(57)【要約】    【課題】  高出力レーザ光線、或は高温に対しても劣化のない光学部材一体化方法、及び複数の光学部材を一体化したレーザ発振装置を提供する。    【解決手段】  一方の光学部材８の接合面に一方の誘電体薄膜を形成するステップと、他方の光学部材９の接合面に他方の誘電体薄膜を形成するステップと、前記一方の誘電体薄膜と前記他方の誘電体薄膜とを光の散乱のない接合をさせるステップとを具備し、前記他方の誘電体薄膜と前記一方の誘電体薄膜とを接合することで所定の光学波長特性が得られる。    【選択図】          図１
2008016833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の光学部材の接合面に一方の誘電体薄膜を形成するステップと、他方の光学部材の接合面に他方の誘電体薄膜を形成するステップと、前記一方の誘電体薄膜と前記他方の誘電体薄膜とを光の散乱のない接合をさせるステップとを具備し、前記他方の誘電体薄膜と前記一方の誘電体薄膜とを接合することで所定の光学波長特性が得られることを特徴とする光学部材の接合方法。
【請求項２】
前記一方の誘電体薄膜と前記他方の誘電体薄膜との接合で形成される誘電体膜は多層膜である請求項１の光学部材の接合方法。
【請求項３】
一方の光学部材の接合面に形成された一方の誘電体薄膜と、他方の光学部材の接合面に形成された他方の誘電体薄膜を具備し、前記両光学部材を前記一方の誘電体薄膜と前記他方の誘電体薄膜とを光の散乱のない接合により接合し、前記一方の誘電体薄膜と前記他方の誘電体薄膜とが接合することで、所要の光学波長特性を有する誘電体膜が形成されることを特徴とする光学部材一体構造。
【請求項４】
前記誘電体膜は多層の誘電体薄膜から構成され、前記一方の誘電体薄膜と前記他方の誘電体薄膜が光の散乱のない接合により接合することで、多層膜の内の１層が形成される請求項３の光学部材一体構造。
【請求項５】
前記誘電体膜は多層の誘電体薄膜から構成され、前記一方の誘電体薄膜と前記他方の誘電体薄膜を光の散乱のない接合により接合し、前記一方の誘電体薄膜と前記他方の誘電体薄膜により多層膜の内の隣接する２層が形成される請求項３の光学部材一体構造。
【請求項６】
前記一方の光学部材は、光源からの励起光により基本光を発するレーザ結晶であり、前記他方の光学部材は前記基本光を波長変換する波長変換結晶であり、前記誘電体薄膜は基本光を透過し、波長変換光を反射する請求項３の光学部材一体構造。
【請求項７】
光源からの励起光により基本光を発するレーザ結晶と、第３の誘電体膜を介在して前記レーザ結晶に一体化され基本光を波長変換する波長変換結晶と、前記レーザ結晶の入射面に形成された第１の誘電体膜と、前記波長変換結晶の射出面に形成された第２の誘電体膜とを具備し、前記第１の誘電体膜は励起光を透過し、基本光を反射し、前記第３の誘電体膜はレーザ結晶側膜と波長変換結晶側膜とが光の散乱のない接合により接合されて形成され、前記第３の誘電体膜は基本光を透過し、波長変換光を反射し、前記第２の誘電体膜は基本光を反射し、波長変換光を透過する様構成したことを特徴とするレーザ発振装置。
【請求項８】
前記光の散乱のない接合は、オプティカルコンタクトである請求項１の光学部材の接合方法、又は請求項３〜５のいずれか１つの光学部材一体構造、又は請求項７のレーザ発振装置。
【請求項９】
前記光の散乱のない接合は、拡散接合である請求項１の光学部材の接合方法、又は請求項３〜５のいずれか１つの光学部材一体構造、又は請求項７のレーザ発振装置。
【請求項１０】
前記光の散乱のない接合は、超音波接合である請求項１の光学部材の接合方法、又は請求項３〜５のいずれか１つの光学部材一体構造、又は請求項７のレーザ発振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学部材の接合方法、及び該光学部材により構成されたレーザ発振装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年では、レーザ発振装置の小型化、高出力化が要求されている。小型で簡便にレーザを発振するレーザ発振装置として、固体レーザ発振装置があり、斯かる固体レーザ発振装置は複数の光学部材（固体レーザ媒質）から構成されている。又、該光学部材は小型化に伴い、光学部材間は接合により一体化される様になっている。
【０００３】
