(57)【要約】【課題】半導体レーザ励起固体レーザによる、波長が４８８ｎｍでその個体差が小さいレーザ装置を実現する。【解決手段】Ｎｄ：ＬｉＹＦ４結晶１０と出力鏡１５の間を波長１０５３ｎｍで発振するレーザ共振器とする。また、Ｎｄ：ＬｉＹＦ４結晶１１と出力鏡１５の間を波長９０８ｎｍで発振するレーザ共振器とする。２つのレーザ共振器の共通の光路上にＫＴＰ結晶１４を配置して、２つのレーザ発振光から和周波混合により波長４８８ｎｍのレーザ光を発生さている。同様に、Ｎｄ：ＬｉＹＦ４の波長１０４７ｎｍのレーザ発振と、Ｎｄ：ＹＶＯ４の波長９１４ｎｍのレーザ発振とからも、同様に和周波混合により波長４８８ｎｍのレーザ光を発生させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザ励起で固体レーザ結晶を励起してレーザ発振を行う第１及び第２のレーザ発振器を備え、各レーザ発振器はレーザ結晶がＮｄ：ＬｉＹＦ４（ネオジウム添加リチウム  イットリウム  フッ化物）であって、第１のレーザ発振器には発振波長を９０８ｎｍに選択する手段を設け、第２のレーザ発振器には発振波長を１０５３ｎｍに選択する手段を設け、各レーザ発振器は光路の一部を共有すると共に、共有する光路には２つのレーザ発振光から和周波混合を行う非線形光学結晶又は、非線形光学結晶の周期的分極反転素子を配置させ、波長４８８ｎｍのレーザ光を発生させることを特徴とした内部共振器型の和周波混合レーザ。
【請求項２】
前記半導体レーザ励起は、１個の半導体レーザを使用すると共に、半導体レーザの出力光を２つに分岐する手段を設け、２分岐した各出力光で各レーザ発振器のレーザ結晶を励起させる請求項１に記載した内部共振器型の和周波混合レーザ。
【請求項３】
半導体レーザ励起で固体レーザ結晶を励起してレーザ発振を行う第１及び第２のレーザ発振器を備え、第１のレーザ発振器はレーザ結晶がＮｄ：ＹＶＯ４（ネオジウム添加バナジン酸イットリウム）であって、その発振波長を９１４ｎｍに選択する手段を設け、第２のレーザ発振器はレーザ結晶がＮｄ：ＬｉＹＦ４であって、その発振波長を１０４７ｎｍに選択する手段を設け、各レーザ発振器は光路の一部を共有すると共に、共有する光路には２つのレーザ発振光から和周波混合を行う非線形光学結晶又は、非線形光学結晶の周期的分極反転素子を配置させ、波長４８８ｎｍのレーザ光を発生させることを特徴とした内部共振器型の和周波混合レーザ。
【請求項４】
前記非線形光学結晶として、ＫＴｉＯＰＯ４（チタン酸リン酸カリウム）を用いた請求項１〜３のいずれかに記載した内部共振器型の和周波混合レーザ。
【請求項５】
前記波長を選択する手段として、請求項１又は２における第１及び第２のレーザ共振器と、請求項３における第１のレーザ共振器の中に、ポラライザを配置した請求項１〜４のいずれかに記載した内部共振器型の和周波混合レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザを励起光源として非線形光学結晶を使用してレーザ発振波長を変換する固体レーザであって、従来から多分野で利用されているアルゴンレーザの波長４８８ｎｍのレーザ光を、和周波混合によって得るようにした内部共振器型の和周波混合レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
波長４８８ｎｍのレーザ光を得るレーザとしては、主発振波長の１つが４８８ｎｍであるアルゴンレーザがあり、分光装置、医療装置、印刷機器、理化学実験、生物化学実験など多方面で使用されているが、このアルゴンレーザは気体レーザであるために、半導体レーザ励起の内部共振器型で第２高調波発生によって波長５３２ｎｍのレーザ光を得る固体レーザ（例えば、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ、Ｎｄ：ＹＡＧレーザなど）に比べて、同程度のレーザ出力を得る場合に装置が大型化する。
