(57)【要約】【課題】発振するモードの数を減らすことにより、ノイズの発生を低減することができる小型固体レーザ素子を提供する。【解決手段】レーザ結晶１に波長変換結晶２を貼り合わせた小型固体レーザ素子において、波長変換結晶２の接合面とレーザ結晶１の接合面との少なくとも一方の接合面に形成され、該接合面での基本波に対する反射率が所定値以上に設定することにより発振するモードを選択する誘電体薄膜部５を設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ結晶に波長変換結晶を貼り合わせた小型固体レーザ素子において、
前記波長変換結晶の接合面と前記レーザ結晶の接合面との少なくとも一方の接合面に形成され、該接合面での基本波に対する反射率が所定値以上に設定することにより発振するモードを選択する誘電体薄膜部を設けたことを特徴とする小型固体レーザ素子。
【請求項２】
前記誘電体薄膜部の光学的厚みは、基本波の４分の１波長の奇数倍であることを特徴とする請求項１記載の小型固体レーザ素子。
【請求項３】
前記誘電体薄膜部の光学的厚みは、基本波の４分の１波長の偶数倍であることを特徴とする請求項１記載の小型固体レーザ素子。
【請求項４】
前記誘電体薄膜部は、複数の誘電体薄膜が積層されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の小型固体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型固体レーザ素子に関し、特に、発振するモードの数を減らすことができる小型固体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、波長変換結晶とレーザ結晶とを一体化した構造のレーザ素子が知られている（特許文献１）。この波長変換結晶とレーザ結晶とを接合する際にオプティカルコンタクトを用いる際に、その界面での基本波に対して反射が起こらないようにしている。
【０００３】
例えば、図６に示すように、ＬＴ（ＱＰＭ）からなる波長変換結晶２とＹＶ０４からなるレーザ結晶１との間には殆ど屈折率の差がないため、ＡＲ膜１０を介さずに波長変換結晶２とレーザ結晶１とを接合することにより、界面の反射率はほぼゼロになる。
【０００４】
一般的に、波長変換結晶２とレーザ結晶１との屈折率は、必ずしも等しくないが、界面にＡＲ膜１０を形成して波長変換結晶２とレーザ結晶１とを接合することにより、界面の反射率はほぼゼロになる（特許文献２）。
【０００５】
このように波長変換結晶２とレーザ結晶１との接合部での基本波の反射率が非常に小さくなり、モード間の反射損失の差が小さく、狭い間隔で多数のモード、具体的には、共振器モードが発振する。
【０００６】
例えば、波長変換結晶２とレーザ結晶１との反射率が非常に近接し、且つ接合部に光学的な厚みがλ／４の偶数倍（０、即ち、膜がない場合も含む。）になる均一な屈折率の膜が存在する場合には、接合部での反射率が非常に小さくなり、基本波縦モード間の反射損失の差が小さくなる。
【０００７】
また、波長変換結晶２とレーザ結晶１との屈折率をそれぞれｎ１、ｎ２とし、接合部に屈折率が（ｎ１×ｎ２）１／２であり光学的厚みがλ／４の奇数倍の膜があれば、基本波縦モード間の反射損失の差が小さくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２２５７８６号公報
【特許文献２】特開２０１０−３９３１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述したように、波長変換結晶２とレーザ結晶１との接合部での基本波の反射率が非常に小さくなると、モード間の反射損失の差が小さくなり、狭い間隔で多数のモードが発振する。このため、ノイズが発生してしまう。
【００１０】
本発明の課題は、発振するモードの数を減らすことにより、ノイズの発生を低減することができる小型固体レーザ素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明に係る小型固体レーザ素子は、レーザ結晶に波長変換結晶を貼り合わせた小型固体レーザ素子において、前記波長変換結晶の接合面と前記レーザ結晶の接合面との少なくとも一方の接合面に形成され、該接合面での基本波に対する反射率が所定値以上に設定することにより発振するモードを選択する誘電体薄膜部を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、波長変換結晶の接合面とレーザ結晶の接合面との少なくとも一方の接合面に、該接合面での基本波に対する反射率が所定値以上に設定することにより発振するモードを選択する誘電体薄膜部を形成したので、接合界面の反射率が大きくなり、各縦モード間に反射損失の差が生じる。これにより、発振するモードの数が減るので、ノイズの発生を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１の小型固体レーザ素子の構成図である。