従来、複数の光学部材の一体化は、光学部材同士を接着剤で接合することで一体化している。又、小型化の一方でレーザ発振装置の高出力化が推進され、高出力化に伴い光学部材により高エネルギのレーザ光線が入射され、光学部材も高温化している。
【０００４】
一般的に、接着剤は光学部材に比べ、レーザ光線に対して、又高温に対して劣化し易い。低出力のレーザ発振装置では、光学部材の一体化に接着剤が用いられていても、レーザ光線のエネルギが低く、又光学部材の温度も低かったので、接着剤の劣化は特に問題とならなかったが、高出力のレーザ発振装置では接着剤の劣化に伴う光学部材の短寿命化が問題となっていた。
【０００５】
尚、光学部材を用い、高出力のレーザ光線を発生する様にしたレーザ発振装置の例としては、特許文献１に示されるものがある。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１１１５４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は斯かる実情に鑑み、高出力レーザ光線、或は高温に対しても劣化のない光学部材一体化方法、及び複数の光学部材を一体化したレーザ発振装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、一方の光学部材の接合面に一方の誘電体薄膜を形成するステップと、他方の光学部材の接合面に他方の誘電体薄膜を形成するステップと、前記一方の誘電体薄膜と前記他方の誘電体薄膜とを光の散乱のない接合をさせるステップとを具備し、前記他方の誘電体薄膜と前記一方の誘電体薄膜とを接合することで所定の光学波長特性が得られる光学部材の接合方法に係り、又前記一方の誘電体薄膜と前記他方の誘電体薄膜との接合で形成される誘電体膜は多層膜である光学部材の接合方法に係り、又前記光の散乱のない接合は、オプティカルコンタクトであり、又前記光の散乱のない接合は、拡散接合であり、又前記光の散乱のない接合は、超音波接合である光学部材の接合方法に係るものである。
【０００９】
又本発明は、一方の光学部材の接合面に形成された一方の誘電体薄膜と、他方の光学部材の接合面に形成された他方の誘電体薄膜を具備し、前記両光学部材を前記一方の誘電体薄膜と前記他方の誘電体薄膜とを光の散乱のない接合により接合し、前記一方の誘電体薄膜と前記他方の誘電体薄膜とが接合することで、所要の光学波長特性を有する誘電体膜が形成される光学部材一体構造に係り、又前記誘電体膜は多層の誘電体薄膜から構成され、前記一方の誘電体薄膜と前記他方の誘電体薄膜が光の散乱のない接合により接合することで、多層膜の内の１層が形成される光学部材一体構造に係り、又前記誘電体膜は多層の誘電体薄膜から構成され、前記一方の誘電体薄膜と前記他方の誘電体薄膜を光の散乱のない接合により接合し、前記一方の誘電体薄膜と前記他方の誘電体薄膜により多層膜の内の隣接する２層が形成される光学部材一体構造に係り、又前記一方の光学部材は、光源からの励起光により基本光を発するレーザ結晶であり、前記他方の光学部材は前記基本光を波長変換する波長変換結晶であり、前記誘電体薄膜は基本光を透過し、波長変換光を反射する光学部材一体構造に係り、又前記光の散乱のない接合は、オプティカルコンタクトであり、又前記光の散乱のない接合は、拡散接合であり、又前記光の散乱のない接合は、超音波接合である光学部材一体構造に係るものである。
【００１０】
更に又本発明は、光源からの励起光により基本光を発するレーザ結晶と、第３の誘電体膜を介在して前記レーザ結晶に一体化され基本光を波長変換する波長変換結晶と、前記レーザ結晶の入射面に形成された第１の誘電体膜と、前記波長変換結晶の射出面に形成された第２の誘電体膜とを具備し、前記第１の誘電体膜は励起光を透過し、基本光を反射し、前記第３の誘電体膜はレーザ結晶側膜と波長変換結晶側膜とが光の散乱のない接合により接合されて形成され、前記第３の誘電体膜は基本光を透過し、波長変換光を反射し、前記第２の誘電体膜は基本光を反射し、波長変換光を透過する様構成したレーザ発振装置に係り、又前記光の散乱のない接合は、オプティカルコンタクトであり、又前記光の散乱のない接合は、拡散接合であり、又前記光の散乱のない接合は、超音波接合であるレーザ発振装置に係るものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、一方の光学部材の接合面に一方の誘電体薄膜を形成するステップと、他方の光学部材の接合面に他方の誘電体薄膜を形成するステップと、前記一方の誘電体薄膜と前記他方の誘電体薄膜とを光の散乱のない接合をさせるステップとを具備し、前記他方の誘電体薄膜と前記一方の誘電体薄膜とを接合することで所定の光学波長特性が得られるので、光学部材の接合に接着剤を排除でき、接着剤の劣化に起因する短寿命化を防止できる。