【０００３】
そこで、これらの用途に適合する波長４８８ｎｍで小型化が可能な固体レーザを求められているが、希土類イオンの発振線を使用した固体レーザでは波長４８８ｎｍで発振するものや、第２高調波が波長４８８ｎｍになるものはない。
【０００４】
但し、特許文献１〜５などに開示されているように、波長１０６４ｎｍで発振するレーザ共振器内に非線形光学結晶をおき、外部から波長が０．８μｍ〜０．９μｍの半導体レーザ光を非線形光学結晶に入射させ、２つの波長のレーザ光の和周波混合によって波長４５９ｎｍ〜４９０ｎｍのレーザ光を発生させている例があるので、半導体レーザ光の波長を９０２ｎｍとしてさらに非線形光学結晶の位相整合条件を適切にすれば、波長４８８ｎｍが得られる可能性がある。
【特許文献１】特許第２７１２２３３号公報
【特許文献２】特許第２８４０８７１号公報
【特許文献３】特許第２９８１６７１号公報
【特許文献４】特開平７−１０４３３４号公報
【特許文献５】特開平８−２９８１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、半導体レーザ励起固体レーザでは固体レーザの発振波長の個体差が小さいのに対して、半導体レーザの発振波長の個体差は大きいので、和周波混合で得られるレーザ光の波長にも個体差が出てしまい、半導体レーザの発振波長は温度を制御することである程度の補正は可能であるが、温度を高くすると半導体レーザの寿命を低下させ、温度を低くすると電子冷却素子の消費電力が増加してしまうなどの問題が生じると共に、これら波長の個体差が応用の仕方によっては、従来のアルゴンレーザとの波長互換性の点で問題になる場合もある。
【０００６】
また、従来技術の和周波混合によって得られる出力は、１〜１０ｍＷ程度であるので、応用によっては出力が足りないという問題が発生するが、これは固体レーザの共振器内部パワーが数十Ｗに達するのに対して、和周波混合に使用できる半導体レーザの出力の上限が現状の技術レベルでは１０〜１００ｍＷと低いことに起因する。
【０００７】
すなわち、和周波光が発生する際には、周波数混合に使用する半導体レーザ光によって発生する光子と、固体レーザの発振によって発生する光子とが対になって和周波光の光子に変換されるので、励起パワーを上げて固体レーザの内部パワーを強くして変換効率を上げても、出力の上限は和周波混合に使用する半導体レーザの出力によって制限される。
【０００８】
例えば、波長１０６４ｎｍで内部パワーが十分に大きい固体レーザと、波長９０２ｎｍで且つ出力が１０ｍＷの半導体レーザを、固体レーザ共振器内部で和周波混合を行った場合には、波長変換結晶に非線形定数が大きくて変換効率が高い結晶を使用したとしても、１０ｍＷ ＋（９０２ｎｍ／１０６４ｎｍ）×１０ｍＷ≒１８.５ｍＷが理論上での上限値であって、これを越える出力は絶対に得られない。
【０００９】
そこで本発明では、これら従来技術の課題を解決し得る半導体レーザ励起固体レーザであって、特に固体素子だけを使用して、従来のアルゴンレーザの波長４８８ｎｍとほぼ同じ波長で且つ、波長変動や波長の個体差が少なくて従来の和周波混合レーザに比べて高出力が得られる内部共振器型の和周波混合レーザを、アルゴンレーザより小型化して提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の内部共振器型の和周波混合レーザでは、半導体レーザによる励起が可能な希土類イオンのレーザ遷移を利用し、固体レーザの和周波混合によって波長４８８ｎｍを発生させるものであり、２つのレーザの発振波長の個体差を０．１ｎｍに満たない値にすることが可能となり、これらの和周波混合によって得られる４８８ｎｍレーザ光の発振波長や個体差を０．１ｎｍ未満とすることができる。
