(57)【要約】【課題】  レーザ装置では所望の波長以外の発振により、所望の波長の発振効率が低下するため、本発明では光共振器のＱ値を制御することにより、大出力の可視光レーザを効率良く、低コストで得る緑色レーザ装置を提供することを目的とする。【解決手段】  本発明の緑色レーザ装置は、励起光源と、プラセオジウムイオン（Ｐｒ3+）とイッテルビウムイオン（Ｙｂ3+）を共添加したレーザ媒質を内部に含み、前記励起光源からの光が入射されることによって前記レーザ媒質が励起される光共振器とを備え、前記光共振器は、波長520nm付近のＱ値が高く、波長635nm付近のＱ値が低くなるように、前記光共振器のＱ値を、前記光共振器の入射側及び出射側に配置した共振ミラーの波長透過特性により制御したり、前記光共振器内に設けたフィルターにより制御する。【選択図】  図１
2005150365.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光源と、
プラセオジウムイオン（Ｐｒ3+）とイッテルビウムイオン（Ｙｂ3+）を共添加したレーザ
媒質を内部に含み、前記励起光源からの光が入射されることによって前記レーザ媒質が励
起される光共振器とを備え、
前記光共振器は、波長520nm付近のＱ値が高く、波長635nm付近のＱ値が低くなるようにし
たことを特徴とする緑色レーザ装置。
【請求項２】
前記光共振器のＱ値は、前記光共振器の入射側及び出射側に配置した共振ミラーの波長透
過特性により制御することを特徴とする請求項１記載の緑色レーザ装置。
【請求項３】
前記光共振器の入射側の共振ミラーは、520nm付近の波長の反射率を高くし、635nm付近の
波長の反射率を低くし、前記出射側の共振ミラーは、635nm付近の波長の反射率を低くし
、520nm付近の波長を部分反射する特性を有することを特徴とする請求項２記載の緑色レ
ーザ装置。
【請求項４】
前記光共振器のＱ値は、前記光共振器内に設けたフィルターにより制御することを特徴と
する請求項１記載の緑色レーザ装置。
【請求項５】
前記フィルターは、520nm付近および780〜900nmの波長はほぼ透過し、635nmの波長に対し
ては高反射の特性を有し、光共振器内の光軸に対して斜めに反射するように設置したこと
を特徴とする請求項４記載の緑色レーザ装置。
【請求項６】
前記レーザ媒質を励起する励起光源は、マルチモードの半導体レーザであることを特徴と
する請求項１記載の緑色レーザ装置。
【請求項７】
前記レーザ媒質は、光ファイバの内部に設けられたコア部であることを特徴とする請求項
１記載の緑色レーザ装置。
【請求項８】
前記光ファイバは、マルチモードの光ファイバであることを特徴とする請求項７記載のレ
ーザ装置。
【請求項９】
半導体レーザ光源と、
コア部にプラセオジウムイオン（Ｐｒ3+）とイッテルビウムイオン（Ｙｂ3+）を共添加し
、前記半導体レーザ光源からの光が入射されることによって前記コア部が励起される光フ
ァイバと、この光ファイバの入射側及び出射側に配置した共振ミラーを含む光共振器とを
備え、
前記光共振器は、波長520nm付近のＱ値が高く、波長635nm付近のＱ値が低くなるように
、前記入射側の共振ミラーは、520nm付近の波長の反射率を高くし、635nm付近の波長の反
射率を低くし、前記出射側の共振ミラーは、635nm付近の波長の反射率を低くし、520nm付
近の波長を部分反射する特性を有することを特徴とする緑色レーザ装置。
【請求項１０】
半導体レーザ光源と、
コア部にプラセオジウムイオン（Ｐｒ3+）とイッテルビウムイオン（Ｙｂ3+）を共添加し
、前記半導体レーザからの光が入射されることによって前記コア部が励起される光ファイ
バと、この光ファイバの入射側及び出射側に配置した共振ミラーを含む光共振器とを備え
、
前記光共振器は、波長520nm付近のＱ値が高く、波長635nm付近のＱ値が低くなるように
、前記光共振器内にフィルターを設け、このフィルターは、520nm付近および780〜900nm
の波長はほぼ透過し、635nmの波長に対しては高反射の特性を有し、光共振器内の光軸に
対して斜めに設置したことを特徴とする緑色レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスプレイ装置や記録装置などの光源として利用可能な緑色レーザ装置に
関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ファイバのコア部にプラセオジムイオン（Ｐｒ3+）とイッテルビウムイオン（
Ｙｂ3+）を添加し、波長780nm 〜 900nmの励起光でアップコンバージョン励起を行い、波
