(57)【要約】【課題】励起光学系の構成する光学素子を減らし、かつ効率よくコア部分に励起光出力を集めることができるレーザー装置及びレーザー励起方法を提供する。【解決手段】励起光学系の集光レンズの焦点距離よりも結晶中心位置が集光レンズ側にあり、かつ、レーザー結晶の曲面部分を利用してレーザー結晶と光学素子との間隔を狭くすることにより、励起光学系部分の大きさを小さくすることが可能となる。【選択図】図１
2007311504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー結晶を含めた共振器と、半導体レーザーまたは発光ダイオードからなる励起光源と、該励起光源から出射した放出光を前記レーザー結晶へ入射するように入射させる励起光学系とを備えたレーザー装置において、
前記レーザー結晶の形状が円盤状で、かつ、前記励起光学系で利用する集光レンズの焦点位置よりも集光レンズ側に前記レーザー結晶の中心が位置するように配置したことを特徴とするレーザー装置。
【請求項２】
請求項１記載のレーザー装置において、
前記レーザー結晶と前記励起光源との間に断面が円形な透明光学素子を配置したことを特徴とするレーザー装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のレーザー装置において、
前記レーザー結晶は、レーザー発振するレーザー媒質となる元素を添加したコア部と前記励起光をガイドするクラッド部とから構成されることを特徴とするレーザー装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項記載のレーザー装置において、
前記レーザー結晶から出力される基本波光を波長変換するための素子を追加配置し、波長変換するための素子以外の素子が平面基板上に配置した構造であることを特徴とするレーザー装置。
【請求項５】
請求項４記載のレーザー装置において、
各素子がアレイ状に配置され、それぞれ異なる波長の光が出力される構造であることを特徴とするレーザー装置。
【請求項６】
半導体レーザーまたは発光ダイオードからなる励起光源から出射した放出光を、レーザー結晶を含めた共振器の前記レーザー結晶へ入射するように入射させるレーザー励起方法において、
前記レーザー結晶の形状が円盤で、かつ、前記励起光学系で利用する集光レンズの焦点位置よりも集光レンズ側に前記レーザー結晶の中心位置を配置することを特徴とするレーザー励起方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体を用いたレーザー装置及びレーザー励起方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザー媒質となる元素を添加したコアとレーザー媒質となる元素を含まないクラッドとからなるレーザー結晶と、このレーザー結晶に励起光を側面から照射する励起光源と、レーザー媒質を冷却する冷却手段とを備えた固体レーザー発振装置は知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
レーザー結晶を平板状に形成し、かつその裏面全面を冷却手段の平坦な冷却面に接触させることによって、ロッド型(円柱型)のレーザー結晶に比較してコア部の冷却効果の向上を図って温度勾配によるコアの熱歪みを軽減してビーム品質が劣化するのを防ぐようにしている。
【０００４】
また、特許文献１記載の発明は、裏面だけでなくコア部を含むレーザー結晶表面の冷却を行う。この種の固体レーザー発振装置は、レーザー結晶の肉厚が１ｍｍ以下という非常に薄く小さい形態からマイクロチップレーザーと称されている。
【０００５】
図６（ａ）はレーザー結晶に対して側面から光を入射する側面励起固体レーザーの従来構成を示す外観斜視図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）に示した側面励起固体レーザーの平面図であり、図６（ｃ）は図６（ａ）に示した側面励起固体レーザーの断面図である。
図６（ａ）〜図６（ｃ）に示す側面励起固体レーザーは、励起光源として半導体レーザー１、半導体レーザー１の光をレーザー結晶３へ効率よく入射させるための光学系２、コア４とクラッド５とを有するレーザー結晶３、レーザー結晶３を冷却するためのヒートシンク６とで構成されている。
【０００６】