【００１１】
波長４８８ｎｍのレーザ光を得るために、本発明では次の２つの組合せのレーザ結晶の発振線を用いており、第１の組合せはＮｄ：ＬｉＹＦ４の波長１０５３ｎｍの発振線と、Ｎｄ：ＬｉＹＦ４の９０８ｎｍの発振線であって、この２つの波長のレーザ光より和周波混合によって、次の式で計算される波長４８８ｎｍのレーザ光が得られる。
【００１２】
【数１】
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【００１３】
第２の組合せはＮｄ：ＬｉＹＦ４の波長１０４７ｎｍの発振線と、Ｎｄ：ＹＶＯ４の９１４ｎｍの発振線であって、この２つの波長のレーザ光より和周波混合によって、次の式で計算される波長４８８ｎｍのレーザ光が得られる。
【００１４】
【数２】
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【００１５】
ただし、これらの組合せのレーザを使用してそれぞれの出力光を、和周波混合を行う非線形光学結晶に集光して照射しても実用的な出力は得られないので、２つのレーザ共振器のそれぞれの一部を共通の光路とし、共通の光路上に配置した非線形光学結晶によって、２つのレーザ発振光の和周波光を発生させると、共振器の内部ではレーザ発振光の内部パワーが非常に高くなるために、レーザ発振器の外部で和周波混合を行う場合に比べて、はるかに大きな出力をえることができる。
【００１６】
なお、Ｎｄ：ＬｉＹＦ４は主な発振波長に９０３ｎｍ、９０８ｎｍ、１０４７ｎｍ、１０５３ｎｍ、１．３μｍなどがあり、Ｎｄ：ＹＶＯ４は主な発振波長に９１４ｎｍ、１０６４ｎｍ、１．３μｍなどがあるので、これら内で不要なレーザ発振を押さえ、波長４８８ｎｍを和周波混合によって得るのに必要な発振線のみを選択的に発振させる手段をレーザ共振器内に設ける必要がある。
【００１７】
不要なレーザ発振を押さえる手段としては、例えば波長が１００ｎｍ以上離れた発振線だけを押さえるためには、コーティングの反射率の波長特性を制御するだけで実現することができるが、波長差が１０ｎｍ以下の場合には、発振線の偏光特性を利用するためにポラライザを使用する。
【００１８】
この選択的に発振させる手段として、波長１０５３ｎｍで発振させるＮｄ：ＬｉＹＦ４レーザ共振器と、波長９０８ｎｍで発振させるＮｄ：ＬｉＹＦ４レーザ共振器には、それぞれ電界成分が結晶のｃ軸と直交する偏光のみを透過させるように共振器内にポラライザを配置すると共に、共振器を構成する出力鏡や他の反射鏡には、発振させる波長に対して高反射で発振を押さえる波長に対しては低反射となるコーティングを施す。
【００１９】
また、波長１０４７ｎｍで発振させるＮｄ：ＬｉＹＦ４レーザ共振器には、それぞれ電界成分が結晶のｃ軸と平行なの偏光のみを透過させるように共振器内にポラライザを配置すると共に、共振器を構成する出力鏡や他の反射鏡には、発振させる波長に対して高反射で発振を押さえる波長に対しては低反射となるコーティングを施す。
【００２０】
さらに、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ共振器では、共振器を構成する出力鏡や他の反射鏡に、波長９１４ｎｍに対して高反射となり且つ、波長１０６４ｎｍと１．３μｍに対して低反射となるコーティングを施す。
【００２１】