長490nm〜720nmまでのレーザ光を得る装置が提案されている。
【０００３】
例えば特許文献１では、共振器ミラーの特性を制御したり、波長可変素子を共振器内部
に入れることにより、490nm付近（青色波長）、520nm付近（緑色波長）、605nm付近（オ
レンジ色波長）、635nm付近（赤色波長）、715nm付近（赤外波長）等を発振可能にした例
が記載されている。
【０００４】
これらの発光は全て励起順位3Ｐ0、あるいは3Ｐ0と熱的につながりのある励起順位3Ｐ1
から電子が脱励起する際に生じるものであり、所望の波長以外の波長が発振してしまうと
、所望の波長の発振効率が悪化してしまう。しかしながら、特許文献１のように所望の波
長は高反射、それ以外は低反射にするというのでは共振器の作製に負担がかかる。例えば
反射素子を誘電体ミラーで作製するとすれば、発振させたくない波長帯域が広いため、全
てを低反射とし、所望の波長のみ高反射にするとなると、誘電体膜の膜層も厚く複雑にな
るため、ミラー自体の損失も大きくなり、作製のコストも大きくなってしまう。
【特許文献１】米国特許５８０５６３１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したように、従来のレーザ装置では所望の波長以外の発振を抑えるための共振器特
性がはっきりしないため、必要以上の特性を持った共振器特性となってしまい、所望の波
長の発振効率も充分でなく、また製造コストも大きくなってしまう問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は光共振器のＱ値の制御により、大出力可視光レーザを効率良く、かつ
低コストで得る緑色レーザ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】
【０００７】
請求項１記載の本発明の緑色レーザ装置は、励起光源と、プラセオジウムイオン（Ｐｒ
3+）とイッテルビウムイオン（Ｙｂ3+）を共添加したレーザ媒質を内部に含み、前記励起
光源からの光が入射されることによって前記レーザ媒質が励起される光共振器とを備え、
前記光共振器は、波長520nm付近のＱ値が高く、波長635nm付近のＱ値が低くなるようにし
たことを特徴とする。
【０００８】
前記光共振器のＱ値は、前記光共振器の入射側及び出射側に配置した共振ミラーの波長
透過特性により制御したり、前記光共振器内に設けたフィルターにより制御するものであ
る。
【０００９】
また、請求項９記載の本発明の緑色レーザ装置は、半導体レーザ光源と、コア部にプラ
セオジウムイオン（Ｐｒ3+）とイッテルビウムイオン（Ｙｂ3+）を共添加し、前記半導体
レーザ光源からの光が入射されることによって前記コア部が励起される光ファイバとこの
光ファイバの入射側及び出射側に配置した共振ミラーを含む光共振器とを備え、
前記光共振器は、波長520nm付近のＱ値が高く、波長635nm付近のＱ値が低くなるように
、前記入射側の共振ミラーは、520nm付近の波長の反射率を高くし、635nm付近の波長の反
射率を低くし、前記出射側の共振ミラーは、635nm付近の波長の反射率を低くし、520nm付
近の波長を部分反射する特性を有することを特徴とする。
【００１０】
さらに、請求項１０記載の本発明の緑色レーザ装置は、半導体レーザ光源と、コア部に
プラセオジウムイオン（Ｐｒ3+）とイッテルビウムイオン（Ｙｂ3+）を共添加し、前記半
導体レーザからの光が入射されることによって前記コア部が励起される光ファイバとこの
光ファイバの入射側及び出射側に配置した共振ミラーを含む光共振器とを備え、
前記光共振器は、波長520nm付近のＱ値が高く、波長635nm付近のＱ値が低くなるように
、前記光共振器内にフィルターを設け、このフィルターは、520nm付近および780〜900nm
の波長はほぼ透過し、635nmの波長に対しては高反射の特性を有し、光共振器内の光軸に
対して斜めに設置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、共振器のＱ値を制御することにより、高効率な大出力緑色レーザを得
ることができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら本発明に係る緑色レーザ装置について詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の緑色レーザ装置の第１の実施例を示す構成図である。なお以下全ての
図面において、同一の構成要素は同一の符号を付す。図１において、１１は光ファイバで
あり、コア部とその外側に配されたクラッドにて構成され、コア部にプラセオジウムイオ