励起光学系については、その光学系の複雑さを軽減するために特許文献２に記載されているように単純な構造の導波光学系をマイクロチップレーザー結晶上に配置する構成が提案されている。
【０００７】
また、ダクトと呼ぶテーパー状の導波光学系をマイクロチップレーザー結晶の側面に配置することが提案されている（たとえば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特許第３５０３５８８号公報
【特許文献２】特開２００４−１５２８１７号公報
【特許文献３】特表２００４−５２１４９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
側面励起固体レーザー装置においては、励起光の出力強度に対するレーザー結晶からのレーザー発振光出力強度の比、いわゆる発振効率が問題となる。
特に、コア構造を持つレーザー結晶では、コア部分にいかに励起光の出力を集めるかが、効率を決めるひとつの要因である。励起光の出力を上げるために励起光学系を配置するが、励起光学系は複数の光学素子、特にレンズで構成される。
そのため、励起光学系を含むレーザー装置の実装では、各構成素子の配置精度を上げるために、多くの実装時間を要し、専用の治具などを準備する必要があるなどコストがかかる。
【０００９】
そこで本発明では、励起光学系の構成する光学素子を減らし、かつ効率よくコア部分に励起光出力を集めることができるレーザー装置及びレーザー励起方法を提供することを主な目的としている。
また、本発明では励起光学系の大きさをより小さくすることを副次的な目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、レーザー結晶を含めた共振器と、半導体レーザーまたは発光ダイオードからなる励起光源と、該励起光源から出射した放出光を前記レーザー結晶へ入射するように入射させる励起光学系とを備えたレーザー装置において、前記レーザー結晶の形状が円盤状で、かつ、前記励起光学系で利用する集光レンズの焦点位置よりも集光レンズ側に前記レーザー結晶の中心が位置するように配置したことを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記レーザー結晶と前記励起光源との間に断面が円形な透明光学素子を配置したことを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のレーザー装置において、前記レーザー結晶は、レーザー発振するレーザー媒質となる元素を添加したコア部と前記励起光をガイドするクラッド部とから構成されることを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項記載の発明において、前記レーザー結晶から出力される基本波光を波長変換するための素子を追加配置し、波長変換するための素子以外の素子が平面基板上に配置した構造であることを特徴とする。
【００１４】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、各素子がアレイ状に配置され、それぞれ異なる波長の光が出力される構造であることを特徴とする。
【００１５】
請求項６記載の発明は、半導体レーザーまたは発光ダイオードからなる励起光源から出射した放出光を、レーザー結晶を含めた共振器の前記レーザー結晶へ入射するように入射させるレーザー励起方法において、前記レーザー結晶の形状が円盤で、かつ、前記励起光学系で利用する集光レンズの焦点位置よりも集光レンズ側に前記レーザー結晶の中心位置を配置することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、励起光学系の集光レンズの焦点距離よりも結晶中心位置が集光レンズ側にあり、かつ、レーザー結晶の曲面部分を利用してレーザー結晶と光学素子との間隔を狭くすることにより、励起光学系部分の大きさを小さくすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に係るレーザー装置の一実施の形態（請求項１）は、レーザー結晶を含めた共振器と、半導体レーザーまたは発光ダイオードからなる励起光源と、励起光源から出射した放出光をレーザー結晶へ入射するように入射させる励起光学系とを備えたレーザー装置において、レーザー結晶の形状が円盤状で、かつ、励起光学系で利用する集光レンズの焦点位置よりも集光レンズ側にレーザー結晶の中心が位置するように配置したことを特徴とする。