以上のように、２つのレーザ共振器をダイクロイックミラーあるいはポラライザを使用して共通の光路を設けるが、ダイクロイックミラーの替わりに、いずれか一方の共振器の出力鏡やレーザ結晶、あるいは共振器を構成する光学部品のいずれかにダイクロイックミラーの作用をさせた形態でも良く、２つのレーザ共振器の共通の光路に和周波混合のための非線形光学結晶を配置することによって、波長４８８ｎｍのレーザ光を発生させることができる。
【００２２】
また、２つのレーザ共振器の発振光の偏光方向が直交する場合には、非線形光学結晶に第２種位相整合を行うものを選択し、２つのレーザ共振器の発振光の偏光方向が同じ場合には、第１種位相整合を行う非線形光学結晶を選択するが、第１種位相整合を行う非線形光学結晶の変わりに、非線形光学結晶に周期的分極反転構造を施した素子を使用する形態を採ることもできる。
【００２３】
さらに、第２種位相整合とする必要がある場合には、非線形光学結晶としてＫＴＰ（チタン酸リン酸カリウム、ＫＴｉＯＰＯ４）を使用することが望ましく、ＫＴＰは従来から波長１０６４ｎｍの第２高調波発生などに使用されており、短波長側で９９３ｎｍの基本波から波長４９７ｎｍまでの第２高調波の発生が可能であると共に、これ以下の波長では第２高調波の発生はできなかったが、和周波混合によると先に説明した２種類の波長の組合せで波長４８８ｎｍのレーザ光を発生することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の内部共振器型の和周波混合レーザによれば、半導体レーザ励起固体レーザをもとに、内部共振器型の和周波混合を行うことにより、固体素子だけでアルゴンレーザの波長４８８ｎｍと同じ波長のレーザ光を発生させているので、アルゴンレーザに比べて小型化することができ、しかも従来の半導体レーザ励起固体レーザに比べて、波長変動や波長の個体差を小さくできると共に、従来の和周波混合に比べて高い出力が得られる。
【００２５】
また、１つの半導体レーザの出力光を２分岐して使用する形態を採ると、１式分の半導体レーザ及び駆動電源を削減することができるので、低出力で良い用途に対しては安価に提供することが可能であり、非線形光学結晶としてＫＴＰ結晶を使用する形態を採ると、近赤外光から波長０．４μｍ帯のレーザ光を発生させる際に使用されているニオブ酸カリウムなどに比べて、位相整合の角度許容幅や許容幅が１桁以上大きくて調整が容易であり、波長を選択する手段としてレーザ共振器中にポラライザを配置する形態を採ると、光路の共有化が容易である。
【実施例１】
【００２６】
図１を参照しながら実施例１について説明すると、Ｎｄ：ＬｉＹＦ４結晶による第１及び第２のレーザ結晶１０，１１を使用しているが、第１のレーザ結晶１０は波長１０５３ｎｍのレーザ発振をさせ、出力鏡１５との間がレーザ共振器となっており、第２のレーザ結晶１１は波長９０８ｎｍのレーザ発振をさせ、反射鏡１３とポラライザ１２を経由して出力鏡１５との間がレーザ共振器となっており、２つのレーザ共振器はポラライザ１２と出力鏡１５の間を共通の光路として共有し、第１及び第２のレーザ結晶１０，１１はともにＮｄ３＋濃度が１．０原子％で、長さが３ｍｍである。
【００２７】
第１のレーザ結晶１０は、励起光が入射してくる側の面に、波長１０５３ｎｍにおいて全反射となり、励起波長の７９２ｎｍにおいて低反射となるコーティングが施され、反対側の面には、波長１０５３ｎｍにおいて低反射となるコーティングが施されており、１μｍ帯の発振波長において、偏光方向がｃ軸に平行となる１０４７ｎｍ及び、ｃ軸とは直交する１０５３ｎｍの２波長の発振が可能であるところを、ｃ軸は紙面に対して垂直方向に向くよう配置し、１０４７ｎｍの偏光がポラライザ１２に対して透過率の低いｓ偏光となるようにして、波長１０５３ｎｍのみで発振させる。
【００２８】