ン（Ｐｒ3+）とイッテルビウムイオン（Ｙｂ3+）を共添加したものであり、例えばフォノ
ンエネルギーの小さなフッ化物ファイバからなる。またＰｒ3+／Ｙｂ3+の添加濃度は3000
／20000ppm by w.t. である。
【００１４】
１２，１３は光ファイバ１１の入射側端面及び出射側端面に設置された反射素子（ミラ
ー）であり、例えば誘電体ミラーからなり、共振器ミラーを構成する。また、１４は光フ
ァイバ１１に添加されたＰｒ3+／Ｙｂ3+を励起する励起光源であり、780nm付近〜900nm付
近の波長を発する半導体レーザからなる。また、１５は励起光源１４から出力される励起
光であり、１６は励起光を光ファイバ１１に入射するための光学系（レンズ）である。さ
らに、１７は出力側反射素子１３から出力されるレーザ光であり、波長は520nm付近（以
下では520nmと記す）である。
【００１５】
次に、共振器ミラー１２，１３の特性および上記緑色レーザ装置の動作を説明する。図
２はＰｒ3+とＹｂ3+のエネルギー準位図、図３、図４は共振器ミラー１２，１３の透過特
性の例であり、横軸を波長、縦軸を透過率としている。
【００１６】
まず半導体レーザ光源１４から励起光が出射されるが、励起光１５は光学系１６にて光
ファイバ１１に入射される。光ファイバ１１に入射した励起光は、光ファイバ１１に添加
されたＹｂ3+により吸収され、その後、Ｐｒ3+にエネルギー伝達され励起されたＰｒ3+か
ら発生した波長520nmの光を共振器ミラー１２，１３でくり返し反射増幅することにより
緑色波長520nmのレーザ光１７を得、共振器ミラー１３から取り出すことができる。
【００１７】
この励起の様子と520nm波長の発振の原理を図２のエネルギー準位図、図３、図４の共
振器ミラー１２，１３の透過特性を用いて詳しく説明する。
【００１８】
図２において、Ｙｂ3+の基底状態2Ｆ7/2にある電子は、例えば波長830nm付近の励起光
を吸収し、順位2Ｆ5/2へ励起される。この準位に励起された電子はＰｒ3+の励起順位1Ｇ4
にエネルギー伝達される。さらに、1Ｇ4の電子は励起光830nm付近を再び吸収し、Ｐｒ3+
の3Ｐ1の準位に励起される。ここから励起順位3Ｈ5へ遷移する際、520nmの緑色光が発生
する。
【００１９】
この520nm光をレーザ発振させるためには上位準位3Ｐ1と下位準位3Ｈ5との間で電子の
いわゆる反転分布状態を形成する必要がある。しかしながら、この準位間の反転分布より
も熱的につながりのある準位3Ｐ0と下位準位3Ｆ2の反転分布が起こりやすいため、520nm
ではなく、635nm付近（以下では635nmと記す）の赤色波長が先に発振してしまう。
【００２０】
そこで本発明では、緑色の安定したレーザ光を発振させるために、光共振器用ミラーで
の635nmの透過率をできるだけ低く、つまり反射率をできるだけ下げて、光共振器のＱ値
を小さくすることにより、635nmの発振を阻害し、520nmの光を発振させるようにした点に
特徴がある。
【００２１】
ここで、緑色波長520nmのＱ値を高くし、赤色波長635nmのＱ値を下げた特徴をもつ光共
振器ミラー特性の具体例を説明する。図３は入射側のミラー特性を示し、図４は出力側の
ミラー特性を示している。図３に示すように、入射側ミラー１２は、励起光を100％に近
い透過率にし、520nmの波長は、100％に近い反射率にする。この時、635nmのＱ値を下げ
るために、635nmの波長は出来るだけ低い反射率になるように作製するのが望ましい。
【００２２】
一方、図４に示すように出力側ミラー１３も同様に、635nmのＱ値を下げるために、635
nmの波長は出来るだけ低い反射率になるように作製する。また波長520nmの反射率は、高
出力を得るために部分反射にする。また、励起光の波長に関しては、高反射にする事で励
起光の利用効率を高める事が出来るように作製する。この際、両側から励起光を入射する
場合においては、100％に近い透過率にするのは明白である。
【００２３】
このように波長635nmの透過率を高くすることで、共振器のＱ値を低下させ、波長635nm
の発振を阻害し、これにより波長520nmのＱ値を高くすることができる。すなわち本発明
のように波長635nmの発振を阻害し、520nmの波長のみ発振するような共振器ミラー特性と
することで、阻害要因となる波長の発振が抑えられるため、高効率で大出力の緑色レーザ
装置が可能となる。
【００２４】
尚、上記実施例において、Ｐｒ3+／Ｙｂ3+を光ファイバに添加したが、ファイバに限る
ことはなく、バルク状の結晶、ガラスでも良い。また、励起光源１４も半導体レーザに限
定する必要はなく、他の種類の光源でも良い。
【実施例２】
【００２５】
