第二高調波を発生させる非線型結晶に入射し倍波を発生させる波長４００ｎｍ帯の固体青色レーザー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  現在、波長４００ｎｍ帯のＧａＮ系の青色半導体レーザーを光源として、高密度光ディスクが実用化されている。読み出し専用の高密度光ディスクでは、必要とされる半導体レーザーの出力は５ｍＷ程度であり特段の問題は無い。しかし、書き込みを行うには、通常速度でも１００ｍＷ程度必要とされ、２倍速、４倍速化を行うにはさらに高い出力が要求される。このような高出力ＧａＮ系半導体レーザーを作成するには、高価なＧａＮ基板を使用し、端面の窓構造および反射率制御、電流狭窄構造の工夫等がなされ、出力面では条件を満たすものが得られているが、寿命、非点収差、ノイズ、戻り光、変調の問題等が全て解決されているわけでは無く、また非常に高価である。
【非特許文献１】応用物理学会誌  第７４巻第１２号（２００５）ｐ１６１４ー１６１７”次世代大容量光メモリー用光半導体”松村  拓明  他著
【０００３】  一方、加工工作分野ではＮｄ：ＹＡＧを半導体レーザーで励起し、その基本波から非線型結晶を用いて倍波、三倍波を発生させ、緑色および紫外線領域の光源とすることに成功している。
【非特許文献２】応用物理学会誌  第７０巻第２号（２００１）ｐ１８３ー１８４”微細加工のためのＬＤ励起高出力可視紫外レーザー”安井  公治  他著
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  寿命、非点収差、ノイズ、戻り光特性等に優れた高出力の波長４００ｎｍ帯の固体青色レーザーを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  請求項１においては、ＡｌＧａＡｓ系またはＩｎＧａＡｓＰ系からなる波長８００ｎｍ帯において発光する半導体レーザーをマスター発振器として発振させた基本波を、波長６００ｎｍ帯において発光するＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザーを用いて励起したＣｒドープＬｉＳｒＡｌＦ６結晶から構成される増幅器によって増幅し、その増幅された基本波を第二高調波を発生させる非線型光学装置に入射し、波長４００ｎｍ帯の倍波を発生させることを特徴とした固体青色レーザー装置を構成する。【０００６】  請求項２においては、請求項１の固体青色レーザー装置において、倍波を発生する非線型光学装置は導波路型構造であることを特徴とする固体青色レーザー装置を構成する。【０００７】  請求項３においては、請求項１の固体青色レーザー装置において、倍波を発生する非線型光学装置は外部共振器構造であることを特徴とする固体青色レーザー装置を構成する。【０００８】  請求項４においては、請求項１の固体青色レーザー装置において、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザーを用いて励起したＣｒドープＬｉＳｒＡｌＦ６結晶からなる増幅器と倍波を発生させる非線型光学装置が共に共振器構造の中に設置されることを特徴とする固体青色レーザー装置を構成する。
【発明の効果】
【０００９】  基本波から非線型光学素子を用いて第二高調波（倍波）を発生する場合、変換効率のあまり大きくない領域では、倍波のパワーと基本波のパワーの比は基本波のパワーの面積密度に比例する。したがって光学系の設計条件が同じであれば、基本波のパワーを増大させると倍波発生効率は基本波のパワーに比例して大きくなる。すると倍波のパワーは基本波のパワー増大比率の２乗で大きくなる。現在、赤外線領域の半導体レーザーを基本波の発振器として１００ｍＷのパワーを発生し、導波路型非線型光学素子を用いて倍波として５ｍＷ程度の青色光を得ることはできている。本発明により基本波を発生させる半導体レーザーの出力パワーを１００ｍＷとし、ＣｒドープＬｉＳｒＡｌＦ６結晶により５倍に基本波を増幅することにより、導波路型非線型光学素子を用いて１００ｍＷ以上の青色光が発生される。この青色光のパワーレベルは高密度光ディスクの書き込み用として十分な大きさである。【００１０】  戻り光の問題に対しては、光ディスクに照射される青色光とレーザー媒質の利得領域の赤外線領域は大きく離れているため問題が無くなる。【００１１】  半導体レーザー変調の問題については、ＧａＮ系の青色半導体レーザーは電気抵抗が大きく、動作電圧が高くなり、特に高出力において変調が難しい問題が有ったが、本発明ではレーザー発振のマスター発振器は波長８００ｎｍ帯のＡｌＧａＡｓ系またはＩｎＧａＡｓＰ系の半導体レーザーであり、この問題は解決されている。【００１２】  非点収差に付いても本発明に使用する１００ｍＷ級の波長８００ｎｍ帯のＡｌＧａＡｓ系またはＩｎＧａＡｓＰ系の半導体レーザーでは、この問題は解決されている。さらに、一般的には非線型光学素子に導波路型素子を用いた場合、ビームの光学的品質が低下することが問題視されることが有る。しかし、本発明の青色レーザー光はパワーに余裕が有るので、レンズまたは鏡で光を集光しピンホールを通し、レンズまたは鏡でコリメートするスペーシャルフィルターを用いることができる。