第２のレーザ結晶１１は、励起光が入射してくる側の面に、波長９０８ｎｍにおいて全反射となり、励起波長の７９２ｎｍと結晶の発振を押さえる１０４７ｎｍ及び１０５３ｎｍにおいて低反射となるコーティングが施され、反対側の面には、波長９０８ｎｍと発振を押さえる波長の１０４７ｎｍ及び１０５３ｎｍおいて低反射となるコーティングが施されており、０．９μｍ帯の発振波長は、偏光方向がｃ軸と平行となる９０３ｎｍ及び、ｃ軸と直交する９０８ｎｍの２波長の発振が可能であるところを、ｃ軸は紙面に対して平行となるように配置し、波長９０３ｎｍの偏光がポラライザ１２に対して反射率の低いｐ偏光となるようにして、波長９０８ｎｍのみで発振させる。
【００２９】
ＫＴＰ結晶１２は、２つのレーザ共振器の共通の光路に配置させて、波長１０５３ｎｍと波長９０８ｎｍのレーザ光を和周波混合により波長４８８ｎｍのレーザ光を発生させるように、φ＝５２°、θ＝９０°となる方位にカットしたものを長さ５ｍｍで使用しており、ＫＴＰ結晶１２のｃ軸方向は紙面に対して垂直とし、偏光方向がｃ軸と平行となる９０８ｎｍ光と偏光方向がｃ軸と垂直となる１０５３ｎｍ光から第二種位相整合によって、ｃ軸と垂直な偏光となる４８８ｎｍ光を発生させるが、ＫＴＰ結晶１４の両端面には、波長９０８ｎｍ、１０５３ｎｍ、４８８ｎｍに対して低反射率となるコーティングが施されている。
【００３０】
出力鏡１５は、波長９０８ｎｍと１０５３ｎｍに対しては高反射となり、波長４８８ｎｍに対しては低反射となるコーティングが施されており、またポラライザ１２を除いて、上記したレーザ共振器に使用される各結晶や光学部品には、波長１．３μｍに対して反射率が低くなるようにし、波長１．３μｍでの発振を押さえている。
【００３１】
半導体レーザ１，２は、波長が７９２ｎｍで出力が２Ｗであり、ロッドレンズ３，４によって半導体レーザ光の拡がり角が大きくなる方向について、ビームが第１及び第２のレーザ結晶１０，１１の位置でそれぞれ集光されるようにすると共に、半導体レーザ光の拡がり角が小さい方向については、シリンドリカルレンズ５，６の組合せ及びシリンドリカルレンズ７，８の組合せによって集光している。
【００３２】
また、半導体レーザ１，２は偏光方向が紙面に平行となるように配置すると共に、第１及び第２のレーザ結晶１０，１１は、励起光の偏光がｃ軸と平行の場合に励起効率がよくなるので、２分の１波長板９をシリンドリカルレンズ５，６の間に配置し、半導体レーザ１の偏光の向きを紙面に垂直方向に変換しており、この半導体レーザ１，２の励起によって、実施例１では波長４８８ｎｍのレーザ光出力として２０ｍＷが得られている。
【００３３】
また、非線形光学結晶としてＫＴＰ結晶を使用することによって、波長４００ｎｍ程度の近赤外光を第２高調波として発生させる際に、従来から頻繁に使用されているニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）に比べて、位相整合の角度許容幅や許容幅が１桁以上大きくて調整が容易である。
【実施例２】
【００３４】
図２を参照しながら実施例２について説明すると、Ｎｄ：ＬｉＹＦ４結晶による第１のレーザ結晶２５と、Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶による第２のレーザ結晶２６を使用しているが、第１のレーザ結晶２５は波長１０４７ｎｍのレーザ発振をさせ、出力鏡３０との間がレーザ共振器となっており、第２のレーザ結晶２６は波長９１４ｎｍのレーザ発振をさせ、反射鏡２８とポラライザ２７を経由して出力鏡３０との間がレーザ共振器となっており、２つのレーザ共振器はポラライザ２７と出力鏡３０の間を共通の光路として共有し、第１のレーザ結晶２５はＮｄ３＋濃度が１原子％で長さが３ｍｍであり、第２のレーザ結晶２６はＮｄ３＋濃度が０．３原子％で長さが２ｍｍである。