【００１８】
上記構成によれば、励起光学系の集光レンズの焦点距離よりも結晶中心位置が集光レンズ側にあり、かつ、レーザー結晶の曲面部分を利用してレーザー結晶と光学素子との間隔を狭くすることにより、励起光学系部分の大きさを小さくすることが可能となる。
【００１９】
本発明に係るレーザー装置の他の実施の形態（請求項２）は、上記構成に加え、レーザー結晶と励起光源との間に断面が円形な透明光学素子を配置したことを特徴とする。
【００２０】
上記構成によれば、励起光学系の集光レンズの焦点距離よりも結晶中心位置が集光レンズ側にあることにより、レーザー結晶の周囲の曲面を利用してレーザー結晶のコア部分に対して大きな角度を持って入射することが可能となり、広くコア部分を照射することが可能となる。さらに、レーザー結晶の断面の曲面の屈折を利用するので、レンズを１枚追加した効果があり、励起光学系を単純化することが可能となる。
【００２１】
本発明に係るレーザー装置の他の実施の形態（請求項３）は、上記構成に加え、レーザー結晶は、レーザー発振するレーザー媒質となる元素を添加したコア部と励起光をガイドするクラッド部とから構成されることを特徴とする。
【００２２】
上記構成によれば、励起光学系の集光レンズの焦点距離よりも結晶中心位置が集光レンズ側にあることにより、レーザー結晶の周囲の曲面を利用してレーザー結晶のコア部分に対して大きな角度を持って入射することが可能となり、広くコア部分を照射することが可能となる。さらに、レーザー結晶の断面の曲面の屈折を利用するので、レンズを1枚追加した効果があり、励起光学系を単純化することが可能となる。
【００２３】
本発明に係るレーザー装置の他の実施の形態（請求項４）は、上記構成に加え、レーザー結晶から出力される基本波光を波長変換するための素子を追加配置し、波長変換するための素子以外の素子が平面基板上に配置した構造であることを特徴とする。
【００２４】
上記構成によれば、平面状に配置されることにより、各素子の実装配置が容易になる。さらに、レーザー結晶で発生する熱を基板平板へ放出することができる。
【００２５】
本発明に係るレーザー装置の他の実施の形態（請求項５）は、上記構成に加え、各素子がアレイ状に配置され、それぞれ異なる波長の光が出力される構造であることを特徴とする。
【００２６】
上記構成によれば、アレイ状に配置することにより、１つのモジュールから複数の波長の光を出すことができる。
【００２７】
本発明に係るレーザー励起方法の一実施の形態（請求項６）は、半導体レーザーまたは発光ダイオードからなる励起光源から出射した放出光を、レーザー結晶を含めた共振器のレーザー結晶へ入射するように入射させるレーザー励起方法において、レーザー結晶の形状が円盤で、かつ、励起光学系で利用する集光レンズの焦点位置よりも集光レンズ側にレーザー結晶の中心位置を配置することを特徴とする。
【００２８】
上記構成によれば、励起光学系の集光レンズの焦点距離よりも結晶中心位置が集光レンズ側にあり、かつ、レーザー結晶の曲面部分を利用してレーザー結晶と光学素子との間隔を狭くすることにより、励起光学系部分の大きさを小さくすることが可能となる。
【００２９】
なお、上述した実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の一例を示すものであり、本発明はそれに限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、種々変形実施が可能である。
【実施例１】
【００３０】
実施例１について図１を参照して説明する。
図１は、本発明に係るレーザー装置の一実施例を示す概観図である。
同図に示すレーザー装置は、半導体レーザーアレイ１１と、半導体レーザーアレイ１１からの光をビーム整形しさらにコリメートするためのコリメートレンズ１２と、コリメートレンズ１２でコリメートされたコリメート光を集光するための透明光学素子としての集光レンズ１３と、レーザー媒質となる元素を添加したレーザー結晶１４とで構成される。
【００３１】