図５は、この発明の第２の実施例について説明するための概略構成図である。図５にお
いて、１８，１９は光共振器を構成する反射素子（ミラー）である。また２０は光共振器
内部に設置されたフィルターであり、例えば誘電体多層膜フィルターからなる。
【００２６】
上記実施例１で述べた通り、波長520nm光をレーザ発振させるためには、上位準位3Ｐ1
と下位準位3Ｈ5との間で電子のいわゆる反転分布状態を形成する必要がある。しかしなが
ら、この準位間の反転分布よりも熱的につながりのある3Ｐ1の直ぐ下の準位3Ｐ0と下位準
位3Ｆ2の反転分布が起こりやすいため、波長635nmの赤色が先に発振してしまう。そこで
、波長635nmのＱ値を下げる必要がある。
【００２７】
本発明の実施例２では発振させたくない波長635nmの共振器のＱ値を下げるが、実施;例
２の形態においては、Ｑ値を下げる手段としてこれら波長の損失を増やす手段を設けてい
る。
【００２８】
即ち、２０は、Ｑ値を低下させるためのフィルターであり、例えば波長520nm、780nm〜
900nmに対してはほぼ透過し、波長635nmに対しては高反射の特性を持ち、共振器内の光軸
に対して斜めに反射するように設置している。したがって、このフィルター２０により発
振させたくない波長635nmの光は、共振器外に反射され損失が大きくなりＱ値が低下する
ため発振することはない。この際、光共振器用のミラー１８，１９は波長635nmのQ値を上
げるように作製し、波長520nmを特に処置する必要は無いが、反射率を下げるようにして
も良い。
【００２９】
図６は、フィルター２０の具体的な構造例を示すもので、光ファイバ１１の一部を斜め
にカットし、カット面のいずれか一方に誘電体ミラー等からなるフィルター素子２１を直
接蒸着して接合し、この誘電体ミラー２１に波長520nm、780nm〜900nmに対してはほぼ透
過し、波長635nmに対しては高反射の特性を持たせるようにしたものである。これにより
、波長635nmの光は共振器外に反射されることになる。
【００３０】
また、図７は、フィルター２０の別の具体構造例を示すもので、光ファイバ１１の一部
をカットし、カット面の一方から出力した光をレンズ２２でコリメート（平行化）し、フ
ィルター素子２３を介してレンズ２４に入力し、レンズ２４で再び集光して光ファイバ１
１のカット面の他方に入力するようにしたものである。この例において、フィルター素子
２３は誘電体ミラー等からなり、この誘電体ミラー２３に波長520nm、780nm〜900nmに対
してはほぼ透過し、波長635nmに対しては高反射の特性を持たせるようにしたものである
。これにより、波長635nmの光は共振器外に反射されることになる。
【００３１】
かくして、本発明のように波長520nmの発振に必要な励起順位3Ｈ5と1Ｇ4間の発振のみ
が発振するようなＱ値制御フィルターを共振器内に設置することで、高効率で大出力が可
能な緑色レーザ装置を得ることができる。その他の動作及び効果は前述したものと同じで
ある。
【００３２】
また、上記第１，第２の実施例において、光ファイバはマルチモードの光ファイバであ
っても良い。また、レーザ媒質を励起する励起光はマルチモードの半導体レーザであって
も良い。これらを併用することにより大出力の緑色レーザ光を取り出すことが可能となる
。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】この発明の一実施の形態について説明するための概略構成図。（実施例１）
【図２】Ｐｒ3+／Ｙｂ3+のエネルギー遷移を説明するエネルギー準位図。
【図３】この発明における入力側共振器ミラーの透過特性を示す特性図。
【図４】この発明における出力側共振器ミラーの透過特性を示す特性図。
【図５】この発明の他の実施例について説明するための概略構成図。（実施例２）
【図６】図５のフィルター２０の具体構造例を説明するための構成図。
【図７】図５のフィルター２０の他の具体構造例を説明するための構成図。
【符号の説明】
【００３４】
１１  光ファイバ
１２  反射素子
１３  反射素子
１４  励起光源
１５  励起光
１６  光学系
１７  レーザ光
１８  反射素子
１９  反射素子
２０  フィルター
【図１】
2005150365.tif 000003
【図２】
2005150365.tif 000004
【図３】
2005150365.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2005150365.tif 000008
【図７】
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