【００３５】
第１のレーザ結晶２５は、励起光が入射してくる側の面に、波長１０４７ｎｍにおいて全反射となり、励起波長の７９２ｎｍにおいて低反射となるコーティングが施され、反対側の面には、波長１０４７ｎｍにおいて低反射となるコーティングが施されており、１μｍ帯の発振波長において、偏光方向がｃ軸と平行となる１０４７ｎｍ及び、ｃ軸と直交する１０５３ｎｍの２波長の発振が可能であるところを、ｃ軸は紙面に対して平行になるように配置し、１０５３ｎｍの偏光がポラライザ２７に対して透過率の低いｓ偏光となるようにして、波長１０４７ｎｍのみで発振させる。
【００３６】
第２のレーザ結晶２６は、励起光が入射してくる側の面に、波長９１４ｎｍにおいて全反射となり、励起波長の８０８ｎｍと結晶の発振強度が強い１０４７ｎｍおよび１０４７ｎｍにおいて低反射となるコーティングが施され、反対側の面には、波長１０４７ｎｍにおいて低反射となるコーティングが施されており、９１４ｎｍの発振光の偏光方向を紙面に対して垂直にするために、結晶のｃ軸を紙面に対して垂直となるように配置する。
【００３７】
ＫＴＰ結晶２９は、２つのレーザ共振器の共通の光路上に配置させて、波長１０４７ｎｍと波長９１４ｎｍのレーザ光を和周波混合により波長４８８ｎｍのレーザ光を発生させるように、φ＝５５°、θ＝９０°となる方位にカットしたものを使用しており、ｃ軸方向は紙面に対して垂直とし、偏光方向がｃ軸と平行となる９１４ｎｍ光と偏光方向がｃ軸と垂直となる１０５３ｎｍ光から第二種位相整合によって、ｃ軸と垂直な偏光となる４８８ｎｍ光を発生させるが、ＫＴＰ結晶１４の両端面には、波長９０８ｎｍ、１０５３ｎｍ、４８８ｎｍに対して低反射率となるコーティングが施されている。
【００３８】
出力鏡３０は、波長９０８ｎｍと１０５３ｎｍに対しては高反射となり、波長４８８ｎｍに対しては低反射となるコーティングが施されており、またダイクロイックミラー３１を除いて、上記したレーザ共振器に使用される結晶や光学部品には、波長１．３μｍに対して反射率が低くなるようにし、波長１．３μｍでの発振を押さえている。
【００３９】
半導体レーザは、半導体レーザ１６の波長が７９２ｎｍで、半導体レーザ１７の波長は８０８ｎｍであって、出力はともに２Ｗであり、ロッドレンズ１８，１９によって半導体レーザ光の拡がり角が大きくなる方向について、ビームが第１及び第２のレーザ結晶２５，２６の位置でそれぞれ集光されるようにすると共に、半導体レーザ光の拡がり角が小さい方向については、シリンドリカルレンズ２０，２１の組合せ及びシリンドリカルレンズ２２，２３の組合せによって集光している。
【００４０】
また、半導体レーザ１６，１７は偏光方向が紙面に平行となるように配置すると共に、第１及び第２のレーザ結晶２５，２６は、励起光の偏光がｃ軸と平行の場合に励起効率がよくなるので、２分の１波長板２４をシリンドリカルレンズ２２と２３の間に配置し、半導体レーザ１７の偏光の向きを紙面に垂直方向に変換しており、この半導体レーザ１６，１７の励起によって、実施例２では波長４８８ｎｍのレーザ光出力として２２ｍＷが得られている。
【００４１】
また、非線形光学結晶としてＫＴＰ結晶を使用することによって、波長４００ｎｍ程度の近赤外光を第２高調波として発生させる際に、従来から頻繁に使用されているニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）に比べて、位相整合の角度許容幅や許容幅が１桁以上大きくて調整が容易である。
【実施例３】
【００４２】