半導体レーザーアレイ１１は、サブマウント１５上に配置され、図示していないが、温度制御のための素子（たとえばペルチェ素子など）及び空冷ユニットなどで温度制御される。半導体レーザーアレイ１１は、レーザー結晶１４を励起するための光源で、レーザー結晶１４の吸収波長にあわせた波長域を有しており、線状に配置された半導体レーザーアレイ１１ではなく一つの半導体レーザーを用いても構わない。
【００３２】
レーザー結晶１４として、レーザー媒質となる元素であるNd（ネオジム）をドープしたコア１６とノンドープのクラッド１７とからなるYAG（イットリウムアルミニウムガーネット）を用いている。レーザー結晶１４は、レーザー発振する波長である1064nmに対して、半導体レーザーアレイ１１に対する面では反射率100%、レーザー光が出射する面では反射率が97%のコーティングを施している。また、レーザー結晶１４の吸収波長は808nmである。従って半導体レーザーアレイ１１の波長も808nmを含むものとする。
レーザー結晶１４の大きさは、例えば直径が3mmで高さが1mm、コア１６の直径が1mmである。
このレーザー結晶１４の側面（曲面）は、半導体レーザーアレイ１１の波長に対して反射防止コーティングを施している。さらにレーザー結晶１４は、水冷が可能なヒートシンク１８上に熱伝導性のよい接着剤で固定されている。図中１９は例えばガラスもしくはＳｉもしくはＡｌなどからなる基板である。
【００３３】
このような構成により、励起光が入射してレーザー結晶１４の温度上昇が起きても、発生した熱をヒートシンク１８に放出し、レーザー結晶１４内の温度上昇を抑えることが可能となる。なお、レーザー結晶１４の側面は結晶中心を中心とする円形であることが望ましいが、結晶中心とずれて側面の曲面の中心があってもよい。尚、レーザー結晶１４からのレーザー光はコア１６からＺ軸方向に放出される。
【００３４】
また、図２に示すように、コア２１を覆うクラッド２２の形状が、球体の中央部をスライスしたような円盤形状であってもよい。
図２は、本発明に係るレーザー装置に用いられるレーザー結晶の変形例を示す斜視透視図である。
【００３５】
さらに、レーザー結晶１４の側面が曲面でない場合は、レーザー結晶１４とほぼ同じ屈折率を持ち、レーザー結晶の中心を円の中心とするような形状のレンズを用意し、レーザー結晶１４と貼り合わせる構造としても構わない。このとき、集光レンズとレーザー結晶１４との位置関係は、集光レンズの焦点位置よりも手前にレーザー結晶１４の中心位置が置かれている。このような位置関係により、励起光はレーザー結晶１４のクラッドの曲面での屈折が利用できるので、大きな角度をもってコアに入射する。
【００３６】
図３は、図１に示したレーザー装置の上から見た光線図である。
図１に示した部材と同様の部材には共通の符号を用いた。
図３からわかるように、集光レンズ１３で集光された光は大きな角度をもってコア１６に入射している。レーザー結晶１４に入射する時のビーム（光）の大きさは焦点位置にレーザー結晶１４を配置したときよりも大きくなるので、レーザー結晶１４全体を照射することができ、さらに同じ励起光出力であれば単位面積あたりの光強度が小さくなるので、レーザー結晶１４へのダメージも小さくすることができる。
【００３７】
続いて図１に示したレーザー装置の動作について説明する。
半導体レーザーアレイ１１は、放出光（誘導放出光）の放射角が、光軸をＸ軸とするとＹ軸方向とＺ軸方向とでは大きく異なるため、２つの焦点距離が異なり曲面のある方向が互いに直交するシリンドリカルレンズを組み合わせたコリメートレンズ１２を用いている。
【００３８】
特に放出光の垂直方向（Ｚ軸方向）は放射角が大きいので、焦点距離の短いシリンドリカルレンズとし、水平方向（Ｙ軸方向）は垂直方向（Ｚ軸方向）に比べて放射角が小さいので、焦点距離の長いシリンドリカルレンズを用いてコリメートしている。このコリメートの際に、ほぼ円形となるように各シリンドリカルレンズの焦点距離を選んでいる。
【００３９】
コリメートレンズ１２によってコリメートされた光は、この後集光レンズ１３により集光されてレーザー結晶１４へ入射される。
ここで、レーザー結晶１４が励起光を吸収し、レーザー発振する。発振する波長は、レーザー結晶１４の両面に施したコーティングで決まり、例えば1064nmで発振する。
【００４０】
なお、レーザー結晶１４の材質はYAGに限られたものではなく、GdVO4やYVO4などのバナデート系であっても、セラミックスレーザー結晶でも構わないし、ドープする元素も、Ndに限らず、Yb（イッテルビウム）などを用いてもよい。