【図２】従来の小型固体レーザ素子の夫々の縦モードに対する反射損失を示す図である。
【図３】実施例１の小型固体レーザ素子の夫々の縦モードに対する反射損失を示す図である。
【図４】実施例２の小型固体レーザ素子の構成図である。
【図５】実施例３の小型固体レーザ素子の構成図である。
【図６】従来の小型固体レーザ素子の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の小型固体レーザ素子の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、実施例１の小型固体レーザ素子の構成図である。図１に示す小型固体レーザ素子は、複合共振器からなり、レーザ結晶１、波長変換結晶２、ダミー材３、ＨＲコーティング材４ａ，４ｂ、ＳｉＯ２λ／４膜５（本発明の誘電体薄膜部に対応）を有して構成されている。
【００１６】
一面に板状体からなるＨＲコーティング材４ａが形成されたレーザ結晶１は、半導体レーザからの励起レーザ光により励起されてレーザ光出射面から基本波レーザ光を出す。レーザ結晶１は、板状体からなり、例えばＮｄがドープされたＹＶＯ４結晶である。レーザ結晶１の基本波の波長λ＝１．０６４４とする。
【００１７】
ＨＲコーティング材４ｂが形成された波長変換結晶２は、板状体からなり、レーザ結晶１からの基本波の波長を別の波長（高調波）に変換するものであり、例えば、ＬＴを周期的に分極反転したＱＰＭである。
【００１８】
ＳｉＯ２λ／４膜５は、波長変換結晶２の接合面とレーザ結晶１の接合面との少なくとも一方の接合面に形成され、該接合面での基本波に対する反射率が所定値以上に設定することにより発振するモードを選択する。この例では、ＳｉＯ２λ／４膜５は、レーザ結晶１の接合面に成膜され、波長変換結晶２とオプティカルコンタクトにより貼り付けられる。
【００１９】
ＳｉＯ２λ／４膜５の光学的厚みは、レーザ光の基本波の４分の１波長である。ＳｉＯ２λ／４膜５の光学的な厚みは、膜の屈折率ｎと実際の膜の厚みｄとの積であり、次式を満たすように設定される。
【００２０】
ｎｄ＝（λ／４）ｍ      ‥（１）
ｍ＝０，１，２，３である。この例では、ｍ＝１とし、ｍが偶数の場合は除く。
【００２１】
ダミー材３は、波長変換結晶２を挟むように配置され、例えば、波長変換結晶２と同じ材料や、石英ガラスや、ＢＫ−７である。レーザ結晶１と波長変換結晶２とダミー材３とは、図示しない接着剤により貼り付けられている。
【００２２】
このように実施例１の小型固体レーザ素子によれば、波長変換結晶２の接合面とレーザ結晶１の接合面との少なくとも一方の接合面に、該接合面での基本波に対する反射率が所定値以上に設定することにより発振するモードを選択するＳｉＯ２λ／４膜５を形成したので、接合界面の反射率が大きくなる。
【００２３】
すると、光学長が短い側の結晶がエタロンの効果を強く持ち、エタロンモードの間隔で発振する。即ち、各縦モード間に反射損失の差が生じる。これにより、発振する縦モードの数が減るので、ノイズの発生を低減できる。
【００２４】
図２は、従来の小型固体レーザ素子の夫々の縦モードに対する反射損失を示す図である。図２では、例えば、２．００Ｅ−０３は、２．００×１０−３のことである。
【００２５】
図２では、単純化したシミュレーションにより、波長変換結晶２の長さが約０．５ｍｍ、レーザ結晶１が約０．５ｍｍであり、ＳｉＯ２λ／４膜５を介さずに、直接、レーザ結晶１と波長変換結晶２とを貼り付けた場合に、夫々の縦モードに対する反射損失を計算したものである。図２の例では、各縦モードの反射損失が小さく且つ反射損失が各縦モード間で殆ど差がない。このため、一定間隔Ｗ１で発振可能なモードが多数存在していることがわかる。
【００２６】
なお、上述した反射損失と正味の利得が釣り合った状態でレーザ発振する(ここでは簡単のため、反射損失と吸収以外の損失は無視している)。
