(57)【要約】  【課題】  温度変化によるＱＰＭ素子の屈折率の変化、光共振器の出力の不安定、ＱＰＭ素子のホルダからの剥離、特性劣化を防止し、生産工程を効率化する。  【解決手段】  ＱＰＭ素子である変換ＳＬ素子２０に分極反転を施した酸化マグネシウムドープの化学量論組成（ストイキオメトリ組成）のタンタル酸リチウム結晶を使用し、紫外線硬化樹脂２２によって、線膨張係数が変換ＳＬ素子２０に極めて類似の化学量論組成（ストイキオメトリ組成）のタンタル酸リチウム結晶（以下ＳＬＴ）を使用したＳＬホルダ２１に接着する。この構造によって、温度変化によるＱＰＭ素子の変形が防止され屈折率が変化しないので、出力が安定化される。また歪みによる変換ＳＬ素子２０のＳＬホルダ２１からの剥離、特性劣化が生じない。さらにＱＰＭ素子材料ウェハにまずホルダ材料を接着してからダイシングを行う効率的な生産工程が可能になる。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分極反転を施した酸化マグネシウムドープのタンタル酸リチウム結晶または酸化マグネシウムドープのニオブ酸リチウム結晶をもってなる疑似位相整合型波長変換素子を、タンタル酸リチウム結晶またはニオブ酸リチウム結晶または酸化マグネシウムドープのタンタル酸リチウム結晶またはマグネシウムドープのニオブ酸リチウム結晶をホルダとして接着したことを特徴とする分極反転型非線形光学素子。
【請求項２】
請求項１記載の疑似位相整合型波長変換素子の両面に、タンタル酸リチウム結晶またはニオブ酸リチウム結晶または酸化マグネシウムドープのタンタル酸リチウム結晶または酸化マグネシウムドープのニオブ酸リチウム結晶をホルダとして接着したことを特徴とする分極反転型非線形光学素子。
【請求項３】
分極反転を施したウェハ形状の酸化マグネシウムドープのタンタル酸リチウム結晶または酸化マグネシウムドープのニオブ酸リチウム結晶をもってなる疑似位相型整合波長変換素子材料を、タンタル酸リチウム結晶またはニオブ酸リチウム結晶または酸化マグネシウムドープのタンタル酸リチウム結晶または酸化マグネシウムドープのニオブ酸リチウム結晶をもってなるウェハ形状のホルダ材料に接着し、その後ダイシング→端面研磨→反射防止コーティング→ダイシングの工程を経て作製されたことを特徴とする分極反転型非線形光学素子。
【請求項４】
レーザダイオードからの出力光により固体レーザ媒質を励起するレーザダイオード励起固体レーザ装置内の、固体レーザ媒質を含む光共振器の内方に、ニオブ酸リチウム結晶またはタンタル酸リチウム結晶または酸化マグネシウムドープのタンタル酸リチウム結晶または酸化マグネシウムドープのニオブ酸リチウム結晶をホルダとして疑似位相型整合波長変換素子に接着した分極反転型非線形光学素子を配設し、固体レーザ媒質から誘導放出される基本波を分極反転型非線形光学素子によって第２高調波に波長変換し、この第２高調波を出力ミラーを介して外方に出力するように構成したことを特徴とするレーザダイオード励起固体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は波長変換素子を用いて基本波光から高調波光を発生させて該高調波光を外方へ取り出すレーザダイオード励起固体レーザ装置に関する。なお以下、レーザダイオード励起固体レーザ装置を波長変換装置と称する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、波長変換装置に使用される疑位相整合（Ｑｕａｓｉ−Ｐｈａｓｅ−Ｍａｔｃｈｉｎｇ）型波長変換素子（以下、ＱＰＭ素子）は、均一な分極反転を得るために厚さが０．３〜０．５ｍｍと薄いため、波長変換装置の内方に備えられる光共振器内に配設する場合、取り扱いを容易にするために、ＱＰＭ素子と同程度の面積を持ち、厚さの厚いホルダに接着される。ホルダの材料は一般に金属が使用されている。以下、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）によって、光共振器および、光共振器内に配設される従来のＱＰＭ素子の構造および作動を説明する（たとえば特許文献１参照。）。
【０００３】
図３（ａ）は光共振器の概略構造を示している。図において、１は励起光を発生するレーザダイオード、２は励起光を集光するレンズ、３は励起光により高調波光を含む基本波光を発光するレーザ媒質である。４は基本波光から１／２の波長の第２高調波光を発生するための変換素子で、前記のＱＰＭ素子が使用される。６は変換素子４からの光の一部（基本波光）を変換素子４の方向に反射すると共に、一部（第２高調波光）を外方に透過する出力ミラーである。