【実施例２】
【００４１】
次に本発明に係るレーザー装置の他の実施例について述べる。
図４は、本発明に係るレーザー装置の実施例２の概念図である。
同図に示すレーザー装置は、半導体レーザーアレイ１１と、半導体レーザーアレイ１１からの光をビーム整形しさらにコリメートするためのコリメートレンズ１２と、コリメートレンズ１２でコリメートされたコリメート光を集光するための集光レンズ１３と、レーザー媒質となる元素を添加したレーザー結晶１４と、レーザー結晶１４から発振された基本波を非線形光学結晶波長変換デバイス２２に入射させるための図示しない支持部材により基板２４に固定された折り返しミラー２０と、折り返しミラー２０で折り返された放出光を集光するレンズ２１と、放出光の基本波を入力すると波長変換する非線形光学結晶波長変換デバイス２２と、非線形光学結晶波長変換デバイス２２で波長変換された光と波長変換されなかった基本波とを分離するためのフィルター２３とで構成される。
【００４２】
半導体レーザーアレイ１１は、サブマウント１５上に配置され、図示していないが、温度制御のための素子（たとえばペルチェ素子など）及び空冷ユニットなどで温度制御される。
波長変換デバイス２２も温度制御のための素子（たとえばペルチェ素子など）で温度制御される。
半導体レーザーアレイ１１は、レーザー結晶１４を励起するための光源で、レーザー結晶１４の吸収波長にあわせた波長域を有し、励起のための光出力が得られれば線状の半導体レーザーアレイではなく一つの半導体レーザーを用いても構わない。
【００４３】
レーザー結晶１４として、NdをドープしたYAGを用いている。レーザー結晶１４は、レーザー発振する波長である1064nmに対して、半導体レーザーアレイ１１に対する面では反射率100%、レーザー光が出射する面では反射率が97%のコーティングを施している。また、レーザー結晶１４の吸収波長は808nmである。従って半導体レーザーアレイ１１の波長も808nmを含むものとする。
【００４４】
レーザー結晶１４の大きさは例えば直径が3mmで高さが1mmであり、コア１６の直径が1mmである。このレーザー結晶１４の側面（曲面）は、半導体レーザーアレイ１１の波長に対して反射防止コーティングを施している。さらにレーザー結晶１４は、水冷が可能なヒートシンク１５上に熱伝導性のよい接着剤で固定されている。
【００４５】
このような構成により、励起光が入射してレーザー結晶１４の温度上昇が起きても、発生した熱をヒートシンク１５に放出し、レーザー結晶１４内の温度上昇を抑えることが可能となる。なお、レーザー結晶１４の側面は結晶中心を中心とする円形であることが望ましいが、結晶中心とずれて側面の曲面の中心があってもよく、また、球体の中央部をスライスしたような形状であってもよい。
【００４６】
さらに、レーザー結晶１４の側面が曲面でない場合は、レーザー結晶１４とほぼ同じ屈折率を持ち、レーザー結晶の中心を円の中心とするような形状のレンズを用意し、レーザー結晶と貼り合わせる構造としてもよい。
【００４７】
非線形光学結晶波長変換デバイス２２としては、周期的分極反転構造による擬似位相整合法を用いたデバイスを用いている。具体的には、MgOをドープしたLiNbO3結晶を周期的に分極反転したものを用いる。
このときの周期ピッチは波長に合わせて6.9μmとしている。入力面と出力面とは研磨され、基本波光と波長変換光とに対する反射防止コートが施されている。
【００４８】
基本波光と波長変換光とを分離するためのフィルター２３として回折格子を利用する。回折格子は透過タイプでnλ=2dsinθを適切なピッチを持って作製されている。また、回折格子は透過型でも反射型でもかまわない。さらに、フィルター２３としては、ある波長は反射し、別の波長は透過するような波長選択性を持ったダイクロイックミラーなどの多層膜フィルターを用いて波長を分離してもよい。このとき、集光レンズ１３とレーザー結晶１４との位置関係は、中心位置が集光レンズ１３の焦点位置よりも手前になるようにレーザー結晶１４が配置されている。このような位置関係によって励起光はレーザー結晶１４のクラッド１７の曲面での屈折が利用できるので、大きな角度をもってコア１６に入射する。
【００４９】
レーザー結晶１４に入射する時のビームの大きさは焦点位置にレーザー結晶１４を配置したときよりも大きくなるので、レーザー結晶１４の全体を照射することができ、さらに同じ励起光出力であれば単位面積あたりの光強度が小さくなるので、レーザー結晶１４へのダメージも小さくすることができる。