【００１２】
又本発明によれば、一方の光学部材の接合面に形成された一方の誘電体薄膜と、他方の光学部材の接合面に形成された他方の誘電体薄膜を具備し、前記両光学部材を前記一方の誘電体薄膜と前記他方の誘電体薄膜とを光の散乱のない接合により接合し、前記一方の誘電体薄膜と前記他方の誘電体薄膜とが接合することで、所要の光学波長特性を有する誘電体膜が形成されるので、光学部材の接合に接着剤を排除でき、接着剤の劣化に起因する短寿命化を防止できる。
【００１３】
又本発明によれば、前記誘電体膜は多層の誘電体薄膜から構成され、前記一方の誘電体薄膜と前記他方の誘電体薄膜が光の散乱のない接合により接合することで、多層膜の内の１層が形成されるので、オプティカルコンタクトは同質の膜同士で行われ、良質の接合状態が得られる。
【００１４】
更に又本発明によれば、光源からの励起光により基本光を発するレーザ結晶と、第３の誘電体膜を介在して前記レーザ結晶に一体化され基本光を波長変換する波長変換結晶と、前記レーザ結晶の入射面に形成された第１の誘電体膜と、前記波長変換結晶の射出面に形成された第２の誘電体膜とを具備し、前記第１の誘電体膜は励起光を透過し、基本光を反射し、前記第３の誘電体膜はレーザ結晶側膜と波長変換結晶側膜とが光の散乱のない接合により接合されて形成され、前記第３の誘電体膜は基本光を透過し、波長変換光を反射し、前記第２の誘電体膜は基本光を反射し、波長変換光を透過する様構成したので、光学部材の接合に接着剤を排除でき、高出力レーザ光線による接着剤の劣化を防止でき、安定したレーザ光線の出力が得られると共にレーザ発振装置に長寿命化が図れる等の優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。
【００１６】
先ず、図１に於いて、本発明が実施されるレーザ発振装置の概略を説明する。
【００１７】
図１はレーザ発振装置１の一例である、１波長発振型のＬＤ励起固体レーザ装置を示している。
【００１８】
図１中、２は発光部、３は光共振部である。前記発光部２はＬＤ発光器４、集光レンズ５を具備し、更に前記光共振部３は第１の誘電体反射膜７が形成された第１光学結晶（レーザ結晶８）、第２光学結晶（非線形光学結晶（ＮＬＯ）（２次高調波用波長変換結晶９））、第２の誘電体反射膜１１が形成された凹面鏡１２であり、前記光共振部３に於いてレーザ光線をポンピングし、共振、増幅して出力している。尚、前記レーザ結晶８としては、Ｎｄ：ＹＶＯ4 等が用いられ、前記２次高調波用波長変換結晶９としてはＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4   リン酸チタニルカリウム）等が用いられる。
【００１９】
前記発光部２は、例えば波長８０９ｎｍのレーザ光線を射出する為のものであり、半導体レーザである前記ＬＤ発光器４が使用されている。又、該ＬＤ発光器４は励起光１７を発生させるポンプ光発生装置としての機能を有する。尚、前記発光部２は半導体レーザに限ることなく、レーザ光線を生じさせることができれば、何れの光源手段をも採用することができる。
【００２０】
前記レーザ結晶８は励起光１７から所定の波長の基本波１８を発生させる為のものである。前記レーザ結晶８には、発振線が１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＶＯ4 が使用される。その他、Ｎｄ3+イオンをドープしたＹＡＧ（イットリウム  アルミニウム  ガーネット）等が採用され、ＹＡＧは、９４６ｎｍ、１０６４ｎｍ、１３１９ｎｍ等の発振線を有している。又、発振線が７００〜９００ｎｍのＴｉ（Ｓａｐｐｈｉｒｅ）等を使用することができる。
【００２１】
前記レーザ結晶８の前記ＬＤ発光器４側の端面（入射面）には、前記第１の誘電体反射膜７が形成され、前記レーザ結晶８の射出面には第３の誘電体反射膜１３が形成され、前記凹面鏡１２には前記第２の誘電体反射膜１１が形成されている。
【００２２】
前記第１の誘電体反射膜７は、前記ＬＤ発光器４からのレーザ光線（励起光１７）に対して高透過であり、且つ前記レーザ結晶８の発振波長（基本波１８）に対して高反射となっている。
【００２３】