スペーシャルフィルターを用いることによりレーザーパワーの一部を損失するが、ビームの光学的品質を向上することができる。【００１３】  半導体レーザーの寿命に付いても、波長８００ｎｍ帯のＡｌＧａＡｓ系およびＩｎＧａＡｓＰ系および波長６００ｎｍ帯のＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザーについては、１万時間を越える実用十分な値が確立されている。【００１４】  ノイズの問題については、本発明のマスター発振器である波長８００ｎｍのＡｌＧａＡｓ系およびＩｎＧａＡｓＰ系では解決されている。ＣｒドープＬｉＳｒＡｌＦ６結晶を用いた増幅器の増幅率をあまり大きく設定しないことにより、増幅によるノイズのＳ／Ｎは劣化しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】  高密度光ディスクの書き込みに使用される光出力が１００ｍＷレベルの構成においては、ＡｌＧａＡｓ系またはＩｎＧａＡｓＰ系からなる波長８００ｎｍ帯において発光する半導体レーザーをマスター発振器として発振させた基本波を、波長６００ｎｍ帯において発光するＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザーを用いて励起したＣｒドープＬｉＳｒＡｌＦ６結晶から構成される増幅器によって増幅し、その増幅された基本波を第二高調波を発生させる導波路型非線型光学装置に入射し、波長４００ｎｍ帯の倍波を発生させる。【００１６】  微細加工用などに使用される１Ｗレベル以上の構成においては、ＡｌＧａＡｓ系またはＩｎＧａＡｓＰ系からなる波長８００ｎｍ帯において発光する半導体レーザーをマスター発振器として基本波を発振させる。次に、波長６００ｎｍ帯において発光するＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザーを用いて励起したＣｒドープＬｉＳｒＡｌＦ６結晶から構成される基本波の増幅器と、その増幅された基本波の第二高調波を発生させる非線型光学結晶を共に共振器構造の中に入れた共振器に半導体レーザーからの基本波を入射し、波長４００ｎｍ帯の倍波を発生させる。【００１７】  あるいはＡｌＧａＡｓ系またはＩｎＧａＡｓＰ系からなる波長８００ｎｍ帯において発光する半導体レーザーをマスター発振器として発振させた基本波を、波長６００ｎｍ帯において発光するＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザーを用いて励起したＣｒドープＬｉＳｒＡｌＦ６結晶から構成される増幅器を多段設置することによって出力を大きく増幅し、その大きく出力の増幅された基本波を第二高調波を発生させる非線型光学装置に入射し、波長４００ｎｍ帯の倍波を発生させる。このとき非線型光学装置が外部共振器構造であるときは、比較的出力レベルが低くても高効率の倍波発生を行うことができる。
【実施例】
【００１８】  以下、図面を用いて実施例を説明する。構成は青色レーザー光の光出力が１００ｍＷ程度の、高密度光ディスクの書き込み用固体青色レーザー装置である。ＡｌＧａＡｓ系の発振波長８１０ｎｍの半導体レーザー１１から出力１００ｍＷの基本波１２が発生される。発振波長６７０ｎｍのＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザーアレイ２１によって２Ｗの励起光２２が発生され、ＣｒドープＬｉＳｒＡｌＦ６結晶２３が励起されている。ＣｒドープＬｉＳｒＡｌＦ６結晶２３の両端面は波長８１０ｎｍに対して無反射コーティングがなされる。基本波１２は光学素子１３で平行ビーム１４とされＣｒドープＬｉＳｒＡｌＦ６結晶２３に入射、増幅され基本波出力ビーム１５として出力５００ｍＷで出射する。
ＫＴＰ結晶を薄膜、リッジ導波路構造に加工した導波路型非線型光学素子３１に、基本波出力ビーム１５を光学素子３２によって集光、入射する。導波路型非線型光学素子３１の両端面は波長８１０ｎｍ，４０５ｎｍともに透過率の高いコーティングがなされる。導波路型非線型光学素子３１によって基本波波長８１０ｎｍの倍波波長４０５ｎｍが発生し、およそ１００ｍＷの青色光出力が得られる。導波路型非線型光学素子３１からの出射光３３は光学素子４３で収束され、ピンホール４４を通過し光学素子４５で並行ビーム化される。さらにプリズム４６で波長８１０ｎｍの出力光５１と波長４０５ｎｍの出力光５２が分離される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施例の固体青色レーザー装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１１  ＡｌＧａＡｓ系の発振波長８１０ｎｍの半導体レーザー
１２  基本波
１３  光学素子
１４  並行ビーム
１５  基本波出力ビーム
２１  ＡｌＧａＩｎＰ系の発振波長６７０ｎｍの半導体レーザーアレイ
２２  励起光
２３  ＣｒドープＬｉＳｒＡｌＦ６結晶
３１  導波路型非線型光学素子
３２  光学素子
３３  出射光
４３  光学素子
４４  ピンホール
４５  光学素子
４６  プリズム
５１  波長８１０ｎｍの出力光
５２  波長４０５ｎｍの出力光
【図１】
2008311601.tif 000003