【００５０】
波長変換デバイス部分を除く光学素子は、一つの基板２４上に平面的に配置されている。
【００５１】
続いて図４に示したレーザー装置の動作について説明する。
半導体レーザーアレイ１１は、放出光の放射角が光軸をＸ軸とするとＹ軸方向とＺ軸方向とでは大きく異なるため、２つの焦点距離が異なり曲面のある方向が互いに直交するシリンドリカルレンズを組み合わせたコリメートレンズを用いている。
【００５２】
特に放出光の垂直方向（Ｚ軸方向）は放射角が大きいので、焦点距離の短いシリンドリカルレンズとし、水平方向（Ｙ軸方向）は垂直方向（Ｚ軸方向）に比べて放射角が小さいので、焦点距離の長いシリンドリカルレンズを用いてコリメートしている。このコリメートの際に、ほぼ円形となるように各シリンドリカルレンズの焦点距離を選んでいる。
【００５３】
コリメートレンズ１２によってコリメートされた光は、この後集光レンズ１３により集光されてレーザー結晶１４へ入射させる。
ここで、レーザー結晶１４が励起光を吸収し、レーザー発振する。発振する波長は、レーザー結晶１４の両面に施したコーティングで決まり、1064nmで発振する（基本波光）。
【００５４】
その後、この基本波光は折り返しミラー２０で反射された後、レンズ２１で集光され、波長変換デバイス２２に入射する。レンズ２１で集光された光は、波長変換デバイス２２で波長変換され、半分の波長532nmとなるが、変換されなかった基本波光はそのまま波長変換デバイス２２を透過する。
このようにして、波長変換デバイス２２からはＸ軸方向に２つの光（基本波光と波長変換光）が出射される。
続いて、フィルター２３で基本波光と波長変換光とは回折され、波長の差による回折角の違いによって、２つの光に分離される。回折格子では長波長の光の方が短波長の光に比べて回折角が大きくなることから、波長変換光よりも基本波光の方が大きな回折角となる。
【実施例３】
【００５５】
次に、本発明に係るレーザー装置の他の実施例について説明する。
図５は、本発明に係るレーザー装置の実施例３の概念図である。
図５に示すレーザー装置は、複数（図では３個であるが限定されない）の半導体レーザーアレイ１１ａ〜１１ｃと、半導体レーザーアレイ１１ａ〜１１ｃからの光をビーム整形し、さらにコリメートするためのコリメートレンズ１２ａ〜１２ｃと、コリメートレンズ１２ａ〜１２ｃによりコリメートされたコリメート光を集光するための集光レンズ１３ａ〜１３ｃと、レーザー媒質となる元素を添加したレーザー結晶１４ａ〜１４ｃと、レーザー結晶１４ａ〜１４ｃから発振された基本波光を非線形光学結晶波長変換デバイス２２ａ〜２２ｃに入射させるための折り返しミラー２０ａ〜２０ｃと、折り返しミラー２０ａ〜２０ｃで折り返された光を集光するレンズ２１ａ〜２１ｃと、基本波光を入力すると波長変換する非線形光学結晶波長変換デバイス２２ａ〜２２ｃと、非線形光学結晶波長変換デバイス２２ａ〜２２ｃで波長変換された光と波長変換されなかった基本波光とを分離するためのフィルター２３ａ〜２３ｃとで構成されたものが、波長ごとに並んだアレイとなっている。
【００５６】
各半導体レーザーアレイ１１ａ〜１１ｃはそれぞれサブマウント１５ａ〜１５ｃ上に配置され、図示していないが、温度制御のための素子（たとえばペルチェ素子など）及び空冷ユニットなどで温度制御される。
【００５７】
波長変換デバイス２２ａ〜２２ｃも温度制御のための素子（たとえばペルチェ素子など）で温度制御される。
半導体レーザーアレイ１１ａ〜１１ｃは、レーザー結晶１４ａ〜１４ｃを励起するための光源であり、レーザー結晶１４ａ〜１４ｃの吸収波長にあわせた波長域を有し、励起のための光出力が得られれば線状の半導体レーザーアレイ１１ａ〜１１ｃではなく一つの半導体レーザーを用いても構わない。
【００５８】
レーザー結晶１４ａ〜１４ｃとして、クラッド１７ａ〜１７ｃがGdVO4、コア１６ａ〜１６ｃがNdをドープしたGdVO4を用いている。このレーザー結晶１４ａ〜１４ｃは、912nm、1063nm、1346nmと１つのレーザー結晶から３つの基本波光が出力できるレーザー結晶である。基本波光の選択は、レーザー発振する波長に対してそれぞれレーザー結晶面にコーティングする反射膜のスペクトルが異なるレーザー結晶を準備することで行う。波長は上述のように３種類あり、図５では912nmをレーザー結晶１４ａの発振波長λ１とし、1063nmをレーザー結晶１４ｂの発振波長λ２とし、1346nmをレーザー結晶１４ｃの発振波長λ３として表示している。