又、前記第３の誘電体反射膜１３は、前記基本波１８に対して高透過であり、前記２次高調波用波長変換結晶９が変換する２次高調波１９（ＳＨＧ：ＳＥＣＯＮＤ  ＨＡＲＭＯＮＩＣ  ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ）に対して高反射となっている。
【００２４】
前記凹面鏡１２は、前記レーザ結晶８に対向する様に構成されており、前記凹面鏡１２の前記レーザ結晶８側は、適宜の半径を有する凹面球面鏡の形状に加工されており、前記第２の誘電体反射膜１１が形成されている。該第２の誘電体反射膜１１は、前記基本波１８に対して高反射であり、前記２次高調波１９に対して高透過となっている。
【００２５】
尚、反射膜を構成する誘電材料としては、高屈折材料としてＴｉＯ2 （ｎ＝２．３〜２．５５）等、低屈折材料としてＭｇＦ2 （ｎ＝１．３２〜１．３９）等の交互多層膜となっている。
【００２６】
前記発光部２から直線偏光の励起光１７が射出され、該励起光１７が前記第１の誘電体反射膜７を透過し前記レーザ結晶８に入射することで前記基本波１８が発振され、前記第１の誘電体反射膜７と前記第２の誘電体反射膜１１間で前記基本波１８がポンピングされ、更に該基本波１８が前記２次高調波用波長変換結晶９に入射することで前記２次高調波１９が発生する。
【００２７】
該２次高調波１９は、前記第２の誘電体反射膜１１を透過して射出され、又前記第３の誘電体反射膜１３で反射され、前記第２の誘電体反射膜１１を透過して射出される。尚、前記レーザ結晶８をレーザ光線が透過することで、偏光状態が変るが、前記第３の誘電体反射膜１３で反射される前記２次高調波１９は、前記レーザ結晶８を通過しないので、偏光状態が維持され、前記光共振部３から直線偏光の２次高調波（レーザ光線）が射出される。
【００２８】
以上の様に、前記レーザ結晶８の前記第１の誘電体反射膜７と、前記凹面鏡１２の前記第２の誘電体反射膜１１とを組合せ、前記ＬＤ発光器４からのレーザ光線を前記集光レンズ５を介して前記レーザ結晶８にポンピングさせると、該レーザ結晶８の前記第１の誘電体反射膜７と、前記凹面鏡１２の前記第２の誘電体反射膜１１との間で光が往復し、光を長時間閉込めることができるので、光を共振させて増幅させることができる。
【００２９】
前記レーザ結晶８の前記第１の誘電体反射膜７と、前記凹面鏡１２の前記第２の誘電体反射膜１１とから構成された前記光共振部３内に前記２次高調波用波長変換結晶９が挿入されている。該２次高調波用波長変換結晶９にレーザ光線の様に強力なコヒーレント光が入射すると、光周波数を２倍にする２次高調波が発生する。該２次高調波の発生は、ＳＥＣＯＮＤ  ＨＡＲＭＯＮＩＣ  ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮと呼ばれている。従って、前記レーザ結晶８にレーザ光線が入射され、１０６４ｎｍの基本波１８が発振されると、前記レーザ発振装置１からは波長５３２ｎｍのレーザ光線（グリーンレーザ光線）が射出される。
【００３０】
図２は、光学部材である前記レーザ結晶８と前記２次高調波用波長変換結晶９とを一体化した光共振部３を示している。図２、図３中、図１中で示したものと同等のものには同符号を付してある。
【００３１】
前記レーザ結晶８と前記２次高調波用波長変換結晶９とは第３の誘電体反射膜１３を介して光の散乱のない接合による接合法により一体化されている。尚、光の散乱のない接合としては、オプティカルコンタクト（光の散乱のない光学界面の接合）、拡散接合、超音波接合等が含まれる。
【００３２】
又、前記レーザ結晶８の入射面には前記第１の誘電体反射膜７が形成され、前記２次高調波用波長変換結晶９の射出面には前記第２の誘電体反射膜１１が形成されている。尚、該第２の誘電体反射膜１１が前記２次高調波用波長変換結晶９の射出面に形成されたことで、前記凹面鏡１２は省略される。
【００３３】
前記レーザ結晶８に入射した前記励起光１７は、前記第１の誘電体反射膜７と前記第２の誘電体反射膜１１間でポンピングされ、更に前記２次高調波用波長変換結晶９で２次高調波１９に発振され、該２次高調波１９が前記第２の誘電体反射膜１１を透過して射出される。
【００３４】
次に、図３を参照して前記レーザ結晶８と前記２次高調波用波長変換結晶９との一体化について説明する。
【００３５】
前記第１の誘電体反射膜７、前記第３の誘電体反射膜１３、前記第２の誘電体反射膜１１等の誘電膜は、それぞれ所要材質の薄膜が所要の光学波長特性を得る様に多層に成膜され、所要の光学性能が発揮される様になっている。