【００２７】
図３は、実施例１の小型固体レーザ素子の夫々の縦モードに対する反射損失を示す図である。図３では、単純化したシミュレーションにより、波長変換結晶２の長さが約０．５ｍｍ、レーザ結晶１が約０．５ｍｍであり、ＳｉＯ２λ／４膜５を介して結晶を貼り付けた場合に、夫々の縦モードに対する反射損失を計算したものである。
【００２８】
図３の例では、縦モードＰ１〜Ｐ４は反射損失が大きく、縦モードＰ５〜Ｐ７は、反射損失が小さいため、反射損失の差が各縦モード間で拡大している。このため、縦モードＰ１〜Ｐ４は発振しにくく、縦モードＰ５〜Ｐ７は、発振し易い。このため、発振するモードが少なく、間隔Ｗ２が広がる。従って、ノイズを低減することができる。
【００２９】
なお、発振しやすいモードの間隔が十分に広く、そのうちの一つが利得がピークとなる波長付近にあれば、シングルモード発振も可能である。
【実施例２】
【００３０】
図４は、実施例２の小型固体レーザ素子の構成図である。図４に示す実施例２の小型固体レーザ素子は、レーザ結晶１と波長変換結晶２との間に誘電体薄膜部として、ＳｉＯ２λ／４膜５ａと、Ｔａ２Ｏ５λ／４膜６と、ＳｉＯ２λ／４膜５ｂとの３層の誘電体薄膜を積層したことを特徴とする。
【００３１】
各々の誘電体薄膜の光学的な厚みは、基本波の４分の１である。このため、複数の誘電体薄膜の合計の光学的厚みｎｄは、基本波の４分の１の奇数倍であり、この例では、式（１）において、ｍが３である。
【００３２】
この場合には、レーザ結晶１にＳｉＯ２λ／４膜５ａと、Ｔａ２Ｏ５λ／４膜６と、ＳｉＯ２λ／４膜５ｂとを成膜し、ＳｉＯ２λ／４膜５ａはレーザ結晶１の接合面に成膜され、ＳｉＯ２λ／４膜５ｂは波長変換結晶２とオプティカルコンタクトされる。
【００３３】
誘電体薄膜部として、ＳｉＯ２λ／４膜５ａと、Ｔａ２Ｏ５λ／４膜６と、ＳｉＯ２λ／４膜５ｂとを設けているので、実施例１の小型固体レーザ素子の誘電体薄膜部よりも界面反射率がさらに大きくなり、モード選択性がさらに強くなるという効果がある。
【実施例３】
【００３４】
図５は、実施例３の小型固体レーザ素子の構成図である。図５に示す実施例３の小型固体レーザ素子は、レーザ結晶１と波長変換結晶２との間に誘電体薄膜部として、Ｔａ２Ｏ５λ／４膜６ａと、ＳｉＯ２λ／４膜５ａと、Ｔａ２Ｏ５λ／４膜６ｂと、ＳｉＯ２λ／４膜５ｂとの４層の誘電体薄膜を積層したことを特徴とする。
【００３５】
各々の誘電体薄膜の光学的な厚みは、基本波の４分の１である。このため、複数の誘電体薄膜の合計の光学的厚みｎｄは、基本波の４分の１の偶数倍であり、この例では、式（１）において、ｍが４である。
【００３６】
この場合には、レーザ結晶１にＴａ２Ｏ５λ／４膜６ａと、ＳｉＯ２λ／４膜５ａと、Ｔａ２Ｏ５λ／４膜６ｂと、ＳｉＯ２λ／４膜５ｂとを成膜し、Ｔａ２Ｏ５λ／４膜６ａはレーザ結晶１の接合面に成膜され、ＳｉＯ２λ／４膜５ｂは波長変換結晶２とオプティカルコンタクトされる。
【００３７】
誘電体薄膜部として、Ｔａ２Ｏ５λ／４膜６ａと、ＳｉＯ２λ／４膜５ａと、Ｔａ２Ｏ５λ／４膜６ｂと、ＳｉＯ２λ／４膜５ｂとを設けているので、実施例１の小型固体レーザ素子の誘電体薄膜部よりも界面反射率がさらに大きくなり、モード選択性がさらに強くなるという効果がある。
【００３８】
なお、本発明は、実施例１乃至実施例３の小型固体レーザ素子に限定されるものではない。実施例１乃至実施例３では、誘電体薄膜を用いたが、この誘電体薄膜の代わりに、エアギャップでも良い。
【００３９】
また、誘電体薄膜部の光学的な厚みは、基本波の波長の４分の１の整数倍でなくても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、半導体レーザ装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１‥レーザ結晶、２‥波長変換結晶、３‥ダミー材、４ａ，４ｂ‥ＨＲコーティング材、５，５ａ，５ｂ‥ＳｉＯ２λ／４膜、６，６ａ，６ｂ‥Ｔａ２Ｏ５λ／４膜、１０‥ＡＲ膜。  
【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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【図６】
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