【００５９】
それぞれのレーザー結晶１４ａ〜１４ｃの基板５１に設置する面では、それぞれの波長に対し反射率100%、レーザー光が出射する面では反射率が97%のコーティングを施している。
レーザー結晶１４ａ〜１４ｃの大きさは例えば、直径が3mmで高さが1mm、コア１６ａ〜１６ｃの直径が1mmである。このレーザー結晶１４ａ〜１４ｃの側面（曲面）は、半導体レーザーアレイ１１ａ〜１１ｃの波長に対して反射防止コーティングを施している。
【００６０】
さらにレーザー結晶１４ａ〜１４ｃは、水冷が可能なヒートシンク１８ａ〜１８ｃ上に熱伝導性のよい接着剤で固定されている。このような構成により、励起光が入射してレーザー結晶１４ａ〜１４ｃの温度上昇が起きても、発生した熱をヒートシンク１８ａ〜１８ｃに放出し、レーザー結晶１４ａ〜１４ｃ内の温度上昇を抑えることが可能となる。
【００６１】
なお、レーザー結晶１４ａ〜１４ｃの側面の形状は、結晶中心を中心とする円形であることが望ましいが、結晶中心とずれて側面の曲面の中心があってもよく、また、球体の中央部をスライスしたような形状であってもよい。さらに、レーザー結晶１４ａ〜１４ｃの側面が曲面でない場合は、レーザー結晶１４ａ〜１４ｃとほぼ同じ屈折率を持ち、レーザー結晶１４ａ〜１４ｃの中心を円の中心とするような形状のレンズを用意し、レーザー結晶１４ａ〜１４ｃと貼り合わせる構造としてもよい。
【００６２】
非線形光学結晶波長変換デバイス２２ａ〜２２ｃとしては、周期的分極反転構造による擬似位相整合法を用いたデバイスを用いている。具体的には、MgOをドープしたLiNbO3結晶を周期的に分極反転したものを用いる。このときの周期ピッチは波長に合わせて２２ａは4.2μｍ、２２ｂは6.9μｍ、２２ｃは13μｍとしている。非線形光学結晶波長変換デバイス２２ａ〜２２ｃの入力面と出力面とは研磨され、基本波光と波長変換光とに対して反射防止コートされている。
【００６３】
基本波光と波長変換光とを分離するためのフィルター２３ａ〜２３ｃとしては回折格子を利用する。回折格子は透過タイプでnλ=2dsinθを適切なピッチを持って作製されている。また、回折格子は透過型でも反射型でもよい。
さらに、フィルターとしては、ある波長光は反射し別の波長光は透過するような波長選択性を持ったダイクロイックミラーなどの多層膜フィルターで、波長を分離してもかまわない。このとき、集光レンズ１３ａ〜１３ｃとレーザー結晶との位置関係は、集光レンズ１３ａ〜１３ｃの焦点位置よりも手前にレーザー結晶１４ａ〜１４ｃの中心位置が置かれている。
尚、本実施例では波長変換するための素子以外の素子としてフィルターを用いた場合で説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、レンズ、レーザー結晶等の光学素子であってもよい。
【００６４】
このような位置関係により、励起光はレーザー結晶１４ａ〜１４ｃのクラッド１７ａ〜１７ｃの曲面での屈折が利用できるので、大きな角度をもってコア１６ａ〜１６ｃに入射する。レーザー結晶１４ａ〜１４ｃに入射する時のビームの大きさは焦点位置にレーザー結晶１４ａ〜１４ｃを配置したときよりも大きくなるので、レーザー結晶１４ａ〜１４ｃ全体を照射することができ、さらに同じ励起光出力であれば単位面積あたりの光強度が小さくなるので、レーザー結晶１４ａ〜１４ｃへのダメージも小さくすることができる。
【００６５】
波長変換デバイス２２ａ〜２２ｃの部分を除く光学素子は一つの基板５１上に平面的に配置されている。
【００６６】
続いて図５に示したレーザー装置の動作について説明する。
半導体レーザーアレイ１１ａ〜１１ｃは、放出光（誘導放出光）の放射角が光軸をＸ軸とするとＹ軸方向とＺ軸方向とでは大きく異なるため、２つの焦点距離が異なり曲面のある方向が互いに直交するシリンドリカルレンズを組み合わせたコリメートレンズ１２ａ〜１２ｃを用いている。
【００６７】
特に放出光の垂直方向（Ｚ軸方向）は放射角が大きいので、焦点距離の短いシリンドリカルレンズとし、水平方向（Ｙ軸方向）は垂直方向（Ｚ軸方向）に比べて放射角が小さいので、焦点距離の長いシリンドリカルレンズを用いてコリメートしている。このコリメートの際に、ほぼ円形となるように各シリンドリカルレンズの焦点距離を選んでいる。