【００３６】
例えば、Ｔａ2 Ｏ5 とＳｉＯ2 とを交互に数十層成膜することで、前記第１の誘電体反射膜７が形成される。尚、図３では該第１の誘電体反射膜７、前記第３の誘電体反射膜１３、前記第２の誘電体反射膜１１を便宜的に各４層で示している。
【００３７】
仮に前記第３の誘電体反射膜１３は薄膜１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄによって構成されるとし、前記薄膜１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄのいずれか１つの薄膜に境界面が存在し、前記レーザ結晶８と前記２次高調波用波長変換結晶９とは境界面のオプティカルコンタクトにより接合している。
【００３８】
例えば、境界１４が前記薄膜１３ｂの中間にあるとすると、前記レーザ結晶８の射出面には前記薄膜１３ａ及び前記薄膜１３ｂの一部である薄膜１３ｂ′が成膜され、前記２次高調波用波長変換結晶９の入射面には前記薄膜１３ｂの残りの一部である薄膜１３ｂ′′及び前記薄膜１３ｃ，１３ｄが成膜される。
【００３９】
前記レーザ結晶８の射出面、前記２次高調波用波長変換結晶９の入射面はオプティカルコンタクト可能な平面度、平面荒さに仕上げられており、更に前記薄膜１３ｂ′、前記薄膜１３ｂ′′が成膜された後も、オプティカルコンタクト可能な平面度、平面荒さが維持される様にする。
【００４０】
前記薄膜１３ｂ′の接合面、前記薄膜１３ｂ′′の接合面を清浄にし、両薄膜１３ｂ′，１３ｂ′′を密着させて前記レーザ結晶８と前記２次高調波用波長変換結晶９とを押圧する。
【００４１】
両薄膜１３ｂ′，１３ｂ′′間のオプティカルコンタクトにより、前記レーザ結晶８と前記２次高調波用波長変換結晶９とが接合される。又、接合した状態では、両薄膜１３ｂ′，１３ｂ′′によって前記薄膜１３ｂが構成される。尚、両薄膜１３ｂ′，１３ｂ′′間の接合は、同質材料による接合であり、親和性がよく、又両薄膜１３ｂ′，１３ｂ′′間の熱膨張差等による剪断も生じない。
【００４２】
而して、接合後の両薄膜１３ｂ′，１３ｂ′′は前記薄膜１３ｂとして機能し、更に前記薄膜１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄは前記第３の誘電体反射膜１３として機能する。
【００４３】
尚、上記実施の形態では、一層の薄膜の間で接合したが、薄膜と薄膜の境界でオプティカルコンタクトによる接合をしてもよい。例えば、前記薄膜１３ｂと前記薄膜１３ｃとの間で接合してもよい。
【００４４】
又、光を散乱しない接合方法としては、接合面を加熱した状態で押圧する。或は、両薄膜１３ｂ′，１３ｂ′′間に所要の液体、例えば純水を介在させて両薄膜１３ｂ′，１３ｂ′′を押圧し、更に加熱することで液体を除去し、オプティカルコンタクトを得る等がある。更に光を散乱しない接合方法としては、拡散接合、或は超音波接合であってもよい。
【００４５】
又、前記薄膜１３ｂ′の接合面、前記薄膜１３ｂ′′の接合面を清浄とする為の洗浄、加えて活性化する為の洗浄方法としては、ＨＦ或はＯＨ基を利用した洗浄、超音波振動を利用した洗浄、イオンスパッタを利用した洗浄、プラズマを利用した洗浄等が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明が実施されるレーザ発振装置の概略構成図である。
【図２】２つの光学部材を一体化した光共振部の説明図である。
【図３】光学部材に形成された誘電体膜を示す模式図である。
【図４】図３の部分拡大図である。
【符号の説明】
【００４７】
１              レーザ発振装置
２              発光部
３              光共振部
４              ＬＤ発光器
７              第１の誘電体反射膜
８              レーザ結晶
９              ２次高調波用波長変換結晶
１１            第２の誘電体反射膜
１３            第３の誘電体反射膜
１７            励起光
１８            基本波
１９            ２次高調波
【図１】
2008016833.tif 000003
【図２】
2008016833.tif 000004
【図３】
2008016833.tif 000005
【図４】
2008016833.tif 000006