次に、図３を参照しながら実施例３について説明すると、実施例１に対して波長を選択するための手段の一部と、２つのレーザ共振器の光路を共有させるための手段を変えたものであって、実施例１ではポラライザ１２を波長選択の手段として使用していたが、実施例３では光路の一部を共有させるために、ダイクロイックミラー３１を使用しており、ダイクロイックミラー３１は入射角４５度において、波長１０５３ｎｍに対して透過率が高く波長９０８ｎｍに対して同じ入射角において高反射となるようにしてある。
【００４３】
また、実施例１ではポラライザ１２を２つのレーザ共振器の光路の一部を共有するためにも使用していたが、実施例３では波長選択のために、波長１０５３ｎｍで発振させるＮｄ：ＬｉＹＦ４による第１のレーザ結晶１０の共振器には、石英板でできたポラライザ３２を発振光がｐ偏光となるように配置すると共に、波長９０８ｎｍで発振させるＮｄ：ＬｉＹＦ４による第２のレーザ結晶１１の共振器には、石英板でできたポラライザ３３を発振光がｐ偏光となるように配置しており、この実施例３による波長４８８ｎｍのレーザ出力は実施例１と同等であった。
【実施例４】
【００４４】
次に、図４を参照しながら実施例４について説明すると、実施例１では２個使用されていた半導体レーザを１個にしたものであって、半導体レーザ２には実施例１と同じものを使用して出力光をポラライザ３５によって分岐させ、一方はＮｄ：ＬｉＹＦ４による第２のレーザ結晶１１を励起すると共に、他方は反射鏡３６を経由してＮｄ：ＬｉＹＦ４による第１のレーザ結晶１０を励起するが、分岐する割合はポラライザ３５の直前に配置した２分の１波長板３４を回転することによって調整し、この調整によって半導体レーザ２の出力の約３０％が波長１０５３ｎｍを発振する第１のレーザ結晶１０側へ分岐させると、その際に波長４８８ｎｍの出力が最大となり、約３ｍＷの出力が得られた。
【００４５】
この実施例４の場合には、実施例１及び実施例２に比べると出力は小さいが、１つの半導体レーザで励起しているので、実施例１及び実施例２に比べて１式分の半導体レーザ及び駆動電源を削減することができ、低出力で良い用途に対しては安価に提供することが可能である。
【実施例５】
【００４６】
次に、図５を参照しながら実施例５について説明すると、実施例３では直交する偏光をもつ２つの基本波から第２種位相整合の和周波混合を行っていたが、実施例５では偏光方向が同じ２つの基本波から和周波混合を行うようにしたものであり、和周波混合には非線形光学結晶として、光が進行する方向に進むに従って＋ｚ軸方向が周期的に交互に反転した構造を持たせた周期的分極反転ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ４）３８を使用している。
【００４７】
周期的分極反転ＫＴＰ３８は、分極反転の周期が６．９μｍであって、波長１０５３ｎｍと９０８ｎｍの擬似位相整合による和周波混合で波長４８８ｎｍのレーザ光を発生させるが、光が伝搬する方向の長さは５ｍｍに±ｚ軸の方向の長さ（厚み）は０．５ｍｍにすると共に、±ｚ軸が紙面と平行になるように配置し、和周波混合の変換効率を高くなるようにしている。
【００４８】
すなわち、周期的分極反転構造を持ったＫＴＰを使用すると、分極反転構造を持たないＫＴＰ単結晶の有効非線形定数ｄｅｆｆが約２ｐｍ／Ｖであるのに対して、周期的分極反転構造を持ったＫＴＰの場合には約７ｐｍ／Ｖであるから、変換効率を高くすることができるが、その条件として和周波混合の２つの基本波の偏光は、±ｚ軸方向と平行にする必要があるので、２つのＮｄ：ＬｉＹＦ４結晶のｃ軸方向を紙面に垂直に配置し、波長９０８ｎｍ発振光の偏光を周期的分極反転ＫＴＰ３８のｚ軸と平行にしている。
【００４９】