【００６８】
コリメートレンズ１２ａ〜１２ｃによってコリメートされた光は、この後集光レンズ１３ａ〜１３ｃにより集光されてレーザー結晶１４ａ〜１４ｃへ入射させる。
ここで、レーザー結晶１４ａ〜１４ｃが励起光を吸収し、レーザー発振する。発振する波長は、レーザー結晶１４ａ〜１４ｃの両面に施したコーティングで決まり、それぞれ912nm、1064nm、1064nmで発振する。
【００６９】
その後、この基本波光は折り返しミラー２０ａ〜２０ｃで反射された後、レンズ２１ａ〜２１ｃで集光され、波長変換デバイス２２ａ〜２２ｃに入射する。レンズ２１ａ〜２１ｃで集光された光は、波長変換デバイス２２ａ〜２２ｃで波長変換され、半分の波長456nm、532nm、673nmとなるが、変換されなかった基本波光はそのまま波長変換デバイス２２ａ〜２２ｃを透過する。
【００７０】
このようにして、波長変換デバイス２２ａ〜２２ｃからはそれぞれ２つの光（基本波光と波長変換光）が出射される。
続いて、フィルター２３ａ〜２３ｃで基本波光と波長変換光とは回折され、波長の差による回折角の違いによって、２つの光を分離する。回折格子では長波長の光の方が短波長の光に比べて回折角が大きくなることから、波長変換光よりも基本波光の方が大きな回折角となる。
尚、上述した実施例では、励起光源に半導体レーザーを用いた場合で説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発光ダイオードを用いてもよい。
【００７１】
〔作用効果〕
本レーザー装置においては、励起光学系の集光レンズの焦点距離よりも結晶中心位置が集光レンズ側にあり、かつ、レーザー結晶の曲面部分を利用してレーザー結晶と光学素子との間隔を狭くすることにより、励起光学系部分の大きさを小さくすることが可能となる。
【００７２】
本レーザー装置においては、励起光学系の集光レンズの焦点距離よりも結晶中心位置が集光レンズ側にあることにより、レーザー結晶の周囲の曲面を利用してレーザー結晶のコア部分に対して大きな角度を持って入射することが可能となり、広くコア部分を照射することが可能となる。さらに、レーザー結晶の断面の曲面の屈折を利用するので、レンズを1枚追加した効果があり、励起光学系を単純化することが可能となる。
【００７３】
本レーザー装置においては、平面状に配置されることにより、各素子の実装配置が容易になる。さらに、レーザー結晶で発生する熱を基板平板へ放出することができる。
【００７４】
本レーザー装置においては、アレイ状に配置することにより、１つのモジュールから複数の波長の光を出すことができる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は、プリンタ用光書込み用光源、ディスプレイ用光源などに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明に係るレーザー装置の一実施例を示す概観図である。
【図２】本発明に係るレーザー装置に用いられるレーザー結晶の変形例を示す斜視透視図である。
【図３】図１に示したレーザー装置の上から見た光線図である。
【図４】本発明に係るレーザー装置の実施例２の概念図である。
【図５】本発明に係るレーザー装置の実施例３の概念図である。
【図６】（ａ）はレーザー結晶に対して側面から光を入射する側面励起固体レーザーの従来構成を示す外観斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示した側面励起固体レーザーの平面図であり、（ｃ）は（ａ）に示した側面励起固体レーザーの断面図である。
【符号の説明】
【００７７】
１１    半導体レーザー
１２    コリメートレンズ
１３    集光レンズ
１４    レーザー結晶
１５    サブマウント
１６    コア
１７    クラッド
１８    ヒートシンク
１９    基板
【図１】
2007311504.tif 000003
【図２】
2007311504.tif 000004
【図３】
2007311504.tif 000005
【図４】
2007311504.tif 000006
【図５】
2007311504.tif 000007
【図６】
2007311504.tif 000008