【０００４】
レーザダイオード１はレーザ台７に、レンズ２はレンズ台８に固定されている。変換素子４はホルダ５に接着され、分極反転型非線形光学素子を構成している。なお以下、分極反転型非線形光学素子をＱＰＭブロックと称する。
【０００５】
レーザ媒質３、ホルダ５、出力ミラー６はホルダ台９上に固定されている。ホルダ台９はペルチェ素子１０上に固定され、ペルチェ素子１０はレーザ台７と共にベース１１上に固定されている。なおペルチェ素子１０は、装置の作動に伴う発生熱の冷却用に挿入されている。レーザ媒質３の左面すなわちレンズ２からの励起光が入射する面には、励起光を効率よく透過させるとともに、基本波光および第２高調波光を高反射率で反射させる反射層（図示せず）が形成されている。
【０００６】
レーザダイオード１で発生した励起光はレンズ２で収束され、レーザ媒質３を照射する。レーザ媒質３は励起光で励起されることにより、基本波光を含むレーザ光を誘導放出する。誘導放出されたレーザ光は変換素子４に入射し、変換素子４によって基本波光から第２高調波光（以後、高調波光）が発生する。高調波光は出力ミラー６を透過して右方外方に出力されるが、基本波光は出力ミラー６で左方に反射され、さらにレーザ媒質３で右方に反射されるので、レーザ媒質３と出力ミラー６は光共振器を構成し、基本波光はこの間で増幅・発振し、変換素子４によって高調波光に連続変換される。高調波光は出力ミラー６を透過し外方に取り出される。図３（ｂ）はＱＰＭブロックを示している。前記のように、ホルダ５の材料は従来金属が使用されている。固着には通常接着剤が使用される。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３０４０１９号公報（第１頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来のＱＰＭブロックの構造は以上のとおりであるが、この構造では温度変化によって光共振器の性能が変化し、ＱＰＭブロックの寿命を短縮する。さらに加工法も制限される。すなわちホルダ５の材料はたとえば線膨張係数が２．３１×１０−５の数値を持つアルミニウムであり、変換素子４の材料は線膨張係数がたとえばＸ軸方向に１．６１×１０−５、Ｙ軸方向に１．５４×１０−５、Ｚ軸方向に０．２２×１０−５の数値を持つタンタル酸リチウム結晶であり、変換素子４とホルダ５は線膨張係数が異なっているため、ＱＰＭブロックの使用時の温度が変換素子４をホルダ５に固着した時の温度と異なっている場合、変換素子４とホルダ５の固着界面はバイメタルに類似した力を受け、図３（ｃ）に示すようにＱＰＭブロックに変形を生じる。仮に固着時より高温の場合に図３（ｃ）の変形が生じたとすると、低温の場合には逆の方向の変形が生じる。変形が生じると極微少の変形であっても変換素子４の屈折率が変化し取り出される出力が不安定になる。また歪みによって変換素子４のホルダ５からの剥離、変換素子４の特性劣化が生じる。仮にホルダ５に、ある温度で変換素子４と線膨張係数が等しい合金を製造し使用したとしても、変換素子４の各結晶軸方向の熱膨張係数の異方性に適合する合金を製造することは困難である。また金属では一般に温度上昇により熱膨張係数の数値が増加していくが、その温度依存傾向を変換素子４の各結晶軸方向の温度依存傾向と一致させることは不可能である。
【０００９】
さらに、変換素子４とホルダ５は硬度が異なる。ホルダ５に使用されるアルミニウムのモース硬度はたとえば２．９であるが、変換素子４に使用されるタンタル酸リチウム結晶のモース硬度は５．５〜６である。このため、変換素子４とホルダ５を固着した状態で端面研磨を行うことに生産技術的に困難が生じ、変換素子４の最初の状態であるＱＰＭ素子材料ウェハにまずホルダ材を接着してからダイシング（チップ化）を行い、さらに端面研磨を行うという効率的な生産工程をとることが出来ない。本発明はこのような問題点を解決する波長変換素子および波長変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明が提供する波長変換装置は上記課題を解決するために、ホルダとしてその線膨張係数および硬度がＱＰＭ素子の線膨張係数および硬度と同一または極めて近い材料を使用するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の波長変換装置は、ホルダの線膨張係数がＱＰＭ素子の線膨張係数と同一または極めて近いため、ＱＰＭ素子に温度変化があってもＱＰＭ素子には変形・歪みが殆ど無く、その屈折率が変化しないので出力が安定になる。また歪みによるＱＰＭ素子のホルダからの剥離、ＱＰＭ素子の特性劣化が生じない。さらにホルダの硬度がＱＰＭ素子の硬度と同一または極めて近い材料を使用するため、ＱＰＭ素子材料ウェハにまずホルダ材料を接着してからダイシング（チップ化）を行い、その後で端面研磨を行うという効率的な生産工程をとることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