また、実施例５では実施例３で使用していたポラライザ３３を取り除くと共に、実施例３では第１のレーザ結晶１０とダイクロイックミラー３１の間に配置していたポラライザ３２を、ダイクロイックミラー３１と周期的分極反転ＫＴＰ３８の間に配置することによって、ポラライザ３２を２つのレーザ共振器の共通の光路上に配置させ、１つのポラライザ３２で２つのレーザ共振器の発振波長を制御しており、この実施例５による波長４８８ｎｍのレーザ出力は７０ｍＷであった。
【００５０】
この実施例５の場合には、非線形光学結晶としてＫＴＰ結晶を使用すると共に、同じ励起条件にした２Ｗの半導体レーザを２個使用した実施例１〜３の場合と比べると、３倍以上の高いレーザ出力が得られる。
【００５１】
なお、実施例５では和周波混合のための非線形光学結晶に周期的分極反転ＫＴＰを使用したが、これに限らず同じ偏光方向をもつ２つの基本波から擬似位相整合や第一種位相整合などによって和周波混合ができる素子であれば、周期的分極反転構造を施した他の素子又は、周期的分極反転構造をとっていない他の素子を使用することが可能である。
【００５２】
例えば、前者の擬似位相整合によって和周波混合ができる素子には、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）や酸化マグネシウム添加ニオブ酸リチウム（ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、酸化マグネシウム添加タンタル酸リチウム（ＭｇＯ：ＬｉＴａＯ３）などに周期的分極反転構造を施した素子があり、後者の第一種位相整合によって和周波混合ができる素子には、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）やβ−バリウムボレート（β−ＢａＢ２Ｏ４）やＬｉＢ３Ｏ５などの単結晶がある。
【００５３】
また、実施例１〜４では和周波混合を行うための非線形光学結晶として、ＫＴＰ１４，２９を使用しているが、第二種の位相整合をとる非線形光学結晶であって、変換波長に対して位相整合が可能な他の素子を使用することが可能であり、これに適合する素子としては、例えばＬｉＢ３Ｏ５（三ホウ酸リチウム）などがある。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明による内部共振器型の和周波混合レーザは、主発振波長が４８８ｎｍであるアルゴンレーザなどの気体レーザの代わりに、小型化し且つ発振波長の個体差の小さい半導体レーザ励起固体レーザとして、分光装置、医療装置、印刷機器、理化学実験、生物化学実験など多方面で使用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明を適用した実施例１の内部共振器型の和周波混合レーザの説明図。
【図２】本発明を適用した実施例２の内部共振器型の和周波混合レーザの説明図。
【図３】本発明を適用した実施例３の内部共振器型の和周波混合レーザの説明図。
【図４】本発明を適用した実施例４の内部共振器型の和周波混合レーザの説明図。
【図５】本発明を適用した実施例５の内部共振器型の和周波混合レーザの説明図。
【符号の説明】
【００５６】
１、２、１６、１７  半導体レーザ
３、４、１８、１９  ロッドレンズ
５、６、７、８、２０、２１、２２、２３  シリンドリカルレンズ
９、２４、３４、３７  ２分の１波長板
１０、１１、２５  Ｎｄ：ＬｉＹＦ４結晶
１２、２７、３５  ポラライザ
１３、２８、３６  反射鏡
１４、２９  ＫＴＰ結晶
１５、３０  出力鏡
２６  Ｎｄ：ＹＶＯ４結晶
３１  ダイクロイックミラー
３２、３３  ブリュースター板
３８  周期分極反転ＫＴＰ
【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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