ホルダにＱＰＭ素子の線膨張係数と同一または極めて類似の線膨張係数を持つ材料を使用する。
【実施例】
【００１３】
図１（ａ）、（ｂ）は本発明のＱＰＭブロックの１実施例で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図を示している。図において変換ＳＬ素子２０は、分極反転を施した酸化マグネシウムドープの化学量論組成（ストイキオメトリ組成）のタンタル酸リチウム結晶（以下ＭｇＯ−ＳＬＴ）をもってなるＱＰＭ素子で、紫外線硬化樹脂２２によって、化学量論組成（ストイキオメトリ組成）のタンタル酸リチウム結晶（以下ＳＬＴ）をもってなるＳＬホルダ２１に接着され、ＱＰＭブロックを構成している。接着にあたっては、変換ＳＬ素子２０とＳＬホルダ２１の結晶の結晶軸方向を三次元方向（図のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向）とも同一にする。
【００１４】
本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、さらに種々の変形実施例を挙げることができる。たとえば変換ＳＬ素子２０の材料に前記のＭｇＯ−ＳＬＴに代えて、分極反転を施した酸化マグネシウムドープのタンタル酸リチウム結晶（以下ＭｇＯ−ＬＴ）、分極反転を施した酸化マグネシウムドープのニオブ酸リチウム結晶（以下ＭｇＯ−ＬＮ）、分極反転を施した酸化マグネシウムドープの化学量論組成（ストイキオメトリ組成）のニオブ酸リチウム結晶（以下ＭｇＯ−ＳＬＮ）などを使用することができる。
【００１５】
またＳＬホルダ２１の材料に前記のＳＬＴに代えて、タンタル酸リチウム結晶（以下ＬＴ）、化学量論組成（ストイキオメトリ組成）のニオブ酸リチウム結晶（以下ＳＬＮ）、ニオブ酸リチウム結晶（以下ＬＮ）、ＭｇＯ−ＳＬＴ、ＭｇＯ−ＬＴ、ＭｇＯ−ＳＬＮ、ＭｇＯ−ＬＮなどを使用することができる。また図２（ｂ）に示すように、変換ＳＬ素子２０の両面にＳＬホルダ２１を接着した構造により、温度変化によるＳＬホルダ２１と変換ＳＬ素子２０の界面に働く力は変換ＳＬ素子２０の両面とも同一方向になるので、曲がりの力はうち消され変形は原則として伸長または短縮のみになる。したがって図２（ｂ）の構造は、図２（ａ）の構造に比較して温度変化に対するＱＰＭブロックの変形をさらに小さくする。
【００１６】
さらに、本発明においては変換ＳＬ素子２０とＳＬホルダ２１の硬度が同一か殆ど同一であるため、変換ＳＬ素子２０とＳＬホルダ２１を固着した状態で端面研磨を行うことが生産技術的に可能となり、変換ＳＬ素子２０の最初の状態であるＱＰＭ素子材料ウェハにまずホルダ材を接着してからダイシング（チップ化）を行い、さらに端面研磨、反射防止コーティング、ダイシングを行うという効率的な生産工程を経てＱＰＭ素子を作製することが可能となる。なお、図１（ａ）、（ｂ）に示す実施例においては接着時に結晶軸方向を合致させているが、合致を完全に行わなくても従来の構造に比較してＱＰＭブロックの熱歪みが格段に減少することは当然である。本発明はこれらをすべて包含する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（ａ）は本発明の実施例の上面図であり、（ｂ）は側面図である。
【図２】（ａ）は本発明の実施例の側面図であり、（ｂ）は変形実施例の側面図である。
【図３】（ａ）は従来の光共振器の概略構造図であり、（ｂ）は従来のＱＰＭブロックの側面図である。
【符号の説明】
【００１８】
１  レーザダイオード
２  レンズ
３  レーザ媒質
４  変換素子
５  ホルダ
６  出力ミラー
７  レーザ台
８  レンズ台
９  ホルダ台
１０  ペルチェ素子
１１  ベース
２０  変換ＳＬ素子
２１  ＳＬホルダ
２２  紫外線硬化樹脂
【図１】
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【図２】
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【図３】
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